發(fā)酵工程期末考試重點(diǎn)整理終極版

1、發(fā)酵工程：以微生物、動(dòng)植物細(xì)胞為生物作用劑進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的工程，包括發(fā)酵 工藝和發(fā)酵設(shè)備。主要研究內(nèi)容：菌種選育與構(gòu)建、大規(guī)模培養(yǎng)基和空氣的滅菌、大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)過 程、細(xì)胞生長和產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)、生物反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和操作、發(fā)酵產(chǎn)品的分離純 化過程中的技術(shù)問題等。發(fā)酵工程原理：指導(dǎo)發(fā)酵產(chǎn)品研究與開發(fā)，發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)與建設(shè)以及發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)踐 的理論。初級代謝：是許多生物都具有的生物化學(xué)反應(yīng)，蛋白質(zhì)、核酸的合成等，均稱為初 級代謝。初級代謝產(chǎn)物：指微生物通過代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的、自身生長和繁殖所必需的物質(zhì)， 如氨基酸、多糖等。次級代謝：微生物以初級代謝產(chǎn)物為前提合成的對微生物本身的生命活動(dòng)沒有明確 功能的物

2、質(zhì)的過程。自然選育：不經(jīng)過人工處理，利用菌種的自然突變而進(jìn)行菌種篩選的過程。雜交育種：將兩個(gè)基因型不同的菌株經(jīng)吻合使遺傳物質(zhì)重新組合，分離和篩選具有 新性狀的菌株。誘變育種：利用物理、化學(xué)等誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，在促進(jìn)其突 變率顯著提高的基礎(chǔ)上，采用簡便、高效的篩選方法，從中挑選出少數(shù)符合目的的突 變株，以供科學(xué)實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐使用。原生質(zhì)體融合育種：兩個(gè)親本的原生質(zhì)體在高滲條件下混合，由聚乙二醇作為助融 劑，使它們互相凝集，發(fā)生細(xì)胞融合，接著兩個(gè)親本基因組由接觸到交換，從而實(shí)現(xiàn) 遺傳重組前體： 某些化合物加入發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物中去，而自身結(jié)構(gòu)并

3、沒有明顯變化，產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因前體的加入而有較大的提高。抑制劑： 某些化合物可以抑制特定代謝途徑的進(jìn)行，使另一種代謝途徑活躍，獲得人們所需產(chǎn)物的積累。如生產(chǎn)甘油加抑制劑亞硫酸鈉，它與代謝過程中的乙醛生成加成物。這樣使乙醇代謝途徑中的乙醛不能成為 NAD2(還原型輔酶I)的受氫體，而使 NADH&細(xì)胞中積累，從 而激活a -磷酸甘油脫氫酶的活性，使磷酸二羥基丙酮取代乙醛作為NADH的受氫體而還原為a-磷酸甘油，其水解后即形成甘油。促進(jìn)劑： 指那些既不是營養(yǎng)物質(zhì)又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑，如加巴比妥鹽能使利福霉素單位增加，并能使鏈霉菌推遲自溶，延長分泌期。滅菌 ：用化學(xué)或物理的方法殺

4、滅或除掉物料及其器皿中所有的生命體。消毒是指殺死病原微生物的過程。分批滅菌：培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中加熱，達(dá)到預(yù)定溫度后維持一段時(shí)間，再冷卻到發(fā)酵所需溫度的滅菌。連續(xù)滅菌：在發(fā)酵罐外連續(xù)不斷地進(jìn)行加熱、維持和冷卻，同時(shí)把滅完菌的培養(yǎng)基通入已滅過菌的發(fā)酵罐的滅菌方式。對數(shù)殘留定律 ：在微生物死亡過程中的任一時(shí)刻，活菌數(shù)的減少速率與該時(shí)刻殘留的活菌數(shù)成正比，這就是微生物死亡的對數(shù)殘留定律。微分式為：-dN/d r=kN;積分式為：p = (2,303/k ) log(No/Ns) N 0開始滅菌時(shí)的活菌數(shù) Ns滅菌結(jié)束時(shí)殘留菌數(shù)。 單種法：一個(gè)種子灌接種一只發(fā)酵罐的接種方法。雙種法：用兩只種子灌接種一只

5、發(fā)酵罐的接種方法。從一只發(fā)酵罐中倒出適宜的，適量的發(fā)酵液給另一個(gè)發(fā)酵罐做種子的方法。：產(chǎn)物生成與菌體生長之間有平行的準(zhǔn)量關(guān)系。這樣的產(chǎn)品或?yàn)榫w本身或初級代謝產(chǎn)物。部分生長關(guān)聯(lián)型 ：菌體生長出現(xiàn)兩個(gè)高峰，第一個(gè)生長高峰與產(chǎn)物合成無平行的準(zhǔn)量關(guān)系，第二個(gè)生長高峰與產(chǎn)物合成有平行的準(zhǔn)量關(guān)系。非生長關(guān)聯(lián)型 ：細(xì)胞生長與產(chǎn)物合成無平行的準(zhǔn)量關(guān)系，只與菌體的總量有關(guān)。大部分次級代謝產(chǎn)物屬于這一類。凝聚： 是在中性鹽作用下，由于雙電層排斥電位的降低，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。絮凝： 在某些高分子絮凝劑存在下，基于架橋作用，使膠粒形成粗大的絮凝團(tuán)的過程，是一種以物理的集合為主的過程。如何從一個(gè)菌種得到另一個(gè)

6、菌種（如從生產(chǎn)菌種獲得缺陷型） ： 誘變劑處理：采用輻射、化學(xué)試劑等因素處理細(xì)菌。 淘汰野生型：抗生素法或菌絲過濾法。 檢出缺陷型：用一個(gè)培養(yǎng)皿即可檢出，有夾層培養(yǎng)法和限量補(bǔ)充培養(yǎng)法；在不同培養(yǎng)皿上分別進(jìn)行對照和檢出的有逐個(gè)撿出法和影印檢出法。 鑒定缺陷型：可借生長譜法進(jìn)行。如何從土壤中篩選芽孢桿菌（微生物）？采樣 - 預(yù)處理 - 增殖培養(yǎng)- 純種分離- 菌落選擇- 初篩 - 復(fù)篩 - 野生菌株-性能鑒定（生產(chǎn)性能試驗(yàn)、毒性試驗(yàn)、菌種鑒定）- 菌種保藏采樣用取樣鏟，將表層5cm左右的浮土除去，取 5-25cm處的土樣1025?g,裝入事先準(zhǔn)準(zhǔn)備好的塑料袋內(nèi)扎好、編號并記錄地點(diǎn)、土壤土質(zhì)、植被名

7、稱、時(shí)間及其他環(huán)境條件。 懸液稀釋預(yù)處理從土壤中分離芽孢桿菌時(shí), 由于芽孢具有耐高溫特性,100 很 難殺死 , 要在 121才能徹底死亡。分離：培養(yǎng)基營養(yǎng)成分、PH選擇性抑制劑；培養(yǎng)：注意溫度、PH氧氣需求及培養(yǎng)時(shí)間；菌落選擇：鋪菌法、復(fù)印法；復(fù)篩：生長速率、底物消耗、產(chǎn)物合成的測定。菌種保藏原理、常用方法原理 ：菌種保藏主要是根據(jù)菌種的生理生化特點(diǎn)，人工創(chuàng)造條件，使孢子或菌體的生長代謝活動(dòng)盡量降低，以減少其變異。一般可以通過保持培養(yǎng)基營養(yǎng)成分在最低水平，缺氧狀態(tài)，干燥和低溫，使菌種處于休眠狀態(tài)，抑制其繁殖能力。常用方法： （ 1 ）斜面冰箱保藏法：三個(gè)月。（ 2）石蠟油封存法：六個(gè)月。（

8、3）沙土管保藏法：產(chǎn)孢子或芽孢的微生物。（ 4）真空冷凍干燥保藏法：需要一定設(shè)備，要求比較嚴(yán)格。 （ 5）液氮超低溫保藏法：通常在微生物孢子或營養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)物中加入20%的甘油，將其保存在液氮或-80 冰箱中，可保藏?cái)?shù)年而不死。培養(yǎng)基主要營養(yǎng)成份及其生理功能培養(yǎng)基的成分：分為碳源、氮源、生長因子、無機(jī)鹽及微量元素、水和能源。碳源，細(xì)胞及其產(chǎn)物的碳架結(jié)構(gòu)和能量的來源。氮源： 主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（如氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物等的氮素來源。生長因子：微生物代謝必不可少且不能用簡單的碳源或氮源自行合成。無機(jī)鹽元素： P、 S、 Ca、 Mg、 Na、 K、 Fe、 Cl等。P:核酸、AT

9、P輔酶、代謝中間體的組成成分。在代謝途徑的調(diào)節(jié)方面，起著重要作用。S:蛋白質(zhì)、輔酶、生物素、谷光甘肽等組成成分。是含硫氨基酸的組成成分和 某些輔酶的活性基。Fe：細(xì)胞色素、過氧化氫酶的組成成分。Mg Ca：酶的輔基、激活劑。K、Na：調(diào)節(jié)滲透壓。微量元素：Zn、Co、Mn Cu等，主要是酶的輔基和激活劑。 水分： 是營養(yǎng)物質(zhì)，因?yàn)殡x開水生命活動(dòng)即停止；參與代謝活動(dòng)，如水解與合成多糖、蛋白質(zhì)等均有水參加反應(yīng)；是環(huán)境條件，許多反應(yīng)需要在水中進(jìn)行；是細(xì)胞物質(zhì)的連續(xù)相。能源：為微生物提供生長代謝所需的能源。微生物根據(jù)其生理類群的不同，其能源物質(zhì)也不同，有時(shí)能源物質(zhì)是獨(dú)立于碳源之外的。發(fā)酵工業(yè)中常用碳源

10、及其優(yōu)缺點(diǎn)常用的碳源：糖類、油脂、有機(jī)酸、低碳醇、煌類。在特殊情況下(如碳源貧乏時(shí))，蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物或氨基酸等也可被某些菌種作為碳源使用。(1)糖類：a：速效碳源，如葡萄糖等。優(yōu)點(diǎn)：易于利用。缺點(diǎn)：高濃度會(huì)造成抑制，利用過程中產(chǎn)酸速度快， 使pH下降。但是過多的葡萄糖會(huì)過分加速菌體的呼吸，以致影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長和產(chǎn)物的合成。b.長效碳源，如淀粉等，優(yōu)點(diǎn)是長效，邊糖化邊利用，不會(huì)造成高濃度抑制，且價(jià)格較便宜。缺點(diǎn)是增大培養(yǎng)基的粘度且有些微生物不具有淀粉酶和糖化酶，不能利用這類碳源。(2)油脂：優(yōu)點(diǎn)是高還原態(tài)能源和碳源，同時(shí)也是消沫劑。缺點(diǎn)是脂肪的分解利用，可造成有機(jī)酸積累，使

11、培養(yǎng)液 pH下降。(3)有機(jī)酸鹽：如乙酸鹽等，也可做速效碳源，缺點(diǎn)是成本較高，利用后 pH上升。(4)醇類：如乙醇，低濃度是可被少數(shù)微生物作碳源，缺點(diǎn)是成本高。(5)煌類：石油微生物的碳源，其他微生物一般不能利用。近年來隨著石油工業(yè)的發(fā)展，微生物工業(yè)的碳源也有所擴(kuò)大，一些煌類物質(zhì)已用于發(fā)酵工業(yè)中。如何使培養(yǎng)基有一個(gè)適當(dāng)?shù)?PH緩沖能力？生理酸性、堿性鹽和 pH緩沖劑的加入和搭配，以使 pH值在發(fā)酵過程中不易超過一定范圍。(在微生物的生長、代謝過程中會(huì)產(chǎn)生引起培養(yǎng)基pH改變的代謝產(chǎn)物，如不及時(shí)調(diào)節(jié)，就會(huì)抑制甚至殺死其自身，因而在設(shè)計(jì)培養(yǎng)基時(shí)，就要考慮培養(yǎng)基成分對pH的調(diào)節(jié)能力。培養(yǎng)基主要無機(jī)鹽及

12、其生理功能P： 核酸、 ATP 輔酶、 代謝中間體的組成成分。在代謝途徑的調(diào)節(jié)方面，起著重要作用，有利于糖代謝的進(jìn)行，能促進(jìn)微生物的生長。S： 蛋白質(zhì)、輔酶、生物素、谷光甘肽等組成成分。硫存在于細(xì)胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組成成分和某些輔酶的活性基；Fe：細(xì)胞色素、過氧化氫酶的組成成分，是菌體有氧氧化必不可少的元素。Mg Ca：酶的輔基、激活劑。K、 Na： 調(diào)節(jié)滲透壓。與維持細(xì)胞的滲透壓有關(guān)，是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的必要成分。Cl： 在一般微生物中不具有營養(yǎng)作用，但對一些噬鹽菌來講是有用的。開發(fā)一個(gè)菌株的培養(yǎng)基配方：1 .研究思路與原則：A）先要了解該菌的營養(yǎng)類型和生態(tài)類型。B）確定培養(yǎng)基的類

13、型和劃定培養(yǎng)條件的范圍。C） 進(jìn)行培養(yǎng)基成分與培養(yǎng)條件的選擇：（a） 要根據(jù)供試菌的營養(yǎng)需要，包括生長需要和合成產(chǎn)物的需要。（b） 比例范圍，如C： N 比。 （c） 培養(yǎng)基物態(tài)。（d） pH緩沖能力。（e）培養(yǎng)溫度。 溶氧。（g）原料價(jià)格、來源、加工方式。2 .研究方案設(shè)計(jì)：（A）選擇因子與水平，先選因子后選水平（B）選擇適宜的正交表，或者響應(yīng)面方法，如爬坡法。（C）填寫表格，配制培養(yǎng)基，準(zhǔn)備培養(yǎng)條件。（D）建立檢驗(yàn)指標(biāo)與方法。3. 操作及注意事項(xiàng)：搖瓶規(guī)格要一致，培養(yǎng)基要準(zhǔn)確。不能染菌。種子液要混勻，加量要準(zhǔn)確。檢驗(yàn)結(jié)果要準(zhǔn)確。4. 計(jì)算與分析：確定培養(yǎng)基配方與環(huán)境條件控制指標(biāo)。5. 驗(yàn)證

14、試驗(yàn)與適當(dāng)調(diào)整 分批滅菌的簡要步驟分批滅菌的操作要點(diǎn)a）配料：將培養(yǎng)基在配制罐中配好后，通過專用管道輸入發(fā)酵罐中。 b） 升溫階段：開動(dòng)攪拌系統(tǒng)，先用夾套或蛇管預(yù)熱（ 尾氣開 ） ，當(dāng)溫度升溫到90-100 時(shí)，停止攪拌，三路進(jìn)氣，同時(shí)三路排氣。升溫過程應(yīng)盡可能快一些，以利于營養(yǎng)物質(zhì)的保持。c) 保溫階段：溫度達(dá)到預(yù)定溫度后，關(guān)小進(jìn)汽、排汽閥門，按照罐溫變化情況調(diào)節(jié)各路進(jìn)汽與排汽量，使罐溫維持在預(yù)定滅菌溫度之上12 度范圍內(nèi)。d) 冷卻階段：滅菌時(shí)間達(dá)到后，關(guān)閉所有與發(fā)酵罐直接相通的閥門，立即引入無菌空氣保壓，開攪拌、排氣閥，引入冷卻水冷卻。 典型空氣除菌的工藝流程：采氣 - 前置過濾器- 空

15、壓機(jī) - 儲(chǔ)氣管 - 冷卻器 - 油水分離器- 加熱器 - 總過濾器 - 分過濾器- 發(fā)酵罐a) 采氣：高度每上升10 米，含菌數(shù)下降一個(gè)數(shù)量級，因此最好采集一定高度的空氣。b) 前置過濾：除去大顆粒沙土、纖維等雜物，以防損傷空壓機(jī)。c) 空壓機(jī)：這是一個(gè)空氣驅(qū)動(dòng)設(shè)備，需要的能耗很大。d) 儲(chǔ)氣罐：消除往復(fù)式空壓機(jī)產(chǎn)生的氣流脈沖。e) 冷卻器：空氣經(jīng)冷卻后才能通入發(fā)酵罐。f) 油水分離器：冷卻后的空氣溫度低于漏點(diǎn)后，即有水滴析出。g) 加熱器：通過加溫使相對濕度降下來。h) 總過濾器：為過濾除菌的主要設(shè)備，i) 分過濾器：為了保險(xiǎn)起見，還要進(jìn)行一次過濾。則空氣的無菌度、溫度、濕度即可達(dá)到要求。

16、 常用的滅菌方法及其適應(yīng)性如何( 1) 化學(xué)滅菌：一些化學(xué)藥劑能使微生物中的蛋白質(zhì)、酶及核酸發(fā)生反應(yīng)而具有殺菌作用。常用的化學(xué)藥劑有甲醛、氯、高錳酸鉀等?；瘜W(xué)滅菌法不用于培養(yǎng)基的滅菌。但染菌后的培養(yǎng)基可以用化學(xué)藥劑處理。(2)射線滅菌：利用紫外線、高能電磁波或放射性物質(zhì)產(chǎn)生的丫射線進(jìn)行滅菌的方法。最但紫外線的穿透力低，所以僅用于表面消毒和空氣的消毒。微波滅菌設(shè)備的興起，為滅菌提供了新的選擇。（ 3）干熱滅菌：干熱滅菌常用的干熱條件為在160下保溫1 h ：干熱滅菌不如濕熱滅菌有效。一些要求保持干燥的實(shí)驗(yàn)器具和材料（ 如培養(yǎng)皿、接種針等） 可以用于熱滅菌，（ 4） 濕熱滅菌：濕熱滅菌即利用飽和水

17、蒸氣進(jìn)行滅菌。容易使蛋白質(zhì)凝固而殺火各種微生物，同時(shí)，蒸汽的價(jià)格低廉，來源方便，滅菌效果可靠。所以培養(yǎng)基滅菌、發(fā)酵設(shè)備及管道的滅菌，普遍采用濕熱滅菌。（ 5）過濾除菌：過濾除菌即利用過濾方法截留微生物，達(dá)到除菌的目的。只適用于澄清流體的除菌。如何判斷菌種的質(zhì)量 。A） pH； B） 菌體形態(tài)（染色鏡檢：形態(tài)均一，染色均一，深色較健康。如：酵母菌，絲狀真菌邊緣的光滑完整程度，如果在液態(tài)培養(yǎng)中如果分支較多則比較健康）、 濃度 （需要在小的范圍內(nèi)波動(dòng)）； C） 培養(yǎng)基外觀、氣味（憑經(jīng)驗(yàn)來看）； D） 產(chǎn)物含量、酶活力；E） 無雜菌 生長關(guān)聯(lián)型、部分生長關(guān)聯(lián)型、非生長關(guān)聯(lián)型發(fā)酵（ 1） 生長關(guān)聯(lián)型：

18、產(chǎn)物生成與菌體生長之間有平行的準(zhǔn)量關(guān)系。產(chǎn)物直接來源于產(chǎn)能的初級代謝（自身繁殖所必需的代謝），菌體生長與產(chǎn)物形成不分開。氯霉素、桿菌肽等次級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵也屬此類。（ 2） 部分生長關(guān)聯(lián)型： 菌體生長出現(xiàn)兩個(gè)高峰，第一個(gè)生長高峰與產(chǎn)物合成無平行的準(zhǔn)量關(guān)系，第二個(gè)生長高峰與產(chǎn)物合成有平行的準(zhǔn)量關(guān)系。這類產(chǎn)品有丙酮丁醇、丙 酸、延胡索酸、谷氨酸等。（ 3） 非生長關(guān)聯(lián)型：細(xì)胞生長與產(chǎn)物合成無平行的準(zhǔn)量關(guān)系，只與菌體的總量有關(guān)。產(chǎn)物的形成和初級代謝是分開的。大部分次級代謝產(chǎn)物屬于這一類。如多數(shù)抗生素、色素、毒素、超量分泌的維生素等。 分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵分批發(fā)酵： 指在一封閉培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)含

19、有初始限制量的基質(zhì)的發(fā)酵方式。在這一過程中，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。優(yōu)點(diǎn) ： (1) 操作簡單、操作引起染菌的概率低；(2) 設(shè)備一次性投資低；(3) 一般不會(huì)產(chǎn)生菌種老化和變異等問題。缺點(diǎn) ： (1) 產(chǎn)物濃度低、提取濃縮比例大，耗能多；(2) 非生產(chǎn)時(shí)間較長、設(shè)備利用率低。發(fā)酵過程從移種后開始，一般分為：延滯期、對數(shù)期、穩(wěn)定期及衰亡期，也有分為：停滯期、加速期、對數(shù)期、減速期、靜止期和死亡期，一般發(fā)酵不允許進(jìn)入衰亡期。分批發(fā)酵的分類對實(shí)踐的指導(dǎo)意義：如果生產(chǎn)的產(chǎn)品是生長關(guān)聯(lián)型，則宜采用有利于細(xì)胞生長的培養(yǎng)條件，

20、延長與產(chǎn)物合成有關(guān)的對數(shù)生長期；如果產(chǎn)品是非生長關(guān)聯(lián)型，則宜縮短對數(shù)生長期，并迅速獲得足夠量的菌體細(xì)胞后延長穩(wěn)定期，以提高產(chǎn)量。補(bǔ)料分批發(fā)酵：是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵方式，但不取出發(fā)酵液。優(yōu)點(diǎn)： (1) 使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度，節(jié)氣及攪拌；(2) 和連續(xù)發(fā)酵比無菌條件要求較低；(3) 與連續(xù)發(fā)酵比較少有菌種老化和變異等問題；(4) 產(chǎn)物濃度高，濃縮比小，提取成本低。缺點(diǎn)： (1) 存在一定的非生產(chǎn)時(shí)間；(2) 和分批發(fā)酵比，流加新鮮培養(yǎng)基增加了染菌的連續(xù)發(fā)酵：是培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入概率； (3) 后期維持高供氧率會(huì)明顯增加發(fā)酵成本。 發(fā)酵罐，并同時(shí)放出含有產(chǎn)

21、品的相同體積發(fā)酵液，使發(fā)酵罐內(nèi)料液量維持恒定，微生物在近似恒定狀態(tài)下生長的發(fā)酵方式。優(yōu)點(diǎn) ： (1) 能維持低基質(zhì)濃度；(2) 可以提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間的產(chǎn)量；(3) 便于自動(dòng)控制。缺點(diǎn) ： (1) 菌種發(fā)生變異的可能性較大；(2) 要求嚴(yán)格的無菌條件；(3) 發(fā)酵液中產(chǎn)物濃度低，濃縮比大。 泡沫如何控制：(1)預(yù)防泡沫的形成：A選擇不產(chǎn)泡沫的培養(yǎng)基成分；B選擇適宜的滅菌條件；C選育不產(chǎn)泡沫的菌株；(2)控制泡沫的方法：A機(jī)械消沫：釘、耙、離心式消沫器；B消沫劑消沫；溶氧不足如何處理溶氧濃度對發(fā)酵的影響 ： 1、厭氧發(fā)酵：溶氧濃度>0，有害；以無機(jī)或有機(jī)氧化物作為呼吸鏈的電子最終受體

22、。2、好氧發(fā)酵：一定的溶氧濃度是必需的；以氧氣作為呼吸鏈的電子最終受體。當(dāng)dc/dt<0,供小于需時(shí)，采取以下措施：供氧方面：A提高罐壓(可能會(huì)影響菌的代 謝)；B增加通氣量(即增加通氣速率)；C通入純氧；D增加攪拌功率(改善罐內(nèi)液體 的混合和循環(huán))；需氧方面：A降低培養(yǎng)溫度(即供氧方程的推動(dòng)力)；B補(bǔ)水稀釋培養(yǎng)液(控制菌體量，使發(fā)酵液中有較高的氧濃度)。 發(fā)酵過程中，一旦溶氧電極探測到發(fā)酵液中的溶氧低于設(shè)定值，一般會(huì)采用報(bào)警的形式提醒操作人員注意并采取上述一種或幾種措施，如果為自動(dòng)控制，一般上位機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保證發(fā)酵液中溶氧的正常水平。發(fā)酵過程中溶氧經(jīng)常會(huì)成為限制性因素，因此，需要

23、操作人員隨時(shí)注意溶氧是否正常。影響超濾的因素有哪些，如何提高超濾速度？：膜兩側(cè)的壓力差，膜面流速，料液粘度，溫度，溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)和料液濃度。方法 ：流速增大，溫度升高，料液濃度降低，錯(cuò)流操作。 發(fā)酵過程中如何維持pH 的穩(wěn)定發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的pH值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動(dòng)的綜合指標(biāo)，是一項(xiàng)重要的發(fā)酵參數(shù)。它對菌體的生長和產(chǎn)品的積累有很大的影響。因此，必須掌握發(fā)酵過程中 pH 的變化規(guī)律，及時(shí)監(jiān)測并加以控制，使它處于最佳的狀態(tài)。盡管多數(shù)微生物能在34個(gè)pH單位的pH范圍內(nèi)生長，但是在發(fā)酵工藝中，為了達(dá)到高生長速率和最佳產(chǎn)物形成，必須使pH 在很窄的范圍內(nèi)保持恒定。 pH 對發(fā)酵過程的影響

24、：(1)微生物生長和產(chǎn)物合成的最適pH:大多數(shù)細(xì)菌6.3-7.5 ;霉菌和酵母菌3-6 ;放線菌 7-8 ； 微生物生長階段和產(chǎn)物合成階段的最適pH 一般不同，這不僅與菌種的特性有關(guān)，也取決于產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)。(2) 發(fā)酵過程中pH 的變化規(guī)律. 生長階段：pH 上升或下降；生產(chǎn)階段：pH 比較平穩(wěn)；自溶階段：pH 上升。pH的影響主要是影響酶的活性和膜的透性。引起各種酶活力改變，影響菌對基質(zhì)的利用速度和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以致影響菌體生長和產(chǎn)物合成。影響菌體細(xì)胞膜電荷狀況，引起膜的滲透性的變化，從而影響菌對營養(yǎng)的吸收和代謝產(chǎn)物的形成。最適 pH 的選擇：原則： 有利于菌體生長和產(chǎn)物的合成，以獲得較高的產(chǎn)

25、量。一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。最適pH與菌株，培養(yǎng)基組成，發(fā)酵工藝有關(guān)。應(yīng)按發(fā)酵過程的不同 階段分別控制不同的pH范圍。 pH的控制：A在基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中考慮到 pH的緩沖能力；B通過補(bǔ)料調(diào)pH,如加糖、硫酸銨，可使pH 下降；加尿素、氨水可使pH 上升。 C 加酸堿調(diào)節(jié)pH。 如何判斷發(fā)酵終點(diǎn)：根據(jù)不同的發(fā)酵目的和如何獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益來確定，具體的指標(biāo)有菌絲形態(tài)，產(chǎn)物濃度，濾速，PH值，培養(yǎng)基外觀，粘度等，發(fā)酵終點(diǎn)要綜合這些因素考慮。產(chǎn)物濃度為首要考慮，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)化驗(yàn)菌形及菌體形態(tài)，通過鏡檢防止菌體自溶，菌體自溶前的跡象：氨基氮升高，PH升高，菌絲碎片增多，粘度增大，過濾速度降低。濾速由培養(yǎng)基

26、內(nèi)粘度決定，是加工需要泡沫及培養(yǎng)基外觀為表現(xiàn)觀察，作為參考，PH值一般到終點(diǎn)時(shí)PH一般上升即變酸作為參考。 如何根據(jù)雜菌的類型判斷可能的污染源：( 1) 雜菌的檢出(a) 顯微鏡鏡檢(檢出形態(tài)差異大的雜菌);(b) 平板檢查法(依菌落不同，檢出雜菌);(c) 肉湯檢查法(只能檢出細(xì)菌雜菌)。 ( 2) 染菌原因的分析(a) 種子帶菌(可追溯)； (b) 培養(yǎng)基滅菌不徹底(芽孢桿菌) ； (c) 空氣系統(tǒng)帶菌(球菌)； (d) 泡沫冒頂(有跡可循)； (e) 夾套及蛇管穿孔(加壓檢測)； (f) 操作不慎。( 3) 染菌后的處理(a) 種子罐染菌：倒掉 ;(b) 發(fā)酵罐染菌：前期(加新料滅菌)；

27、中期(偏離雜菌最適生長條件)；后期(放罐)。 污染噬菌體如何判斷處理：( 1) 污染噬菌體的發(fā)現(xiàn)和檢查：( a) 發(fā)酵液變??；(b) 出現(xiàn)噬菌斑； (c) 電鏡發(fā)現(xiàn)噬菌體。( 2) 出現(xiàn)噬菌體污染后的處理(a) 滅菌放罐；(b) 清理生產(chǎn)環(huán)境；(c) 調(diào)換生產(chǎn)菌株；(d) 停產(chǎn)整頓；(e) 選育抗噬菌體菌株。如何提高過濾速度。1. 選擇適宜的預(yù)處理方法對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理。2. 加入助濾劑，助濾劑是一種不可壓縮的多孔微粒，它能使濾餅疏松，濾速增大。3. 加入一些反應(yīng)劑，它們相互作用，或和某些溶解性鹽類發(fā)生反應(yīng)生成不溶解的沉淀(GaSO，4 AlPO4 等) 。生成的沉淀能防止菌絲體粘結(jié)，使菌絲具

28、有塊狀結(jié)構(gòu)，沉淀本身也可以作為助濾劑，并且還能使膠狀物和懸浮物(大多為蛋白)凝固。4. 加入酶制劑，分解粘性多糖等物質(zhì)。 工業(yè)上常用的膜過程有哪些，各自的適用性如何？透析 是以膜兩側(cè)的濃度差為傳質(zhì)推動(dòng)力，從溶液中分離出小分子物質(zhì)的過程。在生物分離中主要用于蛋白質(zhì)的脫鹽。反滲透 ：在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中的水透過膜，而所有溶液中大分子、小分子有機(jī)物級無機(jī)鹽全部被截留??；壓力差通常為 0.1 MPa 用于海水淡化，藥物濃縮，純水制造。微濾和超濾都是利用膜的篩分性質(zhì)，以壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力，主要用于截留固體微粒和高分子溶質(zhì)。微濾廣泛用于細(xì)胞、菌體等的分離和濃縮。超濾適用于1-50 nm

29、的生物大分子的分離，如蛋白質(zhì)、病毒等。 電滲析：利用分子的荷電性質(zhì)和分子大小的差別進(jìn)行分離的膜分離法，可用于小分子電解質(zhì)的分離和溶液的脫鹽。以鏈霉素提取為例，簡述離子交換操作過程？吸附： 適當(dāng)稀釋中性吸附濾液，用鈉型弱酸型樹脂吸附；漂洗： 用碳酸溶液在加壓下進(jìn)行漂洗樹脂；洗脫： 用 0.1mol L-1mol L 酸梯度鹽酸自鈉型弱酸型樹脂上洗脫鏈霉素；洗脫后 樹脂為氫型，再轉(zhuǎn)型為鈉型可繼續(xù)提取。 影響離子交換速度的因素有哪些，這些因素是如何影響的？顆粒大?。侯w粒減小有利于交換速度的提高；交聯(lián)度 ：交聯(lián)度越低樹脂越易膨脹，在樹脂內(nèi)部擴(kuò)散就越容易。溫度 ：隨著溫度的升高離子交速度提高；離子的化合

30、價(jià)：離子的化合價(jià)越高，離子與樹脂骨架之間的庫倫引力越大，因此擴(kuò)散速度就愈小；離子的大?。盒‰x子與樹脂骨架的碰撞較少，交換速度比較快；攪拌速度：當(dāng)液膜控制時(shí)，一定范圍內(nèi)增加攪拌速度會(huì)使交換速度增加；溶液濃度：當(dāng)C<0.001mol/L時(shí)一般為外擴(kuò)散控制；當(dāng) 0.001mol L<C<0.01mol L 時(shí)，濃度增加時(shí)，交換速度也按比例增加；當(dāng)C>0.01mol L 時(shí)，濃度再增加，交換速度就增加得較慢當(dāng)濃度再繼續(xù)增加，交換速度達(dá)到極限值后就不再增大，此時(shí)已轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)擴(kuò)散控制。如何選擇合適的萃取溶劑：（ 1） 要選擇分配系數(shù)大的溶劑；（ 2） 利用相似相容的特性，選擇對欲提溶

31、質(zhì)選擇性溶解的萃取溶劑；（ 3）要最大限度的分離欲提溶質(zhì)和雜質(zhì)，則是分離因素（B）越大越好；（4）要得到好的分離效果，不僅要求分離因素B高，還要求原溶劑和溶劑互溶性小，最好為互不相容；（ 5）原溶劑和溶劑互溶性小，最好為互不相容；（ 6）不產(chǎn)生乳化現(xiàn)象。（ 7）溶劑的毒性要低，溶劑可分為低毒性；中等毒性；強(qiáng)毒性。（ 8）防火防爆，閃點(diǎn)高，安全性好；（ 9）價(jià)廉易得。 常見超臨界萃取工藝原理？超臨界萃取典型過程是由萃取階段和分離階段組合而成。在萃取階段，超臨界流體將所需組分從原料中提取出來。在分離階段，通過變化某個(gè)參數(shù)或其他方法，使萃取組分從超臨界流體中分離出來，并使萃取劑循環(huán)使用。可以把超臨界

32、萃取的典型過程分為三類：等溫法、等壓法和吸附吸收法。（ 1）等溫法：通過變化壓力而使萃取組分從超臨界流體中分離出來；（ 2）等壓法：利用溫度的變化來實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與萃取劑的分離；（ 3）吸附法：采用可吸附溶質(zhì)而不吸附萃取劑的吸附劑使兩者分離。 柱色層分離的裝置及其操作：裝置有：蠕動(dòng)泵、層析柱、檢測器和部分收集器。操作：裝柱、加樣、洗脫。A. 蠕動(dòng)泵：增加層析柱中的壓力，使流動(dòng)相有一個(gè)較大且均勻的流速。 B. 層析柱： 通常用玻璃柱或帶有玻璃觀察窗的金屬柱。柱的入口端應(yīng)有進(jìn)料分布頭；柱底端有支持固定相的玻璃棉或砂孔玻璃板；高徑比為2030;出口管應(yīng)盡量短。 C. 裝柱： 將層析劑與不超過層析劑用量的一份緩沖液調(diào)成漿料，然后將漿料慢慢邊加邊攪拌，一次加完。D.加樣：樣品首先需用裝柱用的緩沖液平衡，除去柱上部過多