發(fā)酵工程重點

考試題型：1、名詞解釋（5個3分）2、填空（20空20分）3、選擇（10個2分）4、簡答（4個5分）5、25分第一章發(fā)酵工程的概述、發(fā)酵工程的概念：發(fā)酵工程是利用微生物特定性狀和功能，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系，是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代的DNA重組、細胞融合、分子修飾和改造等新技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來的發(fā)酵技術(shù)。也可以說是滲透有工程學的微生物學，是發(fā)酵技術(shù)工程化的發(fā)展。由于主要利用的是微生物發(fā)酵過程來生產(chǎn)產(chǎn)品，因此也可稱為微生物工程。2、微生物工業(yè)發(fā)酵的基本過程P23、發(fā)酵工程技術(shù)的特點：（1）發(fā)酵工程主體微生物的特點：微生物種類多、繁殖速度快、代謝能力強，容易通過人工誘變獲得有益的突變株；微生物酶的種類很多，能催化各種生物化學反應(yīng)；3微生物能夠利用有機物、無機物等各種營養(yǎng)源；可以用簡易的設(shè)備來生產(chǎn)多種多樣的產(chǎn)品；5..不受氣候、季節(jié)等自然條件的限制（2）發(fā)酵工程技術(shù)的特點P2（3）發(fā)酵工程反應(yīng)過程的特點：P34、近代發(fā)酵工程全面發(fā)展時期是指20世紀40年代初到20世紀70年代末標志：青霉素工業(yè)的迅速發(fā)展5、現(xiàn)代發(fā)酵工程時期：是指利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)即DNA重組技術(shù)所獲得的“工程菌”、細胞融合所得的’雜交”細胞以及動植物細胞或固定化活細胞等，使發(fā)酵工業(yè)范疇突破了利用天然微生物的傳統(tǒng)發(fā)酵，逐步建立起新型的發(fā)酵體系，生產(chǎn)天然微生物或人體及其他動植物所不能生產(chǎn)或產(chǎn)量很少的特殊產(chǎn)物。6、工業(yè)發(fā)酵方式：1）根據(jù)微生物需氧或不需氧分：好氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵2）根據(jù)培養(yǎng)基是固態(tài)或液態(tài)分：液態(tài)發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵3）根據(jù)培養(yǎng)基是間歇或是連續(xù)進行：分批發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵7、微生物常見的液態(tài)發(fā)酵方式：四種（1）試管液體培養(yǎng)（2）淺層液體培養(yǎng)（3）搖瓶培養(yǎng)（4）臺式發(fā)酵罐試管液態(tài)培養(yǎng)：次法的通氣效果一般較差。僅適用于培養(yǎng)兼性好氧菌，以及進行微生物的各種生理生化實驗。淺層液態(tài)培養(yǎng)：在三角燒瓶中裝入淺層培養(yǎng)液，其通氣量與裝液量、棉塞通氣程度密切相關(guān)。通氣量對微生物的生長速度和生長量有很大的關(guān)系，該方法一般也僅適用于兼性厭氧菌搖瓶培養(yǎng)：將裝有液體培養(yǎng)基的三角瓶（搖瓶，上蓋8~12層紗布或用疏松的棉塞塞住以阻止空氣中的雜菌或雜質(zhì)進入瓶內(nèi)，而空氣可以通過紗布或棉塞供微生物呼吸之用。為使菌體獲得充足的氧，一般裝液量為三角瓶的10%以下，如250mL三角瓶可裝10?20mL培養(yǎng)液。有時，為了提高攪拌效果，增加通氣量，也可在三角瓶內(nèi)設(shè)置擋板或添加玻璃珠等。將搖瓶放在搖瓶機上以一定的速度保溫震蕩培養(yǎng)，搖床有旋轉(zhuǎn)式和往復式兩類。搖瓶培養(yǎng)不僅操作簡便，而且可以將多個搖瓶同時在相同的溫度和震蕩速度條件下進行培養(yǎng)實驗，此外，還可以采用適當?shù)膫鞲衅鞅O(jiān)測微生物生長過程中的各種變化。搖瓶培養(yǎng)在實驗室中廣泛的應(yīng)用于微生物的生理生化實驗、發(fā)酵和菌種篩選等，也常用于發(fā)酵工業(yè)中用于種子培養(yǎng)。臺式發(fā)酵罐：實驗室用的發(fā)酵體積一般為幾升到幾十升。常規(guī)發(fā)酵罐的種類很多，一般都有很多自動控制和記錄裝置，如配置有PH、溶解氧、溫度和泡沫檢測電極，有加熱或者冷卻裝置，大多數(shù)由計算機控制。它是實驗室模擬生產(chǎn)實踐的主要實驗工具。8、工業(yè)生產(chǎn)中常見的液體發(fā)酵方式：P27（1）淺盤培養(yǎng)（2）發(fā)酵深層培養(yǎng)液體培養(yǎng)生產(chǎn)效率高，適于機械化和自動化，所以它是當前微生物發(fā)酵工業(yè)的主要生產(chǎn)方式。液體培養(yǎng)有靜置培養(yǎng)和通氣培養(yǎng)兩種類型：靜置培養(yǎng)分批適于厭氧菌的發(fā)酵，如酒、丙醇-丁醇、乳酸等發(fā)酵；通氣發(fā)酵適于好氧菌發(fā)酵，如氨基酸、抗生素、核苷酸等發(fā)酵。9、發(fā)酵的定義：分批發(fā)酵又稱分批培養(yǎng)。所謂分批發(fā)酵是指將所有的物料（除空氣、消沫劑、調(diào)節(jié)PH的酸堿物外）一次加入發(fā)酵罐，然后滅菌、接種、培養(yǎng)，最后將整個罐的內(nèi)容物放出，進行產(chǎn)物回收。清罐結(jié)束后，重新開始新的裝料發(fā)酵的發(fā)酵方式。10、補料分批發(fā)酵的定義：補料分批發(fā)酵是指在分批發(fā)酵過程中，由于到了中后期，養(yǎng)料代謝快要消耗完畢，菌體逐漸走向衰老自溶，代謝產(chǎn)物不能繼續(xù)分泌。這時，為了延長中期的代謝活動，維持較高的發(fā)酵產(chǎn)物增長幅度，需要給連續(xù)發(fā)酵間歇或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵方式。又稱半連續(xù)培養(yǎng)或半連續(xù)發(fā)酵，是介于分批發(fā)酵過程與連續(xù)發(fā)酵過程的一種過渡方式。11、連續(xù)發(fā)酵的定義：連續(xù)發(fā)酵是指以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)液，同時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)液的量維持穩(wěn)定，使微生物細胞能在近似恒定狀態(tài)下生長的微生物發(fā)酵培養(yǎng)方式。（連續(xù)發(fā)酵又稱連續(xù)培養(yǎng)。）第二章微生物菌種的選育1、工業(yè)微生物常見的微生物種類：細菌、酵母菌、酶菌、放線菌。（連線題）細菌：枯草芽抱桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、乳酸桿菌、梭狀芽抱桿菌、大腸桿菌、假單胞菌、乳酸菌、棒桿菌、短桿菌等酵母菌：釀酒酵母、異常漢遜氏酵母異常變種（屬漢遜氏酵母屬）、假絲酵母屬、畢赤氏酵母屬、裂殖酵母屬等酶菌：曲霉屬、青霉屬、根霉屬、毛霉屬。工業(yè)上常用的霉菌，有子囊菌綱的紅曲霉、藻類菌綱的毛霉、根霉和犁頭霉，以及半只菌綱的曲霉及青霉等。放線菌：抗生素、鏈霉菌屬擔子菌：藻類：2、工業(yè)微生物的來源：工業(yè)微生物的來源總的來說可以從以下幾個途徑進行收集和篩選：（1）向菌種保藏機構(gòu)索取有關(guān)的菌株，從中篩選所需菌株。有些大型的發(fā)酵工廠也有其菌種保藏室。（2）從自然界中采集樣品，如土壤、水、動植物體等，從中分離篩選。有時為了獲取合適的微生物，必須去特定的生態(tài)環(huán)境中進行分離。（3）從一些發(fā)酵制品中分離目的菌株，如從醬油中分離蛋白酶產(chǎn)生菌，從酒中分離淀粉酶或糖化酶的酶的產(chǎn)生菌等。3、（微生物菌種的選擇性分離：工業(yè)微生物產(chǎn)生菌的篩選一般包括兩大部分：一是從自然界中分離所需的菌株二是把分離到的野生菌種進一步純化并進行代謝產(chǎn)物菌種的分離和篩選一般可分為采樣、富集、分離、目的菌的篩選等幾個步驟。）（一）微生物樣品的采集：土壤樣品的含菌量最多。原因：1）2）3）4）采樣方法用取樣鏟，將表層5cm左右的浮土除去，取5'~25cm處的土樣10~25g，裝入事先準備好的塑料袋扎好。北方干燥，可在10~30cm處取樣。根據(jù)生物生理特點取樣。每種微生物對碳、氮源的需求不一樣，分布也有差異。根據(jù)微生物營養(yǎng)類型研究表明，微生物的營養(yǎng)需求和代謝類型與其生長環(huán)境有著很大的相關(guān)性。（二）微生物樣品的富集培養(yǎng)（3種方法）1）控制培養(yǎng)基的成分2）控制培養(yǎng)條件3）一直不需要的菌類4、目的菌的篩選1）涂布法2）影印平板法5、誘變育種的定義：是利用物理或化學誘變劑處理均勻分散的微生物細胞群，促使其突變率大幅度的提高，然后采用簡便、快速和高效的篩選方法，從中挑取符合育種目標的突變株用于生產(chǎn)和研究。6、原生質(zhì)體融合的定義：原生質(zhì)體是通過融合的方法，使遺傳性狀不同的兩個細胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并產(chǎn)生重組子的過程，亦可稱為“細胞融合”。7、菌種退化的定義：通常是指在較長時期的船代保藏后，菌株的一個或多個生理性狀和形態(tài)特征逐漸減退或消失的現(xiàn)象。常見的菌種衰退在形態(tài)上表現(xiàn)為分生抱子的減少或菌落顏色的改變。在生理上常指菌種發(fā)酵力的降低，或抗噬菌體能力降低。對通過誘變育種而獲得的高產(chǎn)變異株則常表現(xiàn)出恢復野生型性狀等。8、引起菌種退化的原因：1）基因突變2）連續(xù)傳代（直接原因）3）其他因素（溫度、濕度、培養(yǎng)基成分以及各培養(yǎng)基的條件）9、種子擴大培養(yǎng)：是指將保存在沙土管、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，再經(jīng)過扁平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)量的純種過程。發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)過程中的種子必須滿足以下條件：1）菌種細胞的生長活力強，移種至發(fā)酵罐中后能迅速生長，遲緩期短。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)能力影響種子質(zhì)量的因素及控制生產(chǎn)過程中影響種子質(zhì)量通常有：抱子質(zhì)量、培養(yǎng)基、培養(yǎng)基、培養(yǎng)條件、種齡、接種量。徑美苴一培養(yǎng)基：1）2）3）4）5）培養(yǎng)條件：1）溫度2）通氣量種齡：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)酵罐時培養(yǎng)時間。接種量：第四章、發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理1、碳源營養(yǎng)：根據(jù)碳源的來源不同，分為有機碳源、無機碳源。1）葡糖糖2）其他糖類3）蜜糖4）酯類5）烴類2、前體物質(zhì)的定義：前體是指添加到培養(yǎng)基中的物質(zhì)，他們并不促進微生物生長，但能直接通過微生物的生長合成過程結(jié)合到產(chǎn)物分子上去，自身結(jié)構(gòu)基本不變，而產(chǎn)物的量卻有較大的提高。前體可以看作是產(chǎn)物生物合成反應(yīng)的一種底物，也可以外源人為添加。3、工業(yè)發(fā)酵中營養(yǎng)基質(zhì)的種類：1）不同原料純度的培養(yǎng)基：按照預(yù)料化學純度的不同可以將發(fā)酵培養(yǎng)基成分分為天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基三種。2）物理狀態(tài)不同的培養(yǎng)基：固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基3）工業(yè)發(fā)酵中用途不同的培養(yǎng)基：4）a實驗室常用培養(yǎng)基：（1）選擇性培養(yǎng)基（2）鑒別培養(yǎng)基b發(fā)酵生產(chǎn)中常用的培養(yǎng)基：（1）抱子培養(yǎng)基（2）種子培養(yǎng)基（3）發(fā)酵培養(yǎng)基第五章發(fā)酵工程的滅菌與空氣除菌1、滅菌:是指采用化學或物理的方法殺滅或去除物料及設(shè)備中一切有生命的有機體的過程，對微生物而言不分雜菌或非雜菌、病原微生物或非病原微生物。2、工業(yè)中常用的滅菌方法有化學滅菌、射線滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌和過濾介質(zhì)除菌，大量培養(yǎng)液的滅菌一般應(yīng)用濕熱滅菌，空氣中的除菌大多采用介質(zhì)過濾除菌1）化學滅菌：化學滅菌是指用化學藥品直接作用于微生物而將其殺死的方法。應(yīng)用于：生產(chǎn)車間環(huán)境、無菌室空間、接種操作前小型器具及雙手的消毒2）射線滅菌：是指利用紫外線、高能電磁波或放射性物質(zhì)產(chǎn)生的r射線進行滅菌的方法應(yīng)用：接種室、超凈工作臺、無菌培養(yǎng)室及物質(zhì)表面的滅菌3）干熱滅菌：最簡單的干熱滅菌方法是將金屬或其他耐熱材料在火焰上灼燒，稱為灼燒滅菌法。滅菌迅速測底，但使用范圍有限，多在接種操作時使用。應(yīng)用：空的玻璃器皿、金屬器材、其他耐高溫的物品4）濕熱滅菌：是利用飽和蒸汽進行滅菌。條件：12120?30min應(yīng)用：培養(yǎng)基、發(fā)酵設(shè)備、附屬設(shè)備、管道、實驗器材3、分批滅菌的定義：分批滅菌又稱間歇滅菌，就是將配置好的培養(yǎng)基全部輸入到發(fā)酵罐內(nèi)或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備加熱至滅菌溫度后維持一定的時間，再冷卻到接種溫度，這一工藝過程也稱實罐滅菌。4、連續(xù)滅菌：是指將培養(yǎng)基通過專門設(shè)計的滅菌器，進行連續(xù)流動滅菌后，進入預(yù)先滅菌的發(fā)酵罐中的滅菌方式，也稱之為連消。連續(xù)滅菌時，培養(yǎng)基可在短時間內(nèi)加熱到保溫溫度，并且能很好的冷卻，保溫時間很短，有利于減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的破壞。5、無菌空氣：“無菌空氣”，是指通過除菌處理使空氣中的含菌量降低到零或極低，從而使污染的可能性降至極小。一般按染菌率10-3來計算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許一次染菌。6、空氣預(yù)處理：空氣預(yù)處理主要圍繞兩個目的來進行1）一是提高壓縮空氣的潔凈程度，降低空氣過濾器的負荷2）二是除去壓縮后空氣中所帶的油水，以合適的空氣濕度和溫度進入空氣過濾器7、介質(zhì)過濾除菌的材料過濾介質(zhì)是過濾除菌的關(guān)鍵1）棉花2）玻璃纖維3）活性炭4）超細玻璃纖維紙5）燒結(jié)材料過濾介質(zhì)6）新型過濾介質(zhì)第六章發(fā)酵條件及過程控制1、PH的影響和控制1）使微生物細胞原生質(zhì)膜的電荷發(fā)生改變2）直接影響酶的活性3）直接影響代謝過程2、發(fā)酵過程中PH的控制1）添加碳酸鈣法2）氨水流加法3）尿素流加法4）通過補料控制PH3、臨界氧溶度：微生物的好氧速率受發(fā)酵液中氧的濃度的影響，各種微生物對發(fā)酵液中溶氧濃度有一個最低要求，這一溶氧溶度叫做?4、提高溶解氧的措施：1）攪拌是提高溶氧的重要措施2）在培養(yǎng)基方面3）改善發(fā)酵液的黏度能有效地提高傳質(zhì)，尤其是指溶氧攪拌轉(zhuǎn)速（最好）空氣流量罐壓5、化學消泡：化學消泡是一種使用化學消泡劑的消泡法，也是目前應(yīng)用最廣泛的一種消泡劑方法。其優(yōu)點是化學消泡劑來源廣泛，消泡效果好，作用迅速可靠，尤其是合成消泡劑效率高，用量少，安裝測試裝置后容易實現(xiàn)自動控制等。6、機械消泡：機械消泡是一種物理作用，靠機械強烈振動、壓力的變化，促使氣泡破裂，或借機械力將排出氣體中的液體加以分離和回收。7、正交實驗設(shè)計（重點）第七章發(fā)酵染菌及防治1、種子培養(yǎng)異常（種子培養(yǎng)異常表現(xiàn)為培養(yǎng)的種子質(zhì)量不合格，這會給發(fā)酵帶來很大的影響。然而種子培養(yǎng)的時間相對較短，可供分析的數(shù)據(jù)也較少，因此培養(yǎng)異常的原因較難確定，但是種子培養(yǎng)的異?？梢酝ㄟ^培養(yǎng)液理化因子的變化加以確認。1）菌體生長緩慢。原因：（1）種子自身的原因，菌種使用時間過長、傳代頻繁、菌體老化及接種量少（2）培養(yǎng)基的原因，批次間原料成分的波動較大、種子培養(yǎng)基營養(yǎng)缺乏（3）操作過程中的原因，培養(yǎng)基滅菌不徹底、供養(yǎng)不足、溶氧不足、溫度波動大、酸堿度調(diào)節(jié)不當2）菌絲結(jié)團。有些絲狀菌在培養(yǎng)過程中容易形成菌絲團，菌絲團中央緊密，造成了傳質(zhì)、傳氣的阻力大，內(nèi)部的菌體生長非常緩慢，菌體只在團塊的表面生長。影響菌絲結(jié)團的因素有很多，如通氣不足、溶氧條件差、攪拌的剪切力過大、培養(yǎng)基質(zhì)量下降、種子冷凍時間長、泡沫多、培養(yǎng)液黏度低等原因3）代謝不正常。糖、氨基酸等的變化不正常，菌體濃度和代謝產(chǎn)物不正常。造成代謝產(chǎn)物不正常的原因很復雜，包括培養(yǎng)物與培養(yǎng)基不相匹配、培養(yǎng)環(huán)境差、接種量小、雜菌污染等。2、發(fā)酵異常1）菌體生長差。2）PH異常。3）溶解氧水平異常。4）泡沫過多。5）菌體濃度過高或過低。3、青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝青霉素是人類第一個實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的抗生素，也是目前生產(chǎn)量最大、用途最廣的抗生素。青霉素常用的菌種：產(chǎn)黃青霉點青霉4、谷氨酸（味精）發(fā)酵生產(chǎn)工藝利用淀粉水解糖為原料通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，是最成熟、最典型的工藝。5檸檬酸