生物工藝原理復(fù)習(xí)重點(diǎn)

生物工藝原理復(fù)習(xí)重點(diǎn)緒論生物技術(shù)與生物工藝學(xué)：應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理，依靠生物催化劑的作用將物料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)。Biotechnology歸納為三點(diǎn)：（1）生物技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科、綜合性的科學(xué)技術(shù)（2）過(guò)程中需生物催化劑(biologicalcatalyst)參與（3）目的是建立工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或進(jìn)行社會(huì)服務(wù)。3、生物工藝組成從廣義上講由三部分組成：上游工程，中游工程，下游工程4、生物反應(yīng)過(guò)程生物反應(yīng)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是利用生物催化劑從事生物產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程。5、一般生物反應(yīng)過(guò)程可分為四個(gè)部分：（1）發(fā)酵原料的預(yù)處理：有些發(fā)酵原料工業(yè)微生物不能直接利用，通常需要將它們進(jìn)行粉碎、蒸煮、水解成葡萄糖以供給微生物利用。（2）發(fā)酵過(guò)程的準(zhǔn)備：發(fā)酵前必須進(jìn)行種子制備與無(wú)菌消毒。無(wú)菌消毒是種子制備與發(fā)酵的必要條件（高壓蒸汽滅菌）（3）生物反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇：由于使用的微生物不同，其代謝規(guī)律不一樣，因而有厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵兩種方法。（4）產(chǎn)品的分離與純化（下游技術(shù))：分離與純化是從發(fā)酵液中制取符合質(zhì)量指標(biāo)的制品。6、生物反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)過(guò)程通常在常溫下進(jìn)行，操作條件溫和，不需要考慮防爆問(wèn)題，一種設(shè)備具有多種用途。原料以碳水化合物為主，并加入少量有機(jī)和無(wú)機(jī)氮源。不含有毒物質(zhì)。（2）生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程是以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行的，多個(gè)反應(yīng)像一個(gè)反應(yīng)一樣，可在單一設(shè)備中進(jìn)行；（3）易于進(jìn)行復(fù)雜的高分子化合物的生產(chǎn)，如酶、光學(xué)活性體等（4）能高度選擇性地進(jìn)行復(fù)雜化合物在特定部位的反應(yīng)，如氧化、還原、官能團(tuán)導(dǎo)入等；（5）生產(chǎn)產(chǎn)品的生物體本身也是產(chǎn)物，富含維生素、蛋白質(zhì)、酶等；除特殊情況外，培養(yǎng)液一般不會(huì)對(duì)人和動(dòng)物造成危害；（6）生產(chǎn)過(guò)程中需要注意防止雜菌污染，尤其是噬菌體的侵入，以免造成很大的危害。（7）通過(guò)改良生物體生產(chǎn)性能，可在不增加設(shè)備投資的條件下，利用原有的生產(chǎn)設(shè)備使生產(chǎn)能力飛躍上升。7、生物生產(chǎn)過(guò)程的共性（1）作為培養(yǎng)基成分有碳源、氮源、微量元素及生長(zhǎng)因子等，并確定培養(yǎng)基中各成分的含量及比例;（2）合理設(shè)計(jì)一級(jí)、二級(jí)乃之三級(jí)種子培養(yǎng)系統(tǒng)，各級(jí)培養(yǎng)時(shí)間以及種子培養(yǎng)系統(tǒng)要與生產(chǎn)過(guò)程合理配套；（3）合理控制不同階段的環(huán)境條件，保證細(xì)胞正常生長(zhǎng)和所需產(chǎn)物的形成，以最低的消耗獲得最大的得率；（4）生產(chǎn)過(guò)程需要防止雜菌污染，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行；（5）選擇合適的分離方法，使之高效率、低成本地從細(xì)胞或培養(yǎng)液中提取、分離、純化和精制所需產(chǎn)品；8、現(xiàn)代生物技術(shù)：以DNA重組為主要手段，依靠清潔、經(jīng)濟(jì)的生物反應(yīng)器，利用可再生性資源加工人類所需產(chǎn)品的具有可持續(xù)發(fā)展特性的技術(shù)。包括：基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程?；蚬こ淘谄渲刑幱谥鲗?dǎo)地位9、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)：以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，包括單細(xì)胞的酵母和藻類、擔(dān)子菌，生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。10、初級(jí)代謝產(chǎn)物（中間代謝產(chǎn)物）：對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期形成的產(chǎn)物，如氨基酸、核苷酸、蛋白質(zhì)、核酸等，是菌體自身生長(zhǎng)繁殖所必須的，次級(jí)代謝產(chǎn)物：在生長(zhǎng)的穩(wěn)定期，某些菌體能合成一些具有特定功能的產(chǎn)物，如抗生素、生物堿、細(xì)菌毒素、植物生長(zhǎng)因子（plantgrowthfactor）等。它們與菌體生長(zhǎng)繁殖無(wú)明顯關(guān)系。11、微生物的生物轉(zhuǎn)化：利用微生物細(xì)胞的一種或多種酶對(duì)一些化合物某一特定部位（基團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。12、生物過(guò)程工程基本概念：盡管生物過(guò)程所生產(chǎn)的產(chǎn)品性質(zhì)、加工方法、工藝流程以及設(shè)備型式等完全不同，甚至差異很大。但卻有共同點(diǎn)，即從原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品，均包括一系列生物反應(yīng)過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和物理操作過(guò)程，按照不同方式串聯(lián)或并聯(lián)而成。生物反應(yīng)過(guò)程是具有決定意義的一步。是生物生產(chǎn)過(guò)程的核心，其他過(guò)程是為生物反應(yīng)過(guò)程服務(wù)的。13、四種工程理念：理論上的正確性、技術(shù)上的可行性、操作上的安全性、經(jīng)濟(jì)上的合理性14、生物反應(yīng)過(guò)程應(yīng)關(guān)注的普遍性問(wèn)題：（1）目的產(chǎn)物中心觀點(diǎn)：為提高產(chǎn)物對(duì)原料的轉(zhuǎn)化率，要求關(guān)注生物反應(yīng)代謝過(guò)程和培養(yǎng)產(chǎn)物分離純化兩個(gè)方面。對(duì)于前者，要促進(jìn)細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；減少與目的產(chǎn)物形成無(wú)關(guān)的代謝支流，使各個(gè)分支的物質(zhì)相對(duì)集中流向目的產(chǎn)物；消除目的產(chǎn)物進(jìn)一步代謝的途徑。對(duì)于后者的單元操作，應(yīng)根據(jù)質(zhì)量守恒定律對(duì)目的產(chǎn)物進(jìn)行物料衡算。（2）能量最小的觀點(diǎn)：在細(xì)胞代謝和生產(chǎn)過(guò)程中均消耗一定能量，并以不同形式提供。對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程，可根據(jù)能量守恒定律和能量系統(tǒng)集成技術(shù)進(jìn)行衡算，減少生產(chǎn)過(guò)程中的能量消耗。（3）細(xì)胞經(jīng)濟(jì)與生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)矛盾的觀點(diǎn)：要獲得細(xì)胞代謝產(chǎn)物的過(guò)量生產(chǎn)，一是要改變細(xì)胞基因型而改變代謝途徑；另一種方法是通過(guò)改變培養(yǎng)條件改變控制代謝。過(guò)量表達(dá)代謝產(chǎn)物的細(xì)胞是“病態(tài)”細(xì)胞。工業(yè)上利用“病態(tài)”細(xì)胞的不經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)對(duì)人類經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。15、生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中工程學(xué)基本概念：恒算概念、速率概念、最優(yōu)化概念、技術(shù)經(jīng)濟(jì)概念、上游生物技術(shù)工程化概念、細(xì)胞代謝和培養(yǎng)工藝過(guò)程一體化概念。第二章：菌種及其擴(kuò)大培養(yǎng)1、工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物：細(xì)菌、放線菌、霉菌或絲狀真菌、酵母、擔(dān)子菌2、微生物工業(yè)對(duì)菌種的要求：（1）原料廉價(jià)、生長(zhǎng)迅速、目的產(chǎn)物產(chǎn)量高。（2）培養(yǎng)條件易于控制，酶活性高，發(fā)酵周期短；（3）抗雜菌和噬菌體的能力強(qiáng)；（4）遺傳性能穩(wěn)定，不易變異和退化，不產(chǎn)任何有害生物活性物質(zhì)和毒素，保證安全生產(chǎn)。3、為提高生產(chǎn)水平，必須考慮兩方面因素：菌種生產(chǎn)能力和發(fā)酵條件控制。4、獲得菌種的主要途徑：從菌種保藏機(jī)構(gòu)獲??；從自然界中分離、篩選；菌種的基因改造5、從自然環(huán)境中分離篩選新的工業(yè)微生物菌種的分離思路：（1）新菌種的分離是要從混雜的各類微生物群體中依照生產(chǎn)要求、菌種特性，采用各種篩選方法和方案，快速、準(zhǔn)確地把所需要的菌種挑選出來(lái)。（2）實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)用菌種若不慎污染了雜菌，也必須重新進(jìn)行分離純化。（3）有了優(yōu)良的菌種，還要有合適的工藝條件和合理先進(jìn)的設(shè)備與之配合。6、新菌種分離與篩選的步驟：（1）定方案：查閱資料，了解所需菌種的生長(zhǎng)培養(yǎng)特性。（2）采樣：有針對(duì)性地采集樣品。（3）增殖：控制培養(yǎng)基成分或培養(yǎng)條件，使所需菌種增殖培養(yǎng)后，在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)。（4）分離：利用分離技術(shù)得到純種。（5）性能測(cè)定：進(jìn)行生產(chǎn)性能測(cè)定。這些特性包括形態(tài)、培養(yǎng)特征、營(yíng)養(yǎng)要求、生理生化特性、發(fā)酵周期、產(chǎn)品品種和產(chǎn)量、耐受最高溫度、生長(zhǎng)和發(fā)酵最適溫度、最適pH值、提取工藝等。7、采用誘變劑處理可以提高誘變頻率，擴(kuò)大誘變幅度，從而選出優(yōu)良的突變株。這種方法就叫做誘變育種?；驹恚夯蛲蛔?、為避免致病菌的感染與擴(kuò)散一般不采用致病菌作為試驗(yàn)菌，盡可能選擇非致病性又能代表某些類型致病菌的微生物作為試驗(yàn)菌，這些試驗(yàn)菌被稱為篩選模型。9、運(yùn)用遺傳學(xué)和生物化學(xué)方法，科學(xué)設(shè)計(jì)選擇性“篩子”，把大部分不符合要求的菌株經(jīng)過(guò)第一輪預(yù)篩就淘汰掉，使具有有效性狀的突變株很方便地篩選出來(lái)，從而大大提高了篩選效率。這種方法就是理性化篩選。10、營(yíng)養(yǎng)缺陷型：微生物經(jīng)誘變劑處理后產(chǎn)生的一種生化突變體，由于基因突變它失去了合成某種物質(zhì)（氨基酸、維生素等）的能力，在基本培養(yǎng)基上不生長(zhǎng)，大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株需要補(bǔ)加一定種類的有機(jī)物質(zhì)后才能生長(zhǎng)。11、原生質(zhì)體融合的優(yōu)點(diǎn)：（1）二個(gè)不同性狀的細(xì)胞破壁成原生質(zhì)體，沒(méi)有細(xì)胞壁的阻隔，基因交換變得容易，且可以多次交換，可得到不同重組子。（2）原生質(zhì)體還可以用紫外線等誘變劑處理，誘變的效果比細(xì)胞要好12、原生質(zhì)體融合操作分為3個(gè)主要部分：原生質(zhì)體制備；原生質(zhì)體的融合；優(yōu)良融合子的檢出。13、菌種保藏的原理——減少傳代和變異菌種保藏就是給微生物創(chuàng)造一個(gè)適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，在這個(gè)環(huán)境下，微生物的生長(zhǎng)繁殖受到很大程度的抑制，或處于休眠狀態(tài)，基因突變頻率和細(xì)胞代謝活動(dòng)都降低到一個(gè)很低的水平，以便避免或推遲菌種退化變異得到來(lái)。14、菌種保藏的方法（1）斜面低溫保藏——40C冰箱保藏：這種方法比較簡(jiǎn)單，主要利用低溫（2～4℃）降低產(chǎn)生菌的新陳代謝活動(dòng)。但這種方法僅適合于短期使用，適合于生產(chǎn)上使用的菌種。具體做法如下：將生產(chǎn)菌種接種在孢子斜面或扁平內(nèi)，培養(yǎng)成熟后，放在40C左右的冰箱內(nèi)保存。（2）石蠟油封藏法：在培養(yǎng)成熟的菌種斜面上，倒入一層滅菌石蠟油，石蠟油用量要高出斜面1cm，然后直立保存在冰箱中或低溫干燥處。這種保存方法既可以防止培養(yǎng)基水分蒸發(fā)，又能使菌種隔絕空氣。適用于不能利用石蠟油作碳源的霉菌、酵母、細(xì)菌等保存。（3）砂土保藏：原理是砂土本身是模擬微生物理想的自然環(huán)境，用抽干法并結(jié)合低溫冷藏于封閉干燥器內(nèi)，將菌種妥善保存對(duì)防止退化有一定的效果。（4）大（?。┟妆２兀捍朔ㄟm用于保存常見(jiàn)的真菌，如曲霉、青霉等能大量產(chǎn)生孢子的菌種。將要保藏的菌種制成孢子懸浮液，取適量加入已滅菌的大（?。┟着囵B(yǎng)基中，要注意翻動(dòng)。孢子成熟后，抽真空至干，封蠟后低溫保藏。（5）真空冷凍干燥保藏：原理是將菌種用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)劑制成孢子懸浮液，裝入安瓿瓶，在低溫（-30~-700C）條件下快速將細(xì)胞凍結(jié)。在高真空度下抽干水分。真空封口。在2～40C或更低溫度冷藏。（6）低溫凍結(jié)保藏：將需要保藏的菌種（孢子或菌體）懸浮于10～20％的甘油或二甲亞砜保護(hù)劑中，置于低溫（一般為－20～－700C）凍結(jié)。保存溫度視菌種不同而異，其優(yōu)點(diǎn)是存活力髙，變異率低，使用方便。（7）液氮冰箱低溫保藏15、菌種保藏的意義：（1）保持生產(chǎn)菌株發(fā)酵目的產(chǎn)物高產(chǎn)和菌株性能穩(wěn)定對(duì)企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益都十分重要。生產(chǎn)菌種退化的根本原因是基因負(fù)突變。菌種在長(zhǎng)期使用中轉(zhuǎn)接傳代，各種物理、化學(xué)和生物因素都在對(duì)菌種起著十分復(fù)雜的作用。菌種性能的一些負(fù)突變就可能發(fā)生，而且在傳代中可以在數(shù)量上逐漸取得優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而表現(xiàn)出產(chǎn)量下降。（2）一個(gè)優(yōu)良菌株得到以后，一定要十分珍惜它，采取各種適當(dāng)措施使菌種盡可能不發(fā)生退化，或大大推遲退化到來(lái)時(shí)間。因此使菌株保持穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，這是生產(chǎn)和研究部門(mén)的共同任務(wù)。而菌種保藏則是保持菌種優(yōu)良性能的一個(gè)重要措施。16、種子擴(kuò)大培養(yǎng)的概念:種子擴(kuò)大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過(guò)扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng),最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。17、種子擴(kuò)培的目的：接種量的需要；菌種的馴化；縮短發(fā)酵時(shí)間、保證生產(chǎn)水平18、種子的要求：總量及濃度能滿足要求；生理狀況穩(wěn)定，個(gè)體與群體；活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵后，能夠迅速生長(zhǎng)；無(wú)雜菌污染19、斜面(AS1.299)：培養(yǎng)基：蛋白胨1%，牛肉膏1%，氯化鈉0.5，瓊脂2%，pH7.0-7.2培養(yǎng)條件：32℃，生長(zhǎng)18-24小時(shí)培養(yǎng)基特點(diǎn)：有利于菌體的生長(zhǎng)，原料比較精細(xì)生長(zhǎng)斜面要求：生長(zhǎng)良好，所使用斜面連續(xù)傳代不超過(guò)20、一級(jí)種子（搖瓶）培養(yǎng)基：葡萄糖2%，尿素0.5%，玉米漿2.5%，K2HPO40.1%培養(yǎng)條件：于1000ml三角瓶中，裝液200-250ml,32℃培養(yǎng)12小時(shí)。培養(yǎng)基特點(diǎn)：有利于菌體的生長(zhǎng)，所使用的原料已經(jīng)基本接近于發(fā)酵培養(yǎng)基21、二級(jí)種子(種子罐)培養(yǎng)基：和一級(jí)種子相似，其中葡萄糖用水解糖代替，濃度為2.5%培養(yǎng)條件：在種子罐中培養(yǎng)（容積為發(fā)酵罐的1%），32℃培養(yǎng)7-10個(gè)小時(shí)培養(yǎng)基的特點(diǎn)：長(zhǎng)菌體，更接近于發(fā)酵培養(yǎng)基22、青霉素生產(chǎn)的種子制備過(guò)程：安培管→斜面孢子→大米孢子→一級(jí)種子→二級(jí)種子→發(fā)酵（1）斜面孢子培養(yǎng)基：甘油、葡萄糖、蛋白胨等培養(yǎng)條件：25℃、7天,注意濕度50%左右培養(yǎng)基特點(diǎn)：有利于長(zhǎng)孢子，用量少而精細(xì)（2）大米孢子培養(yǎng)基：大米及氮源（玉米漿）培養(yǎng)條件：25℃、7天，控制濕度培養(yǎng)基的特點(diǎn)：成本低、米粒之間結(jié)構(gòu)疏松提高比表面積和氧的傳質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)適當(dāng)（要求大米的白點(diǎn)?。┯欣阪咦拥纳L(zhǎng)。大米孢子的要求：1粒米含1.4×106個(gè)孢子（3）一級(jí)種子培養(yǎng)基：（葡萄糖、乳糖、蔗糖）、玉米漿培養(yǎng)條件：27℃，40小時(shí)接種量：200億孢子/噸目的：長(zhǎng)菌體（4）二級(jí)種子培養(yǎng)基：同上培養(yǎng)條件：27℃、10-14小時(shí)接種量：10%種子的質(zhì)量要求：菌絲長(zhǎng)稠呈絲狀、菌絲團(tuán)很少，有中小空孢，處于Ⅲ—Ⅳ期青霉素發(fā)酵菌絲體的生長(zhǎng)共分為6個(gè)期，1-4為年青期，4-6期合成青霉素的能力最強(qiáng)23、種子制備的技術(shù)概要：（1）種子制備過(guò)程：實(shí)驗(yàn)室階段：不用種子罐，所用的設(shè)備為培養(yǎng)箱、搖床等實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)設(shè)備，在工廠這些培養(yǎng)過(guò)程一般都在菌種室完成，因此現(xiàn)象地將這些培養(yǎng)過(guò)程稱為實(shí)驗(yàn)室階段的種子培養(yǎng)。生產(chǎn)車(chē)間階段：種子培養(yǎng)在種子罐里面進(jìn)行，一般在工程歸為發(fā)酵車(chē)間管理，因此形象地稱這些培養(yǎng)過(guò)程為生產(chǎn)車(chē)間階段。（2）實(shí)驗(yàn)室階段：培養(yǎng)物選擇的原則：目的：種子擴(kuò)培到一定的量和質(zhì)，根據(jù)菌種的特點(diǎn)最終的培養(yǎng)物可分為兩類：對(duì)于不產(chǎn)孢子和芽胞的微生物——獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的菌體對(duì)于產(chǎn)孢子的微生物：獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的孢子；獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的菌絲體培養(yǎng)基選擇的原則：培養(yǎng)基的選擇應(yīng)該是有利于菌體的生長(zhǎng)，對(duì)孢子培養(yǎng)基應(yīng)該是有利于孢子的生長(zhǎng)。在原料方面，實(shí)驗(yàn)室種子培養(yǎng)階段，規(guī)模一般比較小，因此為了保證培養(yǎng)基的質(zhì)量，培養(yǎng)基的原料一般都比較精細(xì)。起始接種物的傳代問(wèn)題：（目的：使菌種的傳代次數(shù)盡可能的少。）細(xì)菌：保藏斜面→活化斜面產(chǎn)孢子：保藏→母斜面→子斜面（3）生產(chǎn)車(chē)間階段培養(yǎng)物的選擇原則：在生產(chǎn)車(chē)間階段，最終一般都是獲得一定數(shù)量的菌絲體。菌絲體比孢子要有利：縮短發(fā)酵時(shí)間，有利于獲得好的發(fā)酵結(jié)果。培養(yǎng)基選擇的原則：目的：獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的菌體，因此培養(yǎng)基的選擇應(yīng)首先考慮的是有利于孢子的發(fā)育和菌體的生長(zhǎng)，所以營(yíng)養(yǎng)要比發(fā)酵培養(yǎng)基豐富原料方面：不如實(shí)驗(yàn)室階段那么精細(xì)，而是基本接近于發(fā)酵培養(yǎng)基，這有兩個(gè)方面的原因:一是成本；二是馴化24、雙種：兩個(gè)種子罐接種到一個(gè)發(fā)酵罐中倒種：一部分種子來(lái)源于種子罐，一部分來(lái)源于發(fā)酵罐。25、種齡是指種子罐中培養(yǎng)的菌體開(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。種齡短：菌體太少；種齡長(zhǎng)：易老化原則：對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期末，細(xì)胞活力強(qiáng)，菌體濃度相對(duì)較大，但是最終由實(shí)驗(yàn)結(jié)果定。第三章發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及其制備1、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)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)。所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理等。2、培養(yǎng)基的類型及功能：（1）按純度：合成培養(yǎng)基：原料其化學(xué)成分明確、穩(wěn)定。適合于研究菌種基本代謝和過(guò)程的物質(zhì)變化規(guī)律。培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)單一，價(jià)格較高，不適合用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)天然培養(yǎng)基：采用天然原料。原料來(lái)源豐富(大多為農(nóng)副產(chǎn)品)、價(jià)格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)。原料質(zhì)量等方面不加控制會(huì)影響生產(chǎn)穩(wěn)定性。（2）按狀態(tài)：固體培養(yǎng)基:適合于菌種和孢子的培養(yǎng)和保存，也廣泛應(yīng)用于有子實(shí)體的真菌類，如香菇、白木耳等的生產(chǎn)半固體培養(yǎng)基:即在配好的液體培養(yǎng)基中加入少量的瓊脂，一般用量為0.5%～0.8%,主要用于微生物的鑒定。液體培養(yǎng)基:80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的營(yíng)養(yǎng)成分，是發(fā)酵工業(yè)大規(guī)模使用的培養(yǎng)基。（3）按用途：孢子（斜面）培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基工業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)基必需滿足的條件：含有細(xì)胞生長(zhǎng)必須的原料滿足生化反應(yīng)的基本條件一定的pH值、一定的滲透壓（4）促進(jìn)產(chǎn)物合成的物質(zhì)4、葡萄糖值（DE值）淀粉糖的含糖量，液化液或糖化液中的還原糖含量（所測(cè)得的糖以葡萄糖計(jì)算）占干物質(zhì)的百分率為DE值5、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、維生素等均稱生長(zhǎng)因子。6、前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接彼微生物在生物合成過(guò)程中合成到產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)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。7、產(chǎn)物促進(jìn)劑是指那些非細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。8、培養(yǎng)基成分選擇的原則：（1）菌種的同化能力（2）代謝的阻遏和誘導(dǎo)，葡萄糖效應(yīng)（3）合適的C、N比：不同微生物菌株、種類，以及微生物菌體的不同生長(zhǎng)階段對(duì)碳氮比要求不同。酵母細(xì)胞C/N為100/20，霉菌為100/10。工業(yè)發(fā)酵為100：（0.2～2.0），氨基酸發(fā)酵，因產(chǎn)物含氮，此比例相對(duì)高。（4）pH、滲透壓和氧化還原電位：霉菌和酵母微酸，細(xì)菌偏堿，放線菌中性。厭氧菌需加入還原劑以降低氧化還原電位。9、理論轉(zhuǎn)化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進(jìn)行物料衡算，所得出的轉(zhuǎn)化率的大小。10、實(shí)際轉(zhuǎn)化率是指實(shí)際發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)化率的大小11、正交設(shè)計(jì)：四步（課本P112，要考計(jì)算，個(gè)人覺(jué)得書(shū)上比較清楚）（1）根據(jù)問(wèn)題的要求和客觀條件確定因子和水平，列出因子水平表；（2）根據(jù)因子和水平表選用合適的正交表，設(shè)計(jì)正交表頭，并安排實(shí)驗(yàn)；（3）根據(jù)正交表給出的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；（4）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，選出較有實(shí)驗(yàn)條件以及對(duì)結(jié)果有顯著影響的因子。第四章滅菌技術(shù)1、染菌對(duì)發(fā)酵的影響：染菌對(duì)發(fā)酵的危害極大，生產(chǎn)不同的品種，可污染不同種類和性質(zhì)的微生物。不同污染時(shí)間，不同污染途徑，污染不同菌量，不同培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件又可產(chǎn)生不同后果2、不同時(shí)間染菌對(duì)發(fā)酵的影響（1）種子培養(yǎng)期染菌：種子培養(yǎng)期是指產(chǎn)生菌生長(zhǎng)繁殖階段。這時(shí)的培養(yǎng)液中幾乎沒(méi)有抗生素（產(chǎn)物）或只有很少抗生素（產(chǎn)物）。因而它防御雜菌能力低，容易污染雜菌。如在此階段染菌，應(yīng)將培養(yǎng)液全部廢棄。（2）發(fā)酵前期染菌：抵御雜菌能力弱，容易污染雜菌。如果染菌，可以用降低培養(yǎng)溫度，調(diào)整補(bǔ)料量，用酸堿調(diào)pH值，縮短培養(yǎng)周期等措施予以補(bǔ)救。但是這些措施的效果均不理想。如果前期染菌，且培養(yǎng)基養(yǎng)料消耗不多，可以重新滅菌，補(bǔ)加一些營(yíng)養(yǎng)，重新接種再用。（3）發(fā)酵中期染菌：如果染菌，可降溫培養(yǎng)，減少補(bǔ)料，密切注意代謝變化情況。也可降低空氣流量，減速攪拌或停止攪拌。如果發(fā)酵單位到達(dá)一定水平可以提前放罐，或者抗生素生產(chǎn)中可以將高單位的發(fā)酵液輸送一部分到染菌罐，抑制雜菌。（4）發(fā)酵后期染菌：發(fā)酵后期發(fā)酵液內(nèi)已積累大量的產(chǎn)物，特別是抗生素，對(duì)雜菌有一定的抑制或殺滅能力。因此如果染菌不多，對(duì)生產(chǎn)影響不大。如果染菌嚴(yán)重，又破壞性較大，可以提前放罐。3、發(fā)酵染菌對(duì)過(guò)濾的影響染菌的發(fā)酵液一般發(fā)粘，有的甚至發(fā)臭，菌體大多數(shù)自溶，所以在發(fā)酵液過(guò)濾時(shí)不能或很難形成濾餅，導(dǎo)致過(guò)濾困難。由于過(guò)濾困難，過(guò)濾時(shí)間拉長(zhǎng)，從而影響發(fā)酵液儲(chǔ)罐和過(guò)濾設(shè)備的周轉(zhuǎn)使用，破壞了生產(chǎn)平衡。染菌發(fā)酵液還會(huì)因過(guò)濾困難而大幅度降低過(guò)濾收率，直接影響提煉總收率。4、染菌原因：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5、染菌后的措施：（1）發(fā)酵液必須滅菌后才可放下水道（2）尋找染菌的原因（3）染菌嚴(yán)重時(shí)，車(chē)間環(huán)境要用石灰消毒6、產(chǎn)生噬菌體的原因：活菌體隨意排放，造成噬菌體的感染源危害：造成斷種，無(wú)法生產(chǎn)噬菌體的防治：（有無(wú)染噬菌體，根本的要做噬菌斑檢驗(yàn)）（1）建立工廠環(huán)境清潔衛(wèi)生制度（2）感染噬菌體的培養(yǎng)物不得帶入菌種室、搖瓶間（3）發(fā)現(xiàn)噬菌體停攪拌、小通風(fēng)，將發(fā)酵液加熱到70~800C殺死噬菌體，才可排放。（4）環(huán)境用漂白粉消毒（5）選育抗噬菌體的菌種7、滅菌的方法：（1）化學(xué)滅菌：甲醛、氯、高錳酸鉀、環(huán)氧乙烷、臭氧、季銨鹽（如新潔爾滅），一般不用于培養(yǎng)基滅菌。（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γ射線進(jìn)行滅菌，波長(zhǎng)為2.1～3.1×10－7的紫外線具有滅菌作用，最常用的波長(zhǎng)為2.537×10－7m的紫外線，紫外線穿透能力弱，僅適于表面消毒和空氣消毒，也可利用0.061～1.4×10－10m的X射線或Co60產(chǎn)生的γ—射線進(jìn)行滅菌（3）干熱滅菌：160℃，1h。效果不如濕熱滅菌，Q10為2～3，濕熱滅菌對(duì)耐熱芽孢的Q10為8～10。需要保持干燥的實(shí)驗(yàn)器具和材料可用此法；（4）濕熱滅菌：利用飽和水蒸氣進(jìn)行滅菌。蒸汽穿透能力強(qiáng)，滅菌效果好；（5）過(guò)濾除菌：利用過(guò)濾方法截留微生物。8、滅菌時(shí)間的計(jì)算例：某發(fā)酵罐內(nèi)裝培養(yǎng)基40m3，在121℃下進(jìn)行分批滅菌。設(shè)每毫升培養(yǎng)基中含耐熱的芽孢為107個(gè)，求理論滅菌時(shí)間？解:N0=40×106×107個(gè)Ns=0.001個(gè)lgk=－14845/T+36.127=－14845/(273+121)+36.127=－1.55k=0.0281s-1τ=1/kln（N0/Ns）=1/0.028ln（4×1014／0.001）=1442.6s=24min。分批培養(yǎng)保溫時(shí)間計(jì)算：例：根據(jù)上題的條件，并且已知升溫階段培養(yǎng)基溫度從100℃升到121℃需要20min，考慮這一階段的滅菌作用，求保溫時(shí)間？解：考慮培養(yǎng)基升溫階段（100℃升到121℃）的滅菌作用，在升溫到121℃時(shí)，培養(yǎng)基中活微生物數(shù)已由N0降為Np個(gè)。由公式（5）可知k是T的函數(shù)，在升溫階段（100℃升到121℃），k不是常數(shù)而是隨溫度變化。T1=273+100=373KT2=273+121=384K積分得：9、培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌：連續(xù)滅菌的特征：高溫、快速特點(diǎn)：對(duì)培養(yǎng)基破壞小、可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、提高發(fā)酵罐的設(shè)備利用率、蒸汽用量平穩(wěn)缺點(diǎn)：對(duì)加熱蒸汽的壓力要求較高，一般不小于0.45MPa。同時(shí)需要一組附加設(shè)備，設(shè)備投資大。連續(xù)滅菌的理論滅菌時(shí)間計(jì)算：例：若將上例中的培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌，滅菌溫度為131℃，此溫度下的滅菌速度常數(shù)為0.25s-1，求滅菌保溫時(shí)間？解：C0=107個(gè)/mL第五章生物工藝操作模式與工藝控制1、微生物群體是一個(gè)非均勻體系2、單個(gè)微生物細(xì)胞無(wú)菌條件下形成的群體為純培養(yǎng)3、微生物培養(yǎng)方式分為：（1）連續(xù)培養(yǎng)：發(fā)酵過(guò)程中一邊補(bǔ)入新鮮的料液，一邊以相近的流速放料，維持發(fā)酵液原來(lái)的體積。（2）分批培養(yǎng)：屬于間歇的培養(yǎng)方法，生物反應(yīng)器中培養(yǎng)基滅菌、接種后，除了無(wú)菌空氣、消泡劑（好氧過(guò)程）和酸堿（維持適當(dāng)?shù)膒H），在培養(yǎng)過(guò)程中，不再加入其它物料。在此簡(jiǎn)單系統(tǒng)內(nèi)所有液體的流量等于零。反應(yīng)結(jié)束，將培養(yǎng)液全部放出，進(jìn)行后處理（3）半連續(xù)培養(yǎng)：在補(bǔ)料—分批發(fā)酵的基礎(chǔ)上加上間歇放掉部分發(fā)酵液（行業(yè)中稱為帶放）。帶放是指放掉的發(fā)酵液和其他正常的放罐的發(fā)酵液一起送去提煉工段。4、與分批發(fā)酵比較，連續(xù)發(fā)酵過(guò)程具有許多優(yōu)點(diǎn)：在連續(xù)發(fā)酵達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其非生產(chǎn)占用的時(shí)間要少許多，故其設(shè)備利用率高，操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定，對(duì)發(fā)酵設(shè)備以外的外圍設(shè)備的利用率高，可以及時(shí)排除在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的對(duì)發(fā)酵過(guò)程有害的物質(zhì)。但連續(xù)發(fā)酵技術(shù)也存在一些問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間向發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)提供無(wú)菌新鮮空氣和培養(yǎng)基，增加了染菌機(jī)會(huì)。生產(chǎn)菌種的突變。5、分批發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，周期短，染菌機(jī)會(huì)減少和生產(chǎn)過(guò)程，產(chǎn)品質(zhì)量易掌握。但分批培養(yǎng)不適用于測(cè)定其過(guò)程動(dòng)力學(xué)，因使用復(fù)合培養(yǎng)基，不能簡(jiǎn)單的運(yùn)用Monod方程來(lái)描述生長(zhǎng)，存在基質(zhì)抑制問(wèn)題，出現(xiàn)二次生長(zhǎng)現(xiàn)象。6、半連續(xù)發(fā)酵優(yōu)勢(shì)：考慮到補(bǔ)料—分批培養(yǎng)雖可通過(guò)補(bǔ)料補(bǔ)充養(yǎng)分或前體的不足，但由于有害代謝物的不斷積累，產(chǎn)物合成最終難免受到阻遏。放掉部分發(fā)酵液，再補(bǔ)入適當(dāng)料液不僅補(bǔ)充了養(yǎng)分和前體，而且代謝有害物被稀釋，有利于產(chǎn)物繼續(xù)合成。半連續(xù)發(fā)酵的不足：放掉發(fā)酵液的同時(shí)也丟失了未利用的養(yǎng)分和處于生產(chǎn)旺盛期的菌體；定期補(bǔ)充和帶放使得發(fā)酵液稀釋，送去提煉的發(fā)酵液體積更大；發(fā)酵液被稀釋后可能產(chǎn)生更多的代謝有害物，最終限制發(fā)酵產(chǎn)物的合成；一些經(jīng)代謝產(chǎn)生的前體可能丟失；有利于非生產(chǎn)菌突變株的生長(zhǎng)。7、分批培養(yǎng)中細(xì)胞生長(zhǎng)階段(生長(zhǎng)曲線)延遲期、指數(shù)生長(zhǎng)期、減速期、靜止期、衰亡期8、比生長(zhǎng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)群體數(shù)量增加倍數(shù)的自然對(duì)數(shù)。確切、費(fèi)解、不便應(yīng)用。9、碳源生長(zhǎng)得率（YX／S）：每消耗1克底物所生成的細(xì)胞干重的克數(shù)（g/g）或每消耗1mol底物所產(chǎn)生的細(xì)胞干重（g/mol）。10、氧生長(zhǎng)得率（YX／O）：消耗每mol氧產(chǎn)生的細(xì)胞克數(shù)。11、產(chǎn)物關(guān)于碳源的得率系數(shù)：12、產(chǎn)物關(guān)于細(xì)胞的得率系數(shù)：13、二氧化碳關(guān)于碳源的得率系數(shù)：14、分解代謝的生長(zhǎng)得率（YX／C）：15、單耗：產(chǎn)物關(guān)于各種原料的得率系數(shù)的倒數(shù)。16、Monod方程：μ=μmax:最大比生長(zhǎng)速度μ：菌體的生長(zhǎng)比速S：限制性基質(zhì)濃