發(fā)酵工程復(fù)習(xí)資料 四川理工學(xué)院

1、一 發(fā)酵工業(yè)菌種1.工廠化生產(chǎn)對菌種的要求？培養(yǎng)基原料來源廣、廉價；培養(yǎng)條件易控制；發(fā)酵周期短；菌株高產(chǎn)；抗病毒（噬菌體）能力強(qiáng)；菌株性狀穩(wěn)定，不易變異退化；菌體本身不能是病原菌；2.發(fā)酵工業(yè)誘變育種的原理？誘變育種：以誘發(fā)突變?yōu)榛A(chǔ)的育種，是迄今為止國內(nèi)外提高菌種產(chǎn)量、性能的主要手段。用各種物理、化學(xué)的因素人工誘發(fā)基因突變進(jìn)行的篩選，稱為誘變育種誘變劑：能夠提高生物體突變頻率的物質(zhì)稱為誘變劑物理誘變劑：射線如紫外線、X-射線、-射線，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線。許多高產(chǎn)菌株的選育都用過紫外線，對于一般實驗室、中小型工廠都適用，也很安全。其他的幾種射線都是電離性質(zhì)

2、的，有一定的穿透力，一般都由專業(yè)人員在專門的設(shè)備中使用，否則有一定危險性?；瘜W(xué)誘變劑：化學(xué)因子如堿基類似物、5-氟尿嘧啶、烷化劑等?；瘜W(xué)誘變劑中使用最多、最有效的是烷化劑。使用化學(xué)誘變劑的優(yōu)缺點：大多數(shù)情況下，就突變數(shù)量而言，要比電離輻射更有效?；瘜W(xué)誘變劑是很經(jīng)濟(jì)的，因為只需要少量的合適的誘變劑，設(shè)備是實驗室的一般玻璃器皿，一個蒸氣罩。而用電離輻射進(jìn)行工作時，設(shè)備費(fèi)用大，并要注意安全性。大部分誘變劑是致癌劑，所以在使用中必須非常謹(jǐn)慎，要避免化學(xué)誘變劑與皮膚接觸，且切勿吸入其蒸氣，有人對某些誘變劑極其敏感，甚至未直接接觸就會過敏，這就更要當(dāng)心。3.菌種保藏的目的和原理？（1）目的： 存活，不丟失

3、，不污染； 防止優(yōu)良性狀丟失； 隨時為生產(chǎn)、科研提供優(yōu)良菌種。（2）基本原理：根據(jù)菌種的生理生化特點，人工地創(chuàng)造條件，使菌種的代謝活動處于不活潑狀態(tài)。二 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基1.名詞：前體、生理酸性物質(zhì)、生理堿性物質(zhì);前體：指某些化合物加入發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。生理酸性物質(zhì)：經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無機(jī)氮源。生理堿性物質(zhì)：經(jīng)微生物生理作用后能形成堿性物質(zhì)的無機(jī)氮源。例如：液體曲2.在利用氨水、尿素作為N源時的注意事項；氨水 ：堿性強(qiáng)、易揮發(fā)、不能加熱滅菌，不能加到基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，

4、只用于流加,且要攪拌。尿素及有機(jī)氮：一般無毒，但尿素使PH，滅菌后不穩(wěn)定造成尿素減少。另有機(jī)氮源同時含有 C、N，故兼有C、N的作用。3.前體的特性？使用時的工藝控制？有些前體濃度過高對菌體產(chǎn)生毒性。菌體還具有將前體氧化分解的能力，故需工藝控制。少量流加 多次加入 加入的時間4.簡述影響培養(yǎng)基質(zhì)量的因素；原材料的質(zhì)量 純度、原材料的產(chǎn)地品種、加工方法、儲存條件、粉碎粒度等。配制方法 培養(yǎng)基的配方中應(yīng)注明的事項： 計料體積與配料體積的關(guān)系 物料的規(guī)格 pH值及調(diào)整方法 對配制水的要求 投料的順序發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)1.試根據(jù)對數(shù)殘留定律，如何確定培養(yǎng)基的滅菌時間?工業(yè)生產(chǎn)中采用高溫瞬時滅菌的依據(jù)。滅

5、菌操作中，為達(dá)到一定的滅菌要求，即 N/N0 為某值，如 10-16。所需滅菌時間即可由下式求出： 該式叫做對數(shù)殘留公式 以上結(jié)論非常重要：在生產(chǎn)上，可利用菌體死滅反應(yīng)與營養(yǎng)成分被破壞反應(yīng)的 E差距來作為工藝選取的依據(jù)。通常，菌體死滅反應(yīng)的E 約在200400 KJ/mol，而維生素被破壞的E 約在8100 KJ/mol，滅菌中，溫度升高，菌體死滅速度的增加遠(yuǎn)大于營養(yǎng)成分被破壞的增加；這就是高溫短時間滅菌的依據(jù)。2.比較分批滅菌與連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點。（書）（補(bǔ)充）有一發(fā)酵罐內(nèi)裝 40 m3 培養(yǎng)基、在 121 溫度下進(jìn)行實罐滅菌。原感染程度為每 1 mL 有 2 × l05 個耐熱細(xì)菌

6、芽抱，12l 時滅菌速度常數(shù)為 1.8 min-1。求滅菌失敗機(jī)率為 0.001 時所需要的滅菌時間。 3.結(jié)合本地實際，設(shè)計一空氣凈化流程并對其進(jìn)行分析。發(fā)酵工業(yè)種子制備簡述影響種子質(zhì)量的主要因素。1.培養(yǎng)基：選用原則：組分簡單，來源豐富，價格便宜，取材方便等。種子培養(yǎng)基以菌體增殖為目的，應(yīng)該糖份少而氮源多些。種子罐與發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分趨于一致時，可縮短發(fā)酵生產(chǎn)的周期。2.培養(yǎng)條件溫度：溫度直接影響生長和酶的合成；pH值：對微生物有明顯的影響。培養(yǎng)基pH調(diào)節(jié)方法：用酸堿溶液中和法；使用緩沖溶液法；使用生理緩沖劑；通氣攪拌：溶解氧的作用：參與菌體呼吸作用;攪拌：促進(jìn)氧的溶解與營養(yǎng)物質(zhì)及代謝產(chǎn)物的

7、擴(kuò)散。通氣量的多少以溶解氧的多少來衡定。通氣過程中，影響溶解氧的因素：菌種；培養(yǎng)基性質(zhì)；培養(yǎng)階段；發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)；泡沫：危害：影響微生物對氧的吸收；妨礙CO2的排除；減少設(shè)備利用率（有效容積減少）；造成跑料，導(dǎo)致染菌；發(fā)酵動力學(xué)1.分批培養(yǎng)、分批補(bǔ)料培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)各是怎樣的操作方式？分批發(fā)酵：在一封閉系統(tǒng)內(nèi)含有初始限量基質(zhì)的發(fā)酵方式。除了氧氣、消泡劑及控制pH的酸或堿外，不再加入任何其它物質(zhì)。發(fā)酵過程中培養(yǎng)基成分減少，微生物得到繁殖。補(bǔ)料分批發(fā)酵是指在發(fā)酵過程中,連續(xù)或間歇補(bǔ)加一種或幾種培養(yǎng)基成分,但發(fā)酵過程中不取出發(fā)酵液的發(fā)酵方法。又稱半連續(xù)培養(yǎng)，是介于分批培養(yǎng)過程與連續(xù)培養(yǎng)過程之間的一種過渡

8、培養(yǎng)方式。 連續(xù)培養(yǎng)是針對間隙（分批）培養(yǎng)而言的，即以一定速率不斷向混合均勻的發(fā)酵罐中供給新鮮的培養(yǎng)基，同時等量的排出發(fā)酵液，維持發(fā)酵液量一定的培養(yǎng)方法。連續(xù)發(fā)酵中，微生物的生長代謝活動保持旺盛的穩(wěn)定狀態(tài)，而 pH、營養(yǎng)成分、溶解氧等都保持恒定，并從系統(tǒng)外部予以調(diào)控。這樣就大大提高了設(shè)備利用率。2.Monod方程是描述什么的？什么是限制性底物？ 細(xì)菌的比生長速率與單一限制性基質(zhì)之間存在的關(guān)系。第二問略。3.何為單級恒化器？具有恒定化學(xué)環(huán)境的反應(yīng)器;恒化指明了操作的穩(wěn)定狀態(tài)特征。對于菌體：積累的細(xì)胞（進(jìn)入-流出）的細(xì)胞 +（生長-死亡）的細(xì)胞 這表明，在一定范圍內(nèi)，人為地調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的流加速度，可

9、以使細(xì)胞按照所希望的比生長速率來生長。對于限制性底物：積累底物（流進(jìn)-流出）-（生長+產(chǎn)物+維持）所消耗的底物 對于產(chǎn)物形成：積累的產(chǎn)物（生成-流出）的產(chǎn)物 在恒定條件下： 上面的幾個平衡式即是單級恒化器在達(dá)到平衡時的基本特征，式中均涉及到稀釋率?？梢?，單級恒化器連續(xù)培養(yǎng)菌體的穩(wěn)態(tài)操作必須有DDc；如果D>Dcrit ，反應(yīng)器中的菌體終將被沖出；如果 D 只稍微低于 Dc ，那么整個系統(tǒng)對外界環(huán)境的變化是非常敏感的，隨D的微小變化，x 將發(fā)生巨大的變化。發(fā)酵工業(yè)中氧的供需1.對發(fā)酵罐通風(fēng)調(diào)節(jié)的意義。微生物進(jìn)行某種生理活動時，對環(huán)境中氧濃度的最低要求。不同種類的微生物的C臨界不同，同種微生

10、物在進(jìn)行不同生理活動時也不同。發(fā)酵液溶氧控制的目的是根據(jù)不同發(fā)酵階段，保證溶氧濃度不低于C臨界。微生物只能從其生活的液體基質(zhì)中獲得氧，以供其生理活動。發(fā)酵液中所含氧的多少就顯得很重要。氧是難溶氣體，為滿足發(fā)酵中菌體對氧的需求，必須采用強(qiáng)制供氧措施；另一方面，由于氧有時又可改變菌體的代謝方向，故又需要根據(jù)生產(chǎn)需要適時地調(diào)節(jié)控制供氧，這需要根據(jù)具體的發(fā)酵工藝而定。2.影響發(fā)酵設(shè)備氧傳遞速率的主要因素。推動力因素：溫度、溶質(zhì)、溶劑、氧分壓；KLa因素：攪拌、設(shè)備參數(shù)、發(fā)酵液性質(zhì)；發(fā)酵過程控制1.發(fā)酵過程中進(jìn)行溫控的意義？ 溫度對發(fā)酵的影響：菌體生長 酶活性 膜的通透性 胞內(nèi)反應(yīng)的速率產(chǎn)物形成 速度

11、方向發(fā)酵液性質(zhì)發(fā)酵過程中，發(fā)酵液溫度變化取決于幾個因素：Q發(fā)酵 = Q生物 + Q攪拌 - Q蒸發(fā) - Q輻射2. 發(fā)酵液pH值變化的因素及對發(fā)酵液pH進(jìn)行調(diào)控的主要方法。環(huán)境中氫離子濃度影響微生物環(huán)境的離子強(qiáng)度、細(xì)胞膜的透性及膜上的帶電性和氧化-還原電位、酶活性；生產(chǎn)中，從以下幾個方面進(jìn)行：調(diào)整培養(yǎng)基組分：適當(dāng)調(diào)整C/N比，使鹽類與碳源配比平衡，一般情況：C/N高時（真菌培養(yǎng)基），pH降低；C/N低時（一般細(xì)菌），經(jīng)過發(fā)酵后，pH上升。工藝控制：添加CaCO3：當(dāng)用NH4+鹽作為氮源時，可在培養(yǎng)基中加入CaCO3，用于中和NH4+被吸收后剩余的酸；氨水流加法：可以中和發(fā)酵中產(chǎn)生的酸，又可作為

12、氮源； 尿素流加法：味精廠多采用此法，以尿素作為菌體氮源時，尿素首先被菌體尿酶分解成氨，氨進(jìn)入發(fā)酵液，使pH上升，當(dāng)NH4+被菌體作為氮源消耗并形成有機(jī)酸時，發(fā)酵液pH下降，這時隨著尿素的補(bǔ)加，氨進(jìn)入發(fā)酵液，又使發(fā)酵液pH上升及補(bǔ)充氮源，如此循環(huán)，致至發(fā)酵液中碳源耗盡，完成發(fā)酵。3. 發(fā)酵液泡沫產(chǎn)生的原因及消泡的基本方法。A產(chǎn)生原因：外界引入，在通氣過程中，伴隨機(jī)械攪拌，空氣被分成細(xì)小的氣泡，從溶氧的角度講，氣泡越細(xì)越好，使空氣中的氧和發(fā)酵液中的CO2能充分的進(jìn)行交換，這些氣泡升到發(fā)酵液面形成泡沫； 微生物在進(jìn)行發(fā)酵活動時，產(chǎn)生一些氣體，如CO2 ；這些代謝氣體凝結(jié)形成氣泡，成為發(fā)酵泡沫；菌體代謝越旺盛，這部分泡沫的產(chǎn)生量越多； B.泡沫的控制