现代生物工艺学储炬各章知识点.docx
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现代生物工艺学储炬各章知识点
现代生物工艺学各章知识点
一
生物技术(biotechnology):
生物技术:
凡是涉及生物的应用、工艺与工程及其基础的领域均包含在生物技术范畴。
生物技术涵盖生物工程、生化工程、生物系统工程、工业微生物等。
现代生物技术的范畴已扩展到基因工程、代谢工程、组织工程、细胞工程、生理工程、体外进化、直接进化、分子育种等。
有时也称生物工程,是指人们以现代生命科学为基础,结合其他基础科学的科学原理,采用先进的科学技术手段,按照预先的设计改造生物体或加工生物原料,为人类生产出所需产品或达到某种目的。
生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工,以提供产品来为社会服务的技术
生物工程:
应用物理和数学的概念以工程技术去解决生命科学中的问题,主要涉及人类医学上的技术、如人造心、肺等活体结构,又称医学工程、生物机械学、生物电子学等,未把基因工程包括在内。
生物过程:
重点在过程上,泛指生物生产人们所需物质的过程,如发酵、动植物细胞培养等。
生化工程:
以工业规模进行的生物过程,他把生物同化学链接在一起,其核心是放大和细胞过程的操作。
生物系统工程:
包括微生物和酶系统,动物与昆虫细胞的培养和组合生物化学
代谢工程:
利用重组DNA技术来对生物细胞内固有的代谢途径进行定向改造获得新物种的有效方法(方法:
代谢信号流程图,代谢流分析,在整个细胞水平上做细胞的控制结构分析)
组学:
某一种生物物质信息的整套组合
基因组:
某一种生物所具有的全部遗传信息和物质
转录组:
从细胞基因组转录的全部mRNAs
蛋白组:
由已知的组织、细胞或生物系统在一定的时间内表达的完整蛋白普
代谢物组:
指细胞、器官、生物体和种属的整套代谢物
组合化学:
对某一化学组成基团所有可能的组合方式进行全部、批量的制备,如果起始合成的基团足够多,则几步反应就可以合成上百万个不同的化合物
系统生物学:
是现代生物学新兴分支学科之一。
它整合了各层面的生物信息数据,建立各种数学模型进行仿真实验,进而定量阐明和预测生物功能、表型及行为,它已成为当今生命科学的重大前沿领域之一。
系统生物学涵盖了基因组学、转录组学、蛋白质组学、糖组学、代谢物组学、相互作用组学、表型组学、数学建模与仿真、序列比对与数据库搜索、分子进化模型与系统树的构建等。
工业微生物:
通过微生物的代谢,把便宜的原料转化成有价值的商品。
属于生物技术的范畴,但不包括动物、植物细胞。
工业生产常用的微生物
1、从自然界中分离出来就能被利用
2、对野生菌株进行人工诱变,得到突变株才能被利用。
3、使用重组DNA技术改造的菌株
工业生产中常用的微生物:
主要有细菌、酵母菌、霉菌和放线菌。
1、细菌:
属于单细胞原核生物,以典型的二分分裂方式繁殖
大肠杆菌应用:
对谷氨酸定量分析,生产天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸
乳酸杆菌应用:
乳酸、干酪、奶子酒、发面、泡菜、酸奶等的制作
枯草芽孢杆菌应用:
α-淀粉酶和中性蛋白酶的重要生产菌;有的菌株具有强烈降解核苷酸的酶系,故常作选育核苷生产菌的亲株或制取5'-核苷酸酶的菌种
2、酵母菌:
为单细胞真核生物,在自然界中普遍存在,主要分布于含糖质较多的的酸性环境中,酵母菌大多为腐生,常以单个细胞存在,以发芽形式进行繁殖。
母细胞体积长到一定程度时就开始发芽
种类:
酒精酵母、啤酒酵母、假丝酵母红酵母、面包酵母
应用:
生产酒精、啤酒、石油发酵脱蜡和制取蛋白质、生产脂肪
3、霉菌:
凡生长在营养基质上形成绒毛状、网状或絮状菌丝的真菌
种类:
藻状菌纲的根霉、毛霉、犁头霉,子囊菌纲的红曲霉,半知菌类的曲霉、青霉
应用:
酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激素等。
4、放线菌:
因菌落呈放线状而得名,原核生物类群,无性孢子进行繁殖,也可借菌丝片段进行繁殖
种类:
龟裂链霉菌、金霉素链霉菌、灰色链霉菌、红霉素链霉菌
应用:
各类抗生素。
土霉素、四环素、链霉素、红霉素。
今年发现一些抗肿瘤抗病毒的抗生素。
还是氨基酸、维生素、酶和酶的抑制剂/除草剂/抗寄生虫等药物的重要来源。
5、病毒:
噬菌体
6、藻类:
螺旋藻高产率生产蛋白,利用藻类光合放氢作用来取得氢能
现代生物技术的应用领域:
1、生物医药:
治疗用重组蛋白和生物分子如细胞因子、生长因子、酶、抗体
免疫治疗药物:
α-干扰素用于治疗生殖器瘤、多毛细胞白血病、若干类型肿瘤与病毒感染治疗试剂
抗传染病药物:
由酵母生产的乙肝病毒表面抗原疫苗
哺乳动物生长因子:
G-CSF用于因化疗诱发的白细胞缺少症、表皮生长因子、成纤维细胞生长因子
生物医疗药物、血制品:
红细胞生成素、溶解血栓的药物、凝血剂、单克隆抗体
2、初级代谢产物的生产:
乙醇(纤维素生产乙醇,用生物乙醇代替汽油
氨基酸(用重组DNA技术改良氨基酸工业生产菌,维生素、核苷酸的生产)
3、次级代谢产物的生产:
将lat克隆到带小棒链霉菌中提高头霉素C的生产,置换某些基因原
有的启动子提高青霉素产量
4、酶的改良:
用遗传、推理重新设计、定向进化等方法形成各种改良性质的酶,如改变其对机
体的特异性、在溶剂中的稳定性
5、生物转化:
重组DNA技术被用于开发新的生物转化技术,用大肠杆菌通过两条途径从葡萄糖生产1,3-丙二醇,通过基因破坏与扩增使饱和与未饱和的碳基质进行氧化性生物转化形成末端二羧酸
6、农业:
重组技术的应用形成具有耐除草剂、病毒、昆虫和致病微生物的的植物;富含铁质、类胡萝卜素的转基因谷物
7、聚合物:
用过氧化物催化酚的聚合形成聚酚类树脂用于取代有毒的酚醛树脂作为粘合剂和相片显色剂
8、海洋生物技术:
生物技术具有开发海洋生物巨大生化潜力的作用,新生物药物、工业与诊断用的酶、食品与保健食品添加剂、各种辅助材料和能源
9、植物保护:
改造植物基因让植物免疫,检测植物致病菌,拮抗植物病害的微生物的培养,生物杀虫剂
10、太空生物技术:
生物技术中微重力会诱导活的生物体与原生质培养物的生物变化
二
菌种分离:
就是将一个混杂着各种微生物的样品通过分离技术区分开,并按照实际要求和菌种的特性,采取迅速、准确、有效的方法对它们进行分离、筛选,进而得到所需微生物的过程
原则:
1明确待分离的菌种属于哪一类型
2确定采集样品地点的生态特征
3将采集的样品归类,如植物部分、土壤部分、水分等
4列出培养时应参考的一些参数,如PH、盐浓度、温度、土壤组分以及海拔高度等
5列出培养时应考虑的一些底物,如森林泥土里的木质素、纤维素,沼泽里的几丁质等
6综合考虑以上因素,确定培养时的添加物以及培养条件等
7根据以上条件对现有的分离过程进行修改以符合特定微生物的生长需要
8采用优化过的分离步骤富集感兴趣的微生物菌种
放线菌的分离:
分离元的选择:
土壤、植物材、河湖海的水及其底泥
放线菌预处理技术:
通过对土壤样品或刚收集的水生样品进行特殊的处理来增加稀有放线菌数量的同时,也要抑制不需要的微生物的生长(高温干热可选择性分离心性的稀有放线菌,不同孢子对杀孢子剂的耐受能力不同可分离特殊的稀有放线菌,离心能够从链霉菌和其他非游动放线菌中选择游动放线菌)
抑制剂的选择:
重铬酸钾、放线菌酮对土壤真菌细菌有明显的抑制作用,可显著提高土壤放线菌的分离效果
真菌的分离:
选择性富集培养,抑制性选择培养
直接法
直接分离技术:
将自然界样品中的单一菌种直接转移到一个纯培养基的过程,蘑菇、其他大型真菌
直接涂布法:
直接将需要的标本涂布在琼脂培养基上,孢子扩散迅速、生长速度快的真菌
空气中的真菌:
在显微镜下直接观察并捕捉产生的孢子,培养后进行分离
选择法
环境因素:
对环境压力的承受能力不同对样品进行处理
表面消毒:
将样品浸泡在漂白剂等消毒液里,使表面菌被杀死内部菌存活
诱饵法:
在培养环境中添加一些特定物质,让真菌富集
选择性温度:
嗜高温菌:
需要四十度以上高温的嗜低温菌:
需要十五度以下低温
渗透压:
嗜高渗菌:
在非常干燥的环境中生长
菌种保藏
目的:
不死、不衰、不污染,便于研究交换和使用,防止菌种退化,保持菌种生活能力和优良的生产性能
原理:
根据菌种的生物生理、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,生长繁殖处于休眠状态
方法:
斜面保藏法:
将要保藏的微生物接种于斜面培养基上,适用于细菌、酵母、防线菌、霉菌
石蜡油保藏法:
霉菌、酵母菌、放线菌、需氧细胞、不易冷冻干燥的微生物,限制养的供给而削弱微生物的代谢
载体保藏法:
将微生物吸附在适当载体上进行干燥保藏分为:
土壤保藏,沙土保藏(产孢子的微生物,对于一些对干燥敏感的细菌以及酵母不适用),硅胶保藏,磁珠保藏,纸片保藏
液体保藏法:
将微生物混悬于适当溶液中进行保藏分为:
蒸馏水保藏法(霉菌、酵母、绝大部分放线菌),糖液(酵母),磷酸盐缓冲液(酵母、霉菌),食盐溶液(细菌)
冷冻保藏法:
分低温冷冻(-20℃)与超低温冷冻(-196℃)两种。
适用于细菌、真菌、病毒等的保藏
真空冷冻干燥法:
先在菌悬液加入保护剂然后在较低温度下使成冻结状态,最后减压抽干。
对于不长孢子或长的很少孢子的真菌保藏效果不佳。
微生物菌种衰退的原因:
1、是菌种保藏不妥;
2、是菌种生长的要求没有得到满足,或是遇到不利的条件,或是失去某些需要的条件;
3、是经诱变获得的新菌株发生回复突变,从而丧失新的特征的情况。
4、连续传代是菌种退化的直接原因,这是由于菌种经常处于旺盛的生长状态。
防止菌种衰退的措施:
1、菌种的分离2、菌种的复壮3、提供良好的环境条件4、使用优良的保存方法5、定期纯化菌种
生物活性物质的筛选方法:
配基结合分析(经常作为免疫分析的一种,是在找到一个靶标蛋白的基础上来寻找它特异性的配基),酶法分析,基于报告基因的分析,第二信使的分析,酵母双杂交系统
三
原生质体:
脱去细胞壁的细胞叫原生质体,是一生物工程学的概念。
如植物细胞和细菌(或其它有细胞壁的细胞)通过酶解使细胞壁溶解而得到的具有质膜的原生质球状体。
动物细胞就相当于原生质体
诱导剂:
是诱导细胞之间融合的,使原本不能或较难融合的细胞壁产生融合
诱变剂:
凡是能诱发生物基因突变,且突变频率远远超过自发突变率的物理因子或化学物质
转化:
受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离DNA片段,并把它整合到自己的基因组中,而获得部分新的遗传性状的基因转移过程
转导:
以缺陷噬菌体为媒介,将供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中,通过交换与整合,从而使后者获得前者部分遗传性状的现象
分子育种技术(DNA改组):
通过允许体外同源重组而非常近似地模仿了自然界的重组,将来源于不同菌株或菌株的相似的基因片段汇集并重组在一起,在很短时间内使酶特性产生显著的改变
全基因改组:
将DNA改组所允许的多亲株杂交的优势与完整基因组的重组结合在一起
组合生物合成:
利用重组DNA技术将编码抗生素生物合成的合酶导入到其他的抗生素产生菌或不产抗生素的菌株中获得改进的或杂合抗生素
遗传育种:
操纵和改良微生物菌种以提高他们的代谢能力的科学技术
目的:
尽可能将微生物对人类有益的遗传性状筛选出来,并世世代代相传,使微生物为人类服务。
方法:
1、传统诱变育种:
诱变育种:
是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质(DNA)的分子结构发生改变,引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。
诱变条件最佳化的目标:
使含有影响次级代谢物生产的一些细胞的突变频率最高,通过对发生突变的子代的分析可鉴别发生诱变的最佳水平
2、基因工程育种;
3、原生质体融合:
通过人为方法,使遗传性状不同的两细胞原生质体发生融合,并进而发生遗传重组以产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子的过程
基因工程育种
基因工程:
是将不同生物的基因在体外人工剪切组合,并和载体(质粒、噬菌体、病毒)DNA连接,然后转入微生物或细胞内,进行扩增,并使转入的基因在细胞内表达,产生所需要的蛋白质。
原理:
通过基因克隆的方法,交换导入相关的基因,通过基因量的增加或调控基因能力的加强提高微生物的合成能力;通过阻断不需要的旁路代谢途径增加主要途径的代谢流,从而达到减少副产品,提高主要产物产量的目的
方法:
建立合适的宿主载体系统,使质粒的转化率达到较高水平用适当的调控方法控制这些基因的表达,有效的方法克隆这些基因
操控调节基因
转座子突变发生(调节基因插入失活,插入失活竞争性途径,随机插入启动子)
靶向删除或复制基因;
原生质体融合进行基因重组;
突变株筛选技术
1随机筛选:
诱变处理后,从残存这中随机挑选菌株进行固体或液体培养,测定他们的产量,选择产量提高的突变株作为下一轮诱变处理的出发菌株
原则:
突变、选择、分析
2理性化选择:
(1高产突变株选择1形态和色素突变株:
菌落颜色的改变对产色素的产生菌的选择尤为重要
2营养缺陷型突变株:
工业化生产氨基酸和核苷酸等
3不产抗生素突变株的回复突变株
4去调节突变株:
筛选和选择具低效调节的改良菌株能达到松弛型调节并使代谢产物高产
5抗反馈抑制作用的突变株
6抗阻遏突变株
7耐受抗代谢物的突变株
8耐自身抗生素以外的抗生素抗性突变株
9抗营养阻遏的突变株
10渗透性突变株、抗药性突变型、条件致死突变型、形态突变型、产量突变型
2显示发酵混合物质变的突变株
3产生新抗生素的突变株)
四
基因组文库:
含有某种生物体全部基因的随机片段的重组DNA克隆群体
cDNA文库:
是指得到足够多的分别克隆的cDNA片段,汇集这些克隆应包含某种细胞中各种mRNA的相应顺序,每种顺序至少有一份拷贝,这种克隆片段的汇集体称为某种细胞的cDNA文库
基因工程:
对生物体遗传信息的基本单元——基因进行人工改造、干预和定向转移,其技术特征是将不同种类生物的基因或同种生物体的不同基因按照人们的意愿在体外进行拼接重组和变异,通过载体-宿主系统转入另一种生物体内,使之能按照人们的意愿稳定遗传、复制和表达,实现按照人们的意愿,改造生物的遗传特性,创造出生物的新性状的目的。
常用工具
工具酶:
1、限制性内切酶(restrictionendonuclease):
一种在特殊核甘酸序列处水解双链DNA的内切酶
Ⅰ修饰活性,限制性内切酶活性
Ⅱ切割DNA特异性最强
Ⅲ内切酶活性,修饰酶活性
2、DNA连接酶:
催化DNA中相邻的5‘磷酸基与3’羟基间形成磷酸二酯键,是DNA片段之间的切口封和,主要是将不同的DNA片段连接起来
3、DNA聚合酶:
催化DNA体外合成反应,大多数需DNA模板,合成产物的序列与模板互补
4、磷酸酶:
去除DNA的5‘磷酸基团的催化特性,可被用于抑制质粒DNA的自身连接和环化
载体:
能够运载外源DNA片段进入宿主细胞,并稳定遗传的DNA分子
基因克隆载体:
构建基因文库和基因的分离、测序、突变和改造过程(质粒、噬菌体、黏粒、人工染色体)
基因表达载体:
用于特定表达外源基因的载体,一般带有控制基因转录和翻译所需的功能元件(复制型表达载体、整合型表达载体、瞬时型表达载体)
建立载体-宿主系统:
带有外源基因的重组载体分子构建完成后,必须将它导入适合的宿主,使重组载体分子不断复制繁殖
载体应具备的基本性质与特征:
1、具有若干可供外源DNA插入的限制性内切酶位点,插入外源DNA片段后不影响其进入宿主细胞和在宿主细胞中复制
2、能高效进入宿主细胞,并能在一定程度上稳定存在
3、较高的自主复制能力
4、带有显性的转化子选择标记和方便检测的识别筛选的标志
5、带有实现载体功能所必须的基因序列
基因的分离技术:
构建基因文库;基因文库中特定基因筛选和分离(根据基因产物的生物功能直接分离基因,利用缺陷株筛选互补基因,根据基因序列同源性筛选基因,利用抗体筛选cDNA表达文库);利用PCR技术扩增和分离基因;基因化学合成;基因序列测定和序列数据库
基因操作技术:
实现基因工程的目标所需要的技术手段
1、DNA重组体的筛选:
利用特定遗传表型的变化,检测DNA结构的改变,通过分子杂交技术筛选,测定特定的基因表达产物
2、基因突变、重组和体外分子进化:
盒式定点突变,容错PCR,DNA重排,PCR模板交错延伸
3、基因的导入和转移:
DNA-磷酸钙共沉淀法,聚阳离子糖类转染法,脂质体转染法,电穿孔法,DNA直接导入细胞
哺乳动物细胞基因表达载体:
质粒载体,病毒载体
元件:
表达载体的复制子,启动子与增强子,与基因转录终止相关的信号序列,mRNA剪接信号,选择标记基因
六
天然培养基:
天然培养基也称复合培养基,是含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物
合成培养基:
通过顺序加入准确称量的高纯度化学试剂与蒸馏水配制而成的,其所含的成分(包括微量元素在内)以及他们的量都是确切可知的
固体培养基:
在液体培养基中加入一定量的凝固剂使其成为固体状态,适合于菌种和孢子的培养和保存
半固体培养基:
即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂,一般用量为0.5%~0.8%,主要用于微生物的鉴定
液体培养基:
80%~90%是水,其中配有可溶性的或不溶性的营养成分,是发酵工业大规模使用的培养基
培养基的类型:
按组成分合成培养基和天然培养基
按状态分固体,半固体,液体
按用途分孢子,种子,发酵
成分和配比原则:
不同微生物的营养需要配置不同的培养基;营养成分的恰当配比;渗透压;PH;氧化还原电位
培养基的成分:
1、碳源:
作用:
提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分;提供合成目的产物所必须的碳成分
来源:
糖类、油脂、有机酸、正烷烃
2、氮源:
作用:
主要用于构成菌体细胞物质和含氮代谢物。
常用的氮源可分为两大类:
和
无机氮源种类:
氨盐、硝酸盐和氨水
有机氮源来源:
花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。
3、无机盐及微量元素:
来源:
C、N源,以盐的形式补充
4、前体:
指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去,而其自身的结构并没有多大变化,但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。
5、生长因子:
凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质,如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等
6、促进剂:
指那些非细胞生长所必须的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂。
7、水:
对于发酵工厂来说,恒定的水源是至关重要的,因为在不同水源
中存在的各种因素对微生物发酵
代谢影响甚大
七
种子扩大培养:
从少量保藏的菌种开始,经过多级放大得到生产所需量的种子的过程
目的:
接种量需要,菌种驯化,缩短发酵时间,保证生产水平
接种龄:
种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间
接种量:
移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例
种子制备工艺:
1、实验室种子制备:
将休眠的孢子活化并繁殖出更多的孢子
固体培养基培养:
孢子接入种子罐,产孢子能力强、孢子发芽、生长繁殖快的菌种,操作简便,不易污染
摇瓶液体培养法:
营养体接入种子罐,产孢子能力不强、孢子发芽缓慢
2、生产车间种子制备:
使孢子瓶中有限的孢子发芽生长,并繁殖成大量的营养体以缩短发酵罐繁殖时间
影响种子质量的因素:
原材料,培养及成分,培养条件(温度、湿度、通气量),种子保藏影响,接种方法影响
种子质量控制措施:
培养及成分的控制,种子质量的检测参数,种子稳定性检查,无菌检查,种子液黏度控制
八
分批培养:
是一种准封闭式系统,种子接种到培养基后除了气体流通以外,发酵液始终留在反映其内
补料-分批培养:
再分批培养过程中补入新鲜料液,以克服由于养分的不足导致发酵过早结束
半连续培养:
在补料分批培养的基上加上间歇放掉部分发酵液
连续培养:
在过程中一面加入新鲜料液,一面以相近的流速放料,维持发酵液原来的体积
恒化器:
以恒定的速度流出培养液,使容器中的微生物生长繁殖始终低于最快生长速度
恒浊器:
一种以光电池监控培养物的浊度,并通过调节补料速率使培养物的浓度维持恒定的培养系统。
细胞密度基本恒定
得率:
从所用基质获得的产物数量
产率:
产物形成速率
微生物发酵的四种模式:
1、分批培养:
发酵过程中发酵液的成分不断的变化,所有液体的流量等于零,分为六个时期
停滞期:
μ=0,细胞数量不变,长短取决于种子的活性、接种量、培养基的可利用性和浓度
加速期:
μ从最小升为最大
对数期:
μ最大,长短取决于培养基的可利用性和有害代谢产物的积累
减速期:
μ不断下降,养分减少、有害代谢物积累、细胞形态退化,长短取决于菌对限制性机制的亲和力
静止期:
μ=α即净生长速率=0,生长与死亡动态平衡,次级代谢产物大量合成,菌分化然色变浅
死亡期:
μ<α,生长呈负增长,养分耗尽,有害代谢产物大量积累,开始时间取决于菌的种类和培养条件
生长关联型:
初级代谢产物的形成与生长关联,次级代谢产物的形成与成长非直接关联
非生长关联性:
产物的形成只与细胞的积累量有关
优点:
操作简单,周期短,染菌的机会减少,生产过程、产品质量易掌握
缺点:
存在基质抑制问题,出现二次生长现象,产率较低
2、补料-分批培养:
发酵液体积不断增加
优点:
系统维持很低的基质浓度,避免阻遏作用,按设备的通气能力维持适当的发酵条件,减缓代谢有害物的不利影响,不需严格的无菌条件,不会产生菌种老化和变化的现象
3、半连续培养:
放掉部分发酵液再补入适当料液补充养分和前提,代谢有害物被稀释,有利于产物的继续合成
缺点:
丢失未利用的养分和处于生产旺盛期的菌体;发酵液被稀释,送去提炼的发酵液体积更大;被稀释后可能产生更多的有害代谢物;经代谢产生的前提可能消失;有利于非产生菌突变株的生长
应用:
有海洋微澡产生的藻红素,多糖和多不饱和脂肪酸生产
4、连续培养:
优点:
操作简单,产品质量稳定,对发酵设备以外的外围设备利用率高,及时排除对发酵有害的物质,有效延长分批培养中的对数期
缺点:
菌种的稳定性问题,杂菌污染
九
狭义的发酵:
在厌氧条件下,葡萄糖经酵解途径生成乳酸或乙醇等经EMP途径的代谢过程
广义的发酵:
微生物把一些原材料在适当条件下,经特定的代谢途径转变成所需产物的过程
呼吸熵RQ:
指单位时间内进行呼吸作用的生物释放二氧化碳的量与吸收氧气的量的比值
耗氧速率(摄氧率OUR):
指生物和微生物进行有氧呼吸作用所消耗氧气的速率
临界氧:
不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度,对产物而言就是不影响产物合成所允许的最低浓度
比生长速率:
比生长速率μ为表征微生物生长速率的一个参数,其大小为0.693除以倍增时间td(菌体量倍增)
工业发酵尺度:
基因分子遗传,细胞代谢调节,反应器工程特性
发酵过程的主要参数及意义:
1、温度:
温度对产物合成的影响,影响酶的活性从而影响过程的各种反应速率,改变发酵液的物理性质,影响生物合成方向,对代谢有调节作用
2、PH:
是代谢活动的综合指标,微生物生长阶段和产物合成阶段最是PH通常不同;PH的变化会影响各种酶活、基质利用速率和细胞结构,从而影响菌的生长和产物的合成;影响菌体细胞膜电荷状况,引起膜渗透性的变化,从而影响菌对养分的吸收和代谢产物的分泌;在培养液的缓冲能力不强的情况下,PH可反映菌的生理状况;最适PH的选择准则是获得适量的菌种和最大比生产速率
3、溶氧DO:
是需氧微生物所必须的,DO的高低不仅取决于供氧还取决于需氧状况,发酵中用空气饱和度(﹪)来表示,可以反映菌的生长生理状况,对数期明显上升,生长衰退或自溶时逐渐上升,发酵异常的指数,中间补料的判断,杂菌污染,代谢方向的控制指标;限制养分的供给提高DO,降低发酵温度提高DO
4、CO2:
是呼吸和分解代谢的终产物,重要基质,溶解在发酵液中的CO2氨基酸、抗生素等发酵有抑制或刺激作用,影响细胞膜的结构使膜的流动性等发生变化生长受到抑制,发酵罐中的CO2分压是液
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