生物工艺学复习未删减版Word格式.docx

生物工艺学复习未删减版Word格式.docx

《生物工艺学复习未删减版Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物工艺学复习未删减版Word格式.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

3、生长速度和反应速度较快，发酵周期短；

4、不产生或少产生副产物，便于分离，提高转化率；

5、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体；

6、菌种纯粹，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性；

7、菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素，以保证安全。

8、对需要添加的前体有耐受力，且不将这些前体作碳源利用；

常用的基因表达系统

（1）原核生物：

大肠杆菌（1977年Boyer）、枯草牙胞杆菌沙门氏菌

❑生长迅速、蛋白产量高;

❑表达蛋白的纯化、分离及分析快速；

❑外源基因的导入相对容易；

❑已建立了整套表达理论及技术.

（2）真核细胞表达系统酵母（既是微生物又是真核细胞）

❑生长迅速，营养要求不高，易培养；

❑安全性好；

❑比哺乳动物细胞操作简单；

❑具有一定的修饰蛋白的能力。

（3）中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）表达系统

❑具有准确的转录后修饰功能；

❑具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化；

❑具有重组基因的高效扩增和表达能力；

❑具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长；

❑CHO很少分泌自身的内源蛋白。

第二节自然界中有目的微生物分离的原则

一、菌种分离筛选的一般过程

土样的采取→预处理→富集培养→初筛→多次复筛→产品的鉴定→菌种保藏

目的：

高效地获取一株高产目的产物的微生物

新种分离与筛选的步骤

•定方案：

先查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。

•采样：

有针对性地采集样品。

•增殖：

人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。

•分离：

利用分离技术得到纯种。

•发酵性能测定：

进行生产性能测定。

这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。

（一）采样

采土方式：

在选好适当地点后，用小萨子除去表土，取离地面5-15cm处的土约10g

（二）富集培养

为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生物至少是在数量上不要增加，可以通过配制选择性培养基，选择一定的培养条件来控制。

（三）培养分离

尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微生物的混杂生长状态。

因此还必须分离，纯化。

在这一步，增殖培养的选择性控制条件还应进一步应用，而且控制得细一点，好一点。

纯种分离的方法有划线分离法、稀释分离法。

（四）筛选

这一步是采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶的容量进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌种。

（五）毒性试验

第三节微生物菌种的选育

一、自然选育：

不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。

二、常规诱变育种

三、杂交育种目的是将不同菌株的遗传物质进行交换、重组，使不同菌株的优良性状集中在重组体中，克服长期诱变引起的生活力下降等缺陷。

四、原生质体融合

五、基因工程

第四节　种子扩大培养

一、种子扩大培养概述

种子扩大培养：

种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。

•种子罐的级数：

种子在种子罐中扩大培养的次数。

•发酵罐级数：

等于种子罐级数+1

•接种量：

移入种子液体积占接种前培养液体积的百分数。

•种龄：

生产种子时的培养时间

•孢子制备：

指用固体培养基培养种子的过程

•种子制备：

用液体培养基培养种子的过程

种子扩培的目的：

❑接种量的需要

❑菌种的驯化

❑缩短发酵时间、保证生产水平

种子的要求：

❑总量及浓度能满足要求

❑生理状况稳定，个体与群体

❑活力强，移种至发酵后，能够迅速生长

❑无杂菌污染

种子制备过程

→二级种子培养→发酵

→一级种子培养

斜面菌种

二、种子制备的技术概要

（一）种子制备的过程

（二）实验室阶段

1、培养物选择的原则

种子扩培到一定的量和质，根据菌种的特点最终的培养物可分为两类：

❑对于不产孢子和芽胞的微生物——获得一定数量和质量的菌体

❑对于产孢子的微生物

Ø

获得一定数量和质量的孢子

获得一定数量和质量的菌丝体

2、培养基选择的原则

培养基的选择应该是有利于菌体的生长，对孢子培养基应该是有利于孢子的生长。

3、起始接种物的传代问题

❑细菌保藏斜面→活化斜面

❑产孢子保藏→母斜面→子斜面

使菌种的传代次数尽可能的少。

孢子培养

母瓶：

活化、纯化，使保藏菌种生长，并去除变异株。

所以接种时要稀一点、便于纯化生长到单菌落。

子瓶:

大量繁殖，得到大量孢子。

接种：

①从母斜面上点接种，选取生长好的单菌落

②接种时密一点，得到大量的孢子。

（三）生产车间阶段

1、培养物的选择原则

菌丝体比孢子要有利：

❑缩短发酵时间

❑有利于获得好的发酵结果

的：

获得一定数量和质量的菌体，因此培养基的选择应首先考虑的是有利于孢子的发育和菌体的生长，所以营养要比发酵培养基丰富

3、发酵级数的确定

一般由菌丝体培养开始计算发酵级数，但有时，工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数

4、接种量的确定

过大过小都不好，最终以实践定，如大多数抗生素为7-15%。

但是一般认为大一点好。

双种：

两个种子罐接种到一个发酵罐中。

倒种：

一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。

5、种龄

种龄是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

6、种子的质量要求：

量：

要求达到一定的浓度

质:

形态（生长处于某个阶段、均匀等等）

理化指标：

C、N、P的含量，pH酶活等

三、种子质量的控制

（一）影响固体种子质量因素及控制

1.培养基

2.培养条件温度湿度培养时间冷藏时间

3.接种量

（二）影响液体种子质量的因素及控制

2.培养条件温度通气量

3.种龄

4.接种量：

通常细菌1-5%；

酵母5-10%；

霉菌7-15%

五、种子染菌的预防

种子带杂菌是发酵前期染菌的原因之一。

故在每次接种后应该留取少量的种子悬浮液进行检测是否带杂菌。

主要原因：

无菌室条件不符合要求、保藏斜面试管菌种染菌、培养基和器具灭菌不彻底、种子转移中染菌、设备染菌等

1.无菌室要求

面积不宜过大，一般约4-6m2，高2.6m，要有1-3个缓冲间。

2.培养基灭菌

3.摇瓶机

摇床是培养好氧菌的试验设备，转速频率一般不宜过快，避免摇动时液体要溅到瓶口纱布造成染菌。

第三章培养基及原料处理

第一节培养基概述

微生物的营养物质和营养类型

一、微生物的营养物质

1、水分2、碳源物质3、氮源物质

4、无机元素5、生长辅助物质6、气体

二、微生物的营养类型

1、光能自养微生物2、光能异养微生物

3、化能自养微生物4、化能异养微生物

三、发酵工业培养基

一培养基的类型及用途

•按组成分类：

•1.天然培养基2.合成培养基3.半合成培养基

•按物理性质分类：

•1.液体培养基：

2.固体培养基3.半固体培养基:

•按用途分：

•基本培养基：

仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基。

•加富培养基：

在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。

•增殖培养基：

•鉴别培养基：

•选择培养基：

二发酵生产中的培养基类型

•工业发酵中培养基往往是依据生产流程和作用分为：

•斜面培养基

•作用：

这是供微生物细胞生长繁殖用的，包括细菌，酵母等的斜面培养基以及霉菌、放线菌生孢子培养基或麸曲培养基等。

•种子培养基

培养种子的目的：

1.扩大培养，增加细胞数量；

•发酵培养基

•发酵培养基是发酵生产中最主要的培养基，它不仅耗用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。

发酵培养基的选择和配制原则

（一）培养基的选择

1、从微生物的特点来选择培养基

2、液体和固体培养基的选择

3、从生产实践和科学试验的不同要求选择

4、从经济效益选择培养基

（二）培养基的配制原则

1、根据不同微生物的营养需要配制不同培养基

2、营养成分的恰当比例

3、渗透压

4、pH值

5、氧化还原电位

发酵培养基的设计和注意事项

1．提供必要的营养成分

2．配制合适的浓度

3.主成分与其他成分的配比。

4．控制合适的pH

（1）添加有关前体物质：

•前体物质：

是指当添加到发酵培养基中的某些化学物质基本上不改变其分子结构而直接进入产物中的小分子物质，从而在一定条件下控制产物的合成方向和提高产量。

•在发酵中添加前体物质将有利于产物的合成和显著提高产量，如苯乙酸及其衍生物被认为是青霉素的前体物质。

（2）添加诱导物：

•目前工业用微生物酶多数为诱导酶，如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等。

•诱导物的存在能大大强化诱导酶的生物合成。

•酶的正常底物或底物的类似物都可作为诱导物。

（3）注意阻遏物或抑制剂的影响

•培养基中存在反馈阻遏物或分解阻遏物均能影响酶的合成，降低发酵产量。

（4）金属离子的影响：

•有些种类的发酵生产对金属离子相当敏感，因为有些金属离子是中间代谢酶的抑制剂或激活剂。

•因此对于有重大影响的金属离子必须严格控制

第二节培养基的成分

1、工业上常用的碳源葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖。

碳素化合物营养源对微生物生长发育的影响

•

（1）碳素化合物的作用

•构成菌体成分的重要元素，

•产生各种代谢产物和细胞内贮藏物质的主要原料，

•同时又是化能异养型微生物的能量来源。

（2）碳源种类

糖类有机酸醇类脂肪酸正烷烃

葡萄糖糖蜜淀粉、糊精油和脂肪

2、氮源物质

•氮是构成微生物细胞蛋白质、核酸的主要元素，而蛋白质和核酸是微生物原生质的主要组成部分。

氮素一般不提供能量，但硝化细菌却能利用氨作为氮源和能源。

氮的来源可分为有机氮和无机氮

有机氮源：

玉米浆等实验室中常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等作为有机氮源

无机氮源：

铵盐、硝酸盐、氨水等。

特点：

微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。

经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质