发酵工程复习资料四川理工学院.doc

一 发酵工业菌种1.工厂化生产对菌种的要求？培养基原料来源广、廉价；培养条件易控制；发酵周期短；菌株高产；抗病毒（噬菌体）能力强；菌株性状稳定，不易变异退化；菌体本身不能是病原菌；2.发酵工业诱变育种的原理？诱变育种：以诱发突变为基础的育种，是迄今为止国内外提高菌种产量、性能的主要手段。用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变进行的筛选，称为诱变育种诱变剂：能够提高生物体突变频率的物质称为诱变剂物理诱变剂：射线如紫外线、X-射线、-射线，快中子；物理因素中目前使用得最方便而且十分有效的是紫外线。许多高产菌株的选育都用过紫外线，对于一般实验室、中小型工厂都适用，也很安全。其他的几种射线都是电离性质的，有一定的穿透力，一般都由专业人员在专门的设备中使用，否则有一定危险性。化学诱变剂：化学因子如碱基类似物、5-氟尿嘧啶、烷化剂等。化学诱变剂中使用最多、最有效的是烷化剂。使用化学诱变剂的优缺点：大多数情况下，就突变数量而言，要比电离辐射更有效。化学诱变剂是很经济的，因为只需要少量的合适的诱变剂，设备是实验室的一般玻璃器皿，一个蒸气罩。而用电离辐射进行工作时，设备费用大，并要注意安全性。大部分诱变剂是致癌剂，所以在使用中必须非常谨慎，要避免化学诱变剂与皮肤接触，且切勿吸入其蒸气，有人对某些诱变剂极其敏感，甚至未直接接触就会过敏，这就更要当心。3.菌种保藏的目的和原理？（1）目的： 存活，不丢失，不污染； 防止优良性状丢失； 随时为生产、科研提供优良菌种。（2）基本原理：根据菌种的生理生化特点，人工地创造条件，使菌种的代谢活动处于不活泼状态。二 发酵工业培养基1.名词：前体、生理酸性物质、生理碱性物质;前体：指某些化合物加入发酵培养基中，能直接被微生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。生理酸性物质：经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源。生理碱性物质：经微生物生理作用后能形成碱性物质的无机氮源。例如：液体曲2.在利用氨水、尿素作为N源时的注意事项；氨水 ：碱性强、易挥发、不能加热灭菌，不能加到基础培养基中，只用于流加,且要搅拌。尿素及有机氮：一般无毒，但尿素使PH，灭菌后不稳定造成尿素减少。另有机氮源同时含有 C、N，故兼有C、N的作用。3.前体的特性？使用时的工艺控制？有些前体浓度过高对菌体产生毒性。菌体还具有将前体氧化分解的能力，故需工艺控制。少量流加 多次加入 加入的时间4.简述影响培养基质量的因素；原材料的质量 纯度、原材料的产地品种、加工方法、储存条件、粉碎粒度等。配制方法 培养基的配方中应注明的事项： 计料体积与配料体积的关系 物料的规格 pH值及调整方法 对配制水的要求 投料的顺序发酵工业无菌技术1.试根据对数残留定律，如何确定培养基的灭菌时间?工业生产中采用高温瞬时灭菌的依据。灭菌操作中，为达到一定的灭菌要求，即 N/N0 为某值，如 10-16。所需灭菌时间即可由下式求出： 该式叫做对数残留公式 以上结论非常重要：在生产上，可利用菌体死灭反应与营养成分被破坏反应的 E差距来作为工艺选取的依据。通常，菌体死灭反应的E 约在200400 KJ/mol，而维生素被破坏的E 约在8100 KJ/mol，灭菌中，温度升高，菌体死灭速度的增加远大于营养成分被破坏的增加；这就是高温短时间灭菌的依据。2.比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点。（书）（补充）有一发酵罐内装 40 m3 培养基、在 121 温度下进行实罐灭菌。原感染程度为每 1 mL 有 2 l05 个耐热细菌芽抱，12l 时灭菌速度常数为 1.8 min-1。求灭菌失败机率为 0.001 时所需要的灭菌时间。 3.结合本地实际，设计一空气净化流程并对其进行分析。发酵工业种子制备简述影响种子质量的主要因素。1.培养基：选用原则：组分简单，来源丰富，价格便宜，取材方便等。种子培养基以菌体增殖为目的，应该糖份少而氮源多些。种子罐与发酵罐培养基成分趋于一致时，可缩短发酵生产的周期。2.培养条件温度：温度直接影响生长和酶的合成；pH值：对微生物有明显的影响。培养基pH调节方法：用酸碱溶液中和法；使用缓冲溶液法；使用生理缓冲剂；通气搅拌：溶解氧的作用：参与菌体呼吸作用;搅拌：促进氧的溶解与营养物质及代谢产物的扩散。通气量的多少以溶解氧的多少来衡定。通气过程中，影响溶解氧的因素：菌种；培养基性质；培养阶段；发酵罐的结构；泡沫：危害：影响微生物对氧的吸收；妨碍CO2的排除；减少设备利用率（有效容积减少）；造成跑料，导致染菌；发酵动力学1.分批培养、分批补料培养和连续培养各是怎样的操作方式？分批发酵：在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。补料分批发酵是指在发酵过程中,连续或间歇补加一种或几种培养基成分,但发酵过程中不取出发酵液的发酵方法。又称半连续培养，是介于分批培养过程与连续培养过程之间的一种过渡培养方式。 连续培养是针对间隙（分批）培养而言的，即以一定速率不断向混合均匀的发酵罐中供给新鲜的培养基，同时等量的排出发酵液，维持发酵液量一定的培养方法。连续发酵中，微生物的生长代谢活动保持旺盛的稳定状态，而 pH、营养成分、溶解氧等都保持恒定，并从系统外部予以调控。这样就大大提高了设备利用率。2.Monod方程是描述什么的？什么是限制性底物？ 细菌的比生长速率与单一限制性基质之间存在的关系。第二问略。3.何为单级恒化器？具有恒定化学环境的反应器;恒化指明了操作的稳定状态特征。对于菌体：积累的细胞（进入-流出）的细胞 +（生长-死亡）的细胞 这表明，在一定范围内，人为地调节培养基的流加速度，可以使细胞按照所希望的比生长速率来生长。对于限制性底物：积累底物（流进-流出）-（生长+产物+维持）所消耗的底物 对于产物形成：积累的产物（生成-流出）的产物 在恒定条件下： 上面的几个平衡式即是单级恒化器在达到平衡时的基本特征，式中均涉及到稀释率。可见，单级恒化器连续培养菌体的稳态操作必须有DDc；如果DDcrit ，反应器中的菌体终将被冲出；如果 D 只稍微低于 Dc ，那么整个系统对外界环境的变化是非常敏感的，随D的微小变化，x 将发生巨大的变化。发酵工业中氧的供需1.对发酵罐通风调节的意义。微生物进行某种生理活动时，对环境中氧浓度的最低要求。不同种类的微生物的C临界不同，同种微生物在进行不同生理活动时也不同。发酵液溶氧控制的目的是根据不同发酵阶段，保证溶氧浓度不低于C临界。微生物只能从其生活的液体基质中获得氧，以供其生理活动。发酵液中所含氧的多少就显得很重要。氧是难溶气体，为满足发酵中菌体对氧的需求，必须采用强制供氧措施；另一方面，由于氧有时又可改变菌体的代谢方向，故又需要根据生产需要适时地调节控制供氧，这需要根据具体的发酵工艺而定。2.影响发酵设备氧传递速率的主要因素。推动力因素：温度、溶质、溶剂、氧分压；KLa因素：搅拌、设备参数、发酵液性质；发酵过程控制1.发酵过程中进行温控的意义？ 温度对发酵的影响：菌体生长 酶活性 膜的通透性 胞内反应的速率产物形成 速度 方向发酵液性质发酵过程中，发酵液温度变化取决于几个因素：Q发酵 = Q生物 + Q搅拌 - Q蒸发 - Q辐射2. 发酵液pH值变化的因素及对发酵液pH进行调控的主要方法。环境中氢离子浓度影响微生物环境的离子强度、细胞膜的透性及膜上的带电性和氧化-还原电位、酶活性；生产中，从以下几个方面进行：调整培养基组分：适当调整C/N比，使盐类与碳源配比平衡，一般情况：C/N高时（真菌培养基），pH降低；C/N低时（一般细菌），经过发酵后，pH上升。工艺控制：添加CaCO3：当用NH4+盐作为氮源时，可在培养基中加入CaCO3，用于中和NH4+被吸收后剩余的酸；氨水流加法：可以中和发酵中产生的酸，又可作为氮源； 尿素流加法：味精厂多采用此法，以尿素作为菌体氮源时，尿素首先被菌体尿酶分解成氨，氨进入发酵液，使pH上升，当NH4+被菌体作为氮源消耗并形成有机酸时，发酵液pH下降，这时随着尿素的补加，氨进入发酵液，又使发酵液pH上升及补充氮源，如此循环，致至发酵液中碳源耗尽，完成发酵。3. 发酵液泡沫产生的原因及消泡的基本方法。A产生原因：外界引入，在通气过程中，伴随机械搅拌，空气被分成细小的气泡，从溶氧的角度讲，气泡越细越好，使空气中的氧和发酵液中的CO2能充分的进行交换，这些气泡升到发酵液面形成泡沫； 微生物在进行发酵活动时，产生一些气体，如CO2 ；这些代谢气体凝结形成气泡，成为发酵泡沫；菌体代谢越旺盛，这部分泡沫的产生量越多； B.泡沫的控制