第一章 绪论
1.什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？ 2.生化反应工程研究的主要内容是什么？ 3.生化反应工程的研究方法有那些？
4.解释生物反应工程在生物技术中的作用？
5.为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？ 6.何为系统生物学？
7.简述生化反应工程的发展史。
8.如何理解加强“工程思维能力”的重要性。
9.为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？
第二章生物反应工程的生物学与工程学基础
1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。生物工程与生物科学、发酵工程与生物工程、速率和速度、反应速率与传质速率
2. 何为准数和雷诺准数？并解释后者的物理意义 3. 工程思维的具体含义是什么？ 4. 简述酶的催化特性与调节功能。
5. 在一个实际的生物催化过程中如何确保生物催化剂（如酶）的稳定性，并提高催化效率？ 6. 酶在应用过程中有哪些不同于化学催化剂和微生物作为生物催化剂的地方？ 7. 微生物培养过程中微生物的世代时间与倍增时间是否是同一概念。 8. 在生物工业中，微生物细胞的量一般采用干重表示，为什么？ 9. 为什么要固定化酶或微生物细胞？
10. 进行生物催化剂（酶或微生物细胞）催化机理研究时，采用固定化酶或微生物细胞是否更有利于清楚了解催化过程机理？ 11. 何为生物分子工程？
12. 在微生物培养过程中，操作工人观察到发酵罐上的压力表中的读数为0.025MPa,罐中的发酵液深度为10米，试问在罐底处的微生物细胞承受多大压力？在发酵液表面呢？
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13. 如果在2小时完成生物反应器中70m的装液量，请计算物料输入管的管径。如果要求50分钟将反应液排空，请计算物料输出管的管径。
第三章 酶促反应动力学
1. 简述酶促反应的特征及其与化学反应的主要区别是什么？。
2 .应用直线作图法（Lineweaver—Burk法；Haneswoolf法；Eadie—Hofstee法和积分法）求取米氏方程中的动力学参数Ks和rmax，并比较由各种方法所得结果的误差大小。
3. 在pH对酶促反应速率影响的研究中，试证明对任一底物浓度S，产物生成速率rP与pH的相关性为一左右对称的钟形曲线。 4. 某酶反应机理为
catE?S?E?S?k??E?P
k?1k?1若假定上述反应机理式中，k+1<< kcat，k-1< catE?S?E?S?k??E?Pk?1k?1E?I?E?Ik?3k?3 I为抑制剂，EI为非活性复合物。 6. 许多酶催化水解反应的机理式为 k?2E?S?ES????ES'?P1k?1?3ES'?H2O????E?P2k?1 k整个反应分两个阶段进行，分别采用快速平衡法和稳态法建立反应动力学方程，均可写成如下形式： ke?S ?rs?calKm?S试比较采用上述两种方法所获得的反应方程中的kcal和Km与k+1、kcat、k+3和k-1，[H2O]有何关系，写出相关式子。 7. 有人研究了不同温度对酶的稳定性与酶活力的影响，得到如图所示结果。基于此，他得到结论是：该酶在50℃以下是稳定的，并且最适反应温度为30℃。这一结论正确与否，请说明。 图3-13 实验结果 （a）无底物存在时，保温10min后残存活力。 （b）在0.5M底物存在下,保温10min后产物生成量。 8. 一般对于同一种酶促反应，在进行连续反应时的实际操作温度比分批实验所求得的最适温度要低。请从实际反应时间较长来说明，并说明原因。 9. 利用稳态法建立可逆反应酶促反应的动力学方程。 10. 某种酶以游离酶形式进行酶促反应时所得动力学参数Km?0.05mol/L和 该酶在某种载体颗粒表面固定化后进行同一酶促反应，所得动力学参rmax?10mol/(L?min)。 ''?0.10mol/L和rm数为Km求底物浓度为1[mol/L]时，该固定化酶的效率ax?6mol/(L?min)。 因子η。 11. 试举例说明评价酶的固定化效率。 12. 实验测得分配系数Kp分别为（a）Kp＞1,（b）Kp=1,（c）Kp＜1，试从概念上说明载体颗粒与反应液之间的固液界面处底物浓度的变化情况。 13. 书中在讨论内扩散对固定化酶促反应时，是以酶促反应符合米氏反应规律为基准的，试讨论如果酶促反应以一级或零级反应规律进行时，底物的稳态浓度分布与?的计算方法。 14. 已知酶的失活过程为二步串联方式： ?1?2式中k1和k2分别为失活常数，φ1和φ2分别为E1和E2在总酶活中所占百分比。试求时间t时酶的残存活性比率φ（t）为多少？ 15. 根据以下反应及其反应常数，建立酶促反应的底物抑制动力学方程。 E?S?ESES?S?ESSES?E?P 16. 酶促反应机理式为E?S?ES'?ES\?E?P，证明采用稳态法获得反应速度为 k2k1k3k412E???E1???E2kkr?E?k?kk(k?k)rmaxS，式中：rmax?034;K?432；S:底物浓度；E0:酶总浓度；E:酶浓度； k3?k4k1(k3?k4)K?SP:产物浓度；k1、k2、k3、k4:反应速度常数 17. 一酶促反应，其米氏常数Km为1mmol，底物初始浓度为3mmol。2 min后，5%的底物被转化，试求10 min、30 min、60 min后，底物转化率分别为多少? 18. 底物S0=2mol/L和酶e0=0.001mol/L加到分批式生化反应器中，反应至4.1min时底物的 3 转化率为90%，试证明此反应的动力学方程是-rs=10e0S/(1+S)。 若制造和操作一连续进料的全混式生化反应器，已知S0=2mol/L,e0=0.001mol/L，为使90%的底物转化，空时τ应为多少？ 19. 基于表3-3中的公式，试探讨影响?西勒(Thiele)准数的主要因素。 20. 蔗糖酶固定在直径为1mm的球形离子交换树脂上，反应器中酶量为0.05Kg/m3，在一小的柱形反应器中装有20 cm3固定化酶颗粒。浓度为16mmol/L的75mL蔗糖溶液快速流过固定化酶层。在另一个反应器等量的游离酶与同体积蔗糖溶液相混合，并假定游离酶和固定化酶的动力学特征是相同的，即Km=8.8mol/m3,kcat=2.4×10-3mol/(g﹒s),蔗糖在离子交换树脂中有效扩散系数De为2×10-6 cm2/s。试求： （1）游离酶的反应速率是多少？ （2）固定化酶的反应速率是多少？ 第四章 微生物反应动力学 1.微生物反应的特点，其与化学反应的主要区别有那些？ 2.简要回答微生物反应与酶促反应的最主要区别？ 3.进行微生物反应过程的物量衡算有何意义，请举例说明。 4.Monod方程建立的几点假设是什么？Monod方程与米式方程主要区别是什么？ 5.举例简要说明何为微生物反应的结构模型？ 6.以葡萄糖为单一碳源，进行某种微生物好氧或厌氧培养。已知此菌的比生长速率μ、葡萄糖的比消耗速率γ、细胞、葡萄糖、二氧化碳和各产物中的碳元素含量α1、α2、α3和αi，利用这6个常数给出此菌的与生长相关的物量衡算式。 7.葡萄糖为碳源的复合培养基进行干酪乳杆菌（Lactobacillu caset）的厌氧培养，1 mol葡萄糖可生成乳酸或乙酸或乙醇或甲酸为0.05mol、1.05mol、0.94mol和1.76mol，试讨论各分解代谢的碳元素的衡算及生成ATP的摩尔数。 8.荧光假单胞菌（Psenudomonas fluorescens）好氧培养，已知：YXS?180g/mol， YXO?30.4g/mol每消耗1mol葡萄糖可生成2molATP，氧化磷酸化的P：O比为1，求YATP？ 9. 在啤酒酵母的生长试验中，消耗了0.2kg葡萄糖和0.0672kgO2，生成0.0746kg酵母菌和0.121kgCO2，请写出该反应的质量平衡式，并计算酵母得率YX/S和呼吸商QR。 10. 微生物繁殖过程中分裂一次生成两个子细胞，也有4分裂祸分裂的，试证明当n分裂时，有如下式子：tdtg?ln2lnn，式中td为倍增时间，tg为世代时间 11.分别采用含有蛋白胨和酵母膏的复合培养基、含有20余种氨基酸的合成培养基和基本培养基进行运动发酵单胞菌厌氧培养，碳源为葡萄糖，获得如表所示结果。已知细胞的含碳量为0.45g碳源/g细胞，求采用不同培养基时的YkJ。 培养基 基本 合成 复合 YX/S（g /mol）（以细胞/葡萄糖计） 4.1 5.0 8.0 YP/S （mol /mol）（以乙醇/葡萄糖计） 1.5 1.5 1.6 YP/S（mol /mol）（以乳酸/葡萄糖计） 0.2 0.2 0.2 细胞中由葡萄糖所来碳元素的量 1.0 0.62 0.48 12. 葡萄糖为碳源进行酿酒酵母培养，呼吸商为1.04，氨为氮源。消耗100mol葡萄糖和48mol氨，生成细胞48mol、二氧化碳312mol和水432mol。求氧的消耗量和酵母细胞的化学组成。 13. 以葡萄糖为唯一碳源的最低培养基进行Candida utilis培养，Yx/s=91.8[g-细胞/mol葡萄糖]，求YkJ。已知葡萄糖的燃烧热为2830[KJ/mol]。 14. 以葡萄糖为碳源，对绝对好氧菌进行好氧培养。通过氧的恒算，已知： maxm0?5.5?10?3mol/(g?h)；YGO?13g/mol。若YATP分别为5和10g/mol时P/O各为多少？并求出各自的ATP维持常数mA。 15. 以葡萄糖为唯一碳源的基本培养基厌氧培养产气气杆菌, Yx/s= 26.1 g细胞/mol葡萄糖,试求分解代谢消耗葡萄糖的量占总消耗量的分率? 已知每克细胞含0.45g碳,每mol葡萄糖含72g碳,且△S=△S合成 +△S分解。 16. 一个新发现的微生物在每一次细胞分裂时，可产生三个新细胞由下列生长数据求：1、此微生物的比生长速率μ（hr-1）；2、两个细胞分裂的平均间隔时间；3、此微生物细胞的平均世代时间。 0 0.5 1.0 1.5 2.0 时间/h 0.15 0.23 0.34 0.51 细胞干重/（g/L） 0.10 17. 在一连续稳定进出料的搅拌罐中进行以葡萄糖为碳源生成酒精的动力学研究中反应方程式可表示为：S(glucose)?P(酒精)?X(酵母)，试验结果见下表。 X0?0P?0 S/[g/L] 1/S/[L/g] X0?0P?20[g/L] S/[g/L] 1/S/[L/g] ?/h 0.054 18.52 11.90 0.070 14.29 0.079 12.66 10.00 0.095 10.53 0.138 7.25 6.25 0.182 5.49 0.186 5.38 5.05 0.250 4.00 0.226 4.42 4.13 0.384 2.60 已知Pmax?120gL，求包括葡萄糖消耗及酒精抑制酵母生长的速率方程式。 18. 以甲醇为基质，进行某种微生物好氧分批培养，获得如下数据： 时间[h] 0 2 4 8 10 12 14 16 18 X[g/L] 0.2 0.211 0.305 0.98 1.77 3.2 5.6 6.15 6.2 S[g/L] 9.23 9.21 9.07 8.03 6.8 4.6 0.92 0.077 0 求：?max；YXS；倍增时间td；饱和常数KS和t=10h时微生物细胞的比生长速率。 酵母?/h 11.90 10.00 6.25 5.05 4.13 19.通过实验测定，已知反应底物十六烷烃和葡萄糖中有2/3的碳转化为细胞中的碳。 （1）计算下述反应的计量系数， 十六烷烃： C16H34?aO2?bNH3?c?C4.4H7.3O0.86N1.2??dH2O?eCO2 葡萄糖： （2）计算上述两反应的得率系数YX/S(g干细胞/g底物)和YX/O(g干细胞/g氧)。 C6H12O6?aO2?bNH3?c?C4.4H7.3O0.86N1.2??dH2O?eCO2第五章 微生物反应器操作 1. 请用简图分别给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。 2. 用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大细胞浓度之间的相互关系。 3. 请给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养和连续培养中产物生成速率，并进行比较。 4. 何为连续培养的稳定状态？当 dXd[S]d[P]???0时，一定是稳定状态吗？ dtdtdt5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X0，生成的细胞量为XA0，此间死亡细胞量为XD0，已知XA0X0?fA。生成的细胞在接种tl时间后开始指数型繁殖，tl以后的细胞量为X，请推导出X?f?tl?的关系式。fA分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并 做图表示出。 6. 一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。 7. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。微生物的生长可采用Monod方程表达。 8. 面包酵母连续培养中，细胞浓度为10 kg/m，细胞生成速率为10 kg/h，求流加培 -1 养基中基质(酒精)浓度及培养液的量。稀释率D=0.1 h，YX/S=0.5 kg细胞/kg基质， -13 可采用Monod 方程，已知μmax=0.15 h， KS=0.05 kg/m。 9. 恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式??3 KS?1?IKI??[S]?max[S]给出。其中KS=1.0 g/L，I=0.05 g/L，YX/S =0.1 g细胞/g基质，KI=0.01 g/L，μmax=0.0 -1 5h，I为抑制物浓度。基质浓度与细胞浓度分别为[S]0=1.0g/L，X0=0.05g/L，求细胞的最大生产速率与相应的稀释率Dmax，并与没有抑制时相比较。 10. 一种细菌连续(恒化器)培养中获得如下数据: μ(=D)(h-1) [S] (g/L) 0.080 0.20 0.25 0.26 0.27 0.05 0.3 1.0 2.0 3.0 max μ:比生长速率; [S]:限制性底物浓度,若反应适用Monod方程,求 μ 和 Ks 11. 以碳源为限制基质的连续发酵过程中，有一位研究者在研究温度对细胞得率的影响时，发现当温度高于最适生长温度时，细胞得率下降。对此现象一般的解释是因为细胞内为维持细胞活力所消耗的能量增加之故。但是，近来有些研究者提出细胞得率在稳态下下降是因为细胞本身活力降低。这一解释也有道理，因为细胞的死亡率是温度的函数。（1）请你利用关于连续培养理论，解释上述温度对细胞得率影响的两种理由。（2）如何设计一些实验来证明在（1）中所导出的方程式的真实性？实验设计应包括实验步骤、所需的分析方法及数据处理。 12. 连续培养是一个求微生物生长参数的好工具。在一连续培养中，如果稀释率等于0.5 h-1时发生“冲出”现象。因此，微生物菌悬液的光密度，在4h中由1.00降到0.60。（1） -1 求此微生物的μmax。（2）当稀释率降至（把流速降低些）0.2 h后，不再有洗出现象，渐渐达到一稳态；如果此时微生物所用的限制底物的KS为2g/L，试问在此稳态下，罐内基质浓度为多少？ 13. 酒精分批发酵结果如下： 发酵时间（h） 12 15 18 21 27 32 42