發(fā)酵復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、發(fā)酵復(fù)習(xí)重點(diǎn)第一章緒論名詞解釋：發(fā)酵工程現(xiàn)代發(fā)酵工程：采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用生物細(xì)胞的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的一種新技術(shù)。1. 發(fā)酵過程中包括哪些環(huán)節(jié)？發(fā)酵工程的內(nèi)容包括了以下的基本步驟：1. 菌種的選育培養(yǎng)基的配置2. 滅菌種子擴(kuò)大培養(yǎng)和接種3. 發(fā)酵過程控制發(fā)酵動力學(xué)及代謝機(jī)理4. 發(fā)酵過程的比擬放大分離提純2. 簡述發(fā)酵工程的發(fā)展歷史。1. 傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)：從人類出現(xiàn)到19世紀(jì)中期近代發(fā)酵工業(yè)建立時期佃世紀(jì)50年代到20世紀(jì)40年代近代發(fā)酵工業(yè)全盛時期從20世紀(jì)40年代初到70年代末現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)建立和發(fā)展20世紀(jì)70年代末至今3. 發(fā)酵工

2、業(yè)的研究范圍包括哪幾個方面？1. 微生物菌體發(fā)酵微生物酶發(fā)酵2. 微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵3. 生物技術(shù)的生物細(xì)胞發(fā)酵4. 簡述發(fā)酵工程的主要前沿進(jìn)展。主要研究：人工選育和改良菌種高等動植物細(xì)胞培養(yǎng)固定化技術(shù)廣泛應(yīng)用開發(fā)大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置強(qiáng)調(diào)代謝機(jī)理與調(diào)控研究將生物技術(shù)廣泛地用于環(huán)境工程混合菌發(fā)酵前沿進(jìn)展：過程優(yōu)化技術(shù)多尺度生物反應(yīng)器優(yōu)化控制技術(shù)生物煉制第二章菌種選育1. 發(fā)酵工業(yè)對菌種的要求有哪些，菌種的來源有哪些？原料廉價，生長迅速，目的產(chǎn)物產(chǎn)量高；培養(yǎng)條件易于控制，發(fā)酵周期較短；抗噬菌體及雜菌污染的能力強(qiáng)；菌種不易變異退化；對放大設(shè)備的適應(yīng)性強(qiáng)；菌種不是病原菌，不產(chǎn)生任何有害

3、的生物活性物質(zhì)和毒素。從自然界篩選菌種保藏機(jī)構(gòu)從發(fā)酵制品中分離2. 常見的菌種選育方法有哪些？經(jīng)典育種：自然選育，誘變育種，有一定盲目性。定向育種：雜交育種，分子育種(DNA重組技術(shù))3. 誘變育種誘變劑有哪些？物理誘變劑化學(xué)誘變劑生物誘變劑堿基類似物與堿基反應(yīng)的物質(zhì)DNA分子中插入或缺失一個或幾個堿基物質(zhì)紫外線2-氨基嘌呤硫酸二乙酯(DES)吖啶類物質(zhì)噬菌體轉(zhuǎn)座子快中子5-溴尿嘧啶甲基磺酸乙酯(EMS)ICR類物質(zhì)(美國腫瘤研究所合成的吖啶類的)氮芥衍生物X射線8-氮鳥嘌呤亞硝基胍(NTG)丫射線8-AG亞硝基甲基脲(NMU)激光亞硝基乙基脲(NEU)亞硝酸(NA)氮芥(NM)4-硝基喹啉1

4、-氧化物乙烯亞胺(EI)羥胺如堿基類似物、5氟尿嘧啶、烷化劑等4. 菌種保藏有哪些主要方法？1、斜面低溫保藏2、液體石蠟覆蓋保藏3、沙土管保藏法4、懸液保藏法5、真空冷凍干燥保藏法6、低溫保藏法7、液氮超低溫保藏法第三章微生物培養(yǎng)基1. 組成工業(yè)培養(yǎng)基的主要成分有哪些，各成分來自哪些資源？一、碳源種類：糖：單糖中的己糖，寡糖中的蔗糖、麥芽糖、棉子糖，多糖中的淀粉、纖維素、半纖維素、甲殼質(zhì)和果膠質(zhì)等，其中淀粉是大多數(shù)微生物都能利用的碳源。有機(jī)酸如糖酸、檸檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、蘋果酸、丙酮酸、酒石酸等。醇類中甘露醇、甘油、低濃度的乙醇。脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低級脂肪酸都可用作碳源。油

5、酸和亞油酸等高級脂肪酸可被不少放線菌和真菌作為碳源和能源利用，低濃度的高級脂肪酸可刺激細(xì)菌生長，但濃度較高時往往有毒害作用。正烷烴：一般是指從石油裂得到的14C至18C的直鏈烷烴混合物。 葡萄糖糖蜜(糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。淀粉、糊精二、氮源1、無機(jī)氮源種類：氨鹽、硝酸鹽和氨水2、有機(jī)氮源來源：工業(yè)上常用的有機(jī)氮源都是一些廉價的原料，花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟。三、無機(jī)鹽及微量元素五、生長因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑五、水培養(yǎng)基有哪些類型？按純度1)天然培養(yǎng)基(2)合成培養(yǎng)基(3)半合成培養(yǎng)基按狀態(tài)(

6、4)固體培養(yǎng)基(瓊脂)(5)半固體培養(yǎng)基(6)液體培養(yǎng)基按用途7)孢子(斜面)培養(yǎng)基(8)種子培養(yǎng)基(9)發(fā)酵培養(yǎng)基按作用基本培養(yǎng)基(10) 鑒別培養(yǎng)基增殖培養(yǎng)基(11) 選擇培養(yǎng)基影響培養(yǎng)基質(zhì)量的因素有哪些?原料及設(shè)備的預(yù)處理原材料的質(zhì)量發(fā)酵特性的影響滅菌水質(zhì)的影響其他影響因素第四章滅菌t=2.303|gNo2.303kNt一1.8t=2.303|gNo2.303kNt一1.81.為什么采用高溫、瞬時滅菌?薛反應(yīng)的AE越高，InK對T的變化率越大，即T的變化對K的影響越大。lg(8dlnKdTAE>AE；隨著T上升，菌死亡速率增加倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分分解速率增加倍數(shù)，故一般選擇高溫快速滅

7、菌。由于殺死微生物的活化能AE大于營養(yǎng)成分破壞的活化能AE',溫度升高，滅菌反應(yīng)速率常數(shù)(比死亡速率)增加的倍數(shù)大于營養(yǎng)成分破壞反應(yīng)速度常數(shù)增加的倍數(shù)，因而在較高的溫度下可以縮短滅菌時間而保留較多的營養(yǎng)物質(zhì)。2. 為什么濕熱滅菌比干熱滅菌溫度低時間短？1、熱蒸汽對細(xì)胞成分的破壞作用更強(qiáng)。水分子的存在有助于破壞維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的氫鍵和其他相互作用弱鍵，更易使蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)含水量與其凝固溫度成反比。2、熱蒸汽比熱空氣穿透力強(qiáng)，能更加有效地殺滅微生物：3、蒸汽存在潛熱當(dāng)氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w時可放出大量熱量，故可迅速提高滅菌物體的溫度。 蛋白質(zhì)凝固所需的溫度與其含水量有關(guān)，含水量愈大，發(fā)生凝固

8、所需的溫度愈低。濕熱滅菌的菌體蛋白質(zhì)吸收水分，因較大同一溫度的干熱空氣中易于凝固。濕熱的穿透力比干熱大，使深部也能達(dá)到滅菌溫度，故濕熱比干熱收效好。溫?zé)釡缇^程中蒸氣放出大量潛熱，加速提高濕度。因而濕熱滅菌比干熱所要溫度低，如在同一溫度下，則濕熱滅菌所需時間比干熱短。3. 培養(yǎng)基滅菌的方法？1. 熱滅菌法2. 化學(xué)滅菌法3. 輻射滅菌法4. 過濾除菌法5. 臭氧除菌法(一)分批滅菌：將配好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐和其他容器中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起滅菌的操作過程，也稱實(shí)罐滅菌。（二）連續(xù)滅菌培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套滅菌設(shè)備連續(xù)加熱滅菌冷卻后送入已滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)的滅菌工藝過程成為連續(xù)滅菌，又稱

9、連消。連續(xù)滅菌工藝流程：1、蒸汽直接加熱連續(xù)滅菌噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程噴射加熱連續(xù)滅菌流程2、蒸汽間接加熱連續(xù)滅菌薄板式換熱器連續(xù)滅菌流程連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？發(fā)酵罐體積越大，其分批滅菌的升溫時間長，就更應(yīng)考慮升溫段的滅菌作用，其保溫時間應(yīng)更短。發(fā)酵罐體積越大，培養(yǎng)基在高溫下持續(xù)時間也越長，遭受破壞也越嚴(yán)重。這正是大體積培養(yǎng)基滅菌常選用連續(xù)滅菌的原因。特點(diǎn)：連續(xù)滅菌以"高溫、快速”為特征。優(yōu)點(diǎn)：1. 可采用高溫短時滅菌，營養(yǎng)成分破壞少，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)率；發(fā)酵罐利用率高；2. 蒸汽負(fù)荷均衡，操作方便；采用板式換熱器時，可節(jié)約大量能量；3. 適宜采用自動控制，勞動強(qiáng)度小。缺點(diǎn)：1. 不

10、適合用于粘度大或固形物含量高的培養(yǎng)基；增加一套連續(xù)滅菌設(shè)備，增加操作環(huán)節(jié)，增加染菌概率。4. 空氣滅菌的方法？加熱滅菌、靜電除菌、過濾介質(zhì)除菌、輻射除菌、化學(xué)滅菌等。第五章菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)1、種子必須具備的條件 菌種細(xì)胞的生長活力強(qiáng)，接種后在發(fā)酵罐中能迅速生長生理性狀穩(wěn)定 菌體總量和濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求無雜菌污染（不帶雜菌） 生產(chǎn)能力穩(wěn)定2、種子擴(kuò)大培養(yǎng)定義、流程定義：是指將保藏的菌種，即砂土管、冷凍干燥管、斜面試管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶和種子罐，逐級擴(kuò)大培養(yǎng)后達(dá)到一定的數(shù)量和質(zhì)量的純種培養(yǎng)過程。這些純種的培養(yǎng)物稱為種子。種子制備過程可分為兩個階段：一

11、、實(shí)驗(yàn)室種子制備二、生產(chǎn)車間種子制備3、影響種子質(zhì)量的因素原材料質(zhì)量原材料質(zhì)量波動的主要原因：無機(jī)離子含量不同（微量元素Mg2+、Cu2+、Ba2+能刺激孢子的形成，磷含量太多或太少也會影響孢子的質(zhì)量）。培養(yǎng)溫度溫度過低，菌種生長發(fā)育緩慢溫度過高會使菌絲過早自溶濕度相對濕度影響孢子生長速度、數(shù)量、質(zhì)量。通氣與攪拌足夠的通氣量，以保證菌種代謝正常，提高種子的質(zhì)量。攪拌可提高通氣效果，促進(jìn)生長繁殖，過度攪拌導(dǎo)致培養(yǎng)液大量涌泡，液膜表面的酶易氧化變性，泡沫過多增加染菌機(jī)會，增加能耗。斜面冷藏時間對孢子的生產(chǎn)能力有較大影響冷藏時間越長，生產(chǎn)能力下降越多培養(yǎng)基pH選擇最適種子培養(yǎng)pH的原則是獲得最大比生

12、長速率和適當(dāng)?shù)木糠N齡大量地接入培養(yǎng)成熟的菌種可縮短生長過程的延緩期，因而縮短了發(fā)酵周期，提高了設(shè)備利用率節(jié)約發(fā)酵培養(yǎng)的動力消耗有利于減少染菌機(jī)會。接種量接種量過多，菌絲生長過快、溶氧不足，衰老細(xì)胞增加等，發(fā)酵后勁不足接種量過少延長發(fā)酵周期，形成異常形態(tài)，而且易造成染菌以生產(chǎn)菌種在發(fā)酵罐中的繁殖速度為依據(jù)接種量的大小直接影響發(fā)酵周期。第六章發(fā)酵設(shè)備原料處理設(shè)備和固體物料輸送設(shè)備的類型一、生物質(zhì)原料篩選與分級（1）篩選設(shè)備磁力除鐵器永磁溜管永磁滾筒例：平板式磁分離器、旋轉(zhuǎn)式磁分離器（2）精選機(jī)滾筒式精選機(jī)（3）篩選分級設(shè)備振動篩轉(zhuǎn)筒篩二、生物質(zhì)原料的粉碎 錘式粉碎機(jī)盤磨機(jī) 球磨機(jī)輥式粉碎機(jī)三、生

13、物質(zhì)原料固體間的混合（1）回轉(zhuǎn)型混合機(jī)水平圓筒型混合機(jī)傾斜圓筒型混合機(jī)（2）固定型混合機(jī)攪拌槽式混合機(jī)：螺旋帶狀攪拌器，中心兩端攪拌。回轉(zhuǎn)圓盤型混合機(jī)：高速旋轉(zhuǎn)的圓板離心力作用。錐形混合機(jī)固體物料輸送設(shè)備一、斗式提升機(jī)二、帶式輸送機(jī)三、螺旋輸送機(jī)四、氣力輸送系統(tǒng)通用式發(fā)酵罐的主要部件及其作用?皮帶輪轉(zhuǎn)軸?軸封作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。種類：填料函式軸封端面式軸封?消泡器（未顯示）作用：將泡沫打破。種類：鋸齒式、梳狀式及孔板式?攪拌器作用：打碎氣泡，使空氣與溶液均勻接觸，使氧溶解于醪液中。種類：軸向式（槳葉式、螺旋槳式）徑向式（渦輪式）?聯(lián)軸器作用：用聯(lián)軸器使

14、幾段攪拌軸上下成牢固的剛性聯(lián)接。形式：鼓形及夾殼形兩種?中間軸承?擋板作用：a、改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動，增加溶解氧。b防止攪拌過程中漩渦的產(chǎn)生，而導(dǎo)致攪拌器露在料液以上，起不到攪拌作用。?空氣分布管作用：吹入無菌空氣，使空氣分布均勻。?換熱裝置種類：夾套式換熱裝置豎式蛇管換熱裝置?人孔以及管路等氣升式、自吸式、伍式和文式管發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)和工作原理氣升式發(fā)酵罐分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種，其主要結(jié)構(gòu)包括：罐體、上升管、空氣噴嘴等部分。循環(huán)管高度是影響循環(huán)效率的主要因素，實(shí)踐證明不應(yīng)少于4m。氣升環(huán)流式反應(yīng)器是在反應(yīng)器內(nèi)沒有攪拌器，其中央有一個導(dǎo)流筒，將發(fā)酵醪液分為上升區(qū)（導(dǎo)

15、流筒內(nèi)）和下降區(qū)（導(dǎo)流筒外），在上升區(qū)的下部安裝了空氣噴嘴，或環(huán)型空氣分布管，空氣分布管的下方有許多噴孔。加壓的無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進(jìn)發(fā)酵液中，從空氣噴嘴噴入的氣速可達(dá)250300（米/秒），無菌空氣高速噴入上升管，通過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細(xì)碎，與導(dǎo)流筒內(nèi)的發(fā)酵液密切接觸，供給發(fā)酵液溶解氧。由于導(dǎo)流筒內(nèi)形成的氣液混合物密度降低，加上壓縮空氣的噴流動能，因此使導(dǎo)流筒內(nèi)的液體向上運(yùn)動；到達(dá)反應(yīng)器上部液面后，一部分氣生泡破碎，二氧化碳排出到反應(yīng)器上部空間，而排出部分氣體的發(fā)酵液從導(dǎo)流筒上邊向?qū)Я魍餐饬鲃?，?dǎo)流筒外的發(fā)酵液因氣含率小，密度增大，發(fā)酵液則下降，再次進(jìn)入上升管，形成循環(huán)

16、流動，實(shí)現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。自吸式發(fā)酵罐的充氣原理：葉輪旋轉(zhuǎn)時葉片不斷排開周圍的液體使其背側(cè)形成真空，由導(dǎo)氣管吸入罐外空氣。吸入的空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉輪末端排出，并立即通過導(dǎo)輪向罐壁分散，經(jīng)擋板折流涌向液面，均勻分布。自吸式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：自吸式發(fā)酵罐罐體的結(jié)構(gòu)大致上與通用式發(fā)酵罐相同，主要區(qū)別在于攪拌器的外形和結(jié)構(gòu)不同。自吸式發(fā)酵罐使用的是帶中心吸氣口的攪拌器。攪拌器由從罐底向上伸入的主軸帶動，葉輪旋轉(zhuǎn)時葉片不斷排開附近的液體使其背側(cè)形成真空，于是將罐外空氣通過攪拌器中央的吸氣管而吸入罐內(nèi)，吸入的空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉輪末端排出，并立刻通過導(dǎo)輪向罐壁分散，經(jīng)擋板折流涌向液面，平均分

17、布?？諝馕牍芡ǔＳ靡欢嗣孑S封與葉輪連接，確保不漏氣。伍式發(fā)酵罐的主要部件是套筒、攪拌器。伍式發(fā)酵罐工作原理攪拌時液體沿著套筒外向上升至液面，然后由套筒內(nèi)返回罐底，攪拌器是用六根彎曲的空氣管子焊于圓盤上，兼作空氣分配器。空氣由空心軸導(dǎo)入經(jīng)過攪拌器的空心管吹出，與被攪拌器甩出的液體相混合，發(fā)酵液在套筒外側(cè)上升，由套筒內(nèi)部下降，形成循環(huán)。文式管發(fā)酵罐原理用泵將發(fā)酵液壓入文氏管中，由于文氏管的收縮段中液體的流速增加，形成真空將空氣吸入，并使氣泡分散與液體混合，增加發(fā)酵液中的溶解氧。1. 識別不同類型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖第七章發(fā)酵工藝控制1. 發(fā)酵過程監(jiān)控的主要指標(biāo)（1）物理檢測指標(biāo)：溫度；氣體流速；攪拌轉(zhuǎn)速

18、；泡沫；壓力；功耗；粘度等。（2）化學(xué)檢測指標(biāo)：pH;糖含量；溶解氧；氧化還原電位；溶CO2；基質(zhì)、前體、產(chǎn)物含量等。（3）生物檢測指標(biāo)：菌體濃度；中間代謝產(chǎn)物；ATP;各種酶活力。2. 發(fā)酵過程主要參數(shù)對發(fā)酵過程的影響和控制方法（溫度、pH、溶氧、二氧化碳、補(bǔ)料、泡沫、染菌）溫度（1）影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)粘度、基質(zhì)和氧的溶解度和傳遞速率（2）影響細(xì)胞的各種代謝過程，酶反應(yīng)的速率和蛋白質(zhì)的性質(zhì)能改變菌體代謝產(chǎn)物的合成方向，如金色鏈霉菌35C時，合成四環(huán)素；30C時，合成金霉素。1. 影響碳源基質(zhì)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞的得率。2. 幾乎所有微生物的脂質(zhì)成分均隨生長溫度變化。溫度的控制：理論上，應(yīng)該根據(jù)發(fā)酵的

19、不同階段，選擇不同的培養(yǎng)溫度。影響發(fā)酵溫度變化的因素：生物熱、（汽化拌熱畐射蒸等。 pH（1）影響酶的活性。影響酶活性中心上有關(guān)基團(tuán)的解離；影響底物（培養(yǎng)基成分）的解離,從而影響酶底物的結(jié)合。（2）影響細(xì)胞膜電荷，膜的透性，影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝產(chǎn)物的排泄。（3）引起菌體的代謝過程不同。pH的控制：1. 調(diào)節(jié)好基料的pH;通過補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH；2. 當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)pH發(fā)生矛盾時，加酸堿調(diào)pH；選擇合適的pH調(diào)節(jié)劑；3. 發(fā)酵的不同階段采取不同的pH值。（1）調(diào)節(jié)好基礎(chǔ)料的pH基礎(chǔ)料中若含有玉米漿，PH呈酸性，必須調(diào)節(jié)PH。若要控制滅菌后PH在6.0，滅菌前PH往往要調(diào)到。（2）在基礎(chǔ)料中加入

20、維持PH的物質(zhì)如CaC03,或具有緩沖能力的試劑，如磷酸緩沖液等。（3）通過補(bǔ)料調(diào)節(jié)PH（4）當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)PH發(fā)生矛盾時，加酸堿調(diào)節(jié)PH溶氧（1）溶氧對菌體生長的影響（2）溶氧對產(chǎn)物合成的影響溶氧控制：的憂較CO2（1）CO2（1）對微生物生長的影響CO2對微生物生長和發(fā)酵具有刺激或抑制作用，此現(xiàn)象稱為CO2受限制可能導(dǎo)致適應(yīng)（停滯）期的延長；菌絲形態(tài)隨變。對產(chǎn)物合成的影響CO2對某些發(fā)酵也有促進(jìn)如牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含CO2對某些發(fā)酵的抑制如對肌苷、異亮氨酸、組氨酸、抗生素等發(fā)酵的抑制。影響發(fā)酵液的酸堿平衡的控制：CO2濃度大小受到菌體的呼吸強(qiáng)度、發(fā)酵液流變學(xué)特性、通氣攪拌程度和外界壓力大小等許多因素影響。罐內(nèi)的CO2分壓是液體深度的函數(shù)，CO2的溶解度隨壓力增加而增大。CO2的產(chǎn)生與補(bǔ)料工藝控制密切相關(guān)。補(bǔ)糖會增加排氣中CO2的濃度和降低培養(yǎng)液的pH。補(bǔ)料(2)(3)CO2CO2效應(yīng)。CO2含量不同而改5%的CO2。作用于運(yùn)特成本歡果對生嚴(yán)作用%拄速Kg"高I低|«在一罡限度內(nèi)，遊免過分KLa+低shifts裝空吒流豪rSita可議引起駁沫氣林成分*c中到就A奸和可能引起爆炸，適合壓c中ft曜愛0L密封要求高««中1低不肯定1表面希性彌Kt低變優(yōu)不肯定需試驗(yàn)確定9*低變覽不肯定不是常有用補(bǔ)料的策略優(yōu)化補(bǔ)