發(fā)酵工程知識總結(jié)及考試重點(共14頁)

1、緒論(xln)發(fā)酵(f jio)工程：是一門以微生物、動植物細胞為生物作用劑進行(jnxng)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。主要研究內(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)模細胞培養(yǎng)過程、細胞生長和產(chǎn)物形成動力學、生物反應器的優(yōu)化設(shè)計和操作、生物反應過程的參數(shù)檢測和計算機應用、發(fā)酵產(chǎn)品的分離純化過程中的技術(shù)問題。發(fā)酵工程原理是指導發(fā)酵產(chǎn)品研究與開發(fā)，發(fā)酵工廠設(shè)計與建設(shè)以及發(fā)酵生產(chǎn)實踐的理論。初級代謝：初級代謝為許多生物都具有的生物化學反應，例如能量代謝及氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸的合成等，均稱為初級代謝。 HYPERLINK /view/297760.

2、htm t /_blank 初級代謝產(chǎn)物是指微生物通過代謝活動所產(chǎn)生的、自身生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。次級代謝：次級代謝是在一定的生長時期（一般是穩(wěn)定生長期），微生物以 HYPERLINK /view/297760.htm t /view/_blank 初級代謝產(chǎn)物為前體合成的對微生物本身的生命活動沒有明確功能的物質(zhì)的過程。第二章自然選育：在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工處理，利用菌種的自然突變而進行菌種篩選的過程。引起自然突變的原因有兩個：多因素低劑量的誘變效應和互變異構(gòu)效應。 雜交育種：是指將兩個基因型不同的菌株經(jīng)吻合（或接合）使遺傳物質(zhì)重新組合，從中分離和篩

3、選具有新性狀的菌株。 誘變育種：指利用物理、化學等誘變劑處理均勻而分散的微生物細胞群，在促進其突變率顯著提高的基礎(chǔ)上，采用簡便、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，以供科學實驗或生產(chǎn)實踐使用。原生質(zhì)體融合育種：把兩個親本的細胞壁分別通過酶解作用加以瓦解，使菌體細胞在高滲環(huán)境中釋放出只有原生質(zhì)膜包裹著的球狀體（稱為原生質(zhì)體）。兩個親本的原生質(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)生細胞融合，接著兩個親本基因組由接觸到交換，從而實現(xiàn)遺傳重組。在再生成細胞的菌落中就有可能獲得具有理想性狀的重組子。如何從一個菌種得到另一個菌種 如從生產(chǎn)菌種獲得缺陷型：

4、 誘變劑處理：采用輻射、化學試劑等因素處理細菌。 淘汰野生型：抗生素法或菌絲過濾法。 檢出缺陷型：用一個培養(yǎng)皿即可檢出，有夾層培養(yǎng)法和限量補充培養(yǎng)法；在不同培養(yǎng)皿上分別進行對照和檢出的有逐個撿出法和影印檢出法。 鑒定缺陷型：可借生長譜法進行。一、如何從土壤中篩選芽孢桿菌（微生物）？采樣-預處理-增殖培養(yǎng)-純種分離-菌落選擇-初篩-復篩-野生菌株-性能鑒定（生產(chǎn)性能試驗、毒性試驗、菌種鑒定）-菌種保藏1采樣用取樣鏟，將表層5cm左右的浮土除去，取5-25cm處的土樣1025g，裝入事先準準備好的塑料袋內(nèi)扎好、編號并記錄地點、土壤土質(zhì)、植被名稱、時間及其他環(huán)境條件。懸液稀釋預處理從土壤中分離芽孢桿

5、菌時,由于芽孢具有耐高溫特性,100很難殺死,要在121才能徹底死亡。分離 培養(yǎng)基營養(yǎng)成分、PH、選擇性抑制劑 培養(yǎng) 注意溫度、PH、氧氣需求及培養(yǎng)時間菌落選擇 鋪菌法、復印法 復篩 生長速率、底物消耗、產(chǎn)物合成的測定。菌種保藏(bocng)原理、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，人工創(chuàng)造條件，使孢子或菌體的生長代謝活動盡量降低，以減少其變異。一般可以通過保持培養(yǎng)基營養(yǎng)成分在最低水平，缺氧狀態(tài)，干燥和低溫(dwn)，使菌種處于休眠狀態(tài)，抑制其繁殖能力。 常用(chn yn)方法：（1）斜面冰箱保藏法：三個月。（2）石蠟油封存法：六個月。（3）沙土管保藏法：產(chǎn)孢子或芽孢的微生物

6、。1年左右?？蛇m用于不能利用石蠟又作碳源的細菌、霉菌、酵母等微生物。1年左右，（4）真空冷凍干燥保藏法：5年左右。需要一定設(shè)備，要求比較嚴格。保護劑：脫脂牛奶、血清等。（5）液氮超低溫保藏法：或超低溫冰箱保藏法，通常在微生物孢子或營養(yǎng)細胞培養(yǎng)物中加入20%的甘油，將其保存在液氮或-80冰箱中，可保藏數(shù)年而不死。第三章前體：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程中結(jié)合到產(chǎn)物中去，而自身結(jié)構(gòu)并沒有明顯變化，產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因前體的加入而有較大的提高。最早在青霉素發(fā)酵中發(fā)現(xiàn)在玉米漿提高了青霉素產(chǎn)量，后研究發(fā)現(xiàn)是因為玉米漿中含有苯乙胺所致。抑制劑：某些化合物可以抑制特定代謝途徑的進行，

7、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。 如生產(chǎn)甘油加抑制劑亞硫酸鈉，它與代謝過程中的乙醛生成加成物。這樣使乙醇代謝途徑中的乙醛不能成為NADH2(還原型輔酶I)的受氫體，而使NADH2在細胞中積累，從而激活磷酸甘油脫氫酶的活性，使磷酸二羥基丙酮取代乙醛作為NADH2的受氫體而還原為磷酸甘油，其水解后即形成甘油。促進劑：指那些既不是營養(yǎng)物質(zhì)又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑，如加巴比妥鹽能使利福霉素單位增加，并能使鏈霉菌推遲自溶，延長分泌期。培養(yǎng)基主要營養(yǎng)成份及其生理功能培養(yǎng)基的成分大致可分為碳源、氮源、生長因子、無機鹽及微量元素、水和能源。碳源，細胞及其產(chǎn)物的碳架結(jié)構(gòu)和能量的來源

8、。氮源，主要用于構(gòu)成菌體細胞物質(zhì)（如氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物等的氮素來源。生長因子，微生物代謝必不可少且不能用簡單的碳源或氮源自行合成。無機鹽元素：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。在代謝途徑的調(diào)節(jié)方面，起著重要作用，有利于糖代謝的進行。S：蛋白質(zhì)、輔酶、生物素、谷光甘肽等組成成分。硫存在于細胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組成成分和某些輔酶的活性基。Fe：細胞色素、過氧化氫酶的組成成分。Mg、Ca：酶的輔基、激活劑。K、Na：調(diào)節(jié)滲透壓。雖不參與細胞的組成，但它們與維持細胞的滲透壓有關(guān)，故是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的必要成分。微量元素：

9、Zn、Co、Mn、Cu等，主要是酶的輔基和激活劑。水分，是營養(yǎng)物質(zhì)，因為離開水生命活動即停止；參與代謝活動，如水解與合成多糖、蛋白質(zhì)等均有水參加反應；是環(huán)境條件，許多反應需要在水中進行；是細胞物質(zhì)的連續(xù)相；此外，水的比熱大，可容納、傳導代謝活動中的能量而保護細胞物質(zhì)不被破壞。能源，為微生物提供(tgng)生長代謝所需的能源。在應用中，培養(yǎng)基的碳源常常就是其能源，但這并非適用于所有(suyu)的微生物，微生物根據(jù)其生理類群的不同，其能源物質(zhì)也不同，有時能源物質(zhì)是獨立于碳源之外的。發(fā)酵(f jio)工業(yè)中常用碳源及其優(yōu)缺點碳源，是組成培養(yǎng)基的主要成分之一。即細胞及其產(chǎn)物的碳架結(jié)構(gòu)和能量的來源。常用

10、的碳源有糖類、油脂、有機酸、低碳醇、烴類。在特殊情況下（如碳源貧乏時），蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物或氨基酸等也可被某些菌種作為碳源使用。 （1）糖類： a速效碳源，如葡萄糖、蔗糖、糖蜜等。優(yōu)點：易于利用。缺點：高濃度會造成抑制，利用過程中產(chǎn)酸速度快，使pH下降。葡萄糖是碳源中最易利用的糖，幾乎所有的微生物都能利用葡萄糖。但是過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸，以致培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要，使一些中間代謝物不能完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中，如丙酮酸、乳酸、乙酸等導致pH下降，影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長和產(chǎn)物的合成。 b.長效碳源，如淀粉、糊精等，它們一般都要經(jīng)菌體產(chǎn)生的胞外酶水解成單糖后再被

11、吸收利用?？梢钥朔咸烟谴x過快的弊端。優(yōu)點是長效，邊糖化邊利用，不會造成高濃度抑制，且價格較便宜。缺點是增大培養(yǎng)基的粘度且有些微生物不具有淀粉酶和糖化酶，不能利用這類碳源。另外，麥芽也被廣泛使用在啤酒工業(yè)中。 農(nóng)產(chǎn)品，如玉米粉、甘薯粉、土豆粉等。優(yōu)點是價格便宜成本低。缺點是成分復雜攜帶雜質(zhì)影響某些產(chǎn)品的提取。 （2）油脂： 能被許多微生物用作碳源和能源，這些微生物都具有比較活躍的脂肪酶。在脂肪酶的作用下，油脂被水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，進一步氧化成CO2和H2O,并釋放出大量的能量。如豆油，菜子油、葵花油、豬油 魚油等。優(yōu)點是高還原態(tài)能源和碳源，同時也是消沫劑。缺點是脂肪的分解利

12、用，可造成有機酸積累，使培養(yǎng)液pH下降。 （3）有機酸鹽：如乙酸鹽、檸檬酸鹽等，也可做速效碳源，缺點是成本較高，利用后pH上升。有機酸鹽的氧化常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，使pH上升。（4）醇類：如乙醇，低濃度是可被少數(shù)微生物作碳源，缺點是成本高。甲醇已做為某些生產(chǎn)單細胞蛋白的工廠的主要碳源。（5）烴類：石油微生物的碳源，其他微生物一般不能利用。近年來隨著石油工業(yè)的發(fā)展，微生物工業(yè)的碳源也有所擴大，一些烴類物質(zhì)已用于發(fā)酵工業(yè)中。培養(yǎng)基主要無機鹽及其生理功能P：核酸、ATP 輔酶、代謝中間體的組成成分。在代謝途徑的調(diào)節(jié)方面，起著重要作用，有利于糖代謝的進行，能促進微生物的生長。 S：蛋白質(zhì)、輔酶、生物

13、素、谷光甘肽等組成成分。硫存在于細胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組成成分和某些輔酶的活性基， Fe：細胞色素、過氧化氫酶的組成成分，是菌體有氧氧化必不可少的元素。 Mg、Ca：酶的輔基、激活劑。 K、Na：調(diào)節(jié)滲透壓。雖不參與細胞(xbo)的組成，但它們與維持細胞的滲透壓有關(guān)，故是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的必要成分。 Cl：在一般微生物中不具有(jyu)營養(yǎng)作用，但對一些噬鹽菌來講是有用的。如何(rh)使培養(yǎng)基有一個適當?shù)腜H緩沖能力開發(fā)一個菌株的培養(yǎng)基配方：研究思路與原則：A）要研究一個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養(yǎng)類型和生態(tài)類型。B）根據(jù)上述考察結(jié)果，確定培養(yǎng)基的類型

14、和劃定培養(yǎng)條件的范圍。C）進行培養(yǎng)基成分與培養(yǎng)條件的選擇：(a) 要根據(jù)供試菌的營養(yǎng)需要，包括生長需要和合成產(chǎn)物的需要。(b) 比例范圍，如C：N比。(c)培養(yǎng)基物態(tài)。(d) pH緩沖能力。(e)培養(yǎng)溫度。(f)溶氧。（g）原料價格、來源、加工方式?？紤]生態(tài)條件時，既要考慮生長，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。研究方案設(shè)計：（A）選擇因子與水平，先選因子后選水平 （B）選擇適宜的正交表，或者響應面方法，如爬坡法。（C）填寫表格，配制培養(yǎng)基，準備培養(yǎng)條件。（D）建立檢驗指標與方法。操作及注意事項：搖瓶規(guī)格要一致，培養(yǎng)基要準確。不能染菌。種子液要混勻，加量要準確。檢

15、驗結(jié)果要準確。計算與分析：確定培養(yǎng)基配方與環(huán)境條件控制指標。（5）驗證試驗與適當調(diào)整如何使培養(yǎng)基有一個適當?shù)腜H緩沖能力？ 生理酸性、堿性鹽和pH緩沖劑的加入和搭配，以使pH值在發(fā)酵過程中不易超過一定范圍。（在微生物的生長、代謝過程中會產(chǎn)生引起培養(yǎng)基pH改變的代謝產(chǎn)物，如不及時調(diào)節(jié)，就會抑制甚至殺死其自身，因而在設(shè)計培養(yǎng)基時，就要考慮培養(yǎng)基成分對pH的調(diào)節(jié)能力。如：借磷酸緩沖液進行調(diào)節(jié)；用CaCO3或NaHCO3來調(diào)節(jié)）第四章滅菌：所謂滅菌是指用化學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程。分批滅菌：是指將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達到預定溫度后維

16、持一段時間，再冷卻到發(fā)酵所需溫度的滅菌方式。連續(xù)滅菌：是指在發(fā)酵罐外連續(xù)不斷地進行加熱，維持和冷卻，同時把滅完菌的培養(yǎng)基通入已滅過菌的發(fā)酵罐的滅菌方式。對數(shù)殘留定律：在微生物死亡過程中的任一時刻，活菌數(shù)的減少速率與該時刻殘留的活菌數(shù)成正比，這就是微生物死亡的對數(shù)殘留定律。微分式為：-dN/d=kN；積分式為：=（2,303/k）log(N0/Ns) N0開始滅菌時的活菌數(shù) Ns滅菌結(jié)束時殘留菌數(shù)。分批滅菌的簡要步驟分批滅菌的操作(cozu)要點a)配料：分批滅菌在所用的發(fā)酵罐中進行(jnxng)，將培養(yǎng)基在配制罐中配好后，通過專用管道輸入發(fā)酵罐中。b)升溫階段：開動攪拌系統(tǒng)(xtng)，先用夾

17、套或蛇管預熱(尾氣開)，當溫度升溫到90-100時，停止攪拌，三路進氣(空氣管、取樣管、出料管)，同時三路排氣（尾氣管、補料管、接種管）。升溫過程應盡可能快一些，以利于營養(yǎng)物質(zhì)的保持。 注意輔助設(shè)備的滅菌：空氣過濾器、流加管道與流加液貯罐等。c)保溫階段：溫度達到預定溫度后，關(guān)小進汽、排汽閥門，按照罐溫變化情況調(diào)節(jié)各路進汽與排汽量，使罐溫維持在預定滅菌溫度之上12度范圍內(nèi)。 保溫階段視罐溫情況與冷凝水情況調(diào)節(jié)夾套/蛇管蒸汽流量，一般可將其完全關(guān)閉，僅保留夾套下水閥開。d)冷卻階段：滅菌時間達到后，關(guān)閉所有與發(fā)酵罐直接相通的閥門，立即引入無菌空氣保壓，開攪拌、排氣閥，引入冷卻水冷卻。典型空氣除菌

18、的工藝流程：采氣-前置過濾器-空壓機-儲氣管-冷卻器-油水分離器-加熱器-總過濾器-分過濾器-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-104個m3，高度每上升10米，含菌數(shù)下降一個數(shù)量級，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) 前置過濾：在空氣機前要求安置前置過濾器，又叫過濾器其功能主要是除去大顆粒沙土、纖維等雜物，以防損傷空壓機。c) 空壓機：這是一個空氣驅(qū)動設(shè)備，需要的能耗很大，耗電量占發(fā)酵廠的1/31/4。d) 儲氣罐：帶有壓力表的空罐，體積一般都不大，主要功能是消除往復式空壓機產(chǎn)生的氣流脈沖。e) 冷卻器：空氣經(jīng)空壓機壓縮后溫度很

19、高，可達度，冷卻后才能通入發(fā)酵罐否則會燒焦過濾介質(zhì)，增加發(fā)酵罐的降溫負荷。f) 油水分離器：冷卻后的空氣溫度低于漏點后，即有水滴析出。此外，空壓機的油滴也需除去，否則會污染過濾介質(zhì)，影響濾菌效果。g) 加熱器：經(jīng)過分離器的空氣雖然沒有水滴，但相對濕度依然是100%，若在過濾過程中濕度降低，仍會打濕過濾介質(zhì)，故通過加溫使相對濕度降下來。h) 總過濾器：為過濾除菌的主要設(shè)備，傳統(tǒng)的過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濾介質(zhì)。過濾器的尺寸、過濾介質(zhì)的厚度需根據(jù)計算結(jié)果來確定。計算方法是根據(jù)對數(shù)穿透定律而確定的。i) 分過濾器：為了保險起見，在無菌空氣進罐之前還要進行一次過濾。該

20、過濾器的濾菌效果據(jù)說可以達到99.999%。經(jīng)上述處理的空氣的無菌度、溫度、濕度即可達到要求。分批滅菌、連續(xù)滅菌的時間(shjin)計算（K值已給）采用連續(xù)滅菌工藝，由于升溫和降溫時間(shjin)很短，可以忽略不記，所以滅菌時間實際上就是保溫時間。例如(lr)：采用一臺連續(xù)滅菌設(shè)備為50m3的發(fā)酵罐制備無菌培養(yǎng)基36 m3，培養(yǎng)基污染度為106個菌/ml，要求滅菌度Ns=10-3個/罐，滅菌溫度為398K，查圖得此時的反應速度常數(shù)K=11min-1，滅菌時培養(yǎng)液流量(v)為18m3/h，試求維持時間和維持罐的容積V。解：持時間和維持罐的容積V。N0=36106106=3.61013 t=2.

21、3031/klogNO/NS=2.3031/11log3.61013/10-3=3.47min V=Pt/(600.9)=(183.47)/(600.9)=1.157m3維持罐不易保證培養(yǎng)液先進先出，所以若采用該維持時間進行設(shè)計計算，則可能局部培養(yǎng)液滅菌不徹底，根據(jù)實踐經(jīng)驗采用維持時間為8min，則維持罐的容積為：V=Pt/(600.9)=(188)/(600.9)=2.66 m3常用的滅菌方法及其適應性如何常用的方法有化學滅菌，射線滅菌，干熱滅菌，濕熱滅菌，過濾除菌五種（1）化學滅菌 一些化學藥劑能使微生物中的蛋白質(zhì)、酶及核酸發(fā)生反應而具有殺菌作用。常用的化學藥劑有甲醛、氯(或次氯酸鈉)、高

22、錳酸鉀、環(huán)氧乙烷、季銨鹽(如新潔爾滅)、臭氧等。由于化學藥劑也會與培養(yǎng)基中的一些成分作用，而且加入培養(yǎng)基后不易去除，所以化學滅菌法不用于培養(yǎng)基的滅菌。但染菌后的培養(yǎng)基可以用化學藥劑處理。（2）射線滅菌 射線滅菌即利用紫外線、高能電磁波或放射性物質(zhì)產(chǎn)生的射線進行滅菌的方法。波長為(2.13.1)10-7m的紫外線有滅菌作用，最常用的是波長為2.53710-7m的紫外線。但紫外線的穿透力低，所以僅用于表面消毒和空氣的消毒。也可利用(0.061.4) 10-10m的X射線或由Co60產(chǎn)生的丁射線進行滅菌。近年來，微波滅菌設(shè)備的興起，為滅菌提供了新的選擇。（3）干熱滅菌 干熱滅菌常用的干熱條件為在16

23、0下保溫1 h：干熱滅菌不如濕熱滅菌有效，其Q10(即溫度升高10，滅菌常數(shù)增加的倍數(shù))為23，而濕熱滅菌對耐熱的芽孢可達810，對營養(yǎng)細胞則更高。一些要求保持干燥的實驗器具和材料(如培養(yǎng)皿、接種針、固定化細胞用的載體材料Celite等)可以用于熱滅菌，（4）濕熱滅菌 濕熱滅菌即利用飽和水蒸氣進行滅菌。由于蒸汽有很強的穿透力，而且在冷凝時放出大量冷凝熱，很容易使蛋白質(zhì)凝固而殺火各種微生物，同時，蒸汽的價格低廉，來源方便，滅菌效果可靠。所以培養(yǎng)基滅菌、發(fā)酵設(shè)備及管道的滅菌、實驗用器材的滅菌，普遍采用濕熱滅菌。通常的蒸汽滅菌條件是在121(表壓約0.1 MPa)維持30 min。（5）過濾除菌過濾

24、除菌即利用過濾方法截留微生物，達到除菌的目的。本方法只適用于澄清流體的除菌。工業(yè)上利用過濾方法大量制備無菌空氣，供好氧微生物的深層培養(yǎng)使用(shyng)，熱敏性培養(yǎng)基也采用過濾方法實現(xiàn)除菌處理。在產(chǎn)品提取過程中，也可利用無菌過濾方法處理料液，以獲得無菌產(chǎn)品。第五章單種法：一個種子灌接種(jizhng)一只發(fā)酵罐的接種方法。雙種法：用兩只種子(zhng zi)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)酵液給另一個發(fā)酵罐做種子的方法。如何判斷菌種的質(zhì)量。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)

25、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）；C) 培養(yǎng)基外觀、氣味（憑經(jīng)驗來看）；D) 產(chǎn)物含量（不能太高也不能太低，次級代謝產(chǎn)物較高說明一道發(fā)酵后期）、酶活力；E) 無雜菌第六章生長關(guān)聯(lián)型：產(chǎn)物生成與菌體生長之間有平行的準量關(guān)系。這樣的產(chǎn)品或為菌體本身或初級代謝產(chǎn)物。部分生長關(guān)聯(lián)型：菌體生長出現(xiàn)兩個高峰，第一個生長高峰與產(chǎn)物合成無平行的準量關(guān)系，第二個生長高峰與產(chǎn)物合成有平行的準量關(guān)系。非生長關(guān)聯(lián)型：細胞生長與產(chǎn)物合成無平行的準量關(guān)系，只與菌體的總量有關(guān)。大部分次級代謝產(chǎn)物屬于這一類。第六章（127）（一、生長關(guān)聯(lián)型、部分生長關(guān)聯(lián)型、非生長關(guān)聯(lián)型發(fā)酵1975年，Pirt根據(jù)

26、產(chǎn)物形成與菌體生長的關(guān)系，將微生物產(chǎn)物形成動力學分成3種類型：（1）生長關(guān)聯(lián)型(growth associated)產(chǎn)物生成與菌體生長之間有平行的準量關(guān)系。產(chǎn)物直接來源于產(chǎn)能的初級代謝（自身繁殖所必需的代謝），菌體生長與產(chǎn)物形成不分開。 這樣的產(chǎn)品或為菌體本身或初級代謝產(chǎn)物。如酵母、真菌菌絲、乙醇、乳酸、檸檬酸、一些酶制劑等。當然也有一些例外，尚有氯霉素、桿菌肽等次級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵也屬此類。（2）部分生長關(guān)聯(lián)型菌體生長出現(xiàn)兩個高峰，第一個生長高峰與產(chǎn)物合成無平行的準量關(guān)系，第二個生長高峰與產(chǎn)物合成有平行的準量關(guān)系。這類產(chǎn)品有丙酮丁醇、丙酸、延胡索酸、谷氨酸等。 （3）生長關(guān)聯(lián)型(non-gro

27、wth associated)細胞生長與產(chǎn)物合成無平行的準量關(guān)系，只與菌體的總量有關(guān)。產(chǎn)物的形成和初級代謝是分開的。大部分次級代謝產(chǎn)物屬于這一類。如多數(shù)抗生素、色素、毒素、超量分泌的維生素等。二、分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵（一）分批發(fā)酵(Batch fermentation)是指在一封閉培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)含有初始限制(xinzh)量的基質(zhì)的發(fā)酵方式。在這一過程中，除了氧氣、消泡劑及控制pH的酸或堿外，不再加入任何其它物質(zhì)。發(fā)酵過程中培養(yǎng)基成分減少，微生物得到繁殖。優(yōu)點：(1)操作簡單、操作引起染菌的概率低；(2)設(shè)備一次性投資低；(3)一般不會產(chǎn)生(chnshng)菌種老化和變異等問題。 缺點：

28、(1)產(chǎn)物濃度低、提取濃縮(nn su)比例大，耗能多；(2)非生產(chǎn)時間較長、設(shè)備利用率低。 發(fā)酵過程從移種后開始，一般分為四期（延滯期、對數(shù)期、穩(wěn)定期及衰亡期），也有分為六期（停滯期、加速期、對數(shù)期、減速期、靜止期和死亡期），一般發(fā)酵不允許進入衰亡期，如圖所示：分批發(fā)酵的分類對實踐的指導意義如果生產(chǎn)的產(chǎn)品是生長關(guān)聯(lián)型（如菌體與初級代謝產(chǎn)物），則宜采用有利于細胞生長的培養(yǎng)條件，延長與產(chǎn)物合成有關(guān)的對數(shù)生長期；如果產(chǎn)品是非生長關(guān)聯(lián)型（如次級代謝產(chǎn)物），則宜縮短對數(shù)生長期，并迅速獲得足夠量的菌體細胞后延長穩(wěn)定期，以提高產(chǎn)量。（二）補料分批發(fā)酵（ Fed-batch fermentation ）又稱

29、半連續(xù)發(fā)酵或流加分批發(fā)酵，是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵方式，但不取出發(fā)酵液（高密度發(fā)酵）。優(yōu)點：(1)使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度，節(jié)氣及攪拌；(2)和連續(xù)發(fā)酵比無菌條件要求較低；(3)與連續(xù)發(fā)酵比較少有菌種老化和變異等問題；(4)產(chǎn)物濃度高，濃縮比小，提取成本低。 缺點：(1)存在一定的非生產(chǎn)時間；(2)和分批發(fā)酵比，流加新鮮培養(yǎng)基增加了染菌的概率；(3)后期維持高供氧率會明顯增加發(fā)酵成本。（三）連續(xù)發(fā)酵（ Continuous fermentation ）是培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，并同時放出含有產(chǎn)品的相同體積發(fā)酵液，使發(fā)酵罐內(nèi)料液量維持恒定，微生物在近似恒定狀

30、態(tài)（恒定的基質(zhì)濃度、恒定的產(chǎn)物濃度、恒定的pH、恒定菌體濃度、恒定的比生長速率）下生長的發(fā)酵方式。優(yōu)點：(1)能維持低基質(zhì)濃度(nngd)；(2)可以提高設(shè)備利用率和單位時間的產(chǎn)量；(3)便于自動控制。缺點：(1)菌種發(fā)生變異的可能性較大；(2)要求嚴格的無菌條件(tiojin)；(3)發(fā)酵液中產(chǎn)物濃度低，濃縮比大。三、溶氧不足如何(rh)處理溶氧濃度對發(fā)酵的影響：（兩方面）1、厭氧發(fā)酵 溶氧濃度0，有害；以無機或有機氧化物作為呼吸鏈的電子最終受體。2、好氧發(fā)酵 一定的溶氧濃度是必需的；以氧氣作為呼吸鏈的電子最終受體。在發(fā)酵生產(chǎn)中，絕大多數(shù)產(chǎn)品是通過好氧發(fā)酵進行的，而且通常使用的菌種多數(shù)是異養(yǎng)

31、好氧菌,即以有機物為發(fā)酵基質(zhì)、以空氣作氧源。因此通氣供氧就成為發(fā)酵生產(chǎn)的一個重要問題。當dc/dt0,供小于需時，采取以下措施：（兩方面）供氧方面：A提高罐壓（提高罐壓雖能增加C*,但同時會增加二氧化碳的溶解度,影響pH，可能會影響菌的代謝）；B增加通氣量（即增加通氣速率）；C通入純氧；D增加攪拌功率（改善罐內(nèi)液體的混合和循環(huán)）；需氧方面：A降低培養(yǎng)溫度（使C*增加，提高了C*- CL，即供氧方程的推動力）；B補水稀釋培養(yǎng)液（控制菌體量，使發(fā)酵液中有較高的氧濃度）。（適合應急情況）發(fā)酵過程中，一旦溶氧電極探測到發(fā)酵液中的溶氧低于設(shè)定值，一般會采用報警的形式提醒操作人員注意并采取上述一種或幾種措

32、施，如果為自動控制，一般上位機會自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保證發(fā)酵液中溶氧的正常水平。發(fā)酵過程中溶氧經(jīng)常會成為限制性因素，因此，需要操作人員隨時注意溶氧是否正常。四、發(fā)酵過程中如何維持pH的穩(wěn)定發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的pH值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動的綜合指標，是一項重要的發(fā)酵參數(shù)。它對菌體的生長和產(chǎn)品的積累有很大的影響。因此，必須掌握發(fā)酵過程中pH的變化規(guī)律，及時監(jiān)測并加以控制，使它處于最佳的狀態(tài)。盡管多數(shù)微生物能在34個pH單位的pH范圍內(nèi)生長，但是在發(fā)酵工藝中，為了達到高生長速率和最佳產(chǎn)物形成，必須使pH在很窄的范圍內(nèi)保持恒定。pH對發(fā)酵過程的影響：(1)微生物生長和產(chǎn)物合成的最適pH大多數(shù)細菌 6

33、.3-7.5；霉菌和酵母菌 3-6；放線菌 7-8；微生物生長階段和產(chǎn)物合成階段的最適pH一般不同，這不僅與菌種的特性有關(guān)，也取決于產(chǎn)物的化學性質(zhì)。(2)發(fā)酵(f jio)過程中pH的變化規(guī)律生長(shngzhng)階段 pH上升或下降； 生產(chǎn)(shngchn)階段 pH比較平穩(wěn)； 自溶階段 pH上升。pH的影響主要是影響酶的活性和膜的透性。引起各種酶活力改變，影響菌對基質(zhì)的利用速度和細胞結(jié)構(gòu)，以致影響菌體生長和產(chǎn)物合成。影響菌體細胞膜電荷狀況，引起膜的滲透性的變化，從而影響菌對營養(yǎng)的吸收和代謝產(chǎn)物的形成。最適pH的選擇原則：有利于菌體生長和產(chǎn)物的合成，以獲得較高的產(chǎn)量。一般根據(jù)實驗結(jié)果確定。

34、最適pH與菌株，培養(yǎng)基組成，發(fā)酵工藝有關(guān)。應按發(fā)酵過程的不同階段分別控制不同的pH范圍。例如，生產(chǎn)PHAs或細菌多糖時，往往需要在生產(chǎn)后期選擇不大適合菌體生長的pH值，使菌體減少利用葡萄糖形成菌體而轉(zhuǎn)向合成碳源儲備物，試驗證明，在細胞生長期采用最適pH7,而產(chǎn)物形成階段采用pH7.5，可使PHAs和細菌多糖積累量明顯增加。pH的控制A 在基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中考慮到pH的緩沖能力；如：考慮生理酸性鹽與生理堿性鹽的搭配使用；使用磷酸或其他緩沖對；加入長效調(diào)節(jié)劑如碳酸鈣等；B 通過補料調(diào)pH，如加糖、硫酸銨，可使pH下降；加尿素、氨水可使pH上升。C 加酸堿調(diào)節(jié)pH。五、泡沫如何控制(1)預防泡沫的形成

35、A選擇不產(chǎn)泡沫的培養(yǎng)基成分；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機械消沫：釘、耙、離心式消沫器；B消沫劑消沫）六、如何判斷發(fā)酵終點根據(jù)不同的發(fā)酵目的和如何獲得最佳經(jīng)濟效益來確定，具體的指標有菌絲形態(tài)，產(chǎn)物濃度，濾速，PH值，培養(yǎng)基外觀，粘度等，發(fā)酵終點要綜合這些因素考慮。產(chǎn)物濃度為首要考慮，需要進行實時化驗菌形及菌體形態(tài)，通過鏡檢防止菌體自溶，菌體自溶前的跡象：氨基氮升高，PH升高，菌絲碎片增多，粘度增大，過濾速度降低。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，作為參考，PH值一般到終點時PH一般上升即變酸作為參考。七、如何根據(jù)雜菌的類型判斷可

36、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（只能檢出細菌雜菌）。（2）染菌原因的分析(a)種子帶菌（可追溯）；(b)培養(yǎng)基滅菌不徹底（芽孢桿菌）；(c)空氣系統(tǒng)帶菌（球菌）；(d)泡沫冒頂（有跡可循）；(e)夾套及蛇管穿孔（加壓檢測）；(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（偏離雜菌最適生長條件）；后期（放罐）。八、污染噬菌體如何(rh)判斷處理？（1）污染噬菌體的發(fā)現(xiàn)(fxin)和檢查：(a)發(fā)酵液變稀；(b)出現(xiàn)(chxin)噬菌斑；(c)電鏡發(fā)

37、現(xiàn)噬菌體。（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。第八章凝聚：是在中性鹽作用下，由于雙電層排斥電位的降低，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。絮凝：在某些高分子絮凝劑存在下，基于架橋作用，使膠粒形成粗大的絮凝團的過程，是一種以物理的集合為主的過程。如何提高過濾速度。 1.選擇適宜的預處理方法對發(fā)酵液進行預處理。2.加入助濾劑，助濾劑是一種不可壓縮的多孔微粒，它能使濾餅疏松（除過濾初期外，真正起過濾作用的是濾餅），濾速增大。助濾劑加入有兩種方法，一種是在濾布上預先鋪一層助濾劑（1-2mm），另一種是直接加入發(fā)酵液中。前者會

38、使濾速降低，但濾液透明度很快增加。后者則應注意助濾劑的用量，經(jīng)驗值為助濾劑量與懸浮液中固體含量相同時，濾速最快。3.加入一些反應劑，它們相互作用，或和某些溶解性鹽類發(fā)生反應生成不溶解的沉淀（GaSO4，AlPO4等）。生成的沉淀能防止菌絲體粘結(jié)，使菌絲具有塊狀結(jié)構(gòu)，沉淀本身也可以作為助濾劑，并且還能使膠狀物和懸浮物（大多為蛋白）凝固。4.加入酶制劑，分解粘性多糖等物質(zhì)。第十章影響超濾的因素有哪些，如何提高超濾速度因素：膜兩側(cè)的壓力差，膜面流速，料液粘度，溫度，溶質(zhì)的擴散系數(shù)和料液濃度。方法：流速增大，溫度升高，料液濃度降低，錯流操作。工業(yè)上常用的膜過程有哪些，各自的適用性如何透析是以膜兩側(cè)的濃

39、度差為傳質(zhì)推動力，從溶液中分離出小分子物質(zhì)的過程。在生物分離中主要用于蛋白質(zhì)的脫鹽。反滲透：在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中的水透過膜，而所有溶液中大分子、小分子有機物級無機鹽全部被截留??；壓力差通常為0.1 MPa用于海水淡化，藥物濃縮，純水制造。微濾和超濾都是利用膜的篩分性質(zhì)，以壓差為傳質(zhì)推動力，主要用于截留固體微粒和高分子溶質(zhì)。微濾廣泛用于細胞、菌體等的分離和濃縮，操作壓力通常為0.05-0.5 MPa。截留直徑為0.0510 m大小粒子，如懸浮物質(zhì)（硅石、細菌等）。超濾適用于1-50 nm的生物大分子的分離，如蛋白質(zhì)、病毒等。操作壓力常為0.1-1.0 MPa。電滲析：電滲析是

40、利用分子的荷電性質(zhì)和分子大小的差別進行分離的膜分離法，可用于小分子電解質(zhì)的分離和溶液的脫鹽。第十一章一、影響離子交換速度的因素有哪些，這些因素是如何影響的？（1）顆粒(kl)大?。侯w粒減小無論對內(nèi)部擴散控制或外部擴散控制的場合，都有利于交換速度的提高；交聯(lián)度：交聯(lián)度越低樹脂越易膨脹，在樹脂內(nèi)部擴散就越容易。所以當內(nèi)擴散控制時，降低樹脂交聯(lián)度，能提高(t go)交換速度；溫度：隨著溫度的升高離子(lz)交速度提高；離子的化合價：離子的化合價越高，離子與樹脂骨架之間的庫倫引力越大，因此擴散速度就愈??；離子的大?。盒‰x子與樹脂骨架的碰撞較少，交換速度比較快；攪拌速度：當液膜控制時，一定范圍內(nèi)增加攪拌

41、速度會使交換速度增加；溶液濃度：當C0.001molL時一般為外擴散控制；當0.001molLC0.01molL時，濃度再增加，交換速度就增加得較慢當濃度再繼續(xù)增加，交換速度達到極限值后就不再增大，此時已轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)擴散控制。二、以鏈霉素提取為例，簡述離子交換操作過程吸附：適當稀釋中性吸附濾液，用鈉型弱酸型樹脂吸附；漂洗：用碳酸溶液在加壓下進行漂洗樹脂；洗脫：用0.1molL-1molL酸梯度鹽酸自鈉型弱酸型樹脂上洗脫鏈霉素；洗脫后樹脂為氫型，再轉(zhuǎn)型為鈉型可繼續(xù)提取。第十二章一、如何選擇合適的萃取溶劑溶劑對產(chǎn)物有較大的溶解度，還要有良好的選擇性。（1）要選擇分配系數(shù)大的溶劑；（2）利用相似相容的特

42、性（即介電常數(shù)相近的相容），選擇對欲提溶質(zhì)選擇性溶解的萃取溶劑；（3）要最大限度的分離欲提溶質(zhì)和雜質(zhì)，則是分離因素（）越大越好；（4）要得到好的分離效果，不僅要求分離因素高，還要求原溶劑（料液）和溶劑（萃取劑）互溶性小，最好為互不相容；（5）原溶劑（料液）和溶劑（萃取劑）互溶性小，最好為互不相容；（6）不產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，若溶劑與料液混合后形成浮濁液就給兩種溶劑的分離造成極大的困難。（7）溶劑的毒性要低，溶劑可分為低毒性（如乙醇、丙醇、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等）；中等毒性（如甲苯、環(huán)己烷、甲醇等）；強毒性（如：苯、氯仿、四氯化碳等）。（8）防火防爆，閃點高，安全性好；（9）價廉易得，生

43、化工程中常用的有乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁醇等。二、常見的超臨界萃取工藝原理超臨界萃取的典型過程是由萃取階段和分離階段組合而成。在萃取階段，超臨界流體將所需組分從原料中提取出來。在分離階段，通過變化某個參數(shù)或其他方法，使萃取組分從超臨界流體中分離出來，并使萃取劑循環(huán)使用。根據(jù)分離方法的不同，可以把超臨界萃取的典型過程分為三類：等溫法、等壓法和吸附吸收法。（1）等溫法：通過變化壓力而使萃取組分從超臨界流體中分離出來；（2）等壓法：利用溫度的變化來實現(xiàn)溶質(zhì)與萃取劑的分離；（3）吸附法：采用可吸附溶質(zhì)而不吸附萃取劑的吸附劑使兩者分離。第十三柱色層分離的裝置(zhungzh)及其操作吸附色層分離法、分配(fnpi)色層分離法和凝膠色層分離法都可以在柱中進行，它們的實驗裝置和操作要點也