生物工艺学2复习资料.docx
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生物工艺学2复习资料
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o名词解释
分批发酵：
分批发酵是一种准封闭式系统，种子接种到培养基后除了气体流通和酸、碱、油等外发酵液始终留在生物反应器内。
生长关联型：
产物的形成速率随生长速率的增长而增长。
非生长关联型：
产物的形成速率与生长速率无关联，而与细胞积累量有关。
呼吸商：
呼吸商（简称RQ），又称气体交换率，指生物体在同一时间内，释放二氧化碳与吸收氧气的体积之比或摩尔数之比，即指呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子比。
半连续发酵：
在补料分批培养的基础上间歇放掉部分发酵液（带放）称为半连续培养。
某些品种采取这种方式，如四环素发酵
单耗：
连续培养：
发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量的发酵液，使发酵罐内的体积维持恒定。
达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产物浓度，限制性基质浓度都是恒定的。
细胞高密度培养：
是指在人工条件下模拟体内生长环境，使细胞在生物反应器内高密度生长，从而获得大量细胞及其代谢产物。
带放：
是指放掉发酵液和其它正常放罐的发酵液一起送去提炼工段。
接种量：
指的是移入的种子悬浮液体积和接种后培养液的体积之比。
临界氧：
指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。
对产物而言，则是不影响产物合成所需要的溶氧浓度。
呼吸临界氧值不一定和产物合成临界氧值相同。
比速率：
单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念。
还原氨基反应：
谷氨酸的生物合成中，谷氨酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶在铵离子存在下，两者非常密切地偶联，形成强固的氧化还原共轭体，不与 NADPH2 的末端氧化系相连接。
方程式为：
α- 酮戊二酸 +NH++NADPH 2 谷氨酸+NADP
温度敏感菌株：
由于突变使得菌株的细胞膜某些结构发生改变，当控制培养温度为最适生长温度时，菌体正常生长，当温度提高到一定程度时，菌体便停止生长而大量产酸的菌株。
碳源的得率系数：
生成的细胞量与消耗的碳源量之比。
补料分批发酵：
在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。
在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，所以发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。
在工厂的实际生产中采用这种方法很多。
产物生成部分生长关联型：
产物的生成与细胞生长部分有关，产物的生成速率既和细胞的比生长速率有关也和细胞的浓度有关。
分解代谢：
指机体将来自环境或细胞自己储存的有机营养物质分子（如糖类、脂类、蛋白质等），通过一步步反应降解成较小的、简单的终产物（如二氧化碳、乳酸、氨等）的过程，又称异化作用。
青霉素母核：
指青霉素6——氨基青霉烷酸，由半胱氨酸和缬氨酸组成。
谷氨酸菌种转化期：
在生物素限量的情况下，部分菌体内生物素由丰富转向贫乏，该部分菌就停止繁殖，在条件适宜时开始伸长、膨胀，形成产酸型细胞，开始积累谷氨酸。
由于菌体增殖并非完全同步，还有部分菌体为增殖型
透析培养：
将培养液用透析膜与透析液分开，随着培养的进行，细胞生成的代谢产物（特别是分子较小的产物）通过透析膜进入透析液，从而降低了在培养液中的浓度，有利于解除抑制的一种培养方法。
宏观得率系数：
单位重量或mol基质形成的细胞量或产物量
平时作业
o第一次作业：
1.无水亚硫酸盐测定氧的体积传递系数实验原理与方法。
2. 泡沫对发酵的负面影响。
1.
1.
▪降低了发酵罐的填料系数。
一般的发酵过程，填料系数0.6～0.7，其余部分容纳泡沫，而通常的情况，泡沫只占培养基的10％左右。
▪泡沫的存在增加了微生物菌群的非均一性。
由于泡沫液位的变化，以及不同生长周期微生物随泡沫漂浮，粘在罐壁，影响了菌体浓度以及整体效果。
▪增加了污染杂菌的机会，培养基随泡沫溅到轴封处容易染菌。
▪导致产物损失。
大量起泡引起“逃液”，如降低通气量或加消泡剂，将干扰工艺过程，尤其是加消泡剂会给提取工艺带来困难。
∙简述Monod方程的三个假设条件。
∙发酵过程pH变化的原因和控制措施。
∙连续培养在培养基优化方面的应用
∙溶解氧在发酵异常出现的判断
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o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。
o中间补料是否得当可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。
o污染杂菌
o污染了噬菌体
o作为质量控制的指标；例如天冬氨酸发酵
∙溶解氧控制方面的应用及提高C*的方法；
∙提高
1.C*的方法：
提高罐压P；富氧通气；改变通气速率
∙控制方面的应用：
∙发酵过程中添加糖时，菌丝量和呼吸都因此增加，摄氧率增加多少取决于所补糖的质和量，回升快慢取决于供氧的效率。
相反,碳源较少时,呼吸减少溶氧上升,所以可以利用上述原理可控制溶氧在设定范围.
∙注意；一次补加糖的量不能太多，超过设计罐的Kla值所提供的最大供氧速率。
∙控制的原则是加糖速率正好使培养物处在半饥饿状态，即仅能维持菌体的正常生理代谢，而把多余的糖用于产物的合成。
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∙第二次作业
∙青霉素发酵过程温度控制的原理
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∙阐述发酵过程染菌判断的方法
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8.
oMonod方程是典型的均衡生长模型，其基本假设如下。
①细胞的生长为均衡式生长，因此描述细胞生长的唯一变量是细胞的浓度；
②培养基中只有一种基质是生长限制性基质，而其它组分为过量不影响细胞的生长；
③细胞的生长视为简单的单一反应，细胞得率为一常数。
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o发酵过程PH会发生变化的原因：
▪基质代谢
▪产物形成
▪菌体自溶
∙PH对发酵的影响：
o影响酶的活性
o影响微生物细胞膜所带电荷的改变
o影响培养基某些成分和中间代谢物的解离
o影响代谢产物
∙PH的控制方式
o基础培养基调节PH
o在基础料中加入维持PH的物质
o通过补料调节PH
o当补料与调节PH矛盾时，加酸碱调PH
o选择合适的PH调节剂
o发酵的不同阶段采取不同的PH值。
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o谷氨酸发酵菌种的特点和控制细胞膜透性的方法；
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∙请阐述补料分批培养进行恒速流加达到拟稳态的机理。
o随着补料的进行，培养液中的细胞浓度逐渐增大，限制性基质浓度逐渐降低，表明这时限制性基质的添加速度已跟不上细胞的消耗，最后，限制性基质浓度趋向于0，细胞浓度也接近于定值，培养过程进入一个拟稳态。
∙谈谈青霉素提取过程与原理
∙描述谷氨酸发酵过程菌体形态变化。
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o思考题
o谷氨酸合成的主要酶促反应有哪些？
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o次级代谢产物合成与初级代谢产物合成比较有什么特点？
▪微生物合成，不参与微生物的生长和增殖；
▪受核内DNA和核外质粒的控制
▪大多数是基于菌种的特异性来完成
∙青霉素发酵过程中种子扩大培养流程及各个环节的目的是什么？
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o做成斜面孢子目的在于活化菌株，一级种子培养的目的是获取大量繁殖活力强的菌体，二级种子培养是在种子罐中进行获取进一步繁殖活力强的菌株。
∙影响谷氨酸发酵种子质量的主要因素
∙简述青霉素发酵过程中青霉菌的7个生长过程的特点并说明生长期在那个阶段，那个阶段适合作为种子，那个阶段适合生产产物，那个阶段到了就要放罐。
∙简单分析谷氨酸发酵过程添加青霉素的时机。
∙谷氨酸发酵分为几个时期及其特点？
1.
1.适应期：
菌体适应新的环境条件，细胞进行呼吸作用，利用贮存物质合成大分子物质和所需能量，菌体个体长大，但没有分裂，此时糖等营养物质消耗很慢。
2.对数生长期：
菌体开始繁殖，并很快进入对数生长期，代谢旺盛，菌体大量繁殖，OD直线上升，菌体绝大多数为八字形排列，耗糖速率逐渐加快，PH下降，温度上升，溶氧下降，应及时通氨通风和降温。
3.转化期：
菌体由增殖型向生产型转化，此时代谢最为旺盛，耗糖加快，谷氨酸积累迅速增加，耗氧速率加快并接近最大值，此时更好做好供氧散热调PH的控制工作。
4.产酸期：
菌体完成由增殖型向生产型转化后，菌体形态几乎都是伸长，膨大，边缘不完整，像花生，产酸速率达到最大。
∙国内谷氨酸常用菌种有哪些？
1.
1.北京棒杆菌
2.天津短杆菌
3.鈍齿棒杆菌
∙谷氨酸发酵添加青霉素法的基本原理？
o添加青霉素可抑制谷氨酸生产菌细胞壁的后期合成，而形成不完全的细胞壁，使细胞膜处于无保护状态，又由于膜内外的渗透压差，进而导致细胞膜物理损伤，形成不完全的细胞膜，失去渗透障碍物，增大了谷氨酸向胞外分泌的渗透能力。
∙青霉素发酵机制是什么？
∙过去青霉素发酵常用乳糖和葡萄糖混合碳源发酵，现在普遍采用流加葡萄糖的形式进行发酵谈谈为什么？
o虽然乳糖被缓慢水解成单糖的速度正好符合青霉素生产期合成青霉素的需要，而不会产生很好浓度的产物来抑制青霉素的合成，但是葡萄糖比乳糖更有利于真菌的生长。
因此采用慢速流加葡萄糖的方法可以保证亚适生长条件，满足促进发酵前期的产生菌生长，又可避免葡萄糖阻遏，从而达到较高的青霉素产量。
∙以谷氨酸发酵过程为例谈谈发酵过程中pH变化和控制；
∙谷氨酸发酵过程二级种子污染噬菌体的一般现象是什么？
如何防治噬菌体对谷氨酸发酵的污染？
o二级种子罐0~3h感染噬菌体，泡沫大，PH高，种子基本不生长；6h以后感染噬菌体，泡沫多，PH高，种子生长较差，轻度感染或后期感染长，看不出异常变化，可用快速检测法，半小时之内就能确定是否感染噬菌体，8~9h感染，OD值不长，PH上升，泡沫增大，耗糖慢，不产酸等现象。
o防治：
1.
1.
1.净化空气
2.培养基和设备灭菌
3.发酵设备的安装要合格
4.培养物的移接要保证无菌。
∙谷氨酸发酵过程为什么要选育减弱乙醛酸循环的菌株？
o乙醛酸循环为谷氨酸生产菌株必须的代谢途径，这是因为以糖质原料发酵生产谷氨酸时，在谷氨酸发酵的菌体生长期，菌体需要它来提供部分能量和生物合成反应所需的中间产物，但同时指出，在菌体生长期后的谷氨酸合成期，为大量生成和累积谷氨酸，最好选育减弱乙醛酸循环的菌株。
∙恒速补料分批培养过程中达到准稳态特征是什么？
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o准稳态定义：
当补料速度非常低时，使得比生长速率μ约等于稀释率Fin/V的动力学稳定态现象；
o准稳态时μ约等于Fin/V，但两者不是固定不动的，而是以相同的速率下降，此时X为恒值，但是S随时间而下降。
准稳态时，总菌体量的变化速率为常数微生物表现为线性生长；
o公式机制：
；即限制性基质超于0，细胞浓度倾向于定值，细胞壁生长速率近似于稀释率。
∙在基因工程菌发酵培养丢失质粒后比生长速率的有什么变化？
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o一旦发生质粒的丢失,基因工程菌的比例会迅速下降.批培养中丢失质粒的细胞比例逐渐增大,在种子中含有较多丢失基因工程质粒细胞时尤为严重,从而大大影响产物的生成.
∙以谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸发酵过程中，发酵液变得异常粘稠并产生大量泡沫且溶氧处于持续处于高水平，镜检时发现菌体数量明显减少，几乎找不到明显的菌体。
请分析异常原因，应当采取什么样的措施使工厂尽快恢复正常生产？
（20分）
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o按照上述发酵异常可判断，最大可能是感染了杂菌，噬菌体。
感染噬菌体的表现为：
a、菌体生长缓慢或不长；b、OD值持续上升；c、泡沫多；d、黏度升高；c、发酵颜色改变；
1、若在发酵中期，立即把发酵液加热到45℃10min杀灭产酸菌，压出发酵液重新配料，按正常连消工艺进行灭菌装罐。
2、若在发酵前期，判断正确后，发酵液加热到45℃10min，把产酸菌杀灭，发酵液压出发酵罐，重新配料。
∙枯草芽孢杆菌在两种不同形式的小型发酵罐中进行肌酐生产，如何比较两种发酵罐在培养条件下的溶氧传递性能？
∙画出青霉素丝状菌三级发酵流程，并简单标注每个流程的条件。
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