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发酵重点67
第一章
1.发酵工业产品类型
(1).微生物菌体发酵
(2).微生物酶发酵
(3)微生物代谢产物发酵
(4).微生物转化发酵
(5).基因工程发酵
(6).动、植物细胞产物的发酵
?
2.发酵的一般流程
液体深层发酵培养:
菌种---孢子制备----种子制备----发酵---发酵液预处理----提取精制-----成品检测----成品包装-
第二章
3菌种退化与变异原因(17)
1.遗传基因型的分离
2.自然突变的结果
3.经诱变剂处理后的退化变异
4.自然选育的流程图(18)()略
5.DNA损伤修复的方式(19)
Ø光复活作用
Ø切补修复
Ø重组修复
ØSOS修复系统
ØDNA多聚酶的校正作用
6.杂交育种的目的(33)
(1)使不同菌种的的遗传物质进行交换和重组从而改变原有菌株的遗传物质基础,获得杂种菌株
(2)把不同菌株的优良生产性能集中于重组体中,克服长期使用诱变剂处理造成的菌种生产活力下降等缺陷
(3)可以扩大变异范围,改变产品的质量和产量,甚至出现新的品种
(4)分析杂交结果,可以总结遗传物质的转移和传递规律,促进遗传学理论的发展
?
7原生质融合制备过程(39)
1标记菌株的筛选和稳定性验证。
2原生质体制备。
3等量原生质体加聚乙二醇促进融合。
4涂布于再生培养基,再生出菌落。
5选择性培养基上划线生长,分离验证,挑取融合子进一步试验、保藏。
6生产性能筛选。
第三章
8.配制工业发酵培养基的一般要求(52)
1.组成比较丰富,浓度恰当;
2.成分彼此间不能产生化学反应,稳定;
3.粘度适中,具有适当的渗透压;
4.利于主要产物的生物合成并能维持较长时间的最高生产速度,调节关系;
5.不影响通气与搅拌,又不影响分离;
6.经济易取。
9.生理酸性、碱性物质,迟效、速效氮源
(1)生理酸性物质:
代谢后能产生酸性物质的营养成分。
如:
硫酸铵。
(2)生理碱性物质:
代谢后能产生碱性物质的营养成分。
如硝酸钠,乙酸钠等。
(3)速效氮源:
经细胞吸收后可直接被利用的氮源,主要是氨基态或铵态的氮,前者如氨基酸和玉米浆,后者如硫酸铵。
(4)缓慢利用的氮源:
经过微生物胞外酶的消化才能释放出氨基酸或NH4+的营养物质,如黄豆饼粉,花生饼粉,硝酸钠等。
10.影响培养基质量的因素(61)
(1)原材料的质量
(2)水质
(3)灭菌的影响
糖类在高温条件下易被破坏,特别是还原糖与氨基酸、肽类或蛋白质等有机氮源一起加热时更易反应,形成棕色物质。
糖类还可以与磷酸盐产生络合反应。
(4)pH的影响
(5)其他因素
第四章
11几种常用的灭菌方法及其基本原理(70)
化学物质灭菌:
化学反应
辐射灭菌:
紫外线与菌体核酸的光化学反应;其它射线使水分子产生自由基,强氧化性
干热灭菌:
加速与温度有关的胞内反应
湿热灭菌:
蒸汽释出潜热使蛋白不可逆变性
臭氧灭菌:
氧化作用
过滤灭菌:
过滤除去微生物
12湿热灭菌的原理,空消,实消
实消(实罐灭菌):
与培养基一起灭菌
空消(空罐灭菌):
连续发酵时,发酵罐需在培养基灭菌前进行灭菌
?
13纤维介质除菌的机制(83)
惯性冲击:
空气流速大时,起主导作用
拦截:
空气流速小时,起主导作用
扩散:
布朗运动
14经典空气过滤除菌工业流程的特点(84)
特点:
两次冷却、两次分油水、适当加热。
空气第一次冷却到30~35℃,第二级冷却至20~25℃,经分水后加热到30~35℃,因为温度升高,相对湿度下降,可保证过滤介质不致受潮失效
15经典空气净化工艺流程图(85)图4-14略
16无菌检查的方法(86)
(1)肉汤培养法
(2)显微镜检查法(镜检法)
(3)平板划线培养或斜面培养检查法
?
17染菌的原因及其处理
1)、种子带菌及其防治
防治
(1)严格控制无菌室的污染
(2)在制备种子时对沙土管、斜面、三角瓶及摇瓶均严格进行管理
(3)对菌种培养基或器具进行严格的灭菌处理
(4)对每一级种子的培养物均应进行严格的无菌检查
2)空气带菌及其防治
过滤介质的选用和装填
过滤介质的灭菌和管理等
3)操作失误导致染菌及其防治
淀粉质原料,在升温过快或混合不均匀时容易结块,使团块中心部位“夹生”。
灭菌时由于操作不合理,未将罐内的空气完全排除,造成压力表显示“假压”,使罐内温度与压力表指示的不对应。
泡沫染菌。
移种时或发酵过程罐内压力跌零
4)设备渗漏或“死角”造成的染菌
5)噬菌体污染及其防治
⑴并罐法
⑵轮换使用菌种或使用抗性菌株
⑶放罐重消法
⑷罐内灭噬菌体法
当噬菌体污染情况严重,上述方法无法解决时,应调换菌种,或停产全面消毒,待空间和环境噬菌体密度下降后,再恢复生产
18.制服染菌的要点人+物
1操作人员
2对空气净化系统的要求洁净度
3对蒸汽的要求蒸汽的质量(稳定、活蒸汽)
4对设备的要求无渗漏、死角
5对无菌室的要求万级
6对工艺操作的要求严格执行工艺规程要求
第五章
18种子制备的一般过程(93)
摇瓶种子制备
种子罐种子制备
19影响种子质量的因素(96)
(1)培养基
(2)培养条件(3)种龄(4)接种量
20菌种保藏的目的与原理(99)
目的:
创造休眠环境
原理:
主要是根据菌种的生理生化特点人工创造条件使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低,以减少其变异。
第六章
21摄氧率,呼吸强度(104)
微生物的耗氧量可用两个物理量表示:
1.摄氧率(γ)
单位体积培养液每小时消耗氧的量,单位为mmol(O2)/(L∙h)。
2.呼吸强度(QO2)
单位重量的菌体(折干)每小时消耗氧的量,单位为mmol(O2)/g(干菌体)∙h。
亦称为氧比消耗速率。
22氧的传递方程式(109)
N=KLa∙(C*-CL)
式中,N氧的传递速率,mmolO2/L∙h
C*溶液中溶氧饱和浓度,mmolO2/L
CL溶液主流中的溶氧浓度,mmolO2/L
KLa液相体积氧传递系数,又称通气效率,单位为1/h
23摄氧率的测定(118)
用复膜氧电极停气法测定。
单位电流值代表的溶氧浓度=C*/(i饱-i残)
其中,C*:
饱和溶氧浓度,mmolO2/L
i饱:
在饱和溶氧浓度时的电流值,mV
i残:
残余电流,在溶氧浓度为零时的电流值,mV
标定后的电极便可用于测定。
某一发酵时间的菌体摄氧率:
r=C*/(i饱-i残)∙(-∆i/∆t)
∆t停止供气后溶氧浓度下降至最低点所用的时间,h
∆i在∆t时间内电流的变化值,mV
第七章
24微生物发酵类型(121
1按投料方式的不同分
分批发酵
补料分批发酵
连续发酵
2按发酵与氧的关系分
需氧发酵
厌氧发酵
3按发酵过程中菌体生长与碳源消耗及产物合成之间关系的不同分
生长偶联型发酵
部分生长偶联型发酵
非生长偶联型发酵
4.按代谢产物生物合成与菌体生长关系的不同
初级代谢产物生物发酵
次级代谢产物生物发酵
5.按产品的类别不同
抗生素发酵
氨基酸发酵
维生素发酵
有机酸发酵
25为何采用混合碳源
快速利用的碳源对很多产物的生物合成产生阻遏作用;缓慢利用的碳源,有利于延长代谢产物的合成。
所以在工业上,发酵培养基常采用含迅速和缓慢利用的混合碳源,来控制菌体的生长和产物的合成。
26补氮的方法(133)
1.补加某些具有调节生长代谢作用的有机氮源,如酵母粉、玉米浆、尿素等。
2.补加氨水或硫酸铵等无机氮源
当pH偏低又需补氮时,可通入氨气;
当pH偏高又需补氮时,可加入生理酸性物质如硫酸铵等。
27影响发酵温度变化的原因(135)
生物热,搅拌热,蒸发热,辐射热
28.PH的控制方法
基础培养基调节pH
通过补料调节pH
当补料与调pH发生矛盾时,加酸碱调pH
选择合适的pH调节剂
发酵的不同阶段采取不同的pH值
29溶氧对发酵的影响(141)
适当高的溶氧水平有利于菌体生长和产物合成,但溶氧太高有时反而抑制产物的形成。
30补料分批发酵较一般分批发酵的优点
补料分批发酵的优点Ⅰ(与分批发酵相比)
1.解除了底物抑制、产物反馈抑制和分解产物阻遏
2.可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成细胞大量生长所引起的不良影响,降低发酵液的粘度
3.可用作控制细胞质量的手段,以提高发芽孢子的比例
4.可作理论研究的手段,为自动控制和最优控制提供实验基础
补料分批发酵的优点Ⅱ(与连续发酵相比)
产生菌不会因连续多代繁殖产生老化和变异
适用范围比连续发酵广泛
31补料对微生物发酵的几个基本作用(146)
⏹可以控制抑制性底物的浓度
⏹可以解除或减弱分解产物阻遏
⏹可以使发酵过程最佳化
32.泡沫的类型,消沫方法(148,149)
两种类型:
机械性泡沫和流态泡沫
机械消沫
(1)利用机械强烈振动或压力变化使泡沫破裂
(2)安装消沫桨
消沫剂消沫
消沫剂降低泡沫液膜的机械强度或者降低液膜的表面粘度,或者兼有两者,使泡沫破裂,消沫剂都是表面活性剂
33.如何合理确定放灌时间(151)
⏹考虑经济因素
⏹考虑对产品质量的影响
⏹特殊因素
第八章
34发酵动力学研究的内容(153)
1.细胞生长和死亡动力学
2.基质消耗动力学
3.产物合成和降解动力学
4.氧消耗动力学
5.CO2生成动力学
6.代谢热生成动力学
35研究发酵动力学研究的方法(153)
1.宏观处理法
2.质量平衡法
36维持因数,生长得率,产物得率定义
维持因数:
单位质量干菌体在单位时间内因维持代谢消耗的基质量,用ms表示
生长得率:
是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体量(g或mol),即Yx/s=Δ产物得率:
是指每消耗1g(或mo1)基质所合成的产物g数(或mol数)。
这里消耗的基质是指被微生物实际利用掉的基质数量,即投入的基质量减去残留的(S一S)。
X/一ΔS。
37公式8-12(158)
38发酵过程的化学计量式(能够区分)
(1)维持代谢(以好氧发酵为例)
碳水化合物:
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2814kJ
碳氢化合物:
CH4+2O2→CO2+2H2O+938kJ
醇类:
CH4O+1.5O2→CO2+2H2O+704kJ
油脂类:
C51H98O6+72.5O2→51CO2+49H2O+34003kJ
有机酸类:
C3H6O3+3O2→3CO2+3H2O+1407kJ
(2)微生物生长
菌体的化学组成受培养条件的影响(如产黄青霉)
以葡萄糖和氨发酵,N,O变化较大,C,H较稳定;化学计量式为:
C6H12O6+0.55NH3+2.39O2→3.42CH1.92O0.61N0.16+2.58CO2+3.54H2O
(3)产物合成(以合成青霉素G为例)
2.14C6H12O6+2NH3++SO42++C3H3O2+3.34O2→(葡萄糖)(苯乙酸)
C16H18O4N2+4.84CO2+11.84H2O
39monod方程式(167)
μ——比生产率,1/h
μm——最大比生产率1/h
Ks——饱和常数,g/L
S——生长限制基质浓度,g/L
40.luedeking模型(170)
(1)Luedeking和Piret模型
产物是菌体生长率和菌体数量的函数
k1——与菌体生长率关联的合成常数,mol/g、g/g
k2——与菌体生长量关联的合成常数,mol/g·h、g/g·h
其中k1﹥0,k2=0时,为生长偶联型(Ⅰ型);
k1=0,k2﹥0时,为非生长偶联型(Ⅱ型);
k1﹥0,k2﹥0时,为部分生长偶联型(Ⅲ型);
41.恒化器,恒浊器(177)
(1)恒化器是一种培养液流速保持不变,微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。
(2)恒浊器是根据培养器内微生物的生长密度,并借光电控制系统来控制培养液流速,以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。
第九章
42.发酵检测参数(188)
1.物理检测指标:
温度、压力、搅拌转速、功率消耗、泡沫、气体流速、粘度等
2.化学检测指标:
pH、氧化还原电位、溶解氧、CO2、O2、糖含量、化合物含量等
3.生物检测指标:
菌体浓度、ATP及各种酶活力、代谢产物
43.发酵对传感器的要求(191)
1.可靠性
2.准确性
3.精确度
4.响应时间
5.分辨能力
6.灵敏度
7.测量范围
8.特异性
9.可维修性
10.可高压蒸汽灭菌、保持无菌、不易沾污
44发酵传感器的分类(192)
1.按测量方式
(1)离线传感器
(2)在线传感器
(3)原位传感器
2.按测量原理
(1)力敏元件
(2)热敏元件
(3)光敏元件
(4)磁敏元件
(5)电化学传感器
45.PH传感器、溶氧测定传感器的原理(193,194)
1.pH测定传感器
复合pH电极
工作原理:
玻璃电极与参比电极浸泡于同一溶液时具有一定的电位,其pH可表示:
pH=0.43F(E0-E)/RT
2.溶氧测定传感器
测定原理:
氧分子在阴极上还原,因而产生电流,电流的大小与被还原的氧量成正比,测定此电流就可确定发酵液的溶氧浓度。
46生物量分析的方法(199)
生物量分析
尾气分析
发酵液成分分析
细胞能分析
47.尾气分析方法(200)
1.红外CO2分析仪:
最常用的是非色散红外分析仪
2.顺磁O2分析仪:
根据氧的顺磁特性来测量
3.质谱:
是多成分气样分析的首选方法
48开环、闭环控制的区分(214)
1.开环控制系统(openloop)
定义:
控制系统的输出量对系统的控制作用没有任何影响,也就是说控制器与控制对象之间只有单向作用而没有反向作用,这样的系统称为开环控制系统
2.闭环控制系统(closeloop)
定义:
指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程,既控制系统的输出量对系统的控制作用有影响,即反馈(feedback)。
实质:
通过偏差消除偏差
第十章
49.初级代谢调节方式(221)
酶活性的调节
酶量的调节(酶合成的调节)
能荷调节
50葡萄糖效应(225)
.葡萄糖效应(glucoseeffect):
当大肠杆菌培养于含有葡萄糖和乳糖的培养基中,菌体出现两次生长旺盛期,大肠杆菌首先利用葡萄糖进行生长繁殖,在葡萄糖耗尽后,过一段时间菌体开始利用乳糖。
其实质是碳分解产物的阻抑作用。
51能荷的概念及公式(228)
能荷:
细胞中ATP、ADP、AMP系统中可供利用的高能磷酸键的量度。
能荷(%)={[ATP]+1/2[ADP]/[ATP]+[ADP]+[AMP]}x100%
52次级代谢产物的基本特征(231)
1.次级代谢产物具有种特异性;
相同的菌种能产生不同结构的抗生素;
不同的微生物也能产生相同的抗生素。
2.分批发酵时,产生菌在?
期才开始合成次级代谢产物
菌体生长期、产物合成期、菌体自溶期
3.次级代谢产物不少是结构相似的混和物;
(1)酶系的底物特异性不高:
如产黄青霉能合成5种以上具有不同生物活性的青霉素。
(2)“代谢树”现象;
(3)“代谢网”现象
4.次级代谢产物的合成受到多基因控制。
质粒在次级代谢产物合成中起到重要作用
第十一章
53工业发酵过程的研究(260)
三个阶段:
(1)实验室规模:
进行菌种的筛选、构建和培养基的研究;
(2)中试生产规模:
确定菌种培养的最佳操作条件;
(3)工厂生产规模:
进行大规模生产,取得经济效益
54.摇瓶和发酵罐培养的差异(271)
(1)KLa和溶解氧的差异
发酵罐中溶氧系数一般都大于摇瓶。
对溶氧要求较高而又敏感的菌株,在发酵罐中的生产能力可能比摇瓶中高。
(2)CO2浓度的差异
发酵罐培养液中CO2浓度明显大于摇瓶。
(3)菌丝受机械损伤的差异
发酵罐中菌丝受损程度远远大于摇瓶,并与搅拌时间长短成比例。
摇瓶更易受到外界周围环境的影响
55.发酵罐规模改变的影响(273)
(1)菌体繁殖代数的差异
Ng=1.44(lnV+lnx-lnX0)
(2)培养基灭菌的差异
培养基质量的改变
(3)通气与搅拌的差异
P/V,KLa,混合时间等发生改变
(4)热传递的差异
发酵罐表面积的改变
(5)种子形成的差异
质量差异
56放大(或缩小)的方法(276)
(1)常规方法(经验放大法)
(2)缩小-放大法
(3)因次分析法
(4)数学模型法
第十二章
57.COD的概念(284)
用强氧化剂——重铬酸钾,在酸性条件下能够将有机物氧化为H2O和CO2,此时所测出的耗氧量称为化学需氧量(COD)。
COD能够比较精确地表示有机物含量,而且测定需时较短,不受水质限制,因此多作为工业废水的污染指标。
58.活性污泥的概念(288)
活性污泥:
向有机废水中不断地充入空气,使水中有足够的溶解氧,为好氧微生物生长繁殖创造良好的条件,经过一定时间后,就会产生一种褐色絮状泥粒,其中含有大量的微生物。
主要由菌胶团细菌、原生动物和后生动物组成的微生物群体。
还含有一些无机物、分解中的有机物和微生物自身代谢残留物。
注意:
(1)在题号前打问号的题目答案表示不确定正确
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