生物工藝學(xué)的特點(diǎn)生物工藝學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

第48頁共48頁生物工藝學(xué)的特點(diǎn)生物工藝學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)生物工藝學(xué)期末復(fù)習(xí)資料生物工藝學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)第一章緒論1、生物工藝學(xué)（biotechnology）：又稱為生物技術(shù)，它是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理，依靠生物作用劑(biologicalagents)的作用將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。特點(diǎn)：多學(xué)科和多技術(shù)的結(jié)合；生物作用劑（生物催化劑）的參與；應(yīng)用大量高、精、尖設(shè)備；建立工業(yè)生產(chǎn)過程或進(jìn)行社會(huì)服務(wù)，。生物工藝學(xué)包含的四大塊內(nèi)容：原料預(yù)處理和培養(yǎng)基的制備、菌種的選育及代謝調(diào)節(jié)、生物反應(yīng)過程的工藝控制、下游加工。2、生物催化劑是游離的或固定化的細(xì)胞或酶的總稱。生物催化劑特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：①常溫、常壓下反應(yīng)②反應(yīng)速率大③催化作用專一④價(jià)格低廉缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差控制條件嚴(yán)格易變異（細(xì)胞）生物反應(yīng)過程實(shí)質(zhì)是利用生物催化劑以從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程(processengineering)。3、生物技術(shù)研究的主要內(nèi)容：基因工程(DNA重組技術(shù)，geneengineering)、細(xì)胞工程(cellengineering)、酶工程(enzymeengineering)、發(fā)酵工程(fermentationengineering)、蛋白質(zhì)工程(proteinengineering)、第二章菌種的來1、工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌、擔(dān)子菌、藻類。2.工業(yè)生產(chǎn)對(duì)微生物菌種的要求培養(yǎng)基成分簡(jiǎn)單、廉價(jià)、來廣。生長(zhǎng)迅速、發(fā)酵周期較短，抗雜菌和噬菌體能力強(qiáng)。目的產(chǎn)物產(chǎn)量高，產(chǎn)物類似物的產(chǎn)量低，且目的產(chǎn)物最好能分泌到胞外，利于產(chǎn)物分離。對(duì)溫度、pH、離子強(qiáng)度、剪切力等環(huán)境因素不敏感。對(duì)溶氧的要求低，便于培養(yǎng)及降低能耗。菌種遺傳性能穩(wěn)定，不易變異和退化，不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質(zhì)和毒素。3、分離微生物新種的過程大體可分為采樣、增殖、純化和性能測(cè)定。含微生物材料的預(yù)處理方法：物理方法（加熱）；化學(xué)方法（pH）；誘餌法。誘餌技術(shù)：將固體基質(zhì)加到待檢的土壤或水中，待其菌落長(zhǎng)成后再鋪平板。分離的效率影響因素：1）培養(yǎng)基的養(yǎng)分；2）pH；3）加入的選擇性抑制劑。4、高產(chǎn)培養(yǎng)基成分的選擇準(zhǔn)則：制備一系列的培養(yǎng)基，其中有各種類型的養(yǎng)分成為生長(zhǎng)限制因素（C、N、P、O）；使用一聚合或復(fù)合形式的生長(zhǎng)限制養(yǎng)分；避免使用容易同化的碳（葡萄糖）或氮（NH4+），它們可能引起分解代謝物阻遏；確定含有所需的輔因子(Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+)加入緩沖溶液以減小pH變化。5、代謝控制發(fā)酵（MetabolicControlfermentation）：用人工誘變的方法，有意識(shí)地改變微生物的代謝途徑，最大限度地積累產(chǎn)物，這種發(fā)酵形象地稱為代謝控制發(fā)酵，最早在氨基酸發(fā)酵中得到成功應(yīng)用。6、菌種的衰退表觀現(xiàn)象有哪些？目的產(chǎn)物的產(chǎn)量下降營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝和生長(zhǎng)繁殖能力下降發(fā)酵周期延長(zhǎng)抗不良環(huán)境的性能減弱7、菌種的衰退的原因菌種保藏不當(dāng)提供不了當(dāng)?shù)臈l件或不利的條件經(jīng)誘變得到的新菌株發(fā)生回復(fù)突變8、菌種的復(fù)壯方法：純種分離通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯淘汰已衰退的個(gè)體9、菌種的保藏的原理根據(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(zhǎng)代謝活動(dòng)盡量降低，以減少其變異。一般可通過保持培養(yǎng)基營(yíng)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。10、菌種的保藏方法：A斜面冰箱保藏法B沙土管保藏法C石蠟油封存法D真空冷凍干燥保藏法E液氮超低溫保藏法11與生物工程相關(guān)性較大的國(guó)內(nèi)主要菌種保藏機(jī)構(gòu)包括：工業(yè)微生物菌種保臧管理中心、農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心、普通微生物菌種保臧管理中心、抗生素菌種保藏管理中心11從自然環(huán)境中分離微生物菌種的的工藝過程12.生物工程專業(yè)相關(guān)的主要數(shù)據(jù)庫有哪些？維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫、中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方系列數(shù)據(jù)庫、scienceonline、springerlink等。第三章菌種選育1、常用菌種選育方法（1）自然選育:是指在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工處理，利用菌種的自發(fā)突變(spontaneousmutation)而進(jìn)行菌種篩選的過程。特點(diǎn)：自發(fā)突變的頻率較低，變異程度不大。所以該法培育新菌種的過程十分緩慢。應(yīng)用：自然選育在工業(yè)生產(chǎn)中可以達(dá)到純化菌種，防止菌種衰退，穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)量的目的。（2）誘變育種:是利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞群，促進(jìn)其突變率大幅度提高，然后采用簡(jiǎn)便、快速和高效的篩選方法，從中挑選少數(shù)符合育種目的的突變株，以供生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)研究使用。誘變育種的理論基礎(chǔ)是基因突變。誘變育種的典型流程常用誘變劑：物理誘變劑、化學(xué)誘變劑（堿基類似物、與堿基反應(yīng)的物質(zhì)、在DNA分子中插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)堿基物質(zhì)）、生物誘變劑（3）分子育種（DNA重組、基因工程）：用人為的方法將所需的某一供體生物的遺傳物質(zhì)DNA分子提取出來，在離體條件下切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，讓外來的遺傳物質(zhì)在其中進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術(shù)。（4）雜交育種(Hybridization)：常規(guī)雜交育種(Hybridization)：一般是指人為利用真核微生物的有性生殖或準(zhǔn)性生殖或原核微生物的接合、F因子轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)化等過程，促使兩個(gè)具有不同遺傳性狀的菌株發(fā)生基因重組，以獲得性能優(yōu)良的生產(chǎn)菌株。原生質(zhì)體融合技術(shù)：通過人工方法，使遺傳性狀不同的兩個(gè)細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并產(chǎn)生重組子的過程，亦稱為“細(xì)胞融合”(cellfusion)。原生質(zhì)體融合的基本過程：原生質(zhì)體形成、原生質(zhì)體融合、原生質(zhì)體的再生。3.抗噬菌體菌株的檢出方法：平板點(diǎn)滴法、單層瓊脂法、雙層瓊脂法。4、工程菌的不穩(wěn)定性表現(xiàn)質(zhì)粒的不穩(wěn)定（質(zhì)粒的丟失、重組質(zhì)粒的DNA片段脫落）、表達(dá)產(chǎn)物的不穩(wěn)定第三章微生物的代謝調(diào)節(jié)1、微生物代謝調(diào)節(jié)方式概念：微生物在生長(zhǎng)過程中機(jī)體內(nèi)的復(fù)雜代謝過程是相互協(xié)調(diào)和高度有序的，并對(duì)外界環(huán)境的改變能夠迅速做出反應(yīng),其原則是經(jīng)濟(jì)合理地利用和合成所需的各種物質(zhì)和能量,使細(xì)胞處于平衡生長(zhǎng)狀態(tài)。微生物代謝分為初級(jí)代謝和次級(jí)代謝。代謝流向的調(diào)控分為代謝物的合成和代謝物的降解；通過快速啟動(dòng)蛋白質(zhì)的合成和有關(guān)的代謝途徑，平衡各代謝物流和反應(yīng)速率來適應(yīng)外界環(huán)境的變化。代謝速度的調(diào)控分為酶量（粗調(diào)）（酶合成的誘導(dǎo)和酶合成的阻遏）和酶活（細(xì)調(diào)）（酶活性的激活、酶活性的抑制）反饋?zhàn)瓒羰寝D(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)，產(chǎn)生效應(yīng)慢；影響催化一系列反應(yīng)的多個(gè)酶反饋抑制是酶活性水平調(diào)節(jié)，產(chǎn)生效應(yīng)快。只對(duì)是一系列反應(yīng)中的第一個(gè)酶起作用2、微生物初級(jí)代謝調(diào)節(jié)包括酶活調(diào)節(jié)、酶合成調(diào)節(jié)、遺傳控制（1）酶活性的調(diào)節(jié)（細(xì)調(diào)）：一定數(shù)量的酶，通過其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率。酶活調(diào)節(jié)的影響因素包括：底物和產(chǎn)物的性質(zhì)和濃度、壓力、pH、離子強(qiáng)度、輔助因子以及其他酶的存在等等。特點(diǎn)是反應(yīng)快速。酶活性的調(diào)節(jié)包括：酶活性的激活和酶活性的抑制（反饋抑制）（2）酶合成的調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)酶合成的量來控制微生物代謝速度的調(diào)節(jié)機(jī)制。這類調(diào)節(jié)在基因轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，對(duì)代謝活動(dòng)的調(diào)節(jié)是間接的、緩慢的（3）酶合成的阻遏：在某代謝途徑中，當(dāng)末端產(chǎn)物過量時(shí)，微生物的調(diào)節(jié)體系就會(huì)阻止代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的合成，從而徹底地控制代謝，減少末端產(chǎn)物生成，這種現(xiàn)象稱為酶合成的阻遏。末端代謝產(chǎn)物阻遏:由于某代謝途徑末端產(chǎn)物的過量積累而引起酶合成的(反饋)阻遏。分解代謝物阻遏：當(dāng)細(xì)胞內(nèi)同時(shí)存在兩種可利用底物（碳或氮）時(shí)，利用快的底物會(huì)阻遏與利用慢的底物有關(guān)的酶合成。這種阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的結(jié)果，而是由這種底物分解過程中產(chǎn)生的中間代謝物引起的，所以稱為分解代謝物阻遏（過去被稱為葡萄糖效應(yīng)）。3、改變細(xì)胞膜通透性的方法A限制培養(yǎng)基中生物素濃度在1～5mg/L，控制細(xì)胞膜中脂質(zhì)的合成；B加入青霉素，抑制細(xì)胞壁肽聚糖合成中肽鏈的交聯(lián)；C加入表面活性劑如吐溫80或陽離子表面活性劑(如聚氧化乙酰硬脂酰胺)，將脂類從細(xì)胞壁中溶解出來，使細(xì)胞壁疏松，通透性增加；D控制Mn2+、Zn2+的濃度，干擾細(xì)胞膜或細(xì)胞壁的形成；E可以通過誘變育種的方法，篩選細(xì)胞透性突變株。5、人工控制微生物代謝的兩種手段：（1）生物合成途徑的遺傳控制（2）發(fā)酵條件的控制6.生物素對(duì)谷氨酸合成的影響（1）生物素是丙酮酸羧化酶的輔酶，生物素在低于亞適濃度之前，增加生物素有利于丙酮酸的羧化產(chǎn)生草酰乙酸，進(jìn)而有利于谷氨酸的合成；（2）生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰輔酶A羧化酶的輔酶，該酶催化乙酰輔酶A羧化生成丙二酸單酰輔酶A，再經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化合成脂肪酸，而脂肪酸又是構(gòu)成細(xì)胞膜磷脂的主要成分，因此生物素可間接地影響細(xì)胞膜的透性。第四章微生物次級(jí)代謝與調(diào)節(jié)1、次級(jí)代謝產(chǎn)物：某些微生物在生命循環(huán)的某一個(gè)階段產(chǎn)生的物質(zhì)，它們一般是在菌生長(zhǎng)終止后合成的。其生物合成至少有一部分是與核內(nèi)和核外的遺傳物質(zhì)有關(guān)，同時(shí)也與這類遺傳信息產(chǎn)生的酶所控制的代謝途徑有關(guān)。微生物產(chǎn)生的次級(jí)代謝物有抗生素、毒素、色素和生物堿等。2、初級(jí)與次級(jí)代謝途徑相互連接次級(jí)代謝物通常是由初級(jí)代謝中間體經(jīng)修飾后形成的修飾初級(jí)代謝中間體的三種生化過程生物氧化與還原、生物甲基化、生物鹵化3、前體：指加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物，它能被微生物直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而自身的結(jié)構(gòu)無多大變化有些還具有促進(jìn)產(chǎn)物合成的作用。中間體是指養(yǎng)分或基質(zhì)進(jìn)入一途徑后被轉(zhuǎn)化為一種或多種不同的物質(zhì)，他們均被進(jìn)一步代謝，最終獲得該途徑的終產(chǎn)物。4、次級(jí)代謝物生物合成的原理①一旦前體被合成，在適當(dāng)條件下它們便流向次級(jí)代謝物生物合成的專用途徑。②在某些情況下單體結(jié)構(gòu)單位被聚合，形成聚合物。這些特有的生物合成中間體產(chǎn)物需做后幾步的結(jié)構(gòu)修飾，修飾的程度取決于產(chǎn)生菌的生理?xiàng)l件。有些復(fù)雜抗生素是由幾個(gè)來自不同生物合成途徑組成的。第五章發(fā)酵培養(yǎng)基1、培養(yǎng)基通常指人工配制的供微生物生長(zhǎng)、繁殖、代謝和合成所需產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和原料，同時(shí)，培養(yǎng)基也為微生物等提供除營(yíng)養(yǎng)外的其它生長(zhǎng)所必需的環(huán)境條件培養(yǎng)基提供微生物生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物合成所需的碳、氮、無機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子、水和氧氣等2、工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的要求：①培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)地合成②發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少③培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉；且性能穩(wěn)定，資豐富，便于采購(gòu)運(yùn)輸，適合大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)上的供應(yīng)。④所用培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不應(yīng)影響通氣、提取、純化及廢物處理等。3、工業(yè)上常用的碳：葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖工業(yè)上常用的氮：無機(jī)氮：氨水，銨鹽，硝酸鹽等。有機(jī)氮：玉米漿、豆餅粉、花生餅粉、棉籽粉、魚粉、酵母浸出液等。生理酸性物質(zhì)，如硫酸銨。生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。提供生長(zhǎng)因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料：1)玉米漿2)麩皮水解液3)糖蜜4)酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。產(chǎn)物促進(jìn)劑是指那些非細(xì)胞生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。4、發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)、響應(yīng)面分析^p正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)：利用正交表來安排與分析^p多因素試驗(yàn)的一種設(shè)計(jì)方法。它是由試驗(yàn)因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)，通過對(duì)這部分試驗(yàn)結(jié)果的分析^p,了解全面試驗(yàn)的情況，找出最優(yōu)的水平組合。正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析^p，見教材P112-114例題，表4-16，同時(shí)確定因素的主次順序、各因素的優(yōu)水平、各因素水平的最優(yōu)組合。小數(shù)點(diǎn)后保留一位。響應(yīng)面分析^p方法：適宜于解決非線性數(shù)據(jù)處理的相關(guān)問題，它囊括了試驗(yàn)設(shè)計(jì)、建模、檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮线m性、尋求最佳組合條件等眾多試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)技術(shù)；通過對(duì)過程的回歸擬合和響應(yīng)曲面、等高線的繪制、可方便地求出相應(yīng)于各因素水平的響應(yīng)值。在各因素水平的響應(yīng)值的基礎(chǔ)上，可以找出預(yù)測(cè)的響應(yīng)最優(yōu)值以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件。完整響應(yīng)面分析^p方法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通常包括：（1）Plackett—Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，（2）最陡爬坡實(shí)驗(yàn)，（3）中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三個(gè)過程。第六章發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌和空氣凈化在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證純種培養(yǎng)，在生產(chǎn)菌種接種培養(yǎng)前，要對(duì)培養(yǎng)基、空氣系統(tǒng)、消泡劑、流加物料、設(shè)備、管道等進(jìn)行滅菌，還要對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行消毒，防止雜菌和噬菌體的大量繁殖。常用的滅菌方法有：干熱滅菌法、火焰滅菌法、電磁波射線滅菌法、濕熱滅菌法（主要是高壓蒸汽滅菌）、化學(xué)藥劑滅菌法、過濾除菌法等1.微生物熱阻：微生物在某一特定條件下（主要是溫度和加熱方式）下的致死時(shí)間。2.對(duì)數(shù)殘留定律中各符號(hào)的意義。3.理論滅菌時(shí)間的計(jì)算3.1間歇實(shí)罐滅菌時(shí)間的計(jì)算3.2連續(xù)滅菌的滅菌時(shí)間計(jì)算：4.滅菌溫度的選擇：隨著溫度升高，滅菌速率常數(shù)增加的倍數(shù)大于培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分的分解速率常數(shù)的增加倍數(shù)。即當(dāng)滅菌溫度升高時(shí)，微生物殺滅速度提高，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分破壞的速度減慢。高溫瞬時(shí)滅菌法可以減少培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的破壞的原理：隨著溫度升高，滅菌速率常數(shù)增加的倍數(shù)大于培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分的分解速率常數(shù)的增加倍數(shù)。即當(dāng)滅菌溫度升高時(shí)，微生物殺滅速度增加較快，而培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分破壞的速度增加較慢。因此，采用較高的溫度，較短的滅菌時(shí)間，可以減少培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。5.影響培養(yǎng)基滅菌的因素：所污染雜菌的種類、數(shù)量、滅菌溫度和時(shí)間，培養(yǎng)基成分、pH值、培養(yǎng)基中顆粒、泡沫等對(duì)培養(yǎng)基滅菌也有影響。6.無菌空氣：指通過除菌處理使空氣中含菌量降低至一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會(huì)。此種空氣稱為“無菌空氣”。7.介質(zhì)過濾除菌是使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達(dá)到除菌的目的。是大多數(shù)發(fā)酵廠廣泛采用的方法。按除菌機(jī)制可分為：絕對(duì)（表面）過濾和深層介質(zhì)過濾。介質(zhì)過濾除菌的機(jī)理：空氣流通過這種介質(zhì)過濾層時(shí)，借助慣性碰撞、攔截滯流、靜電吸附、擴(kuò)散等作用，將其塵埃和微生物截留在介質(zhì)層內(nèi)，達(dá)到過濾除菌目的。第七章種子的擴(kuò)大培養(yǎng)1、種子擴(kuò)大培養(yǎng)：指將保存在砂土管、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(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子2、種子擴(kuò)大培養(yǎng)的目的與要求（1）種子擴(kuò)培的目的①接種量的需要②菌種的馴化③縮短發(fā)酵時(shí)間、保證生產(chǎn)水平（2）種子的要求①菌種細(xì)胞的生長(zhǎng)活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長(zhǎng)，延遲期短②生理性狀穩(wěn)定③菌體總量及濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求④無雜菌污染⑤保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。3、種子罐級(jí)數(shù)：是指制備種子需逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù)，取決于菌種生長(zhǎng)特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度、所采用發(fā)酵罐的容積。種子罐級(jí)數(shù)受發(fā)酵規(guī)模、菌體生長(zhǎng)特性、接種量的影響。級(jí)數(shù)大，難控制、易染菌、易變異，管理困難，一般2～4級(jí)。4、種子制備分兩個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)室種子制備階段生產(chǎn)車間種子制備階段好氧微生物菌種擴(kuò)培常用設(shè)備：超凈工作臺(tái)、震蕩培養(yǎng)箱、種子罐等。5、種齡：是指種子罐中培養(yǎng)的菌絲體開始移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間。接種量：是指移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例。通常接種量：細(xì)菌1-5%，酵母菌5-10%，霉菌7-15%，有時(shí)20-25%青霉素生產(chǎn)的種子制備過程：安瓿管→斜面孢子→大米孢子→一級(jí)種子→二級(jí)種子→發(fā)酵第八章發(fā)酵工藝控制1、微生物發(fā)酵的生產(chǎn)水平取決于生產(chǎn)菌種本身的性能和合適的環(huán)境條件。2、發(fā)酵過程的代謝變化從產(chǎn)物形成來說，代謝變化就是反映發(fā)酵中的菌體生長(zhǎng)、發(fā)酵參數(shù)的變化（培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件）和產(chǎn)物形成速率這三者之間的關(guān)系。在分批培養(yǎng)過程中根據(jù)產(chǎn)物生成是否與菌體生長(zhǎng)同步的關(guān)系，將微生物產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)分為①生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型和②非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型。3、發(fā)酵方式（1）補(bǔ)料－分批發(fā)酵：指分批培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。優(yōu)點(diǎn)在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。低基質(zhì)濃度的優(yōu)點(diǎn)：①可以除去快速利用碳的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；②克服養(yǎng)分的不足，避免發(fā)酵過早結(jié)束。（2）半連續(xù)發(fā)酵：是指在補(bǔ)料－分批發(fā)酵的基礎(chǔ)上，間歇地放掉部分發(fā)酵液的培養(yǎng)方法。優(yōu)點(diǎn)：①可以除去快速利用碳的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；②克服養(yǎng)分的不足，避免發(fā)酵過早結(jié)束；③緩解有害代謝產(chǎn)物的積累。（3）連續(xù)發(fā)酵：指培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，并同時(shí)放出含有產(chǎn)品的發(fā)酵液的培養(yǎng)方法。在這樣的環(huán)境中培養(yǎng)，菌的生長(zhǎng)就受到所提供基質(zhì)的限制，培養(yǎng)液中的菌體濃度能保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)。與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，連續(xù)培養(yǎng)有以下優(yōu)點(diǎn)：①維持低基質(zhì)濃度：可以除去快速利用碳的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；②避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物；③可以提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間的產(chǎn)量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產(chǎn)時(shí)間；④便于自動(dòng)控制。4、發(fā)酵控制參數(shù)按性質(zhì)分類：物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)、生物參數(shù)按檢測(cè)手段分類：①直接參數(shù)：⑴在線檢測(cè)參數(shù)⑵離線檢測(cè)參數(shù)②間接參數(shù)5、發(fā)酵熱發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q顯-Q輻射生物熱(biologicalheat)是菌體生長(zhǎng)過程中直接釋放到體外的熱能，使發(fā)酵液溫度升高。攪拌熱(agitationheat)是攪拌器引起的液體之間和液體與設(shè)備之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。6.pH值對(duì)發(fā)酵的影響（1）影響酶的活性，當(dāng)pH值抑制菌體中某些酶的活性時(shí)，會(huì)阻礙菌體的新陳代謝；（2）影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)，改變細(xì)胞膜的通透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄；影響培養(yǎng)基中某些組分的解離，進(jìn)而微生物對(duì)這些成分的吸收；（3）pH值不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。7、引起發(fā)酵液pH值異常波動(dòng)的因素pH值的變化決定于所用的菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件pH下降：①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。碳過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補(bǔ)糖過多加上溶氧不足，致使有機(jī)酸大量積累而pH下降；②消泡劑加得過多；③生理酸性物質(zhì)的存在，銨被利用，pH下降。pH上升：①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。氮過多，氨基氮釋放，使pH上升；②生理堿性物質(zhì)存在；③中間補(bǔ)料氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過多。8、臨界氧濃度(criticalvalueofdissolvedoxygenconcentration)：指不影響菌的呼吸所允許的最低氧濃度。如對(duì)產(chǎn)物形成而言便稱為產(chǎn)物合成的臨界氧濃度。呼吸強(qiáng)度又稱氧比消耗速率，是指單位質(zhì)量的干菌體在單位時(shí)間內(nèi)所吸取的氧量，以QO2表示，單位為mmolO2／(g干菌體·h)。耗氧速率又稱攝氧率，是指單位體積培養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量，以r表示，單位為mmolO2／(L·h)。9、引起溶氧異常下降，可能有下列幾種原因：①污染好氣性雜菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在較短時(shí)間內(nèi)下降到零附近，如果雜菌本身耗氧能力不強(qiáng)，溶氧變化就可能不明顯；②菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象，需氧要求增加，使溶氧下降；③某些設(shè)備或工藝控制發(fā)生故障或變化，也可能引起溶氧下降，如攪拌功率消耗變小或攪拌速度變慢，影響供氧能力，使溶氧降低。10、泡沫的形成及其對(duì)發(fā)酵的影響在大多數(shù)微生物發(fā)酵過程中，通氣、攪拌以及代謝氣體的逸出，再加上培養(yǎng)基中糖、蛋白質(zhì)、代謝物等表面活性劑的存在，培養(yǎng)液中就形成了泡沫。形成的泡沫有兩種類型：一種是發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界限，如發(fā)酵前期的泡沫；另一種是發(fā)酵液中的泡沫，又稱流態(tài)泡沫(fluidfoam)，分散在發(fā)酵液中，比較穩(wěn)定，與液體之間無明顯的界限大量的泡沫引起的負(fù)作用：發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少、氧傳遞系統(tǒng)減小；增加了菌群的非均一性；造成大量逃液，增加染菌機(jī)會(huì)；嚴(yán)重時(shí)通氣攪拌無法進(jìn)行，菌體呼吸受到阻礙，導(dǎo)致代謝異常或菌體自溶；消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。泡沫的消除調(diào)整培養(yǎng)基中的成分（如少加或緩加易起泡的原料）或改變某些物理化學(xué)參數(shù)（如pH值、溫度、通氣和攪拌）或者改變發(fā)酵工藝（如采用分次投料）來控制，以減少泡沫形成的機(jī)會(huì)。采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素。采用機(jī)械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。常用的消泡劑有4大類：天然油脂類、脂肪酸和酯類、聚醚類、硅酮類11、造成染菌的主要原因設(shè)備滲漏空氣帶菌種子帶菌滅菌不徹底技術(shù)管理不善第九章生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1.微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究各種環(huán)境因素與微生物代謝活動(dòng)之間相互作用隨時(shí)間而變化的規(guī)律。具體研究?jī)?nèi)容：微生物生長(zhǎng)過程中質(zhì)量的平衡；發(fā)酵過程中菌體的生長(zhǎng)速率、基質(zhì)消耗速率和產(chǎn)物生成速率的相互關(guān)系；環(huán)境因素對(duì)這三種速率的影響。2.分批發(fā)酵工藝中縮短和消除延遲期的方法有：增加接種量、采用最適種齡、選用繁殖速度快的菌種以及盡量保持接種前后所處的培養(yǎng)基介質(zhì)和條件一致。3.Monod方程的參數(shù)求解：μmSKS+Sμ=S:限制性基質(zhì)濃度mol/m3；KS:飽和常數(shù)mol/m3例：在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)：S(mg/l)63364153221μ(h-1)0.060.240.430.660.70利用MONOD方程作圖如下，求在該培養(yǎng)條件下，求大腸桿菌的μmax，KS和td?解：據(jù)圖可知，：1/μmax=0.95；KS/μmax=90；根據(jù)可以求得：μmax＝1.1(h-1);KS＝99mg/L，td＝ln2/μmax＝0.63h4.連續(xù)培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)稀釋率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)加入的培養(yǎng)基體積占發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)基體積的分率5.細(xì)胞的物料平衡單級(jí)連續(xù)培養(yǎng)的細(xì)胞物料平衡方程如下：根據(jù)單級(jí)連續(xù)培養(yǎng)的細(xì)胞物料平衡方程，按照比生長(zhǎng)速率μ和稀釋率D的大小關(guān)系，討論培養(yǎng)罐內(nèi)細(xì)胞濃度和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度的變化情況。答：μ>D:則dX/dt>0，培養(yǎng)罐內(nèi)細(xì)胞濃度不斷增加，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度隨之減少μ<D：則dX/dt<0，罐內(nèi)細(xì)胞濃度不斷減少，最后導(dǎo)致X趨近0.μ=D：則dX/dt=0，細(xì)胞濃度不隨時(shí)間而變化，即培養(yǎng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。6.限制性基質(zhì)的物料平衡臨界稀釋率（DC）:發(fā)生洗出時(shí)的稀釋率。操作的稀釋率不是可以隨意改變的，而有一個(gè)限度。超過此稀釋率時(shí)連續(xù)培養(yǎng)就無法進(jìn)行，臨界稀釋率取決于加料中的限制性基質(zhì)濃度，即細(xì)胞在此培養(yǎng)基中能達(dá)到的最大比生長(zhǎng)速率。DC=μmS/(KS+S)第十章下游加工過程概論1、下游技術(shù)（工程）（downstreamprocessing）：對(duì)于由生物界自然產(chǎn)生的或由微生物菌體發(fā)酵的、動(dòng)植物細(xì)胞組織培養(yǎng)的、酶反應(yīng)等各種生物工業(yè)生產(chǎn)過程獲得的生物原料，經(jīng)提取分離、加工并精制目的成分，最終使其成為產(chǎn)品的技術(shù)。2.發(fā)酵液的特點(diǎn)1）含水多，產(chǎn)物含量低；2）含菌體蛋白；3）溶有原來培養(yǎng)基成分；4）相當(dāng)多的副產(chǎn)物和色素；5）易被雜菌污染或使產(chǎn)物進(jìn)一步分解；6）易起泡，粘性物質(zhì)多。3、整個(gè)下游加工過程應(yīng)遵循下列四個(gè)原則1)時(shí)間短；2)溫度低,（選擇在生物物質(zhì)的溫度范圍內(nèi)）；3)pH適中;4)嚴(yán)格清洗消毒（包括廠房、設(shè)備及管路，注意死角）。4、一般下游加工過程可分為4個(gè)階段1)培養(yǎng)液（發(fā)酵液）的預(yù)處理和固液分離；2)初步純化（提?。?；3)高度純化（精制）；4)成品加工。5、下游加工過程的一般流程第十二章發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離方法1、改善發(fā)酵液過濾特性的物理化學(xué)方法：調(diào)酸（等電點(diǎn)）、熱處理、電解質(zhì)處理、添加凝聚劑、添加表面活性物質(zhì)、添加反應(yīng)劑、冷凍-解凍及添加助濾劑等。2、凝聚——指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象；常用的凝聚劑電解質(zhì)有：硫酸鋁Al2(SO4)3?18H2O（明礬）；氯化鋁AlCl3?6H2O;三氯化鐵FeCl3;硫酸亞鐵FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO3絮凝——指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團(tuán)的過程。工業(yè)上使用的絮凝劑可分為三類：1）有機(jī)高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚苯乙烯類衍生物；2）無機(jī)高分子聚合物，如聚合鋁鹽、聚合鐵鹽等；3）天然有機(jī)高分子絮凝劑，如聚糖類膠粘物、海藻酸鈉、明膠、骨膠、殼多糖、脫乙酰殼多糖等。目前最常見的高分子聚合物絮凝劑有機(jī)合成的聚丙烯酰胺（polyacrylamide）類衍生物3、雜蛋白的去除方法有沉淀法、變性法、吸附法4、固液分離的方法：重力沉降、浮選、旋液分離、介質(zhì)過濾、離心。5、根據(jù)過濾機(jī)理，過濾操作可分為澄清過濾和濾餅過濾。第十三章細(xì)胞破碎1、細(xì)胞破碎的阻力：細(xì)菌破碎的主要阻力:肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越致密，破碎的難度越大，革蘭氏陰性細(xì)菌網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不及革蘭氏陽性細(xì)菌的堅(jiān)固；酵母細(xì)胞壁破碎的阻力:主要決定于壁結(jié)構(gòu)交聯(lián)的緊密程度和它的厚度；霉菌細(xì)胞壁中含有幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度比細(xì)菌和酵母菌的細(xì)胞壁有所提高。2、常用破碎方法機(jī)械法：珠磨法（固體剪切作用）、高壓勻漿法（液體剪切作用）、超聲破碎法（液體剪切作用）、X-press法（固體剪切作用）。非機(jī)械法：酶溶法（酶分解作用）、化學(xué)滲透法（改變細(xì)胞膜的滲透性）、滲透壓法（滲透壓劇烈改變）、凍結(jié)融化法（反復(fù)凍結(jié)-融化）、干燥法（改變細(xì)胞膜滲透性）3、破碎率的測(cè)定方法1）直接測(cè)定法2）目的產(chǎn)物測(cè)定法3）導(dǎo)電率測(cè)定法第十四章沉淀法（Precipitation）1、固相析出技術(shù)：通過加入某種試劑或改變?nèi)芤簵l件，使生化產(chǎn)物溶解度降低，以固體形式（沉淀和晶體）從溶液中沉降析出的分離純化技術(shù)。結(jié)晶法：在固相析出過程中，析出物為晶體稱為結(jié)晶法。沉淀法：在固相析出過程中，析出物為無定形固體稱為沉淀法。常用的沉淀法：鹽析法、有機(jī)溶劑沉淀法和等電點(diǎn)沉淀法等。2、鹽析(Saltinducedprecipitation)：在高濃度的中性鹽存在下，蛋白質(zhì)（酶）等生物大分子物質(zhì)在水溶液中的溶解度降低，產(chǎn)生沉淀的過程。原因如下：1）無機(jī)離子與蛋白質(zhì)表面電荷中和，形成離子對(duì)，部分中和了蛋白質(zhì)的電性，使蛋白質(zhì)分子之間的排斥力減弱，從而能夠相互靠攏；2）中性鹽的親水性大，使蛋白質(zhì)脫去水化膜，疏水區(qū)暴露，由于疏水區(qū)的相互作用導(dǎo)致沉淀；Ks鹽析法：在一定pH和溫度下，改變體系離子強(qiáng)度進(jìn)行鹽析的方法；β鹽析法：在一定離子強(qiáng)度下，改變pH和溫度進(jìn)行鹽析；常用的鹽析用鹽：硫酸銨、硫酸鈉，磷酸鹽，檸檬酸鹽。3、有機(jī)溶劑沉淀：在含有溶質(zhì)的水溶液中加入一定量親水的有機(jī)溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出。原理：（1）降低了溶質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)之間的靜電引力增加，從而出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致沉淀。（2）有機(jī)溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，降低了親水溶質(zhì)表面水化層的厚度，降低了親水性，導(dǎo)致脫水凝聚。常用的有機(jī)溶劑沉析劑：乙醇：沉析作用強(qiáng)，揮發(fā)性適中，無毒常用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖等生物大分子的沉析；丙酮：沉析作用更強(qiáng)，用量省，但毒性大，應(yīng)用范圍不廣；4、等電點(diǎn)沉淀：調(diào)節(jié)體系pH值，使兩性電解質(zhì)的溶解度下降，析出的操作稱為等電點(diǎn)沉淀。原理：蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，當(dāng)溶液pH值處于等電點(diǎn)時(shí)，分子表面凈電荷為0，雙電層和水化膜結(jié)構(gòu)被破壞，由于分子間引力，形成蛋白質(zhì)聚集體，進(jìn)而產(chǎn)生沉淀。第十五章膜過濾法1、膜過濾法指以壓力為推動(dòng)力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進(jìn)行分離的方法?；驹硎呛Y孔分離過程。在壓差的推動(dòng)下，原料液中的溶劑和小的溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，所得到的液體一般稱為濾出液或透過液，而大的粒子組分被膜截留。包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）四種過程。在工業(yè)上用得最廣的膜材料是醋酸纖維素和聚砜。濃差極化：當(dāng)溶劑透過膜，而溶質(zhì)留在膜上，使膜面濃度增大，并高于主體中濃度，這種濃度差導(dǎo)致溶質(zhì)自膜面反擴(kuò)散至主體中，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。在超濾中，為減少濃差極化，通常采用錯(cuò)流操作。膜的污染：膜在使用中，盡管操作條件保持不變，但通量仍逐漸降低的現(xiàn)象。污染原因：膜與料液中某一溶質(zhì)的相互作用；吸附在膜上的溶質(zhì)和其它溶質(zhì)的相互作用。膜污染的消除：污染必須通過清洗的辦法才能消除。經(jīng)清洗后如純水通量達(dá)到或接近原來水平，則認(rèn)為污染已消除。減輕膜污染的方法1）預(yù)處理2）改變膜的表面性質(zhì)市售的超濾器大致有四種型式：管式、中空纖維式、螺旋卷繞式和平板式。2.將下列表示相同意義的詞連線separationfactor分離因子membraneseparation膜分離ion-exchange離子交換Biotechnology生物技術(shù)MetabolicControlfermentation代謝控制發(fā)酵DownstreamProcessing下游工程ChromatographicResolution色譜分離Biocatalyst，生物催化劑Orthogonalexperimentaldesign正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)responsesurfaceanalysis響應(yīng)面分析^p方法Inducibleenzyme誘導(dǎo)酶末端代謝產(chǎn)物阻遏(End-productrepression)分解代謝產(chǎn)物阻遏(Cataboliterepression)代謝工程（metabolicengineering)臨界氧濃度(criticalvalueofdissolvedoxygenconcentration)補(bǔ)料分批培養(yǎng)（feed-batchculture，F(xiàn)BC）細(xì)胞破碎CellDisruption高壓勻漿法（High-pressurehomogenization鹽析(Saltinducedprecipitation)微濾(Microfiltration，MF)超濾(ultrafiltration，UF)反滲透（Reverseosmosis，RO）納濾(nanofiltration,NF)正相色譜（NormalPhaseChromatography，NPC），反相色譜（ReversedPhaseChromatography，RPC），第十六章溶劑萃取和浸取1、溶劑萃取利用一種溶質(zhì)組分（如產(chǎn)物）在兩個(gè)互不混溶的液相（如水相和有機(jī)溶劑相）中竟?fàn)幮匀芙夂头峙湫再|(zhì)上的差異來進(jìn)行分離操作的。2、“相似相溶”原理分子之間可以有兩方面的相似：一是分子結(jié)構(gòu)相似，如分子的組成、官能團(tuán)、形態(tài)結(jié)構(gòu)的相似；二是能量(相互作用力)相似，如相互作用力有極性的和非極性之分，兩種物質(zhì)如相互作用力相近，則能互相溶解。與水“相似”的物質(zhì)易溶于水，與油“相似”的物質(zhì)易溶于油就是相似相溶原理的表現(xiàn)。3、分配定律和分離因數(shù)（1）分配定律：在一定溫度一定壓力的條件下，溶質(zhì)分配在兩個(gè)互不相溶的溶劑中，達(dá)到平衡時(shí)溶質(zhì)在兩相中的活度之比為一常數(shù)。如果是稀溶液，活度可用濃度代替，則達(dá)到平衡時(shí)溶質(zhì)在兩相中的濃度之比為一常數(shù)。稱之為分配系數(shù)K，（2）分離因數(shù)3、乳化和去乳化乳化：一種液體（分散相）分散在另一種不相混溶的液體（連續(xù)相）中的現(xiàn)象。乳化的結(jié)果可能形成兩種形式的乳濁液：一種是水包油型（O/W），另一種為油包水型（W/O）。生產(chǎn)過程出現(xiàn)的乳濁液是水包油型（O/W），還是油包水型（W/O），主要由表面活性劑的性質(zhì)決定。4、雙水相萃?。涸谝欢l件下，水相也可以形成兩相(即雙水相系統(tǒng))甚至多相。于是有可能將水溶性的酶、蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)從一個(gè)水相轉(zhuǎn)移到另一水相中，從而完成分離任務(wù)。常用聚合物雙水相系統(tǒng)：聚乙二醇－葡聚糖、聚乙二醇－無機(jī)鹽系統(tǒng)雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn)：1）使固液分離和純化兩個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)行，一步完成；2）適合熱敏物質(zhì)的提取，主要是胞內(nèi)酶；3）親水性聚合物加入水中，形成兩相，在這兩相中，水分都占大比例（85～95％），這樣生物活性蛋白質(zhì)在兩相中不會(huì)失活，且以一定比例分配于兩相中。第十七章離子交換法1、離子交換原理及分類離子交換樹脂是一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固態(tài)高分子材料。是一類帶有官能團(tuán)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，其結(jié)構(gòu)有三部分組成：不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架，連接在骨架上的官能團(tuán)和官能團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。骨架上的活性離子在水溶液中發(fā)生離解，可在較大的范圍內(nèi)自由移動(dòng)，擴(kuò)散到溶液中，同時(shí)，在溶液中的同類型離子也能從溶液中擴(kuò)散到骨架的網(wǎng)格或孔內(nèi)。當(dāng)這兩種離子濃度差較大時(shí)，就產(chǎn)生一種交換的推動(dòng)力，使它們之間產(chǎn)生交換作用，利用這種濃度差的推動(dòng)力使樹脂上的可交換離子發(fā)生可逆交換反應(yīng)。樹脂按活性離子分類，活性離子是陽離子（和陽離子發(fā)生交換）就稱為陽離子交換樹脂；如果是陰離子，則稱為陰離子交換樹脂。2、樹脂的命名根據(jù)離子交換樹脂官能團(tuán)的性質(zhì)，將其分為強(qiáng)酸(0)、弱酸(1)、強(qiáng)堿(2)、弱堿(3)、螯合(4)、兩性(5)及氧化還原(6)等7類。3、離子交換樹脂的理化性能指標(biāo)1）外觀；2）交聯(lián)度；3）化學(xué)穩(wěn)定性；4）機(jī)械強(qiáng)度；5）交換量4、影響離子交換樹脂選擇性的因素1）離子價(jià)數(shù)離子交換樹脂總是優(yōu)先選擇高價(jià)離子，而低價(jià)離子被吸附時(shí)則較弱。陽離子被吸附的順序?yàn)椋篎e3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+，陰離子順序?yàn)椋簷幟仕岣?gt;硫酸根>硝酸根2）溶液濃度的影響樹脂對(duì)離子交換吸附的選擇性，在稀溶液中比較大，而在濃溶液中選擇性較小。3）離子的水化半徑水化半徑較小的離子優(yōu)先吸附。4）有機(jī)溶劑的影響有機(jī)溶劑會(huì)使樹脂對(duì)有機(jī)離子的選擇性降低，而容易吸附無機(jī)離子，可利用有機(jī)溶劑從樹脂上洗脫難洗脫的有機(jī)物質(zhì)。5）樹脂與交換離子間的輔助力凡能與樹脂間形成輔助力，如氫鍵、范德華力等輔助力的離子，樹脂對(duì)其吸附力就大；反之，能破壞這些輔助力的溶液就能容易地將離子從樹脂上洗脫下來。5、離子交換樹脂的工作過程：1）樹脂預(yù)處理：新樹脂裝入柱后，先用去離子水浸泡12h左右，使樹脂充分吸水膨脹，再用2-3倍樹脂體積的10%左右食鹽水浸泡4h以上。用水洗凈殘留的NaCl，再根據(jù)樹脂類型和使用所需要的型號(hào)分別用酸和堿處理，最后調(diào)pH值至所需范圍。2）上柱交換交換方式：采用順流和逆流進(jìn)行3）洗脫：用親和力更強(qiáng)的同性離子取代樹脂上吸附的目的產(chǎn)物。4）樹脂的再生：先用清水洗滌，然后用再生劑再生，最后用清水洗至所需pH值。6.ISEP系統(tǒng)是一種連續(xù)的離子交換系統(tǒng)目前已成功的應(yīng)用在各種不同的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中。ISEP系統(tǒng)采用多柱(20/30交換柱)吸附以及在穩(wěn)定狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行。不需要備用設(shè)備；離子交換樹脂的再生也不必中斷正常的生產(chǎn)。ISEP系統(tǒng)可以處理雜質(zhì)濃度較高的物料，保證產(chǎn)品具有穩(wěn)定的成分和濃度；采用多通道逆向流動(dòng)再生方式，減少了離子交換樹脂及、再生劑和洗滌水的用量。工作過程：交換：利用ISEP離子交換系統(tǒng)，對(duì)膜濾液中的賴氨酸離子進(jìn)行吸附，與其他雜質(zhì)分離，吸附分離下來的廢水及雜質(zhì)排出柱體，吸附飽和的柱體進(jìn)入洗脫回填區(qū)?；靥睿和ㄟ^洗脫液回填壓出柱體內(nèi)的廢水和雜質(zhì)，以提高洗脫液純度。洗脫：利用一定濃度的氨水消除酸性，將賴氨酸離子從樹脂上解析下來，并使樹脂得到再生。轉(zhuǎn)型：再生柱進(jìn)入再生區(qū)經(jīng)過稀硫酸轉(zhuǎn)型后在吸附區(qū)達(dá)到最佳的吸附能力。第十八章色譜分離法1、色譜分離（ChromatographicResolution，CR）利用多組分混合物中各組分物理化學(xué)性質(zhì)（如吸附力、分子極性、分子形狀和大小、分子親合力、分配系數(shù)等）的差別，使各組分以不同程度分布在固定相和流動(dòng)相中。當(dāng)多組分混合物隨流動(dòng)相流動(dòng)時(shí)，由于各組分物理化學(xué)性質(zhì)的差別，而以不同的速率移動(dòng)，使之分離。特點(diǎn)分離效率高；檢測(cè)能力強(qiáng)；樣品用量少；適用范圍廣。2.色譜分離過程：兩種組分的理化性質(zhì)原本存在著微小的差異，經(jīng)過反復(fù)多次地吸附→解吸→再吸附→再解吸的過程使微小差異累積起來，結(jié)果使吸附能力弱的組分先流出色譜柱，吸附能力強(qiáng)的組分后流出色譜柱，從而使各個(gè)組分得到了分離。3.檢測(cè)器UV-Vis、熒光、電化學(xué)、蒸發(fā)光散射、示差折光、質(zhì)譜等檢測(cè)器。4.色譜時(shí)間死時(shí)間（Deadtime）：不被固定相吸附或溶解的惰性組分，從進(jìn)樣到出峰的峰頂點(diǎn)之間測(cè)得的時(shí)間,用tM表示。保留時(shí)間（Retentiontime）：從進(jìn)樣到組分峰頂點(diǎn)之間測(cè)得的時(shí)間，用tR表示。調(diào)整保留時(shí)間(AdjustedRetentionTime)：調(diào)整保留時(shí)間指組分的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后的時(shí)間，5.氣相色譜法主要利用物質(zhì)的沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異，以氣體為流動(dòng)相，以液體或固體為固定相從而達(dá)到分離混合物的色譜方法。6.液相色譜：首先高壓泵將貯液器中流動(dòng)相溶劑經(jīng)過進(jìn)樣器送入色譜柱，然后從控制器的出口流出。當(dāng)注入欲分離的樣品時(shí)，流經(jīng)進(jìn)樣器貯液器的流動(dòng)相將樣品同時(shí)帶入色譜柱進(jìn)行分離，然后依先后順序進(jìn)入檢測(cè)器，記錄儀將檢測(cè)器送出的信號(hào)記錄下來，由此得到液相色譜圖。4.凝膠色譜介質(zhì)常用的有葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠、聚丙烯酰胺凝膠等。分類吸附色譜分離是指混合物隨流動(dòng)相通過固定相（吸附劑）時(shí)，由于固定相對(duì)不同物質(zhì)的吸附力不同而使混合物分離的方法。分配色譜是利用混合物中各物質(zhì)在兩液相中的分配系數(shù)不同而分離。根據(jù)固定相和流動(dòng)相的極性與非極性的差別，分配色譜可分為正相色譜和反相色譜。離子交換色譜是基于離子交換樹脂上可電離的離子與流動(dòng)相中具有相同電荷的溶質(zhì)離子進(jìn)行可逆交換，由于混合物中不同溶質(zhì)對(duì)交換劑具有不同的親合力而將它們分離。凝膠色譜以凝膠為固定相，是一種根據(jù)各物質(zhì)分子大小不同而進(jìn)行分離的色譜技術(shù)，又稱為分子篩色譜（MolecularSieveChromatography，MSC）、空間排阻色譜或尺寸排阻色譜（SizeExclusionChromatography，SEC）。第十九章蒸發(fā)、蒸餾和結(jié)晶1、真空蒸發(fā)：冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力低于大氣壓、此時(shí)系統(tǒng)中的不凝性氣體必須用真空泵抽出。目的：降低溶液的沸點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：(1)溶液沸點(diǎn)低，可用溫度較低的低壓蒸汽或廢蒸汽作加熱蒸汽。(2)溶液沸點(diǎn)低，同樣蒸汽所需的傳熱面小。(3)沸點(diǎn)低，有利于處理高溫下易分解和變質(zhì)的熱敏性物料。(4)蒸發(fā)器的操作溫度低，系統(tǒng)的熱損失小。2、多效蒸發(fā)：第一個(gè)蒸發(fā)器(稱為第一效)中蒸出的二次蒸汽用作第二個(gè)蒸發(fā)器(第二效)的加熱蒸汽，第二個(gè)蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第三個(gè)蒸發(fā)器(第三效)的加熱蒸汽，依此類推。3、蒸發(fā)器的分類：分為膜式蒸發(fā)器和非膜式蒸發(fā)器兩大類。膜式蒸發(fā)器又分為升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、旋轉(zhuǎn)刮板蒸發(fā)器、板式蒸發(fā)器。4、酒精發(fā)酵醪液蒸餾的理論基礎(chǔ)是拉烏爾定律。拉烏爾定律：混合液中，蒸氣壓高的組分，在氣相中的含量總是比液相中的高；反之，蒸氣壓低的組分，在液相中的含量總是比氣相中的高。5、飽和曲線和過飽和曲線飽和溶液：溶液恰好飽和，溶質(zhì)既無溶解也無結(jié)晶，即溶質(zhì)與溶液處于平衡狀態(tài)，此溶液稱為飽和溶液；未飽和溶液：若添加固體則固體溶解；過飽和溶液：超過飽和點(diǎn)的溶質(zhì)遲早要從溶液中沉淀出來。要使溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶出來，須首先使溶液成為過飽和狀態(tài)，也即必須設(shè)法產(chǎn)生一定的過飽和度作為推動(dòng)力。6、溶液的過飽和度與結(jié)晶的關(guān)系：AB為飽和曲線；CD為過飽和曲線。AB和CD將圖分為：穩(wěn)定區(qū)、介穩(wěn)區(qū)和不穩(wěn)區(qū)。穩(wěn)定區(qū)：溶液尚未飽和，沒有結(jié)晶的可能。介穩(wěn)區(qū)：也不會(huì)自發(fā)產(chǎn)生晶核，但如已有晶核，則晶核長(zhǎng)大而吸收溶質(zhì)直至濃度回落到飽和線上。不穩(wěn)區(qū)：能自發(fā)產(chǎn)生晶核。如E點(diǎn)是溶液的原始末飽和狀態(tài)，EH是冷卻結(jié)晶線，F(xiàn)點(diǎn)是飽和點(diǎn)，不能結(jié)晶，到達(dá)G點(diǎn)時(shí)，自發(fā)產(chǎn)生晶核。7、結(jié)晶包括三個(gè)過程：形成過飽和溶液；晶核形成；晶體生長(zhǎng)。8、接觸成核(碰撞成核)：新生的晶核是晶漿(有晶體存在的結(jié)晶溶液)中已有的晶體顆粒，在結(jié)晶器中與其他固體接觸碰撞時(shí)產(chǎn)生的晶體表層的碎粒。其中較大的就是新的晶核。優(yōu)點(diǎn)：①動(dòng)力學(xué)級(jí)數(shù)較低，即溶液過飽和度對(duì)成核影響較小。②在低過飽和度下進(jìn)行，能得到優(yōu)質(zhì)結(jié)晶產(chǎn)品。③產(chǎn)生晶核所需要的能量非常低，被碰撞的晶體不會(huì)造成宏觀上的磨損。在工業(yè)生產(chǎn)中，接觸成核有以下4種方式：(1)晶體與攪拌螺旋槳間的碰撞；(2)湍流下晶體與結(jié)晶器壁間的碰撞；(3)湍流下晶體與晶體的碰撞；(4)沉降速度不同，晶體與晶體的碰撞。其中以第1種方式為主。第二十章典型發(fā)酵產(chǎn)品介紹1、釀造酒包括黃酒、啤酒、葡萄酒，酒精含量比較低。蒸餾酒主要指白酒、白蘭地等。蒸餾酒的酒精含量高。2、紅葡萄酒：用果皮帶色的葡萄帶皮發(fā)酵制成，酒色呈深紅、鮮紅、紫紅或?qū)毷t。白葡萄酒用白葡萄或紅皮白肉葡萄的果汁制成，酒色呈淺黃、禾稈黃、金黃色或近似無色。3、白蘭地商標(biāo)上的英文縮寫：X.O（ExtraOld）酒齡（即貯陳期）規(guī)定不低于10年。4、啤酒生產(chǎn)中麥汁煮沸的目的：蒸發(fā)水分，濃縮麥汁；鈍化全部酶和麥汁殺菌；蛋白質(zhì)變性和絮凝；酒花有效組分的浸出；排除麥汁中特異的異雜臭氣。5、白酒的四大香型：米香型：桂林三花酒；發(fā)酵完成后經(jīng)過反復(fù)二至三次蒸餾，酒精度數(shù)較高，民間過去叫“三蒸酒”、“三熬酒”。釀酒師們總結(jié)出了“觀花論酒”的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)酒度在55°至60°時(shí)，由于液體表面張力，酒面晃動(dòng)便泛起數(shù)層酒花，經(jīng)久不散。釀酒師們說“起花了，三花！”就接酒。醬香型（茅型酒）茅臺(tái)酒；原料為高粱，曲為純小麥制高溫曲，八次蒸料，八次下曲，八次發(fā)酵，八次蒸餾（但僅取酒7次，因?yàn)榈谝淮握麴s出的不作正品，潑回酒窖重新發(fā)酵）。濃香型（廬型酒）：廬州老窖——產(chǎn)于四川瀘州市。千年窖，萬年糟，傳統(tǒng)的老五甑生產(chǎn)工藝，混蒸，主體香為己酸乙酯。。純小麥制大曲，以糯玉米為原料。根據(jù)酒的質(zhì)量可分特曲、頭曲、二曲和三曲。五糧液采用五種糧食（高梁、大米、糯米、小麥、玉米）為原料。清香型（汾型酒）：汾酒——產(chǎn)于山西汾陽縣杏花村，二次發(fā)酵二次勾兌。前次發(fā)酵21天，蒸餾，加酒糟，再發(fā)酵21天，再蒸餾。清蒸二次清工藝，乙酸乙酯和乳酸乙酯兩者的結(jié)合為主體香。6、青霉素生產(chǎn)工藝青霉素簇和頭孢菌素簇是臨床上最為重要的抗生素，屬于β-內(nèi)酰胺類抗生素。青霉素(Benzylpenicillin/Penicillin)是指分子中含有青霉烷酸，能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素。青霉素的生物合成過程：在青霉素發(fā)酵中，已知產(chǎn)黃青霉利用葡萄糖和氨，經(jīng)由a—氨基己二酸、半胱氨酸和纈氨酸在三肽合成酶的催化下合成三肽，異青霉素N合成酶催化發(fā)生環(huán)化生成異青霉素N，再與苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺、苯乙酰甘氨酸等在異青霉素N?；D(zhuǎn)移酶催化進(jìn)行轉(zhuǎn)酰基反應(yīng)，產(chǎn)生青霉素G。（1）常用菌種為產(chǎn)黃青霉。（2）青霉素G的合成途徑（2）發(fā)酵工藝（3）發(fā)酵控制①加糖控制一般在殘?zhí)菍⒅?.6％左右，pH上升時(shí)開始加糖。②補(bǔ)氮及加前體加硫酸銨、氨水或尿素，使發(fā)酵液氮控制在0.01～0.05％。補(bǔ)前體以使發(fā)酵液中殘余苯乙酰胺濃度為0.05～0.08％。③pH控制加酸或堿自動(dòng)控制pH，一般為6.4～6.6。④溫度控制一般前期25～26℃，后期23℃，以減少后期發(fā)酵液中青霉素的降解破壞。⑤通氣和攪拌抗生素深層培養(yǎng)需要通氣與攪拌。⑥泡沫和消泡可用天然油脂如豆油、玉米油或用化學(xué)合成消泡劑“泡敵”（環(huán)氧丙稀環(huán)氧乙烯聚醚類）來消泡。應(yīng)當(dāng)控制其用量并少量多次加入。⑦過濾宜采用鼓式真空過濾器。過濾前加去乳化劑降溫。⑧提煉采用溶媒萃取法，醋酸丁酯（BA）作溶媒。⑨脫色采用活性炭進(jìn)行脫色。過濾。⑩共沸蒸餾或直接結(jié)晶7.酶制劑的生產(chǎn)方法：固態(tài)發(fā)酵法和深層液體培養(yǎng)法7.1利用微生物產(chǎn)酶的優(yōu)點(diǎn)（1）微生物種類多、酶種豐富，且菌株易誘變，菌種多樣。（2）微生物生長(zhǎng)繁殖快，易提取酶，特別是胞外酶。（3）微生物培養(yǎng)基來廣泛、價(jià)格便宜。（4）可控制酶發(fā)酵生產(chǎn)過程，生產(chǎn)可連續(xù)化、自動(dòng)化。（5）可以利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，選育菌種、增加酶產(chǎn)率和開發(fā)新酶種