生物工艺原理1.doc

1、预防结核病的卡介苗是由法国医生 卡默德 和 介兰 共同研制成功的，1888年德国的 赫尔利格 和赫韦尔法斯发现了固氮细菌。2、提高杂核二倍体形成频率常用的方法有：提高异核体的 培养温度，用 紫外线 照射异核体，用 樟脑蒸气 熏异核体菌丝等。3、将初级中间体转化为次级终产物有三个过程： 生物氧化和还原 、 生物甲基化 和 生物卤化 。4、青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于 30 g/mL，发酵罐必须进行 表面处理 。5、酶解法是用专一性很强的 淀粉酶 及 糖化酶 将淀粉水解为 葡萄糖 的工艺。6、工业发酵中往往要接入处于 对数生长期(特别是中期) 的菌体，以尽量缩短适应期。为了获得代谢产物，菌体尚未达到衰退期即进行 放罐处理 处理。P1767、种子罐的级数主要决定于 菌株性质 、 菌丝生长速度 、 发酵设备的合理应用 。8、 饵诱 技术常用于水中真菌的富集。9、 亚硝基胍（NTG） 和 甲基磺酸乙酯（EMS） 常被称为“超诱变剂”，后者是毒性最小的诱变剂之一。10、在放线菌和细菌中，制备原生质体主要采用 溶菌 酶；酵母和霉菌一般可用 蜗牛 酶或 纤维素 酶等。11、代谢控制机制分为两种主要类型： 酶活的调节 (活化或钝化)和 酶合成的调节 (诱导或阻遏)。12、经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫 生理酸性物质 ，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为 生理碱性物质 ，如硝酸钠。13、一般工业发酵培养基的碳氮比为 100:(0.22.0) 。14、从广义上讲，凡是微生物生长所不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称 生长因子 。15、发酵过程中溶氧异常下降可能是由于 污染好气性杂菌大量溶氧被消耗 、 菌体代谢发生异常需氧要求增加 、 某些设备或工艺控制发生故障或变化 。16、发酵过程中产生大量泡沫带来的副作用包括降低了发酵罐的 装料系数 ，增加了菌群的 非均一性 、增加了 污染杂菌 的机会，可能引起 代谢异常和菌体自溶 ，招致产物的流失。17、抗生素生产的工艺过程：菌种 孢子制备 种子制备 发酵发酵液预处理 提取及精制 成品包装。二、名词解释：原生质体融合：指通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。物流（通量）：表示物质分子移动量的大小，指某种物质在每秒内通过每平方厘米的假想平面的摩尔或毫尔数中间体: 泛指有机合成过程中得到的各种中间产物连消：就是连续灭菌，将配制好的培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却等灭菌操作过程。发酵总染菌率：发酵液染了其他杂菌，染菌率有很多种，但你说的应该是总染菌率，就是一年内发酵染菌的批次与总投料批次数之比乘以100得到的百分率。营养缺陷型：指微生物等不能在无机盐类和碳源组成的基本培养基中增殖，必须补充一种或一种以上的营养物质才能生长。同功酶：广义是指生物体内催化相同反应而分子结构不同的酶次级代谢产物：是指生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该生物无明显生理功能，或并非是该生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。前体：指某一代谢中间体的前一阶段的物质。安慰诱导物：能高效诱导酶的合成，但又不被所诱导的酶分解的分子。三、简答题1、简述生物工艺过程的共性。答：1选择培养基成分的碳源、氮源、微量元素及生长因子等，确定各成分的含量及比例；2合理确定发酵级数，各级的培养条件、过程控制的参数以及种子培养系统与生产过程合理配套；保证细胞正常生长和所需产物的形成，以最低的消耗获得最大的得率；3防止生产过程的杂菌污染(contaminate)，保证生产过程正常进行；4选择合适的产品提取、分离、纯化工艺，高效率、低成本地得到所需产品；2、微生物次级代谢物的特性有哪些？答：1.次级代谢产物一般不在产生菌的生长期产生，而是在随后的生产期形成。2.次级代谢物种类繁多，含有不寻常的化学键。3.一种微生物所含有的次级代谢产物往往是一组结构相似的化合物；4.一种微生物的不同菌株可以产生分子结构迥异的次级代谢物；不同种类的微生物也能产生同一种次级代谢物； 5.次级代谢产物的合成比生长对环境因素更敏感。如菌体生长，磷酸盐浓度0.3300mmol/L；产物合成，磷酸盐浓度0.110mmol/L7.一簇抗生素中各组分的多少取决于遗传因素和环境因素; 如初级代谢的特异性很高，而次级代谢合成所涉及的酶的特异性较低。次级代谢的差错对细胞的生长无关紧要，而初级代谢的差错却会导致致命后果。8.由生长期向生产期过渡时，菌体形态会有所变化；9.次级代谢产物的合成过程是一类由多基因（基因簇）控制的代谢过程；这些基因不仅位于微生物的染色体中也位于质粒中，且后者的基因在次级代谢产物的合成过程中往往起主导作用。3、适于大规模发酵的培养基应具备的特点有哪些？ p59答：培养基中营养成分的含量和组成能够满足菌体生长和产物合成的需求；发酵副产物尽可能地少；培养基原料价格低廉，性能稳定，资源丰富，便于运输和采购；培养基的选择应能满足总体工艺的要求。4、试分析溶氧异常的原因? p189答：在发酵过程中，有时出现溶氧浓度明显降低或明显升高的异常变化，常见的是溶氧下降。可能有下列几种原因：污染好气性杂菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在较短时间内下降到零附近，如果杂菌本身耗氧能力不强，溶氧变化就可能不明显。菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧下降。某些设备或工艺控制发生故障或变化，也可能引起溶氧下降如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢，影响供氧能力，使溶氧降低。又如消沫油因自动加油器失灵或人为加量太多，也会引起溶氧迅速下降。其他影响供氧的工艺操作，如停止搅拌等。5、发酵过程中如何控制pH值?6、简述发酵的流程。答:菌种制备、培养基的制备、灭菌、接种、控制发酵条件、产物的提取与精制、回收处理三废物质7、筛选所需菌株时宜考虑的重要指标有哪些？答:1.菌的营养特征；2.菌的生长温度应选择温度高于40度的菌种；3.菌对所采用的设备和生产过程的适应性；4.菌的稳定性；5.菌的产物得率和产物在培养液中的浓度；6.容易从培养液中回收产物。8、无机盐类是微生物生命活动所不可缺少的物质，简述其主要功用。9、在考虑某一菌种对培养基的总体要求时，在成分选择时应注意哪些方面？p601、菌体的同化能力一般只有小分子能够通过细胞膜进入细胞内进行代谢；微生物能够利用复杂的大分子是由于分泌各种水解酶，在体外将大分子水解为微生物能直接利用的小分子;微生物来源和种类不同，所分泌的水解酶系不同；有的微生物由于水解酶系的缺乏，只能利用简单物质；2、代谢物的阻遏和诱导作用菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢物可能阻遏或抑制某些产物合成所需的酶系的形成或酶的活性（葡萄糖效应）；在抗生素发酵时，种子培养基所含的快速利用碳源和氮源往往比发酵培养基多；有时需考虑分批补料或连续补料。有些产物会受氮源的诱导与阻遏，如通常蛋白酶的生产受培养基中蛋白质或多肽的诱导，而受铵盐、硝酸盐、氨基酸的阻遏，应考虑氮源以有机氮源（如蛋白质）为主。3、合适的碳氮比碳氮比对生长繁殖以及产物合成的影响极其显著氮源过多，会使菌体生长过旺，pH偏高，不利代谢产物的积累；氮源不足，则菌体繁殖量少，从而影响产量；碳源过多则易形成较低的pH；碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶。碳氮比也随碳源及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异。4、PH的要求pH是微生物生长和代谢的极为重要的环境因子；微生物在利用营养物质后，由于酸碱物质的积累或代谢酸碱物质的形成，会造成培养体系中pH的波动；发酵过程中调节pH的方式一般不主张直接用酸碱来调节；要保证发酵过程中pH能满足工艺的要求，合理配制培养基是决定因素，在配制培养基选取营养成分时，除了考虑营养需求外，也要考虑其代谢后对培养体系pH缓冲能力的影响。10、简述温度对发酵的影响，如何选择最适温度? p180p182答：（一）、温度影响微生物细胞生长随着温度的上升，细胞的生长繁殖加快。这是由于生长代谢以及繁殖都是酶参加的。根据酶促反应的动力学来看，温度升高，反应速度加快，呼吸强度增加，最终导致细胞生长繁殖加快。但随着温度的上升，酶失活的速度也越大，使衰老提前，发酵周期缩短，这对发酵生产是极为不利的。温度影响产物的生成量。温度影响生物合成的方向。例如，在四环类抗生素发酵中，金色链丝菌能同时产生四环素和金霉素，在30时，它合成金霉素的能力较强。随着温度的提高，合成四环素的比例提高。当温度超过35时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。温度影响发酵液的物理性质。温度除了影响发酵过程中各种反应速率外，还可以通过改变发酵液的物理性质间接影响微生物的生物合成。例如，温度对氧在发酵液中的溶解度就有很大响，随着温度的升高，气体在溶液中的溶解度减小，氧的传递速率也会改变。另外温度还影响基质的分解速率，例如，菌体对硫酸盐的吸收在25时最小。（二）最适温度是既适合菌体的生长，又适合代谢产物合成的温度。但最适生长温度与最适生产温度往往是不一致的。各种微生物在一定条件下，都有一个最适的温度范围。微生物种类不同，所具有的酶系不同，所要求的温度不同。同一微生物，培养条件不同，最适温度不同。最适发酵温度随着菌种、培养基成分、培养条件和菌体生长阶段不同而改变。在生长阶段，应选择最适生长温度；在产物分泌阶段，应选择最适生产温度。发酵温度可根据不同菌种，不同产品进行控制。11、简述谷氨酸发酵控制要点。答：1、种量控制：加大接种量能缩短发酵周期,提高产酸,提高转化率,提高设备利用率,并能减少染菌机会。其控制要点:(1)加大接种量,合理的培养基组成是关键,种子培养基组成要有利于长菌,要注意碳氮氧平衡。大罐培养基组成要有利于合成谷氨酸,生物素用量要少；(2)种量大,还要浓度高、活力强只能做参数；(3)要求原料生物素稳定,且减少由于原料波动所造成对发酵的影响。2、流加糖的控制：过早加糖,有可能刺激生长,从而加速糖的利用,易造成菌体代谢紊乱而失去控制。补糖过晚,不能保证生产菌在生物合成阶段有足够而又不过多的养料供给其合成和维持正常代谢的需要,降低产物的转化量。其控制要点:(l)流加糖浓度在45%一50%之间,糖色泽不增加,糖被分解,蒸发过程中损失尽量减小,蒸发温度不宜过高,时间不宜过长,避免产生焦糖和色素。(2)流加糖消毒灭菌温度不宜过高,而且要迅速降温至30一45,保压备用。(3)流加过程中残糖不宜控制忽高忽低。根据糖耗速率控制流加数量,保持残糖稳定。3、生物素用量的控制：采用大接种量工艺,生物素用量要少,提倡使用复合生物素,玉米浆尽量改用新鲜的玉米浸泡水,