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2)、纯培养技术的建立时期
1900-1940年间,由巴斯德(Pasteur)和科赫(Koch)建立了微生物分离纯化和纯培养技术,可以认为纯培养技术的建立是发酵技术发展的第一个转折时期。
3)、通气搅拌(好气性)发酵(工程)技术的建立时期
20世纪40年代初,随着青霉素的发现(1928年弗莱明(Fleming)发现青霉素,1965年获诺贝尔医学生理学奖。
),抗生素发酵工业逐渐兴起。
通气搅拌发酵技术的建立是发酵工业发展史上的第二个转折点。
4)、人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术的建立时期
20世纪60年代,随着生物化学、微生物生理学和遗传学的深入发展,科学家在深入研究微生物代谢途径和氨基酸生物合成的基础上,通过对微生物进行人工诱变,得到适合于生产某种产品的突变类型,再在人工控制的条件下培养,即利用调控代谢的手段进行微生物菌种选育和控制发酵条件,从而大量生产出人们所需要的产品。
5)、发酵动力学、发酵的连续化自动化工程技术的建立时期
20世纪80年代以来,随着学科之间的不断交叉和渗透,微生物学家开始用数学、动力学、化学工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究,使得对发酵过程的控制更为合理,新工艺、新设备层出不穷。
如日本的塔式连续发酵设备、法国L-M型单级连续发酵槽等。
在一些国家,已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部基本参数,包括温度、pH值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、空气流量、CO2含量、泡沫等,明显提高了生产效率。
6)、与基因操作技术相结合的现代发酵工程技术阶段时期
20世纪80年代以后,由于DNA体外重组技术的建立,使发酵工业进入了进入了一个崭新的阶段,即以基因工程为中心的生物工程时代,新产品层出不穷。
5.发酵工业的特点是什么?
1)
原料广。
发酵所用的原料通常以淀粉质、糖蜜或其他农副产品为主,只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。
此外,可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。
2)
微生物主体。
微生物菌种是进行发酵的根本因素,可以通过筛选、诱变或基因工程手段获得高产优良的菌株。
发酵对杂菌污染的防治至关重要,除了必须对设备进行严格灭菌和空气过滤外,反应必须在无菌条件下进行,维持无菌条件是发酵成败的关键。
3)
反应条件温和,易控制。
发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应,反应安全,要求条件简单。
4)
产物单一,纯度高。
发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的,反应的专一性强,因而可以得到较为单一的代谢产物。
微生物能够专一性地和高度选择地对某些复杂的化合物进行特定部位的转化反应,也可以产生比较复杂的高分子化合物。
5)
投资少,效益好。
工业发酵与其他工业相比,投资少,见效快,并可以取得较显著的经济效益。
6.简述发酵工业的范围
以微生物菌体细胞为产品的发酵工业。
以微生物代谢产物为产品的发酵工业。
以微生物酶为产品的发酵工业。
生物转化或修饰化合物的发酵工业
微生物废水处理和其他
7.发酵的类型有哪些?
根据发酵工业的特点和范围,可以将发酵分成若干类型:
按发酵原料来分,有淀粉质发酵、石油发酵、废水发酵等类型。
按发酵培养基的物理性状来分,有固态发酵、半固态发酵和液态发酵。
按发酵工艺流程来分,有分批式(间歇式)发酵、连续式发酵和流加式发酵等类型。
按发酵过程中对氧的不同需求来分,有厌氧发酵和需氧发酵两大类型。
按发酵形式来分,有传统工艺发酵和现代工业发酵两种类型。
前者大多是固态发酵,后者大多采用液态深层(需氧)发酵。
6)
按发酵产物来分,有酒类发酵、氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、维生素发酵等类型。
7)发酵方式可分为固体发酵和液体发酵两种。
8)按微生物生长特性分:
分批发酵和连续发酵
8.生物技术(工程)
生物技术定义:
生物技术(Biotechnology)也称生物工艺学,有时也叫生物工程(Bioengineering),这可能强调这一领域源发于生命科学与工程技术的结合有关。
发酵工程(微生物发酵技术):
给微生物提供最适宜的发酵条件生产特定产品的一种技术。
现代发酵工程:
发酵是任何通过扩大规模培养生物细胞(含动、植物细胞和微生物)来生产产品的过程。
9.发酵工程在生物工程中的地位
一般认为生物工程包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。
发酵工程是生物技术产业化的基础和归宿,是生物工程四大支柱的核心。
10.发酵工程的组成
习惯上,发酵工程由上游工程、发酵和下游工程组成。
11.工业发酵的步骤(内容):
生产用菌种的扩大培养(微生物菌种的选育及扩培技术);
用作培养菌种及扩大生产的发酵培养基的配制(发酵原料的选择及预处理);
培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌(灭菌技术);
将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中(接种技术);
将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物(最佳工艺条件的选择和控制;
生物反应器的设计和设备选型;
生物传感器等);
将产物提取并进行精制,以得到合格的产品(发酵产物的分离提取);
7)
回收或处理发酵过程中产生的废物和废水(三废处理、环境工程)。
12.发酵工程的应用:
在食品工业方面;
在功能性食品领域;
在医药工业方面;
在农业方面;
在能源工业;
在环保领域。
13.发酵工业常用的微生物有:
酵母菌、细菌、放线菌、噬菌体、霉菌。
14.判断题:
1)传统意义的发酵指酵母作用于果汁或发芽谷物时产生CO2产现象。
( )
2)菌种指已有的优良生产菌种和选育的新菌种()
3)生物化学家认为微生物无外源电子受体时,通过部分氧化有机物获得发酵产物并释放少量能量的过程就叫发酵。
()
4)工业微生物学家认为发酵工程即微生物工程,通过扩大规模培养微生物来生产产品的任何过程( )
5)表面培养法指将菌种接到已灭菌的液体(或半固体或固体)培养基上,在一定的温度下进行培养的方法。
6)对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的,称为初级代谢产物或中间代谢产物。
()。
7)微生物代谢产物发酵:
包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。
8)各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的,来自于中间代谢产物和初级代谢产物。
9)抗生素是微生物发酵产生的次级代谢产物( )
第一章菌种与种子扩大培养
1.发酵工业对生产菌种的要求是什么?
1)能在易得、价廉的原料制成的培养基上迅速生长,且代谢产物产量高(目标产物的产量尽可能接近理论转化率)。
目标产物最好能分泌到胞外,以降低产物抑制并利于产物分离。
2)发酵条件粗放、易于控制,且所需的酶活性高。
3)菌种生长和发酵速度较快,发酵周期短。
发酵周期短的优点在于感染杂菌的机会减少;
提高设备的利用率。
4)根据代谢控制的要求,选择单产高的营养缺陷型突变菌株(微生物菌种缺少或丧失了合成某种或多种必需生长因子的能力)或调节突变菌株或野生菌株。
5)抗杂菌、抗噬菌体能力强。
6)菌种纯粹,遗传性状稳定(不易变异退化),以保证发酵生产和产品质量的稳定性。
菌种退化,生产性能下降是生产中常碰到的问题。
7)菌体不是病源菌,不产生任何有害的生物活性物质和毒素(包括抗生素、激素和毒素等),以保证安全。
使用新菌种时更应注意;
应用食品领域更需经严格鉴定,如早期酱油生产采用黄曲霉,现已停止。
2.工业上常用的微生物
发酵工业上常用的微生物有细菌、酵母菌、霉菌和放线菌四大类群。
3.菌种保藏的基本原理:
根据菌种的生理生化特点,人工地创造条件,使菌种的代谢活动处于不活泼状态,生长繁殖受到抑制处于休眠状态,同时,使菌株避免污染、死亡、衰退和变异。
保藏时首先要挑选优良纯种,最好是它们的休眠体(孢子、芽胞等);
其次是要创造一个最有利于休眠的条件,如低温、干燥、缺氧和缺乏营养物质等。
4.菌种保藏方法有哪些?
1)斜面低温保藏法:
将菌种接种于合适的斜面培养基上,待生长好后置于4℃冰箱保藏,每隔一定时间进行转接培养后,再将新斜面继续保藏。
2)液体石蜡保藏法:
在无菌条件下,往生长好的新鲜斜面中倒入已灭菌的液体石蜡,油层要高出斜面上端1cm,使之与空气隔绝,然后垂直放于室温或冰箱内保藏。
3)砂土管保藏法:
将斜面培养基上长好的霉菌或放线菌孢子刮下,接到灭菌的沙土管中搅匀,置于盛有干燥剂(如CaCl2)的容器中密封,低温保藏。
4)冷冻干燥保藏法:
在较低温度下使菌液呈冻结状态,同时抽气减压使之干燥的菌种保藏方法。
5)液氮超低温冻结法:
菌种保藏在液氮冰箱中,温度可低至-196℃。
这是目前保藏菌种的新技术。
6)硅胶保藏法等
5.菌种选育
根据微生物遗传变异的特点,人们在生产实践中已经试验出一套行之有效的微生物育种方法。
主要包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程等。
6.自然选育
:
在生产过程中,不经过人工处理,利用菌种的自发突变,从而选育出优良菌种的过程,叫做自然选育。
7.写出菌种自然选育的步骤:
分离微生物新种的具体过程大体可分为采样、增殖、纯化和性能测定。
典型的微生物新种分离筛选过程
8.菌种的培养方法有哪些?
培养方法可采用分批式富集培养(摇瓶培养)和恒化富集培养(连续培养)。
分批式富集培养是将富集培养物转接到新的同一种培养基中,重新建立选择性压力,如此重复转种几次后,再取此富集培养物接种到固体培养基上,以获得单菌落。
恒化富集培养是通过改变限制性基质的浓度,来控制不同菌株的比生长速率。
9.诱变育种
诱变育种是指用人工的方法处理微生物,使它们发生突变,再从中筛选出符合要求的突变菌株,供生产和科学实验用。
诱变育种与其他育种方法相比,具有操作简便、速度快和收效大的优点,至今仍是一种重要的、广泛应用的微生物育种方法。
诱变育种包括出发菌种选择、诱变处理和筛选突变株三个部分。
10.出发菌种:
是指用于诱变的原始菌种。
出发菌种可以是从自然界的土样或水样中分离出来的野生型菌种;
也可以是生产中正在使用的菌种;
还可以从菌种保藏机构中购买。
选择的原则是菌种要对诱变剂的敏感性强、变异幅度大、产量高。
11、杂交育种
杂交育种(Hybridization)一般是指人为利用真核微生物的有性生殖或准性生殖,或原核微生物的接合、F因子转导、转导和转化等过程,促使两个具不同遗传性状的菌株发生基因重组,以获得性能优良的生产菌株。
12.请绘出原生质体融合技术
原生质体融合是通过人工方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合,并产生重组子的过程,亦可称为“细胞融合”(cell
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