發(fā)酵工程 重點(diǎn)課件

1、微生物工程 微生物工程是研究微生物生長、繁殖及代謝活動、代謝產(chǎn)物合成及其控制規(guī)律的科學(xué)。營養(yǎng)缺陷型突變株(auxotrophic mutant):指在微生物生長過程中,因產(chǎn)品合成途徑中某種酶缺陷,而不能生成終產(chǎn)物,只能生成中間代謝物,必須添加終產(chǎn)物,微生物才能生長的突變株。調(diào)節(jié)突變株(adjustable mutant):指菌株因受外界條件影響,而產(chǎn)生不受終產(chǎn)物及其結(jié)構(gòu)類似物反饋抑制或阻遏的突變株,此時終產(chǎn)物能夠大量積累。種子擴(kuò)大培養(yǎng) 種子擴(kuò)大培養(yǎng)是指將保存在沙土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后,再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng),最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種的過程。

2、靜置培養(yǎng)法 又稱厭氣培養(yǎng),即將培養(yǎng)基盛于發(fā)酵罐中,在接種后,不通空氣進(jìn)行培養(yǎng);通氣培養(yǎng)法 又稱好氣性發(fā)酵,這種發(fā)酵在培養(yǎng)過程中必須通入空氣,以維持一定的溶氧水平,菌體才能迅速進(jìn)行生長發(fā)酵;培養(yǎng)基 是指供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需要的、按一定比例配制的、多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物;前體 在產(chǎn)物的生物合成過程中,被菌體直接用于產(chǎn)物合成而自身結(jié)構(gòu)無顯著變化的物質(zhì)消毒 用物理或化學(xué)的方法殺死物料、容器器皿內(nèi)外病原微生物的過程,一般只能殺死營養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽孢;滅菌(sterilization):用物理或化學(xué)的方法殺死物料或設(shè)備中所有有生命的有機(jī)體的技術(shù)或工藝過程;它既能殺死營養(yǎng)細(xì)胞又能殺

3、死細(xì)菌芽孢。發(fā)酵機(jī)制：是指微生物通過其代謝活動,利用基質(zhì)合成人們所需要的產(chǎn)物的內(nèi)在規(guī)律。初級代謝：初級代謝是指微生物合成它們在生長和繁殖過程中所必須的物質(zhì)(如糖、氨基酸、脂肪、核苷酸及其聚合物)的過程;所合成的物質(zhì)稱為初級代謝產(chǎn)物。次級代謝：次級代謝是指微生物在生長和繁殖過程中合成對微生物的生長、繁殖無關(guān)或功能不明確的化合物的過程;這些化合物稱為次級代謝產(chǎn)物。發(fā)酵動力學(xué):是研究發(fā)酵過程中菌體生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成的動態(tài)平衡及其內(nèi)在規(guī)律的科學(xué)最低培養(yǎng)基:即培養(yǎng)基是由單一碳源葡萄糖與無機(jī)鹽組成,這時葡萄糖在微生物生長代謝過程中既作為生長代謝過程中所需要的能源,又作為構(gòu)成菌體材料的培養(yǎng)基。完全培養(yǎng)

4、基:即在培養(yǎng)基內(nèi)不但含有碳源與無機(jī)鹽,還含有構(gòu)成菌體所需要材料的培養(yǎng)基。分批培養(yǎng):在一個密閉系統(tǒng)內(nèi)一次性投入有限數(shù)量營養(yǎng)物進(jìn)行培養(yǎng)的方法。連續(xù)培養(yǎng):又稱連續(xù)發(fā)酵,是指以一定速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基,同時以相同速度流出培養(yǎng)液,從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定,使培養(yǎng)物在近似恒定狀態(tài)下生長的培養(yǎng)方法。呼吸強(qiáng)度:指單位質(zhì)量干菌體在單位時間內(nèi)所吸取的氧量,以QO2表示,單位為(mmolO2/g干菌體h)耗氧速率:指單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)的吸氧量,以表示,單位為(mmolO2/Lh)臨界氧濃度：各種微生物對培養(yǎng)液中溶氧濃度的最低要求,稱為臨界氧濃度絕對過濾:是介質(zhì)之間的空隙小于被濾除的微生物,當(dāng)空氣

5、流過介質(zhì)后,空氣中的微生物被濾除的過濾方法。DE值 葡萄糖值，糖化液中的還原糖含量(以葡萄糖計算)占干物質(zhì)的百分率稱為DE值。Q10隨著溫度的升高,滅菌反應(yīng)速度常數(shù)增加的倍數(shù)大于營養(yǎng)物質(zhì)分解反應(yīng)速度常數(shù)增加的倍數(shù)。Y G表示用于菌體生長的碳源對菌體的得率常數(shù)m微生物的碳源維持常數(shù)Ym表示碳源對代謝產(chǎn)物的得率常數(shù)YATP稱作ATP消耗對菌體的得率-耗氧速率QO2-呼吸強(qiáng)度KLa液相體積氧傳遞系數(shù)kd溶氧系數(shù)生長比速微生物工程的特征(1) 發(fā)酵過程既是復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng),又與微生物活細(xì)胞息息相關(guān)(2) 發(fā)酵醪包括固相、液相、汽相,還含有活細(xì)胞及菌絲體,(3) 微生物工程可分為發(fā)酵和提純兩個部分(4

6、) 微生物產(chǎn)物大部分為熱敏性物質(zhì),因此應(yīng)避免過熱及添加保護(hù)劑等。(5) 微生物工程應(yīng)采取:實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)中間試驗(yàn)規(guī)模大型生產(chǎn)規(guī)模的工藝過程。 發(fā)酵方法(按不同分類方法分類):按對氧的需要分:厭氧發(fā)酵和有氧發(fā)酵按培養(yǎng)基物理性狀分:液體發(fā)酵和固體發(fā)酵按微生物生長方式分:分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵按培養(yǎng)方式分:表面發(fā)酵和深層發(fā)酵發(fā)酵工藝基本過程發(fā)酵原料的預(yù)處理 菌種斜面培養(yǎng) 種子擴(kuò)大培養(yǎng) 微生物發(fā)酵和控制 發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取或菌體利用:菌種保藏的目的保證菌種在長時間盡可能保持原有菌株優(yōu)良的生產(chǎn)性能、提高菌種的存活率,減少菌種的變異,以及不被雜菌污染以利于生產(chǎn)上長期使用。保藏原理根據(jù)菌種的生理、生化特點(diǎn),人為

7、地創(chuàng)造條件,使菌種的代謝活動處于不活潑狀態(tài)。防止菌種衰退的措施 提供良好的環(huán)境條件,滿足微生物生長的需要。 用優(yōu)良的保藏方法,使微生物長期處于休眠的環(huán)境。 定期純化菌種,保證純種發(fā)酵。菌種復(fù)壯的方法純種分離改變培養(yǎng)條件,以達(dá)到復(fù)壯的目的。 淘汰已衰退的個體種子擴(kuò)大培養(yǎng)的任務(wù)獲得純而壯的、活力旺盛的、接種量足夠的培養(yǎng)物,為每次發(fā)酵罐的投料,提供相當(dāng)數(shù)量的代謝旺盛的種子。影響種子質(zhì)量的主要因素培養(yǎng)基、 種齡與接種量 、溫度、 pH值 、通氣和攪拌 、泡沫、 染菌的控制、 種子級數(shù)的確定培養(yǎng)基的類型和用途(1)按營養(yǎng)物質(zhì)的來源分(組成培養(yǎng)基) 自然培養(yǎng)基 、合成培養(yǎng)基 、 半合成培養(yǎng)基 (2)按培養(yǎng)

8、基制成的形式分: 固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基 、液體培養(yǎng)基(3)按培養(yǎng)基的主要成分或使用目的分: 基礎(chǔ)培養(yǎng)基(MM)、選擇性培養(yǎng)基 、鑒別培養(yǎng)基 、完全培養(yǎng)基(CM)(4)按生產(chǎn)工藝要求分(生產(chǎn)培養(yǎng)基): 孢子培養(yǎng)基 、種子培養(yǎng)基 、發(fā)酵培養(yǎng)基 培養(yǎng)基的用途篩選菌種、保藏菌種、檢驗(yàn)雜菌、培養(yǎng)種子、發(fā)酵生產(chǎn)等影響葡萄糖酸解反應(yīng)速度常數(shù)的因素有哪些k為反應(yīng)速度常數(shù);k= cA;k值愈高,表示反應(yīng)速度愈快。為酸催化劑活性常數(shù);cA為酸的摩爾濃度;為多糖水解常數(shù),以棉花=1為標(biāo)準(zhǔn);為溫度對水解速度的影響常數(shù),由實(shí)驗(yàn)測定葡萄糖復(fù)合反應(yīng)的影響因素淀粉濃度 、酸及其濃度、時間葡萄糖的分解反應(yīng)影響因素反應(yīng)時間、

9、pH生物合成前體物質(zhì)的作用1、避免合成途徑的反饋抑制作用;2、控制生產(chǎn)菌合成方向,獲得較高產(chǎn)率。 促進(jìn)劑和抑制劑提高產(chǎn)物產(chǎn)量的原因改變了細(xì)胞膜的滲透性,增加了氧的傳遞速度,改變了菌體對氧的有效利用。滅菌方法干熱滅菌法、濕熱滅菌法、射線滅菌法、化學(xué)試劑滅菌法、介質(zhì)過濾除菌滅菌的要求既要達(dá)到滅菌目的,又要使培養(yǎng)基中培養(yǎng)基成分的破壞盡可能減少到最低限度。采用高溫快速滅菌的方法,既可達(dá)到滅菌的目的,又可減少營養(yǎng)物質(zhì)的破壞,通常為121,2030min; 加熱滅菌Pasteurization的原理根據(jù)微生物在溫度超過最高溫度時,細(xì)胞中原生質(zhì)體和酶的基本成分蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆的凝固變性,使微生物在很短時間內(nèi)

10、死亡這一特性進(jìn)行的。對數(shù)殘留定律微生物活菌數(shù)的減少速率(或稱死亡速率)與任一瞬間殘存的菌數(shù)成正比反應(yīng)速度常數(shù)k值是判斷微生物熱死難易程度的指標(biāo),k值愈小,越大,微生物越耐熱影響培養(yǎng)基滅菌的其他因素培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)基pH、培養(yǎng)基顆粒的大小、泡沫分批滅菌與連續(xù)滅菌的選用（理解）當(dāng)培養(yǎng)基中含有較多固體顆?；蜉^多泡沫時,以分批滅菌較好,因?yàn)樵谶@種情況下,連續(xù)滅菌不徹底;對于容積小的發(fā)酵罐,連續(xù)滅菌的優(yōu)點(diǎn)不明顯,采用分批滅菌比較方便;對于大型液體發(fā)酵,培養(yǎng)基固體顆粒少,泡沫少時采用連續(xù)滅菌較好。糖酵解途徑的幾個關(guān)鍵調(diào)控酶及其調(diào)控;1、 己糖激酶與磷酸果糖激酶是別構(gòu)調(diào)控酶,它們受能荷的控制; ATP、檸檬

11、酸、脂肪酸能加強(qiáng)抑制效應(yīng),而AMP、ADP、Mg2+或無機(jī)磷可消除抑制,增強(qiáng)酶活性;2、 丙酮酸激酶是一個別構(gòu)調(diào)控酶,Mg2+、K+及1,6二磷酸果糖活化此酶,而長鏈脂肪酸、乙酰CoA和Ala能抑制該酶活性;糖酵解中間產(chǎn)物的不同去路;1、 （有氧）丙酮酸進(jìn)入線粒體，在TCA循環(huán)中脫氫 NADH+H+2、 受乳酸脫氫酶作用，被還原為乳酸;3、 受丙酮酸脫羧酶作用，再在乙醇脫氫酶作用下，生成乙醇;4、 生成乙酰CoA檸檬酸發(fā)酵必須具備哪些條件;合成條件:(1)菌體有活性很強(qiáng)的檸檬酸合成酶;(2)有足夠的底物來源(要有活性很強(qiáng)的丙酮酸脫羧酶和催化CO2固定的酶)(3)順烏頭酸水合酶阻遏失活或很微弱。

12、檸檬酸積累的生物調(diào)節(jié);1、第一個調(diào)節(jié)位點(diǎn)-磷酸果糖激酶(PFK);2、第二個調(diào)節(jié)位點(diǎn)-檸檬酸合成酶;3、第三個調(diào)節(jié)位點(diǎn)-異檸檬酸脫氫酶:4、第四個調(diào)節(jié)位點(diǎn)-順烏頭酸水合酶: 發(fā)酵動力學(xué)的研究內(nèi)容; 菌體生長速率、基質(zhì)消耗速率和產(chǎn)物生成速率微生物生長的四個階段;(1) 延滯期 (2) 對數(shù)生長期 (3)穩(wěn)定期 (4)衰亡期好氣性發(fā)酵對無菌空氣的要求; 發(fā)酵過程不致于染菌,過濾后空氣無菌度達(dá)到N=103;空氣過濾除菌的類型,介質(zhì)過濾除菌的機(jī)制;介質(zhì)過濾除菌包括深層過濾和絕對過濾兩種。介質(zhì)過濾除菌的機(jī)制：慣性碰撞滯留作用、阻截滯留作用、布朗擴(kuò)散作用、重力沉降作用、靜電吸附作用在五種除菌機(jī)制中,當(dāng)氣流

13、速度大于臨界速度時,以慣性碰撞滯留作用為主;當(dāng)氣流速度小于臨界速度時,以阻截滯留作用、布朗擴(kuò)散作用、重力沉降作用、靜電吸附作用為主。氧的傳遞途徑與傳質(zhì)阻力;1、供氧途徑及傳質(zhì)阻力氣膜阻力1/k1 氣液界面阻力1/k2 液膜阻力1/k3 液流阻力1/k4其中液膜阻力1/k3是限制因素,是供氧方面最主要的阻力2、 耗氧方面的阻力細(xì)胞周圍液膜阻力1/k5 菌絲叢內(nèi)的擴(kuò)散阻力1/k6 細(xì)胞膜的阻力1/k7 細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)阻力1/k8其中菌絲叢內(nèi)的擴(kuò)散阻力1/k6與細(xì)胞膜的阻力1/k7影響顯著,是耗氧方面最主要的阻力易溶氣體H很小,KGkG,說明主要傳質(zhì)阻力是氣膜阻力,因此屬于氣膜控制,如二氧化碳溶于水;難

14、溶氣體H很大,KL kL,說明主要傳質(zhì)阻力是液膜阻力,因此屬于液膜控制,如氧氣溶于水;影響氧傳遞速率的主要因素;主要有溶氧系數(shù)KLa值和推動力c*cL。攪拌轉(zhuǎn)速、葉徑對溶氧和混合程度的影響;d增大,n減小, Q攪增大, H攪減小,對液體混合有利,對溶氧不利;d減小,n增大, Q攪減小, H攪增大,對液體混合不利,對溶氧有利;空氣流量小時,采用小葉徑,高轉(zhuǎn)速較好;空氣流量大時，采用大葉徑,低轉(zhuǎn)速較好;空氣流量大,動力又充足，采用小葉徑,高轉(zhuǎn)速較好影響發(fā)酵溫度的因素;生物熱、攪拌熱 、蒸發(fā)熱 、輻射熱泡沫形成的必要條件;1)氣液兩相共存; (2)有表面張力大的物質(zhì)存在機(jī)械消泡的機(jī)理;利用機(jī)械強(qiáng)烈的

15、振動、壓力的變化,促使氣泡破裂,或借機(jī)械力將排出氣體中的液體加以分離回收。補(bǔ)料的原則及依據(jù);原則:控制微生物的中間代謝,使之向著有利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展; 依據(jù):根據(jù)培養(yǎng)基中碳源種類、氮源種類、用量和消耗速度,鏡檢菌的形態(tài)和發(fā)酵液的pH值來決定補(bǔ)料的多少和時間,少量多次補(bǔ)料。染菌原因分析染菌的主要原因:種子帶菌,培養(yǎng)基或設(shè)備滅菌不徹底,空氣過濾除菌不徹底而帶菌 ,設(shè)備滲漏,中間補(bǔ)料染菌,接種操作不當(dāng)、取樣操作問題等;噬菌體感染后挽救的措施抗性菌株法、并罐法、輪換菌種法、罐內(nèi)滅噬菌體法、化學(xué)藥物抑制法發(fā)酵必須具備的條件(問答）(1)需進(jìn)行發(fā)酵原料(培養(yǎng)基組成)的選擇及預(yù)處理(2)要有某種適宜的微

16、生物,需進(jìn)行微生物菌種的選育及擴(kuò)大培養(yǎng)。 (3)要有進(jìn)行微生物發(fā)酵的設(shè)備。(4)要有保證或控制微生物進(jìn)行代謝的各種條件(包括溫度、溶氧濃度及適宜酸堿度)。(5)要有將菌體或代謝產(chǎn)物提取出來,精制成產(chǎn)品的方法和設(shè)備。(6)需進(jìn)行發(fā)酵廢物的回收和利用。宏觀分類（問答）(1) 以微生物菌體細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)(2) 以微生物酶(含蛋白質(zhì))為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)(3) 以微生物代謝產(chǎn)物(含初級代謝和次級代謝產(chǎn)物)為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè) (4) 利用微生物酶修飾作用的微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵工業(yè)(5) 微生物廢水處理和其它(清潔工程)發(fā)酵工業(yè)對菌種有何要求（問答）1、菌種能在廉價原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長和大量合成目的產(chǎn)物;

17、2、菌種能在要求不高、易控制的培養(yǎng)條件下迅速生長和發(fā)酵,以縮短發(fā)酵周期;3、根據(jù)代謝調(diào)控要求,選擇高產(chǎn)的野生菌株、營養(yǎng)缺陷型突變株或調(diào)節(jié)突變株4、菌株抗噬菌體能力強(qiáng),以防止感染噬菌體而造成“倒灌”現(xiàn)象的發(fā)生。5、菌種純,不易變異退化,以保證發(fā)酵生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。6、菌種不是病原菌,不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質(zhì)和毒素,以保證產(chǎn)品的安全。發(fā)酵工業(yè)對種子的要求（問答）(1)個體與群體生理性狀穩(wěn)定;(2)活力強(qiáng),移種至發(fā)酵罐后,能夠迅速生長;(3)無雜菌污染;(4)目的產(chǎn)物產(chǎn)量高。發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇要求（問答）1、必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物所需要的基本成分:營養(yǎng)應(yīng)適當(dāng)豐富和完整,菌體生長迅速

18、且健壯;2、必須提高單位營養(yǎng)物質(zhì)合成代謝產(chǎn)物的數(shù)量:在整個代謝過程中,pH應(yīng)適當(dāng)而穩(wěn)定,糖、氮代謝能符合高單位罐批的要求,能充分發(fā)揮生產(chǎn)菌種合成代謝產(chǎn)物的能力。3、必須有利于提高產(chǎn)物的合成速度,縮短發(fā)酵周期。4、必須盡量減少副產(chǎn)物和三廢物質(zhì)的形成,便于產(chǎn)品的分離純化。5、原料價格便宜,質(zhì)量穩(wěn)定,取材容易。6、原料應(yīng)盡可能減少對通氣攪拌的影響,以利于提高氧的利用率,降低能量損耗。促進(jìn)劑和抑制劑的作用（問答）(1)起生長因子的作用; (2)推遲菌體的自溶;(3)抑制了合成某些其他產(chǎn)物的途徑而使向所需產(chǎn)物的途徑轉(zhuǎn)化;(4)降低了產(chǎn)生菌的呼吸,使之有利于合成;(5)改變發(fā)酵液的物理性質(zhì),改善了通氣效果

19、;(6)與產(chǎn)物形成復(fù)鹽,降低了發(fā)酵液中產(chǎn)物濃度,避免了反饋抑制,有利于促進(jìn)產(chǎn)物合成。發(fā)酵過程特點(diǎn)(問答);(1)發(fā)酵過程是微生物復(fù)雜群體的生命活動。(2)發(fā)酵反應(yīng)體系中有細(xì)胞的生長,基質(zhì)的消耗和產(chǎn)物的生成,它們有各自的最佳反應(yīng)條件;(3)發(fā)酵反應(yīng)有多種代謝途徑;(4)微生物反應(yīng)過程中,細(xì)胞形態(tài)、組成要經(jīng)歷生長、繁殖、維持、死亡等若干階段,不同菌齡的細(xì)胞有不同的活性; (5)發(fā)酵體系是多相體系,包括氣相、液相和固相;(6)發(fā)酵體系是多組分的:培養(yǎng)基中有多種營養(yǎng)成分,多種代謝產(chǎn)物,細(xì)胞內(nèi)也具有不同生理功能的大、中、小分子化合物;(7)發(fā)酵過程中細(xì)胞代謝是非線性的,其過程用非線性方程(Monod方程

20、)描述;空氣凈化流程選擇的依據(jù)及要求？(問答);依據(jù):必須提高過濾除菌效率;凈化要求:1、減少進(jìn)口空氣的含菌數(shù);2、設(shè)計和安裝合理的空氣過濾器,選用除菌效率高的過濾介質(zhì);3、降低進(jìn)入空氣過濾器的空氣相對濕度,保證介質(zhì)在干燥狀態(tài)下工作,提高過濾除菌效率攪拌提高溶氧系數(shù)的原因是什么？(問答)A、攪拌使液體作渦流運(yùn)動,延長了氣泡運(yùn)動路線;能把大的空氣氣泡打成微小氣泡,既增加了氣液接觸面積,又使氣泡上升速度慢,延長了接觸時間;B、攪拌使菌體分散,避免結(jié)團(tuán),有利于固液傳遞中接觸面積的增加;使發(fā)酵液作湍流流動,從而減少氣泡周圍和菌體表面的液膜厚度,減少液膜阻力,增大KLa 值,有利于氧的傳遞;溫度對微生物

21、生長和發(fā)酵過程的影響(問答); 1、 溫度影響微生物體內(nèi)各種酶催化反應(yīng)的速度和蛋白質(zhì)的性質(zhì),因此溫度不但決定其是否生長發(fā)育,而且決定微生物生長發(fā)育旺盛與否;各種微生物各有其生長發(fā)育所需的溫度。2、 溫度影響菌體生長速度:一方面,在其最適溫度范圍內(nèi),生長代謝隨溫度升高加快,產(chǎn)物生成量增加;另一方面,溫度過高,菌體易于衰老,產(chǎn)物生成量減少;故溫度不宜太高,需要有一個最適溫度1、 溫度通過影響發(fā)酵液中溶解氧濃度和發(fā)酵液粘度,從而影響基質(zhì)的分解和吸收速率, 影響生物合成方向,不同溫度可生成不同的產(chǎn)物2、同一菌種生長和積累代謝產(chǎn)物的最適溫度往往也不同。pH對菌生長和產(chǎn)物生成的影響(問答)。(1)不同種類

22、的微生物對pH的要求不同(2)控制pH值不但可以保證微生物良好的生長,而且可以防止雜菌的污染。(3)同一種微生物,由于pH值不同,可能生成不同的發(fā)酵產(chǎn)物,而且pH對發(fā)酵液或代謝產(chǎn)物產(chǎn)生影響,會影響產(chǎn)物的穩(wěn)定性。(4)發(fā)酵過程中, pH值過高、過低都會影響微生物的生長繁殖以及代謝產(chǎn)物的積累,而且微生物生長的最適pH值和發(fā)酵的最適pH值不一定相同;如何防止雜菌污染？(問答)1、 杜絕種子染菌。最后一級種子培養(yǎng)好以后必須先冷凍保壓,取樣做純種試驗(yàn),確證種子無雜菌污染,才能向發(fā)酵培養(yǎng)基中接種。2、消滅設(shè)備和管道死角。發(fā)酵罐每使用一次要徹底洗刷一次,消除死角;3、防止設(shè)備滲漏:設(shè)備應(yīng)經(jīng)常檢查、更新4、培

23、養(yǎng)基和設(shè)備滅菌必須徹底:5、加強(qiáng)空氣凈化,防止空氣帶菌:(1)減少進(jìn)口空氣的含菌數(shù);(2)加強(qiáng)對空氣的除油、除水,提高介質(zhì)過濾效率;(3)合理設(shè)計空氣過濾器如何防止噬菌體污染？(問答)1、加強(qiáng)生產(chǎn)環(huán)境凈化2、嚴(yán)禁活菌體排放3、認(rèn)真進(jìn)行種子罐、發(fā)酵罐及管道的滅菌,經(jīng)常進(jìn)行設(shè)備檢查,嚴(yán)防感染噬菌體;4、無菌室應(yīng)盡量減少與外界接觸,加強(qiáng)無菌室消毒和安全衛(wèi)生;5、加強(qiáng)空氣凈化系統(tǒng)的管理,防止噬菌體從空氣中進(jìn)入;6、準(zhǔn)備不同類型菌株,以便輪換使用;7、篩選抗噬菌體菌株,并經(jīng)常檢查抗性,防止再度感染噬菌體;8、用藥物使噬菌體失活,但不影響生產(chǎn)菌生長及發(fā)酵;闡述檸檬酸發(fā)酵的代謝調(diào)控機(jī)制; (問答)培養(yǎng)基中的

24、葡萄糖類物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)以后,經(jīng)糖酵解途徑生成丙酮酸,其中1,6二磷酸果糖激酶是調(diào)控酶; 丙酮酸進(jìn)入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA,部分羧化生成草酰乙酸,二者縮合生成檸檬酸,進(jìn)入TCA循環(huán);線粒體內(nèi)順烏頭酸水合酶受檸檬酸誘導(dǎo),一部分檸檬酸生成異檸檬酸,另一部分檸檬酸經(jīng)細(xì)胞質(zhì)(細(xì)胞質(zhì)內(nèi)順烏頭酸水合酶阻遏,檸檬酸不能分解)到達(dá)細(xì)胞外;線粒體內(nèi)對NADP+專一的異檸檬酸脫氫酶受檸檬酸抑制后異檸檬酸不能分解而進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi),對NAD+專一的異檸檬酸脫氫酶受檸檬酸激活,催化異檸檬酸水解生成 -酮戊二酸, -酮戊二酸進(jìn)入線粒體,經(jīng)TCA循環(huán)生成草酰乙酸,提供檸檬酸合成的原料來源;谷氨酸族氨基酸生物合成途徑及其發(fā)

25、酵機(jī)制;1、EMP途徑和HMP途徑與谷氨酸發(fā)酵的關(guān)系:EMP途徑和HMP途徑為谷氨酸合成提供原料草酰乙酸和乙酰CoA 。2、TCA、DCA循環(huán)、CO2固定與谷氨酸發(fā)酵的關(guān)系TCA循環(huán):TCA循環(huán)中酮戊二酸脫氫酶的欠缺,使TCA循環(huán)阻塞,酮戊二酸積累,在NH4+作用下,受谷氨酸脫氫酶作用發(fā)生氨基還原化生成谷氨酸。DCA循環(huán)：一方面,生物素欠缺,異檸檬酸分解酶喪失,使DCA循環(huán)關(guān)閉,不能提供原料,因此生物素不可缺少;另一方面,生物素濃度過高,異檸檬酸分解酶活性增強(qiáng),使DCA循環(huán)增強(qiáng),不利于谷氨酸的積累,因此生物素濃度不宜過高;再次控制生物素適量,可使菌體細(xì)胞拉長,提高了細(xì)胞膜的通透性,減少了反饋抑

26、制,有利于谷氨酸積累。CO2固定:為谷氨酸的合成提供原料。草酰乙酸的補(bǔ)充是通過CO2固定反應(yīng)完成的。3、 NH3的導(dǎo)入氧由于能和NADPH+H+反應(yīng)生成水,從而抑制酮戊二酸生成谷氨酸,而NH4+能夠與酮戊二酸反應(yīng),故可激活生成谷氨酸。4、細(xì)胞膜通透性控制(1)控制生物素的添加量(2)添加飽和脂肪酸(3)添加表面活性劑(4)添加青霉素5、菌種選育模型(1)選育生物素缺陷型菌株2)選育油酸缺陷型菌株(3)選育甘油缺陷型菌株(4)選育溫度敏感突變株(5)其他突變株1、 控制旁路代謝2、降低反饋?zhàn)饔梦锏臐舛?、消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用4、控制細(xì)胞滲透性5、促進(jìn)ATP的積累以利于氨基酸的生物合成嘌

27、呤核苷酸及嘧啶核苷酸全合成途徑中的關(guān)鍵酶及其調(diào)控;嘌呤：A、 第一個關(guān)鍵酶:磷酸核糖焦磷酸(PRPP)轉(zhuǎn)酰胺酶,催化磷酸核糖焦磷酸生成5-磷酸核糖胺;抑制劑:a.GMP、GDP、 GTP、IMP等6羥基嘌呤核苷酸類物質(zhì); b.AMP、ADP、ATP等6氨基嘌呤核苷酸類物質(zhì);B、第二個關(guān)鍵酶: IMP脫氫酶受GMP反饋抑制和阻遏,受A、G抑制; GMP還原酶受ATP反饋抑制,但ATP可作為XMP GMP反應(yīng)的供能體; SAMP合成酶受AMP反饋抑制和阻遏,受A、G抑制; AMP脫氨酶受GTP抑制,但GTP可作為SAMP AMP反應(yīng)的供能體;C、組氨酸抑制ATPPRATP 1-(5-磷酸核糖基)-

28、三磷酸腺苷,從而阻礙AICAR( 5-氨基-4-氨甲酰咪唑核甘酸)的生成;D、細(xì)胞膜透性調(diào)節(jié)嘧啶：第一個關(guān)鍵酶:氨基甲酰磷酸合成酶,受UMP 、UDP、UTP反饋抑制,受精氨酸和尿嘧啶的反饋?zhàn)瓒?鳥氨酸的激活,IMP、XMP、GMP等對該酶有促進(jìn)作用; 第二個關(guān)鍵酶:天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶,受CTP、 UMP、UDP、UTP抑制,ATP 、dATP激活; 第三個關(guān)鍵酶:胞苷酸合成酶,受CTP反饋抑制;空氣過濾器的設(shè)計;分析如何利用谷氨酸棒狀桿菌通過發(fā)酵過程代謝調(diào)控，實(shí)現(xiàn)賴氨酸的積累 (問答)從發(fā)酵動力學(xué)角度解釋微生物發(fā)酵碳元素平衡(問答);濕熱滅菌方法的計算厭氧發(fā)酵制作酸奶時,德氏乳桿菌的比生長速率為0.5 h-1,種子液中德氏乳桿菌含量80億個/毫升,接種量為10%,試求該酸奶發(fā)酵完成時(菌含量80億個/毫升)所需的時間。發(fā)酵罐通氣速率的計算。微生物工程