發(fā)酵工程期末復(fù)習(xí)(必考)

1、發(fā)酵工程期末復(fù)習(xí)（必考）1.發(fā)酵工程：是一門(mén)以微生物、動(dòng)植物細(xì)胞為生物作用劑進(jìn)行產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的系統(tǒng)工程。涉及范圍包括發(fā)酵工藝和發(fā)酵設(shè)備兩大部分。主要研究?jī)?nèi)容有菌種選育與構(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(guò)程、細(xì)胞生長(zhǎng)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、生物反應(yīng)過(guò)程的參數(shù)檢測(cè)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用、發(fā)酵產(chǎn)品的分離純化過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題。發(fā)酵工程原理是指導(dǎo)發(fā)酵產(chǎn)品研究與開(kāi)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。2.生物技術(shù)：應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠生物作用劑的作用將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)”的技術(shù)。所謂生物作用劑可以是酶、細(xì)胞或多細(xì)胞生物體。生物技術(shù)又叫生物工程

2、，包括基因工程、酶工程（蛋白質(zhì)工程）、細(xì)胞工程（包括組織工程）、發(fā)酵工程。3.自然選育：在生產(chǎn)過(guò)程中，不經(jīng)過(guò)人工處理，利用菌種的自然突變而進(jìn)行菌種篩選的過(guò)程。引起自然突變的原因有兩個(gè)：多因素低劑量的誘變效應(yīng)和互變異構(gòu)效應(yīng)。4.誘變育種：指利用物理、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(jiǎn)便、快速和高效的篩選方法，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。5.原生質(zhì)體融合：把兩個(gè)親本的細(xì)胞壁分別通過(guò)酶解作用加以瓦解，使菌體細(xì)胞在高滲環(huán)境中釋放出只有原生質(zhì)膜包裹著的球狀體（稱(chēng)為原生質(zhì)體）。兩個(gè)親本的原生質(zhì)體在高滲條件下混合，由聚乙二醇（PE

3、G）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。在再生成細(xì)胞的菌落中就有可能獲得具有理想性狀的重組子。6.培養(yǎng)基：培養(yǎng)基是人工配置的供微生物或動(dòng)植物細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖、代謝、和合成人們所需產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和原料，同時(shí)，培養(yǎng)基為微生物等提供除營(yíng)養(yǎng)外的其他生長(zhǎng)所必須的環(huán)境條件。7.前體：指某些化合物加入發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過(guò)程中結(jié)合到產(chǎn)物中去，而自身結(jié)構(gòu)并沒(méi)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。8.抑制劑：某些化合物可以抑制特定代謝途徑的進(jìn)行，而使另一種代謝途徑活躍，從而獲得人們所需產(chǎn)物的積累。9.促進(jìn)劑：指那些既不是營(yíng)養(yǎng)物

4、質(zhì)又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。10.滅菌：所謂滅菌是指用化學(xué)或物理的方法殺滅或除掉物料及其器皿中所有的生命體。而消毒則是指殺死病原微生物的過(guò)程。11.對(duì)數(shù)殘留定律：在微生物死亡過(guò)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(duì)數(shù)殘留定律。微分式為： ；積分式為： 12.連續(xù)滅菌：是指在發(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(guò)菌的發(fā)酵罐的滅菌方式。13.分批滅菌：是指將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達(dá)到預(yù)定溫度后維持一段時(shí)間，再冷卻到發(fā)酵所需溫度的滅菌方式。14.生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型：產(chǎn)物生成與菌體生長(zhǎng)之間有平行的準(zhǔn)量關(guān)系。這樣的產(chǎn)品或

5、為菌體本身或初級(jí)代謝產(chǎn)物。15.部分生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型：菌體生長(zhǎng)出現(xiàn)兩個(gè)高峰，第一個(gè)生長(zhǎng)高峰與產(chǎn)物合成無(wú)平行的準(zhǔn)量關(guān)系，第二個(gè)生長(zhǎng)高峰與產(chǎn)物合成有平行的準(zhǔn)量關(guān)系。16.非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型：細(xì)胞生長(zhǎng)與產(chǎn)物合成無(wú)平行的準(zhǔn)量關(guān)系，只與菌體的總量有關(guān)。大部分次級(jí)代謝產(chǎn)物屬于這一類(lèi)。一、菌種保藏原則和常用方法：原則：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(zhǎng)代謝活動(dòng)盡量降低，以減少其變異。一般可以通過(guò)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。一種好的保藏方法不但能長(zhǎng)期保持菌種原有的優(yōu)良性狀不變，而且要簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)，在生產(chǎn)上能推廣使用。常用方法：（1

6、）斜面冰箱保藏法：斜面保藏是一種短期、過(guò)渡的保藏方法，用新鮮斜面接種后，置最適條件下培養(yǎng)倒菌體或孢子生長(zhǎng)豐滿(mǎn)后，放在4度冰箱保存。保存期為三個(gè)月到六個(gè)月，如為營(yíng)養(yǎng)體，為一個(gè)月。（2）沙土管保藏法：將斜面孢子制成孢子懸液接入沙土管中或?qū)⑿泵骀咦庸蜗轮苯优c沙土混合。產(chǎn)孢子或芽孢的微生物。1年左右。（3）石蠟油封存法：向培養(yǎng)成熟的菌種斜面上，倒入一層滅過(guò)菌的石蠟油，要高出斜面1厘米，保存在冰箱中?？蛇m用于不能利用石蠟作碳源的細(xì)菌、霉菌、酵母等微生物。1年左右。（4）超低溫冰箱甘油管保藏法（-80 ）：利用20%甘油作為保護(hù)劑，在超低溫下凍存微生物，一般可達(dá)3至5年左右，是科研單位常用的保藏方法。（5

7、）真空冷凍干燥保藏法：目前常用的較理想的一種方法。其基本原理是在較低的溫度下（15度），快速的將細(xì)胞凍結(jié)，并且保持細(xì)胞完整，然后在真空中使水份升華。在這樣的環(huán)境中，微生物的生長(zhǎng)和代謝都暫時(shí)停止，不易發(fā)生變異。因此，菌種可以保存很長(zhǎng)時(shí)間，一般5年左右。該法保存效果較好，對(duì)各種微生物都適用。所以國(guó)內(nèi)外都以普遍應(yīng)用。保護(hù)劑：脫脂牛奶、血清等。（6）液氮超低溫保藏法：適用范圍最廣。尤其是不產(chǎn)生孢子的菌絲體，其他保藏方法不理想，可用液氮保藏法。保存期最長(zhǎng)。保護(hù)劑為10甘油。一般可以保存10至15年。其原理：液氮的溫度可達(dá)196，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其新陳代謝作用停止的溫度（130），所以此時(shí)菌種的代謝活動(dòng)已停止，化

8、學(xué)作用亦隨之消失。二、應(yīng)如何改進(jìn)生產(chǎn)菌株性狀？改進(jìn)生產(chǎn)菌株性狀的方法：1.自發(fā)突變與育種:(1)從生產(chǎn)中選育 在日常的大生產(chǎn)過(guò)程中，微生物也會(huì)以一定頻率發(fā)生自發(fā)突變。富于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和善于細(xì)致觀察的人們就可以及時(shí)抓住這類(lèi)良機(jī)來(lái)選育優(yōu)良的生產(chǎn)菌種。例如，從污染噬菌體的發(fā)酵液中有可能分離到抗噬菌體的自發(fā)突變株。(2)定向培育優(yōu)良品種 是指在某一特定條件下，長(zhǎng)期培養(yǎng)某一微生物菌群，通過(guò)不斷轉(zhuǎn)接傳代以積累其自發(fā)突變，并最終獲得優(yōu)良菌株的過(guò)程。由于自發(fā)突變的頻率較低，變異程度較輕微，故用此法育種十分緩慢。例如，當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣的預(yù)防結(jié)核病制劑卡介苗的獲得，便是定向育種的結(jié)果。2.誘變育種:誘變育種是通過(guò)人

9、工方法處理微生物，使之發(fā)生突變，并運(yùn)用合理的篩選程序和方法，把適合人類(lèi)需要的優(yōu)良菌株選育出來(lái)的過(guò)程。誘變育種的一般步驟包括誘變和篩選兩個(gè)部分。人工誘變與自發(fā)突變相比可大大提高微生物的突變率，使人們可以簡(jiǎn)便、快速地篩選出各種類(lèi)型的突變株，作生產(chǎn)和研究之用。3.雜交育種:指將兩個(gè)基因型不同的菌株經(jīng)過(guò)吻合（接合）使遺傳物質(zhì)重新組合，從中分離和篩選出具有新性狀的菌株。4.原生質(zhì)體融合:把兩個(gè)親本的細(xì)胞壁分別通過(guò)酶解作用加以瓦解，使菌體細(xì)胞在高滲環(huán)境中釋放出只有原生質(zhì)膜包裹著的球狀體（稱(chēng)為原生質(zhì)體）。兩個(gè)親本的原生質(zhì)體在高滲條件下混合，由聚乙二醇（PEG）作為助融劑，使它們互相凝集，發(fā)生細(xì)胞融合，接著兩

10、個(gè)親本基因組由接觸到交換，從而實(shí)現(xiàn)遺傳重組。在再生成細(xì)胞的菌落中就有可能獲得具有理想性狀的重組子。三、分離菌種的方法：依照生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型、制備培養(yǎng)基/營(yíng)養(yǎng)液，選擇培養(yǎng)條件與方法。分離的效率取決于培養(yǎng)基其養(yǎng)分，pH和加入的選擇性抑制劑。例如，通常用幾丁質(zhì)培養(yǎng)基來(lái)分離土壤和水中的放線(xiàn)菌；淀粉酪素培養(yǎng)基中長(zhǎng)出的放線(xiàn)菌種類(lèi)與幾丁質(zhì)瓊脂上生長(zhǎng)的相似，其菌落的密度更大，色素更多，但細(xì)菌也容易生長(zhǎng)；M3培養(yǎng)基是選擇性分離培養(yǎng)基中較好的一種，這種養(yǎng)分貧乏的培養(yǎng)基阻滯鏈霉菌的生長(zhǎng)，因而容易分離到其它菌屬，如紅球菌等。通常在分離的時(shí)候，我們會(huì)在分離培養(yǎng)基中采用加入抗生素的方法來(lái)增加選擇性。例如，在篩選放線(xiàn)菌的時(shí)候

11、可以加入抗真菌抗生素。這種抗生素對(duì)放線(xiàn)菌無(wú)作用。但是，要注意不可以隨便加入，例如，在分離放線(xiàn)菌時(shí)候不可以加入抗細(xì)菌的抗生素，因?yàn)榉啪€(xiàn)菌往往對(duì)它們也很敏感。四、培養(yǎng)基的成分及其生理功能：培養(yǎng)基的成分大致可分為碳源、氮源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽及微量元素、前體、促進(jìn)劑、抑制劑、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(lái)源。常用的碳源有糖類(lèi)、油脂、有機(jī)酸、低碳醇、烴類(lèi)；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(lái)源。常用的氮源可分為：有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮兩類(lèi)；生長(zhǎng)因子：是一類(lèi)對(duì)微生物代謝必不可少且不能用簡(jiǎn)單的碳源或氮源自行合成的有機(jī)物。需要量一般很少，包括維生素類(lèi)、氨基

12、酸類(lèi)、核苷酸類(lèi)和脂肪酸類(lèi)化合物無(wú)機(jī)鹽元素：P、S、Ca、Mg、Na、K、Fe、Cl 等。P：核酸、ATP輔酶、代謝中間體的組成成分。S：蛋白質(zhì)、輔酶、生物素、谷光甘肽等組成成分。Fe：細(xì)胞色素、過(guò)氧化氫美德的組成成分。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；前體、促進(jìn)劑和抑制劑：發(fā)酵培養(yǎng)基中，某些成分的加入有助于調(diào)節(jié)產(chǎn)物的形成，而并不促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，這些添加的物質(zhì)包括前體、抑制劑和促進(jìn)劑；水：是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因?yàn)殡x開(kāi)水生命活動(dòng)即停止，并且H2O確實(shí)參與代謝活動(dòng)。也是環(huán)境條件，許多反應(yīng)需要在水中進(jìn)行，水是細(xì)胞物質(zhì)的連續(xù)相。此

13、外，水的比熱大，可容納、傳導(dǎo)代謝活動(dòng)中的能量而保護(hù)細(xì)胞物質(zhì)不被破壞。不同的微生物要求不同的水質(zhì)、水的活度；能源：在應(yīng)用中，培養(yǎng)基的碳源常常就是其能源，但這并非適用于所有的微生物，微生物根據(jù)其生理類(lèi)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。五、開(kāi)發(fā)一個(gè)菌株的培養(yǎng)基配方：（1）研究思路：A）要研究一個(gè)新選菌株的最佳培養(yǎng)基配方和最適培養(yǎng)條件，必須先要了解該菌的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型和生態(tài)類(lèi)型。B）根據(jù)上述考察結(jié)果，確定培養(yǎng)基的類(lèi)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(yíng)養(yǎng)需要，包括生長(zhǎng)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)。

14、(d) pH緩沖能力。(e)培養(yǎng)溫度。(f)溶氧。（g）原料價(jià)格、來(lái)源、加工方式?？紤]生態(tài)條件時(shí)，既要考慮生長(zhǎng)，也要考慮產(chǎn)物合成；既要考慮到產(chǎn)量，也要考慮到產(chǎn)品的提取與后加工。（2）研究方案的設(shè)計(jì)：在對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行比較全面的考慮的基礎(chǔ)上，為了尋求合適的培養(yǎng)基配方及各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的配比關(guān)系，我們需要考查各種不同的碳源、氮源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽等對(duì)菌體生長(zhǎng)及產(chǎn)物合成的影響，同時(shí)，更需要考慮各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度。在培養(yǎng)基配方研究中，常采用正交法或響應(yīng)面法進(jìn)行研究方案設(shè)計(jì)。六、分批滅菌的步驟？進(jìn)料 開(kāi)攪拌（加速傳熱）夾套蒸汽加熱可加到90（預(yù)熱：防止熱蒸汽直接通入冷水產(chǎn)生爆氣產(chǎn)生振動(dòng)損壞機(jī)器產(chǎn)生的冷凝水

15、稀釋發(fā)酵液，發(fā)酵效率降低）關(guān)夾套蒸汽，關(guān)攪拌（因?yàn)橥夂蟀l(fā)酵液會(huì)自己翻動(dòng)沒(méi)有必要開(kāi)攪拌也可以避免高溫下攪拌損壞軸封的塑料）進(jìn)氣管進(jìn)蒸汽出料口進(jìn)蒸汽取樣口進(jìn)蒸汽關(guān)小排氣閥（空氣已排盡）關(guān)小進(jìn)氣閥（方便控制罐內(nèi)壓力穩(wěn)定）保壓30min （壓強(qiáng)不宜過(guò)小，可以防止補(bǔ)水時(shí)由于蒸汽壓的瞬間降低而產(chǎn)生的發(fā)酵液外泄保壓的過(guò)程就是調(diào)節(jié)閥門(mén)的過(guò)程）關(guān)蒸汽開(kāi)空氣（防負(fù)壓）開(kāi)冷卻開(kāi)攪拌（此時(shí)溫度下降過(guò)快，可以防止培養(yǎng)基過(guò)度滅菌）七、連續(xù)滅菌的滅菌時(shí)間計(jì)算：采用連續(xù)滅菌工藝，由于升溫和降溫時(shí)間很短，可以忽略不記，所以滅菌時(shí)間實(shí)際上就是保溫時(shí)間。例如：采用一臺(tái)連續(xù)滅菌設(shè)備為50m3的發(fā)酵罐制備無(wú)菌培養(yǎng)基36 m3，培養(yǎng)基

16、污染度為106個(gè)菌/ml，要求滅菌度Ns=10-3個(gè)/罐，滅菌溫度為398K，查圖得此時(shí)的反應(yīng)速度常數(shù)K=11min-1，滅菌時(shí)培養(yǎng)液流量(v)為18m3/h，試求維持時(shí)間和維持罐的容積V。解：持時(shí)間和維持罐的容積V。N0=36×106×106=3.6×1013 t=2.303×1/k×logNO/NS=2.303×1/11×log3.6×1013/10-3=3.47min V=Pt/(60×0.9)=(18×3.47)/ (60×0.9)=1.157m3維持罐不易保證培養(yǎng)液先進(jìn)先出，

17、所以若采用該維持時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，則可能局部培養(yǎng)液滅菌不徹底，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)采用維持時(shí)間為8min，則維持罐的容積為：V=Pt/(60×0.9)=(18×8)/ (60×0.9)=2.66 m3八、典型空氣除菌的工藝流程：采氣 前置過(guò)濾器 空壓機(jī) 儲(chǔ)氣管 冷卻器 油水分離器 加熱器 總過(guò)濾器 分過(guò)濾器 發(fā)酵罐 a) 采氣：在城市，通常情況下地面空氣的含菌量為103個(gè)-104個(gè)m3，高度每上升10米，含菌數(shù)下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此最好采集一定高度的空氣。一般要求采氣管距地面20米30米。 b) 前置過(guò)濾：在空氣機(jī)前要求安置前置過(guò)濾器，又叫過(guò)濾器其功能主要是除去大顆粒沙土、

18、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，耗電量占發(fā)酵廠的1/31/4。d) 儲(chǔ)氣罐：帶有壓力表的空罐，體積一般都不大，主要功能是消除往復(fù)式空壓機(jī)產(chǎn)生的氣流脈沖。e) 冷卻器：空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后溫度很高，可達(dá)度，冷卻后才能通入發(fā)酵罐否則會(huì)燒焦過(guò)濾介質(zhì)，增加發(fā)酵罐的降溫負(fù)荷。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。此外，空壓機(jī)的油滴也需除去，否則會(huì)污染過(guò)濾介質(zhì)，影響濾菌效果。g) 加熱器：經(jīng)過(guò)分離器的空氣雖然沒(méi)有水滴，但相對(duì)濕度依然是100%，若在過(guò)濾過(guò)程中濕度降低，仍會(huì)打濕過(guò)濾介質(zhì)，故通過(guò)加溫使相對(duì)濕度降下來(lái)。h) 總過(guò)濾器：為過(guò)濾除菌

19、的主要設(shè)備，傳統(tǒng)的過(guò)濾器是上下兩層棉花，中層是活性炭?，F(xiàn)在也有人用化纖作為過(guò)濾介質(zhì)。過(guò)濾器的尺寸、過(guò)濾介質(zhì)的厚度需根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)確定。計(jì)算方法是根據(jù)對(duì)數(shù)穿透定律而確定的。i) 分過(guò)濾器：為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，在無(wú)菌空氣進(jìn)罐之前還要進(jìn)行一次過(guò)濾。該過(guò)濾器的濾菌效果據(jù)說(shuō)可以達(dá)到99.999%。經(jīng)上述處理的空氣的無(wú)菌度、溫度、濕度即可達(dá)到要求。九、種子質(zhì)量判斷：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(lái)看）；D) 產(chǎn)物含量（不能太高也不能太

20、低，次級(jí)代謝產(chǎn)物較高說(shuō)明一道發(fā)酵后期）、酶活力；E) 無(wú)雜菌十、如何處理發(fā)酵過(guò)程中溶氧不足，各適合什么情況？從供氧方面考慮：（1）提高罐壓（封壓高，同時(shí)二氧化碳濃度高，抑制發(fā)酵）（2）增加通氣量（3）通入純氧（效果好，價(jià)格高）（4）增加攪拌功率（首選）從需氧方面考慮：（1）降低培養(yǎng)溫度（2）補(bǔ)水稀釋培養(yǎng)液（增加染菌機(jī)率）適合應(yīng)急情況十一、在發(fā)酵過(guò)程中如何控制PH? 在基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中考慮到pH的緩沖能力。加酸、堿調(diào)pH。通過(guò)補(bǔ)料調(diào)pH，如加糖、硫銨，可使pH下降。加尿素、氨水可使pH上升。對(duì)菌體的影響：胞外酶的活性影響底物水解影響細(xì)胞膜的通透性，主要影響跨膜運(yùn)輸和能量代謝。十二、如何控制泡沫？

21、（1）預(yù)防泡沫的形成A）選擇不產(chǎn)泡沫的培養(yǎng)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a) 消沫機(jī)理：破壞了泡沫的穩(wěn)定性，泡沫自然就會(huì)消失。）提高發(fā)酵液的表面張力，如補(bǔ)水）加反極性物質(zhì)，如加油。）加表面活性物質(zhì)，如脂肪酸鹽。）加強(qiáng)極性物質(zhì)，如硫酸鹽。b)消沫劑的種類(lèi)和性質(zhì)）天然油脂，適應(yīng)于各類(lèi)發(fā)酵。）聚醚類(lèi)：如聚氧丙烯甘油（GP），親水性差，抑泡能力強(qiáng)于消泡能力，宜加入基礎(chǔ)培養(yǎng)基中。聚氧乙烯丙烯甘油（GPE），又叫泡敵，親水性好，適用于各種發(fā)酵。）高級(jí)醇：如十八醇、聚二醇等，效果較好，適用于霉菌發(fā)酵。）硅酮類(lèi)：如聚

22、二甲基硅氧烷及其衍生物。適用于微堿性的放線(xiàn)菌與細(xì)菌發(fā)酵。c) 消沫劑的應(yīng)用）消沫劑與分散劑并用。）消沫劑與抗氧化劑并用。）加入方式，滴加好于一次性加入。）加量要適當(dāng)，否則會(huì)抑菌。十三、如何根據(jù)雜菌的類(lèi)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；b培養(yǎng)基滅菌不徹底；c空氣系統(tǒng)帶菌；d泡沫冒頂；e夾套及蛇管穿孔；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）；中期（偏離雜菌最適生長(zhǎng)條件）；后期（放罐）。十四、污染噬菌體

23、如何判斷處理？（1）污染噬菌體的發(fā)現(xiàn)和檢查：發(fā)酵液突然轉(zhuǎn)稀，泡沫增多，早期鏡檢染色不均勻，菌絲成像模糊，在較短的時(shí)間內(nèi)菌體大量的自溶，最后僅殘留菌絲片斷，平皿培養(yǎng)有明顯的噬菌斑，PH逐漸上升，溶氧濃度回升提前，營(yíng)養(yǎng)成分很少消耗，產(chǎn)物合成停止等現(xiàn)象。（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。若早期發(fā)現(xiàn)噬菌體 可在60滅殺噬菌體，在接入抗性菌種，或者直接加入抗性菌種；若中期發(fā)現(xiàn)噬菌體則可適當(dāng)補(bǔ)充部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再滅菌和接入抗性菌種；還可添加噬菌體抑制劑，如檸檬酸鈉、草酸鹽、四環(huán)素等。十五、如果你是一個(gè)發(fā)酵工人，如何調(diào)控發(fā)

24、酵條件以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益？為了讓大家對(duì)發(fā)酵管理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，我們分條塊講解了上述內(nèi)容。然而實(shí)際上真正進(jìn)行的發(fā)酵生產(chǎn)管理，事情決非這幺簡(jiǎn)單。因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)程本身是一個(gè)由多因子參與的過(guò)程，這些因子相互促進(jìn)而又相互制約，并且隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行而動(dòng)態(tài)發(fā)展。因此發(fā)酵過(guò)程的管理人員首先要有一個(gè)整體的統(tǒng)籌管理的觀念。即要有一個(gè)生產(chǎn)目標(biāo)，包括產(chǎn)量、質(zhì)量、效益計(jì)劃。圍繞這些計(jì)劃安排生產(chǎn)任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)。然后才能考慮每一條塊的操作細(xì)則。在考慮技術(shù)管理操作細(xì)則時(shí)，一定要有一條主線(xiàn)，一般來(lái)說(shuō)是以菌種生長(zhǎng)與代謝為主線(xiàn)，即菌種 擴(kuò)大培養(yǎng) 發(fā)酵 放罐，以培養(yǎng)基配制滅菌和空氣除菌為附線(xiàn)。在發(fā)酵開(kāi)始之后，緊緊圍繞菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物

25、合成，控制好溫度、溶氧、pH、泡沫，并且不失時(shí)機(jī)地適當(dāng)補(bǔ)料，促使發(fā)酵過(guò)程沿著我們所希望的方向發(fā)展。最終取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。需要指出的是，有時(shí)將各種條件控制在最佳狀態(tài)不一定能得到最高單位產(chǎn)量，而且取得最高單位產(chǎn)量不一定能獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。因此說(shuō)發(fā)酵管理也是一門(mén)藝術(shù)，有規(guī)律但無(wú)定數(shù)，與管理人員的技術(shù)水平及管理能力有著密切的關(guān)系。十六、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(lái)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。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(guò)鏡檢防止菌體自溶，濾速由培養(yǎng)基內(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

26、，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。十七、紫外，化學(xué)，干熱可用于培養(yǎng)基滅菌嗎？為什么？不能，干熱滅菌法的滅菌溫度一般是140-180度，并且無(wú)水，固體培養(yǎng)基將很快失水，干燥;液體培養(yǎng)基會(huì)被蒸干?；瘜W(xué)滅菌會(huì)使培養(yǎng)基的組成發(fā)生變化，化學(xué)藥劑易殘留；紫外滅菌用于培養(yǎng)基滅菌不能很好的穿透整個(gè)培養(yǎng)基，不能徹底的滅菌。（穿透力差）十八、培養(yǎng)缺陷型菌株篩選：一.誘變處理 二.淘汰野生型：通過(guò)抗生素法或過(guò)濾法可以淘汰眾多的野生型菌株，以達(dá)到濃縮目的。 三.檢出缺陷型：夾層培養(yǎng)法，限量補(bǔ)充培養(yǎng)法，逐個(gè)檢出法，影印平板法。 四.鑒定缺陷型。 五驗(yàn)證生產(chǎn)性狀是否退化，菌種保藏。十九、如何篩選抗

27、噬菌體菌株？：抗噬菌體菌株選育方法包括（1）自然突變法以噬菌體為篩子，敏感菌株孢子自然突變?yōu)榭剐跃辏剐酝蛔冾l率低）。（2）誘發(fā)突變法誘變處理過(guò)的敏感菌株孢子液分離在高濃度噬菌體平板上，長(zhǎng)出的菌落為抗性變異株；生長(zhǎng)速度一般與正常菌落相近。誘變后敏感菌孢子接入種子培養(yǎng)基，菌絲長(zhǎng)濃后加入高濃度噬菌體再培養(yǎng)幾天，加入噬菌體反復(fù)感染，敏感菌裂解，平板分離抗性株。 抗性菌株分別在孢子培養(yǎng)、種子培養(yǎng)和發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中用點(diǎn)滴法或雙層瓊脂法測(cè)定噬菌斑。如都不出現(xiàn)噬菌斑，說(shuō)明該菌株對(duì)此噬菌體具有抗性。還可觀察抗性菌株經(jīng)多次傳代后對(duì)噬菌體的抗性是否穩(wěn)定。二十、何為單種法，雙種法，倒種法各優(yōu)缺點(diǎn)。單種法：一個(gè)種子灌

28、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發(fā)酵罐的接種方法。倒種法：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。二十一、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)的主要部件包括罐身、攪拌器、擋板、軸封、消泡器、聯(lián)軸器、軸承、變速裝置、空氣分布器、冷卻裝置、人孔及燈、視鏡等。 （1）罐體（A）形狀由圓筒與橢圓形、碟形上下封頭組成。 （B）材料，碳鋼、不銹鋼或碳鋼加耐腐材料襯里（襯里通常為2-3mm）。不銹鋼通常為1Cr18Ni9Ti， 或0Cr18Ni9Ti，其余的成分是Fe，C，Si，Mn等。 （C）容積，有5、10、20、50、75、100、150、500 m3等不同規(guī)格的罐體

29、。（D）罐壁厚度，由罐徑和罐壓決定。 此外在罐體的外側(cè)尚有一些附件，在罐頂部開(kāi)有人孔、燈鏡和視鏡、進(jìn)料管、排氣管、接種管、壓力表管及取樣管。 在罐體側(cè)部有溫度計(jì)管、各種檢測(cè)儀表探頭接口。 （2）攪拌器和擋板（A）攪拌：通用式發(fā)酵罐通常使用渦輪式攪拌器，型式有平葉式、彎葉式和箭葉式三種。其作用是打碎氣泡，推動(dòng)發(fā)酵液翻騰，促使發(fā)酵液各組分均勻分布（軸向），提高氧氣傳質(zhì)速率，增加溶氧濃度（徑向）。其功率為平葉彎葉箭葉，但其翻動(dòng)流體的能力則與上述情況相反。葉片數(shù)量：一般6片，最少3片，最多6片。攪拌軸一般是從罐的頂部伸入罐內(nèi)；但對(duì)于大容積(大于100 m3)的發(fā)酵罐來(lái)說(shuō)，也可采用下伸軸。下伸軸裝置可以

30、使罐的重心降低，軸的長(zhǎng)度縮短，穩(wěn)定性提高，傳動(dòng)噪音減弱，還可在罐頂部留出充分的空間來(lái)安裝高效的機(jī)械消泡裝置和自控元件。但是，下伸軸裝置的密封要求高。（B）擋板：是防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使發(fā)酵液激烈翻動(dòng)，提高溶氧。一般帶夾層的小罐裝擋板，而裝有蛇管熱交換器的罐體，蛇管可替代擋板。這些蛇管就可以起到擋板的作用，就無(wú)需再安裝擋板（3）消泡器：鋸齒式、梳式、孔板式等，消泡器長(zhǎng)度絕約為0.65D，新式的消泡器有渦輪式、盤(pán)片離心式消泡器?？装迨降目讖郊s1020mm。 罐內(nèi)消泡：在發(fā)酵罐內(nèi)消除泡沫，耙式消泡槳、碟式消泡器等；罐外消泡：將泡沫引出發(fā)酵罐外，消泡后返回罐內(nèi)，旋轉(zhuǎn)葉片消泡器、離心式消泡器等（4）

31、聯(lián)軸器及軸承 （A）聯(lián)軸器：攪拌軸若過(guò)長(zhǎng)，可分成2、3節(jié)，因此需要聯(lián)軸器。聯(lián)軸器分鼓型及夾殼型兩種，小罐也可用法蘭連接。聯(lián)軸的必要條件是軸的中心線(xiàn)必須對(duì)正，軸應(yīng)垂直且達(dá)到動(dòng)平衡。 （B）軸承：罐外援軸承，可用滾動(dòng)軸承，可以加油潤(rùn)滑。為了減少震動(dòng)，大中型發(fā)酵罐還應(yīng)裝有可調(diào)節(jié)的中間軸承，它不能加潤(rùn)滑油，需要磨合軸承。材料采用石棉酚醛塑料、聚四氟乙烯，軸瓦與軸之間的間隙取軸徑的0.4-0.7% 。在軸上增加軸套可防止軸頸被磨損。（5）變速裝置 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，2級(jí) 2900r/min，4級(jí) 1400r/min，6級(jí) 960r/min，而發(fā)酵罐的轉(zhuǎn)速一般在80 160r/min，小罐也不超過(guò)300r/m

32、in。因此要變速。常用三角帶傳送變速，現(xiàn)在多用無(wú)級(jí)變速電機(jī)變速。 （6）空氣分布裝置 單管式與環(huán)形管式，目前傾向于用前者，但在罐底要焊接一塊緩沖板。 單管式空氣分布裝置 管口正對(duì)罐底中央，開(kāi)口向下，以免被培養(yǎng)液中的固體物質(zhì)堵塞，與罐底的距離約40mm，這樣的空氣分散效果較好。環(huán)形管空氣分布裝置以環(huán)徑為攪拌器直徑的0.8倍較有效，下方有很多小孔，噴孔直徑為58mm，噴孔向下，噴孔的總截面積約等于通風(fēng)管的截面積?？諝饬魉偃。?0m/sec。 空氣分布裝置直徑較大的發(fā)酵罐還可采用另一種空氣分布器,它是在環(huán)管上伸出若干根支管，支管向內(nèi)開(kāi)孔，徑向單孔。從支管中導(dǎo)出的空氣遇到中間的擋流圈后，折向上方而被攪

33、拌器所破碎。也可在環(huán)管上分出若干放射狀排列的分支管作為大罐的空氣分布器?？諝夥植佳b置空氣分布裝置的另一種形式是導(dǎo)氣盤(pán)。導(dǎo)氣盤(pán)上有一導(dǎo)輪，它由若干固定葉片組成，空氣由導(dǎo)氣盤(pán)底部進(jìn)入后，被盤(pán)壁所阻擋而折向上方，被攪拌器進(jìn)一步破碎。（7）軸封：軸封的作用是使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。常用的軸封有填料函和端面軸封兩種。（A）填料函式軸封是由填料箱體，填料底襯套，填料壓蓋和壓緊螺栓等零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達(dá)到密封的效果。填料函軸封：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：a）死角多，難以徹底滅菌，b）易滲漏，c）填料壓緊后摩擦功率大，d）壽命短，e）軸的磨損嚴(yán)重。 （B）端面式軸封又稱(chēng)機(jī)械軸封。密封作用是靠彈性元件（彈簧、波紋管等）的壓力使垂直于軸線(xiàn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到密封。 端面軸封：分單端面軸封和雙端面軸封。 （8）發(fā)酵罐的換熱裝置：夾套式換熱裝置