發(fā)酵工程復(fù)習(xí)模板

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。發(fā)酵工程周家浩一、緒論1、傳統(tǒng)概念發(fā)酵最初是來(lái)自于拉丁語(yǔ)”發(fā)泡”,是指酵母作用于果汁或發(fā)芽的谷物時(shí)產(chǎn)生二氧化碳的現(xiàn)象。2、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵指微生物在無(wú)氧條件下,分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式;或者更嚴(yán)格地說(shuō),發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無(wú)氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出CO2。3、工業(yè)上的發(fā)酵泛指利用生物細(xì)胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過(guò)程。4、發(fā)酵工程:是應(yīng)用微生物學(xué)等相關(guān)的自然科學(xué)以及工程學(xué)原理,利用微生物等生物細(xì)胞進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化,將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品或提供社會(huì)性服務(wù)的一門(mén)科學(xué)。5、發(fā)酵工程基本組成部分上游工程、發(fā)酵工程、下游工程。6、發(fā)酵工程產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)三個(gè)環(huán)節(jié):投產(chǎn)試驗(yàn)、規(guī)模化生產(chǎn)和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)。7、發(fā)酵工業(yè)面臨問(wèn)題①菌種的純種問(wèn)題(遺傳穩(wěn)定性,安全,周期短、轉(zhuǎn)化率高產(chǎn)率高,抗污染能力強(qiáng):噬菌體、蛭弧菌);②合適的反應(yīng)器(基生產(chǎn)規(guī)?；?原料利用量大,而且具有一定選擇性,節(jié)能,結(jié)構(gòu)多樣化、操作制動(dòng)化,節(jié)省勞力);③基質(zhì)的選擇(價(jià)廉,原料利用量大,而且具有一定選擇性,易被利用,副產(chǎn)物少,滿(mǎn)足工藝要求)。8、中國(guó)發(fā)酵工業(yè)要走的產(chǎn)業(yè)路線實(shí)施”三步走”戰(zhàn)略,第一步為技術(shù)積累階段(力爭(zhēng)前完成);第二步為產(chǎn)業(yè)崛起階段(力爭(zhēng)左右完成);第三步為持續(xù)發(fā)展階段(2020年左右完成)。9、發(fā)酵工程的發(fā)展前景①基因工程的發(fā)展為發(fā)酵工程帶來(lái)新的活力;②新型發(fā)酵設(shè)備的研制為發(fā)酵工程提供先進(jìn)工具;③大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用為發(fā)酵工程的發(fā)展拓展了新空間。;④生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起開(kāi)拓了發(fā)酵的新領(lǐng)域。二、微生物育種選育1、菌種分離的一般過(guò)程標(biāo)本采集→預(yù)處理→富集培養(yǎng)→菌種分離(初篩、復(fù)篩)→發(fā)酵性能鑒定→菌種保藏。菌種常規(guī)分離法:平板劃線法、稀釋分離法和涂布法。生化反應(yīng)分離法:透明圈法、變色圈法、抑菌圈法、生長(zhǎng)圈法。2、富集的目的:讓目的微生物在種群中占優(yōu)勢(shì),使篩選變得可能。富集培養(yǎng)方法:(1)分批式富集培養(yǎng);(2)恒化式富集培養(yǎng)。3、自然選育:不經(jīng)人工處理,利用微生物的自然突變進(jìn)行菌種選育的過(guò)程稱(chēng)為自然選育。4、自然選育在工藝生產(chǎn)中的意義:自然選育是一種簡(jiǎn)單易行的方法,可達(dá)到純化菌種、防止菌種退化、穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)量的目的。雖然其突變率很低,但卻是工廠保證穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施。5、誘變育種:人工利用各種誘變劑誘發(fā)基因突變,再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮Y選方法獲得所需要的優(yōu)良菌種的育種方法,稱(chēng)為誘變育種。6、誘變育種對(duì)出發(fā)菌株的要求★對(duì)菌株產(chǎn)量,形態(tài)、生理等情況了解;★生長(zhǎng)繁殖快,營(yíng)養(yǎng)要求低,產(chǎn)孢子多且早;★對(duì)誘變劑敏感;★菌株要有一定的生產(chǎn)能力;★多出發(fā)菌株:一般采用3~4個(gè)出發(fā)菌株,在逐代處理后,將產(chǎn)量高、特性好的菌株留作繼續(xù)誘變的出發(fā)菌株。7、誘變篩選流程出發(fā)菌種→斜面→單孢子懸液→誘變處理→稀釋涂平板→挑取單菌落200個(gè)→搖瓶初篩50株→挑出高產(chǎn)斜面→留種保藏菌種→傳種斜面→搖瓶復(fù)篩5株→挑出高產(chǎn)菌株→放大罐試驗(yàn)→中試考查,大型投產(chǎn)試驗(yàn)。8、工業(yè)上優(yōu)良生產(chǎn)菌種應(yīng)具備的基本特性(1)菌種細(xì)胞的生長(zhǎng)活力強(qiáng);(2)生理性狀穩(wěn)定;(3)純、具有抗噬菌體感染的能力;(4)穩(wěn)定高產(chǎn),與目標(biāo)產(chǎn)品性質(zhì)相近的副產(chǎn)物及其它產(chǎn)物少;(5)能采用價(jià)格便宜,來(lái)源廣泛的原料,而且轉(zhuǎn)化效率高。9、種子接種量:指移入種子液的體積和接種后培養(yǎng)液體積之比。10、種子種齡:指種子罐中培養(yǎng)的菌絲體開(kāi)始移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間。11、影響種子質(zhì)量的因素①原材料質(zhì)量;②種齡;③培養(yǎng)條件;④斜面冷藏時(shí)間。12、保證種子質(zhì)量的控制措施①菌種的穩(wěn)定性;②提供種子培養(yǎng)的適宜環(huán)境;③無(wú)雜菌侵入。13、工業(yè)上接種的方法火焰接種法、微孔法、壓差法。三、發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理1、發(fā)酵培養(yǎng)基的要求①培養(yǎng)基能夠滿(mǎn)足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成;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,資源豐富,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所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿(mǎn)足總體工藝的要求,如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理等。2、常見(jiàn)的碳源:①糖類(lèi);②油脂;③有機(jī)酸;④正烷烴。常見(jiàn)的糖類(lèi):①葡萄糖(速效碳源);②糖蜜;③淀粉、糊精。3、(1)生理酸性物質(zhì):無(wú)機(jī)氮源被菌體作為氮源利用后,培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質(zhì),這種經(jīng)微生物生理作用(代謝)后能形成酸性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源叫生理酸性物質(zhì),如硫酸銨;(2)生理堿性物質(zhì):若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無(wú)機(jī)氮源稱(chēng)為生理堿性物質(zhì),如硝酸鈉。4、(1)無(wú)機(jī)氮源:銨鹽、硝酸鹽和氨水;(2)有機(jī)氮源:花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚(yú)粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟。5、有機(jī)氮源在發(fā)酵培養(yǎng)及中的作用微生物在有機(jī)氮源培養(yǎng)基上生長(zhǎng)要比在無(wú)機(jī)氮源培養(yǎng)基上旺盛,有機(jī)氮源成分復(fù)雜,營(yíng)養(yǎng)也較無(wú)機(jī)氮源豐富,有機(jī)氮源中除含有一定比例的蛋白質(zhì)、多肽及游離氨基酸外,還含有少量的糖類(lèi)、脂類(lèi)及各種無(wú)機(jī)鹽、維生素、堿基等,微生物能夠直接從其中獲得這些營(yíng)養(yǎng)成分,因此生長(zhǎng)較無(wú)機(jī)氮源的較好。6、前體:指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中后,能直接使微生物在生物合成過(guò)程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去,而其自身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有多大變化,可是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。7、前體使用時(shí)普遍采用流加的方法。8、生長(zhǎng)因子:從廣義上講,凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量的有機(jī)物質(zhì),如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱(chēng)生長(zhǎng)因子。9、生長(zhǎng)因子的來(lái)源:有機(jī)氮源、酵母膏、酵母粉等。10、(1)培養(yǎng)基設(shè)計(jì)方法①生態(tài)模擬;②參閱文獻(xiàn);③精心設(shè)計(jì);④試驗(yàn)比較。(2)培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的步驟①根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分,初步確定可能的培養(yǎng)基成分;②經(jīng)過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分;③當(dāng)培養(yǎng)基成分確定后,剩下的問(wèn)題就是各成分最適的濃度,由于培養(yǎng)基成分很多,為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采用一些合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。(3)舉例:原培養(yǎng)基:類(lèi)球紅細(xì)菌RhodobactersphaeroidesNH4Cl1g,丁二酸鈉1g,KH2PO40.2g,MgSO4·7H2O0.005g,Na2CO30.2g,酵母膏0.1g,復(fù)合無(wú)機(jī)鹽溶液1mL,水1000mL,pH7.0。優(yōu)化后的培養(yǎng)基:NH4Cl2g,乙酸鈉2g,KH2PO40.1g,MgSO4·7H2O0.01g,Na2CO30.1g,酵母膏0.5g,復(fù)合無(wú)機(jī)鹽溶液0.05mL,水1000mL,pH7.0。11、優(yōu)良種子的條件(1)菌體濃度及總量能滿(mǎn)足大規(guī)模發(fā)酵罐接種量的要求;(2)生理狀態(tài)穩(wěn)定,如菌絲形態(tài)、菌絲生長(zhǎng)速率等;(3)生長(zhǎng)活力強(qiáng),移種至發(fā)酵罐后,能夠迅速生長(zhǎng);(4)無(wú)雜菌污染,保證純種發(fā)酵;(5)菌種適應(yīng)性強(qiáng),能保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。四、發(fā)酵工程的滅菌與空氣除菌1、消毒:指用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病原微生物。一般只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽孢。2、滅菌:用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物,包括營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。消毒不一定能達(dá)到滅菌要求,而滅菌則可達(dá)到消毒的目的。3、滅菌的方法:(1)培養(yǎng)基的加熱滅菌;(2)空氣的過(guò)濾除菌;(3)紫外線或電離輻射;(4)化學(xué)藥物滅菌。4、(1)化學(xué)試劑滅菌法:甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等,適用范圍:環(huán)境、皮膚及器械的表面消毒;(2)射線滅菌法:電磁波、紫外線或放射性物質(zhì),適用范圍:無(wú)菌室、接種箱;(3)干熱滅菌法:常見(jiàn)烘箱,滅菌條件:160℃下保溫1h,適用范圍:金屬或玻璃器皿;(4)濕熱滅菌法:利用飽和蒸汽滅菌,條件:121℃,30min,適用范圍:生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌;(5)過(guò)濾除菌法:利用過(guò)濾方法阻留微生物,適用范圍:制備無(wú)菌空氣;(6)火焰滅菌法:火焰;適用范圍:接種針、玻璃棒、三角瓶口。5、間歇滅菌與連續(xù)滅菌的比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)連續(xù)滅菌1.高溫短時(shí)滅菌,培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分損失少。2.發(fā)酵罐占用時(shí)間縮短,利用率高。1.設(shè)備復(fù)雜,操作麻煩,染菌機(jī)會(huì)多。2.不適合含大量固體物料的滅菌。間歇滅菌1.設(shè)備要求低,不需另外加熱、冷卻裝置。2.操作要求低,適合小批量生產(chǎn)規(guī)模3.適合含大量固體物料的滅菌1.培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失大,滅菌后培養(yǎng)基質(zhì)量下降2.發(fā)酵罐的利用率較低3.不適合大規(guī)模生產(chǎn)的滅菌影響培養(yǎng)基滅菌的因素(1)培養(yǎng)基成分;(2)培養(yǎng)基成分的顆粒度;(3)培養(yǎng)基的pH;(4)微生物細(xì)胞的含水量;(5)微生物性質(zhì)與數(shù)量;(6)冷空氣排除情況;(7)泡沫;(8)攪拌。7、深層介質(zhì)過(guò)濾的原理微粒隨氣流經(jīng)過(guò)濾層時(shí),由于濾層纖維的層層阻礙,使氣流出現(xiàn)無(wú)數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和方向的繞流運(yùn)動(dòng),引起微粒與濾層纖維間產(chǎn)生慣性沖擊、攔截、布朗擴(kuò)散、重力沉降、靜電引力等作用把微粒滯留在纖維表面上,實(shí)現(xiàn)過(guò)濾的目的。8、空氣除菌的方法(1)輻射殺菌;(2)熱殺菌;(3)靜電除菌;(4)過(guò)濾除菌。9、提高過(guò)濾除菌效率的措施①設(shè)計(jì)合理的空氣預(yù)處理設(shè)備,選擇合適的空氣凈化流程,以達(dá)到除油、水和雜質(zhì)的目的;②設(shè)計(jì)和安裝合理的空氣過(guò)濾器,選用除菌效率高的過(guò)濾介質(zhì);③保證進(jìn)口空氣清潔度,減少進(jìn)口空氣的含菌數(shù);④降低進(jìn)入空氣過(guò)濾器的空氣相對(duì)濕度,保證過(guò)濾介質(zhì)能在干燥狀態(tài)下工作。10、影響過(guò)濾除菌的因素P142(《發(fā)酵工程》韋革宏楊祥主編科學(xué)出版社)五、發(fā)酵條件及過(guò)程控制1、發(fā)酵過(guò)程引起pH變化的原因(1)基質(zhì)代謝(糖代謝、氮代謝、生理酸性物質(zhì)、生理堿性物質(zhì)利用);(2)產(chǎn)物形成(有機(jī)酸類(lèi)產(chǎn)生使pH下降、紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性,使pH上升);(3)菌體自溶,pH上升;發(fā)酵后期,pH上升。2、pH對(duì)發(fā)酵的影響(1)影響菌體的生長(zhǎng);(2)pH影響酶的活性;(3)pH值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的改變;(4)pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離;(5)pH影響代謝方向;(6)影響產(chǎn)物穩(wěn)定性。3、最佳pH的確定配制不同初始pH的培養(yǎng)基,搖瓶考察發(fā)酵情況。4、發(fā)酵過(guò)程的Ph控制采取的措施(1)改變攪拌轉(zhuǎn)速或通氣量,以改變?nèi)芙庋鯘舛?控制有機(jī)酸的積累量及其代謝速度;(2)改變溫度,以控制微生物代謝速度;(3)改變罐壓及通氣量,降低CO2的溶解量;(4)改變加油或加糖量等,調(diào)節(jié)有機(jī)酸的積累量。5、發(fā)酵用復(fù)合pH電極要求(1)能高溫滅菌,過(guò)高的溫度將對(duì)玻璃膜材質(zhì)和參比電極性質(zhì)產(chǎn)生影響,造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞;(2)具有長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性,應(yīng)保證轉(zhuǎn)換系數(shù)和不對(duì)稱(chēng)電位能適應(yīng)發(fā)酵周期長(zhǎng)、中途不能更換和不能標(biāo)定的要求;(3)要求一定的液絡(luò)部流通,維持的液接界電位穩(wěn)定,防止使用過(guò)程中液絡(luò)部被含硫物、蛋白質(zhì)和非水溶液污染,造成電極測(cè)量漂移;(4)外加不銹鋼護(hù)套或工程塑料護(hù)套后安裝于罐內(nèi)。6、是否染菌的無(wú)菌檢查方法(1)顯微鏡檢查法;(2)肉湯培養(yǎng)法;(3)平板培養(yǎng)法;(4)發(fā)酵過(guò)程的異常觀察法。溶氧1、比耗氧速率或呼吸強(qiáng)度(QO2):單位重量的細(xì)胞(干重)在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的氧氣,mmolO2/(g菌·h)。2、臨界溶氧濃度:指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度。如果對(duì)產(chǎn)物而言,便是不影響產(chǎn)物合成所允許的最低濃度。氧飽和度:常指樣品中的氧含量對(duì)該樣品最大氧含量的百分比。3、攝氧率(r):單位體積的發(fā)酵液在單位時(shí)間內(nèi)所需要的氧量。mmolO2·L-1·h-1。4、影響需氧的因素(1)遺傳因素;(2)菌齡;(3)代謝類(lèi)型;(4)培養(yǎng)基的成分與濃度;(5)發(fā)酵條件。5、、發(fā)酵液中氧的傳遞方程:N:傳氧速率kmol/m2.h,kg:氣膜傳質(zhì)系數(shù)kmol/m2.h.atm,kL:液膜傳質(zhì)系數(shù)m/h6、Na:體積傳氧速率kmol/m3.hKla:以(C*-C)為推動(dòng)力的體積溶氧系數(shù)h-17、供氧水平的調(diào)節(jié)kLa是最常見(jiàn)的方法,kLa反映了設(shè)備的供氧能力。影響搖瓶發(fā)酵供氧的條件:裝液量和搖瓶機(jī)的種類(lèi)。8、如何調(diào)節(jié)通氣攪拌發(fā)酵罐的供氧水平?……發(fā)酵過(guò)程中溶解氧的控制:發(fā)酵液的溶氧濃度,是由供氧和需氧兩方面所決定的。因此要控制好發(fā)酵液中的溶氧,需從這兩方面著手。溶氧控制的一般策略:前期大于臨界呼吸溶氧濃度有利于菌體生長(zhǎng),中后期滿(mǎn)足產(chǎn)物的形成。一般認(rèn)為,發(fā)酵初期較大的通風(fēng)和攪拌而產(chǎn)生過(guò)大的剪切力,對(duì)菌體的生長(zhǎng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不利的影響,因此有時(shí)發(fā)酵初期采用小通風(fēng),停攪拌,不但有利于降低能耗,而且在工藝上也是必須的?？墒窃龃笸獾臅r(shí)間一定要把握好?！镉绊懓l(fā)酵罐中kLa的因素(1)設(shè)備參數(shù):發(fā)酵罐的形狀結(jié)構(gòu)、攪拌器(直徑d)、擋板、空氣分布器等;(2)操作條件:通氣量Q、攪拌轉(zhuǎn)速N、攪拌功率PG、罐壓、發(fā)酵液體積V、液柱高度HL等;(3)發(fā)酵液的性質(zhì):密度、黏度、表面張力和擴(kuò)散系數(shù)等;(4)氧載體。9、經(jīng)過(guò)在發(fā)酵液中引入一種新的液相,以減少氣液傳氧阻力,從而提高傳氧效率。這種液相一般具有比水更高的溶氧能力,且與發(fā)酵液互不相溶,稱(chēng)為氧載體。一般使用的氧載體主要有:液態(tài)烷烴、油酸、甲苯、豆油等。10、如何測(cè)定發(fā)酵液中的溶氧濃度,以及發(fā)酵罐的Kla。泡沫1、泡沫形成的原因:氣液接觸,含助泡物,起泡速度高于破泡速度。2、發(fā)酵中控制泡沫的途徑有哪些?①調(diào)整培養(yǎng)基的成分(如少加或緩加易起泡的原材料)、或改變某些物理化學(xué)參數(shù)(如pH、溫度、通氣和攪拌)或者改變發(fā)酵工藝(如采用分次投料)來(lái)控制,以減少泡沫形成的機(jī)會(huì)。但效果有限;②選育在生長(zhǎng)期不產(chǎn)生泡沫的微生物突變株。如有人已用雜交育種方法選育出不產(chǎn)生泡沫的土霉素菌株;③機(jī)械消泡;④化學(xué)消泡:加消泡劑,當(dāng)今發(fā)酵工業(yè)中常見(jiàn)的方法。3、泡沫:是氣體在液體中的粗分散體,屬于氣液非均相體系。4、起泡的危害(1)降低生產(chǎn)能力;(2)引起原料浪費(fèi);(3)影響菌的呼吸;(4)引起染菌。溫度1、根據(jù)微生物對(duì)溫度的要求大致可分為四類(lèi)(1)嗜冷菌:0～260C生長(zhǎng);(2)嗜溫菌:15～430C生長(zhǎng);(3)嗜熱菌:37～650C生長(zhǎng);(4)嗜高溫菌:>650C生長(zhǎng)。2、溫度對(duì)發(fā)酵的影響(1)溫度影響微生物細(xì)胞的生長(zhǎng);(2)溫度影響反應(yīng)速率(產(chǎn)物形成);(3)溫度會(huì)改變發(fā)酵液的理化性質(zhì);(4)溫度影響生物合成的方向。3、發(fā)酵熱:發(fā)酵過(guò)程中釋放出來(lái)的凈熱量。4、生物熱:在發(fā)酵過(guò)程中,菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),將其分解氧化而產(chǎn)生的能量,其中一部分用于合成高能化合物(如ATP)提供細(xì)胞合成和代謝產(chǎn)物合成需要的能量,其余一部分以熱的形式散發(fā)出來(lái),這散發(fā)出來(lái)的熱就叫生物熱。5、生物熱與發(fā)酵類(lèi)型有關(guān),生物熱的大小與呼吸作用強(qiáng)弱有關(guān)6、發(fā)酵溫度的選擇(1)根據(jù)菌種不同選擇;(2)根據(jù)發(fā)酵階段選擇(