生物工藝原理-生物工藝操作模式與工藝控制

生物工藝原理—生物工藝操作模式與工藝控制1、微生物群體是一個(gè)非均勻體系2、單個(gè)微生物細(xì)胞無(wú)菌條件下形成的群體為純培養(yǎng)3、微生物培養(yǎng)方式分為：（1）連續(xù)培養(yǎng)：發(fā)酵過(guò)程中一邊補(bǔ)入新鮮的料液，一邊以相近的流速放料，維持發(fā)酵液原來(lái)的體積。（2）分批培養(yǎng)：屬于間歇的培養(yǎng)方法，生物反應(yīng)器中培養(yǎng)基滅菌、接種后，除了無(wú)菌空氣、消泡劑（好氧過(guò)程）和酸堿（維持適當(dāng)?shù)膒H），在培養(yǎng)過(guò)程中，不再加入其它物料。在此簡(jiǎn)單系統(tǒng)內(nèi)所有液體的流量等于零。反應(yīng)結(jié)束，將培養(yǎng)液全部放出，進(jìn)行后處理（3）半連續(xù)培養(yǎng)：在補(bǔ)料—分批發(fā)酵的基礎(chǔ)上加上間歇放掉部分發(fā)酵液（行業(yè)中稱為帶放）。帶放是指放掉的發(fā)酵液和其他正常的放罐的發(fā)酵液一起送去提煉工段。4、與分批發(fā)酵比較，連續(xù)發(fā)酵過(guò)程具有許多優(yōu)點(diǎn)：在連續(xù)發(fā)酵達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其非生產(chǎn)占用的時(shí)間要少許多，故其設(shè)備利用率高，操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定，對(duì)發(fā)酵設(shè)備以外的外圍設(shè)備的利用率高，可以及時(shí)排除在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的對(duì)發(fā)酵過(guò)程有害的物質(zhì)。但連續(xù)發(fā)酵技術(shù)也存在一些問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間向發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)提供無(wú)菌新鮮空氣和培養(yǎng)基，增加了染菌機(jī)會(huì)。生產(chǎn)菌種的突變。5、分批發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，周期短，染菌機(jī)會(huì)減少和生產(chǎn)過(guò)程，產(chǎn)品質(zhì)量易掌握。但分批培養(yǎng)不適用于測(cè)定其過(guò)程動(dòng)力學(xué)，因使用復(fù)合培養(yǎng)基，不能簡(jiǎn)單的運(yùn)用Monod方程來(lái)描述生長(zhǎng)，存在基質(zhì)抑制問(wèn)題，出現(xiàn)二次生長(zhǎng)現(xiàn)象。6、半連續(xù)發(fā)酵優(yōu)勢(shì)：考慮到補(bǔ)料—分批培養(yǎng)雖可通過(guò)補(bǔ)料補(bǔ)充養(yǎng)分或前體的不足，但由于有害代謝物的不斷積累，產(chǎn)物合成最終難免受到阻遏。放掉部分發(fā)酵液，再補(bǔ)入適當(dāng)料液不僅補(bǔ)充了養(yǎng)分和前體，而且代謝有害物被稀釋，有利于產(chǎn)物繼續(xù)合成。半連續(xù)發(fā)酵的不足：放掉發(fā)酵液的同時(shí)也丟失了未利用的養(yǎng)分和處于生產(chǎn)旺盛期的菌體；定期補(bǔ)充和帶放使得發(fā)酵液稀釋，送去提煉的發(fā)酵液體積更大；發(fā)酵液被稀釋后可能產(chǎn)生更多的代謝有害物，最終限制發(fā)酵產(chǎn)物的合成；一些經(jīng)代謝產(chǎn)生的前體可能丟失；有利于非生產(chǎn)菌突變株的生長(zhǎng)。7、分批培養(yǎng)中細(xì)胞生長(zhǎng)階段(生長(zhǎng)曲線)延遲期、指數(shù)生長(zhǎng)期、減速期、靜止期、衰亡期8、比生長(zhǎng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)群體數(shù)量增加倍數(shù)的自然對(duì)數(shù)。確切、費(fèi)解、不便應(yīng)用。9、碳源生長(zhǎng)得率（YX／S）：每消耗1克底物所生成的細(xì)胞干重的克數(shù)（g/g）或每消耗1mol底物所產(chǎn)生的細(xì)胞干重（g/mol）。10、氧生長(zhǎng)得率（YX／O）：消耗每mol氧產(chǎn)生的細(xì)胞克數(shù)。11、產(chǎn)物關(guān)于碳源的得率系數(shù)：12、產(chǎn)物關(guān)于細(xì)胞的得率系數(shù)：13、二氧化碳關(guān)于碳源的得率系數(shù)：14、分解代謝的生長(zhǎng)得率（YX／C）：15、單耗：產(chǎn)物關(guān)于各種原料的得率系數(shù)的倒數(shù)。16、Monod方程：μ=μmax:最大比生長(zhǎng)速度μ：菌體的生長(zhǎng)比速S：限制性基質(zhì)濃度Ks：半飽和常數(shù)μmax:最大比生長(zhǎng)速度17、單一限制性基質(zhì)：就是指在培養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)物中，對(duì)微生物的生長(zhǎng)起到限制作用的營(yíng)養(yǎng)物。18、Monod方程的參數(shù)求解(雙倒數(shù)法)：

s例：在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)：S(mg/l)63364153221μ(h-1)0.060.240.430.660.70求在該培養(yǎng)條件下，大腸桿菌的μmax，Ks和td?解：將數(shù)據(jù)整理：S/μ100137.5192.5231.8311.3S63364153221

s19、活細(xì)胞固定化技術(shù)優(yōu)勢(shì)（相對(duì)于固定化酶技術(shù)）（1）不需要酶的分離純化過(guò)程，節(jié)省開(kāi)支，避免了酶的損失；（2）固定化過(guò)程中，酶不直接接觸固定用基質(zhì)和試劑，酶活性保存率高；（3）可通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)和繁殖而使系統(tǒng)自我再生，使固定化試劑可長(zhǎng)期使用，操作穩(wěn)定性提高，單位酶成本降低；多酶順序反應(yīng)。20、活細(xì)胞固定化技術(shù)優(yōu)勢(shì)（相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)酵）（1）使反應(yīng)器中細(xì)胞濃度提高，使反應(yīng)加快，提高容積生產(chǎn)效率。對(duì)同樣生產(chǎn)量，反應(yīng)器容積減少。（2）細(xì)胞可重復(fù)使用和連續(xù)使用，在連續(xù)培養(yǎng)時(shí)，稀釋率不再受細(xì)胞生長(zhǎng)速度影響，高稀釋率下也不會(huì)沖出細(xì)胞；（3）對(duì)于非生長(zhǎng)相關(guān)的產(chǎn)物（次級(jí)代謝產(chǎn)物），由于細(xì)胞生長(zhǎng)的減弱或停止，只需維持能，產(chǎn)物的原料產(chǎn)率提高；（4）由于系統(tǒng)較穩(wěn)定，可方便操作，不易污染，便于自動(dòng)化，可開(kāi)發(fā)各種反應(yīng)器，產(chǎn)物和細(xì)胞易于分離（5）對(duì)于絲狀真菌，可改變培養(yǎng)液流變性質(zhì)，降低粘度，改善混合和傳質(zhì)21、固定化方法：（1）物理吸附法：酶吸附于惰性載體上或吸附于離子交換樹(shù)脂上。（2）包埋法：將酶包裹在一個(gè)有限的空間內(nèi)，行動(dòng)受到限制，酶蛋白不直接參與該空間結(jié)構(gòu)的形成。底物和產(chǎn)物可自由進(jìn)出該空間。優(yōu)點(diǎn)：通用性大；局限性：要求所有的底物和產(chǎn)物均為小分子。（3）交聯(lián)法：原理：用雙功能或多功能的試劑將酶分子彼此交聯(lián)起來(lái)，形成網(wǎng)絡(luò)。常用的交聯(lián)試劑有：戊二醛和雙偶氮聯(lián)苯胺—2，2’—二磺酸（4）共價(jià)結(jié)合法：原理：酶蛋白分子上的非活性功能團(tuán)與固相載體上的反應(yīng)基團(tuán)進(jìn)行共價(jià)反應(yīng)，在兩者之間形成穩(wěn)固的