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普考申論題 112年 [化學工程] 工業化學概要

第 四 題

📖 題組:
四、以葡萄糖為原料生產果糖須用酵素葡萄糖異構酶,請回答下列各子題:
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (四)

請說明酵素固定化的方式及其相對於非固定化酵素之優點。(10 分)

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看到酵素固定化,應先聯想如何將水溶性的酵素「固定」在不溶性的載體上或特定空間內,常見方法包含載體結合、交聯與包埋。接著從工業生產的角度(如成本、純度、操作方式)思考其優於游離酵素的特點,如可重複使用、易分離、穩定性高。

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【破題】 酵素固定化(Enzyme Immobilization)是指藉由物理或化學方法,將水溶性的酵素限制或結合於特定空間或不溶性載體上,使其在反應過程中不溶於反應液中,以利於回收與工業應用。 【論述】

小題 (一)

酵素是以何種生化物質構成?(5 分)

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看到「酵素的生化構成」,直覺反應應為「蛋白質」。作答時除了點出主成分為胺基酸聚合而成的蛋白質外,建議進一步補充其立體結構(活化位)與輔因子(全酶的概念),能讓短短 5 分的簡答更具專業度與完整性。

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酵素(Enzyme)主要由蛋白質(Protein)構成,特徵包含: (1) 基本單位:由多種胺基酸(Amino acids)藉由肽鍵聚合而成的高分子化合物。 (2) 立體結構:蛋白質長鏈會摺疊成特定的三維空間結構,形成供受質(如本題之葡萄糖)結合並發生反應的「活化位(Active site)」,以此決定酵素的專一性與催化能力。

小題 (二)

酵素在此一轉化反應中扮演何種角色?(5 分)

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本題為基礎觀念題(5分),看到「酵素」應直覺聯想到「生物催化劑」。作答時除了點出催化劑降低活化能、加速反應的基本定義外,建議結合工業化學觀點,以條列式補充其在製程上的專一性、溫和反應條件及可重複使用等優勢,以確保獲取完整分數。

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【破題】 酵素(葡萄糖異構酶)在此轉化反應中扮演「生物催化劑(Biocatalyst)」的角色。 【論述】

小題 (三)

試說明酵素的生產方式。(5 分)

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看到「酵素的生產方式」,應直覺聯想工業化學中核心的「微生物發酵製程」。答題時需依序拆解為:菌種篩選、發酵培養(上游)、分離純化(下游)以及工業上不可或缺的「酵素固定化」技術,採條列式呈現步驟以確保邏輯清晰。

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【破題】工業上酵素(如葡萄糖異構酶)主要透過「微生物發酵法」進行大規模生產,其製程可分為上游的發酵培養與下游的分離純化及固定化技術。 【論述】 一、菌種篩選與改良:

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