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第一章 概念： 1.多尺度：成千上万个基因、代谢物和反应器的混合传递：基因网络、细胞代谢网络、反应器混合传递网络（不同的空间尺度和时间尺度）：网络间的多输入多输出关系──物质流、能量流、信息流；生命属性所特有的时空串联反应关系 2.状态变量：可显示过程状态及其特征的参数，一般指反应生物浓度、生物活性及反应速率的参数。如：生物量、底物浓度、代谢产物浓度、溶解氧浓度（DO）生物酶活性、目标蛋白效价、细胞比生长速率、CO2生成速率等。 3.操作变量：指环境或操作因子，改变这些因子可造成生化过程的状态变量发生改变。如：温度、压力、pH、底物流加速率、搅拌速率、通气量等；DO有时既是状态变量，也是操作变量。 4.测量变量：指可以测量的状态变量。直接测量（一级）变量：pH、DO、电导率、黏度、化学电位、发酵罐进出口处的气体分压、碳、氮源添加量、菌体浓度、底物浓度、代谢产物浓度等；间接测量变量：CO2生成速率（CER）、O2摄取速率（OUR）、呼吸商（RQ）、细胞比生长速率、比产物合成速率、转化率、KLa等。 发酵过程控制 和优化模型 简答 1.生物过程中系统生物学研究内容包括哪些？ 答：把菌体细胞特性和大规模培养过程统一定义为工业生物过程，即把细胞过程与反应器过程放在一起。 在研究中引入系统生物学的观点:从全局和全过程的角度，采集工业生物过程各层次信息（生物信息和反应器信息），进行信息分析、建模、相关代谢通路的调控和重构。 重点研究工业生物过程中细胞的生理特性、代谢物质流的分布变化和工程水平的混和传递特性。 2.简述实现生化过程优化控制解决的问题（5个）？ 答:(1)系统动力学；(2)生物模型；(3)传感器技术； (4)适用于生物过程的最优化技术； (5)计算机─检测系统─发酵罐之间的接口技术(如神经网络、专家系统) 生化过程控制理论存在难点是？ 答：无论是前馈还是反馈控制，都必须建立在在线监测的各种参数上，但适用于生化反应过程的传感器的研究大大落后于生物工业的发展。 各种微生物具有独特的生理特性、生产各种代谢产物又有各自的代谢途径，应用于生化反应过程的控制理论不具有普适性。 控制理论自身的局限，至今不能模拟生化反应过程的高度非线性的多容量特性。 在具体的控制模型构建时，缺乏以细胞代谢流为核心的过程分析，采用以动力学为基础的最佳工艺控制点为依据的静态操作方法实质上是化学工程动力学概念在发酵工程上的延伸。目前发酵动力学模型主要通过经验法、半经验法或简化法得到，一般为非结构动力学模型，如Monod、Moser、Tessier、Contois等模型方程。国内外都有学者提出基于参数相关的发酵过程多水平问题的研究。 第二章 概念 代谢参数按性质 2.代谢参数按 检测手段 3.生化过程参数检测传感器 按检测对象可分为 呼吸强度（比耗氧速率）QO2 ：单位质量干菌体在单位时间内消耗的氧的量。 摄氧率γ（耗氧速率,OUR）：单位体积培养液在单位时间内消耗的氧的量。 CO2释放速率(CER)：单位时间，单位发酵液体积内细胞释放的二氧化碳的量。 呼吸商(RQ)：CER与OUR之比。 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发-Q显-Q辐射 生物传感器：是利用酶、抗体、微生物等作为敏感材料，将所感受的生物体信息转换成电信号进行检测的传感器。 生物分子识别元件(感受器)：是具有分子识别能力的生物活性物质(如组织切片、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机物分子等); 信号转换器(换能器)：当待测物与分子识别元件特异性结合后,所产生的复合物(或光、热等)通过信号转换器变为可以输出的电信号、光信号等,从而达到分析检测的目的。 13.电位型电极： 14.电流型电极 ：优点： （1）电极的输出直接和被测物的浓度呈线性关系，电位型电极和被测物浓度的对数呈线性关系． （2）电极输出值的读数误差所对应的待测物浓度的相对误差比电位型电极的小． （3）电极的灵敏度比电位型电极的高． 14.酶传感器、将活性物质酶覆盖在电极表面,酶与被测的有机物或无机物反应,形成一种能被电极响应的物质。 15.组织传感器、以动植物组织薄片中的生物催化层（以酶为基础）与基础敏感膜电极结合而成,原理与酶传感器相同. 16.微生物传感器、利用微生物的同化作用耗氧,通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量,从而达到测量底物浓度的目的. 17.免疫传感器、利用识别和结合双重功能将抗体或抗原和换能器组合而成的装置。 18.核酸传感器：依据生物体内核苷酸顺序相对稳定,核苷酸碱基顺序互补的原理而设计出核酸探针传感器 测定原理（简答 辨析） 1.温度测量元件： 2.压力计： 2.1电气式压力变换器 （压力探头） 2.2弹性式压力传