生物過程分析與檢測復(fù)習(xí)資料

1、第一章 緒論一、生物反應(yīng)過程的概念，本質(zhì)。概念：生物反應(yīng)過程是指生物技術(shù)的實驗成果經(jīng)工藝及工程開發(fā)，成為可供工業(yè)生產(chǎn)的工藝過程。本質(zhì)：生物反應(yīng)過程本質(zhì)上是利用生物催化劑進行生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。二、生物反應(yīng)過程的特點。1) 由于采用生物催化劑，反應(yīng)過程在常溫常壓下進行2) 以采用可再生資源碳水化合物、蛋白質(zhì)等為主要原料，來源豐富，價格低廉，過程中廢物的危害性小，但原料成分往往難以控制，易給產(chǎn)品質(zhì)量帶來一定影響。（原料來源方便）3) 與化工生產(chǎn)相比，生產(chǎn)設(shè)備較為簡單，能量消耗一般也較少，但由于過高的底物或產(chǎn)物濃度常導(dǎo)致酶的抑制或細胞不能耐受如此高端滲透壓而失活，因此反應(yīng)液中的底物濃度不能過高，

2、且要求在無雜菌污染情況下進行操作4) 酶反應(yīng)過程的專一性強，轉(zhuǎn)化率搞，發(fā)酵過程成本低，應(yīng)用廣，但反應(yīng)機理復(fù)雜，較難控制，反應(yīng)液中雜質(zhì)較多，給提取純化帶來困難。第二章 物理分析一、傳感器的重要特性可靠性，靈敏性，精度，可互換性，可清洗，耐消毒，無菌，無毒。（后面四個是生物傳感器與其它傳感器的明顯區(qū)別）二、熱電偶測溫原理熱電偶的基本工作原理是基于物體的熱電效應(yīng)，有兩種不同的導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩個接點的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生電勢，該電勢的方向和大小取決于導(dǎo)體的材料和兩個接點的溫度差別，（溫度不同，電效不同）熱電阻式測溫元件電阻與溫度的關(guān)系Rt=R01+(t-t0)三、測量壓力的傳感器：1) 波登

3、管式壓力傳感器。（泊松系數(shù)）=橫向應(yīng)力/縱向應(yīng)力=2L/h，E（彈性系數(shù)）=應(yīng)力/應(yīng)變2) 波紋管式壓力傳感器。軸向伸縮而徑向不發(fā)生變化。E是材料的楊氏模量，與彈性模數(shù)一樣3) 膜式壓力傳感器4) 電阻應(yīng)變片。金屬導(dǎo)體的電阻隨著他所受機械變形（伸長或縮短）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。四、流量測量流量儀表分三大類：容積式，速度式，質(zhì)量式流量計。速度式流量計中適用于空氣流量測量的是轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計由一根上粗下細的錐形管和一個能在其內(nèi)上下浮動的轉(zhuǎn)子組成。增加轉(zhuǎn)子密度，轉(zhuǎn)子流量計程擴大，同一高度的轉(zhuǎn)子平衡位置所對應(yīng)的被測介質(zhì)流量大，反之，量程就縮小。壓差式流量計也叫節(jié)流式流量計

4、，依據(jù)流體流動的節(jié)流原理，利用流體經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差來測量流量。電磁流量計輸出信號不受液體的物理條件溫度，壓力，粘度變化的影響第三章 化學(xué)參數(shù)的檢測電化學(xué)分析概念:是應(yīng)用電化學(xué)的基本原理和實驗技術(shù)，依據(jù)物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)來測定物質(zhì)組成及含量的分析方法。電化學(xué)池基礎(chǔ)： ( 電解質(zhì)溶液 電極 電路)原電池：是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。利用兩個電極金屬性的不同，產(chǎn)生電勢差，產(chǎn)生 電子流動，產(chǎn)生電流。任何可發(fā)生氧化還原反應(yīng)的化學(xué)過程均可利用開發(fā)為電池。原電池組成 ：活潑性不同的金屬 形成閉合回路 自發(fā)的氧化還原反應(yīng)原電池電極判斷 正極：電子流入 化合價降低 還原 活潑性較弱 負(fù)極：電子流出 化合價升

5、高 氧化 活潑性較強原電池表示方法 負(fù)極在左，正極在右(會判斷對錯)（）Zn（s）I Zn2+（C）II Cu2+（C）I Cu（s）（+）電極電位：在電池中一般指與電解質(zhì)溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)的位置。陽氧陰還電解: 電解裝置電流通過化學(xué)電池在電極上發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)過程。電解分析法：電重量分析法和庫倫分析法。電重量分析法：根據(jù)陰極析出物質(zhì)的重量求溶液濃度的方法。庫倫分析法：由庫侖計記錄電解過程消耗的電量，電解完全后，根據(jù)法拉第電解定律計算出待測物質(zhì)的量的方法。根據(jù)IUPAC（國際純粹化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會）倡儀，電化學(xué)分析法分為三大類：既不涉及雙電層，也不涉及電極反應(yīng)，（包括電導(dǎo)分析法、高頻滴定

6、法等)；涉及雙電層，但不涉及電極反應(yīng)，(例如通過測量表面張力或非法拉第阻抗而測定濃度的分析方法；)涉及電極反應(yīng)，(包括電位分析法、電解分析法、庫侖分析法、極譜法和伏安法等)根據(jù)分析原理分類：1) 通過試液的濃度在特定實驗條件下與化學(xué)電池某一電參數(shù)之間的關(guān)系求得分析結(jié)果的方法.(電導(dǎo)分析法.庫侖分析法/電位法/伏安法/極譜分析法）。2) 是利用電參數(shù)的變化來指示容量分析終點的方法.（ 電導(dǎo)滴定，電位滴定，電流滴定法）3) 是電重量法，或稱電解分析法。這類方法將直流電流通過試液,使被測組分在電極上還原沉積析出與共存組分分離,然后再對電極上的析出物進行重量分析以求出被測組分的含量。電導(dǎo)分析法： 測定

7、溶液的電導(dǎo)而求得溶液中電解質(zhì)濃度的方法。電導(dǎo)：電阻的倒數(shù)，單位（S）；電導(dǎo)率：兩電極板為單位面積，距離為單位長度時溶液的電導(dǎo)。摩爾電導(dǎo)率：距離為單位長度的兩電極板間含有單位物質(zhì)的量的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)優(yōu)點：操作簡單，快速，不破壞試樣缺點：選擇性差，不區(qū)分離子種類、含量 ，不能測定難離解化合物、有機物電位分析法： 通過測定電極電位來測量物質(zhì)的量的方法。指示電極：電極電位隨被測物質(zhì)活度變化參比電極：電極電位與被測物質(zhì)活度無關(guān)參比電極 1 標(biāo)準(zhǔn)氫電極： 2H+2e=H2規(guī)定：任何溫度下，氫電極點位為零2飽和甘汞電極：Hg、Hg2Cl2、飽和KCl溶液。Hg2Cl2（s）+2e=2Hg+Cl-甘汞電極電

8、位取決于KCl濃度電位分析法分類：1) 電位測定法（測量電極電位，再由能斯特方程求的待測物質(zhì)濃度。）2) 電位滴定法（滴定過程中，電極電位突變來確定終點，從滴定體積和濃度來計算待測物含量。)確定電位滴定終點方法：E-V曲線法 E/ V-V曲線法 2E/ V2-V曲線法電解分析法原理：應(yīng)用外加電源電解試液，電解后稱量在電極上析出金屬的質(zhì)量，依次進行分析的方法，又稱電重量法。庫倫分析法: 由庫侖計記錄電解過程消耗的電量，電解完全后，根據(jù)法拉第電解定律計算出待測物質(zhì)的量的方法。根據(jù)電解方式、電量測定方式分類：控制電位庫侖法 恒電流庫侖法 動態(tài)庫侖法法拉第定律: m=Mq/Fn =ItM/Fn影響電流

9、因素及消除: 1) 溶劑參與電極反應(yīng)（水） 2) 共存雜質(zhì)的電解 3) 溶解氧的還原，電解前通惰性氣體數(shù)分鐘消除4) 電極本身參與反應(yīng) 5) 電解產(chǎn)物副反應(yīng)終點指示法：指示劑法，電位法，永停終點法（永停終點法庫侖滴定、永停滴定法），分光光度法pH測量的意義：有利于生物細胞的生長繁殖；有利于代謝產(chǎn)物的生成；有利于提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量；降低生產(chǎn)成本；防止環(huán)境污染等。pH測量所需電極：一個測量電極，一個參考電極1. 鹽效應(yīng)X H+ 具有相同H+濃度的溶液pH值卻不同，這是因為他們的離子強度不同2 介質(zhì)效應(yīng) H+M表示介質(zhì)對H+活度的影響。當(dāng)pH值等于解離常數(shù)的負(fù)對數(shù)時，緩沖液的緩沖能力最強，即：pH=

10、pKspH測量的一般原則: 選擇合適的pH電極 溫度一致性 溶液均一性 電極的標(biāo)定pH電極的標(biāo)定: 使用前，用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液來進行準(zhǔn)確標(biāo)定。 電極標(biāo)定先標(biāo)定零點（即pH7.0），再標(biāo)定斜率。電極維護: 1) 電極功能的維護：用適當(dāng)溶劑沖洗電極；去除表面固體物質(zhì)的吸附2) 電極的儲存（活化）：電極應(yīng)儲存在參考電解液中，如果電極長時間干燥儲存，應(yīng)在使用前在電解液中活化數(shù)小時。第四章 生物反應(yīng)液生物參數(shù)的檢測與估算RC濾波器 抑制高頻干擾數(shù)字濾波器 周期性、脈沖性干擾數(shù)字濾波器: 通過一定的計算程序?qū)Σ蓸有盘栠M行平滑加工，提高其有用信號消除或削減各種干擾和噪音。數(shù)字濾波器優(yōu)點：只需在數(shù)據(jù)運算前添加數(shù)字濾

11、波程序；穩(wěn)定性高；使用靈活方便數(shù)字濾波方法: 1) 程序判斷濾波：限幅濾波，把兩次相鄰的采樣值進行比較，增量的絕對值與兩次采樣允許的最大差值y比較，小于或等于y則采取采樣值，大于y則舍去； 限速濾波2) 算術(shù)平均濾波（遞推平均波）：N值大小決定了采樣平均值的平滑度和反應(yīng)的靈敏度，N值增大，信號平滑度提高，對信號變化反應(yīng)的靈敏度降低，占用機時長。通常流量取N=12，壓力取N=4。3) 加權(quán)遞推平均濾波4) 一階慣性濾波氧利用速率 （OUR）:單位時間內(nèi)、單位發(fā)酵液體積內(nèi)細胞消耗的氧量二氧化碳釋放速率（CER）：單位時間內(nèi)、單位發(fā)酵液體積內(nèi)細胞消耗的氧量呼吸商（RQ）：二氧化碳釋放速率與氧氣消耗速

12、率之比熱量平衡：Qexch=Qf+Qagi發(fā)酵過程中，產(chǎn)生的發(fā)酵熱和攪拌熱均由冷卻系統(tǒng)帶走發(fā)酵熱（Qf）：微生物在發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。發(fā)酵熱組成：微生物生長過程產(chǎn)生的熱量；為維持活力而消耗基質(zhì)產(chǎn)生的熱量；產(chǎn)物生成釋放的熱量 活細胞濃度測定原理：利用生物細胞催化反應(yīng)或活細胞本身特有的物質(zhì)而使用生物發(fā)光或化學(xué)發(fā)光進行測定。生物反應(yīng)液特點：組成復(fù)雜，有生物活性，氣-固-液并存，組分、含量有時變性，培養(yǎng)過程保證密封、無菌在線分析（on-line analysis）：在生產(chǎn)過程中直接對被控制的產(chǎn)品的特性量值進行檢測的分析方法離線分析（ off-line analysis ）：從生產(chǎn)流取樣并將樣品

13、進行分析的方法。生物傳感器(biosensor)：由生物分子識別元件與各類物理、化學(xué)換能器組成，用于各種生命物質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)的分析和檢測生物傳感器組成：識別元件 理化換能器 信號放大裝置生物傳感器分類1) 根據(jù)分子識別元件分類：酶傳感器 微生物傳感器 細胞傳感器 組織傳感器 免疫傳感器 2) 根據(jù)換能器即信號轉(zhuǎn)換器分類：生物電極傳感器 半導(dǎo)體生物傳感器 光生物傳感器 熱生物傳感器 壓電晶體生物傳感器3) 以被測目標(biāo)與分子識別元件的相互作用方式分類：生物親合型生物傳感器質(zhì)譜分析是一種測量離子荷質(zhì)比（電荷-質(zhì)量比）的分析方法質(zhì)譜儀組成：離子化器 質(zhì)量分析器 檢測器在線檢測特點：實時性強離線檢測：時間

14、滯后性生物傳感器： 靈敏度高 專一性強 微量 快速、準(zhǔn)確 不耐滅菌、易導(dǎo)致生物反應(yīng)器污染（微生物電極）質(zhì)譜分析技術(shù)： 高靈敏度 高精度 偏差小 設(shè)備昂貴色譜技術(shù) ：應(yīng)用范圍廣、應(yīng)用普遍 預(yù)處理復(fù)雜 測樣時間長生物反應(yīng)液目標(biāo)成分; 有機化合物酶電極；酶-固定化活力穩(wěn)定、響應(yīng)特性較好的酶膜酶的種類：單一酶 復(fù)合酶 酶和輔酶系統(tǒng)信號：電流型和電位型酶電極穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：當(dāng)把酶電極置于某被檢測溶液時，電極信號就隨時間逐漸增加，最后趨于穩(wěn)定酶電極穩(wěn)態(tài)響應(yīng)時間：當(dāng)某一樣品中待測物質(zhì)濃度改變后，電極信號輸出達到穩(wěn)態(tài)值所需的時間。輸出信號達到穩(wěn)態(tài)值的95%所需時間稱為95%響應(yīng)時間酶的專一性-突出優(yōu)點實際檢測中：離

15、子 底物結(jié)構(gòu)類似物干擾酶電極測量因素： 酶的非專一性 中間產(chǎn)物 離子效應(yīng)（對酶和電極的影響）微生物電極：由載體固定的微生物細胞和相關(guān)的電化學(xué)檢測器件組合構(gòu)成微生物傳感器。微生物電極分類：1) 呼吸性測定型傳感器（利用微生物呼吸作用消耗或產(chǎn)生CO2，進而利用氧電極或CO2電極進行檢測待測物濃度）2) 代謝產(chǎn)物測定型傳感器 (微生物活細胞使待測物代謝為能使電極產(chǎn)生響應(yīng)或與之反應(yīng)的的電極活性物質(zhì))免疫電極分類：標(biāo)記免疫性 非標(biāo)記免疫性 （抗原抗體的特異性結(jié)合）第六章 生物細胞的代謝調(diào)節(jié)生物代謝調(diào)控機制的類型: 酶的活性調(diào)節(jié)(活化或鈍化)，酶合成的調(diào)節(jié)（誘導(dǎo)或阻遏） 酶活性的調(diào)節(jié) 1) 代謝調(diào)節(jié)的部位

16、養(yǎng)分吸收分泌的通道（膜運輸?shù)鞍祝┫拗泼概c基質(zhì)的接近（細胞器、膜結(jié)合酶類）代謝途徑通量的控制2) 共價修飾: 蛋白質(zhì)分子中的氨基酸殘基與一化學(xué)基團共價連接或解開，使其活性改變。分類：可逆共價修飾 不可逆共價修飾化學(xué)基團：甲基、磷酸基團、乙?；⒘蛐揎?、腺苷酰基酶的可逆共價修飾的特點及意義 隨時響應(yīng)，可在短時間內(nèi)改變酶的活性 有效控制細胞生理代謝 易為響應(yīng)環(huán)境變化而控制酶的活性 活化與鈍化之間來回變換，消耗能量不可逆共價修飾: 酶原激活無活性的酶原被相應(yīng)的蛋白酶作用，切去一小段肽鏈而被激活 。3) 變構(gòu)或別構(gòu)效應(yīng) ：是指一種小分子物質(zhì)與一種蛋白質(zhì)分子發(fā)生可逆的相互作用，導(dǎo)致這種蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變

17、，從而改變這種蛋白質(zhì)與第三種分子的相互作用。變構(gòu)蛋白是表現(xiàn)變構(gòu)效應(yīng)的蛋白，如阻遏蛋白；變構(gòu)酶是具有變構(gòu)作用的酶變構(gòu)調(diào)節(jié)的特征：調(diào)節(jié)性分子為與變構(gòu)蛋白互補結(jié)合的小分子化合物 酶反應(yīng)動力學(xué)性質(zhì)不同，速率與濃度曲線呈S形 效應(yīng)物與底物結(jié)合位點相獨立 效應(yīng)物結(jié)合位點不一定是特異性的 為反饋抑制的基礎(chǔ)酶合成的調(diào)節(jié) ：1) 酶的誘導(dǎo)，負(fù)向控制（ 半乳糖苷酶），正向控制（對異化阿拉伯糖的酶）2) 分解代謝物阻遏，如葡萄糖對半乳糖苷酶的阻遏3) 終產(chǎn)物的調(diào)節(jié)，如色氨酸對其自身合成酶的抑制組成酶：不依賴于酶底物或類似物的存在而合成；誘導(dǎo)酶：依賴于某種底物或底物的結(jié)構(gòu)類似物的存在而合成；誘導(dǎo)物（ Inducer）

18、能引起誘導(dǎo)作用的化合物誘導(dǎo)物不一定是底物作用底物酶的作用底物不一定有誘導(dǎo)作用酶的誘導(dǎo)作用負(fù)向控制 調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物阻止轉(zhuǎn)錄的進行（Lac操縱子） 正向控制 調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物是激活蛋白，轉(zhuǎn)錄必需（Ara操縱子）酶的誘導(dǎo)方式同時誘導(dǎo) 順序誘導(dǎo)酶的誘導(dǎo)系數(shù)：酶合成的誘導(dǎo)速率與非誘導(dǎo)速率之比。IPTG：1000最有效的誘導(dǎo)物總是基質(zhì)的類似物（一種利用差或不利用的底物）酶合成的阻遏A、末端產(chǎn)物阻遏B、分解代謝物阻遏 葡萄糖效應(yīng)分解代謝物阻遏效應(yīng)分解代謝物阻遏作用的克服：1) 不使用阻遏性碳源，或過程補糖辦法限制生產(chǎn)菌糖耗速率2) 加入誘導(dǎo)物類似物、緩慢補入誘導(dǎo)物、緩慢代謝的誘導(dǎo)物衍生物同工酶：是指催化相同反應(yīng)而

19、分子結(jié)構(gòu)不同的酶。微生物次級代謝的特征（了解一下）1 級代謝產(chǎn)物不在生長期產(chǎn)生2 種類繁多3 一株菌可產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相近的一族代謝產(chǎn)物4 一族代謝產(chǎn)物中各組分的多少取決于遺傳和環(huán)境因素5 一種微生物的并不同菌株可產(chǎn)生結(jié)構(gòu)完全不同的次級代謝產(chǎn)物6 次級代謝產(chǎn)物的合成對環(huán)境因素特別敏感7 微生物由生長期向生產(chǎn)期過度時，形態(tài)特征發(fā)生變化8 生物合成過程是由多基因控制的代謝過程一般而言，抗生素一類次級代謝物生合成酶是通過誘導(dǎo)作用產(chǎn)生的誘導(dǎo)物在不同生長期次級代謝產(chǎn)物合成的影響：誘導(dǎo)物只有在菌體生長末期加入時對次級代謝產(chǎn)物合成有刺激作用；在菌體旺盛生長期或次級代謝產(chǎn)物合成期加入時對次級代謝產(chǎn)物合成不起作用抗生素

20、生物合成基因： 染色體 染色體之外的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)基因 染色體、質(zhì)粒調(diào)節(jié)基因 染色體之外的遺傳物質(zhì)添加前體不能促進次級代謝產(chǎn)物的合成，其原因是：不吸收、未能到達生合成部位對生合成有反饋抑制作用不是次級代謝產(chǎn)物的合成的直接前體不是次級代謝產(chǎn)物的合成的限制因素次級代謝產(chǎn)物的合成有多重調(diào)控機制碳源分解代謝物調(diào)節(jié)許多抗生素的合成受葡萄糖的抑制碳源分解代謝物調(diào)節(jié)：除葡萄糖外，凡是能夠促進抗生素產(chǎn)生菌迅速生長的碳源，也能夠抑制抗生素等次級代謝物的生物合成。消除抑制：不使用阻遏性碳源 過程補充磷酸鹽的調(diào)節(jié)：1）無機磷促進初級代謝，抑制次級代謝2）無機磷對生長速率、產(chǎn)物合成速率影響 若無機磷濃度增加 則生長速率

21、增加 產(chǎn)物合成速率降低3）無機磷與糖分解代謝途徑關(guān)系 無機磷濃度增加 糖酵解途徑活性增加 磷酸戊糖途徑活性降低4）磷限制次級代謝產(chǎn)物合成的誘導(dǎo)物的合成5）過量磷抑制次級代謝產(chǎn)物前體的合成6）磷抑制或阻遏次級代謝產(chǎn)物合成所必需的磷酸酯酶第七章 生物反應(yīng)過程的控制發(fā)酵操作方式 1 分批發(fā)酵：是指在一封閉培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)含有初始限制量基質(zhì)進行的發(fā)酵方式 2 補料分批發(fā)酵 ：發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)的補加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法 3 連續(xù)發(fā)酵: 又稱連續(xù)流動培養(yǎng)或開放性培養(yǎng)，指培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，并同時放出含有發(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)酵液。延滯期（適應(yīng)期）剛接種后的一段時間內(nèi)，幾乎未見菌體濃度的增加?？s短延滯期策略1

22、種子子對數(shù)生長期2 接種量 3 培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基盡量一致微生物產(chǎn)物形成動力學(xué)：生長相關(guān)聯(lián)型 非生長關(guān)聯(lián)型生長相關(guān)聯(lián)型特點：生產(chǎn)速率與菌體比生長速率成正比產(chǎn)物常為微生物分解基質(zhì)途徑的直接產(chǎn)物非生長關(guān)聯(lián)型特點：產(chǎn)物的形成速率與菌體生長量有關(guān)，而與菌體生長速率無關(guān)多數(shù)次級代謝產(chǎn)物屬于這種分批發(fā)酵中提高產(chǎn)量策略:縮短延滯期（三點）生長相關(guān)聯(lián)型采用有利于細胞生長的培養(yǎng)基，延長與產(chǎn)物合成有關(guān)的對數(shù)生長期非生長關(guān)聯(lián)型縮短菌體的對數(shù)生長期，并迅速獲得足夠量的菌體細胞后延長生產(chǎn)期補料分批發(fā)酵較傳統(tǒng)分批發(fā)酵的優(yōu)點 消除分解代謝物阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度 避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物 不易產(chǎn)生菌種老化

23、和變異等連續(xù)培養(yǎng)較補料分批發(fā)酵 優(yōu)點:連續(xù)培養(yǎng)能維持較低基質(zhì)濃度 提高設(shè)備利用率和單位時間產(chǎn)量 便于自動控制缺點：長時間連續(xù)培養(yǎng)很難保證純種培養(yǎng)，菌種易變異生物熱來源：細胞合成代謝、分解代謝特點：有階段性 延滯期：產(chǎn)熱較少 對數(shù)生長期：大量產(chǎn)生生長后期：產(chǎn)熱降低生物熱隨菌株培養(yǎng)基成分和發(fā)酵時期的不同而不同對營養(yǎng)物質(zhì)的利用速率越大，培養(yǎng)基成分越豐富，生物熱越大發(fā)酵旺期生物熱明顯大于其他時期的生物熱溫度對發(fā)酵的影響：溫度影響相關(guān)代謝酶的活性溫度影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)溫度影響生物合成的方向不同的菌種 不同的培養(yǎng)條件 不同生長階段 不同酶反應(yīng)最適溫度不同最適溫度選擇原則：1) 發(fā)酵整個周期不宜選擇一個最

24、適溫度2) 考慮培養(yǎng)基成分和濃度3) 考其他發(fā)酵條件（通氣）溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）:不同的菌種及不同的發(fā)酵階段菌體生長的需氧量不同DO值影響 酶的活性 代謝途徑 產(chǎn)物產(chǎn)量氧的傳質(zhì)速率影響因素 : 溶解氧濃度通氣量 攪拌速率傳質(zhì)阻力溫度 發(fā)酵液性狀（生物量）呼吸臨界氧濃度：是指不影響菌的呼吸代謝所允許的最低氧濃度。對產(chǎn)物而言，便稱為產(chǎn)物合成的臨界氧濃度。對于同一種菌而言，其呼吸臨界氧濃度與產(chǎn)物合成臨界氧濃度并不一致溶解氧低谷階段：菌的攝氧率也出現(xiàn)高峰值，菌處于對數(shù)生長期，生物量顯著增大，發(fā)酵液黏度亦增加。過了生長階段，需氧量略有減少，溶解氧上升，次級代謝產(chǎn)物開始形成溶

25、解氧低谷階段通氣量的調(diào)節(jié)：溶解氧水平低于臨界值，可增加通氣量；通氣量已很大時，再提高作用有限。溶解氧作為發(fā)酵異常的指示：1.發(fā)酵過程中污染好氣性雜菌較短時間內(nèi)，溶解氧濃度降至零，且長時間不回升染菌：好氣性雜菌溶解氧濃度降至零 非好氣性雜菌，且能抑制生產(chǎn)菌溶解氧濃度反而升高補料時，會引起溶解氧濃度顯著降低，但在短時間內(nèi)會回復(fù)，可與染菌相區(qū)別2.污染噬菌體或其他不明原因出現(xiàn)發(fā)酵液變稀現(xiàn)象時，溶解氧濃度迅速上升3.發(fā)酸現(xiàn)象4.操作故障或事故引起的發(fā)酵異常情況5. 質(zhì)量控制指標(biāo)溶解氧作為發(fā)酵中間控制的手段原理：1) 發(fā)酵過程中，添加糖時，菌絲量及呼吸增加，溶解氧下降2) 培養(yǎng)液中可利用碳源減少，呼吸減

26、少，溶解氧上升發(fā)酵過程中，不同功率消耗所得的溶解氧變化曲線不一樣攪拌速率增加，氧的傳質(zhì)能力提高發(fā)酵液黏度越大，氧傳質(zhì)阻力越大降低培養(yǎng)溫度可得到較高溶解氧發(fā)酵過程中pH的變化：1) 生長階段：pH上升或下降2) 生產(chǎn)階段：趨于穩(wěn)定3) 自溶階段：pH上升引起發(fā)酵液中pH下降的因素1) 培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)：碳源過多，特別是葡萄糖量過多，或中間補糖過多加之溶解氧不足，致使有機酸大量積累而pH下跌2) 消沫油過多，代謝產(chǎn)生脂肪酸和有機酸3) 生理酸性物質(zhì)的存在，氨被利用，pH下降引起發(fā)酵液中pH上升的因素：1) 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2) 中間補料中堿性物質(zhì)加入過

27、多3) 生理堿性物質(zhì)pH的控制：1) 發(fā)酵液pH偏低，氨氮也偏低，補加氨水、尿素等使pH回升；2) 發(fā)酵液pH偏高而氨氮偏低，補加硫酸銨或氯化銨；3) 發(fā)酵液pH和氨氮均偏高，適當(dāng)增加糖的量二氧化碳對發(fā)酵的影響 ： 1) 二氧化碳對對菌體生長和產(chǎn)物形成均有一定的抑制作用，2) 二氧化碳可影響菌體形態(tài)CO2、HCO3-:CO2作用于膜脂肪酸核心部位HCO3-作用于磷脂、親水頭部帶電荷部位及膜蛋白質(zhì)發(fā)酵過程中，添加葡萄糖會使CO2增加，pH降低：利用葡萄糖產(chǎn)生二氧化碳，溶解的CO2會使pH降低；利用葡萄糖產(chǎn)生有機酸類化合物，使pH降低發(fā)酵過程中糖（C）和油（O）的添加：總碳量不變時增加O/C， OUR、CER上升速率緩慢，菌體濃度增加緩慢增加C/O， OUR、CER快速上升，菌體濃度增加迅速 油：控制菌體生長；碳源基質(zhì)濃度的控制：使菌體細胞達到一定水平后，再逐步加入營養(yǎng)物質(zhì)供產(chǎn)物合成用補料發(fā)酵的類型按補料方式：連續(xù)補料；不連續(xù)補料；多周期補料按補加物料組分：完全補料；半分批補料按補料控制方式：反饋控制補料；直接控制補料；間接控制補料；無反饋