发酵工程范围答1110文档格式.docx

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3、菌种育种的方法。

菌种选育方法：

1.自然选育：

生产中根据菌种自发突变的特点进行菌种筛选的过程。

①通过表现形态来淘汰不良菌株。

常采用单菌落分离法。

②通过目的代谢物产量考察。

③进行遗传基因型纯度试验。

④传代的稳定性试验。

2.诱变育种：

用各种物理、化学因素人工诱发基因突变进行的筛选，称诱变育种。

3.高产突变株的筛选：

①根据形态特征筛选：

根据菌落和菌体（包括菌丝体、孢子）的形态突变筛选可见的高产突变株。

②根据代谢调节特点筛选：

根据微生物的代谢调节机制来选择特定的突变体。

③根据其他生理特性筛选：

4.体内基因重组育种：

指重组过程发生在细胞内。

即采用转化、转导、接合和原生质体融合等遗传学方法和技术，使微生物细胞内发生基因重组（染色体或基因的重新组合），改变遗传物质的成分、数量和结构，从而获得优良菌株的一种育种方法。

5.DNA体外重组技术（invitrorecombinationDNAtechnology）（基因工程技术）：

根据需要用人工方法取得供体DNA上的基因，在体外重组于载体DNA上，再转移入受体细胞，使其复制、转录和翻译，表达出供体原有的遗传性状。

4、简述工业化菌种的要求

1）能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物

2）有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强

3）遗传性能要相对稳定

4）不易感染它种微生物或噬菌体

5）产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）

6）生产特性要符合工艺要求

4、培养基—菌体生长所需的营养以及其它必须的条件

碳源：

用于供给菌种生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢产物的物质基础。

通常用作碳源的物质有糖类、脂肪、及某些有机酸。

霉菌和放线菌均可利用脂肪和某些有机酸作为碳源。

氮源：

用于构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质及氨基酸之类的含氮代谢物，通常所用的氮源可分为有机和无机氮源。

有机氮源：

花生饼，鱼粉，酵母粉；

无机氮源：

氨水，尿素，硝酸钠等。

无机盐：

构成菌体的成分，作为酶的组成部分或维持酶的活性，调姐渗透压、PH值，氧化还原电位等。

微生物生长发育和生物合成过程需要铅、镁、磷、硫、铁、钾、钠、氯、锌、钴、锰等无机盐类与微量元素。

特殊生长因子：

构成辅酶的组成部分，促进生命活动进行。

包括：

生物素、硫胺素、对氨基苯甲酸、肌酸等，需要量极少。

水：

生长必需，微生物所需的营养物及代谢产物必须溶解于水中，才能通过细胞膜被吸收或排出。

体内各种生化反应也必须在水溶液中进行。

5、了解种子扩培的工艺过程及其中的基本概念如种子培养基。

三级发酵流程：

斜面菌种一级种子摇床培养二级种子罐培养三级种子罐扩大培养发酵罐

培养基根据生产工艺的要求可分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基三种。

孢子培养基是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，对这种培养基的要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，并要求这种培养基不易引起菌种发生变异。

种子培养基是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”。

发酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。

它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物。

6、理解种子扩培的目的和要求

种子扩培的目的：

⑴接种量的需要；

⑵菌种的驯化；

⑶缩短发酵时间、保证生产水平。

种子的要求：

⑴总量及浓度能满足要求；

⑵个体与群体生理状况都稳定；

⑶活力强，移种至发酵后，能够迅速生长；

⑷无杂菌污染。

7、掌握控制种子质量的基本方法和手段

菌种扩大培养的关键就是搞好种子罐的扩大培养，影响种子罐培养的主要因素包括营养条件、培养条件、染菌的控制、种子罐的级数和接种量控制等。

种子罐培养除了根据菌种特性或生产条件恰当选择外，还应为菌种的生长创造一个最合适的培养条件。

培养基：

根据不同微生物进行选择。

一般种子罐是培养菌体，糖分要少而氮源要多，无机氮源比例要大。

种子罐和发酵罐的培养基成分相同，使处于对数生长期的菌种移植在适宜环境中发酵，可大大缩短其生长延滞期。

种龄和接种量：

选对数生长期。

大量接入成熟的菌种可以缩短生长过程的缓慢期，而缩短发酵周期。

所以一般扩大培养都进行二级发酵或三级发酵。

接种量影响缓慢期原因：

移种过程中把微生物生长和分裂所必需的代谢物一起带进去，从而利于微生物立即进入对数生长期。

接种量和培养物的生长过程的缓慢期长短呈反比。

温度：

影响酶反应。

选择微生物最适温度。

温度和微生物生长关系：

最适温度范围内，生长速度随温度升高而增加。

不同生长阶段的微生物对温度反应不同。

缓慢期的细菌置于最适生长温度附近，可缩短缓慢期，置于较低温度则延长。

对数生长期，若在略低于最适温度培养，即使在发酵过程中升温，其作用也较弱。

在最适温度范围内适当提高对数生长期的培养温度，既有利于菌体生长，又能避免热作用的破坏。

生长后期的细菌，生长速度取决于溶解氧。

控制种子罐温度安装热交换设备，冬季加热。

PH:

影响酶反应。

反应过程中PH会改变，阴离子如醋酸根、磷酸根被吸收或氮源被利用后NH3产生使PH上升；

阳离子如NH4+,K+被吸收或有机酸积累使下降。

高碳源培养基倾向于酸性PH转移，高氮源倾向于碱性。

调节PH：

酸碱溶液、缓冲液及各种生理缓冲液。

通气搅拌：

通气供给大量的氧，搅拌使通气效果更好，利于热交换，使培养液温度一致，利于营养物质和代谢物分散。

通气量多少按溶解氧多少和培养液粘度决定。

不可剧烈搅拌，会产生涌泡，使液膜表面酶变性，泡沫过多增加污染机会。

泡沫：

泡沫持久存在影响微生物对氧吸收，妨碍CO2排除，不利发酵。

消泡措施：

化学和机械消泡。

染菌控制：

原因设备灭菌不彻底，空气净化不好，无菌操作不严，菌种不纯。

加强消毒，定期检查，反复分离菌种。

种子罐级数的确定：

取决菌种性质，孢子数，孢子发芽，菌丝繁殖速度，发酵罐中种子培养液的最低接种量，种子罐和发酵罐的容积比。

8、了解连续培养技术

连续培养：

指在一开放系统中，以一定的速度向发酵罐内连续供给新鲜培养基，同时以相同速度将含有微生物和产物的培养液从发酵罐内放出，从而使发酵罐内液体量维持恒定，使培养物在近似恒定状态下生长和进行代谢活动的方法。

9、试述巴斯德效应的原理。

在好气条件下，酵母发酵能力降低，这个事实很早就被巴斯德发现，称为巴斯德效应。

巴斯德效应，与其说是乙醇的积累在好气条件下减少，不如说是细胞内糖代谢降低。

这种现象不仅在酵母中，在具有呼吸和发酵能力的细胞中一般普遍存在。

9、氧的供需及对发酵的影响中的几个概念，如呼吸强度（QO2），产物比生产速率

供氧是指空气中的氧气从空气泡里通过气膜、气液界面和液膜扩散到液体主流中。

耗氧是指氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、细胞膜扩散到细胞内。

呼吸强度：

单位重量干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以QO2表示，单位[mmolO2/（g干菌体·

h）]，亦称氧的比消耗速率。

耗氧速率：

单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r表示，单位为[mmolO2/（L·

h）]。

菌体的比生长速率：

单位重量的菌体瞬时增量μ=（dx/dt）/x；

单位为1/h，其中x—菌体浓度（g/L）

产物的形成比速：

单位时间内单位菌体形成产物（菌体）的量π=（dp/dt）/x,；

单位为1/h，其中p—产物浓度（g/L）

基质的比消耗速率:

单位时间内单位菌体消耗基质的量（ds/dt）/x；

单位为1/h，其中s—底物浓度（g/L）

产物比生产速率：

单位时间内单位体积发酵液生产产物的量（dp/dt/dv）

10、掌握反应器氧的传递方程，及其参数的测定

氧传质方程式：

N=KLα（c*-cL）=KGα（p-p*）=KLα（p-p*）/H

式中：

N---单位体积液体氧的传递速率，[kmol/m3·

h]；

KLα---以浓度差为推动力的体积溶氧系数，（h-1）；

KGα---以分压差为推动力的体积溶氧系数，[kmol/m3·

h·

MPa]；

cL---溶液中氧的实际浓度，（kmol/m3）；

c*---与气相中氧分压p平衡时溶液中氧浓度，（kmol/m3）；

p---气相中氧的分压，（Mpa）；

p*---与液相中氧浓度c平衡时的氧分压，（Mpa）；

H---亨利常数，（m3·

Mpa/kmol）。

氧传递系数的测定方法很多，如亚硫酸盐氧化法、极谱法、物料衡算法、动态法、排气法以及复膜电极法等。

11、体积溶氧系数概念，深入理解Kla的意义

以单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为a（m2/m3）OTR=KLα（C*–CL）

KLα以氧浓度为推动力的容积氧传递系数，反映了设备的供氧能力

12、掌握发酵过程中溶氧浓度的调节方法，并认识监控溶氧浓度的意义

控制溶氧的工艺手段主要是从供氧和需氧两方面来考虑，前已述及影响供氧效果的主要因素有：

通气流量（通风量）；

搅拌速度；

气体组分中的氧分压；

罐压；

温度；

培养基的物理性质等。

而影响需氧的则是菌体的生理特性，诸如不同菌龄的呼吸强度差别，基质加入时菌体耗氧的增加等。

工艺上主要的控制手段有以下几种：

改变通气速率（增大通风量），改变通气速率主要是通过变化KL来改变供氧能力；

改变搅拌速度，一般说来，改变搅拌速度的效果要比改变通气速率大；

改变气体组成中的氧分压；

改变罐压；

改变发酵液的理化性质；

加入传氧中间介质：

传氧中间介质有：

1）血红蛋白；

2）烃类碳氢化合物（煤油、石蜡、甲苯与水等）；

3）含氟碳化物。

监测溶氧浓度意义：

帮助找出氧供需不平衡的原因：

当OUR（r）与DO反向变化时,表明其限制因素为细胞水平的菌体代谢问题,当OUR（r）与DO同向变化时,表明其限制因素为工程水平的氧传递问题。

此时溶氧处于临界氧以下（这一结论）可客观地、动态地把握临界氧水平及氧平衡的制约因素；

为决定种子罐移种和发酵罐放罐提供依据；

为一些不可测变量进行间接计算；

预测染菌；

预告故障；

质量控制；

中间补料；

自动控制提供参数

13、泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？

泡沫对发酵的影响：

（有益）气体分散、增加气液接触面积；

（有害）发酵罐的装料系統减少造成大量逃液,导致产物损失；

泡沫升到罐顶可能从轴封渗出，增加染菌的机会；

使部分菌丝粘附在罐盖或罐壁上而失去作用；

影响通气搅拌的正常进行，防碍菌体呼吸，造成代谢异常，导致产量下降；

使菌体提早自溶。

14、对消泡剂有哪些要求？

消泡剂的选择：

消泡剂必须是表面活性剂，具有较低的表面张力；

具有一定的亲水性，以使消泡剂对气—液界面的分散系数足够大；

消泡剂在水中的溶解度较小，以保持其持久的消泡或抑泡性能；

对人、畜无害，对菌体生长和代谢无影响，不影响产品的提炼和产品质量；

不影响氧在培养液中的溶解和传递；

来源方便，价格便宜。

15、常用的消泡剂有哪几类？