生物工艺学资料

生物技术：是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物进行 加工以提供产品或用以为社会服务的技术。

灭菌是指用物理或化学的方法杀灭全部微生物，包括致病和非致病微生物以及芽孢，使之达到无菌保障水平

1、菌种的扩大培养：菌种的扩大培养就是把保藏的菌种，即砂土管，冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化，再经过扁瓶或药瓶和种子罐，逐级扩大培养后达到一定的数量和质量的纯种培养过程。这些纯种的培养物称为种子。P144

2、生长因子：从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称为生长因子，它不是对所有微生物都必须的，它只是对某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物。P106

3、临界氧浓度：所谓临界氧是指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，如对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。P167

4、诱变育种：诱变育种的理论基础是基因突变，用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变进行的筛选，突变是指由于染色体和基因本身的变化而产生的遗传性状的变异。P37

5、培养基：广义上讲培养基是人工配制的提供微生物或动、植细胞的生长、繁殖、代谢和合成人们所需产物的营养物质和原料，同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。P99

6、前体：前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。P107

7、反复补料培养：随着补料的进行,培养液体积不断增大,达到一定程度时,将部分培养液从反应器中放出,剩下部分继续进行补料分批培养,如此反复进行.当放出的培养液开始时浓度较高,随着带放操作的反复进行逐步减小成为定值.排放的发酵液大于反应器的体积,从而大大提高了反应器的利用率和生产效率.

8、呼吸商：二氧化碳比生成速率和呼吸强度之比称为呼吸商。

9、临界稀释率：临界稀释率(Dc)指相当于最高比生长速率(μmax)时的D值。

10、空气的相对湿度：空气中的水蒸气分压与饱和水蒸气之比称为空气的相对湿度。P134

11、补料分批培养：一种介于分批培养和连续培养之间的操作方式,在进行分批培养的时候,向反应器内加入培养基的一种或多种成分,以达到延长生产期和控制培养过程的目的.P216

12、竞争性抑制：若在反应体系中存在着与底物结构相类似的物质，该物质也能在酶的活性部位上结合，从而阻碍了酶与底物的结合，使酶催化底物的反应速率下降，这种抑制为竞争性抑制。P193

13、培养基的分批灭菌：将配置好的培养基放在发酵罐或其他容器中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起灭菌的操作过程，也称实际罐灭菌。在实验室，由于培养基量少而普遍采用的灭菌锅灭菌也是分批灭菌。P122

14、发酵：原本是指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程。现在从广义将微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经特定的代谢转变成所需产物的过程.P150

15、Ks：半饱和常数，含义相当于μ= μ max/2时的基质浓度,g/L,是菌体对基质对亲和力的一种度量。

16、空气湿含量：每千克干空气中所含水蒸气的千克数称为空气的湿含量。P134

17、合适诱变剂量：凡是能增加变异幅度又能促使变异向正变范围移动的剂量就是合适的诱变剂量。P39

18、倒种：以适宜的发酵液倒出适量给另一发酵罐作种子。

19、自然选育：在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自然突变，而进行菌种塞选的过程叫做自然选育。P36

20、生物反应动力：以生物反应过程的物料平衡为基础,研究生物反应过程中细胞生长、底物消耗和产物生产率之间的关系和特点。（PPT第七章第一节2张）

21、VVM：单位时间（min）单位体积（m3）培养基中通入标准状况下空气的体积（m3）。一般为0.1~0.2。 简答题

1.pH是微生物生长和产物合成的非常重要的状态参数是代谢活动的综合指标。因此，必须掌握发酵过程中pH变化规律 .请你谈谈pH对发酵的影响。

（1）pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻

（2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影 射式加热器 使培养基与蒸汽混合并 迅速达到灭菌温度 4保温 维持管 ，管式维持器 保温是将 培养基维持灭菌温度一段时间，是杀 灭微生物的主要过程 5 降温 喷 淋冷却器，板式换热器 为避免培养 基营养成分破坏，保温后的培养基需 要迅速降温至接近培养基温度 13.简述诱变育种工作中应注意的几 个事项 p39 1，选择好出发菌株 挑选出发菌株 的标准是产量高、对诱变剂的敏感性 大、变异幅度广，再确定由编辑的使 用及筛选条件2复合诱变因素的使用 3 剂量选择 变异率和致死率之间有 一定关系，因此可以用致死率作为适 宜剂量的依据 4 变异菌株的 筛选 5高产菌株的获得需要筛选条件的配 合 15.在好氧培养过程中是否溶解氧越 高越好？ 培养过程中并不是维持溶氧越高越 好，过高的溶氧对生长可能不利。这 是因为氧的有害作用是通过形成新 生O,超氧化物基O2-和过氧化物基 O2--2，或羟基自由基OH，破坏许多细 胞组分体现的。 16.请简要谈谈在发酵过程中污染杂 菌的不良后果。 发酵过程污染杂菌，会严重的影响生 产。 ①造成大量原材料的浪费，在经济上 造成巨大损失 ②扰乱生产秩序③影响产品外观及 内在质量 染菌对发酵产率、提取收得率、产品 质量和三废治理等都有很大影响。然 而，生产不同品种，污染不同种类和 性质的杂菌，不同的污染时间，不同 的污染途径、污染程度，不同培养基 和培养条件，所产生后果是不同的 17.在发酵中,pH如何控制在最适的范 围并简要说明？ 控制pH在合适范围应首先从基础培养 基的配方考虑，然后通过加酸碱或中 间补料来控制。如青霉素发酵中按产 生菌的生理代谢需要，调节加糖速率 来控制pH。链霉素，采用过程通NH3 控制pH在合适于抗生素合成的范围 内，也不冲了产物合成所需N的来源。 18.孢子培养基配置的基本要求是什 么？ 1，营养不要太丰富（特别是有机氮）， 否则不易产孢子；2，所用无机盐的浓 度要适量，不然也会影响孢子量和颜 色；3，要注意培养基的pH和湿度。 19.补料分批发酵适用的范围 （1） 细胞的高密度培养 （2） 发生基质抑制的过程 （3） 分解代谢物阻碍 （4） 营养缺陷型菌种的培养 （5） 前体的补充 20.在发酵过程中温度对发酵有哪些 影响？ 一般发酵温度升高，酶反应速率增大， 生长代谢加快，生产期提前。但酶本 身很容易因过热而失去活性，表现在 菌体容易衰老，发酵周期缩短，影响 最终产量。还可改变发酵液的物理性 质，间接影响产物的形成。 温度还 影响生物的合成方向。温度对代谢有 调节作用。 21.空气预处理有那些设备，各设备的 作用是什么（以往复式空气压缩机为 例）？ 采风塔、粗过滤器、空气压缩机、空 气储罐、冷却器、气液分离设备、空 气加热设备 空气压缩机的作用 是提供动力，以克服随后设备的阻力。 22.请简述在重要工业微生物的分离 中，要求获得高产菌株的同时，还需 考虑那些重要指标利于推广到生产过 程中？ P33 重要工业微生物的分离 在筛选所需菌株时宜考虑的一些重 要指标： ①菌的营养特征。在发酵过程中，常 会遇到要求采用廉价的培养基或使 用来源丰富的原料，如用甲醇作为能 源，一般用含有这种成分的分离培养 基便可筛选出能适应这种养分的菌 种。 ②菌的生长温度应选择温度高于 40℃的菌种。这样可以大大降低大规 模发酵的冷却成本。因此，用这一温 度来分离培养高温产生菌在经济上 是有利的。 ③菌对所采用的设备和生产过程的 适应性。 ④菌的稳定性。 ⑤菌的产物得率和产物在培养液中 的浓度。 ⑥容易从培养液中回收产物。 论述题 1.无论从自然界或诱发突变所得到的 抗噬菌体菌株，在用于生产之前都要 进行反复验证才能使用。请你阐述需 要做那些特性实验进行反复验证，并 加以说明。 a．抗噬菌体性状的稳定性试验 抗 性菌株分别在孢子培养、种子培养和 发酵培养过程中用点滴法或双层琼 脂法测定噬菌斑。如都不出现噬菌 斑，说明该菌株对此噬菌体具有抗 性。此外，还可以观察抗性菌株经多 次传代后对

响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行

（3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用

2.大规模发酵一般都要进行种子的扩大培养，那么作为种子有那些要求？ 1，菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。2，生理性状稳定3，菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求 4，无杂菌污染 5，保持稳定的生产能力

3.大规模培养基应该具有的几个共同点是什么？A

1，培养基能够满足产物最经济的合成 2，发酵后所形成的副产物尽可能的少 3，培养基的原料应因地制宜、价格低廉，且性能稳定、资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产商的供应 4，所选用的培养基能满足总体工艺需求

4.简要回答在发酵过程中溶氧发生异常可以预示出现的问题。

1，有些操作故障或事故引起的发酵异常现象也能从溶氧的变化中得到反映 2，中间补料是否得当可以从溶氧的变化看出

3，污染杂菌 4，作为质量控制的指标（在天冬氨酸发酵中前期是好气培养，后期转变为厌气培养，酶活性可大为提高） 溶氧浓度变化还可以作为各级种子罐的质量的控制和移种指标之一

5.侵染对发酵会产生非常严重的危害，请你从几个方面谈谈噬菌体的防治。

1，正确判断（根据发酵中出现的异常现象，进行客观的联系分析，及时做出正确的判断，采取相应的挽救措施，以免遭到严重的损失）2，普及有关噬

菌体的知识3，选育抗噬菌体菌株 4，消灭噬菌体 5，收集和保存噬菌体

6.菌种保藏的原理是什么？请举出常用的六种方法。

根据菌种的生理生化特点，人工创造条件，是孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少其变异。一般可通过保持培养基营养成分在最低水平、缺氧状态、干燥和低温，使菌种处于“休眠”状态，抑制其繁殖能力。 1，斜面冰箱宝藏法 2，沙土管保藏法 3，菌丝速冻法 4，石蜡油封存法

5，真空冷冻干燥保藏法 6，液氮超低温保藏法

7.请你简单谈谈对于一个批发酵的两个控制阶段研究的重点和目的。 为了获得最大的产率，需优化补料的策略。通过一描述比生长速率μ与比生产速率之间的关系的数学模型，藉最大原理可容易获得比生长速率的最佳方案。这可以从实际分批补料培养中改变补料的速率，如边界控制实现。在分批培养的前期μ应维持在其最大值，μmax；下一阶段μ应保持在μc上。这种控制策略可理解为细胞生长和产物合成的两阶段生产步骤。

8.培养基分批灭菌和连续灭菌各自的优缺点是什么？

1无需专门的灭菌设备，设备投资少，灭菌效果可靠，对灭菌蒸汽要求较低，但因其灭菌温度低、时间长而对培养基成分破坏较大，其操作难于实现自动控制。

2 对培养基破坏小、可实现自动控制、提高发酵罐设备利用率、蒸汽用量平稳等优点而被广泛的应用，尤其是在培养基体积较大时。。但对加热蒸汽的压力要求较高，需要一组附加设备，设备投资大

9.简要说明在发酵过程中引起pH变化的原因。P165

这与微生物的活动有关，NH3在溶液中以NH4+的形式存在.它被利用成为R-NH3+后，在培养基中形成H+；如以氨基酸作为氮源，被利用后产生的H+，使pH下降。pH改变的另一个原因是有机酸，如乳酸、丙酮酸或乙酸的积累。

10.简要回答溶氧在发酵过程中进行时时监控的作用？p168

1.操作故障或事故引起的现象可以从溶氧变化反映出来：例如搅拌出现事故或加油过多。

2.中间补料是否得当可以从溶氧变化反映出来；例如赤霉素发酵过程出现“发酸”现象 ，过几小时溶氧上升。

3.污染杂菌

4.污染了噬菌体

5.作为质量控制的指标。溶氧浓度变化还能作为各级种子罐的质量控制和移种指标之一。

11.请简述在重要工业微生物的分离中，要求获得高产菌株的同时，还需考虑那些重要指标利于推广到生产过程中？p33

1，菌的营养特征；2，菌的生长温度应选择高于40℃的菌种；3，菌种所采用的设备和生产过程的适应性；4，菌的稳定性；5，菌的产物得率和产物在培养液中的浓度；6，容易从培养液中回收产物

12.连续灭菌的流程是什么？并简要说明各操作单元作用。

○1配料 2 预热 预热桶，一是定容，二是预热 3 加热 塔式加热器，喷 噬菌体的抗性是否稳定。 b．抗性菌株的产量试验c．真正抗性与溶源性的区别试验 2.通过对生物工艺学这门课程的学习你认为污染杂菌的途径有那些并对其进行分析。 1.种子包括进罐前菌种室阶段出问题 2.培养基的配置和灭菌不彻底 3.设备上特别是空气除菌不彻底和过程控制操作上的疏漏。 种子带菌的检查可从菌种室保藏的菌种、斜面、摇瓶直到种子罐。保藏菌种定期做复壮、单孢子分离和纯种培养；斜面、摇瓶和种子罐做无菌试验，可以用肉汤和斜面或平板培养基检查有无杂菌。 培养基和设备没消透的原因有很多方面，如蒸汽压力或灭菌时间不够，培养基配料没有混合均匀，存在结块现象设备没清洗干净，特别是罐冲洗不到的犄角处 设备方面特别是老设备也常会遇到各种问题，如夹层或盘管，轴封和管道的渗漏，空气除菌差，管道安装不合理，存在死角等是造成染菌的重要原因。 控制过程主要是接种、过程加糖补料和取样操作等是否严密规范。一级种子罐的接种可分为血清瓶针头或管道方式或火焰敞口式接种，罐与罐之间移种前管道冲洗或灭菌不当。 3.泡沫的控制方法可分哪两大类？它们作用机理和使用方法是什么？P178 泡沫的控制方法可分为机械和消泡剂两大类。 消泡剂的作用机理：1.消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破灭；2.消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭；3.消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭 4.泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？ 泡沫的存在可以增加气液接触表面，有利于氧的传递。 害处：1，降低了发酵罐的装料系数，发酵罐的装料系数一般取0.7左右。2，增加了菌群的非均一性，由于泡沫高低的变化和处在不同生长周期的微生物随泡沫漂浮，或黏附在罐壁上，使这部分菌优势在气相环境中生长，引起菌种的分化，甚至自溶，从而影响了菌群的整体效果。3，增加了污染杂菌的机会，发酵液溅到轴封处，容易染菌。4，大量气泡，控制不及时，容易引起逃液，招致产物的流失。5，消泡剂的加入有时会影响发酵或给提炼工序带来麻烦。 5．海洋资源的开发日益受到重视，现欲从海水（温度为15℃）中筛选一种能够合成抗癌类药物菌株。 该物质具有以下特性（1）该物能够明显的抑制肿瘤细胞的生长；（2）微量的该物质能够和0.2%美蓝发生颜色反应；（3）和对抗癌药物敏感的溶源性噬菌体能够形成噬菌斑。请你设计一个分离能够合成该物质的微生物方法，并予以说明。 6. 举例试述补料分批发酵的意义和列举3种以上流加补料的依据指标并以其中一种详细阐述意义。P154 在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服由于养分的不足，导致发酵过早结束。由于只有料液的输入，没有料液的输出，所以发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。 补料分批发酵的意义：在这样一种系统中可以维持低的基质浓度，避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通过补料控制达到最佳的生长和产物合成条件；能够按设备的通气能力去维持适当的发酵条件，并且能减缓代谢有害物的不利影响；还可以利用计算机控制合理的补料速率，稳定最佳生产工艺。 7．通过对生物工艺学的学习，请阐述影响发酵因素，并加以说明。P159 1．基质浓度对发酵的影响及其控制 2．灭菌情况 3．种子质量 4．温度对发酵的影响 5．pH的影响 6．溶氧的影响 7．二氧化碳和呼吸商 8．加糖、补料对发酵的影响及其控制 9．比生长速率的作用与控制 10．泡沫对发酵的影响及其控制