生物化工思考题教案.doc

思考题及参考答案： 1、什么是生物化工？ 利用化学工程原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成为生物反应过程的一门学科，是生物化学与工程学相互渗透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实践技术，以生物体细胞（包括微生物细胞、动物细胞、植物细胞）作为研究的主角、生物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了生物工业的过程。所以生化工程是化学工程的一个分支，也是生物工程的一个重要组成部分。 生物化工是化学工程的一个前沿分支，它应用化学工程的原理和方法，研究解决有生物体或生物活性物质参与的生产过程即生物反应过程中的基础理论及工程技术问题。 说说生物化工的特点？ （1）以生物为对象，常以有生命的活细胞或酶为催化剂，创造必要的生化反应条件，不依靠地球上的有限资源，着眼于再生资源的利用。 （2）由于细菌不耐高温，需在常温常压下连续化生产，工艺简单，并可节约能源，减少环境污染。 （3）定向地按人们的需要创造新物种、新产品和有经济价值的生命类物质，开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径。 （4）生物化工为生物技术提供了高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术，扩大了生物技术的应用范围。 3、生物反应过程的特点 答：（1）稳定性较差 由于采用生物催化剂，可在常温常压下进行反应，且可运用重组DNA技术及细胞融合技术改造生物催化剂，但生物催化剂易于失活，易受环境影响和污染，一般采用分批操作。 （2）污染小 可采用再生性的生物资源为原料，来源丰富，价格较低，过程中产生的废料危害性较小，但往往形成原料成分不易控制，对生产控制和产品质量带来影响。 （3）设备简单，能耗小 生物反应过程的生产设备较为简单，能量消耗较少，但由于过高的底物和产物会给酶带来抑制作用和微生物细胞不能耐受外界溶液过高的渗透压，反应液的底物和产物浓度不能太高，造成反应器体积很大； （4）反应机理复杂，产物提取困难 酶反应的专一性强，转化率高，但成本较高；发酵过程应用面广，成本较低，但反应机理复杂，难以进行控制，产物中常含有杂质，给提取带来困难。 4、生物化工具体研究的内容有哪些？ 答：（1）原料预处理 即底物（酶催化反应中的作用物）或培养基(发酵过程中的底物及营养物，也称营养基质)的制备过程，包括原料的物理、化学加工和灭菌过程。 （2）生物催化剂的制备　 生物催化剂是指游离或固定化的活细胞或酶，微生物是最常用的活细胞催化剂，酶催化剂则从细胞中提取出来。 菌种分离、筛选、选育是生物催化剂制备的关键。 重组DNA技术及细胞融合技术改造或构建新的生物催化剂。 固定化酶或固定化细胞的出现，使生物催化剂能较长时期地反复使用。 （3） 生物反应的主体设备　 即生物反应器，凡反应中采用整体微生物细胞时，反应器则称发酵罐；凡采用酶催化剂时，则称为酶反应器。另还有适用于动植物细胞大量培养的装置。 为了设计生物反应器并确定其操作方式和操作条件，在发酵动力学、酶动力学以及传递过程原理的基础上形成了生化反应工程。 （4） 生物化工产品的分离和精制　 这一部分常称下游加工，是生化分离工程的主要内容。主要研究生化工业中生物制品分离和纯化的工程技术，以及生化分离过程中一些主要的分离单元操作和分离工程领域的新技术 5、说说生物化工在化工、冶金工业中的作用 化工：利用微生物发酵生产多种化工原料，如甲醇、乙醇、丁二醇、异丙醇、乙酸、乳酸、苹果酸等。利用微生物合成高分子化合物，多糖、葡聚糖等。国外用微生物合成的聚羟基丁酸（PHB）塑料，可被微生物降解，而不会给环境带来污染。 冶金：利用微生物将矿石中的金属萃取出来，如萃取铜、金及其他一些稀有元素等。 6、生物有机酸有哪些应用 采用发酵法生产的有机酸已在食品、医药、塑料、香料等行业得到应用。柠檬酸用途很广，其中用于食品和饮料行业的为50%，医药行业为20%，化学工业为20%，化妆品为2%，其他8%。柠檬酸是我国最大的出口发酵产品。L-苹果酸主要用于食品业、保健品、化妆品及饮料的酸味剂和防腐剂。 7、说说酶制剂的应用 酶是细胞原生质合成的一种高活性的生物催化剂，由许多氨基酸组成，其催化性能具有高效和专一性。酶普遍存在于动物、植物、微生物中，通过采取适当的理化方法，将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来，加工成具有一定纯度标准的生化制品，成为酶制剂。酶制剂主要有α-（β-）淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、纤维素酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶等。 8、什么是生物催化剂 生物催化剂是指由常规选育或经现代生物工程方法获得的菌株、细胞系或从中提取的酶。它的作用相当于化学反应中的催化剂