新編生物工藝學(xué)復(fù)習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上新編生物工藝學(xué)復(fù)習(xí)題21、緒論一、生物技術(shù)歸納起來(lái)可有三個(gè)特點(diǎn) A生物技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科、綜合性的科學(xué)技術(shù)； B反應(yīng)中需有生物催化劑的參與； C其最后目的是建立工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或進(jìn)行社會(huì)服務(wù)，這一過(guò)程可稱(chēng)為生物反應(yīng)過(guò)程二、生物催化劑特點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)A常溫、常壓下反應(yīng),B反應(yīng)速率大,C催化作用專(zhuān)一,D大幅度提高效率，成本低廉2)缺點(diǎn)A穩(wěn)定性差.B控制條件嚴(yán)格.C易變異三、近代生物技術(shù)的全盛時(shí)期（20世紀(jì)40年代初至70年代末）的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)： 青霉素工業(yè)化生產(chǎn)； 微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物和抗生素產(chǎn)業(yè)的興盛以及新的初級(jí)代謝產(chǎn)物開(kāi)發(fā)； 以酶為催化劑的生物轉(zhuǎn)化及酶和細(xì)胞固定化技術(shù)及應(yīng)用。四

2、、現(xiàn)代生物技術(shù)建立和發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)70年代開(kāi)始）這一時(shí)期，主要是以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)的基因工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為特征。2、生產(chǎn)菌種的來(lái)源與菌種選育1）微生物選擇性分離方法大致分為五個(gè)步驟： 1、含微生物材料的選擇采樣 2、材料的預(yù)處理 3、所需菌種的分離 4、菌種的培養(yǎng) 5菌種的選擇和純化理想的工業(yè)發(fā)酵菌種-優(yōu)良菌種應(yīng)符合以下要求：    (1)遺傳性狀穩(wěn)定；    (2)生長(zhǎng)速度快，不易被噬菌體等污染；    (3)目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量盡可能接近理論轉(zhuǎn)化率；  

3、60;  (4)目標(biāo)產(chǎn)物最好能分泌到胞外，以降低產(chǎn)物抑制并利 于產(chǎn)物分離；     (5)盡可能減少產(chǎn)物類(lèi)似物的產(chǎn)量，以提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量及利于產(chǎn)物分離；     (6)培養(yǎng)基成分簡(jiǎn)單、來(lái)源廣、價(jià)格低廉；     (7)對(duì)溫度、pH、離子強(qiáng)度、剪切力等環(huán)境因素不敏感；     (8)對(duì)溶氧的要求低，便于培養(yǎng)及降低能耗。 2）液體富集培養(yǎng)，即通過(guò)給混合菌群提供一些有利于所需菌株生長(zhǎng)，或/和不利于其他菌株生長(zhǎng)的條件（供給

4、特殊的基質(zhì)或加入抑制劑），從而增加混合菌群中所需菌株數(shù)量的培養(yǎng)方法。3）菌種選育是微生物工程的關(guān)鍵技術(shù)，主要方法有傳統(tǒng)的自然選育、誘變育種、雜交育種以及現(xiàn)代的原生質(zhì)體融合與基因工程等。4）自然選育是指在生產(chǎn)過(guò)程中，不經(jīng)過(guò)人工處理，利用菌種的自發(fā)突變，選擇合適的自發(fā)突變（spontaneous mutation）體的古老的育種方法。5） 誘變育種是利用物理、化學(xué)或生物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，從中挑選符合育種目的的突變株的育種技術(shù)。6） 基因突變根據(jù)發(fā)生原因可分為自然突變和誘發(fā)突變，后者是誘變育種的基礎(chǔ)。7） 常用的化學(xué)誘變劑根

5、據(jù)其作用方式不同分為三種類(lèi)型。即：(1)與核酸堿基化學(xué)反應(yīng)的誘變劑。(2)堿基類(lèi)似物(3)移碼突變的誘變劑8） 誘變育種一般分為出發(fā)菌株的選擇、誘變和篩選三個(gè)步驟9） 微生物雜交育種(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(guò)程，促使兩個(gè)具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。10） 原生質(zhì)體融合是通過(guò)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(guò)程，亦可稱(chēng)為“細(xì)胞融合”11） 原生質(zhì)體融合育種的主要步驟為：選擇親株、制備原生質(zhì)體、原生質(zhì)體融合、原生質(zhì)體再生及篩選優(yōu)良性狀

6、的融合子12） 基因工程育種是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(lái)，在離體條件下切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來(lái)，然后導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，讓外來(lái)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)。13） 菌種的保藏方法有：斜面低溫菌種保藏法、液體石蠟封藏法、真空冷凍干燥保藏法、液氮超低溫保藏法、沙土保藏法3、微生物代謝調(diào)節(jié)與控制1）.微生物自我調(diào)節(jié)部位：細(xì)胞膜的屏障作用（多數(shù)親水分子）和通道；控制通量，調(diào)節(jié)酶量和改變酶分子活性；限制基質(zhì)的有形接近，可存在于不同細(xì)胞 器各個(gè)代謝庫(kù)中，其酶量差別大。2） 大腸桿菌糖代謝過(guò)程中，許多酶都有激活劑

7、和抑制劑，共同控制糖代謝。3） 酶活性的調(diào)節(jié)：是指在酶分子水平上的一種代謝調(diào)節(jié)，它是通過(guò)改變現(xiàn)成的酶分子活性來(lái)調(diào)節(jié)新陳代謝的速率，包括酶活性的激活和抑制兩個(gè)方面。4） 酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制概括起來(lái)有：共價(jià)修飾；變構(gòu)效應(yīng)；締合或解離和競(jìng)爭(zhēng)性抑制5） 酶活性共價(jià)修飾調(diào)節(jié)： 在其他酶的催化下，酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生共價(jià)結(jié)合或解開(kāi)，從而改變酶的活性，此過(guò)程稱(chēng)為共價(jià)修飾。 最常見(jiàn)的共價(jià)修飾方式有：磷酸化-脫磷酸化，-SH - -S-S-，乙?；?脫乙酰化，腺苷化-脫腺苷化等。 分為可逆與不可逆兩種：可逆性共價(jià)修飾酶通常同時(shí)存在活性和非活性?xún)煞N狀態(tài)。在兩種不同的酶的催化下發(fā)生共價(jià)修飾（co

8、valent modification）或去修飾，從而引起酶分子在有活性形式與無(wú)活性形式之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)變。 如蛋白激酶的磷酸化與脫磷酸化 再如：檸檬酸裂解酶的乙酰化：乙酰-酶+檸檬酸檸檬酸-S-酶+乙酸 檸檬酸-S-酶乙酰-酶+草酰乙酸6） 酶原的激活過(guò)程通常是無(wú)活性的酶原蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，被相應(yīng)的蛋白酶作用，切去一小段肽鏈，該過(guò)程屬于（ B ）A可逆的共價(jià)修飾，B不可逆的共價(jià)修飾，C競(jìng)爭(zhēng)性抑制，D酶結(jié)構(gòu)改造7) 酶活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)(allosteric regulation)： 當(dāng)?shù)孜锘蛘{(diào)節(jié)物與酶分子中的別構(gòu)中心結(jié)合后，能誘導(dǎo)出或穩(wěn)定住酶分子的某種構(gòu)象，使酶活性中心與底物的結(jié)合與催化作用受到

9、影響，從而調(diào)節(jié)酶的反應(yīng)速度及代謝過(guò)程。· 變構(gòu)酶通常為代謝途徑的起始關(guān)鍵酶，而變構(gòu)劑則為代謝途徑的終產(chǎn)物。· 變構(gòu)劑一般以反饋(feedback)方式對(duì)代謝途徑的起始關(guān)鍵酶進(jìn)行調(diào)節(jié)，最常見(jiàn)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡(jiǎn)稱(chēng)ATCase7） 酶合成的調(diào)節(jié)是一種通過(guò)調(diào)節(jié)酶的合成量進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制，這是一種在基因水平上（在原核生物中主要在轉(zhuǎn)錄水平上）的代謝調(diào)節(jié)。8） 酶合成的誘導(dǎo) 在某種化合物(包括外加的和內(nèi)源性的積累)作用下,導(dǎo)致某種酶合成或合成速率提高的現(xiàn)象。9） 按酶合成對(duì)底物的依賴(lài)性，微生物體內(nèi)的酶可分為組成酶和誘導(dǎo)酶兩類(lèi)。酶合成的誘導(dǎo)分為兩大類(lèi)：

10、 同時(shí)誘導(dǎo)：即當(dāng)誘導(dǎo)物加入后，微生物能同時(shí)或幾乎同時(shí)誘導(dǎo)幾種酶的合成，它主要存在于短的代謝途徑中。例如，將乳糖加入到Ecoli培養(yǎng)基中后，即可同時(shí)誘導(dǎo)出-半乳糖苷透性酶、-半乳糖苷酶和半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶的合成；順序誘導(dǎo)：即先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中間代謝物的酶，以達(dá)到對(duì)較復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。10） 酶合成的阻遏 在微生物的代謝過(guò)程中，當(dāng)代謝途徑中某末端產(chǎn)物過(guò)量時(shí)，通過(guò)阻遏作用來(lái)阻礙代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的生物合成，從而更徹底地控制代謝和減少末端產(chǎn)物的合成的過(guò)程。阻遏的類(lèi)型主要有末端代謝產(chǎn)物阻遏和分解代謝產(chǎn)物阻遏兩種。 (1)、反饋抑制和反饋?zhàn)瓒?反饋抑制:生物合成途

11、徑的最終代謝物抑制該途徑的前面第一或第二個(gè)酶的作用(活性)。 反饋?zhàn)瓒?抑制酶的形成,是由途徑終點(diǎn)產(chǎn)物或其衍生物施行的,影響由支點(diǎn)到終點(diǎn)的酶。(2)、這兩種機(jī)制都是調(diào)節(jié)途徑終點(diǎn)產(chǎn)物的生產(chǎn)速率以配合大分子合成的速率。最終產(chǎn)物的阻遏和終點(diǎn)產(chǎn)物 的抑制作用是相輔相成的。 (3)、反饋抑制劑是終點(diǎn)產(chǎn)物而不是其衍生物。與經(jīng)典的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用不同。(4)、反饋?zhàn)瓒糇饔檬且粡V泛現(xiàn)象。它調(diào)節(jié)氨基酸、嘌呤、嘧啶核苷酸和維生素等分子的合成。受反饋?zhàn)?遏作用控制的酶,是R基因編碼阻遏物蛋白。11）代謝系統(tǒng)的分子控制機(jī)制n 原核基因操縱子分兩類(lèi):n 一類(lèi)是誘導(dǎo)型操縱子，只有當(dāng)存在誘導(dǎo)物（一種效應(yīng)物）時(shí)，其轉(zhuǎn)錄頻率才最

12、高，并隨之轉(zhuǎn)譯出大量誘導(dǎo)酶，出現(xiàn)誘導(dǎo)現(xiàn)象。n 另一類(lèi)是阻遏型操縱子，只有當(dāng)缺乏輔阻遏物（一種效應(yīng)物）時(shí)，其轉(zhuǎn)錄頻率才最高。由阻遏型操縱子所編碼的酶的合成，只有通過(guò)去阻遏作用才能起動(dòng)。 11） 次級(jí)代謝物生物合成的步驟：1、養(yǎng)分的攝入2、通過(guò)中樞代謝途徑，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為中間體。3、小分子構(gòu)建單位（前體）合成。4、改變其中的一些中間體5、這些前體進(jìn)入次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的專(zhuān)有途徑6、在主要骨架形成后，作最后的修飾，成為產(chǎn)物。12） 微生物代謝的前體：加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物能被直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中區(qū)，而自身的結(jié)構(gòu)無(wú)多大變化，且具有促進(jìn)產(chǎn)物合成的作用。 1、起抗生素建筑材料的作用：丙酮酸是重要的中間體

13、。丙酮酸乙酰CoA羧化得丙酰CoA聚酮化物，該物是四環(huán)素族、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素的主要構(gòu)成單位。中間體轉(zhuǎn)化為次級(jí)終產(chǎn)物需要經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程：生物氧化與還原、生物甲基化、生物鹵化。許多次級(jí)代謝產(chǎn)物是由不同的中間體作為建筑材料合成的。而這些中間體來(lái)源于許多分支代謝。n 2、誘導(dǎo)抗生素生物合成：n -氨基己二酸提高青霉素的發(fā)酵單位n 苯乙酸提高芐青霉素的發(fā)酵單位n L-纈氨酸是環(huán)孢菌素A的前體和誘導(dǎo)物n 丙醇誘導(dǎo)紅霉素鏈霉菌乙酰CoA羧化酶，促進(jìn)紅霉素合成。n 3、前體與誘導(dǎo)物的區(qū)別n 誘導(dǎo)物在生長(zhǎng)期或生產(chǎn)期前起作用，前體在生產(chǎn)期起作用；n 誘導(dǎo)物可以被非前體的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物取代；n 誘導(dǎo)物的誘導(dǎo)系數(shù)特別高。把

14、前體引入次級(jí)代謝物生物合成的專(zhuān)有途徑關(guān)鍵酶13） 次級(jí)代謝物結(jié)構(gòu)的后幾步修飾常見(jiàn)的有：氧化鹵化氨化甲基化羥基化糖基化?；?4） 復(fù)合抗生素鏈霉素的裝配過(guò)程：dTDP雙氫鏈霉糖+鏈霉胍擬二糖，雙氫鏈霉糖基轉(zhuǎn)移酶催化此反應(yīng)。之后，擬二糖+XDP-N-甲基-L-葡萄糖胺縮合成雙氫鏈霉素-6-磷酸酯，再經(jīng)氧化成為鏈霉素-6磷酸酯再經(jīng)水解成為鏈霉素15） 次級(jí)代謝產(chǎn)物往往是一組結(jié)構(gòu)相似的化合物，是因?yàn)椋?A ）A參與次級(jí)產(chǎn)物的酶的基質(zhì)專(zhuān)一性不強(qiáng)，B參與次級(jí)產(chǎn)物的酶有很強(qiáng)的基質(zhì)專(zhuān)一性C前體種類(lèi)繁多，D變構(gòu)酶的作用16） 短鏈脂肪酸為前體的抗生素的合成步驟：第一步：形成鏈狀聚酮化物，初始前體活性丙酸和丙二酸

15、首先轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A和丙二酰輔酶A，或其衍生物，然后脫羧縮合成聚酮體。反應(yīng)位置在胞膜表面的酶處進(jìn)行。第二步：鏈狀聚酮化物在次級(jí)代謝途徑被還原，引入雙鍵或三鍵產(chǎn)生多烯或多炔類(lèi)抗生素。也可以進(jìn)入初級(jí)代謝途徑合成脂肪酸第三步：部分還原的聚酮化物鏈經(jīng)環(huán)化作用形成大環(huán)內(nèi)酯或經(jīng)重復(fù)環(huán)化生成四環(huán)素或蒽環(huán)類(lèi)抗生素。17） 以氨基酸為前體的抗生素主要有青霉素、頭孢菌素、環(huán)絲氨酸和肽類(lèi)抗生素。前體氨基酸：合成蛋白質(zhì)的氨基酸；經(jīng)修飾的氨基酸（D-氨基酸、N-或-甲基化氨基酸、-氨基酸、亞氨基酸、前體氨基酸如-氨基己二酸）；與其他代謝物（如糖、脂肪酸）相結(jié)合的氨基酸。肽類(lèi)抗生素合成機(jī)制與蛋白質(zhì)不同，無(wú)轉(zhuǎn)錄、無(wú)核糖體、

16、無(wú)轉(zhuǎn)移RNA和信使RNA。青霉素合成的前體：-氨基己二酸、L-半胱氨酸和L-纈氨酸。青霉素G側(cè)鏈前體有：苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺和苯乙酰甘氨酸，適量參入提高產(chǎn)量，過(guò)多有毒性。18） 代謝工程是指借某些特定生化反應(yīng)的修飾來(lái)定向改善細(xì)胞的特性或運(yùn)用重組DNA技術(shù)來(lái)創(chuàng)造新的化合物4.培養(yǎng)基1） 培養(yǎng)基通常指人工配制的適合微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。2） 適宜大規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)基的特點(diǎn)： 1、能滿(mǎn)足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成 2、發(fā)酵后形成的副產(chǎn)物盡可能少3、培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜、價(jià)格低廉、資源豐富、性能穩(wěn)定、保證供應(yīng)、適宜大規(guī)模貯藏。4、所選培養(yǎng)基應(yīng)該符合整體工藝要求，不影響通氣、提取、純化及廢物處

17、理。3） 培養(yǎng)基的用途：篩選菌種、保藏菌種、檢驗(yàn)雜菌、培養(yǎng)種子、發(fā)酵生產(chǎn)等4） 天然培養(yǎng)基(natural medium)      凡利用生物的組織、器官及其抽取物或制品配成的培養(yǎng)基，稱(chēng)為天然培養(yǎng)基。5） 常見(jiàn)的天然培養(yǎng)基成分有：麥芽汁、肉浸汁、魚(yú)粉、麩皮、玉米粉、花生餅粉、玉米漿及馬鈴薯等。實(shí)驗(yàn)室常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。6） 合成培養(yǎng)基(synthetic medium) ：使用成分完全了解的化學(xué)藥品配制而成的培養(yǎng)基稱(chēng)為合成培養(yǎng)基。7） 半合成培養(yǎng)基(semi-defined medium)      由

18、部分天然材料和部分已知的純化學(xué)藥品組成的培養(yǎng)基稱(chēng)為。8） 液體培養(yǎng)基用途：用于： 大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)； 實(shí)驗(yàn)室搖瓶試 驗(yàn)； 微生物生理代謝研究。9） 常用的固體培養(yǎng)基凝固劑有：瓊脂、明膠、硅膠10） 選擇性培養(yǎng)基 ：就是根據(jù)某種微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)要求或其對(duì)某化學(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基。11） 基本培養(yǎng)基又稱(chēng)最低限度培養(yǎng)基，指能滿(mǎn)足某菌種的野生型(原養(yǎng)型)菌株最低營(yíng)養(yǎng)要求的合成培養(yǎng)基。12） 完全培養(yǎng)基：在基本培養(yǎng)基中加入富含氨基酸、維生素、堿基等生長(zhǎng)因子的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白胨、酵母膏等，就可滿(mǎn)足各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型的生長(zhǎng)需求，這種培養(yǎng)基稱(chēng)為完全培養(yǎng)基(Complete Medium，CM)13） 培

19、養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分及其功能：1.碳源(Carbon source)【糖類(lèi)、脂肪、有機(jī)酸】：能源物質(zhì)，構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物2.氮源(Nitrogen source)【無(wú)機(jī)氮源：氨水、硫酸銨、尿素、硝酸鈉；有機(jī)氮源：豆餅粉、麥麩、玉米漿、蛋白胨；發(fā)酵菌絲體、酒糟】：構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物，硝化細(xì)菌的能源物質(zhì)3.無(wú)機(jī)鹽類(lèi)(Mineral nutrition)【 P、Mg、S、Fe、K、Na、Pb、Cl、Zn、Co、Mn等】：維持酶活力，調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、電位等4.特殊生長(zhǎng)因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：構(gòu)成輔酶的組成部分，促進(jìn)生命活動(dòng)5.水：溶解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物14） 下列物質(zhì)中屬速效碳源的物質(zhì)是（ B

20、） A玉米漿、B葡萄糖、C淀粉、D明膠15） 下列物質(zhì)中屬于速效氮源的物質(zhì)是（ B ） A玉米漿、B、氨水、C蛋白胨、D葡萄糖5、培養(yǎng)基滅菌1） 滅菌的概念：是指用物理的和化學(xué)的方法殺滅或去除物料和設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過(guò)程。2） 發(fā)酵過(guò)程防止雜菌污染的措施： 1、設(shè)備滅菌并確保無(wú)泄漏； 2、所用培養(yǎng)基必需滅菌； 3、通入的空氣必需除菌處理； 4、種子無(wú)污染，確保純種； 5培養(yǎng)過(guò)程中加入的物料必需滅菌并確保加入過(guò)程無(wú)污染。3） 常規(guī)加壓滅菌法盛有適量水的加壓蒸汽滅菌鍋加熱煮沸，徹底驅(qū)盡冷空氣后將鍋密閉，再繼續(xù)加熱至121（壓力為1kgcm2或0.1MPa或15磅英寸2 ），時(shí)間維持1520分鐘

21、，也可采用在較低的溫度（115，即0.7kgcm2或10磅英寸2）下維持35分鐘的方法。4） 連續(xù)加壓滅菌法主要操作：將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外連續(xù)不斷地進(jìn)行加熱、維持和冷卻，然后才進(jìn)入發(fā)酵罐。培養(yǎng)基一般在135140下處理515秒鐘。5） 對(duì)數(shù)殘留定律：在一定溫度下，微生物的受熱死亡符合單分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)即微生物的熱死亡速率與任一瞬間殘存的活菌數(shù)成正比。熱死亡動(dòng)力學(xué)方程 dN/d =-KN式中： N- 殘存的活菌數(shù)（個(gè)） - 滅菌時(shí)間（min） K- 殺菌速率常數(shù)（min-1）或叫死亡速率常數(shù)。 dN/d- 菌的瞬時(shí)變化率，即死亡速率。6） 在具體的理論滅菌時(shí)間計(jì)算時(shí)，將上式積分和轉(zhuǎn)換得： =(1/k

22、)ln(No/Ns) -滅菌時(shí)間（秒） k-反應(yīng)速度常數(shù)，或滅菌速率常數(shù)（min-1）或叫死亡速率常數(shù)。 K是判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依據(jù)，其大小與微生物的種類(lèi)和加熱溫度有關(guān)（s） No-滅菌開(kāi)始時(shí)，污染的培養(yǎng)基中雜菌個(gè)數(shù)（個(gè)ml） Ns-經(jīng)過(guò)滅菌時(shí)間T后，殘存活菌個(gè)數(shù)（個(gè)ml，一般取0.001個(gè)。）只隨滅菌溫度變化的滅菌速度常數(shù)的簡(jiǎn)化計(jì)算公式： lgk=-14845/T+36.127。7） 工業(yè)上濕熱滅菌分為分批滅菌和連續(xù)滅菌8） 一臺(tái)連續(xù)滅菌設(shè)備流量G=6m3/h，發(fā)酵罐裝料容積40m3，原始污染度107個(gè)/ml，要求滅菌程度Ns=10-3個(gè)/批，滅菌溫度T=131，此溫度下k=0

23、.25s-1，試求維持時(shí)間及維持罐的裝料容積v約需多少？9） 發(fā)酵生產(chǎn)中制備無(wú)菌空氣的大致過(guò)程：空氣 空壓機(jī) 貯氣罐 冷卻 除油水 加熱 空氣預(yù)處理 總過(guò)濾器 分過(guò)濾器 無(wú)菌空氣 空氣過(guò)濾10） 空氣過(guò)濾除菌介質(zhì)：、棉花： 、玻璃纖維： 、活性炭 ： 、超細(xì)玻璃纖維紙:、石棉濾板：。 、燒結(jié)材料過(guò)濾介質(zhì)：聚乙烯醇過(guò)濾板。 、新型過(guò)濾介質(zhì) ：微孔濾膜6種子的擴(kuò)大培養(yǎng)1） 種子擴(kuò)大培養(yǎng)：是指將保存在砂土管、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，在經(jīng)過(guò)扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。2） 種子制備的過(guò)程大致可分為：實(shí)驗(yàn)室種子制備階段 ；生產(chǎn)車(chē)間種子制備階

24、段3） 種齡：是指種子罐中培養(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。4） 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5） 優(yōu)良的種子細(xì)胞或菌體的菌絲形態(tài)、菌絲濃度和培養(yǎng)液外觀(guān)（色素、顆粒等）：?jiǎn)渭?xì)胞：菌體健壯、菌形一致、均勻整齊，有的還要求有一定的排列或形態(tài)；霉菌、放線(xiàn)菌：菌絲粗壯、對(duì)某些染料著色力強(qiáng)、生長(zhǎng)旺盛、菌絲分枝情況和內(nèi)含物情況好。7發(fā)酵過(guò)程的工藝控制1）發(fā)酵的概念： 原指在厭氧條件下，葡萄糖通過(guò)酵解途徑生乳酸或乙酸、乙醇的分解代謝過(guò)程。 現(xiàn)在，廣義的發(fā)酵是指：微生物把一些原料養(yǎng)分在合適的條件下，經(jīng)特定的代謝轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物的過(guò)程。2） 一般來(lái)說(shuō)，微生物學(xué)的生長(zhǎng)和培

25、養(yǎng)方式可以分為： 分批培養(yǎng) 連續(xù)培養(yǎng) 補(bǔ)料分批培養(yǎng)3） 分批培養(yǎng)又稱(chēng)分批發(fā)酵，是指在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi) ,營(yíng)養(yǎng)物和菌種一次加入進(jìn)行培養(yǎng)，直到結(jié) 束放出，中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出，添加消泡劑和調(diào)節(jié)pH, 與外部沒(méi)有物料交換, 屬于非穩(wěn)態(tài)過(guò)程4） 分批培養(yǎng)過(guò)程中，隨著微生長(zhǎng)細(xì)胞和底物、代謝物的濃度等的不斷變化，微生物垢生長(zhǎng)可分為停滯期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、穩(wěn)定期和死亡期等四個(gè)階段5） 生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)類(lèi)型 在分批培養(yǎng)過(guò)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)分為與生長(zhǎng)有聯(lián)系的和與生長(zhǎng)無(wú)聯(lián)系的類(lèi)型 qP=YP/X 和dP/dt=X6） 靜止期的菌濃：靜止期的菌濃與初始的基質(zhì)濃度成正比關(guān)系X=Y

26、x/s(So-St),7） 寫(xiě)出Monod方程和Ks的意義 =mS/(Ks+S) Ks為飽和常數(shù)（mg/L）, 其物理意義：當(dāng)比生長(zhǎng)速率為最大比生長(zhǎng)速率一半時(shí)的限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度。它的大小表示了微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收親合力大小。KS越大，表示微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收親和力越??；反之就越大。8） 補(bǔ)料分批培養(yǎng)：指在分批培養(yǎng)過(guò)程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，是介于分批培養(yǎng)過(guò)程與連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程之間的一種過(guò)渡培養(yǎng)方式。 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的特點(diǎn)：輸入的基質(zhì)等于消耗的基質(zhì)，故dS/dt=0;雖然培養(yǎng)液中的總菌量XT隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但細(xì)胞濃度Xt并未提高，即dX/dt=0,因此µ=D。這種情況稱(chēng)

27、為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。 補(bǔ)料分批保持準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的條件： D<µmax；Ks»So 補(bǔ)料分批的參數(shù)特征： 1、dS/dt=0，輸入的基質(zhì)等于消耗的基質(zhì) 2、細(xì)胞濃度Xt并未提高，dX/dt=0 3、µ=D，D=F/(Vo+Ft)9） 連續(xù)培養(yǎng)指以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)培養(yǎng)液的液量維持恒定，使微生物細(xì)胞能在近似恒定狀態(tài)下生長(zhǎng)的微生物培養(yǎng)方式。10） 連續(xù)培養(yǎng)的特點(diǎn) 在連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程中，微生物細(xì)胞所處的環(huán)境條件，如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度、產(chǎn)物的濃度、PH值以及微生物細(xì)胞的濃度、比生長(zhǎng)速度等可以自始至終基本保持不變，甚至還可以根據(jù)

28、需要來(lái)調(diào)節(jié)微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)速度，因此連續(xù)培養(yǎng)的最大特點(diǎn)是微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)速度、產(chǎn)物的代謝均處于恒定狀態(tài)，可達(dá)到穩(wěn)定、高速增微生物細(xì)胞或產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物的目的 連續(xù)培養(yǎng)只要控制D，即改變培養(yǎng)基的供給量F，就可以控制在任意可調(diào)水平，而是微生物的特性參數(shù)，在分批培養(yǎng)過(guò)程中，是一個(gè)無(wú)法控制的參數(shù)，而在連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程中，通過(guò)控制操作狀態(tài)參數(shù)D來(lái)調(diào)控，因而稱(chēng)此類(lèi)反應(yīng)器為外控式的微生物反應(yīng)器11） 微生物代謝參數(shù)按性質(zhì)分可分三類(lèi)：物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、空氣壓力、空氣流量、溶解氧、表觀(guān)粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體

29、比生長(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度、基質(zhì)消耗速率、關(guān)鍵酶活力等12） 補(bǔ)糖的依據(jù)：殘?zhí)橇俊H值、Qc、菌濃和形態(tài)、粘度、溶氧、尾氣中O2和CO2的含量、發(fā)酵液的總體積補(bǔ)糖量控制的經(jīng)驗(yàn)方法是：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以最高產(chǎn)量的罐批的加糖率為指標(biāo)，并依據(jù)菌體濃度、一定時(shí)間內(nèi)的糖比消耗速率和殘?zhí)堑燃右孕拚＠呵嗝顾匕l(fā)酵開(kāi)始補(bǔ)糖在殘?zhí)墙抵?.5%, pH開(kāi)始回升時(shí)補(bǔ)糖。補(bǔ)糖量以最高罐批經(jīng)驗(yàn)量為參考。 前期040h 中期4090h 后期90以后 每小時(shí)加糖量 0.08%-0.15% 0.15% - 0.18% 0.15% -0.18% 13） 發(fā)酵工藝中，氮源濃度的控制措施：控制基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的配比。通過(guò)補(bǔ)加氮源。14） 發(fā)酵

30、工藝控制過(guò)程中，磷酸鹽濃度的控制原則：一般在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中采用適宜濃度。對(duì)于初級(jí)代謝產(chǎn)物，磷酸鹽濃度采用足量；對(duì)于次級(jí)代謝產(chǎn)物，磷酸鹽濃度采用生長(zhǎng)亞適量。15） 過(guò)高的比生長(zhǎng)速率和過(guò)高的菌體濃度造成的不利影響1、 過(guò)高，S消耗過(guò)快，有限的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)只能用于生長(zhǎng)，而不足于產(chǎn)物合成。2、有毒中間產(chǎn)物的快速積累，會(huì)改變菌體的代謝途徑，抑制產(chǎn)物合成。3、 X過(guò)高，增加OUR，且發(fā)酵液粘度增大，減小OTR。CL減小，抑制菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成。最適為等于或稍大于COUR=OTR時(shí)的菌體濃度為最適菌體濃度在發(fā)酵過(guò)程中，控制目標(biāo)為保持穩(wěn)定的臨界菌體濃度和臨界比生長(zhǎng)速率，以維持呼吸臨界溶氧濃度為前提的耗氧速率與供氧速

31、率的平衡，從而使產(chǎn)物合成速率和比速率達(dá)到最大值。 16） 溫度對(duì)發(fā)酵的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是影響發(fā)酵反應(yīng)的速率，二是影響發(fā)酵反應(yīng)的方向 四環(huán)素產(chǎn)生菌金色鏈霉菌同時(shí)產(chǎn)生金霉素和四環(huán)素，當(dāng)溫度低于300C時(shí)，這種菌合成金霉素能力較強(qiáng)；溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高，溫度達(dá)到350C時(shí)，金霉素的合成幾乎停止，只產(chǎn)生四環(huán)素。這說(shuō)明溫度影響發(fā)酵反應(yīng)的方向溫度還影響基質(zhì)溶解度，氧在發(fā)酵液中的溶解度也影響菌對(duì)某些基質(zhì)的分解吸收。17） 發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過(guò)程溫度變化的原因，用公式表示發(fā)酵熱的影響因素：發(fā)酵熱就是發(fā)酵過(guò)程中釋放出來(lái)的凈熱量Q發(fā)酵Q生物Q攪拌Q蒸發(fā)Q輻射 在發(fā)酵過(guò)程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營(yíng)

32、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。微生物進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多在培養(yǎng)初期，菌體處于適應(yīng)期，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，產(chǎn)生熱量較少。菌體在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，菌體繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌體也較多，所以產(chǎn)生的熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度。培養(yǎng)后期，菌體已基本上停止繁殖，主要靠菌體內(nèi)的酶系進(jìn)行代謝作用，產(chǎn)生熱量不多，溫度變化不大，且逐漸減弱。如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說(shuō)明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，有可能染菌，此外培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)越

33、豐富，生物熱也越大。18） 發(fā)酵過(guò)程溫度的選擇有什么依據(jù)？1、根據(jù)菌種及生長(zhǎng)階段選擇，在發(fā)酵前期由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達(dá)到大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長(zhǎng)迅速；在中期菌量已達(dá)到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長(zhǎng)中期，從而提高產(chǎn)量，因此中期溫度要稍低一些，可以推遲衰老。因?yàn)樵谏缘蜏囟认掳被岷铣傻鞍踪|(zhì)和核酸的正常途徑關(guān)閉得比較嚴(yán)密有利于產(chǎn)物合成。發(fā)酵后期，產(chǎn)物合成能力降低，延長(zhǎng)發(fā)酵周期沒(méi)有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。2、根據(jù)培養(yǎng)條件選擇，溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。通氣條件差時(shí)可適當(dāng)降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。培養(yǎng)基稀薄時(shí)，

34、溫度也該低些。因?yàn)闇囟雀郀I(yíng)養(yǎng)利用快，會(huì)使菌過(guò)早自溶。3、根據(jù)菌生長(zhǎng)情況 菌生長(zhǎng)快，維持在較高溫度時(shí)間要短些；菌生長(zhǎng)慢，維持較高溫度時(shí)間可長(zhǎng)些。19） 發(fā)酵過(guò)程pH變化的原因 1、基質(zhì)代謝 （1）糖代謝 特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一（2）氮代謝 當(dāng)氨基酸中的-NH2被利用后pH會(huì)下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，當(dāng)碳源不足時(shí)氮源當(dāng)碳源利用pH上升。（3）生理酸堿性物質(zhì)利用后pH會(huì)上升或下降2、產(chǎn)物形成 某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機(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p

35、H上升。 3、菌體自溶，pH上升，發(fā)酵后期，pH上升。 pH對(duì)發(fā)酵的影響（1） pH影響酶的活性。當(dāng)pH值抑制菌體某些酶的活性時(shí)使菌的新陳代謝受阻（2） pH值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的改變，從而改變細(xì)胞膜的透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進(jìn)行（3） pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用（4）pH影響代謝方向 pH不同，往往引起菌體代謝過(guò)程不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。例如黑曲霉在pH23時(shí)發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸，在pH近中性時(shí)，則產(chǎn)生草酸。谷氨酸發(fā)酵，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙

36、酰谷氨酰胺 pH對(duì)菌體生長(zhǎng)影響比產(chǎn)物合成影響小例 青霉素：菌體生長(zhǎng)最適pH3.56.0,產(chǎn)物合成最適pH7.27.4 四環(huán)素：菌體生長(zhǎng)最適pH6.06.8，產(chǎn)物合成最適pH5.86.0克拉維酸發(fā)酵中存在問(wèn)題是在pH低時(shí)菌體生長(zhǎng)受抑制，在高pH時(shí)克拉維酸要分解，如何解決？ 由于CA生產(chǎn)的最適pH和減少CA分解的pH各不相同，因此在分批發(fā)酵中應(yīng)用了pH變換策略，使發(fā)酵pH由中性pH70變換為酸性pH6.0。在發(fā)酵前期，在細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)生CA期間控制pH7.0，4d后，當(dāng)CA產(chǎn)量達(dá)最高值時(shí)，變換pH為6.0，以減少CA分解。最高CA濃度可保持24h。由于改變pH，使CA分解速率明顯降低。20） 發(fā)酵過(guò)程的pH控制可以采取哪些措施？1、調(diào)節(jié)好基礎(chǔ)料的pH。2、在基礎(chǔ)料中加入維持pH的物質(zhì)，3、通過(guò)補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH。 4、當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)pH發(fā)生矛盾時(shí)，加酸堿調(diào)pH。5、發(fā)酵的不同階段采取不同的pH值21） 過(guò)高的比生長(zhǎng)速率和過(guò)高的菌體濃度造成的不利影響1、 過(guò)高，S消耗過(guò)快，有限的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)只能用于生長(zhǎng)，而不足于產(chǎn)物合成。2、有毒中間產(chǎn)物的快速積累，會(huì)改變菌體的代謝途徑，抑制產(chǎn)物合成。3、 X過(guò)高，增加OUR，且發(fā)酵液粘度增大，減小OTR。CL減小，抑制菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成。最適為等于或稍大于COUR=OTR時(shí)的菌體濃度為最適菌體濃度在發(fā)酵過(guò)程中，控制目標(biāo)為保持穩(wěn)定的臨界菌體濃度和臨界比