發(fā)酵工程原理與技術課程復習提綱及部分知識點復習提綱什么是發(fā)酵？發(fā)酵工程的發(fā)展歷程？發(fā)酵的定義在合適的條件下利用生物細胞內特定的代謝途徑轉變外界底物生成人類所需目標產物或菌體的過程 自然發(fā)酵時期1.發(fā)酵工程的誕生2.通氣攪拌液體深層發(fā)酵的建立3.大規(guī)模連續(xù)發(fā)酵以及代謝調控發(fā)酵技術的建立4.現(xiàn)代發(fā)酵工程時期 發(fā)酵工業(yè)常用的微生物及其特點。細菌：枯草芽孢桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、短桿菌等放線菌：鏈霉菌屬、小單胞菌屬和諾卡均屬酵母菌：啤酒酵母、假絲酵母、類酵母 4.霉菌菌種的分離及保藏一稀釋涂布和劃線分離法二利用平皿中的生化反應進行分離三組織分離法四通過控制營養(yǎng)和培養(yǎng)條件進行分離 一斜面保藏方法二液體石蠟油保藏法三冷凍干燥保藏法四真空干燥法五液氮超低溫保藏法六工程菌的保藏 菌種的退化及復壯菌種退化是指生產菌種或選育過程中篩選出來的較優(yōu)良菌株，由于進行轉移傳代或包藏之后，群體中某些生理特征和形態(tài)特征逐漸減退或完全喪失的現(xiàn)象退化的原因主要有基因突變連續(xù)傳代以及不當?shù)呐囵B(yǎng)和保藏條件 菌種的復壯通過人工選擇法從中分離篩選出那些具有優(yōu)良性狀的個體使菌種獲得純化服裝的方法一純種分離二淘汰法三宿主體內復壯法 微生物育種的方法有哪些？自然育種、誘變育種培養(yǎng)基的主要成分。水、碳源、氮源、無機鹽、生長因子、碳源及氮源的種類。碳源種類：1、糖類2、醇類3、有機酸類4、脂肪類5、烴類6、氣體氮源種類：1、無機氮源 2、有機氮源培養(yǎng)基的設計的基本原則？一根據(jù)生產菌株的營養(yǎng)特性配制培養(yǎng)基二營養(yǎng)成分的配比恰當三滲透壓4ph值 發(fā)酵工業(yè)原料的選擇原則一因地制宜就地取材原料產地離工廠要近，便于運輸節(jié)省費用二營養(yǎng)物質的組成比較豐富濃度恰當能滿足菌種發(fā)育和生長繁殖成大量有生理功能菌絲體的需要更重要的是能顯示出產物合成的潛力三原料資源要豐富容易收集四原料藥容易儲藏五在一定條件下理化性質要相對穩(wěn)定六生產過程中既不影響通氣與攪拌的效果又不影響產物的分離精制和廢物處理七對身體無損害八原料價格低廉可降低產品成本 培養(yǎng)基及設備的滅菌方法有哪些？一加熱滅菌二過濾滅菌三紫外線滅菌四化學藥物消毒與滅菌五熏蒸消毒 空氣中的微生物有哪些？有較強耐受惡劣劣環(huán)境能力的霉菌孢子或細菌芽孢 空氣的潔凈度是如何表示的？什么是無菌空氣？無菌空氣使除菌后的空氣微生物含量達到一個很低的水平 如何制備無菌空氣？一熱滅菌二輻射滅菌三靜電吸附四介質過濾 生物反應器的類型及設計要點？根據(jù)反應器的操作方式：分為間歇操作、連續(xù)操作和半間歇半連續(xù)操作。按照所使用的生物催化劑的不同：分為酶催化反應器和細胞生化反應器根據(jù)反應器的結構特征：分為反應釜式、管式、塔式、膜式。根據(jù)反應器內反應物系的相態(tài)不同： 分為均相反應器、非均相反應器 1、反應器的類型2、反應器結構設計與各種結構參數(shù)的確定3、設備動力消耗的計算4、材質的選擇5、壁厚的選擇6、其他特殊情況的考慮發(fā)酵規(guī)模放大時可以參考的原則是什么？1、發(fā)酵罐幾何相似放大原則2、供氧能力相似放大原則3、細胞代謝相似放大原則4、培養(yǎng)條件相似放大原則發(fā)酵條件優(yōu)化的正交實驗分析法以概率論數(shù)理統(tǒng)計、專業(yè)技術知識和實踐經驗為基礎，充分利用標準化的正交表來安排實驗方案，并對實驗結果進行計算分析，最終達到減少試驗次數(shù)，縮短試驗周期，迅速找到優(yōu)化方案的一種科學試驗安排方法，同時也是產品設計過程和質量管理的重要工具和方法。發(fā)酵條件優(yōu)化的曲面響應分析法利用合理的試驗設計和試驗結果并結合多元二次回歸方程來擬合影響因子與響應值之間的函數(shù)關系，尋找最優(yōu)的工藝參數(shù)以解決多變量帶來的工藝優(yōu)化難題，什么是基因工程菌？將目的基因導入細菌體內使其表達，產生所需要的蛋白的細菌稱為基因工程菌基因工程菌發(fā)酵過程中存在的問題。1、有機酸類代謝副產物積累并抑制菌體生長和產物的表達2、大規(guī)模及高密度培養(yǎng)過程的供氧限制3、質粒不穩(wěn)定性問題發(fā)酵過程主要參數(shù)的檢測及檢測方法。發(fā)酵過程中染菌的預防？1.加強操作環(huán)境空間的衛(wèi)生管理定期進行環(huán)境消毒保持良好環(huán)境衛(wèi)生2.嚴格無菌操作3.設備設計加工和安裝過程必須避免死角存在4.加強設備管理定期檢修設備時設備完好運行5.經常清楚罐內機構清除設備死角6.積極采用先進技術完善工藝和改進設備降低氧菌的概率7.對染菌的發(fā)酵罐次要高度重視并積極分析且及時采取處理措施8.對發(fā)酵生產中的各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控9.選用粗放菌種和選用耐藥性菌種 習題集一、填空或判斷題細菌：是體型微小、基本結構包括細胞壁、細胞膜、細胞質和細胞核四個部分，以裂殖方式繁殖、水生性較強的單細胞原核微生物；按形狀分主要有球菌、桿菌、螺旋菌和絲狀菌。在工業(yè)上大量用于生產氨基酸、核苷酸、酶、多糖和有機酸。工業(yè)上常用的細菌有枯草桿菌、乳酸乳桿菌、谷氨酸棒狀桿菌、大腸桿菌等。放線菌：是具有菌絲、以孢子進行繁殖、革蘭氏染色陽性的一類原核微生物。在微生物發(fā)酵工程中，放線菌常被用于生產抗生素及某些特定的酶。工業(yè)上常用的放線菌有變鉛鏈霉菌、天藍色鏈霉菌、吸水鏈霉菌、棘孢小單孢菌、鐵銹游動放線菌等。酵母：是一類真核微生物，細胞質中有細胞核、線粒體、核糖體、內質網膜等細胞器。可進行無性繁殖和有性繁殖。工業(yè)上主要用于生產酒精、有機酸、活性干酵母及單細胞蛋白。霉菌：在自然界中分布極廣，是一類絲狀真菌。工業(yè)上主要用于生產抗生素、有機酸、酶和色素等。工業(yè)上常用的霉菌有黑曲霉、米根霉、米曲霉、紅曲霉等。無菌空氣是指通過除菌處理的不含微細菌的空氣。靜電吸附是利用高壓場的靜電引力來吸附直徑在1微米以上的帶電粒子而達到除塵、除菌的目的，但對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，靜電吸附力很小，所以靜電除塵對很小的微粒效率較低。空氣過濾用膜的孔徑可以細微到0.1-0.22微米，常用的空氣過濾膜有聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜及聚偏氟乙烯膜，能對細菌做到絕對過濾。空氣過濾用膜的孔徑可以細微到0.1-0.22微米，常用的空氣過濾膜有聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜及聚偏氟乙烯膜，能對微生物做到絕對過濾。空氣中的細菌在獲得良好的生長環(huán)境時，只要很短的調整期，即可進入對數(shù)生長期而大量繁殖。一般細菌繁殖一代僅需2030min，假設發(fā)酵罐中進入一個細菌，則繁殖15h后，理論上可達109個。空氣中微生物的尺寸大概是酵母最短直徑在2-5微米，細菌最短直徑在0.3-1微米，支原體為0.1-0.2微米，噬菌體為0.04微米，因此，采用膜過濾是無法達到絕對除去空氣中的微生物的。空氣潔凈度的級數(shù)越大則空氣越潔凈，如10萬級潔凈度的GMP車間比1萬級的GMP車間潔凈。在發(fā)酵工業(yè)中應盡可能采用速效氮源，從而加快微生物的生產速度，縮短發(fā)酵時間。在發(fā)酵工業(yè)中應盡可能采用快速利用碳源，少采用或不采用緩慢利用碳源，從而加快微生物的生產速度，縮短發(fā)酵時間。二、名詞解釋廣義發(fā)酵：是泛指利用（單一或混合的）生物細胞的特定代謝途徑對原料進行加工，為人類生產有用的產品或直接把生物細胞應用于工業(yè)化生產（如凈化環(huán)境）的過程。它包括厭氧培養(yǎng)的生產過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通氣培養(yǎng)的生產過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產。產品即有細胞代謝產物，也包括菌體細胞、酶等。革蘭氏染色： 根據(jù)不同細菌在細胞壁厚度及組分不同，經革蘭氏試劑染色后，可分為革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌。菌種復壯：狹義復壯是指在菌種已經發(fā)生退化的情況下，通過純菌種分離和性能測試，從退化的群體中篩選出尚未衰退的個體的方法。廣義的復壯是指在菌種的典型特征或生產性能尚未發(fā)生退化之前有意識地進行純菌種分離工作，從中篩選出生產性能更優(yōu)秀的菌株方法。原生質體: 脫去細胞壁的細胞叫原生質體。革蘭氏陽性菌經溶菌酶或青霉素（也可用果膠酶以及纖維素酶）處理后，可完全除去細胞壁，形成僅由細胞膜包住細胞質的菌體。植物細胞用果膠酶以及纖維素酶處理后，可完全除去細胞壁，形成僅由細胞膜包住細胞質的體系。 動物細胞就相當于原生質體（但與原生質體有一定區(qū)別）。碳源：含碳化合物，是微生物生長一類營養(yǎng)物，常用的碳源有糖類、油脂、有機酸及脂肪類、小分子醇、二氧化碳等。遲效氮源；被微生物利用較慢的氮源。淀粉液化：利用alpha-淀粉酶將淀粉轉化為糊精和低聚糖，使粘度下降而可溶性增加的過程。介質過濾：是目前發(fā)酵工業(yè)上常使用的空氣除菌方法。它采用定期滅菌的干燥介質來阻截流過的空氣中所含的微生物，從而制得無菌空氣。常用的過濾介質有棉花；活性炭或玻璃纖維、有機合成纖維、有機和無機燒結材料等。隨著工業(yè)的發(fā)展，過濾介質逐漸由天然材料棉花過渡到玻璃纖維、超細玻璃纖維和石棉板、燒結材料(燒結金屬、燒結陶瓷、燒結塑料)、微孔超濾膜等。空氣潔凈度：單位體積空氣中含大于或等于某一粒徑的懸浮粒子的數(shù)量程度或單位體積空氣中微生物數(shù)目的數(shù)量程度。基因工程菌：包括質粒DNA重組菌及染色體DNA重組菌。高密度發(fā)酵：微生物生長密度是普通培養(yǎng)的10倍以上，但生理活性方面仍然保持良好的發(fā)酵方式。呼吸商：呼吸商（respiratory quotient簡稱RQ），又稱氣體交換率，指生物體在同一時間內，釋放二氧化碳與吸收氧氣的體積之比，即指呼吸作用所釋放的CO2和吸收的O2的分子比。三、問答題發(fā)酵用工業(yè)微生物的基本要求？