生物工藝學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、生物工藝學(xué)期末復(fù)習(xí)資料生物工藝學(xué)期末復(fù)習(xí)資料生物工藝學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)第一章 緒論1、生物工藝學(xué)biotechnology：又稱為生物技術(shù)，它是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理，依靠生物作用劑(biological agents)的作用將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或社會(huì)效勞的技術(shù)。特點(diǎn)：多學(xué)科和多技術(shù)的結(jié)合；生物作用劑生物催化劑的參與；應(yīng)用大量高、精、尖設(shè)備；建立工業(yè)生產(chǎn)過程或進(jìn)行社會(huì)效勞，。生物工藝學(xué)包含的四大塊內(nèi)容：原料預(yù)處理和培養(yǎng)基的制備、菌種的選育及代謝調(diào)節(jié)、生物反響過程的工藝控制、下游加工。 2、生物催化劑是游離的或固定化的細(xì)胞或酶的總稱。生物催化劑特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：常溫、常壓下反響 反響速率大 催化作用專

2、一 價(jià)格低廉 缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差 控制條件嚴(yán)格 易變異細(xì)胞生物反響過程實(shí)質(zhì)是利用生物催化劑以從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程(process engineering)。3、生物技術(shù)研究的主要內(nèi)容：基因工程(DNA重組技術(shù)，gene engineering) 、細(xì)胞工程(cell engineering)、酶工程(enzyme engineering)、發(fā)酵工程(fermentation engineering)、蛋白質(zhì)工程(protein engineering)、第二章 菌種的來源1、工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌、擔(dān)子菌、藻類。2. 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)微生物菌種的要求培養(yǎng)基成分簡單、廉價(jià)、來

3、源廣。生長迅速、發(fā)酵周期較短，抗雜菌和噬菌體能力強(qiáng)。目的產(chǎn)物產(chǎn)量高，產(chǎn)物類似物的產(chǎn)量低，且目的產(chǎn)物最好能分泌到胞外，利于產(chǎn)物別離。對(duì)溫度、pH、離子強(qiáng)度、剪切力等環(huán)境因素不敏感。對(duì)溶氧的要求低，便于培養(yǎng)及降低能耗。菌種遺傳性能穩(wěn)定，不易變異和退化，不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質(zhì)和毒素。3、別離微生物新種的過程大體可分為采樣、增殖、純化和性能測定。含微生物材料的預(yù)處理方法：物理方法加熱；化學(xué)方法pH；誘餌法。誘餌技術(shù)：將固體基質(zhì)加到待檢的土壤或水中，待其菌落長成后再鋪平板。別離的效率影響因素 ： 1培養(yǎng)基的養(yǎng)分； 2pH； 3參加的選擇性抑制劑。4、高產(chǎn)培養(yǎng)基成分的選擇準(zhǔn)那么：制備一系列的培養(yǎng)基，

4、其中有各種類型的養(yǎng)分成為生長限制因素C、N、P、O；使用一聚合或復(fù)合形式的生長限制養(yǎng)分；防止使用容易同化的碳葡萄糖或氮NH4+，它們可能引起分解代謝物阻遏；確定含有所需的輔因子(Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+)參加緩沖溶液以減小pH變化。5、代謝控制發(fā)酵Metabolic Control fermentation：用人工誘變的方法，有意識(shí)地改變微生物的代謝途徑，最大限度地積累產(chǎn)物，這種發(fā)酵形象地稱為代謝控制發(fā)酵，最早在氨基酸發(fā)酵中得到成功應(yīng)用。6、菌種的衰退表觀現(xiàn)象有哪些？目的產(chǎn)物的產(chǎn)量下降營養(yǎng)物質(zhì)代謝和生長繁殖能力下降發(fā)酵周期延長抗不良環(huán)境的性能減弱7、菌種的衰退的原因菌種保藏不當(dāng)提

5、供不了當(dāng)?shù)臈l件或不利的條件經(jīng)誘變得到的新菌株發(fā)生回復(fù)突變8、菌種的復(fù)壯方法：純種別離通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯淘汰已衰退的個(gè)體9、菌種的保藏的原理根據(jù)菌種的生理生化特點(diǎn)，人工創(chuàng)造條件，使孢子或菌體的生長代謝活動(dòng)盡量降低，以減少其變異。一般可通過保持培養(yǎng)基營養(yǎng)成分在最低水平，缺氧狀態(tài)，枯燥和低溫，使菌種處于“休眠狀態(tài)，抑制其繁殖能力。10、菌種的保藏方法：A 斜面冰箱保藏法B 沙土管保藏法C 石蠟油封存法D 真空冷凍枯燥保藏法E 液氮超低溫保藏法11與生物工程相關(guān)性較大的國內(nèi)主要菌種保藏機(jī)構(gòu)包括：工業(yè)微生物菌種保臧管理中心、農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心、普通微生物菌種保臧管理中心、抗生素菌種保藏管理中心1

6、1 從自然環(huán)境中別離微生物菌種的的工藝過程12. 生物工程專業(yè)相關(guān)的主要數(shù)據(jù)庫有哪些？維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方系列數(shù)據(jù)庫、science online、springer link等。第三章 菌種選育1、 常用菌種選育方法1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(spontaneous mutation)而進(jìn)行菌種篩選的過程。特點(diǎn)：自發(fā)突變的頻率較低，變異程度不大。所以該法培育新菌種的過程十分緩慢。應(yīng)用：自然選育在工業(yè)生產(chǎn)中可以到達(dá)純化菌種，防止菌種衰退，穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)量的目的。2誘變育種:是利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞群，促進(jìn)其

7、突變率大幅度提高，然后采用簡便、快速和高效的篩選方法，從中挑選少數(shù)符合育種目的的突變株，以供生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)研究使用。誘變育種的理論根底是基因突變。誘變育種的典型流程常用誘變劑：物理誘變劑、化學(xué)誘變劑堿基類似物、與堿基反響的物質(zhì)、在DNA分子中插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)堿基物質(zhì)、生物誘變劑3分子育種DNA重組、基因工程：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(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術(shù)。4雜交育種(Hybridization)：常規(guī)雜交育種(Hybr

8、idization)：一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(gè)具有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。原生質(zhì)體融合技術(shù)：通過人工方法，使遺傳性狀不同的兩個(gè)細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并產(chǎn)生重組子的過程，亦稱為“細(xì)胞融合(cell fusion)。原生質(zhì)體融合的根本過程：原生質(zhì)體形成、原生質(zhì)體融合、原生質(zhì)體的再生。3.抗噬菌體菌株的檢出方法：平板點(diǎn)滴法、單層瓊脂法、雙層瓊脂法。4、 工程菌的不穩(wěn)定性表現(xiàn)質(zhì)粒的不穩(wěn)定質(zhì)粒的喪失、重組質(zhì)粒的DNA片段脫落、表達(dá)產(chǎn)物的不穩(wěn)定第三章 微生物的代謝調(diào)節(jié)1、微生物代謝調(diào)節(jié)方式概

9、念：微生物在生長過程中機(jī)體內(nèi)的復(fù)雜代謝過程是相互協(xié)調(diào)和高度有序的，并對(duì)外界環(huán)境的改變能夠迅速做出反響,其原那么是經(jīng)濟(jì)合理地利用和合成所需的各種物質(zhì)和能量,使細(xì)胞處于平衡生長狀態(tài)。微生物代謝分為初級(jí)代謝和次級(jí)代謝。代謝流向的調(diào)控分為代謝物的合成和代謝物的降解；通過快速啟動(dòng)蛋白質(zhì)的合成和有關(guān)的代謝途徑，平衡各代謝物流和反響速率來適應(yīng)外界環(huán)境的變化。代謝速度的調(diào)控分為酶量粗調(diào)酶合成的誘導(dǎo)和酶合成的阻遏和酶活細(xì)調(diào)酶活性的激活、酶活性的抑制反響阻遏是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)，產(chǎn)生效應(yīng)慢；影響催化一系列反響的多個(gè)酶反響抑制是酶活性水平調(diào)節(jié)，產(chǎn)生效應(yīng)快。只對(duì)是一系列反響中的第一個(gè)酶起作用2、微生物初級(jí)代謝調(diào)節(jié)包括酶活

10、調(diào)節(jié)、酶合成調(diào)節(jié)、遺傳控制1酶活性的調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)：一定數(shù)量的酶，通過其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)其催化反響的速率。酶活調(diào)節(jié)的影響因素包括：底物和產(chǎn)物的性質(zhì)和濃度、壓力、pH、離子強(qiáng)度、輔助因子以及其他酶的存在等等。特點(diǎn)是反響快速。酶活性的調(diào)節(jié)包括：酶活性的激活和酶活性的抑制反響抑制2酶合成的調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)酶合成的量來控制微生物代謝速度的調(diào)節(jié)機(jī)制。這類調(diào)節(jié)在基因轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，對(duì)代謝活動(dòng)的調(diào)節(jié)是間接的、緩慢的3酶合成的阻遏：在某代謝途徑中，當(dāng)末端產(chǎn)物過量時(shí)，微生物的調(diào)節(jié)體系就會(huì)阻止代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的合成，從而徹底地控制代謝，減少末端產(chǎn)物生成，這種現(xiàn)象稱為酶合成的阻遏。末端代謝產(chǎn)

11、物阻遏:由于某代謝途徑末端產(chǎn)物的過量積累而引起酶合成的(反響)阻遏。分解代謝物阻遏：當(dāng)細(xì)胞內(nèi)同時(shí)存在兩種可利用底物碳源或氮源時(shí)，利用快的底物會(huì)阻遏與利用慢的底物有關(guān)的酶合成。 這種阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的結(jié)果，而是由這種底物分解過程中產(chǎn)生的中間代謝物引起的，所以稱為分解代謝物阻遏過去被稱為葡萄糖效應(yīng)。3、改變細(xì)胞膜通透性的方法A限制培養(yǎng)基中生物素濃度在15mg/L，控制細(xì)胞膜中脂質(zhì)的合成；B 參加青霉素，抑制細(xì)胞壁肽聚糖合成中肽鏈的交聯(lián)；C 參加外表活性劑如吐溫80或陽離子外表活性劑(如聚氧化乙酰硬脂酰胺)，將脂類從細(xì)胞壁中溶解出來，使細(xì)胞壁疏松，通透性增加；D 控制Mn2+、Zn

12、2+的濃度，干擾細(xì)胞膜或細(xì)胞壁的形成；E 可以通過誘變育種的方法，篩選細(xì)胞透性突變株。5、人工控制微生物代謝的兩種手段：1生物合成途徑的遺傳控制2發(fā)酵條件的控制6. 生物素對(duì)谷氨酸合成的影響1生物素是丙酮酸羧化酶的輔酶，生物素在低于亞適濃度之前，增加生物素有利于丙酮酸的羧化產(chǎn)生草酰乙酸，進(jìn)而有利于谷氨酸的合成；2生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰輔酶A羧化酶的輔酶，該酶催化乙酰輔酶A羧化生成丙二酸單酰輔酶A，再經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化合成脂肪酸，而脂肪酸又是構(gòu)成細(xì)胞膜磷脂的主要成分，因此生物素可間接地影響細(xì)胞膜的透性。第四章 微生物次級(jí)代謝與調(diào)節(jié)1、次級(jí)代謝產(chǎn)物：某些微生物在生命循環(huán)的某一個(gè)階段產(chǎn)生的

13、物質(zhì)，它們一般是在菌生長終止后合成的。其生物合成至少有一局部是與核內(nèi)和核外的遺傳物質(zhì)有關(guān)，同時(shí)也與這類遺傳信息產(chǎn)生的酶所控制的代謝途徑有關(guān)。微生物產(chǎn)生的次級(jí)代謝物有抗生素、毒素、色素和生物堿等。2、初級(jí)與次級(jí)代謝途徑相互連接 次級(jí)代謝物通常是由初級(jí)代謝中間體經(jīng)修飾后形成的修飾初級(jí)代謝中間體的三種生化過程 生物氧化與復(fù)原、生物甲基化、生物鹵化3、前體：指參加到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物，它能被微生物直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而自身的結(jié)構(gòu)無多大變化有些還具有促進(jìn)產(chǎn)物合成的作用。中間體是指養(yǎng)分或基質(zhì)進(jìn)入一途徑后被轉(zhuǎn)化為一種或多種不同的物質(zhì)，他們均被進(jìn)一步代謝，最終獲得該途徑的終產(chǎn)物。4、次級(jí)代謝物生物合

14、成的原理 一旦前體被合成，在適當(dāng)條件下它們便流向次級(jí)代謝物生物合成的專用途徑。在某些情況下單體結(jié)構(gòu)單位被聚合，形成聚合物。這些特有的生物合成中間體產(chǎn)物需做后幾步的結(jié)構(gòu)修飾，修飾的程度取決于產(chǎn)生菌的生理?xiàng)l件。有些復(fù)雜抗生素是由幾個(gè)來自不同生物合成途徑組成的。第五章 發(fā)酵培養(yǎng)基1、培養(yǎng)基通常指人工配制的供微生物生長、繁殖、代謝和合成所需產(chǎn)物的營養(yǎng)物質(zhì)和原料，同時(shí)，培養(yǎng)基也為微生物等提供除營養(yǎng)外的其它生長所必需的環(huán)境條件培養(yǎng)基提供微生物生長繁殖和產(chǎn)物合成所需的碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子、水和氧氣等2、工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的要求 ： 培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)地合成 發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少培養(yǎng)基的原

15、料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運(yùn)輸，適合大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)上的供給。所用培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不應(yīng)影響通氣、提取、純化及廢物處理等。3、工業(yè)上常用的碳源：葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖工業(yè)上常用的氮源：無機(jī)氮源：氨水，銨鹽，硝酸鹽等。有機(jī)氮源：玉米漿、豆餅粉、花生餅粉、棉籽粉、魚粉、酵母浸出液等。生理酸性物質(zhì)，如硫酸銨。生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料：1) 玉米漿2) 麩皮水解液3) 糖蜜4) 酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。產(chǎn)物促進(jìn)劑是指那些非細(xì)胞生長所必需的營養(yǎng)物，又非前體，但參加后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。 4、發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)

16、和優(yōu)化方法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)、響應(yīng)面分析正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)：利用正交表來安排與分析多因素試驗(yàn)的一種設(shè)計(jì)方法。它是由試驗(yàn)因素的全部水平組合中，挑選局部有代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)，通過對(duì)這局部試驗(yàn)結(jié)果的分析,了解全面試驗(yàn)的情況，找出最優(yōu)的水平組合。正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，見教材P112-114例題，表4-16，同時(shí)確定因素的主次順序、各因素的優(yōu)水平、各因素水平的最優(yōu)組合。小數(shù)點(diǎn)后保存一位。響應(yīng)面分析方法：適宜于解決非線性數(shù)據(jù)處理的相關(guān)問題，它囊括了試驗(yàn)設(shè)計(jì)、 建模、檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪m宜性、 尋求最正確組合條件等眾多試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)技術(shù)；通過對(duì)過程的回歸擬合和響應(yīng)曲面、等高線的繪制、可方便地求出相應(yīng)于各因素水平的響應(yīng)值

17、。在各因素水平的響應(yīng)值的根底上，可以找出預(yù)測的響應(yīng)最優(yōu)值以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件。完整響應(yīng)面分析方法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通常包括：1PlackettBurman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) ，2最陡爬坡實(shí)驗(yàn)，3中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三個(gè)過程。第六章 發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌和空氣凈化在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證純種培養(yǎng)，在生產(chǎn)菌種接種培養(yǎng)前，要對(duì)培養(yǎng)基、空氣系統(tǒng)、消泡劑、流加物料、設(shè)備、管道等進(jìn)行滅菌，還要對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行消毒，防止雜菌和噬菌體的大量繁殖。常用的滅菌方法有：干熱滅菌法、火焰滅菌法、電磁波射線滅菌法、 濕熱滅菌法主要是高壓蒸汽滅菌、化學(xué)藥劑滅菌法、過濾除菌法等1. 微生物熱阻：微生物在某一特定條件下主要是溫度和加熱方式下的致死時(shí)間。2.

18、對(duì)數(shù)殘留定律中各符號(hào)的意義。3. 理論滅菌時(shí)間的計(jì)算3.1間歇實(shí)罐滅菌時(shí)間的計(jì)算3.2連續(xù)滅菌的滅菌時(shí)間計(jì)算：4. 滅菌溫度的選擇：隨著溫度升高，滅菌速率常數(shù)增加的倍數(shù)大于培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的分解速率常數(shù)的增加倍數(shù)。即當(dāng)滅菌溫度升高時(shí)，微生物殺滅速度提高，培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞的速度減慢。高溫瞬時(shí)滅菌法可以減少培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的破壞的原理：隨著溫度升高，滅菌速率常數(shù)增加的倍數(shù)大于培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的分解速率常數(shù)的增加倍數(shù)。即當(dāng)滅菌溫度升高時(shí)，微生物殺滅速度增加較快，而培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞的速度增加較慢。因此，采用較高的溫度，較短的滅菌時(shí)間，可以減少培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的破壞。5. 影響培養(yǎng)基滅菌的因素 ：所污染

19、雜菌的種類、數(shù)量、滅菌溫度和時(shí)間，培養(yǎng)基成分、pH值、培養(yǎng)基中顆粒、泡沫等對(duì)培養(yǎng)基滅菌也有影響。6.無菌空氣：指通過除菌處理使空氣中含菌量降低至一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小時(shí)機(jī)。此種空氣稱為“無菌空氣。7. 介質(zhì)過濾除菌是使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而到達(dá)除菌的目的。是大多數(shù)發(fā)酵廠廣泛采用的方法。按除菌機(jī)制可分為： 絕對(duì)外表過濾和深層介質(zhì)過濾 。介質(zhì)過濾除菌的機(jī)理：空氣流通過這種介質(zhì)過濾層時(shí)，借助慣性碰撞、攔截滯流、靜電吸附、擴(kuò)散等作用，將其塵埃和微生物截留在介質(zhì)層內(nèi)，到達(dá)過濾除菌目的。第七章 種子的擴(kuò)大培養(yǎng) 1、種子擴(kuò)大培養(yǎng)：指將保存

20、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，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。 這些純種培養(yǎng)物稱為種子2、 種子擴(kuò)大培養(yǎng)的目的與要求1種子擴(kuò)培的目的 接種量的需要 菌種的馴化 縮短發(fā)酵時(shí)間、保證生產(chǎn)水平2種子的要求 菌種細(xì)胞的生長活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，延遲期短 生理性狀穩(wěn)定菌體總量及濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求無雜菌污染保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。3、種子罐級(jí)數(shù)：是指制備種子需逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù)，取決于菌種生長特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度、所采用發(fā)酵罐的容積。 種子罐級(jí)數(shù)受發(fā)酵規(guī)模、菌體生長特性、接種量的影響。級(jí)數(shù)大，難控制、易染菌、易

21、變異，管理困難，一般24級(jí)。4、種子制備分兩個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)室種子制備階段 生產(chǎn)車間種子制備階段好氧微生物菌種擴(kuò)培常用設(shè)備：超凈工作臺(tái)、震蕩培養(yǎng)箱、種子罐等。5、種齡：是指種子罐中培養(yǎng)的菌絲體開始移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間。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。通常接種量：細(xì)菌1-5%，酵母菌5-10%，霉菌7-15%，有時(shí)20-25%青霉素生產(chǎn)的種子制備過程：安瓿管斜面孢子大米孢子一級(jí)種子二級(jí)種子發(fā)酵第八章 發(fā)酵工藝控制1、微生物發(fā)酵的生產(chǎn)水平取決于生產(chǎn)菌種本身的性能和適宜的環(huán)境條件。2、發(fā)酵過程的代謝變化從產(chǎn)物形成來說，代謝變化就是反映發(fā)酵中的菌體生長、發(fā)酵參數(shù)的變化

22、培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件和產(chǎn)物形成速率這三者之間的關(guān)系。在分批培養(yǎng)過程中根據(jù)產(chǎn)物生成是否與菌體生長同步的關(guān)系，將微生物產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)分為 生長關(guān)聯(lián)型 和 非生長關(guān)聯(lián)型。3、發(fā)酵方式1補(bǔ)料分批發(fā)酵：指分批培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。優(yōu)點(diǎn)在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。低基質(zhì)濃度的優(yōu)點(diǎn)： 可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾； 克服養(yǎng)分的缺乏，防止發(fā)酵過早結(jié)束。2半連續(xù)發(fā)酵：是指在補(bǔ)料分批發(fā)酵的根底上，間歇地放掉局部發(fā)酵液的培養(yǎng)方法。優(yōu)點(diǎn)： 可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾； 克服養(yǎng)分的缺乏，防止

23、發(fā)酵過早結(jié)束；緩解有害代謝產(chǎn)物的積累。3連續(xù)發(fā)酵：指培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，并同時(shí)放出含有產(chǎn)品的發(fā)酵液的培養(yǎng)方法。在這樣的環(huán)境中培養(yǎng)，菌的生長就受到所提供基質(zhì)的限制，培養(yǎng)液中的菌體濃度能保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)。與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，連續(xù)培養(yǎng)有以下優(yōu)點(diǎn)： 維持低基質(zhì)濃度：可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾； 防止培養(yǎng)基積累有毒代謝物； 可以提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間的產(chǎn)量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產(chǎn)時(shí)間； 便于自動(dòng)控制。4、發(fā)酵控制參數(shù)按性質(zhì)分類：物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)、生物參數(shù)按檢測手段分類：直接參數(shù)：在線檢測參數(shù) 離線檢測參數(shù) 間接參數(shù)5、發(fā)酵熱發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中

24、釋放出來的凈熱量。Q發(fā)酵=Q生物+ Q攪拌- Q蒸發(fā)- Q顯- Q輻射生物熱(biological heat)是菌體生長過程中直接釋放到體外的熱能，使發(fā)酵液溫度升高。攪拌熱(agitation heat)是攪拌器引起的液體之間和液體與設(shè)備之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。 6. pH值對(duì)發(fā)酵的影響1影響酶的活性，當(dāng)pH值抑制菌體中某些酶的活性時(shí)，會(huì)阻礙菌體的新陳代謝；2影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)，改變細(xì)胞膜的通透性，影響微生物對(duì)營養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄；影響培養(yǎng)基中某些組分的解離，進(jìn)而微生物對(duì)這些成分的吸收；3pH值不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。7、引起發(fā)酵液

25、pH值異常波動(dòng)的因素pH值的變化決定于所用的菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件 pH下降： 培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補(bǔ)糖過多加上溶氧缺乏，致使有機(jī)酸大量積累而pH下降； 消泡劑加得過多； 生理酸性物質(zhì)的存在，銨被利用，pH下降。pH上升： 培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。氮源過多，氨基氮釋放，使pH上升； 生理堿性物質(zhì)存在； 中間補(bǔ)料氨水或尿素等堿性物質(zhì)參加過多。8、臨界氧濃度(critical value of dissolved oxygen concentration) ：指不影響菌的呼吸所允許的最低氧濃度。如對(duì)產(chǎn)物形成而言便稱為產(chǎn)物合成的臨界氧濃度。呼吸強(qiáng)度又稱氧

26、比消耗速率，是指單位質(zhì)量的干菌體在單位時(shí)間內(nèi)所吸取的氧量，以 Q O2表示，單位為mmolO2(g干菌體·h)。耗氧速率又稱攝氧率，是指單位體積培養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量，以r表示，單位為mmol O2(L·h)。 9、引起溶氧異常下降，可能有以下幾種原因： 污染好氣性雜菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在較短時(shí)間內(nèi)下降到零附近，如果雜菌本身耗氧能力不強(qiáng)，溶氧變化就可能不明顯； 菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象，需氧要求增加，使溶氧下降； 某些設(shè)備或工藝控制發(fā)生故障或變化，也可能引起溶氧下降，如攪拌功率消耗變小或攪拌速度變慢，影響供氧能力，使溶氧降低。10、 泡沫的形成及其對(duì)發(fā)酵的影響

27、在大多數(shù)微生物發(fā)酵過程中，通氣、攪拌以及代謝氣體的逸出，再加上培養(yǎng)基中糖、蛋白質(zhì)、代謝物等外表活性劑的存在，培養(yǎng)液中就形成了泡沫。形成的泡沫有兩種類型： 一種是發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界限，如發(fā)酵前期的泡沫； 另一種是發(fā)酵液中的泡沫，又稱流態(tài)泡沫(fluid foam)，分散在發(fā)酵液中，比擬穩(wěn)定，與液體之間無明顯的界限大量的泡沫引起的負(fù)作用：發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少、氧傳遞系統(tǒng)減?。辉黾恿司旱姆蔷恍?；造成大量逃液，增加染菌時(shí)機(jī)；嚴(yán)重時(shí)通氣攪拌無法進(jìn)行，菌體呼吸受到阻礙，導(dǎo)致代謝異?；蚓w自溶；消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。泡沫的消除調(diào)整培養(yǎng)基中的成分如少加

28、或緩加易起泡的原料或改變某些物理化學(xué)參數(shù)如pH值、溫度、通氣和攪拌或者改變發(fā)酵工藝如采用分次投料來控制，以減少泡沫形成的時(shí)機(jī)。采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素。采用機(jī)械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。常用的消泡劑有4大類：天然油脂類、脂肪酸和酯類、聚醚類、硅酮類11、造成染菌的主要原因 設(shè)備滲漏 空氣帶菌 種子帶菌 滅菌不徹底 技術(shù)管理不善第九章 生物反響動(dòng)力學(xué)1.微生物反響動(dòng)力學(xué)研究各種環(huán)境因素與微生物代謝活動(dòng)之間相互作用隨時(shí)間而變化的規(guī)律。具體研究內(nèi)容：微生物生長過程中質(zhì)量的平衡；發(fā)酵過程中菌體的生長速率、基質(zhì)消耗速率和產(chǎn)物生成速率的相互關(guān)系 ；環(huán)境因素對(duì)

29、這三種速率的影響。2. 分批發(fā)酵工藝中縮短和消除延遲期的方法有：增加接種量、采用最適種齡、選用繁殖速度快的菌種以及盡量保持接種前后所處的培養(yǎng)基介質(zhì)和條件一致。3. Monod方程的參數(shù)求解：µmS KS+Sµ=S:限制性基質(zhì)濃度mol/m3；KS:飽和常數(shù)mol/m3例：在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)：S(mg/l) 6 33 64 153 221(h-1) 0.06 0.24 0.43 0.66 0.70利用MONOD方程作圖如下，求在該培養(yǎng)條件下，求大腸桿菌的max，KS和td?解：據(jù)圖可知，：1/µmax=0.95；KS/µmax=90；根據(jù)

30、可以求得：max1.1 (h-1); KS99mg/L， tdln2/max0.63h4. 連續(xù)培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)稀釋率：單位時(shí)間內(nèi)參加的培養(yǎng)基體積占發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)基體積的分率5. 細(xì)胞的物料平衡單級(jí)連續(xù)培養(yǎng)的細(xì)胞物料平衡方程如下：根據(jù)單級(jí)連續(xù)培養(yǎng)的細(xì)胞物料平衡方程，按照比生長速率和稀釋率D的大小關(guān)系，討論培養(yǎng)罐內(nèi)細(xì)胞濃度和營養(yǎng)物質(zhì)濃度的變化情況。答： > D: 那么 dX/dt >0，培養(yǎng)罐內(nèi)細(xì)胞濃度不斷增加，營養(yǎng)物質(zhì)濃度隨之減少 < D：那么dX/dt <0，罐內(nèi)細(xì)胞濃度不斷減少，最后導(dǎo)致X趨近0. = D：那么dX/dt =0，細(xì)胞濃度不隨時(shí)間而變化，即培養(yǎng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。6

31、. 限制性基質(zhì)的物料平衡臨界稀釋率DC: 發(fā)生洗出時(shí)的稀釋率。操作的稀釋率不是可以隨意改變的，而有一個(gè)限度。超過此稀釋率時(shí)連續(xù)培養(yǎng)就無法進(jìn)行，臨界稀釋率取決于加料中的限制性基質(zhì)濃度，即細(xì)胞在此培養(yǎng)基中能到達(dá)的最大比生長速率。DC= mS /(KS+S)第十章下游加工過程概論1、下游技術(shù)工程 downstream processing：對(duì)于由生物界自然產(chǎn)生的或由微生物菌體發(fā)酵的、動(dòng)植物細(xì)胞組織培養(yǎng)的、酶反響等各種生物工業(yè)生產(chǎn)過程獲得的生物原料，經(jīng)提取別離、加工并精制目的成分，最終使其成為產(chǎn)品的技術(shù)。2. 發(fā)酵液的特點(diǎn)1含水多，產(chǎn)物含量低；2含菌體蛋白；3溶有原來培養(yǎng)基成分；4相當(dāng)多的副產(chǎn)物和色素

32、；5易被雜菌污染或使產(chǎn)物進(jìn)一步分解；6易起泡，粘性物質(zhì)多。3、整個(gè)下游加工過程應(yīng)遵循以下四個(gè)原那么1) 時(shí)間短；2) 溫度低, 選擇在生物物質(zhì)的溫度范圍內(nèi)；3) pH適中;4) 嚴(yán)格清洗消毒包括廠房、設(shè)備及管路，注意死角。4、一般下游加工過程可分為4個(gè)階段1)培養(yǎng)液發(fā)酵液的預(yù)處理和固液別離；2)初步純化提??；3)高度純化精制；4)成品加工。5、下游加工過程的一般流程第十二章 發(fā)酵液的預(yù)處理和固液別離方法1、改善發(fā)酵液過濾特性的物理化學(xué)方法：調(diào)酸等電點(diǎn)、熱處理、電解質(zhì)處理、添加凝聚劑、添加外表活性物質(zhì)、添加反響劑、冷凍-解凍及添加助濾劑等。2、凝聚指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降

33、低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象；常用的凝聚劑電解質(zhì)有：硫酸鋁 Al2(SO4)318H2O明礬；氯化鋁 AlCl36H2O;三氯化鐵 FeCl3;硫酸亞鐵 FeSO4·7H2O ；石灰；ZnSO4；MgCO3絮凝指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團(tuán)的過程。工業(yè)上使用的絮凝劑可分為三類：1有機(jī)高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚苯乙烯類衍生物；2無機(jī)高分子聚合物，如聚合鋁鹽、聚合鐵鹽等；3天然有機(jī)高分子絮凝劑，如聚糖類膠粘物、海藻酸鈉、明膠、骨膠、殼多糖、脫乙酰殼多糖等。目前最常見的高分子聚合物絮凝劑有機(jī)合成的聚丙烯酰胺polyacrylamide類

34、衍生物3、雜蛋白的去除方法有沉淀法、變性法 、吸附法4、固液別離的方法：重力沉降、浮選、旋液別離、介質(zhì)過濾、離心。5、根據(jù)過濾機(jī)理，過濾操作可分為澄清過濾和濾餅過濾。第十三章 細(xì)胞破碎1、細(xì)胞破碎的阻力：細(xì)菌破碎的主要阻力:肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越致密，破碎的難度越大，革蘭氏陰性細(xì)菌網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不及革蘭氏陽性細(xì)菌的鞏固；酵母細(xì)胞壁破碎的阻力:主要決定于壁結(jié)構(gòu)交聯(lián)的緊密程度和它的厚度；霉菌細(xì)胞壁中含有幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度比細(xì)菌和酵母菌的細(xì)胞壁有所提高。 2、常用破碎方法機(jī)械法：珠磨法固體剪切作用、高壓勻漿法液體剪切作用、超聲破碎法液體剪切作用、X-press法固體剪切作用。非機(jī)械法

35、：酶溶法酶分解作用、化學(xué)滲透法改變細(xì)胞膜的滲透性、滲透壓法滲透壓劇烈改變、凍結(jié)融化法反復(fù)凍結(jié)-融化、枯燥法改變細(xì)胞膜滲透性3、破碎率的測定方法1直接測定法2目的產(chǎn)物測定法3導(dǎo)電率測定法第十四章 沉 淀 法Precipitation1、固相析出技術(shù)：通過參加某種試劑或改變?nèi)芤簵l件，使生化產(chǎn)物溶解度降低，以固體形式沉淀和晶體從溶液中沉降析出的別離純化技術(shù)。結(jié)晶法：在固相析出過程中，析出物為晶體稱為結(jié)晶法。沉淀法：在固相析出過程中，析出物為無定形固體稱為沉淀法。常用的沉淀法：鹽析法、有機(jī)溶劑沉淀法和等電點(diǎn)沉淀法等。2、鹽析(Salt induced precipitation)：在高濃度的中性鹽存在

36、下，蛋白質(zhì)酶等生物大分子物質(zhì)在水溶液中的溶解度降低，產(chǎn)生沉淀的過程。原因如下：1無機(jī)離子與蛋白質(zhì)外表電荷中和，形成離子對(duì)，局部中和了蛋白質(zhì)的電性，使蛋白質(zhì)分子之間的排斥力減弱，從而能夠相互靠攏；2中性鹽的親水性大，使蛋白質(zhì)脫去水化膜，疏水區(qū)暴露，由于疏水區(qū)的相互作用導(dǎo)致沉淀；Ks鹽析法：在一定pH和溫度下，改變體系離子強(qiáng)度進(jìn)行鹽析的方法；鹽析法：在一定離子強(qiáng)度下，改變pH和溫度進(jìn)行鹽析；常用的鹽析用鹽： 硫酸銨、硫酸鈉，磷酸鹽，檸檬酸鹽。3、有機(jī)溶劑沉淀：在含有溶質(zhì)的水溶液中參加一定量親水的有機(jī)溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出。原理：1降低了溶質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)之間的靜電引力增加，從而出

37、現(xiàn)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致沉淀。2有機(jī)溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，降低了親水溶質(zhì)外表水化層的厚度，降低了親水性，導(dǎo)致脫水凝聚。常用的有機(jī)溶劑沉析劑：乙醇：沉析作用強(qiáng)，揮發(fā)性適中，無毒常用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖等生物大分子的沉析；丙酮：沉析作用更強(qiáng)，用量省，但毒性大，應(yīng)用范圍不廣；4、等電點(diǎn)沉淀：調(diào)節(jié)體系pH值，使兩性電解質(zhì)的溶解度下降，析出的操作稱為等電點(diǎn)沉淀。原理：蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，當(dāng)溶液pH值處于等電點(diǎn)時(shí)，分子外表凈電荷為0，雙電層和水化膜結(jié)構(gòu)被破壞，由于分子間引力，形成蛋白質(zhì)聚集體，進(jìn)而產(chǎn)生沉淀。第十五章 膜 過 濾 法1、膜過濾法指以壓力為推動(dòng)力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進(jìn)行別離的

38、方法。根本原理是篩孔別離過程。在壓差的推動(dòng)下，原料液中的溶劑和小的溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，所得到的液體一般稱為濾出液或透過液，而大的粒子組分被膜截留。包括微濾MF、超濾UF、納濾NF和反滲透RO四種過程。在工業(yè)上用得最廣的膜材料是醋酸纖維素和聚砜。濃差極化：當(dāng)溶劑透過膜，而溶質(zhì)留在膜上，使膜面濃度增大，并高于主體中濃度，這種濃度差導(dǎo)致溶質(zhì)自膜面反擴(kuò)散至主體中，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。在超濾中，為減少濃差極化，通常采用錯(cuò)流操作。膜的污染：膜在使用中，盡管操作條件保持不變，但通量仍逐漸降低的現(xiàn)象。污染原因：膜與料液中某一溶質(zhì)的相互作用；吸附在膜上的溶質(zhì)和其它溶質(zhì)的相互作用。膜污染的消除

39、：污染必須通過清洗的方法才能消除。經(jīng)清洗后如純水通量到達(dá)或接近原來水平，那么認(rèn)為污染已消除。減輕膜污染的方法1預(yù)處理2改變膜的外表性質(zhì)市售的超濾器大致有四種型式：管式、中空纖維式、螺旋卷繞式和平板式。2. 將以下表示相同意義的詞連線separation factor 別離因子 membrane separation膜別離ion-exchange 離子交換 Biotechnology生物技術(shù)Metabolic Control fermentation 代謝控制發(fā)酵Downstream Processing 下游工程Chromatographic Resolution色譜別離Biocatalyst

40、，生物催化劑Orthogonal experimental design 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)response surface analysis響應(yīng)面分析方法Inducible enzyme 誘導(dǎo)酶末端代謝產(chǎn)物阻遏(End-product repression)分解代謝產(chǎn)物阻遏(Catabolite repression)代謝工程metabolic engineering) 臨界氧濃度(critical value of dissolved oxygen concentration)補(bǔ)料分批培養(yǎng)feed-batch culture， FBC細(xì) 胞 破 碎 Cell Disruption高壓勻漿法Hig

41、h-pressure homogenization鹽析(Salt induced precipitation)微濾(Microfiltration，MF)超 濾 (ultrafiltration，UF )反滲透Reverse osmosis，RO納濾(nanofiltration,NF)正相色譜Normal Phase Chromatography，NPC，反相色譜Reversed Phase Chromatography，RPC，第十六章 溶劑萃取和浸取1、溶劑萃取利用一種溶質(zhì)組分如產(chǎn)物在兩個(gè)互不混溶的液相如水相和有機(jī)溶劑相中竟?fàn)幮匀芙夂头峙湫再|(zhì)上的差異來進(jìn)行別離操作的。2、“相似相溶原理分

42、子之間可以有兩方面的相似：一是分子結(jié)構(gòu)相似，如分子的組成、官能團(tuán)、形態(tài)結(jié)構(gòu)的相似；二是能量(相互作用力)相似，如相互作用力有極性的和非極性之分，兩種物質(zhì)如相互作用力相近，那么能互相溶解。與水“相似的物質(zhì)易溶于水，與油“相似的物質(zhì)易溶于油就是相似相溶原理的表現(xiàn)。3、分配定律和別離因數(shù)1 分配定律：在一定溫度一定壓力的條件下，溶質(zhì)分配在兩個(gè)互不相溶的溶劑中，到達(dá)平衡時(shí)溶質(zhì)在兩相中的活度之比為一常數(shù)。如果是稀溶液，活度可用濃度代替，那么到達(dá)平衡時(shí)溶質(zhì)在兩相中的濃度之比為一常數(shù)。稱之為分配系數(shù)K，2別離因數(shù)3、乳化和去乳化 乳化：一種液體分散相分散在另一種不相混溶的液體連續(xù)相中的現(xiàn)象。乳化的結(jié)果可能形

43、成兩種形式的乳濁液：一種是水包油型O/W，另一種為油包水型W / O。生產(chǎn)過程出現(xiàn)的乳濁液是水包油型O/W，還是油包水型W / O，主要由外表活性劑的性質(zhì)決定。4、雙水相萃?。涸谝欢l件下，水相也可以形成兩相(即雙水相系統(tǒng))甚至多相。于是有可能將水溶性的酶、蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)從一個(gè)水相轉(zhuǎn)移到另一水相中，從而完成別離任務(wù)。常用聚合物雙水相系統(tǒng)：聚乙二醇葡聚糖、聚乙二醇無機(jī)鹽系統(tǒng)雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn)：1使固液別離和純化兩個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)行，一步完成；2適合熱敏物質(zhì)的提取，主要是胞內(nèi)酶；3親水性聚合物參加水中，形成兩相，在這兩相中，水分都占大比例8595，這樣生物活性蛋白質(zhì)在兩相中不會(huì)失活，且以一定比例分

44、配于兩相中。第十七章 離 子 交 換 法1、離子交換原理及分類離子交換樹脂是一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固態(tài)高分子材料。是一類帶有官能團(tuán)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，其結(jié)構(gòu)有三局部組成：不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架，連接在骨架上的官能團(tuán)和官能團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。骨架上的活性離子在水溶液中發(fā)生離解，可在較大的范圍內(nèi)自由移動(dòng)，擴(kuò)散到溶液中，同時(shí)，在溶液中的同類型離子也能從溶液中擴(kuò)散到骨架的網(wǎng)格或孔內(nèi)。當(dāng)這兩種離子濃度差較大時(shí)，就產(chǎn)生一種交換的推動(dòng)力，使它們之間產(chǎn)生交換作用，利用這種濃度差的推動(dòng)力使樹脂上的可交換離子發(fā)生可逆交換反響。樹脂按活性離子分類，活性離子是陽離子和陽離子發(fā)生交換就稱為陽離子

45、交換樹脂；如果是陰離子，那么稱為陰離子交換樹脂。2、樹脂的命名根據(jù)離子交換樹脂官能團(tuán)的性質(zhì)，將其分為強(qiáng)酸(0)、弱酸(1) 、強(qiáng)堿(2) 、弱堿(3) 、螯合(4) 、兩性(5)及氧化復(fù)原(6)等7類。3、離子交換樹脂的理化性能指標(biāo)1外觀；2交聯(lián)度；3化學(xué)穩(wěn)定性；4機(jī)械強(qiáng)度；5交換量4、影響離子交換樹脂選擇性的因素1離子價(jià)數(shù)離子交換樹脂總是優(yōu)先選擇高價(jià)離子，而低價(jià)離子被吸附時(shí)那么較弱。陽離子被吸附的順序?yàn)椋篎e3+ >Al3+ >Ca2+ >Mg2+ >Na+ ，陰離子順序?yàn)椋簷幟仕岣?gt;硫酸根>硝酸根2溶液濃度的影響樹脂對(duì)離子交換吸附的選擇性，在稀溶液中比擬

46、大，而在濃溶液中選擇性較小。3離子的水化半徑水化半徑較小的離子優(yōu)先吸附。4有機(jī)溶劑的影響有機(jī)溶劑會(huì)使樹脂對(duì)有機(jī)離子的選擇性降低，而容易吸附無機(jī)離子，可利用有機(jī)溶劑從樹脂上洗脫難洗脫的有機(jī)物質(zhì)。5樹脂與交換離子間的輔助力凡能與樹脂間形成輔助力，如氫鍵、范德華力等輔助力的離子，樹脂對(duì)其吸附力就大；反之，能破壞這些輔助力的溶液就能容易地將離子從樹脂上洗脫下來。5、離子交換樹脂的工作過程：1樹脂預(yù)處理：新樹脂裝入柱后，先用去離子水浸泡12h左右，使樹脂充分吸水膨脹，再用2-3倍樹脂體積的10%左右食鹽水浸泡4h以上。用水洗凈殘留的NaCl，再根據(jù)樹脂類型和使用所需要的型號(hào)分別用酸和堿處理，最后調(diào)pH值

47、至所需范圍。2上柱交換交換方式：采用順流和逆流進(jìn)行3洗脫：用親和力更強(qiáng)的同性離子取代樹脂上吸附的目的產(chǎn)物。4樹脂的再生：先用清水洗滌，然后用再生劑再生，最后用清水洗至所需pH值。6. ISEP系統(tǒng)是一種連續(xù)的離子交換系統(tǒng)目前已成功的應(yīng)用在各種不同的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中。ISEP系統(tǒng)采用多柱(20/30交換柱)吸附以及在穩(wěn)定狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行。不需要備用設(shè)備；離子交換樹脂的再生也不必中斷正常的生產(chǎn)。ISEP系統(tǒng)可以處理雜質(zhì)濃度較高的物料，保證產(chǎn)品具有穩(wěn)定的成分和濃度；采用多通道逆向流動(dòng)再生方式，減少了離子交換樹脂及、再生劑和洗滌水的用量。工作過程：交換：利用ISEP離子交換系統(tǒng)，對(duì)膜濾液中的賴氨酸離子進(jìn)行吸附

48、，與其他雜質(zhì)別離，吸附別離下來的廢水及雜質(zhì)排出柱體，吸附飽和的柱體進(jìn)入洗脫回填區(qū)?；靥睿和ㄟ^洗脫液回填壓出柱體內(nèi)的廢水和雜質(zhì)，以提高洗脫液純度。洗脫：利用一定濃度的氨水消除酸性，將賴氨酸離子從樹脂上解析下來，并使樹脂得到再生。轉(zhuǎn)型：再生柱進(jìn)入再生區(qū)經(jīng)過稀硫酸轉(zhuǎn)型后在吸附區(qū)到達(dá)最正確的吸附能力。第十八章 色譜別離法1、色譜別離Chromatographic Resolution，CR利用多組分混合物中各組分物理化學(xué)性質(zhì)如吸附力、分子極性、分子形狀和大小、分子親合力、分配系數(shù)等的差異，使各組分以不同程度分布在固定相和流動(dòng)相中。當(dāng)多組分混合物隨流動(dòng)相流動(dòng)時(shí)，由于各組分物理化學(xué)性質(zhì)的差異，而以不同的速

49、率移動(dòng)，使之別離。特點(diǎn)別離效率高；檢測能力強(qiáng)；樣品用量少；適用范圍廣。2.色譜別離過程：兩種組分的理化性質(zhì)原本存在著微小的差異，經(jīng)過反復(fù)屢次地吸附解吸再吸附再解吸的過程使微小差異累積起來，結(jié)果使吸附能力弱的組分先流出色譜柱，吸附能力強(qiáng)的組分后流出色譜柱，從而使各個(gè)組分得到了別離。3. 檢測器UV-Vis、熒光、電化學(xué)、蒸發(fā)光散射、示差折光、質(zhì)譜等檢測器。4. 色譜時(shí)間死時(shí)間Dead time：不被固定相吸附或溶解的惰性組分，從進(jìn)樣到出峰的峰頂點(diǎn)之間測得的時(shí)間,用tM表示。保存時(shí)間Retention time：從進(jìn)樣到組分峰頂點(diǎn)之間測得的時(shí)間，用tR表示。調(diào)整保存時(shí)間(Adjusted Rete

50、ntion Time)：調(diào)整保存時(shí)間指組分的保存時(shí)間扣除死時(shí)間后的時(shí)間，5. 氣相色譜法主要利用物質(zhì)的沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異，以氣體為流動(dòng)相，以液體或固體為固定相從而到達(dá)別離混合物的色譜方法。 6. 液相色譜：首先高壓泵將貯液器中流動(dòng)相溶劑經(jīng)過進(jìn)樣器送入色譜柱，然后從控制器的出口流出。當(dāng)注入欲別離的樣品時(shí)，流經(jīng)進(jìn)樣器貯液器的流動(dòng)相將樣品同時(shí)帶入色譜柱進(jìn)行別離，然后依先后順序進(jìn)入檢測器，記錄儀將檢測器送出的信號(hào)記錄下來，由此得到液相色譜圖。4. 凝膠色譜介質(zhì)常用的有葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠、聚丙烯酰胺凝膠等。分類吸附色譜別離是指混合物隨流動(dòng)相通過固定相吸附劑時(shí)，由于固定相對(duì)不同物質(zhì)的吸附力不同

51、而使混合物別離的方法。分配色譜是利用混合物中各物質(zhì)在兩液相中的分配系數(shù)不同而別離。根據(jù)固定相和流動(dòng)相的極性與非極性的差異，分配色譜可分為正相色譜和反相色譜。離子交換色譜是基于離子交換樹脂上可電離的離子與流動(dòng)相中具有相同電荷的溶質(zhì)離子進(jìn)行可逆交換，由于混合物中不同溶質(zhì)對(duì)交換劑具有不同的親合力而將它們別離。凝膠色譜以凝膠為固定相，是一種根據(jù)各物質(zhì)分子大小不同而進(jìn)行別離的色譜技術(shù)，又稱為分子篩色譜Molecular Sieve Chromatography，MSC、空間排阻色譜或尺寸排阻色譜Size Exclusion Chromatography，SEC。第十九章 蒸發(fā)、蒸餾和結(jié)晶1、真空蒸發(fā)：冷

52、凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力低于大氣壓、此時(shí)系統(tǒng)中的不凝性氣體必須用真空泵抽出。目的：降低溶液的沸點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：(1)溶液沸點(diǎn)低，可用溫度較低的低壓蒸汽或廢蒸汽作加熱蒸汽。(2)溶液沸點(diǎn)低，同樣蒸汽所需的傳熱面小。(3)沸點(diǎn)低，有利于處理高溫下易分解和變質(zhì)的熱敏性物料。(4)蒸發(fā)器的操作溫度低，系統(tǒng)的熱損失小。 2、多效蒸發(fā)：第一個(gè)蒸發(fā)器(稱為第一效)中蒸出的二次蒸汽用作第二個(gè)蒸發(fā)器(第二效)的加熱蒸汽，第二個(gè)蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第三個(gè)蒸發(fā)器 (第三效)的加熱蒸汽，依此類推。3、蒸發(fā)器的分類：分為膜式蒸發(fā)器和非膜式蒸發(fā)器兩大類。膜式蒸發(fā)器又分為升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、旋轉(zhuǎn)刮板蒸發(fā)器、板式蒸發(fā)器

53、。4、酒精發(fā)酵醪液蒸餾的理論根底是拉烏爾定律。拉烏爾定律：混合液中，蒸氣壓高的組分，在氣相中的含量總是比液相中的高；反之，蒸氣壓低的組分，在液相中的含量總是比氣相中的高。 5、飽和曲線和過飽和曲線飽和溶液：溶液恰好飽和，溶質(zhì)既無溶解也無結(jié)晶，即溶質(zhì)與溶液處于平衡狀態(tài)，此溶液稱為飽和溶液；未飽和溶液：假設(shè)添加固體那么固體溶解；過飽和溶液：超過飽和點(diǎn)的溶質(zhì)遲早要從溶液中沉淀出來。要使溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶出來，須首先使溶液成為過飽和狀態(tài)，也即必須設(shè)法產(chǎn)生一定的過飽和度作為推動(dòng)力。6、溶液的過飽和度與結(jié)晶的關(guān)系： AB為飽和曲線；CD為過飽和曲線。 AB和CD將圖分為：穩(wěn)定區(qū)、介穩(wěn)區(qū)和不穩(wěn)區(qū)。穩(wěn)定區(qū)：溶液

54、尚未飽和，沒有結(jié)晶的可能。介穩(wěn)區(qū)：也不會(huì)自發(fā)產(chǎn)生晶核，但如已有晶核，那么晶核長大而吸收溶質(zhì)直至濃度回落到飽和線上。不穩(wěn)區(qū)：能自發(fā)產(chǎn)生晶核。如E點(diǎn)是溶液的原始末飽和狀態(tài)， E H是冷卻結(jié)晶線，F(xiàn)點(diǎn)是飽和點(diǎn)，不能結(jié)晶，到達(dá)G點(diǎn)時(shí)，自發(fā)產(chǎn)生晶核。7、結(jié)晶包括三個(gè)過程：形成過飽和溶液；晶核形成；晶體生長。8、接觸成核(碰撞成核)：新生的晶核是晶漿(有晶體存在的結(jié)晶溶液)中已有的晶體顆粒，在結(jié)晶器中與其他固體接觸碰撞時(shí)產(chǎn)生的晶體表層的碎粒。其中較大的就是新的晶核。優(yōu)點(diǎn)： 動(dòng)力學(xué)級(jí)數(shù)較低，即溶液過飽和度對(duì)成核影響較小。 在低過飽和度下進(jìn)行，能得到優(yōu)質(zhì)結(jié)晶產(chǎn)品。 產(chǎn)生晶核所需要的能量非常低，被碰撞的晶體不會(huì)

55、造成宏觀上的磨損。在工業(yè)生產(chǎn)中，接觸成核有以下4種方式： (1)晶體與攪拌螺旋槳間的碰撞； (2)湍流下晶體與結(jié)晶器壁間的碰撞； (3)湍流下晶體與晶體的碰撞； (4)沉降速度不同，晶體與晶體的碰撞。 其中以第1種方式為主。第二十章 典型發(fā)酵產(chǎn)品介紹1、釀造酒包括黃酒、啤酒、葡萄酒，酒精含量比擬低。蒸餾酒主要指白酒、白蘭地等。蒸餾酒的酒精含量高。2、紅葡萄酒：用果皮帶色的葡萄帶皮發(fā)酵制成，酒色呈深紅、鮮紅、紫紅或?qū)毷t。白葡萄酒用白葡萄或紅皮白肉葡萄的果汁制成，酒色呈淺黃、禾稈黃、金黃色或近似無色。3、白蘭地商標(biāo)上的英文縮寫：X.OExtra Old酒齡即貯陳期規(guī)定不低于10年。4、啤酒生產(chǎn)中麥汁煮沸的目的：蒸發(fā)水分，濃縮麥汁；鈍化全部酶和麥汁殺菌；蛋白質(zhì)變性和絮凝；酒花有效組分的浸出；排