新編生物工藝學(xué)復(fù)習(xí)題11

1、新編生物工藝學(xué)復(fù)習(xí)題 21、緒論一、生物技術(shù)歸納起來可有三個(gè)特點(diǎn)? A生物技術(shù)是一門多學(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)過程或進(jìn)行社會(huì)服務(wù)，這一過程可稱為生物反應(yīng)過程 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催化作用專一，D大幅度提高效率，成本低廉2)缺點(diǎn)A穩(wěn)定T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)；? 微生物次級代謝產(chǎn)物和抗生素產(chǎn)業(yè)的興盛以及新的初級代謝產(chǎn)物開發(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、現(xiàn)代生物

2、技術(shù)建立和發(fā)展時(shí)期(20世紀(jì)70年代開始)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一采樣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；(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)基成分簡單、來源廣、價(jià)格低廉；(7)對溫

3、度、pH、離子強(qiáng)度、剪切力等環(huán)境因素不敏感；(8)對溶氧的要求低，便于培養(yǎng)及降低能耗。2)液體富集培養(yǎng)，即通過給混合菌群提供一些有利于所需菌株生長，或/和不利于其他菌株生長的條件(供給特殊的基質(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)的自然詵育、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)過程中，不經(jīng)過人工處理，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

4、大幅度提高，然后采用簡便、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)誘變劑根據(jù)其作用方式不同分為三種類型。即：(1)與核酸堿基化學(xué)反應(yīng)的誘變劑。(2)堿基類似物(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)體融合是通過人工方法

5、，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)生重組子的過程，亦可稱為“細(xì)胞融合”11) 原生質(zhì)體融合育種的主要步驟為：詵擇親株、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，在離體條件下切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，讓外來的遺傳物質(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)

6、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)代謝庫中，其酶量差別大。2) 大腸桿菌糖代謝過程中，許多酶都有激活劑和抑制劑.共同捽制糖代調(diào)。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)，它是通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(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)制概括起來有：共價(jià)修飾；變構(gòu)效應(yīng)；締合或解離和競爭性抑制5) 酶活性共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：6) 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，從而改變酶的活性，此過程稱為共價(jià)修飾。最常見的共價(jià)修飾方式有：

7、磷酸化-脫磷酸化，-SH -S-S-,乙?；?脫乙?；?，腺昔化-脫腺昔化等。分為可逆與不可逆兩種：可逆性共價(jià)修飾酶通常同時(shí)存在活性和非活性兩種狀態(tài)。在兩種不同的酶的催化下發(fā)生共價(jià)修飾(covalent modification )或去修飾，從而引起酶分子在有活性形式與無活性形 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?；阂阴?酶+檸檬酸？檸檬酸-S-酶+乙酸檸檬酸-S-酶？乙酰-酶+草酰乙酸7) 酶原的激活過程通常是無活性的酶原蛋白一級結(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競爭性抑制，D酶結(jié)構(gòu)

8、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)合與催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶的反應(yīng)速度及代謝過程。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)方式對代謝途徑的起始關(guān)鍵酶進(jìn)行調(diào)節(jié)，最常見的負(fù)反饋調(diào)節(jié)別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡稱 ATCase8) 酶合成的調(diào)節(jié)是一種通過調(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)。9) 酶合成的誘導(dǎo)在某種化合物(包括

9、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。10) 按酶合成對底物的依賴性，微生物體內(nèi)的酶可分為組成酶和誘導(dǎo)酶兩類。酶合成的誘導(dǎo)分為兩大類：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E. coli培養(yǎng)基中后，即可同時(shí)誘導(dǎo)出3-半乳糖背透性酶、3-半乳糖甘酶和半乳糖昔轉(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)到對較復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。11) 酶合成的阻遏12)在微生物的代謝過程中，當(dāng)代謝途徑中某末端產(chǎn)物過量時(shí)，通過阻遏作用來阻礙代謝 途徑中包括關(guān)鍵酶在

10、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) 物的合成的過程。阻遏的類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。末端產(chǎn)物阻遏鳥氨酸+ 瓜氨酸一灌器旦精氨酸 氨甲雌酸猊"酸圖6-59精氨酸合成中的末端產(chǎn)物陰遏(為氨甲?；D(zhuǎn)移甑® 為轉(zhuǎn)氨酸磕珀酸合成酶；為精氨酸琥珀酸裂合酶)(1)、反饋抑制和反饋?zhàn)瓒舴答佉种疲荷锖铣赏緩降淖罱K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)瓒簦阂种泼傅男纬?，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

11、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)典的競爭性抑制作用不同。(4)、反饋?zhàn)瓒糇饔檬且粡V泛現(xiàn)象。它調(diào)節(jié)氨基酸、喋吟、喀咤核甘酸和維生素等分子的合 成。受反饋?zhàn)瓒糇饔每刂频拿?，是R基因編碼阻遏物蛋白。11)代謝系統(tǒng)的分子控制機(jī)制原核基因操縱子分兩類:一類是誘導(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)錄頻率才最高，并隨之轉(zhuǎn)譯出大量誘導(dǎo)酶，出現(xiàn)誘導(dǎo)現(xiàn)象。另一類是阻遏型操縱子，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，只有通過去阻遏作用才能起動(dòng)。13) 次級代謝物生物合成的步驟：14) 1 、養(yǎng)分的攝入15) 2、通過中樞

12、代謝途徑，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為中間體。16) 3、小分子構(gòu)建單位(前體)合成。17) 4、改變其中的一些中間體18) 5、這些前體進(jìn)入次級代謝產(chǎn)物合成的專有途徑19) 6、在主要骨架形成后，作最后的修飾，成為產(chǎn)物。20) 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。丙酮酸乙酰CoAf竣化得丙酰CoAf聚酮化物，該物是四環(huán)素族、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的主要構(gòu)成單位。中間體轉(zhuǎn)化為次級終產(chǎn)物需要經(jīng)過三個(gè)過程：生物氧化與還原、生物甲基化、生物鹵化。許多次級代謝產(chǎn)物是由不同的中間體作為建筑

13、材料合成的。而這些中間體來源于許多分支代謝。2、誘導(dǎo)抗生素生物合成：“氨基己二酸提高青霉素的發(fā)酵單位苯乙酸提高芐青霉素的發(fā)酵單位L-繳氨酸是環(huán)抱菌素 A的前體和誘導(dǎo)物丙醇誘導(dǎo)紅霉素鏈霉菌乙酰CoA 羧化酶，促進(jìn)紅霉素合成。3、前體與誘導(dǎo)物的區(qū)別誘導(dǎo)物在生長期或生產(chǎn)期前起作用，前體在生產(chǎn)期起作用；誘導(dǎo)物可以被非前體的結(jié)構(gòu)類似物取代； 誘導(dǎo)物的誘導(dǎo)系數(shù)特別高。 把前體引入次級代謝物生物合成的專有途徑關(guān)鍵酶21) 次級代謝物結(jié)構(gòu)的后幾步修飾常見的有：氧化22) 鹵化23) 氨化24) 甲基化25) 羥基化26) 糖基化27) ?；?8) 復(fù)合抗生素鏈霉素的裝配過程：29) dTDP雙氫鏈霉糖+鏈霉月

14、瓜-擬二糖，雙氫鏈霉糖基轉(zhuǎn)移酶催化此反應(yīng)。30)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31) 次級代謝產(chǎn)物往往是一組結(jié)構(gòu)相似的化合物，是因?yàn)?A )A 參與次級產(chǎn)物的酶的基質(zhì)專一性不強(qiáng)，B 參與次級產(chǎn)物的酶有很強(qiáng)的基質(zhì)專一性C 前體種類繁多，D 變構(gòu)酶的作用32) 短鏈脂肪酸為前體的抗生素的合成步驟：33) 第一步：形成鏈狀聚酮化物，初始前體活性丙酸和丙二酸首先轉(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。34) 第二步：鏈狀聚酮化物在次級代謝途徑被還原，

15、引入雙鍵或三鍵產(chǎn)生多烯或多炔類抗生素。也可以進(jìn)入初級代謝途徑合成脂肪酸35) 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)類抗生素。36) 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3 -甲基化氨基酸、3 -氨基酸、亞氨基酸、前體氨基酸如a-氨基己二酸)；與其他代謝物(如糖、脂肪酸)相結(jié)合的氨基酸。肽類抗生素合成機(jī)制與蛋白質(zhì)不同，無轉(zhuǎn)錄、無核糖體、無轉(zhuǎn)移 RNA 和信使 RNA。青霉素合成的前體：a-氨基己二酸、L-半胱氨酸和L-繳氨酸。青霉素 G 側(cè)鏈前體有：苯乙酸、

16、苯乙胺、苯乙酰胺和苯乙酰甘氨酸，適量參入提高 產(chǎn)量，過多有毒性。37) 代謝工程是指借某些特定生化反應(yīng)的修飾來定向改善細(xì)胞的特性或運(yùn)用重組DNA 技術(shù)來創(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繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。2) 適宜大規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)基的特點(diǎn)：3) 1 、能滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成4) 2、發(fā)酵后形成的副產(chǎn)物盡可能少5) 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。6) 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、純化及廢物處理。7) 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8) 天然培

17、養(yǎng)基(naturalmedium)9) 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，稱為天然培養(yǎng)基。10) 常見的天然培養(yǎng)基成分有：麥芽汁、肉浸汁、魚粉、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。11) 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)基稱為合成培養(yǎng)基。12) 半合成培養(yǎng)基(semi-definedmedium)13) 由部分天然材料和部分已知的純化學(xué)藥品組成的培養(yǎng)基稱為。14) 液體培養(yǎng)基用途：15) 用于：16) 大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；17) 實(shí)驗(yàn)室搖瓶試驗(yàn)；18) 微生物生理代謝研究。19)

18、常用的固體培養(yǎng)基凝固劑有：瓊脂、明膠、硅膠20) 選擇性培養(yǎng)基：就是根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)要求或其對某化學(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基。21) 基本培養(yǎng)基又稱最低限度培養(yǎng)基，指能滿足某菌種的野生型(原養(yǎng)型)菌株最低營養(yǎng)要求的合成培養(yǎng)基。22) 完全培養(yǎng)基：在基本培養(yǎng)基中加入富含氨基酸、維生素、堿基等生長因子的營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白月東、酵母膏等，就可滿足各種營養(yǎng)缺陷型的生長需求，這種培養(yǎng)基稱為 完全培養(yǎng)基(Complete Medium , CM)23) 培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及其功能：1.碳源(Carbon source)【糖類、脂肪、有機(jī)酸】：能源物質(zhì)，構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物24) 2.氮源(Nitr

19、ogen source)【無機(jī)氮源：氨水、硫酸鏤、尿素、硝酸鈉；有機(jī)氮源：豆餅粉、麥秋、玉米漿、蛋白月東；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)25) 3.無機(jī)鹽類(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26) 4.特殊生長因子【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)27) 5.水：溶解營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物28) 下列物質(zhì)中屬速效碳源的物質(zhì)是( B )A玉米漿、B葡萄糖、C淀粉、D明膠29) 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

20、蛋白月東、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 程。2)發(fā)酵過程防止雜菌污染的措施：3) 1、設(shè)備滅菌并確保無泄漏；4) 2、所用培養(yǎng)基必需滅菌；5) 3、通入的空氣必需除菌處理；6) 4、種子無污染，確保純種；7) 5培養(yǎng)過程中加入的物料必需滅菌并確保加入過程無污染。8)常規(guī)加壓滅菌法9)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121c (壓力為1kg/cm2或0.1MPa或15磅/英寸2 ),時(shí)間維持1520分鐘，也可 采用在較低的溫度(115C,即0.7kg/cm2或10磅/英寸2)下維持

21、35分鐘的方法。10) 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 O 培養(yǎng)基一一般在135140c下處理515秒鐘。11) 對數(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 t =-KN12) 式中：N 殘存的活菌數(shù)(個(gè))13) t 滅菌時(shí)間(min)14) K 殺菌速率常數(shù)(min-1 )或叫死亡速率常數(shù)。15) dN/d t 菌的瞬時(shí)變化率，即死亡速率。16) 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：17) t =(1/k)ln(No/Ns)1

22、8) 一一滅菌時(shí)間(秒)19) 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和加熱溫度有關(guān)( s- 1 )20) No-滅菌開始時(shí)，污染的培養(yǎng)基中雜菌個(gè)數(shù)(個(gè)/ ml)21) Ns-經(jīng)過滅菌時(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)的簡化計(jì)算公式：lgk=-14845/T+36.127 。22) 工業(yè)上濕熱滅菌分為分批滅菌和連續(xù)滅菌23) 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)/

23、批，滅菌溫度 T=131 C,此溫度下 k=0.25s-1 ,試求維持時(shí)間 T及維持罐的裝料容積 V約需多少？24) 發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣的大致過程：空氣一空壓機(jī)一貯氣罐一冷卻一除油水一一 加熱一空氣預(yù)處理總過濾器一分過濾器無菌空氣空氣過濾25) 空氣過濾除菌介質(zhì)：1、棉花：26) 2、玻璃纖維：27) 3、活性炭：28) 4、超細(xì)玻璃纖維紙：5、石棉濾板：。6、燒結(jié)材料過濾介質(zhì)：聚乙烯醇過濾板。7、新型過濾介質(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)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級放大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純

24、種過 程。2)種子制備的過程大致可分為：實(shí)驗(yàn)室種子制備階段；生產(chǎn)車間種子制備階段3)種齡：是指種子罐中培養(yǎng)的菌絲體開始移入下一級種子罐或發(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(色素、顆粒等)：6) 單細(xì)胞：菌體健壯、菌形一致、均勻整齊：有的壞要求有一定的排列或形態(tài);7)霉菌、放線菌：菌絲粗壯、對某此染料著色力強(qiáng)、牛長旺霹、菌絲分枝情況和內(nèi)含物情況好。7發(fā)酵過程的工藝控制1)發(fā)酵的概念：原指在厭氧條件下，葡萄糖通過酵解途徑生乳酸或乙酸、乙醇的分解代謝過程?，F(xiàn)在，廣義的發(fā)酵是指：微生物把一些原料養(yǎng)分在合適

25、的條件下，經(jīng)特定的代謝轉(zhuǎn)變 成所需產(chǎn)物的過程。2) 一般來說，微生物學(xué)的生長和培養(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)又稱分批發(fā)酵，是指在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi)，營養(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,與外部沒有物料交換，屬于非穩(wěn)態(tài)過程4) 分批培養(yǎng)過程中，隨著微生長細(xì)胞和底物、 代謝物的濃度等的不斷變化，微生物垢生長可分為停滯期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和死亡期等四個(gè)階段5) 生長關(guān)聯(lián)類型在分批培養(yǎng)過程中根據(jù)產(chǎn)物生成是否與菌體生長同步的關(guān)系， 將微生物產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)分為與生長有聯(lián)系的和與生長無聯(lián)系的類型qp=Y p/x 口 和 d

26、P/dt= B 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 x/s(So-St),7) 寫出 Monod方程和 Ks的意義產(chǎn).S/(Ks+S) Ks為飽和常數(shù)(mg/L),其物理意義：當(dāng)比生長速率為最大比生長速率一半時(shí)的限制性營養(yǎng)物質(zhì)濃度。它的大小表示了微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收親合力大小。KS越大，表示微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收親和力越小；反之就越大。8) 補(bǔ)料分批培養(yǎng)：指在分批培養(yǎng)過程中，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)過程與連續(xù)培養(yǎng)過程之間的一種過渡培養(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

27、長而增加，但細(xì)胞濃度Xt并未提高，即dX/dt=0,因此巧D。這種情況稱為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。? 補(bǔ)料分批保持準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的條件：?D<(imax; 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、巧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)過程中，微生物細(xì)胞所處的環(huán)境條件，如營養(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

28、生長速度等可以自始至終基本保持不變，甚至還可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)微生物細(xì)胞的生長速度， 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,就可以控制科在任意可調(diào)水平，而科是微生物的特性參數(shù)，在分批培養(yǎng)過程中，是一個(gè)無法控制的參數(shù)，而在連續(xù)培養(yǎng)過程中，通過控制操作狀態(tài)參數(shù)D來調(diào)控科，因而稱此類反應(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：12) 物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、空氣壓力、空氣流量、溶解氧、表觀粘度、排氣氧(二氧化碳)濃度等13) 化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度

29、(包括糖、氮、磷) 、pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等14) 生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體比生長速率、呼吸強(qiáng)度、基質(zhì)消耗速率、關(guān)鍵酶活力等15)補(bǔ)糖的依據(jù)：殘?zhí)橇?、pH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?。青霉素發(fā)酵開始補(bǔ)糖在殘?zhí)墙抵?罐批經(jīng)驗(yàn)量為參考。1.5%, pH開始回升時(shí)補(bǔ)糖。補(bǔ)糖量以最高前期040h每小時(shí)加糖量 0.08%-0.15%中期40 90h0.15% - 0.18%后期90以后0.15% -0.18%16) 發(fā)酵工藝

30、中，氮源濃度的控制措施：17) 控制基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的配比。18) 通過補(bǔ)加氮源。19) 發(fā)酵工藝控制過程中， 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。對于初級代謝產(chǎn)物， 磷酸鹽濃度采用足量；對于次級代謝產(chǎn)物，磷酸鹽濃度 采用生長亞適量。20) 過高的比生長速率和過高的菌體濃度造成的不利影響1、科過高，S消耗過快，有限的營養(yǎng)基質(zhì)只能用于生長，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，抑制菌體生長和產(chǎn)物合成。最適;1為等于或稍大于cOUR=OTR時(shí)的菌體濃度為最適菌體濃度在

31、發(fā)酵過程中，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率的平衡，從而使產(chǎn)物合成速率和比速率達(dá)到 最大值。21) 溫度對發(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)牛菌金色鏈霉菌同時(shí)產(chǎn)牛金霉素和四環(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某些基質(zhì)的分解吸收。22) 發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的原因，用公式表示發(fā)酵熱的影響因

32、素：發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量Q發(fā)酵=Q生物+ Q攪拌Q蒸發(fā)Q輻射在發(fā)酵過程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營養(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，這散發(fā)出來的熱就叫生物熱。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。菌體在對數(shù)生長期時(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

33、弱。如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，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)基營養(yǎng)越豐富，生物熱也越大。23) 發(fā)酵過程溫度的選擇有什么依據(jù)？1 、根據(jù)菌種及生長階段選擇，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，延長發(fā)酵周期沒有必要，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

34、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， 溶氧濃度也可高些。培養(yǎng)基稀薄時(shí)，溫度也該低些。因?yàn)闇囟雀郀I養(yǎng)利用快，會(huì)使菌過早自溶。3、根據(jù)菌生長情況菌生長快，維持在較高溫度時(shí)間要短些；菌生長慢，維持較高溫度時(shí)間可長些。24) 發(fā)酵過程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

35、 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。pH 對發(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，影響微生物對營養(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程不同，使代謝產(chǎn)

36、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-乙酰谷氨酰胺pH 對菌體生長影響比產(chǎn)物合成影響小例 青霉素：菌體生長最適pH3.56.0, 產(chǎn)物合成最適pH7.27.4四環(huán)素：菌體生長最適pH6.06.8,產(chǎn)物合成最適 pH5.86.0克拉維酸發(fā)酵中存在問題是在pH 低時(shí)菌體生長受抑制，在高 pH 時(shí)克拉維酸要分解，如何解決？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 pH7 0 變換為酸性pH6

37、.0 。在發(fā)酵前期，在細(xì)胞生長和產(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。25) 發(fā)酵過程的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26) 過高的比生長速率和過高的菌體濃度造成的不利影響1、科過高，S消耗過快，有限的營養(yǎng)基質(zhì)只能用于生長，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，抑制菌體生長和產(chǎn)物合成。最適;1為等于或稍大于C COUR=OTR 時(shí)的菌體濃度為最適菌體濃度在發(fā)酵過程中，控制目標(biāo)為保持穩(wěn)定的臨界菌體濃度