生物工藝學(xué) 模擬.doc

發(fā)酵染菌：指在發(fā)酵過程中生產(chǎn)菌以外的其他微生物侵入了發(fā)酵系統(tǒng)，從而使發(fā)酵過程失去真正意義上的純種培養(yǎng)。培養(yǎng)基：是人工配制的供微生物或動植物細(xì)胞生長繁殖和合成各種代謝產(chǎn)物所需要的、一定比例的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物，同時培養(yǎng)基也為微生物等提供除營養(yǎng)外的其他生長所必須的環(huán)境條件。相對熱阻：某一微生物在某條件下的致死時間與另一微生物在相同條件下的致死時間的比值。消毒：用物理或化學(xué)的方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病原微生物，一般只能殺死營養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死芽胞。生物反應(yīng)器：在生物體外模擬生物體的功能所設(shè)計出來的用于生產(chǎn)或檢測各種化學(xué)物品的反應(yīng)裝置。前體：是指加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物能被微生物直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而自身的結(jié)構(gòu)無多大變化，且具有促進(jìn)產(chǎn)物合成的作用。補料分批培養(yǎng)是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。菌種的退化：是由個別、少數(shù)菌體細(xì)胞衰退后逐漸導(dǎo)致整個菌株退化的一個從量變到質(zhì)變的遺傳變異過程。過濾除菌法是讓含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，而取得無菌空氣的方法。發(fā)酵操作類型有分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵及連續(xù)發(fā)酵。典型的生長曲線至少可以分為延滯期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等四個生長時期。以數(shù)量變化對微生物生長情況進(jìn)行測定的方法有 培養(yǎng)平板計數(shù)法 、膜過濾培養(yǎng)法 、液體稀釋法 和 顯微鏡直接計數(shù)法 。種子制備一般包括兩個過程，即 孢子制備 過程和 種子制備 過程。發(fā)酵過程中的溶解氧水平發(fā)生異常變化一般就是發(fā)酵染菌發(fā)生的表現(xiàn)。引起發(fā)酵液pH值異常波動的因素有所用的菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件。菌種分離的方法包括施加選擇壓力的分離方法和隨機分離方法。種子質(zhì)量的判斷的指標(biāo)有細(xì)胞或菌體、生化指標(biāo)、產(chǎn)物生成量、酶活力。生物的代謝調(diào)節(jié)方式有代謝途徑區(qū)域化、代謝流向的調(diào)控、代謝速度的調(diào)控、細(xì)胞透性的調(diào)節(jié)。工業(yè)發(fā)酵常用微生物種類有細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌、擔(dān)子菌、藻類。菌種的發(fā)酵產(chǎn)量決定于菌種的遺傳特性和菌種的培養(yǎng)條件?？諝鉁缇幕痉椒ㄓ袩釡缇?、靜電除菌、介質(zhì)過濾除菌法。與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，補料分批發(fā)酵的優(yōu)點在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。菌種選育的目的是 改良菌種的特性，使其符合工業(yè)生產(chǎn)的要求。一般講，滅菌的徹底與否以 能否殺死芽胞細(xì)菌 為標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)酵罐上軸封的作用是防止泄漏和染菌。實驗室常用的有機氮源有 牛肉膏 和 蛋白胨 等；為節(jié)約成本，工廠中常用 豆餅粉等做有機氮源。種子培養(yǎng)異常的表現(xiàn)包括菌體生長緩慢、菌絲結(jié)團、代謝不正常。列舉幾種常用的菌種保藏方法。（至少5種）答：冰箱保藏法； 石蠟油封藏法； 甘油懸液保藏法；砂土保藏法； 冷凍干燥保藏法； 液氮保藏法。簡述補料分批培養(yǎng)的優(yōu)點。答：可以解除底物抑制、產(chǎn)物反饋抑制和分解代謝物的阻遏；可以避免在分批發(fā)酵中因一次投料過多造成細(xì)胞大量生長所引起的影響，改善發(fā)酵流變學(xué)的性質(zhì)；可用作控制細(xì)胞質(zhì)量的手段，以提高發(fā)芽孢子的比例；可作為理論研究的手段，為自動控制和最優(yōu)控制提實驗基礎(chǔ)。工業(yè)微生物的擴大培養(yǎng)時，作為種子的準(zhǔn)則是什么？答：（1）菌種細(xì)胞的生長活力強，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，延緩期短；（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。與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，連續(xù)培養(yǎng)有何優(yōu)點？答： 維持低基質(zhì)濃度：可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾； 避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物； 可以提高設(shè)備利用率和單位時間的產(chǎn)量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產(chǎn)時間； 便于自動控制。防止菌種衰退的措施有哪些？答： 控制菌種傳代次數(shù)； 創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件； 利用不易衰退的細(xì)胞移種傳代； 采用有效的菌種保藏方法； 講究菌種選育技術(shù)； 定期進(jìn)行分離純化。發(fā)酵異常的表現(xiàn)有哪些？答：（1）菌體生長差；（2）pH值過高或過低；（3）溶解氧水平異常；（4）泡沫過多；（5）菌體濃度過高或過低。積累代謝產(chǎn)物的有效措施有哪些？答：（1）反饋抑制作用的解除；（2）反饋阻遏作用的解除；（3）遺傳障礙；（4）使細(xì)胞膜透性增大滅菌的方法有哪些？答：（1）干熱滅菌法；（2）火焰滅菌法；（3）電磁波、射線滅菌法；（4）濕熱滅菌法（主要是高壓蒸汽滅菌）；（5）化學(xué)藥劑滅菌法；（6）過濾除菌法。發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是什么？答：（1）連續(xù)提供一定流量的壓縮空氣；（2）空氣的壓強（表壓）為0.2-0.4MPa；（3）進(jìn)入過濾器之前，空氣的相對濕度70%；（4）進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣溫度可比培養(yǎng)溫度高10-30；（5）壓縮空氣的潔凈度，在設(shè)計空氣過濾器時一般取失敗概率為10-3為指標(biāo)。右圖為發(fā)酵罐的部分結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)此圖簡要說明發(fā)酵罐操作中取樣過程的基本操作。（取樣閥，蒸氣閥，出口閥門）（1）關(guān)緊取樣閥，打開蒸氣閥，再打開出口閥門，讓蒸氣消毒殺菌15 min；（2）關(guān)閉蒸氣閥，打開取樣閥，培養(yǎng)液因壓力作用流出；（3）取樣后關(guān)閉取樣閥，打開蒸氣閥，通蒸氣再次消毒，依次關(guān)閉閥門和。論述發(fā)酵過程中泡沫形成的原因及其消除方法。答：（1）原因 由外界引進(jìn)的氣流被機械地分散形成 由發(fā)酵過程產(chǎn)生的氣體聚結(jié)生成的發(fā)酵泡沫 發(fā)酵液中糖、蛋白質(zhì)和代謝物等的存在起到加強或穩(wěn)定泡沫的作用（2）消除方法 調(diào)整培養(yǎng)基中的成分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會。 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。 采用機械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。菌種衰退的原因有哪些？如何防止菌種衰退？答：原因：（1）菌種連續(xù)傳代導(dǎo)致自發(fā)突變或回復(fù)突變是菌種發(fā)生退化的直接原因。（2）菌種保藏方法不當(dāng)。（3）菌種生長的條件要求沒有得到滿足，或是遇到不利的條件，或是失去某些需要的條件。措施：（1）控制傳代次數(shù)；（2）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；（3）利用不易衰退的細(xì)胞傳代；（4）采用有效的菌種保藏方法。種子帶菌的原因及其防治措施。答：原因：保藏斜面試管菌種染菌、培養(yǎng)基和器具滅菌不徹底、種子轉(zhuǎn)移和接種過程染菌、種子培養(yǎng)所涉及的設(shè)備和裝置染菌。措施：（1）嚴(yán)格控制無菌室的污染，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求和特點，建立相應(yīng)的無菌室，交替使用各種滅菌手段對無菌室進(jìn)行處理。（2）在制備種子時對砂土管、斜面、三角瓶及搖瓶均嚴(yán)格進(jìn)行管理，防止雜菌的進(jìn)入而受到污染。為了防止染菌，種子保存管的棉花塞應(yīng)有一定的緊密度，且有一定的長度，保存溫度盡量保持相對穩(wěn)定，不宜有太大變化。（3）對每一級種子的培養(yǎng)物均應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的無菌檢查，確保任何一級種子均未受雜菌污染后才能使用。（4）對菌種培養(yǎng)基或器具進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理，保證在利用滅菌鍋進(jìn)行滅菌前，先完全排除鍋內(nèi)的空氣，以免造成假壓，使滅菌的溫度達(dá)不到預(yù)定值，造成滅菌不徹底而使種子染菌。噬菌體污染的癥狀及防治方法答：癥狀：發(fā)酵液光密度不上升或回降；pH值逐漸上升；氨利用停止；糖