5.利用稳态法建立竞争性抑制动力学方程。
设酶促反应机理式为
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
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：
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
和
。
该酶在某种载体颗粒表面固定化后进行同一酶促反应，所得动力学参数为
和
。
求底物浓度为1[mol/L]时，该固定化酶的效率因子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：
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。
16.酶促反应机理式为
，证明采用稳态法获得反应速度为
，式中：
；S:
底物浓度；E0:
酶总浓度；E:
酶浓度；P:
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。
2min后，5%的底物被转化，试求10min、30min、60min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时底物的转化率为90%，试证明此反应的动力学方程是-rs=103e0S/（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20cm3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2×10-6cm2/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（Lactobacillucaset）的厌氧培养，1mol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（Psenudomonasfluorescens）好氧培养，已知：
，
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：
，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
YX/S（g/mol）（以细胞/葡萄糖计）
YP/S（mol/mol）（以乙醇/葡萄糖计）
YP/S（mol/mol）（以乳酸/葡萄糖计）
细胞中由葡萄糖所来碳元素的量
基本
合成
复合
4.1
5.0
8.0
1.5
1.5
1.6
0.2
0.2
0.2
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Candidautilis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：
；
。
若
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=26.1g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。
时间/h
0
0.5
1.0
1.5
2.0
细胞干重/（g/L）
0.10
0.15
0.23
0.34
0.51
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：
，试验结果见下表。
11.90
10.00
6.25
5.05
4.13
0.054
0.079
0.138
0.186
0.226
18.52
12.66
7.25
5.38
4.42
11.90
10.00
6.25
5.05
4.13
0.070
0.095
0.182
0.250
0.384
14.29
10.53
5.49
4.00
2.60
已知
，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]02481012141618
X[g/L]0.20.2110.3050.981.773.25.66.156.2
S[g/L]9.239.219.078.036.84.60.920.0770
求：
；
；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。
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：
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）。
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
时，一定是稳定状态吗？
5.在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量
，生成的细胞量为
，此间死亡细胞量为
，已知
。
生成的细胞在接种
时间后开始指数型繁殖，
以后的细胞量为X，请推导出
的关系式。
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10kg/m3，细胞生成速率为10kg/h，求流加培养基中基质（酒精）浓度及培养液的量。
稀释率D=0.1h-1，YX/S=0.5kg细胞/kg基质，可采用Monod方程，已知μmax=0.15h-1，KS=0.05kg/m3。
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
给出。
其中KS=1.0g/L，I=0.05g/L，YX/S=0.1g细胞/g基质，KI=0.01g/L，μmax=0.05h-1，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）
0.0800.200.250.260.27
[S]（g/L）
0.050.31.02.03.0
μ:
比生长速率;[S]:
限制性底物浓度,若反应适用Monod方程,求μmax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0.5h-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）求此微生物的μmax。
（2）当稀释率降至（把流速降低些）0.2h-1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
酒精浓度（g/L）
2.0
4.0
6.2
10.0
16.1
30.5
56.5
发酵时间（h）
48
51
54
57
60
66
72
酒精浓度（g/L）
75.5
85.0
96.0
103.5
107.5
110.5
113.5
假定这些数据适合于100L的全混罐（单级连续培养），发酵醪的流加速度F=4.0L/h，在稳定状态下运转，试推算发酵罐出口醪液中的酒精浓度。
连续发酵的生产能力与分批发酵的生产能力各是多少？
14.分批式培养酵母菌（葡萄糖为碳源，好氧，30℃），自对数培养期的中期开始，连续流加新鲜培养基，稀释率为D=1.0h-1。
获得如下结果，已知限制性基质浓度比基质饱和系数大很多，求此条件下酵母菌的
？
时间（h）
00.51.01.52.02.53.03.5
细胞浓度比（X/X0）
1.00.860.670.500.430.330.260.2
15.恒化器方法培养中，试证明代谢产物的比生成速率
的相关式为
。
16.某种微生物培养，获得如下结果:
S（g/L）
0.400.330.180.100.0710.0490.0380.0200.014
μ（h-1）
0.1610.1690.1690.1490.1330.1350.1120.09090.0735
求:
μmax和Ks
第六章动植物细胞培养
１. 简述动、植物细胞培养的特点与难点，并与微生物细胞培养相比较。
２. 植物细胞培养的基本技术包括哪几方面内容。
３. 影响植物次生代谢产物积累的因素有那些？
４. 生产用动物细胞的要求与获得方法。
５. 动物细胞培养的方法及要点。
６. 目前由动物细胞大规模培养的产物包括哪几类？
请分别举出2~3个产物。
７. 什么是悬浮培养？
悬浮培养有何优缺点。
８. 灌注培养是连续培养吗?
为什么它是动物细胞生物制品的主要生产方式？
存在哪些优缺点，谈谈改进意见。
９. 同样是Monod模型，在动植物细胞与微生物中的使用有何异同？
10. 如要通过人工培养紫草细胞生产紫草宁，请设计一个实验方案。
第七章生物反应器中的传质过程
1.为什么解决好氧传递问题是好氧发酵过程设计的关键？
简述氧传递过程的特征。
2.kLa测定方法有哪几种，简述各方法的基本原理。
3.能否说，提高好氧发酵中氧传递速率的最好的方法是提高搅拌。
怎样做更为有效？
4.一定的搅拌转速和通风（45℃~65℃）条件下，测定kLa的结果如表所示
温度t（℃）
kLa（h-1）
C*（kg氧/m3）
45
50
55
60
65
212
222
241
246
255
6．65×10-3
6．35×10-3
——
5．93×10-3
——
1．648
1．591
1．531
1．497
0．463
如果在所试验的温度范围内，气泡直径一定，试比较此条件下氧传递最大速率与温度的关系，从理论的角度说明产生这种现象的原因。
5.利用鼓泡式反应器进行好氧培养，反应器中分散上升的气泡没有显著的差别。
因此，可以假定以单一气泡来代表反应器内气体的变化，假定气泡处于同一状态。
已知kL与气泡直径dB和气泡的上升速度wB相关。
由表面更新理论可知，kL与wB和dB有相关式：
。
另外，反应器内气体滞留量为
，式中F为通气速率，HL为培养液深，VL为培养液体积。
试推出kLa与操作参数相关的方程；如果小型生物反应器的通风比为1.0vvm，与其对应放大125倍的大型反应器中的通风比多少为宜?
6.试验测定气液比表面积a和气体滞留量H0，培养液体积为10L，通入空气后，气液体积变为12L，测定培养液中气泡直径为5mm，假定气泡直径一致，计算该反应器内传质的气液比表面积a和气体滞留量H0。
7.进行某种微生物培养，培养液体积为50m3，细胞浓度为24kg/m3，培养液饱和溶氧浓度为0.267mol/m3。
（1）已知
，
，求微生物的耗氧速率；
（2）若反应器的溶氧系数满足：
，试求通风量Qg；（3）求空气中氧的利用率（按标准空气计）。
8.采用装有两只六弯叶涡轮搅拌器的生物反应器，已知反应器直径为2.2m，工作容积为12m3，通风量（标准状态下），Q=5m3/min，通气时的搅拌功率为11.6kw，搅拌转速为119rpm。
反应器内空气中氧的平均分压为
，试计算当液相中溶氧浓度为0.48mg/L、24mg/L及4.8mg/L时的氧传递效率，即氧的利用率。
9.全混式曝气池中活性污泥的需氧量可表示：
，式中V为曝气池中液体体积m3；d［O2］/dt为耗氧速率kg/（m3·d）；a和b为经验常数，分别等于0.5kg/kg（以氧／BOD计）和0.3kg/（kg·d）（以氧／MLSS计）；F为新鲜废水的流速m3/d；S0为新鲜废水的BOD，kg/m3；S为曝气池出口的BOD，kg/m3；X为活性污泥浓度，kg/m3。
若活性污泥的BOD负荷为
（以BOD／MLSS计），BOD去除率为90％，计算每除去1kgBOD的需氧量。
10.某微生物氧的饱和常数为KO2=0.1mg/L，
，比呼吸速率
，
。
若反应器的
，液相中饱和溶氧浓度为
，试求当微生物的培养浓度X分别为6.12g/L、20g/L、40.8g/L时，培养液中的溶氧浓度c与耗氧速率。
第八章生物反应器
1.分别采用通用式发酵罐与气生式生化反应器进行微生物反应，试从多角度比较两者的长处与不足。
2.采用通用式发酵罐进行微生物分批培养，在培养过程中DO降为0。
此时计划通过增大通风量或增加搅拌使DO达到50%，以上两种方法那一个更为有效。
3.通用式发酵罐放大时，放大比例一般为10，若放大前后以下参数中的一个保持一定不变，其余参数将如何变化？
（1）Pg/VL（单位体积功耗）；
（2）N（搅拌转速）；（3）NDi（搅拌浆顶端线速度）；（4）Di2Nρ/μ（搅拌雷诺准数）。
4.带有挡板的通用式发酵罐，罐直径D1=0.5m，安装涡轮搅拌器，转速为150rpm，若以单位体积搅拌功率一定，放大至D2=1.5m，问大型罐涡轮搅拌器的转速N2为多少？
另外，若两罐内的液体循环速度相同，N2为多少？
假定以上各状态反应液均为湍流状态。
5.某一酶促反应可以米氏方程表达，已知Km=0.03mol/L，rmax=13mol/（L·min），底物流量F=10L/min，入口底物浓度S0=10mol/L，底物的95%转化为产物，计算如下反应器条件下所需反应器体积，CSTR条件下；CPFR条件下。
6.初始浓度为0.1mol/m3的麦芽糖在酶的作用加水水解生成葡萄糖，底物流量F=0.002m3/s，转化率X=80%，反应符合米式反应规律，rmax=4.39×10-3mol/（m2·s），Km=1.03mol/m3。
求
（1）采用单级CPFR反应器时所需体积；
（2）采用单级CSTR反应器时所需体积；（3）其它条件不变，采用2个等容CSTR反应器时的反应体积；比较上述3种情况。
7.通用式发酵罐中含有传质系数kL的席伍德准数与搅拌雷诺准数和液体相关的斯密特准数的关系为：
，式中Di为搅拌器直径（m）；D为反应液中氧的分子扩散系数（m2/s）；N为搅拌转速；液体的密度（kg/m3）；
液体的粘度；
为系数或指数（常数）。
采取kL相同的原则进行放大，此时，放大条件得以满足的条件是单位反应液体积的搅拌功率应满足以下方程：
，式中，下角12分别与小、大罐对应，液体混合状态为湍流，另外反应液的物系保持恒定。
8.利用海藻酸钙凝胶包埋法固定化葡萄汁酵母（Saccharomycesuvarum），采用填充床式反应器，连续加入葡萄糖底物，产物为乙醇。
试设计一确保转化率
=0.80的反应器。
生物反应可采用米氏方程
来描述，已知
；
。
操作条件为
；反应液中的分子扩散系数
；空隙率
；入口底物浓度
；底物流量
；固定化酶颗粒直径（假定为球形）
；固定化酶密度
；反应液粘度
；反应液密度
。
9.有一发酵产品，采用具有六弯叶涡轮搅拌器的通用式发酵罐进行实验。
经小罐到大罐逐步放大，试验证明：
这种发酵能有效地采用单位体积等功率地放大方法。
最后在500L中间规模试验发酵罐中，得到最高产率时地工艺条件是：
搅拌转速为300r/min；风量比0.3m3/（m3•min），并测得在通风情况下得功率消耗为0.53kW。
现放大到10m3，求大罐的工艺条件。
罐的装填系数为0.7。
10.现需将某小试反应器放大64倍（VL2／VL1＝64），试分别按Q/VL、Q/NDi3、wS、kLa相等的放大原则，将通风量放大。
假设搅拌功率按单位体积功率相等放大，即n2/n1=（Di1/Di2）2/3。
计算结果以下表形式表示之，并对其计算结果进行讨论。
放大标准
Q/VL相等
Q/NDi3相等
wS相等
kLa相等
（Q/VL）2/（Q/VL）1
1
wS2/wS1
1
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