新編生物工藝學(xué)復(fù)習(xí)題11

1、新編生物工藝學(xué)復(fù)習(xí)題 21緒論一、生物技術(shù)歸納起來可有三個特點? A生物技術(shù)是一門多學(xué)科、綜合性的科學(xué)技術(shù)；? B反響中需有生物催化劑的參與；? C其最后目的是建立工業(yè)生產(chǎn)過程或進行社會效勞，這一過程可稱為生物反響過程二、生物催化劑特點1優(yōu)點A常溫、常壓下反響,B反響速率大,C催化作用專一，D大幅度提高效率，本錢低廉2) 缺點A穩(wěn)定性差.B控制條件嚴(yán)格.C易變異三、 近代生物技術(shù)的全盛時期20世紀(jì)40年代初至70年代末的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)：? 青霉素工業(yè)化生產(chǎn)；? 微生物次級代謝產(chǎn)物和抗生素產(chǎn)業(yè)的興盛以及新的初級代謝產(chǎn)物開發(fā)；? 以酶為催化劑的生物轉(zhuǎn)化及酶和細(xì)胞固定化技術(shù)及應(yīng)用。四、 現(xiàn)代生物技術(shù)

2、建立和開展時期20世紀(jì)70年代開始這一時期，主要是以分子生物學(xué)為根底的基因工程技術(shù)的開展和應(yīng)用為特征。2、生產(chǎn)菌種的來源與菌種選育1微生物選擇性別離方法大致分為五個步驟：1、含微生物材料的選擇一采樣2、材料的預(yù)處理3、所需菌種的別離4、菌種的培養(yǎng)5菌種的選擇和純化理想的工業(yè)發(fā)酵菌種-優(yōu)良菌種應(yīng)符合以下要求：(1) 遺傳性狀穩(wěn)定；(2) 生長速度快，不易被噬菌體等污染；(3) 目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量盡可能接近理論轉(zhuǎn)化率；(4) 目標(biāo)產(chǎn)物最好能分泌到胞外，以降低產(chǎn)物抑制并利于產(chǎn)物別離；(5) 盡可能減少產(chǎn)物類似物的產(chǎn)量，以提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量及利于產(chǎn)物別離；(6) 培養(yǎng)基成分簡單、來源廣、價格低廉；(7)

3、對溫度、pH、離子強度、剪切力等環(huán)境因素不敏感；(8) 對溶氧的要求低，便于培養(yǎng)及降低能耗。2液體富集培養(yǎng)，即通過給混合菌群提供一些有利于所需菌株生長，或/和不利于其他菌株生長的條件供應(yīng)特殊的基質(zhì)或參加抑制劑，從而增加混合菌群中所需菌株數(shù)量的培養(yǎng)方法。3菌種選育是微生物工程的關(guān)鍵技術(shù)，主要方法有傳統(tǒng)的自然選以及現(xiàn)代的原生質(zhì)體融合與基因工程等。4自然選育是指在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工處理，利用菌種的自發(fā)突變，選擇適宜的自發(fā) 突變spontaneous mutation體的古老的育種方法。5) 誘變育種是利用物理、化學(xué)或生物誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞群，促進其突變率大幅度提高，然后采用簡便、快速

4、和高效的篩選方法，從中挑選符合育種目的的突 變株的育種技術(shù)。6) 基因突變根據(jù)發(fā)生原因可分為自然突變和誘發(fā)突變，后者是誘變育種的根底。7) 常用的化學(xué)誘變劑根據(jù)其作用方式不同分為三種類型。即：(1)與核酸堿基化學(xué)反響的誘變劑。(2)堿基類似物(3)移碼突變的誘變劑8) 誘變育種一般分為出發(fā)菌株的選擇、誘變和篩選三個步驟9) 微生物雜交育種(Hybridization) 般是指人為利用真核微生物的有性生殖或準(zhǔn)性生殖，或原核微生物的接合、F因子轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)化等過程，促使兩個具不同遺傳性狀的菌株發(fā)生基因重組，以獲得性能優(yōu)良的生產(chǎn)菌株。10) 原生質(zhì)體融合是通過人工方法，使遺傳性狀不同的兩個細(xì)胞的原

5、生質(zhì)體發(fā)生融合，并 產(chǎn)生重組子的過程，亦可稱為“細(xì)胞融合11) 原牛質(zhì)體融合育種的主要步驟為：選擇親株、制備原生質(zhì)體、原生質(zhì)體融合、原生質(zhì) 體再生及篩選優(yōu)良性狀的融合子12) 基因工程育種是用人為的方法將所需的某一供體生物的遺傳物質(zhì)DNA分子提取出來，在離體條件下切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后導(dǎo)入某一受體細(xì)胞中，讓外來的遺傳物質(zhì)在其中進行正常的復(fù)制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新 的育種技術(shù)。13) 菌種的保藏方法有：斜面低溫菌種保藏法、液體石蠟封藏法、真空冷凍枯燥保藏法、 液氮超低溫保藏法、沙土保藏法3、微生物代謝調(diào)節(jié)與控制1微生物自我調(diào)節(jié)部位： 細(xì)胞膜的屏障作用多數(shù)親水分

6、子和通道； 控制通量，調(diào)節(jié)酶量和改變酶分子活性； 限制基質(zhì)的有形接近，可存在于不同細(xì)胞器各個代謝庫中，其酶量差異大。2) 大腸桿菌糖代謝過程中，許多酶都有激活劑和抑制劑，共同控制糖代謝。3) 酶活性的調(diào)節(jié)：是指在酶分子水平上的一種代謝調(diào)節(jié)，它是通過改變現(xiàn)成的酶分子活 性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率，包括酶活性的激活和抑制兩個方面。4) 酶活性調(diào)節(jié)的機制概括起來有：共價修飾；變構(gòu)效應(yīng)；締合或解離和競爭性扌 5) 酶活性共價修飾調(diào)節(jié)：6) 在其他酶的催化下，酶蛋白肽鏈上的一些基團可與某種化學(xué)基團發(fā)生共 價結(jié)合或解開，從而改變酶的活性，此過程稱為共價修飾。最常見的共價修飾方式有：磷酸化-脫磷酸化，-SH -

7、 -S-S-，乙?；?脫乙?；?，腺苷化-脫腺苷化等。分為可逆與不可逆兩種：可逆性共價修飾酶通常同時存在活性和非活性兩種狀態(tài)。在兩種不同的酶的催化下發(fā)生共價修飾covale nt modificatio n或去修飾，從而引起酶分子在有活性形式與無活性 式之間進行相互轉(zhuǎn)變。如蛋白激酶的磷酸化與脫磷酸化再如：檸檬酸裂解酶的乙酰化：乙酰-酶+檸檬酸？檸檬酸-S-酶+乙酸檸檬酸-S-酶？乙酰-酶+草酰乙酸7) 酶原的激活過程通常是無活性的酶原蛋白一級結(jié)構(gòu)的改變，被相應(yīng)的蛋白酶作用，切去一小段肽鏈，該過程屬于BA可逆的共價修飾，B不可逆的共價修飾，C競爭性抑制，D酶結(jié)構(gòu)改造7) 酶活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)(allo

8、steric regulation)：當(dāng)?shù)孜锘蛘{(diào)節(jié)物與酶分子中的別構(gòu)中心結(jié)合后，能誘導(dǎo)出或穩(wěn)定住酶分子的某種構(gòu)象，使酶活性中心與底物的結(jié)合與催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶的反響速度及代謝過程。 活變構(gòu)酶通常為代謝途徑的起始關(guān)鍵酶，而變構(gòu)劑那么為代謝途徑的終產(chǎn)物。變構(gòu)劑一般以反響(feedback)方式對代謝途徑的起始關(guān)鍵酶進行調(diào)節(jié)，最常見的負(fù)反 饋調(diào)節(jié)別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡稱ATCase8) 酶合成的調(diào)節(jié)是一種通過調(diào)節(jié)酶的合成量進而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機制，這是一種在基因水平上在原核生物中主要在轉(zhuǎn)錄水平上的代謝調(diào)節(jié)。9) 酶合成的誘導(dǎo)在某種化合物(包括外加的和內(nèi)源性的積累 )作用下,導(dǎo)

9、致某種酶合成或合成速率提高的現(xiàn)象。10) 按酶合成對底物的依賴性，微生物體內(nèi)的酶可分為組成酶和誘導(dǎo)酶兩類。酶合成的誘導(dǎo)分為兩大類：同時誘導(dǎo)：即當(dāng)誘導(dǎo)物參加后，微生物能同時或幾乎同時誘導(dǎo)幾種酶的合成，它主要存在于短的代謝途徑中。例如，將乳糖參加到E. coli培養(yǎng)基中后，即可同時誘導(dǎo)出B -半乳糖苷透性酶、B -半乳糖苷酶和半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶的合成；順序誘導(dǎo)：即先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中間代謝物的酶，以到達對較復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。11) 酶合成的阻遏12) 在微生物的代謝過程中，當(dāng)代謝途徑中某末端產(chǎn)物過量時，通過阻遏作用來阻礙代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的生物合成，從而更徹

10、底地控制代謝和減少末端產(chǎn) 物的合成的過程。阻遏的類型主要有末端代謝產(chǎn)物阻遏和分解代謝產(chǎn)物阻遏兩種。末端產(chǎn)物阻遏鳥氨酸+旦呱氨酸 氨甲醜磷酸嗨宀氨酸圖6-59藉氨酸合成中的未端產(chǎn)物阻過(為氨甲酹基轉(zhuǎn)稔酶逆為蓿氨酸琥旳酸合成酶；為蓿氨酸琥旳酸裂合酶)(1) 、反響抑制和反響阻遏反響抑制：生物合成途徑的最終代謝物抑制該途徑的前面第一或第二個酶的作用(活性)。反響阻遏：抑制酶的形成，是由途徑終點產(chǎn)物或其衍生物施行的影響由支點到終點的酶。(2) 、這兩種機制都是調(diào)節(jié)途徑終點產(chǎn)物的生產(chǎn)速率以配合大分子合成的速率。最終產(chǎn)物的 阻遏和終點產(chǎn)物的抑制作用是相輔相成的。(3) 、反響抑制劑是終點產(chǎn)物而不是其衍生物

11、。與經(jīng)典的競爭性抑制作用不同。(4) 、反響阻遏作用是一廣泛現(xiàn)象。它調(diào)節(jié)氨基酸、嘌呤、嘧啶核苷酸和維生素等分子的合 成。受反響阻遏作用控制的酶，是R基因編碼阻遏物蛋白。11代謝系統(tǒng)的分子控制機制原核基因操縱子分兩類 :一類是誘導(dǎo)型操縱子 ，只有當(dāng)存在誘導(dǎo)物一種效應(yīng)物時，其轉(zhuǎn)錄頻率才最高， 并隨之轉(zhuǎn)譯出大量誘導(dǎo)酶，出現(xiàn)誘導(dǎo)現(xiàn)象。另一類是阻遏型操縱子 ，只有當(dāng)缺乏輔阻遏物一種效應(yīng)物時，其轉(zhuǎn)錄頻率才最 高。由阻遏型操縱子所編碼的酶的合成，只有通過去阻遏作用才能起動。13) 次級代謝物生物合成的步驟：14) 1、養(yǎng)分的攝入15) 2、通過中樞代謝途徑，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為中間體。16) 3、小分子構(gòu)建單位前體合

12、成。17) 4、改變其中的一些中間體18) 5、這些前體進入次級代謝產(chǎn)物合成的專有途徑19) 6、在主要骨架形成后，作最后的修飾，成為產(chǎn)物。20) 微生物代謝的前體：參加到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物能被直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中 區(qū)，而自身的結(jié)構(gòu)無多大變化，且具有促進產(chǎn)物合成的作用。1、起抗生素建筑材料的作用：丙酮酸是重要的中間體。丙酮酸t(yī)乙酰CoA t羧化得丙酰CoA t聚酮化物，該物是四環(huán)素族、大環(huán)內(nèi)酯 類抗生素的主要構(gòu)成單位。中間體轉(zhuǎn)化為次級終產(chǎn)物需要經(jīng)過三個過程： 生物氧化與復(fù)原、 生物甲基化、 生物鹵 化。許屢次級代謝產(chǎn)物是由不同的中間體作為建筑材料合成的。而這些中間體來源于許多 分支代謝。

13、2、誘導(dǎo)抗生素生物合成：a -氨基己二酸提高青霉素的發(fā)酵單位苯乙酸提高芐青霉素的發(fā)酵單位L-纈氨酸是環(huán)孢菌素 A的前體和誘導(dǎo)物丙醇誘導(dǎo)紅霉素鏈霉菌乙酰 CoA 羧化酶，促進紅霉素合成。3、前體與誘導(dǎo)物的區(qū)別誘導(dǎo)物在生長期或生產(chǎn)期前起作用，前體在生產(chǎn)期起作用；誘導(dǎo)物可以被非前體的結(jié)構(gòu)類似物取代；誘導(dǎo)物的誘導(dǎo)系數(shù)特別高。把前體引入次級代謝物生物合成的專有途徑關(guān)鍵酶21) 次級代謝物結(jié)構(gòu)的后幾步修飾常見的有：氧化22) 鹵化23) 氨化24) 甲基化25) 羥基化26) 糖基化27) ?；?8) 復(fù)合抗生素鏈霉素的裝配過程：29) dTDP雙氫鏈霉糖+鏈霉胍t擬二糖，雙氫鏈霉糖基轉(zhuǎn)移酶催化此反響。3

14、0) 之后，擬二糖+XDP-N-甲基-L-葡萄糖胺縮合成雙氫鏈霉素 -6-磷酸酯，再經(jīng)氧化成為鏈 霉素 -6 磷酸酯再經(jīng)水解成為鏈霉素31) 次級代謝產(chǎn)物往往是一組結(jié)構(gòu)相似的化合物，是因為A A 參與次級產(chǎn)物的酶的基質(zhì)專一性不強， B 參與次級產(chǎn)物的酶有很強的基質(zhì)專一性C 前體種類繁多， D 變構(gòu)酶的作用32) 短鏈脂肪酸為前體的抗生素的合成步驟：33) 第一步： 形成鏈狀聚酮化物， 初始前體活性丙酸和丙二酸首先轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶 A 和丙 二酰輔酶 A ，或其衍生物， 然后脫羧縮合成聚酮體。 反響位置在胞膜外表的酶處進行。34) 第二步：鏈狀聚酮化物在次級代謝途徑被復(fù)原，引入雙鍵或三鍵產(chǎn)生多烯或

15、多炔類抗 生素。也可以進入初級代謝途徑合成脂肪酸35) 第三步：局部復(fù)原的聚酮化物鏈經(jīng)環(huán)化作用形成大環(huán)內(nèi)酯或經(jīng)重復(fù)環(huán)化生成四環(huán)素或 蒽環(huán)類抗生素。36) 以氨基酸為前體的抗生素 主要有青霉素、頭孢菌素、環(huán)絲氨酸和肽類抗生素。前體氨基酸：合成蛋白質(zhì)的氨基酸；經(jīng)修飾的氨基酸D-氨基酸、N-或B -甲基化氨基酸、B -氨基酸、亞氨基酸、前體氨基酸如a-氨基己二酸；與其他代謝物如糖、脂肪酸相結(jié)合的氨基酸。肽類抗生素合成機制與蛋白質(zhì)不同， 無轉(zhuǎn)錄、 無核糖體、 無轉(zhuǎn)移 RNA 和信使 RNA 。 青霉素合成的前體：a -氨基己二酸、L-半胱氨酸和L-纈氨酸。青霉素 G 側(cè)鏈前體有：苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰

16、胺和苯乙酰甘氨酸，適量參入提高 產(chǎn)量，過多有毒性。37) 代謝工程是指借某些特定生化反響的修飾來定向改善細(xì)胞的特性或運用重組DNA 技術(shù)來創(chuàng)造新的化合物1) 培養(yǎng)基通常指人工配制的適合微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。2) 適宜大規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)基的特點：3) 1、能滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成4) 2、發(fā)酵后形成的副產(chǎn)物盡可能少5) 3、培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜、價格低廉、資源豐富、性能穩(wěn)定、保證供應(yīng)、適宜 大規(guī)模貯藏。6) 4、所選培養(yǎng)基應(yīng)該符合整體工藝要求，不影響通氣、提取、純化及廢物處理。7) 培養(yǎng)基的用途： 篩選菌種、保藏菌種、檢驗雜菌、培養(yǎng)種子、發(fā)酵生產(chǎn)等8) 天然培養(yǎng)基 (natural

17、 medium)9) 凡利用生物的組織、 器官及其抽取物或制品配成的培養(yǎng)基， 稱為天然培養(yǎng)基。10) 常見的天然培養(yǎng)基成分有：麥芽汁、肉浸汁、魚粉、麩皮、玉米粉、花生餅粉、玉 米漿及馬鈴薯等。實驗室常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。11) 合成培養(yǎng)基 (synthetic medium) ：使用成分完全了解的化學(xué)藥品配制而成的培養(yǎng)基 稱為合成培養(yǎng)基。12) 半合成培養(yǎng)基 (semi-defined medium)13) 由局部天然材料和局部的純化學(xué)藥品組成的培養(yǎng)基稱為。14) 液體培養(yǎng)基用途：15) 用于：16) 大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；17) 實驗室搖瓶試 驗；18) 微生物生理代謝研究。19) 常用的

18、固體培養(yǎng)基凝固劑有：瓊脂、明膠、硅膠20) 選擇性培養(yǎng)基：就是根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)要求或其對某化學(xué)、物理因素的 抗性而設(shè)計的培養(yǎng)基。21) 根本培養(yǎng)基又稱最低限度培養(yǎng)基，指能滿足某菌種的野生型(原養(yǎng)型)菌株最低營養(yǎng)要求的合成培養(yǎng)基。22) 完全培養(yǎng)基：在根本培養(yǎng)基中參加富含氨基酸、維生素、堿基等生長因子的營養(yǎng)物 質(zhì)，如蛋白胨、酵母膏等，就可滿足各種營養(yǎng)缺陷型的生長需求，這種培養(yǎng)基稱為 完全培養(yǎng)基(Complete Medium， CM)23) 培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及其功能：1碳源(Carbon source)【糖類、脂肪、有機酸】：能源物質(zhì)，構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物24) 2氮源(Nitrogen

19、source)【無機氮源：氨水、硫酸銨、尿素、硝酸鈉；有機氮源：豆餅粉、麥麩、玉米漿、蛋白胨；發(fā)酵菌絲體、酒糟】 ：構(gòu)成菌體和代謝產(chǎn)物，硝化細(xì)菌的能源物質(zhì)25) 3.無機鹽類(Mineral nutrition)【P、Mg、S、Fe、K、Na、Pb、Cl、Zn、Co、Mn 等】：維持酶活力，調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、電位等26) 4特殊生長因子【生物素、硫胺素、肌醇等】：構(gòu)成輔酶的組成局部，促進生命活動27) 5水：溶解營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物28) 以下物質(zhì)中屬速效碳源的物質(zhì)是 B A玉米漿、B葡萄糖、C淀粉、D明膠29) 以下物質(zhì)中屬于速效氮源的物質(zhì)是 B A玉米漿、B、氨水、C蛋白胨、D葡萄糖5、培

20、養(yǎng)基滅菌1) 滅菌的概念：是指用物理的和化學(xué)的方法殺滅或去除物料和設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過 程。2) 發(fā)酵過程防止雜菌污染的措施：3) 1、設(shè)備滅菌并確保無泄漏；4) 2、所用培養(yǎng)基必需滅菌；5) 3、通入的空氣必需除菌處理；6) 4、種子無污染，確保純種；7) 5培養(yǎng)過程中參加的物料必需滅菌并確保參加過程無污染。8) 常規(guī)加壓滅菌法9) 盛有適量水的加壓蒸汽滅菌鍋加熱煮沸，徹底驅(qū)盡冷空氣后將鍋密閉，再繼續(xù)加熱至121 C壓力為1kg / cm2或0.1MPa或15磅/英寸2，時間維持1520分鐘，也可 采用在較低的溫度115C,即卩0.7kg/cm2或10磅/英寸2下維持35分鐘的方法。10

21、) 連續(xù)加壓滅菌法主要操作：將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外連續(xù)不斷地進行加熱、維持和冷卻，然后才進入發(fā)酵罐-般在135140C下處理515秒鐘。11) 對數(shù)殘留定律：在一定溫度下，微生物的受熱死亡符合單分子反響動力學(xué)即微生物的熱死亡速率與任一瞬間殘存的活菌數(shù)成正比。熱死亡動力學(xué)方程dN/d t =-KN12) 式中：N 殘存的活菌數(shù)個13) t 滅菌時間min14) K 殺菌速率常數(shù)min-1或叫死亡速率常數(shù)。15) dN/d t 菌的瞬時變化率，即死亡速率。16) 在具體的理論滅菌時間計算時，將上式積分和轉(zhuǎn)換得：17) t =(1/k)l n( No/Ns)18) t -滅菌時間秒19) k-反響速度常

22、數(shù)，或滅菌速率常數(shù)min-1或叫死亡速率常數(shù)。K是判斷微生物受熱死亡難易程度的根本依據(jù)，其大小與微生物的種類和加熱溫度有關(guān)s-120) No-滅菌開始時，污染的培養(yǎng)基中雜菌個數(shù)個/ml21) Ns-經(jīng)過滅菌時間T后，殘存活菌個數(shù)個/ ml，一般取0.001個。只隨滅菌溫度變化的滅菌速度常數(shù)的簡化計算公式：lgk=-14845/T+36.127。22) 工業(yè)上濕熱滅菌分為分批滅菌和連續(xù)滅菌23) 一臺連續(xù)滅菌設(shè)備流量 G=6m3/h ,發(fā)酵罐裝料容積40m3 ,原始污染度107個/ml, 要求滅菌程度 Ns=10-3個/批，滅菌溫度 T=131 C，此溫度下 k=0.25s-1，試求維持時間t及

23、維持罐的裝料容積 v約需多少？24) 發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣的大致過程：空氣t 空壓機t貯氣罐 t冷卻 t除油水n 加熱t(yī)空氣預(yù)處理總過濾器 t分過濾器tt無菌空氣空氣過濾25) 空氣過濾除菌介質(zhì)：1、棉花：26) 2、玻璃纖維：27) 3、活性炭：28) 4、超細(xì)玻璃纖維紙：5、石棉濾板：。6、燒結(jié)材料過濾介質(zhì)：聚乙烯醇過濾板。7、新型過濾介質(zhì)：微孔濾膜6種子的擴大培養(yǎng)1) 種子擴大培養(yǎng)：是指將保存在砂土管、冷凍枯燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管 斜面活化后，在經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級放大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過 程。2) 種子制備的過程大致可分為：實驗室種子制備階段；生產(chǎn)車間

24、種子制備階段3) 種齡：是指種子罐中培養(yǎng)的菌絲體開始移入下一級種子罐或發(fā)酵罐時的培養(yǎng)時間。4) 接種量：是指移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例5) 優(yōu)良的種子細(xì)胞或菌體的菌絲形態(tài)、菌絲濃度和培養(yǎng)液外觀色素、顆粒等：6) 單細(xì)胞：菌體健壯、菌形一致、均勻整齊，有的還要求有一定的排列或形態(tài);7) 霉菌、放線菌：菌絲粗壯、對某些染料著色力強、牛長旺盛、菌絲分枝情況和內(nèi)含物情況好。7發(fā)酵過程的工藝控制1發(fā)酵的概念：原指在厭氧條件下，葡萄糖通過酵解途徑生乳酸或乙酸、乙醇的分解代謝過程?，F(xiàn)在，廣義的發(fā)酵是指：微生物把一些原料養(yǎng)分在適宜的條件下，經(jīng)特定的代謝轉(zhuǎn)變 成所需產(chǎn)物的過程。2一般來說，微生物學(xué)

25、的生長和培養(yǎng)方式可以分為：分批培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng) 補料分批培養(yǎng)3)分批培養(yǎng)又稱分批發(fā)酵，是指在一個密閉系統(tǒng)內(nèi)，營養(yǎng)物和菌種一次參加進行培養(yǎng)，直到結(jié) 束放出，中間除了空氣進入和尾氣排出，添加消泡劑和調(diào)節(jié)pH,與外部沒有物料交換，屬于非穩(wěn)態(tài)過程4)分批培養(yǎng)過程中，隨著微生長細(xì)胞和底物、 代謝物的濃度等的不斷變化，微生物垢生長可分為停滯期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和死亡期等四個階段5)生長關(guān)聯(lián)類型 在分批培養(yǎng)過程中根據(jù)產(chǎn)物生成是否與菌體生長冋步的關(guān)系，將微生物產(chǎn)物形成動力學(xué)分為與生長有聯(lián)系的和與生長無聯(lián)系的類型qp=Y p/x 口 和 dP/dt= B6)7)靜止期的菌濃：靜止期的菌濃與初始的基質(zhì)濃度成正比關(guān)系

26、X=Y x/s(So-St),寫出Monod方程和Ks的意義尸umS/(Ks+S)Ks為飽和常數(shù)mg/L,其物理意義：當(dāng)比生長速率為最大比生長速率一半時的限制性營養(yǎng)物質(zhì)濃度。它的大小表示了微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收親合力大小。KS越大，表示微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收親和力越小；反之就越大。8)補料分批培養(yǎng)：指在分批培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法， 是介于分批培養(yǎng)過程與連續(xù)培養(yǎng)過程之間的一種過渡培養(yǎng)方式。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的特點：輸入的基質(zhì)等于消耗的基質(zhì)，故dS/dt=O;雖然培養(yǎng)液中的總菌量 XT隨時間的延長而增加，但細(xì)胞濃度Xt并未提高，即dX/dt=0,因此尸D。這種情況稱為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。? 補料

27、分批保持準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的條件：?D<max; Ks?So? 補料分批的參數(shù)特征：?1、dS/dt=0 ,輸入的基質(zhì)等于消耗的基質(zhì)? 2、細(xì)胞濃度Xt并未提高，dX/dt=0?3、尸D , D=F/(V o+Ft)9)連續(xù)培養(yǎng)指以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)基， 冋時以相冋的速度流 出培養(yǎng)液，從而使培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)培養(yǎng)液的液量維持恒定， 使微生物細(xì)胞能在近似恒 疋狀態(tài)下生長的微生物培養(yǎng)方式。10)連續(xù)培養(yǎng)的特點在連續(xù)培養(yǎng)過程中，微生物細(xì)胞所處的環(huán)境條件，如營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、產(chǎn)物的濃度、PH值以及微生物細(xì)胞的濃度、比生長速度等可以自始至終根本保持不變，甚至還可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)微生物細(xì)胞的生長速度，

28、因此連續(xù)培養(yǎng)的最大特點是微生物細(xì)胞的生長速度、產(chǎn)物的代謝均處于恒定狀 態(tài)，可到達穩(wěn)定、高速增微生物細(xì)胞或產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物的目的連續(xù)培養(yǎng)只要控制 D,即改變培養(yǎng)基的供應(yīng)量 F，就可以控制在任意可調(diào)水平，而卩 是微生物的特性參數(shù)，在分批培養(yǎng)過程中，是一個無法控制的參數(shù)，而在連續(xù)培養(yǎng)過程中， 通過控制操作狀態(tài)參數(shù) D來調(diào)控，因而稱此類反響器為外控式的微生物反響器11)12)微生物代謝參數(shù)按性質(zhì)分可分三類：物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、空氣壓力、空氣流量、溶解氧、表觀粘度、排氣氧 二氧化碳濃度等13)14)化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度包括糖、氮、磷、pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體比生長速率

29、、呼吸強度、基質(zhì)消耗速率、關(guān)鍵酶活力等15)補糖的依據(jù)：殘?zhí)橇?、pH值、Qc、菌濃和形態(tài)、粘度、溶氧、尾氣中02和C02 的含量、發(fā)酵液的總體積補糖量控制的經(jīng)驗方法是：根據(jù)經(jīng)驗，以最高產(chǎn)量的罐批的加糖率為指標(biāo),并依據(jù)菌體濃度、一定時間內(nèi)的糖比消耗速率和殘?zhí)堑燃右孕拚?。例：中?0 90h0.15% - 0.18%后期90以后0.15% -0.18%青霉素發(fā)酵開始補糖在殘?zhí)墙抵?罐批經(jīng)驗量為參考。前期0 40h每小時加糖量 0.08%-0.15%1.5%, pH開始上升時補糖。補糖量以最高16) 發(fā)酵工藝中，氮源濃度的控制措施：17) 控制根底培養(yǎng)基中的配比。18) 通過補加氮源。19) 發(fā)酵工

30、藝控制過程中， 磷酸鹽濃度的控制原那么：一般在根底培養(yǎng)基中采用適宜濃度。對于初級代謝產(chǎn)物， 磷酸鹽濃度采用足量；對于次級代謝產(chǎn)物，磷酸鹽濃度 采用生長亞適量。20) 過高的比生長速率和過高的菌體濃度造成的不利影響1、過高，S消耗過快，有限的營養(yǎng)基質(zhì)只能用于生長，而缺乏于產(chǎn)物合成。2、有毒中間產(chǎn)物的快速積累，會改變菌體的代謝途徑，抑制產(chǎn)物合成。3、X過高，增加 OUR，且發(fā)酵液粘度增大，減小 OTR。CL減小，抑制菌體生長和產(chǎn)物合成。最適卩為等于或稍大于卩COUR=OTR時的菌體濃度為最適菌體濃度在發(fā)酵過程中，控制目標(biāo)為保持穩(wěn)定的臨界菌體濃度和臨界比生長速率，以維持呼 吸臨界溶氧濃度為前提的耗氧

31、速率與供氧速率的平衡，從而使產(chǎn)物合成速率和比速率到達 最大值。21) 溫度對發(fā)酵的影響表現(xiàn)為兩個方面：一是影響發(fā)酵反響的速率，二是影響發(fā)酵反應(yīng)的方向四環(huán)素產(chǎn)生菌金色鏈霉菌同時產(chǎn)生金霉素和四環(huán)素，當(dāng)溫度低于300C時，這種菌合成金霉素能力較強；溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高，溫度到達350C時，金霉素的合成幾乎停止，只產(chǎn)生四環(huán)素。這說明溫度 影響發(fā)酵反響的方向溫度還影響基質(zhì)溶解度，氧在發(fā)酵液中的溶解度也影響菌對某些基質(zhì)的分解吸收。22) 發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的原因，用公式表示發(fā)酵熱的影響因素：發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量Q發(fā)酵=Q生物+ Q攪拌Q蒸發(fā)Q輻射在發(fā)酵過程中，菌體不斷

32、利用培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)，將其分解氧化而產(chǎn)生的能量，其 中一局部用于合成高能化合物如ATP提供細(xì)胞合成和代謝產(chǎn)物合成需要的能量，其余一局部以熱的形式散發(fā)出來，這散發(fā)出來的熱就叫生物熱。微生物進行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多在培養(yǎng)初期，菌體處于適應(yīng)期，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，產(chǎn)生熱量較少。菌體在對數(shù)生長期時，菌體繁殖迅速，呼吸作用劇烈，菌體也較多，所以產(chǎn)生的熱量多， 溫度上升快，必須注意控制溫度。培養(yǎng)后期，菌體已根本上停止繁殖，主要靠菌體內(nèi)的酶系進行代謝作用，產(chǎn)生熱量不多， 溫度變化不大，且逐漸減弱。如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。如果發(fā)酵前期溫度上升劇 烈，有可能染

33、菌，此外培養(yǎng)基營養(yǎng)越豐富，生物熱也越大。23發(fā)酵過程溫度的選擇有什么依據(jù)？1、根據(jù)菌種及生長階段選擇，在發(fā)酵前期由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快到達 大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長迅速；在中期菌量已到達合成產(chǎn)物的最適量， 發(fā)酵需要延長中期， 從而提高產(chǎn)量， 因此 中期溫度要稍低一些， 可以推遲衰老。 因為在稍低溫度下氨基酸合成蛋白質(zhì)和核酸的正常途 徑關(guān)閉得比擬嚴(yán)密有利于產(chǎn)物合成。發(fā)酵后期， 產(chǎn)物合成能力降低， 延長發(fā)酵周期沒有必要， 就又提高溫度，刺激產(chǎn) 物合成到放罐。2、根據(jù)培養(yǎng)條件選擇，溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。 通氣條件差時可適當(dāng)降低溫度， 使菌呼吸

34、速率降低些， 溶氧濃度也可髙些。 培養(yǎng) 基稀薄時，溫度也該低些。因為溫度高營養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。 。3、根據(jù)菌生長情況菌生長快，維持在較高溫度時間要短些；菌生長慢，維持較高溫度時間可長些。24發(fā)酵過程 pH 變化的原因1、基質(zhì)代謝 1糖代謝特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使 pH 下降。糖缺乏，pH 上升，是補料的標(biāo)志之一2氮代謝當(dāng)氨基酸中的 -NH2 被利用后 pH 會下降；尿素被分解成 NH3 ，pH 上升， NH3 利用后 pH 下降，當(dāng)碳源缺乏時氮源當(dāng)碳源利用 pH 上升。 3生理酸堿性物質(zhì)利用后 pH 會上升或下降2、產(chǎn)物形成 某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性， 使發(fā)酵液 pH

35、 變化。如有機酸類產(chǎn)生使 pH 下降， 紅霉素、 潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使 pH 上升。3、菌體自溶， pH 上升，發(fā)酵后期， pH 上升。pH 對發(fā)酵的影響 1 pH 影響酶的活性。當(dāng) pH 值抑制菌體某些酶的活性時使菌的新陳代謝受阻2 pH 值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的改變， 從而改變細(xì)胞膜的透性， 影響微生物 對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進行3 pH 值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離， 從而影響微生物對這些物質(zhì)的 利用 4 pH 影響代謝方向 pH 不同，往往引起菌體代謝過程不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和 比例發(fā)生改變。 例如黑曲霉在 pH23 時發(fā)酵產(chǎn)生

36、檸檬酸，在 pH 近中性時，那么產(chǎn)生草 酸。谷氨酸發(fā)酵，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性條件下那么容易形成谷氨 酰胺和 N- 乙酰谷氨酰胺pH 對菌體生長影響比產(chǎn)物合成影響小例 青霉素：菌體生長最適 pH3.56.0, 產(chǎn)物合成最適 四環(huán)素：菌體生長最適，產(chǎn)物合成最適克拉維酸發(fā)酵中存在問題是在 pH 低時菌體生長受抑制， 在高 pH 時克拉維酸要分解， 如何 解決？由于 CA 生產(chǎn)的最適 pH 和減少 CA 分解的 pH 各不相同， 因此在分批發(fā)酵中應(yīng)用了pH 變換策略，使發(fā)酵 pH 由中性 pH7 0 變換為酸性。 在發(fā)酵前期，在細(xì)胞生長和產(chǎn)生 CA 期間控制， 4d 后，當(dāng) CA 產(chǎn)

37、量達最高值時，變 換pH為，以減少CA分解。最高CA濃度可保持24h。由于改變pH，使CA分解速 率明顯降低。25) 發(fā)酵過程的 pH 控制可以采取哪些措施？ 1、調(diào)節(jié)好根底料的 pH。 2、在根底料 中參加維持 pH 的物質(zhì)， 3、通過補料調(diào)節(jié) pH。 4、當(dāng)補料與調(diào) pH 發(fā)生矛盾時， 加酸堿調(diào) pH。 5、發(fā)酵的不同階段采取不同的 pH 值26) 過高的比生長速率和過高的菌體濃度造成的不利影響1、過高，S消耗過快，有限的營養(yǎng)基質(zhì)只能用于生長，而缺乏于產(chǎn)物合成。2、有毒中間產(chǎn)物的快速積累，會改變菌體的代謝途徑，抑制產(chǎn)物合成。3、X 過高，增加 OUR ，且發(fā)酵液粘度增大，減小 OTR 。 CL 減小，抑制菌體生長和 產(chǎn)物合成。最適卩為等于或稍大于卩 COUR=OTR 時的菌體濃度為最適菌體濃度 在發(fā)酵過程中，控制目標(biāo)