發(fā)酵工程復(fù)習(xí)資料四川理工學(xué)院

1、立身以立學(xué)為先，立學(xué)以讀書(shū)為本一發(fā)酵工業(yè)菌種1. 工廠化生產(chǎn)對(duì)菌種的要求？ 培養(yǎng)基原料來(lái)源廣、廉價(jià)； 培養(yǎng)條件易控制； 發(fā)酵周期短； 菌株高產(chǎn)； 抗病毒(噬菌體)能力強(qiáng)； 菌株性狀穩(wěn)定，不易變異退化； 菌體本身不能是病原菌；2. 發(fā)酵工業(yè)誘變育種的原理？誘變育種：以誘發(fā)突變?yōu)榛A(chǔ)的育種，是迄今為止國(guó)內(nèi)外提高菌種產(chǎn)量、性能的主要手段。用各種物理、化學(xué)的因素人工誘發(fā)基因突變進(jìn)行的篩選，稱為誘變育種誘變劑：能夠提高生物體突變頻率的物質(zhì)稱為誘變劑物理誘變劑：射線如紫外線、X-射線、丫 -射線，快中子；物理因素中目前使用得最方便而且十分有效的是紫外線。許多高產(chǎn)菌株的選育都用過(guò)紫外 線，對(duì)于一般實(shí)驗(yàn)室、中

2、小型工廠都適用，也很安全。其他的幾種射線都是電離性質(zhì)的，有一定的穿透力，一般都由專業(yè)人員在專門(mén)的設(shè)備中使用，否則有一定危險(xiǎn)性?；瘜W(xué)誘變劑：化學(xué)因子如堿基類似物、5-氟尿嘧啶、烷化劑等?；瘜W(xué)誘變劑中使用最多、最有效的是烷化劑。使用化學(xué)誘變劑的優(yōu)缺點(diǎn)： 大多數(shù)情況下，就突變數(shù)量而言，要比電離輻射更有效。 化學(xué)誘變劑是很經(jīng)濟(jì)的， 因?yàn)橹恍枰倭康暮线m的誘變劑，設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室的一般玻璃器皿，一個(gè)蒸氣罩。而用電離輻射進(jìn)行工作時(shí)，設(shè)備費(fèi)用大，并要注意安全性。 大部分誘變劑是致癌劑， 所以在使用中必須非常謹(jǐn)慎，要避免化學(xué)誘變劑與皮膚接觸，且切勿吸入其蒸氣，有人對(duì)某些誘變劑極其敏感，甚至未直接接觸就會(huì)過(guò)敏，這就

3、更要當(dāng)心。3. 菌種保藏的目的和原理？(1)目的： 存活，不丟失，不污染； 防止優(yōu)良性狀丟失； 隨時(shí)為生產(chǎn)、科研提供優(yōu)良菌種。(2 )基本原理：根據(jù)菌種的生理生化特點(diǎn)，人工地創(chuàng)造條件，使菌種的代謝活動(dòng)處于不活 潑狀態(tài)。二發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基1. 名詞：前體、生理酸性物質(zhì)、生理堿性物質(zhì)；前體：指某些化合物加入發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物合成過(guò)程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去， 而其自身結(jié)構(gòu)并沒(méi)有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。生理酸性物質(zhì)：經(jīng)微生物生理作用(代謝)后能形成酸性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源。生理堿性物質(zhì)：經(jīng)微生物生理作用后能形成堿性物質(zhì)的無(wú)機(jī)氮源。例如：液體曲2. 在利用氨水、尿素作為 N源

4、時(shí)的注意事項(xiàng)；氨水：堿性強(qiáng)、易揮發(fā)、不能加熱滅菌，不能加到基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，只用于流加，且要攪拌。尿素及有機(jī)氮：一般無(wú)毒，但尿素使PHf，滅菌后不穩(wěn)定造成尿素減少。另有機(jī)氮源同時(shí)含有C、N,故兼有C、N的作用。3. 前體的特性？使用時(shí)的工藝控制？有些前體濃度過(guò)高對(duì)菌體產(chǎn)生毒性。菌體還具有將前體氧化分解的能力，故需工藝控制。少量流加 多次加入 加入的時(shí)間4. 簡(jiǎn)述影響培養(yǎng)基質(zhì)量的因素；原材料的質(zhì)量純度、原材料的產(chǎn)地品種、加工方法、儲(chǔ)存條件、粉碎粒度等。配制方法培養(yǎng)基 的配方中應(yīng)注明的事項(xiàng)： 計(jì)料體積與配料體積的關(guān)系 物料的規(guī)格 pH值及調(diào)整方法 對(duì)配制水的要求 投料的順序發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)1. 試根據(jù)

5、對(duì)數(shù)殘留定律，如何確定培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間？工業(yè)生產(chǎn)中采用高溫瞬時(shí)滅菌的依據(jù)。滅菌操作中，為達(dá)到一定的滅菌要求，即N N0為某值，如10-16。所需滅菌時(shí)間即可由下式求出：ln = -K t 二 In叢=K t 二 t = 1 In 邑N0NK N該式叫做對(duì)數(shù)殘留公式將In K E In A兩邊對(duì)T求導(dǎo)RT3%2dl n K dT表示In K對(duì)T的變化率,即丄1n K T其值與AE正相關(guān),即：AE愈高,變化率愈大,亦即T的變化對(duì)K的影響愈大。 E差距來(lái)以上結(jié)論非常重要：在生產(chǎn)上，可利用菌體死滅反應(yīng)與營(yíng)養(yǎng)成分被破壞反應(yīng)的 作為工藝選取的依據(jù)。通常，菌體死滅反應(yīng)的 E約在200400 KJ/moI，而

6、維生素被破壞的 E約在8100KJmol，滅菌中，溫度升高，菌體死滅速度的增加遠(yuǎn)大于營(yíng)養(yǎng)成分被破壞的增加；這就是 高溫短時(shí)間滅菌的依據(jù)。2.比較分批滅菌與連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)。（補(bǔ)充）有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40 m3培 養(yǎng)基、每1 mL有2 X 105 個(gè)耐熱細(xì)菌芽抱， 敗機(jī)率為0.001時(shí)所需要的滅菌時(shí)間。N0 =40 106 2 105 =8 1012|2.303 N0tlg 0K N（書(shū)）在12l121 C溫度下進(jìn)行實(shí)罐滅菌。原感染程度為°C時(shí)滅菌速度常數(shù)為1.8 min-1。求滅菌失N =10“K = 1.8min 42.3031.815lg(8 10 )二 20.34 min3.結(jié)合本

7、地實(shí)際，設(shè)計(jì)一空氣凈化流程并對(duì)其進(jìn)行分析。油水分走器無(wú)油湖滑壓縮亞過(guò)澹器發(fā)酵工業(yè)種子制備簡(jiǎn)述影響種子質(zhì)量的主要因素。1. 培養(yǎng)基：選用原則：組分簡(jiǎn)單，來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，取材方便等。種子培養(yǎng)基以菌體增殖為目的, 應(yīng)該糖份少而氮源多些。種子罐與發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分趨于一致時(shí)，可縮短發(fā)酵生產(chǎn)的周期。2. 培養(yǎng)條件 溫度：溫度直接影響生長(zhǎng)和酶的合成； pH值：對(duì)微生物有明顯的影響。培養(yǎng)基pH調(diào)節(jié)方法：用酸堿溶液中和法；使用緩沖溶液法；使用生理緩沖劑； 通氣攪拌：溶解氧的作用：參與菌體呼吸作用；攪拌：促進(jìn)氧的溶解與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及代謝產(chǎn)物的擴(kuò)散。通氣量的多少以溶解氧的多少來(lái)衡定。通氣過(guò)程中，影響溶解氧的因素：菌

8、種；培養(yǎng)基性質(zhì)；培養(yǎng)階段；發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)； 泡沫：危害：影響微生物對(duì)氧的吸收； 妨礙C02的排除；減少設(shè)備利用率（有效容積減少）； 造成跑料，導(dǎo)致染菌；發(fā)酵動(dòng)力學(xué)1. 分批培養(yǎng)、分批補(bǔ)料培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)各是怎樣的操作方式？分批發(fā)酵：在一封閉系統(tǒng)內(nèi)含有初始限量基質(zhì)的發(fā)酵方式。除了氧氣、消泡劑及控制pH的酸或堿外，不再加入任何其它物質(zhì)。發(fā)酵過(guò)程中培養(yǎng)基成分減少，微生物得到繁殖。補(bǔ)料分批發(fā)酵是指在發(fā)酵過(guò)程中，連續(xù)或間歇補(bǔ)加一種或幾種培養(yǎng)基成分，但發(fā)酵過(guò)程中不取出發(fā)酵液的發(fā)酵方法。 又稱半連續(xù)培養(yǎng)，是介于分批培養(yǎng)過(guò)程與連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程之間的一種 過(guò)渡培養(yǎng)方式。連續(xù)培養(yǎng)是針對(duì)間隙（分批）培養(yǎng)而言的，即以一定速率

9、不斷向混合均勻的發(fā)酵罐中供給 新鮮的培養(yǎng)基，同時(shí)等量的排出發(fā)酵液，維持發(fā)酵液量一定的培養(yǎng)方法。連續(xù)發(fā)酵中，微 生物的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)保持旺盛的穩(wěn)定狀態(tài)，而pH營(yíng)養(yǎng)成分、溶解氧等都保持恒定，并從系統(tǒng)外部予以調(diào)控。這樣就大大提高了設(shè)備利用率。2. Mo nod方程是描述什么的？什么是限制性底物？細(xì)菌的比生長(zhǎng)速率與單一限制性基質(zhì)之間存在的關(guān)系。第二問(wèn)略。3何為單級(jí)恒化器？dx=0dt即："=D具有恒定化學(xué)環(huán)境的反應(yīng)器 ；恒化指明了操作的穩(wěn)定狀態(tài)特征。對(duì)于菌體：積累的細(xì)胞=（進(jìn)入 -流出）的細(xì)胞+ （生長(zhǎng)-死亡）的細(xì)胞即：V空=F X。-X廣V-xdt這表明，在一定范圍內(nèi)，人為地調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的流加

10、速度，可以使細(xì)胞按照所希望的比生長(zhǎng) 速率來(lái)生長(zhǎng)。（流進(jìn)-流出）-（生長(zhǎng)+產(chǎn)物+維持）所消耗的底物即:V=F（s。 s ）dt/-Vr1dx+ 1dpYx/dtYpdt< sJ ssmds=odt即:D so _s =SYxs對(duì)于限制性底物：積累底物=因?yàn)椋?-D, = x=Yxs so -s對(duì)于產(chǎn)物形成：積累的產(chǎn)物=（生成即:因?yàn)?dpV 一 : V dtdp 1dx x上式變?yōu)椋篸pdt dx dt-F .p生成dp-dF-流出）的產(chǎn)物 在恒定條件下：dp=0 dt即:Ypx- D p =0x所以，dpdp "x 1上面的幾個(gè)平衡式即是單級(jí)恒化器在達(dá)到平衡時(shí)的基本特征，式中

11、均涉及到稀釋率。 可見(jiàn)，單級(jí)恒化器連續(xù)培養(yǎng)菌體的穩(wěn)態(tài)操作必須有D< De；如果D>Derit ，反應(yīng)器中的菌體終將被沖出；如果D只稍微低于 De，那么整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境的變化是非常敏感的， x將發(fā)生巨大的變化。x DP隨D的微小變化,發(fā)酵工業(yè)中氧的供需1. 對(duì)發(fā)酵罐通風(fēng)調(diào)節(jié)的意義。微生物進(jìn)行某種生理活動(dòng)時(shí)，對(duì)環(huán)境中氧濃度的最低要求。不同種類的微生物的C臨界不同，同種微生物在進(jìn)行不同生理活動(dòng)時(shí)也不同。發(fā)酵液溶氧控制的目的是根據(jù)不同發(fā)酵階 段，保證溶氧濃度不低于 C臨界。微生物只能從其生活的液體基質(zhì)中獲得氧，以供其生理活動(dòng)。發(fā)酵液中所含氧的多少就顯 得很重要。氧是難溶氣體，為滿足發(fā)酵中

12、菌體對(duì)氧的需求，必須采用強(qiáng)制供氧措施；另一 方面，由于氧有時(shí)又可改變菌體的代謝方向，故又需要根據(jù)生產(chǎn)需要適時(shí)地調(diào)節(jié)控制供氧， 這需要根據(jù)具體的發(fā)酵工藝而定。2. 影響發(fā)酵設(shè)備氧傳遞速率的主要因素。 推動(dòng)力因素：溫度、溶質(zhì)、溶劑、氧分壓； KLa因素：攪拌、設(shè)備參數(shù)、發(fā)酵液性質(zhì)；發(fā)酵過(guò)程控制1. 發(fā)酵過(guò)程中進(jìn)行溫控的意義？溫度對(duì)發(fā)酵的影響：菌體生長(zhǎng) 酶活性 膜的通透性 胞內(nèi)反應(yīng)的速率產(chǎn)物形成速度方向發(fā)酵液性質(zhì)發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵液溫度變化取決于幾個(gè)因素：Q發(fā)酵=Q生物+ Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射2. 發(fā)酵液pH值變化的因素及對(duì)發(fā)酵液 pH進(jìn)行調(diào)控的主要方法。環(huán)境中氫離子濃度影響微生物環(huán)境的離子強(qiáng)度、細(xì)

13、胞膜的透性及膜上的帶電性和氧化-還原 電位、酶活性;生產(chǎn)中，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：調(diào)整培養(yǎng)基組分：適當(dāng)調(diào)整 C/N比，使鹽類與碳源配比平衡，一般情況：C/N高時(shí)（真菌培養(yǎng)基），pH降低；C/N低時(shí)（一般細(xì)菌），經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，pH上升。工藝控制： 添加CaC03當(dāng)用NH44鹽作為氮源時(shí)，可在培養(yǎng)基中加入CaC03用于中和NH4+被吸收后剩余的酸； 氨水流加法：可以中和發(fā)酵中產(chǎn)生的酸，又可作為氮源； 尿素流加法：味精廠多采用此法，以尿素作為菌體氮源時(shí)，尿素首先被菌體尿酶分解成氨，氨進(jìn)入發(fā)酵液，使 pH上升，當(dāng)NH4+被菌體作為氮源消耗并形成有機(jī)酸時(shí)，發(fā)酵液 pH 下降，這時(shí)隨著尿素的補(bǔ)加，氨進(jìn)入發(fā)酵液，又使發(fā)酵液pH上升及補(bǔ)充氮源，如此循環(huán)，致至發(fā)酵液中碳源耗盡，完成發(fā)酵。3. 發(fā)酵液泡沫產(chǎn)生的原因及消泡的基本方法。A. 產(chǎn)生原因： 外界引入，在通氣過(guò)程中，伴隨機(jī)械攪拌，空氣被分成細(xì)小的氣泡，從溶氧的角度講，氣泡越細(xì)越好，使空氣中的氧和發(fā)酵液中的CQ能充分的進(jìn)行交換，這些氣泡升到發(fā)酵液面形成泡沫； 微生物在進(jìn)行發(fā)酵活動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生一些氣體，如CO ;這些代謝氣體凝結(jié)形成氣泡，成為發(fā)酵泡沫；菌體代謝越旺盛，