微生物工程(共19页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上说明：红色标记为部分名词解释。蓝色为老师所画重点。其余可参考性看一下。第一章 微生物工程概论1、什么是微生物工程？答: 微生物工程即是指,指采用现代工程技术手段，利用的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。发酵工程的内容包括菌种选育、的配置、灭菌、和接种、发酵过程和产品的分离提纯（）等方面。2、微生物工程主要应用在哪些领域？试举例说明。答：微生物工程在食品工业中的应用:食品加工，含醇饮料，发酵乳制品等。微生物工程在医药卫生中的应用：抗生素，氨基酸，维生素等。微生物工程在轻工业中的应用：糖酶，蛋白酶，果胶酶等。微生物工程在化工能

2、源产品中的应用：醇及溶剂，有机酸，多糖等。微生物工程在农业中的应用：生物农药，生物除草剂，生物增产剂等。微生物工程在环境保护中的应用：有毒废弃物的微生物处理技术如:厌气发酵法，好气发酵法。微生物工程在细菌冶金中的应用：利用氧化亚铁硫杆菌等自养细菌把亚铁氧化为高铁、把硫和低价硫化物氧化为硫酸的能力，将含硫金属矿石中的金属离子形成硫酸盐。微生物工程在高技术研究中的应用：为基因工程研究提供载体、酶；医学诊断；工业过程检验用的生物传感器等。3、什么是半合成抗生素？试举例说明。答：某些天然抗生素在去侧链后，可用化学合成法接上新的侧链而改变原有抗菌谱或其它特性，这样的抗生素就被称为半合成抗生素。例如:半合

3、成青霉素、半合成头孢菌素.4、深层培养技术答：又称沉没培养法。有时也称液体培养法。在深层的液体培养中进行的一种发酵培养方法。操作时将无菌空气通入容器中，不断搅拌，使微生物充分与氧气接触而迅速繁殖。占地面积小，劳动力省，产量高，适合于机械化和自动化生产。适用于需氧性微生物。第二章 生产菌种的来源1、微生物工程的工业生产具有哪三要素？答：生产菌种的性能 发酵及提纯工艺条件 生产设备其中优良的菌种是最重要的。2、一般菌种分离纯化和筛选的步骤是什么？答：一般菌种分离纯化和筛选步骤如下：标本采集 - 标本材料的预处理 - 富集培养 - 菌种初筛 -菌种复筛 - 性能鉴定 -菌种保藏。 3、常用的标本预处

4、理的方法有哪些？举例说明。答：(1)采用热处理方法减少材料中的细菌数 (2)采用膜过滤和离心的方法浓缩水中的细胞 (3)采用化学方法 (4)诱饵法：将固体基质（如蛇皮、花粉）等加到待检的土壤或水中，待其菌落长出后再铺平板分离。 (5)空气搅拌法 ：在空气中搅拌，收集孢子沉淀，如稻草的处理。4、菌种分离的方法有哪些？答：（1）施加选择性压力分离法：(利用不同种类的微生物对环境和营养要求的不同，人为控制这些条件，使之利于某类或某种微生物的生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到使目的菌种占优势，而得以快速分离纯化的目的。)分离培养基的效率取决于其养分，pH和加入的选择性抑制剂等。（2）随机分离方

5、法.5、施加选择性压力分离法：答：又称为增值培养，利用不同种类的微生物对环境和营养要求的不同，人为控制这些条件，使之利于某类或某种微生物的生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到使目的菌种占优势，而得以快速分离纯化的目的。 第三章 微生物的代谢调节和代谢工程1、微生物的代谢类型、调节方式、调节部位 答：代谢类型：分解代谢和合成代谢 代谢调节方式：细胞透性的调节；代谢途径区域化；代谢流向的调控；代谢速度的调控。2、 酶活调节和酶量调节的区别 答：区别：酶活性调节:是对现有的酶在活性变化上进行调节，它不会涉及酶量的变化， 酶量的调节:不涉及现有酶活性的变化，只是通过影响酶合成或酶合成速率以控制酶

6、量变化，达到控制代谢过程的目的。 从调节作用的特点上看:酶活性调节的效果既及时又迅速，但由于酶量调节涉及到酶蛋白合成，它调节的效果相应地来得慢。 3、 酶合成调节的诱导和阻遏、诱导剂、阻遏物答：酶合成调节的诱导：是指在某种化合物作用下，导致某种酶合成或合成速率提高的现象。酶合成调节的阻遏：是在某种物质作用下导致某种酶合成停止或合成速率降低的现象。诱导剂：能够诱导某种酶合成的化合物称为该酶的诱导剂。阻遏物：阻止酶合成的现象称为酶合成的阻遏。阻遏酶合成的物质称为阻遏物。4、 在工业发酵上如何应用代谢调节理论，试举例答：代谢调节理论在工业发酵上的应用主要表现在对发酵工艺条件的控制： 各种发酵条件对微

7、生物代谢的影响：各种发酵条件对微生物代谢的影响：既能影响微生物的生长，又能影响代谢产物的形成，例如在谷氨酸发酵中，发酵条件不同，则发酵生成的主要产物也不同。 使用诱导物：可以有效的增加相应酶的产量。如加入木糖诱导半 纤维素酶和葡萄糖异构酶的生成等。 添加生物合成的前体：自身的结构无多大变化，但却能促进产物合成。如青霉素G的生产中，苯乙酰-CoA是限速性因子，补加苯乙酸或其衍生物都能增加青霉素G的产量。对培养基成分和浓度的控制：在考虑培养基组成与各组成成分的比例时，要保证能够满足机体生长的需要，要有利于代谢产物的形成，同时还要尽量避免使用高用量的这种物质。例如用甘油代替果糖作碳源培养嗜热脂肪酵母

8、，可以使淀粉酶产量提高25倍以上。 5、 前体与诱导物的区别 答：前体与诱导物的区别： 概念区别: 一般，可把那些能在生长期内、生产期前促进产物合成的化合物看做诱导物，而前体往往只在生产期内起作用。 另外，诱导物可以被非前体的结构类似物取代。6、 次级代谢的调节主要有哪些方式答：初级代谢对次级代谢的调节 ；碳代谢物的调节作用；氮代谢物的调节作用；磷酸盐的调节作用；次级代谢中的诱导作用及产物的反馈作用；次级代谢中细胞膜透性调节 。（不确定）7、 代谢工程及三种方式 答：代谢工程是指利用基因工程技术，定向地对细胞代谢途径进行修饰、改造，以改变微生物的代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程

9、相结合，构建新的代谢途径，生产新的代谢产物的工程技术领域。 三种方式：改变代谢途径；扩展代谢途径；构建新的代谢途径。（不确定）8、 前体答：前体是指加入到发酵培养基中的某些化合物，能被微生物直接结合到产物分子中去，而自身的结构无多大变化，且具有促进产物合成的作用。 第四章 优良菌种选育1、菌种选育的方法及原理。答：（1）自然选育：不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程，一般由两种原因引起：多因素低剂量的诱变效应和互变异构效应。（2）人工选育：诱变育种:就是利用各种被称为诱变剂的物理因素和化学试剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方

10、法。诱变育种的理论基础是基因突变，突变主要包括染色体畸变和点突变二大类。 杂交育种：杂交育种是指将两个基因型不同的菌株经吻合或接合，使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。原生质体融合：首先用酶分别酶解两个出发菌株的细胞壁，在高渗环境中释放出原生质，将它们混合，在助溶剂或电场作用下，使它们互相凝集，发生细胞融合，实现遗传重组。基因工程：将外源DNA通过体外重组后，导入受体细胞，使其在受体细胞中复制、转录、翻译表达的技术称为基因工程或DNA体外重组技术。第五章 菌种保藏的原理和方法 1、菌种衰退的主要原因答：菌种衰退的主要原因是有关基因的负突变。2、防止菌种衰退的方法答： 控制传代次

11、数 选择合适的培养条件 利用不同类型的细胞进行传代 选择合适的保藏方法3、菌种保藏的原理及方法答：原理:菌种保藏主要是根据微生物的生理、生化特性，在人工创造的条件下使其代谢处于不活泼的休眠状态，生长繁殖受到抑制。这样就能尽可能地减低菌种的变异率。方法： 菌 连续在培养基上（内）移种 种 生活态 传代培养保藏法 连续在活宿主上（内）移种 保 固体斜面 藏 湿法 半固体琼脂柱 方 休眠态 液体介质（蒸馏水、糖液、其它溶液） 法 藏在玻璃管内 干法 吸附在合适的载体上4、菌种复壮的措施答：菌种的复壮措施：纯种分离：（平板划线法、涂布法、倾注法、单细胞挑取法等）。 通过寄主体内生长进行复壮 ； 淘汰已

12、衰退的个体（采用比较激烈的理化条件进行处理，以杀死生命力较差的已衰退个体）。第六章 培养基（重点是培养基的类型与功能以及一般培养基的设计思路与优化）1、 孢子培养基、种子培养基和发酵培养基及基本配制要求 答：孢子培养基：是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，它能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，且不易引起菌种发生变异。 所以对孢子培养基的基本配制要求是：（1）营养不要太丰富(特别是有机氮源)，否则不易产孢子。（2）所用无机盐的浓度要适量，不然也会影响孢子量和孢子颜色。 （3）要注意孢子培养基的pH和湿度。 种子培养基：是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”

13、。所以种子培养基的营养成分要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，成分要考虑在微生物代谢过程中能维持稳定的pH，其组成还要根据不同菌种的生理特征而定。发酵培养基：是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成所需产物。因此，发酵培养基的组成除了有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前体和促进剂等。 发酵培养基的要求： 培养基能够满足产物最经济的合成。 发酵后所形成的副产物尽可能的少。 培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源 丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的 供应。 所选用

14、的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等。 附加：培养基的种类： （1）按培养基的组成成分：合成培养基，多用于研究与育种，但营养价值单一，价格较高，不适宜大规模生产；天然培养基，原料来源广泛、简单，如黄豆饼粉、蛋白胨等，营养丰富，价格低廉，适宜工业生产。 （2）按培养基的状态：固体培养基，主要用于菌种的培养和保存，也广泛用于产生子实体真菌的生产，如香菇；半固体培养基：主要用于菌种鉴定、细菌运动型观察和噬菌体的效价滴定；液体培养基，因为有利于氧和物质的传递，所以适宜大规模生产。 （3）按用途:包子培养基，种子培养基，发酵培养基。2、 了解发酵培养基的组成，发酵培

15、养基常用的原料以及其中的基本概念。答：碳源：葡萄糖，糖蜜，淀粉、糊精，氮源：无机氮源：氨盐、硝酸盐和氨水； 有机氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。无机盐的微量元素；生长因子、前体和产物促进剂；水。3、 掌握发酵培养基优化与设计的思路答：4、 C、N比 答：5、 补料的作用 答：补料的作用：丰富培养基，避免了菌体过早衰老，使产物合成的旺盛期延长；控制了pH值和代谢方向；改善了通气效果，避免了菌体生长可能受到的抑制；补料还能补足发酵液的体积。6、 促进剂答：促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产

16、量的添加剂。老师补充 种子扩大培养1、 什么是种子扩大培养？答：种子扩大培养是指将保存的处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。2、种子扩大培养的目的是什么？答：目的：使发酵周期缩短，设备利用率提高。3、何谓种子接种龄、接种量？答：接种龄是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。 接种量是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。4、为什么种子要逐级扩大培养？答：5、影响种子质量的因素有哪些？答：孢子的质量；培养基；培养条件；种龄；接种量。6、保证种子质量有哪些措施？答：因此首先必

17、须保证生产菌种的稳定性；其次是提供种子培养的适宜环境保证无杂菌侵入。7、种子好坏的判断答：答案应该是：作为种子的准则是:1)菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，延滞期短2)生理性状稳定3)菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求4)无杂菌污染5)保持稳定的生产能力。 8、种子的制备工艺答：图示文字说明：实验室种子制备： （1）对于产孢子能力强的及孢子发芽、生长繁殖快的菌种可以采用固体培养基培养孢子，孢子可直接作为种子罐的种子。（2）对于产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌种，可以用摇瓶液体培养法。（3）对于不产孢子的细菌，生产上一般采用斜面营养细胞保藏法。然后再用茄子瓶固体斜面或摇瓶液体扩

18、大培养。生产车间种子制备：实验室制备的孢子或液体种子移种至种子罐扩大培养，种子罐的培养基虽因不同菌种而异，但其原则为采用易被菌利用的成分如葡萄糖、玉米浆、磷酸盐等，如果是需氧菌，同时还需供给足够的无菌空气，并不断搅拌，使菌（丝）体在培养液中均匀分布，获得相同的培养条件。 第七章 发酵工艺控制 （重点是5个工艺条件对发酵的影响及如何控制，自己看书，92页）1.温度对发酵的影响主要表现在哪些方面？答：温度对发酵的影响是多方面的，主要表现在对细胞生长、产物形成、发酵液的物理性质和生物合成方向等方面。2.PH对发酵的影响以及如何控制 ？答：PH对发酵的影响：发酵液的PH变化，对菌体的生长繁殖和产物积累

19、的影响很大。另外PH还会影响菌体的形态，影响细胞膜的电荷状态，引起膜的渗透性发生变化，进而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的形成。PH对产物的稳定性亦有影响，对某些生物合成途径也有影响。在发酵过程中可通过以下方式来控制pH：（1）调节基础培养基的配方调节碳氮比（C/N）添加缓冲剂（2）补料控制直接加酸加碱补加碳源或氮源3.为何说溶氧可作为发酵异常情况的指示 ？答：(1)发酵中污染好气性杂菌。 溶氧会一反往常在较短的时间内，如25小时跌到零附近。跌零后长时间不回升。这比无菌试验预报几乎提前45个小时。（2）中间补料是否得当可以从溶氧变化看出。(3)操作故障或事故引起的发酵异常现象，也能从溶氧变

20、化中得到反映。4.氧对发酵的影响以及如何控制发酵液中的溶氧？答：氧对发酵的影响：溶解氧浓度过低，代谢异常，产量降低。 溶解氧浓度过高，代谢异常，菌体提前自溶。溶氧控制的措施：（1）调节通风与搅拌；（2）限制基础培养基的浓度，使发酵器内的生物体浓度维持于适当水平；（3）以补料方式供给某些营养成分来控制菌体生长率和呼吸率。 5.二氧化碳对发酵有何影响？如何控制？答：对发酵促进。如牛链球菌发酵生产多糖，最重要的发酵条件是提供的空气中要含5%的CO2。对发酵抑制。如对肌苷、异亮氨酸、组氨酸、抗生素等发酵的抑制影响发酵液的酸碱平衡 控制方法：提高通气量和搅拌速率，有利于CO2的排出。降低通气量和搅拌速率

21、，有利于提高CO2在发酵液中的浓度。CO2的产生与补料控制有密切关系。如补糖可降低发酵液中CO2的浓度，并降低培养液的pH值。 6.泡沫给发酵带来的副作用主要表现在那些方面，如何控制？答：1) 降低了发酵罐的装料系数。2)增加了菌群的非均一性 3)增加了污染杂菌的机会 4)导致产物的损失 5)消沫剂的加入将给提取工序带来困难。 泡沫控制的方法可归结为机械消沫和消沫剂消沫两大类。也有从微生物本身的特性着手，防止泡沫的形成，如选育或混养。 老师的补充 染菌的控制1、 工业发酵中可能的染菌途径及如何防止染菌（没写，自己看）答：种子带菌：种子带菌可使发酵染菌具有延续性种子带菌的防治:严格控制无菌室的污

22、染;对每一级种子进行严格的无菌检验;种子培养基和器具严格灭菌.空气带菌:空气带菌也使发酵染菌具有延续性，导致染菌范围扩大至所有发酵罐；空气带菌的防治：主要是完善空气净化系统；加强卫生管理；设计合理的空气预处理工艺；设计和安装合理的空气过滤器，防止过滤器失效。培养基或设备灭菌不彻底:一般为孤立事件，不具有延续性；培养基或设备灭菌不彻底导致染菌的防治：淀粉质原料：防止“夹心”；固形物含量高的原料：防止发酵罐壁或罐内支架上堆积；灭菌时罐内空气未排除；蒸汽压力波动过大（连续灭菌）；泡沫冒顶导致灭菌不彻底。设备渗漏:这种途径造成染菌的危害性较大；设备渗漏导致染菌的防治方法：放罐后要认真清洗发酵罐；控制冷

23、却水质量，降低其中氯离子含量；对发酵罐定期检查、试漏，及时发现漏隙。发酵操作的疏漏。防治方法：规范操作。第八章 发酵过程的参数检测和自动控制1.发酵过程的参数分为哪几类？各举几个例子。答 物理参数：温度、生物热、搅拌转速、搅拌功率、通气量、罐压、发酵液粘度、消沫剂、发酵液计量等化学参数： pH、溶氧、CO2浓度、细胞浓度、基质浓度、产物浓度和尾气组成生物参数：菌体干细胞浓度，菌体干细胞中DNA、RNA含量；细胞形态间接参数：摄氧率，二氧化碳生成率，呼吸商2.什么是传感器？传感器的作用是什么？答：传感器通常是指能够将非电信号转换为电信号的器件。传感器的作用是感受被测量的变化，并直接从被测对象中提

24、取检测信息，也即将来自外界的各种信号转换成电信号。3.测定DO的氧电极需满足那些条件？其读数有那些表示方法？答：一个基本的DO电极测量系统不仅具备指示电极和参比电极形成的电位差，使此时只有氧中电极上发生反应，而且要使电极表面与液流主体间有一个稳定的氧扩散梯度。其读数的表示方法有：百分饱和浓度表示法，氧分压表示法，氧浓度表示法。4.菌浓度的测定有那些方法？在使用浊度法测量菌的浓度时要注意那些问题？答：离线取样分析的方法：称重法，离心叠集法，光学(浊度)法，细胞蛋白质测定法，核酸测定法，ATP测定法，染色计数法，平板培养法等 在线测量的方法：(1) 浊度法 （2）荧光测量 5、 为何要测量和控制发

25、酵过程中的pH值？答：6、 发酵用的复合pH电极必须满足那些特殊要求？答：电极必须能耐高温灭菌；具有长时间稳定性；要求结构紧凑、便于安装和耐受压力。7、 发酵过程的自动控制包括哪三方面内容？答：与发酵过程的未来状态相联系的控制目标。如T、pH等。  一组可供选择的控制动作。如阀门的开关等。能够预测控制动作对过程状态影响的模型。 8、 溶氧电极应满足的特殊要求：答：根据发酵过程实际使用要求，对氧电极具有如下要求：1)在长时间内能稳定工作；2)电极输出电流足够大并与DO成正比；3)电极功能受液流影响小；4)电极响应快速灵敏；5)测量时不易受培养基中温度的影响；6)电极必须能耐高温(不超过

26、120)灭菌消毒；7)电极应具有合理的结构和合适的外形。 第九章 微生物反应动力学1、据动力学分型方法，可将分批发酵过程分为哪三个类型？各有何特点？答：生长关联型：菌体生长、碳源利用和产物形成几乎都在相同的时间出现高峰，即表现出产物形成直接与碳源利用有关。 部分生长关联型：在发酵的第一时期菌体迅速增长，而产物的形成很少或全无；在第二时期，产物以高速度形成，生长也可能出现第二高峰，碳源利用中这两个时期都很高。 非生长关联性：产物形成一般在菌体生长接近或达到最高生长时期，即稳定期。产物形成与碳源利用无准量关系，产量远远低于碳源的消耗量。2、何谓分批培养？可分为哪几个时期？各有何特点？答：分批培养指

27、的是一次投料，一次接种，一次收获的间歇培养方式。（是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定条件下完成一个生长周期的微生物培养方法。）优点：操作简单；操作引起染菌的概率降低；不会产生菌种老化和变异等问题。缺点：非生产时间长，设备利用率低。可分为的几个时期及其特点如下：1）延滞期：刚接种后的一段时间内，几乎未见菌体浓度的增加。 2）对数期：细胞的生长不受到限制，细胞浓度随培养时间指数增长。3）减速期：从指数生长到生长稳定期有一过渡，称为减速期。4）稳定期(静止期)：菌体代谢十分活跃，许多次级代谢产物在此期合成，也被称为生产期或分化期。 5）

28、衰亡期：细胞开始死亡，活细胞的浓度不断下降。 3、什么是补料分批发酵、连续发酵？各有何优缺点？答:补料分批发酵又称半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。 优点：1）使发酵系统中维持很低的基质浓度；2）不会产生菌种老化和变异等问题。缺点：1）存在一定的非生产时间；2)和分批发酵比，中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。连续发酵：培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。 优点：1)可以提

29、高设利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间。2)发酵中各参数趋于衡值，便于自动控制。3) 易于分期控制。可以在不同的罐中控制不同的条件。 缺点：1）容易染菌：发酵周期长，杂菌污染机会多。2）容易引起菌种的变异，使生产能力下降：长时间的培养，也就是多次数的传代，培养条件的变化等。 4. 连续培养中µ与D之间有何关系？ （不全面，具体参看课本176页）答：单级连续培养中进入稳定状态后，细胞的µ与D相等。5. 连续培养又可分为哪些类型？答：按设备：可分为罐式、管式；按控制方法：恒成分培养、恒浓度培养；按菌种：循环式、非循环式；按发酵罐的级数：单级或多级连续培养。第十章 微

30、生物下游加工工程概论1. 微生物工程下游加工工程有何特点？答：1).培养液中所含欲提取的生物物质浓度很低，杂质含量却很高。2）下游加工过程的代价昂贵，回收率不高；3）欲提取的生物物质通常很不稳定。遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解。4.) 发酵或培养都是分批操作、生物变异性大，各批发酵液不尽相同，这就要求下游加工有一定的弹性，特别是对染菌的批号，也要能处理。2. 微生物工程下游加工过程应遵循哪几条原则？答：是胞内产物还是胞外产物; 原料中产物和主要杂质浓度; 产物和主要杂质的物理化学特性及差异; 产品用途和质量标准; 产品的市场价格; 废液的处理方法等. 3. 微生物工程下游加工工程的一

31、般程序答：微生物工程下游加工过程般说来可分为4个阶段： 1)培养液(发酵液)的预处理和固液分离； 2)初步纯化(提取)；3)高度纯化(精制)；4)成品加工。具体流程如下：发酵液 预处理 细胞分离 细胞破碎 细胞碎片分离 提取（初步纯化） 精制（高度纯化） 成品加工 结 加热 沉降 均化 离心分离 沉淀 层析、憎水 无菌过滤、 晶 调PH 离心分离 研磨 萃取 吸附 离子交换、吸附 浓缩、喷雾 絮凝 过滤 融胞 过滤 萃取 亲和、电泳 超滤、干燥 错流过滤 错流过滤 超滤 冷冻干燥 第十一章 发酵液的预处理和过滤1. 发酵液预处理的目的是什么？答：1) 改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉

32、降的速度；2)尽可能使产物转入便于以后处理的相中（多数是液相）；3)能够除去部分杂质。 2. 在发酵液的预处理过程中，杂蛋白的去除方法主要有哪些？答：等电点；变性：加热，大幅度改变pH，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。 利用吸附作用除去蛋白质.3. 何谓凝聚和絮凝？絮凝方法有何优缺点？答：凝聚：是在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。这种方法形成的颗粒较小，不能有效分离。絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。 优点：用量少，絮凝体粗大，分离效果好，絮凝速度快以及种类多，适用范围广。缺点：

33、存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺。4. 影响发酵液过滤的因素有哪些？如何提高过滤性能？答：过滤速度和以下因素有关:1）菌种2)发酵条件：培养基的组成；未用完培养基的数量；消沫油；发酵周期。改善过滤性能的方法:等电点；蛋白质变性；吸附；凝聚和絮凝；入助滤剂；直接在发酵液中形成填充-凝固剂；酶解作用。5. 微生物细胞破碎的常用方法主要有哪些？答：机械方法:球磨机;高压匀浆器;X-press法;超声波破碎;非机械方法:酶解;渗透压冲击;冻结和融化;干燥法;化学法.6. 如何测定细胞对破碎率？答：直接测定法：利用显微镜或电子微粒计数器可直接计数完整细胞的量，所以可用于破碎前后的细胞计量。间接测

34、定法:1)测定释放的蛋白质量或酶的活力;2)测定导电率：一种利用破碎前后导电率的变化来测定破碎程度的快速方法。第三部分 第十八章 培养基灭菌及其灭菌设备1. 常用的灭菌方法有哪些？答：1)化学药剂灭菌；2)射线灭菌；3)干热灭菌；4)湿热灭菌；5)过滤除菌 2. 如何选择培养基灭菌的温度？（详见课本265）答：达到要求的无菌程度 (取N=10-3)；高温短时，尽量减少营养成分的破坏。3. 什么是分批灭菌和连续灭菌？试简述其过程，并比较其优缺点。答：分批灭菌：就是将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程，也称实罐灭菌（实消）。连续灭菌：就是将配制好

35、的培养基在向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却，进行灭菌。连续灭菌优点：保留较多的营养质量；容易放大；较易自动控制；糖受蒸汽的影响较少；缩短灭菌周期；在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少；发酵罐利用率高；蒸汽负荷均匀。缺点：设备比较复杂，投资较大。分批灭菌的优点：设备投资较少；染菌的危险性较小；人工操作较方便；对培养基中固体物质含量较多时更为适宜。缺点：灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。4.影响灭菌的因素有哪些？答：1）培养基成分对灭菌的影响：油脂，糖类及一定浓度的蛋白质灭菌需要的温度高，而高浓度的盐类、色素则需要的温度低。2)培养基的物理状态对灭菌的影响；3

36、)培养基中微生物数量对灭菌的影响；4)培养基中氢离子浓度对灭菌的影响：酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。5)微生物细胞中水分对灭菌的影响：细胞含水越多，蛋白质变性的温度越低。6)微生物细胞菌龄对灭菌的影响：老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高。7)空气排除情况对灭菌的影响8)搅拌对灭菌的影响9)泡沫对灭菌的影响第十九章 通风发酵设备1. 好氧发酸罐分为哪几类？答：三类：内部机械搅拌型、外部液体搅拌型、空气喷射提升式发酵罐。2.发酵罐必须满足哪些要求？答：发酵罐必须满足几个要求： 1）发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越长，氧的利用率越高，一般的高度与直径之比为1.74倍左右。 2)要能承受一定

37、压力。3)发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵必须的溶解氧。 4)应具有足够的冷却面积。 5)罐内应尽量减少死角，避免藏污积垢，灭菌能彻底，避免染菌。6)搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。 3、 了解机械搅拌发酵罐的结构及其主要部件 。答：主要部件包括罐身、轴封、消泡器、搅拌器、联轴器、中间轴承、挡板、空气分布管、换热装置和人孔以及管路等.4、发酵罐中搅拌器、挡板、轴封各有何功能？答：搅拌器的作用：在通用式发酵罐内设置机械搅拌的首要作用是打碎空气气泡，增加气-液接触界面，以提高气-液间的传质速率。其次是为了使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。挡板的作用：是加强搅拌强度，促

38、使液体上下翻动和控制流型、消除涡流，提高溶解氧。轴封的作用:是防止泄漏和染菌。5、发酵罐换热装置主要有几种，各有何特点？答: 1)夹套式换热装置 这种换热装置应用于小罐，夹套高度比静止液面稍高。2)竖式蛇管换热装置 这种装置的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等。3)竖式列管(排管)换热装置 这种装置是以列管形式分组对称装于发酵罐内的。6、简述气升式发酵罐 的特点和机理。答：气升式发酵罐的特点:（1）结构简单，冷却面积小；（2）无搅拌传动设备，节省动力约50%，节省钢材；（3）操作时无噪音；（4）料液装料系数达8090；（5） 维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。机理：7、机械搅拌自

39、吸式发酵罐有何优缺点？答：优点：（1）节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮聪、总过滤器等设备，减少厂房占地面积。（2）减少工厂发酵设备投资约30左右，例如应用自吸式发酵罐生产酵母，容积酵母的产量可高达3050克。（3）设备便于自动化、连续化，降低劳动强度，减少劳动力。（4）酵母发酵周期短，发酵液中酵母浓度高，分离酵母后的废液量少。（5） 设备结构简单，溶氧效果高，操作方便。 缺点：8、高位塔式发酵罐的特点是什么？答：高位塔式发酵罐的特点是：罐身高，高径比为6。由于液位高，空气利用率高，节省空气约50，节省动力约30；设备简单，不用电机搅拌,但底部有沉淀物；温度高时降温较难

40、.塔式罐适用于多级连续发酵。 9、设计发酵罐时，应遵循哪些原则？答：发酵罐设计的基本原则：1)在发酵系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不应直接连通。因为曾发现细菌能穿过关闭的阀门而繁殖。2)尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀，会引起法兰连接处移位，而导致污染。3)尽可能采用全部焊接结构。所有焊接点必须切实磨光，消除蓄积耐灭菌体的固体物质的场所。4)防止死角、裂缝，因为固体物质可在这些地方蓄积，为污染菌提供避开灭菌的绝热环境。 5)发酵系统的某些部分能单独灭菌。6)与发酵罐相通的任何连接都应蒸汽密封，7)所用阀门应易于清洗、维修和灭菌。8)发酵罐应始终保持正压以排除渗漏。9)几乎所有的发酵罐都

41、由玻璃或不绣钢制成。玻璃只限用在小于2030L的发酵罐。 10)多数发酵罐的底部和顶部都是碟形或椭圆形，小于500L的发酵罐也可用平顶，但必须符合压力标准的规定。11)由罐顶部进入的轴由于轴较长容易颤抖，因而往往采用底式搅拌轴，近年来采用钨碳等密封装置解决浸漏及污染等问题。12)发酵罐的功率输入为：实验室小型罐为810WL，中间工厂中型罐为35W/L，工厂大型罐为13W/L。 10、全挡板条件答：“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。第二十章 空气除菌的工艺及设备1. 简述空气过滤除菌的原理。答：空气过滤除菌原理:当气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流

42、动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而导致微生物微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力及静电引力等作用，从而把微生物微粒截留、捕集在纤维表面上，实现了过滤的目的.2. 常用的过滤介质有哪些？答：表面过滤介质:所有滤孔在一个平面上；依靠直接拦截捕获颗粒。深度过滤介质: 污染物被介质内部结构捕获的一种过滤介质，滤孔贯穿于整个介质厚度；调整流道可以获得高溶污能力。包括：纤维材料结构；棉花；活性炭或玻璃纤维；有机合成纤维；浇铸膜结构。3. 空气在进入空气过滤器前为什么要经过预处理？答：经过压缩，空气的温度有很大升高，须进行冷却，但随着空气的冷却，相对湿度上升，空气中的水蒸气可冷凝

43、为水滴析出。同时往往还带有油滴，这些夹杂在压缩空气中的水滴和油滴很容易使空气过滤器的除菌性能下降以至失效。 因此，在对压缩空气进行无菌过滤之前，须进行预处理，除油除水，以提高过滤器的可靠性。 4. 简述两级冷却、分离、加热的空气除菌流程（可画图）及其特点。答：两级冷却，加热除菌流程：1-粗过滤器 2-压缩机 3-贮罐 4，6-冷却器 5-旋风分离器 7-丝网分离器 8-加热器 9-过滤器流程的特点是：两次冷却、两次分离、适当加热。两次冷却、两次分离油水的好处是，能提高传热系数，节约冷却用水，油水雾分离得比较完全。5. 过滤器 主要有哪几种 ？答：9、 在工业发酵上如何应用代谢调节理论，试举例答

44、：工业发酵的目的：大量积累人们所需要的微生物代谢产物。代谢的人工控制：人为地打破微生物的代谢控制体系，使代谢朝着人们希望的方向进行。人工控制代谢的手段：控制发酵条件（生物化学方法）； 改变微生物遗传特性(遗传学方法）； 改变细胞膜透性；#发酵工艺条件的控制%各种发酵条件对微生物代谢的影响:微生物发酵过程中，发酵条件适合与否是发酵过程成败的重要条件，因为发酵条件既能影响微生物的生长，又能影响代谢产物的形成。例如在谷氨酸发酵过程中，发酵条件不同，则发酵生成的主要产物也不同.%使用诱导物 :许多与蛋白质、糖类或其他物质降解有关的酶类都是诱导酶，在发酵过程中加入相应的底物作为诱导物，可以有效的增加这些

45、酶的产量。如加入槐糖(1，2-D-葡二糖)诱导木霉菌的纤维素酶的生成，木糖诱导半纤维素酶和葡萄糖异构酶的生成等。 诱导物的浓度过高及能被迅速利用时，会发生酶合成的阻遏，这在纤维二糖对纤维素酶的产生，木二糖对半纤维素酶产生中都己观察到，这也是使用诱导物时应予注意的%添加生物合成的前体 :前体是指加入到发酵培养基中的某些化合物，能被微生物直接结合到产物分子中去，而自身的结构无多大变化，且具有促进产物合成的作用。 如青霉素G的生产中，苯乙酰-CoA是限速性因子，补加苯乙酸或其衍生物都能增加青霉素G的产量。%培养基成分和浓度的控制 （1）在考虑培养基组成与各组成成分的比例时，要保证能够满足机体生长的需

46、要，要有利于代谢产物的形成，同时还要尽量避免使用容易引起分解代谢产物阻遏的成分或避免使用高用量的这种物质。因此在发酵培养基中通常是采用有适量速效碳源或氮源，以促进机体的生长；又要有充足的迟效碳源或氮源，以利于发酵产物的形成，从而也可以避免速效碳源或氮源在机体内产生分解代谢产物阻遏。例如用甘油代替果糖作碳源培养嗜热脂肪酵母，可以使淀粉酶产量提高25倍以上。 8、种子的制备工艺答：图示文字说明：实验室种子制备： （1）对于产孢子能力强的及孢子发芽、生长繁殖快的菌种可以采用固体培养基培养孢子，孢子可直接作为种子罐的种子。（2）对于产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌种，可以用摇瓶液体培养法。（3）对于不产

47、孢子的细菌，生产上一般采用斜面营养细胞保藏法。然后再用茄子瓶固体斜面或摇瓶液体扩大培养。生产车间种子制备：实验室制备的孢子或液体种子移种至种子罐扩大培养，种子罐的培养基虽因不同菌种而异，但其原则为采用易被菌利用的成分如葡萄糖、玉米浆、磷酸盐等，如果是需氧菌，同时还需供给足够的无菌空气，并不断搅拌，使菌（丝）体在培养液中均匀分布，获得相同的培养条件。 #氧气对发酵的影响及其控制溶氧（DO）是需氧微生物生长所必需的。在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往最易成为控制因素。这是由于氧在水中的溶解度很低造成的。 在28，氧在发酵液中的100的空气饱和度下，只有7mg/L左右，比糖的溶解度小7000

48、倍。 只有使溶氧浓度高于其临界值，才能维持菌体的最大比摄氧率，得到最大的菌体合成量。如果溶氧浓度低于临界值，则菌体代谢受到干扰。但是，发酵工业的目标是要得到菌体发酵的产物而不是菌体本身。因此，由氧饥饿而引起的细胞代谢干扰，可能对形成某些产物是有利的；同理，当提供的氧浓度远大于临界值时，虽对菌体形成无妨，但也许能刺激产物的形成；所以，某种产物形成的最佳条件可能不同于菌体生长的最佳通气条件。值得注意的是，在培养过程中并不是维持溶氧越高越好。即使是专性好氧菌，过高的溶氧对生长可能不利。氧的有害作用是通过形成新生氧，超氧化物基O2-和过氧化物基O22-，或羟自由基OH-，破坏许多细胞组分体现的。 根据

49、需氧不同，可将初级代谢发酵分为：a.供氧充足条件下，产量最大；若供氧不足，合成受强烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等b.供氧充足条件下，可得最高产量；若供氧受限，产量受影响不明显；如：异亮氨酸，赖氨酸，苏氨酸等c.若供氧受限，细胞呼吸受抑制时，才获得最大量产物；若供氧充足，产物形成反而受抑制；如：亮氨酸，缬氨酸，苯丙氨酸等但在实际生产过程中需注意：溶解氧浓度过低（代谢异常，产量降低）；溶解氧浓度过高（代谢异常，菌体提前自溶）；发酵液中的溶氧控制；发酵液中溶氧的任何变化都是氧的供需不平衡的结果。所以控制溶氧水平可从氧的供需着手。 OTR=kLa (c*-cL)OTR为单位体积发酵液氧的传递速率

50、；kL为氧传质系数；a为比表面面积； kLa体积溶氧系数；c*为氧在水中的饱和度；cL为发酵液中的溶氧浓度；A 先从供氧方面考虑，OTR=kLa (c*-cL)，因此， kLa和c*提高的因素都能使供氧提高。c*提高可采取下列办法：(1)在通入的空气中掺入纯氧,使氧分压增高； (2)提高罐压。但同时会增加二氧化碳的溶解度(CO2在水中溶解度约比O2高30倍)，影响pH及可能会影响菌的代谢。另外还会增加对设备的强度要求； (3)改变通气速率，其作用是增加液体中夹持气体体积的平均成分。这仅限于通气量较小的情况下使用。 (1)搅拌对溶氧浓度的影响 搅拌的作用：打散气泡，增加气液相的有效接触面积；形成涡流，延