发酵工程期末考试重点终极

●发酵工程：以微生物、动植物细胞为生物作用剂进展工业化生产的工程，包括发酵工艺和发酵设备。●主要争论内容：菌种选育与构建、大规模培育基和空气的灭菌、大规模细胞培育过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反响器的优化设计和操作、发酵产品的分离纯化过程中的技术问题等。●发酵工程原理：指导发酵产品争论与开发，发酵工厂设计与建设以及发酵生产实践的理论。●初级代谢：是很多生物都具有的生物化学反响，蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢。初级代谢。●初级代谢产物●初级代谢产物如氨基酸、多糖等。●次级代谢：微生物以初级代谢产物为前提合成的对微生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程。确功能的物质的过程。●自然选育：不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进展菌种筛选的过程。●杂交育种：将两个基因型不同的菌株经吻合使遗传物质重组合，分别和筛选具有性状的菌株。●诱变育种：利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显着提高的根底上，承受简便、高效的筛选方法，从中选择出少数符合目的的突变株，以供科学试验或生产实践使用。●原生质体融合育种：两个亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇作为助融剂，使它们相互凝集，发生细胞融合，接着两个亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。●前体：某些化合物参加发酵培育基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而自身构造并没有明显变化，产物的产量却因前体的参加而有较大的提高。●抑制剂：某些化合物可以抑制特定代谢途径的进展，使另一种代谢途径活泼，获得人们所需产物的积存。如生产甘油加抑制剂亚硫酸钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。这样使乙醇代谢途径中的乙醛不能成为NADH

(复原型辅酶I)NADH2

在细胞中积存，从而激活α－NADH2

的受氢体而复原为α－磷酸甘油，其水解后即形成甘油。●促进剂：指那些既不是养分物质又不是前体，但却能提高产量的添加剂，如加巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。●灭菌：用化学或物理的方法杀灭或除掉物料及其器皿中全部的生命体。消毒是指杀死病原微生物的过程。●分批灭菌：培育基置于发酵罐中加热，到达预定温度后维持一段时间，再冷却到发酵所需温度的灭菌。●连续灭菌：在发酵罐外连续不断地进展加热、维持和冷却，同时把灭完菌的培育基通入已灭过菌的发酵罐的灭菌方式。●对数残留定律：在微生物死亡过程中的任一时刻，活菌数的削减速率与该时刻残留的活菌数成正比，这就是微生物死亡的对数残留定律。微分式为：-dN/dτ=kN；菌数。

/Ns)N0

开头灭菌时的活菌数Ns●单种法：一个种子灌接种一只发酵罐的接种方法。●双种法：用两只种子灌接种一只发酵罐的接种方法。●倒种法：从一只发酵罐中倒出适宜的，适量的发酵液给另一个发酵罐做种子的方法。●生长关联型：产物生成与菌体生长之间有平行的准量关系。这样的产品或为菌体本身或初级代谢产物。●局部生长关联型：菌体生长消灭两个顶峰，第一个生长顶峰与产物合成无平行的准量关系，其次个生长顶峰与产物合成有平行的准量关系。●非生长关联型：细胞生长与产物合成无平行的准量关系，只与菌体的总量有关。大局部次级代谢产物属于这一类。●分散：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。絮凝：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。●如何从一个菌种得到另一个菌种〔如从生产菌种获得缺陷型或菌丝过滤法。生长谱法进展。●如何从土壤中筛选芽孢杆菌〔微生物〕？采样---预处理---增殖培育---纯种分别---菌落选择---初筛---复筛---野生菌株---性能鉴定〔生产性能试验、毒性试验、菌种鉴定〕---菌种保藏采样用取样铲，将表层5cm左右的浮土除去，取5-25cm处的土样10～25?g，装入事先准预备好的塑料袋内扎好、编号并记录地点、土壤土质、植被名称、时间及其他环境条件。悬液稀释预处理从土壤中分别芽孢杆菌时 ,由于芽孢具有耐高温特性,100℃很难杀死,要在121℃才能彻底死亡。分别：培育基养分成分、PH、选择性抑制剂；培育：留意温度、PH、氧气需求及培育时间；●菌种保藏原理、常用方法原理：菌种保藏主要是依据菌种的生理生化特点，人工制造条件，使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以削减其变异。一般可以通过保持培育基养分成分在最低水平，缺氧状态，枯燥和低温，使菌种处于休眠状态，抑制其生殖力量。常用方法〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕真空冷冻枯燥保藏法：需要肯定设备，要〔5〕液氮超低温保藏法：通常在微生物孢子或养分细胞培育物中参加20%的甘油，将其保存在液氮或-80℃冰箱中，可保藏数年而不死。●培育基主要养分成份及其生理功能培育基的成分：分为碳源、氮源、生长因子、无机盐及微量元素、水和能源。碳源，细胞及其产物的碳架构造和能量的来源。氮源：主要用于构成菌体细胞物质〔如氨基酸、蛋白质、核酸等〕和含氮代谢物等的氮素来源。生长因子：微生物代谢必不可少且不能用简洁的碳源或氮源自行合成。无机盐元素：P、S、Ca、Mg、Na、K、Fe、ClP：核酸、ATP着重要作用。S：蛋白质、辅酶、生物素、谷光甘肽等组成成分。是含硫氨基酸的组成成分和某些辅酶的活性基。Fe：细胞色素、过氧化氢酶的组成成分。Mg、Ca：酶的辅基、激活剂。K、Na：调整渗透压。微量元素：Zn、Co、Mn、Cu的辅基和激活剂。水分：是养分物质，由于离开水生命活动即停顿；参与代谢活动，如水解与合成多糖、蛋白质等均有水参与反响；是环境条件，很多反响需要在水中进展；是细胞物质的连续相。能源：为微生物供给生长代谢所需的能源。微生物依据其生理类群的不同，其能源物质也不同，有时能源物质是独立于碳源之外的。●发酵工业中常用碳源及其优缺点〔如碳源贫乏时蛋白质水解产物或氨基酸等也可被某些菌种作为碳源使用。糖类：a：速效碳源，如葡萄糖等。优点：易于利用。缺点：高浓度会造成抑pH以致影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。b.长效碳源，如淀粉等，优点是长效，边糖化边利用，不会造成高浓度抑制，且价格较廉价。缺点是增大培育基的粘度且有些微生物不具有淀粉酶和糖化酶，不能利用这类碳源。油脂:优点是高复原态能源和碳源，同时也是消沫剂。缺点是脂肪的分解利用，pH有机酸盐：如乙酸盐等，也可做速效碳源，缺点是本钱较高，利用后pH上升。醇类：如乙醇，低浓度是可被少数微生物作碳源，缺点是本钱高。烃类：石油微生物的碳源，其他微生物一般不能利用。近年来随着石油工业的进展，微生物工业的碳源也有所扩大，一些烃类物质已用于发酵工业中。●如何使培育基有一个适当的PH生理酸性、碱性盐和pH缓冲剂的参加和搭配，以使pH值在发酵过程中不易超过肯定〔在微生物的生长、代谢过程中会产生引起培育基pH转变的代谢产物，如不准时调整，就会抑制甚至杀死其自身，因而在设计培育基时，就要考虑培育基成pH●培育基主要无机盐及其生理功能甘肽等组成成分。硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分和某些辅酶的活性基；Fe：细胞色素、过氧化氢酶的组成成分，是菌体有氧氧化必不行少的元素。Mg、Ca：酶的辅基、激活剂。K、Na：调整渗透压。与维持细胞的渗透压有关，是微生物发酵培育基的必要成分。Cl：在一般微生物中不具有养分作用，但对一些噬盐菌来讲是有用的。●开发一个菌株的培育基配方：1.争论思路与原则：A〕先要了解该菌的养分类型和生态类型。B〕确定培育基的类菌的养分需要，包括生长需要和合成产物的需要。(b)比例范围，如C：N比。(c)培育基物态。(d)pH缓冲力量。(e)培育温度。(f〔g〕原料价格、来源、加工方式。2.〔A〕选择因子与水平，先选因子后选水平〔B〕〔C〕填写表格，配制培育基，预备培育〔D〕建立检验指标与方法。3.操作及留意事项：摇瓶规格要全都，培育基要准确。不能染菌。种子液要混匀，加量要准确。检验结果要准确。4.计算与分析：确定培育基配方与环境条件掌握指标。5.验证试验与适当调整●分批灭菌的简要步骤分批灭菌的操作要点a)配料：将培育基在配制罐中配好后，通过专用管道输入发酵罐中。b)升温阶段：开动搅拌系统，先用夹套或蛇管预热(尾气开)，当温度升温到90-100℃时，停顿搅拌，三路进气，同时三路排气。升温过程应尽可能快一些，以利于养分物质的保持。c)保温阶段：温度到达预定温度后，关小进汽、排汽阀门，依据罐温变化状况调整各路进汽与排汽量，使罐温维持在预定灭菌温度之上1~2度范围内。d)冷却阶段：灭菌时间到达后，关闭全部与发酵罐直接相通的阀门，马上引入无菌空气保压，开搅拌、排气阀，引入冷却水冷却。●典型空气除菌的工艺流程：采气---前置过滤器---空压机---储气管---冷却器---油水分别器---加热器---总过滤器---分过滤器---发酵罐10气。前置过滤：除去大颗粒沙土、纤维等杂物，以防损伤空压机。空压机：这是一个空气驱动设备，需要的能耗很大。储气罐：消退往复式空压机产生的气流脉冲。冷却器：空气经冷却后才能通入发酵罐。油水分别器：冷却后的空气温度低于漏点后，即有水滴析出。加热器：通过加温使相对湿度降下来。总过滤器：为过滤除菌的主要设备，分过滤器：为了保险起见，还要进展一次过滤。则空气的无菌度、温度、湿度即可到达要求。●常用的灭菌方法及其适应性如何一些化学药剂能使微生物中的蛋白质、酶及核酸发生反响而具有杀菌作用。常用的化学药剂有甲醛、氯、高锰酸钾等。化学灭菌法不用于培育基的灭菌。但染菌后的培育基可以用化学药剂处理。利用紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的γ射线进展灭菌的方法。最但紫外线的穿透力低，所以仅用于外表消毒和空气的消毒。微波灭菌设备的兴起，为灭菌供给了的选择。干热灭菌：干热灭菌常用的干热条件为在160℃下保温1h：干热灭菌不如湿热灭菌有效。一些要求保持枯燥的试验器具和材料(如培育皿、接种针等)可以用于热灭菌，湿热灭菌即利用饱和水蒸气进展灭菌。简洁使蛋白质凝固而杀火各种微生物，同时，蒸汽的价格低廉，来源便利，灭菌效果牢靠。所以培育基灭菌、发酵设备及管道的灭菌，普遍承受湿热灭菌。过滤除菌：过滤除菌即利用过滤方法截留微生物，到达除菌的目的。只适用于澄清流体的除菌。●如何推断菌种的质量。A〕pH；B)〔染色镜检：形态均一，染色均一，深色较安康。如：酵母菌，丝状真菌边缘的光滑完整程度，假设在液态培育中假设分支较多则比较安康〔需要在小的范围内波动；C)培育基外观、气味〔凭阅历来看；D)酶活力；E)●生长关联型、局部生长关联型、非生长关联型发酵生长关联型：产物生成与菌体生长之间有平行的准量关系。产物直接来源于产能的初级代谢〔自身生殖所必需的代谢，菌体生长与产物形成不分开。氯霉素、杆菌肽等次级代谢产物的发酵也属此类。局部生长关联型：菌体生长消灭两个顶峰，第一个生长顶峰与产物合成无平行丙酸、延胡索酸、谷氨酸等。。产物的形成和初级代谢是分开的。大局部次级代谢产物属于这一类。如多数抗生素、色素、毒素、超量分泌的维生素等。●分批发酵、补料分批发酵、连续发酵分批发酵：指在一封闭培育系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及掌握pH的酸或碱外，不再参加任何其它物质。发酵过程中培育基成分削减，微生物得到生殖。优点：(1)操作简洁、操作引起染菌的概率低；(2)设备一次性投资低；(3)一般不会产生菌种老化和变异等问题。缺点：(1(2)非生产时间较长、设备利用率低。发酵过程从移种后开头，一般分为：延滞期、对数期、稳定期及衰亡期，也有分为：停滞期、加速期、对数期、减速期、静止期和死亡期，一般发酵不允许进入衰亡期。分批发酵的分类对实践的指导意义：假设生产的产品是生长关联型，则宜承受有利于细胞生长的培育条件，延长与产物合成有关的对数生长期；假设产品是非生长关联型，则宜缩短对数生长期，并快速获得足够量的菌体细胞后延长稳定期，以提高产量。补料分批发酵但不取动身酵液。优点：(1)使发酵系统中维持很低的基质浓度，节气及搅拌；(2)和连续发酵比无菌条件要求较低；(3)与连续发酵比较少有菌种老化和变异等问题；(4)产物浓度高，浓缩比小，提取本钱低。缺点：(1)存在肯定的非生产时间；(2)和分批发酵比，流加颖培育基增加了染菌连续发酵：是培育基料液连续微生物在近似恒定状态下生长的发酵方式。优点：(1)能维持低基质浓度；(2)可以提高设备利用率和单位时间的产量；(3)便于自动掌握。缺点：(1)菌种发生变异的可能性较大；(2)要求严格的无菌条件；(3)发酵液中产物浓度低，浓缩比大。●泡沫如何掌握：(1)预防泡沫的形成：A选择不产泡沫的培育基成分；B选择适宜的灭菌条件；C选育不产泡沫的菌株；(2)掌握泡沫的方法：A机械消沫：钉、耙、离心式消沫器；B消沫剂消沫；溶氧缺乏如何处理●溶氧浓度对发酵的影响：1、厌氧发酵：溶氧浓度>0，有害；以无机或有机氧化物作为呼吸链的电子最终受体。2为呼吸链的电子最终受体。当dc/dt<0,供小于需时，实行以下措施：供氧方面：A提高罐压〔可能会影响菌的代谢B增加通气量〔即增加通气速率C通入纯氧；D增加搅拌功率〔液体的混合和循环；需氧方面：A降低培育温度〔即供氧方程的推动力；B补水稀释培育液〔掌握菌体量，使发酵液中有较高的氧浓度。发酵过程中，一旦溶氧电极探测到发酵液中的溶氧低于设定值，一般会承受报警的形式提示操作人员留意并实行上述一种或几种措发酵过程中溶氧常常会成为限制性因素，因此，需要操作人员随时留意溶氧是否正常。●影响超滤的因素有哪些，如何提超群滤速度？因素：膜两侧的压力差，膜面流速，料液粘度，温度，溶质的集中系数和料液浓度。方法：流速增大，温度上升，料液浓度降低，错流操作。pH发酵过程中培育液的pH重要的发酵参数。它对菌体的生长和产品的积存有很大的影响。因此，必需把握发酵过程中pH的变化规律，准时监测并加以掌握，使它处于最正确的状态。尽管多数微生物能在3~4个pH单位的pH范围内生长，但是在发酵工艺中，为了到达高生长速pHpH：微生物生长和产物合成的最适pH：大多数细菌6.3-7.5；霉菌和酵母菌3-6；放线菌7-8；微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pH特性有关，也取决于产物的化学性质。发酵过程中pH的变化规律.生长阶段：pH上升或下降；生产阶段：pH比较平稳；自溶阶段：pHpH的影响主要是影响酶的活性和膜的透性。引起各种酶活力转变，影响菌对基质的利用速度和细胞构造，以致影响菌体生长和产物合成。影响菌体细胞膜电荷状况，引起膜的渗透性的变化，从而影响菌对养分的吸取和代谢产物的形成。●最适pH的选择：原则：有利于菌体生长和产物的合成，以获得较高的产量。一般依据试验结果确定。最适pH与菌株，培育基组成，发酵工艺有关。应按发酵过程的不同阶段分别掌握不同的pH范围。pH的掌握：A在根底培育基配方中考虑到pH的缓冲力量；B通过补料调pH，如pHpHC加酸碱调整pH。●如何推断发酵终点：依据不同的发酵目的和如何获得最正确经济效益来确定，具体的指标有菌丝形态，产物浓度，滤速，PH值，培育基外观，粘度等，发酵终点要综合这些因素考虑。产物浓度为首要考虑，需要进展实时化验菌形及菌体形态，通过镜检防止菌体自溶，菌体自溶前的迹象：氨基氮上升，PH上升，菌丝碎片增多，粘度增大，过滤速度降低。滤速由培育基内粘度打算，是加工需要泡沫及培育基外观为表现观看，作为参考，PHPH〔1杂菌的检出(a〔检出形态差异大的杂菌〕;(b)平板检查法〔依菌落不同，检出杂菌〕;(c)肉汤检查法〔只能检出细菌杂菌〔2〕染菌缘由的分析(a)种子带菌〔可追溯；(b)培育基灭菌不彻底〔芽孢杆菌；(c)空气系统带菌〔球菌；(d)泡沫冒顶〔有迹可循；(e)夹套及〔加压检测(f)操作不慎〔3染菌后的处理(a);(b)发酵罐染菌：前期〔加料灭菌；中期〔偏离杂菌最适生长条件；后期〔放罐●污染噬菌体如何推断处理：〔1〕污染噬菌体的觉察和检查：(a)发酵液变稀；(b)消灭噬菌斑；(c)电镜觉察噬菌体〔2〕消灭噬菌体污染后的处理(a)灭菌放罐；(b)清理生产环境；(c)调换生产菌株；(d)停产整顿；(e)选育抗噬菌体菌株。●如何提高过滤速度。1.选择适宜的预处理方法对发酵液进展预处理。2.参加助滤剂，助滤剂是一种不行3.参加一些反响剂，它们相互作用，或和某些溶解性盐类发生反响生成不溶解的沉淀〔GaSO4，AlPO4等。生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状构造，沉淀本身也可以作为助滤剂，并且还能使胶状物和悬浮物〔大多为蛋白〕凝固。4.参加酶制剂，分解粘性多糖等物质。●工业上常用的膜过程有哪些，各自的适用性如何？透析是以膜两侧的浓度差为传质推动力，从溶液中分别出小分子物质的过程。在生物分别中主要用于蛋白质的脱盐。反渗透：在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而全部溶液中大分子、小分子有机物级无机盐全部被截留住；压力差通常为0.1MPa用于海水淡化，药物浓缩，纯水制造。微滤和超滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，主要用于截留固体微粒和高分子溶质。微滤广泛用于细胞、菌体等的分别和浓缩。超滤适用于1-50nm的生物大分子的分别，如蛋白质、病毒等。电渗析：利用分子的荷电性质和分子大小的差异进展分别的膜分别法，可用于小分子电解质的分别和溶液的脱盐。以链霉素提取为例，简述离子交换操作过程？吸附：适当稀释中性吸附滤液，用钠型弱酸型树脂吸附；漂洗：用碳酸溶液在加压下进展漂洗树脂；洗脱：用0.1mol／L-1mol／L酸梯度盐酸自钠型弱酸型树脂上洗脱链霉素；洗脱后树脂为氢型，再转型为钠型可连续提取。●影响离子交换速度的因素有哪些，这些因素是如何影响的？颗粒大小：颗粒减小有利于交换速度的提高；交联度：交联度越低树脂越易膨胀，在树脂内部集中就越简洁。温度：随着温度的上升离子交速度提高；离子的化合价：离子的化合价越高，离子与树脂骨架之间的库伦引力越大，因此集中速度就愈小；离子的大小：小离子与树脂骨架的碰撞较少，交换速度比较快；搅拌速度：当液膜掌握时，肯定范围内增加搅拌速度会使交换速度增加；溶液浓度：当C<0.001mol／L时一般为外集中掌握；当0.001mol／L<C<0.01mol／LC>0.01mol／L时，浓度再增加，交换速度就增加得较慢当浓度再连续增加，交换速度到达极限值后就不再增大，此时已转变为内集中掌握。〔1〕〔2〕特性，选择对欲提溶质选择性溶解的萃取溶剂；〔3〕要最大限度的分别欲提溶质和杂质，则是分别因素〔β〕越大越好；〔4〕要得到好的分别效果，不仅要求分别因素β高，还要求原溶剂和溶剂互溶性小，最好为互不相容；〔5〕原溶剂和溶剂互溶〔6〕〔7〕溶剂的毒性要低，溶剂可分为〔8〕〔9〕价廉易得。●常见超临界萃取工艺原理？超临界萃取典型过程是由萃取阶段和分别阶段组合而成。在萃取阶段，超临界流体将所需组分从原料中提取出来。在分别阶段，通过变化某个参数或其他方法，使萃取组分从超临界流体中分别出来，并使萃取剂循环使用〔1〕等温法：通过变化压力而使萃取组分从超临界流体中分别出来；〔2〕等压法：利用温度的变化来实现溶质与萃取剂的分别；〔3〕吸附法：承受可吸附溶质而不吸附萃取剂的吸附剂使两者分别。●柱色层分别的装置及其操作：装置有：蠕动泵、层析柱、检测器和局部收集器。操A.应有进料分布头；柱底端有支持固定相的玻璃棉或砂孔玻璃板；高径比为20～30；出口管应尽量短。C.然后将浆料渐渐边加边搅拌，一次加完。D．加样：样品首先需用装柱用的缓冲液平衡，除去柱上部过多的缓冲液，使液面刚到达床层顶面，然后关上出