发酵工程知识总结及考试重点.docx

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1、绪论初级代谢：初级代谢为很多生物都具有的生物化学反响，例如能量代谢及氨基酸、蛋白质、核酸的合成等， 均称为初级代谢。初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和生殖所必需的物质，如氨 基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。次级代谢：次级代谢是在肯定的生长时期一般是稳定生长期，微生物以初级代谢产物为前体合成的对微生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程。发酵工程：是一门以微生物、动植物细胞为生物作用剂进展产品工业化生产的系统工程。涉及范围包括发 酵工艺和发酵设备两大局部。主要争论内容有菌种选育与构建、大规模培育基和空气的灭菌、大规模细胞 培育过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反响器的

2、优化设计和操作、生物反响过程的参数检测和计算 机应用、发酵产品的分别纯化过程中的技术问题。发酵工程原理是指导发酵产品争论与开发，发酵工厂设 计与建设以及发酵生产实践的理论。其次章自然选育：在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进展菌种筛选的过程。引起自然突变 的缘由有两个：多因素低剂量的诱变效应和互变异构效应。杂交育种：是指将两个基因型不同的菌株经吻合或接合使遗传物质重组合，从中分别和筛选具有 性状的菌株。诱变育种：指利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显著提高的根底 上，承受简便、快速和高效的筛选方法，从中选择出少数符合目的的突变株，以供科学试验或生

3、产实践使 用。原生质体融合育种：把两个亲本的细胞壁分别通过酶解作用加以瓦解，使菌体细胞在高渗环境中释放出只 有原生质膜包裹着的球状体称为原生质体。两个亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇PEG 作为助融剂，使它们相互凝集，发生细胞融合，接着两个亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。 在再生成细胞的菌落中就有可能获得具有抱负性状的重组子。如何从一个菌种得到另一个菌种如从生产菌种获得缺陷型： 诱变剂处理：承受辐射、化学试剂等因素处理细菌。 淘汰野生型：抗生素法或菌丝过滤法。 检出缺陷型：用一个培育皿即可检出，有夹层培育法和限量补充培育法；在不同培育皿上分别进展比照和检出的有逐个捡出法和影

4、印检出法。 鉴定缺陷型：可借生长谱法进展。一、如何从土壤中筛选芽孢杆菌微生物？采样-预处理-增殖培育-纯种分别-菌落选择-初筛-复筛-野生菌株-性能鉴定生产性能试验、毒性试验、菌种鉴定-菌种保藏1 采样用取样铲，将表层 5cm 左右的浮土除去，取 5-25cm 处的土样 1025 g，装入事先准预备好的塑料袋内扎好、编号并记录地点、土壤土质、植被名称、时间及其他环境条件。悬液稀释预处理从土壤中分别 芽孢杆菌时,由于芽孢具有耐高温特性,100很难杀死,要在 121才能彻底死亡。分别 培育基养分成分、PH、选择性抑制剂培育 留意温度、PH、氧气需求及培育时间菌落选择 铺菌法、复印法复筛 生长速率、

5、底物消耗、产物合成的测定。菌种保藏原理、常用方法原则：菌种保藏主要是依据菌种的生理生化特点，人工制造条件，使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以削减其变异。一般可以通过保持培育基养分成分在最低水平，缺氧状态，枯燥和低温，使菌种处于休眠状态，抑制其生殖力量。常用方法：1斜面冰箱保藏法：三个月。2石蜡油封存法：六个月。3沙土管保藏法：产孢子或芽孢的微生物。1 年左右。可适用于不能利用石蜡又作碳源的细菌、霉菌、酵母等微生物。1 年左右，4真空冷冻枯燥保藏法：5 年左右。需要肯定设备，要求比较严格。保护剂：脱脂牛奶、血清等。5液氮超低温保藏法：或超低温冰箱保藏法，通常在微生物孢子或养分细胞培育物中参加

6、20%的甘油，将其保存 在液氮或-80冰箱中，可保藏数年而不死。第三章前体：指某些化合物参加发酵培育基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而自身构造 并没有明显变化，产物的产量却因前体的参加而有较大的提高。最早在青霉素发酵中觉察在玉米浆提高了 青霉素产量，后争论觉察是由于玉米浆中含有苯乙胺所致。抑制剂：某些化合物可以抑制特定代谢途径的进展，而使另一种代谢途径活泼，从而获得人们所需产物的积存。如生产甘油加抑制剂亚硫酸钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。这样使乙醇代谢途径中的乙醛不能成为 NADH2(复原型辅酶 I)的受氢体，而使 NADH2 在细胞中积存，从而激活 磷酸甘油脱氢酶的

7、活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH2 的受氢体而复原为磷酸甘油，其水解后即形成甘油。促进剂：指那些既不是养分物质又不是前体，但却能提高产量的添加剂，如加巴比妥盐能使利福霉素单位 增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。培育基主要养分成份及其生理功能培育基的成分大致可分为碳源、氮源、生长因子、无机盐及微量元素、水和能源。碳源，细胞及其产物的碳架构造和能量的来源。氮源，主要用于构成菌体细胞物质如氨基酸、蛋白质、核酸等和含氮代谢物等的氮素来源。生长因子，微生物代谢必不行少且不能用简洁的碳源或氮源自行合成。无机盐元素：P、S、Ca、Mg、Na、K、Fe、Cl 等。P：核酸、ATP 辅酶、代谢中

8、间体的组成成分。在代谢途径的调整方面，起着重要作用，有利于糖代谢的进展。S：蛋白质、辅酶、生物素、谷光甘肽等 组成成分。硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分和某些辅酶的活性基。Fe：细胞色素、过 氧化氢酶的组成成分。Mg、Ca：酶的辅基、激活剂。K、Na：调整渗透压。虽不参与细胞的组成，但它们与维持细胞的渗透压有关，故是微生物发酵培育基的必要成分。微量元素：Zn、Co、Mn、Cu 等，主要是酶的辅基和激活剂。水分，是养分物质，由于离开水生命活动即停顿；参与代谢活动，如水解与合成多糖、蛋白质等均有 水参与反响；是环境条件，很多反响需要在水中进展；是细胞物质的连续相；此外，水的比热大，可

9、容纳、 传导代谢活动中的能量而保护细胞物质不被破坏。能源，为微生物供给生长代谢所需的能源。在应用中，培育基的碳源常常就是其能源，但这并非适用 于全部的微生物，微生物依据其生理类群的不同，其能源物质也不同，有时能源物质是独立于碳源之外的。发酵工业中常用碳源及其优缺点碳源，是组成培育基的主要成分之一。即细胞及其产物的碳架构造和能量的来源。常用的碳源有糖类、油脂、有机酸、低碳醇、烃类。在特别状况下如碳源贫乏时，蛋白质水解产物或氨基酸等也可被某些菌种作为碳源使用。（1） 糖类：a. 速效碳源，如葡萄糖、蔗糖、糖蜜等。优点：易于利用。缺点：高浓度会造成抑制，利用过程中产酸 速度快，使 pH 下降。葡萄糖

10、是碳源中最易利用的糖，几乎全部的微生物都能利用葡萄糖。但是过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，以致培育基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物不能完全氧化而积存在菌体或培育基中，如丙酮酸、乳酸、乙酸等导致pH 下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。b. 长效碳源，如淀粉、糊精等，它们一般都要经菌体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸取利用。可以抑制 葡萄糖代谢过快的弊端。优点是长效，边糖化边利用，不会造成高浓度抑制，且价格较廉价。缺点是增大 培育基的粘度且有些微生物不具有淀粉酶和糖化酶，不能利用这类碳源。另外，麦芽也被广泛使用在啤酒 工业中。农产品，如玉米粉、甘薯粉、土豆粉等。优

11、点是价格廉价本钱低。缺点是成分简单携带杂质影响某些产品的提取。（2） 油脂：能被很多微生物用作碳源和能源，这些微生物都具有比较活泼的脂肪酶。在脂肪酶的作用下，油脂被水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧的参与下，进一步氧化成 CO 和 H O,并释放出大量的能量。如豆油，菜22子油、葵花油、猪油 鱼油等。优点是高复原态能源和碳源，同时也是消沫剂。缺点是脂肪的分解利用，可造成有机酸积存，使培育液pH 下降。（3） 有机酸盐：如乙酸盐、柠檬酸盐等，也可做速效碳源，缺点是本钱较高，利用后pH 上升。有机酸盐的氧化常伴随着碱性物质的产生，使pH 上升。（4） 醇类：如乙醇，低浓度是可被少数微生物作碳源，缺点是本

12、钱高。甲醇已做为某些生产单细胞蛋白的工厂的主要碳源。（5） 烃类：石油微生物的碳源，其他微生物一般不能利用。近年来随着石油工业的进展，微生物工业的碳源也有所扩大，一些烃类物质已用于发酵工业中。培育基主要无机盐及其生理功能P：核酸、ATP 辅酶、代谢中间体的组成成分。在代谢途径的调整方面，起着重要作用，有利于糖代谢的进展，能促进微生物的生长。S：蛋白质、辅酶、生物素、谷光甘肽等组成成分。硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分和某些辅酶的活性基，Fe：细胞色素、过氧化氢酶的组成成分，是菌体有氧氧化必不行少的元素。Mg、Ca：酶的辅基、激活剂。K、Na：调整渗透压。虽不参与细胞的组成，但它们

13、与维持细胞的渗透压有关，故是微生物发酵培育基的必要成分。Cl：在一般微生物中不具有养分作用，但对一些噬盐菌来讲是有用的。如何使培育基有一个适当的PH 缓冲力量开发一个菌株的培育基配方：（1） 争论思路与原则：A要争论一个选菌株的最正确培育基配方和最适培育条件，必需先要了解该菌的养分类型和生态类型。B依据上述考察结果，确定培育基的类型和划定培育条件的范围。C进展培育基 成分与培育条件的选择：(a) 要依据供试菌的养分需要，包括生长需要和合成产物的需要。(b) 比例范围， 如 C：N 比。(c)培育基物态。(d) pH 缓冲力量。(e)培育温度。(f)溶氧。g原料价格、来源、加工方式。考虑生态条件

14、时，既要考虑生长，也要考虑产物合成；既要考虑到产量，也要考虑到产品的提取与后加工。（2） 争论方案设计：A选择因子与水平，先选因子后选水平 B选择适宜的正交表，或者响应面方法，如爬坡法。C填写表格，配制培育基，预备培育条件。D建立检验指标与方法。（3） 操作及留意事项：摇瓶规格要全都，培育基要准确。不能染菌。种子液要混匀，加量要准确。检验结果要准确。（4） 计算与分析：确定培育基配方与环境条件掌握指标。（5） 验证试验与适当调整如何使培育基有一个适当的PH 缓冲力量？生理酸性、碱性盐和 pH 缓冲剂的参加和搭配，以使 pH 值在发酵过程中不易超过肯定范围。在微生物的生长、代谢过程中会产生引起培

15、育基pH 转变的代谢产物，如不准时调整，就会抑制甚至杀死其自身，因而在设计培育基时，就要考虑培育基成分对 pH 的调整力量。如：借磷酸缓冲液进展调整；用 CaCO3或 NaHCO3来调整第四章灭菌：所谓灭菌是指用化学或物理的方法杀灭或除掉物料及其器皿中全部的生命体。而消毒则是指杀死病 原微生物的过程。分批灭菌：是指将培育基置于发酵罐中用蒸汽加热，到达预定温度后维持一段时间，再冷却到发酵所需温 度的灭菌方式。连续灭菌：是指在发酵罐外连续不断地进展加热，维持和冷却，同时把灭完菌的培育基通入已灭过菌的发 酵罐的灭菌方式。对数残留定律：在微生物死亡过程中的任一时刻，活菌数的削减速率与该时刻残留的活菌数

16、成正比，这就是微生物死亡的对数残留定律。微分式为：-dN/d =kN；积分式为： =2,303/klog(N /Ns) N00开头灭菌时的活菌数 Ns 灭菌完毕时残留菌数。分批灭菌的简要步骤分批灭菌的操作要点a)配料：分批灭菌在所用的发酵罐中进展，将培育基在配制罐中配好后，通过专用管道输入发酵罐中。 b)升温阶段：开动搅拌系统，先用夹套或蛇管预热(尾气开)，当温度升温到 90-100时，停顿搅拌，三路进气(空气管、取样管、出料管)，同时三路排气尾气管、补料管、接种管。升温过程应尽可能快一些， 以利于养分物质的保持。留意关心设备的灭菌：空气过滤器、流加管道与流加液贮罐等。c) 保温阶段：温度到达

17、预定温度后，关小进汽、排汽阀门，依据罐温变化状况调整各路进汽与排汽量，使罐温维持在预定灭菌温度之上 12 度范围内。保温阶段视罐温状况与冷凝水状况调整夹套/蛇管蒸汽流量，一般可将其完全关闭，仅保存夹套下水阀开。d) 冷却阶段：灭菌时间到达后，关闭全部与发酵罐直接相通的阀门，马上引入无菌空气保压，开搅拌、排气阀，引入冷却水冷却。典型空气除菌的工艺流程：采气-前置过滤器-空压机-储气管-冷却器-油水分别器-加热器-总过滤器-分过滤器-发酵罐a) 采气：在城市，通常状况下地面空气的含菌量为103 个-104 个m3，高度每上升10 米，含菌数下降一个数量级，因此最好采集肯定高度的空气。一般要求采气管

18、距地面20 米30 米。b) 前置过滤：在空气机前要求安置前置过滤器，又叫过滤器其功能主要是除去大颗粒沙土、纤维等杂物， 以防损伤空压机。c) 空压机：这是一个空气驱动设备，需要的能耗很大，耗电量占发酵厂的1/31/4。d) 储气罐：带有压力表的空罐，体积一般都不大，主要功能是消退往复式空压机产生的气流脉冲。e) 冷却器：空气经空压机压缩后温度很高，可达度，冷却后才能通入发酵罐否则会烧焦过滤介质， 增加发酵罐的降温负荷。f) 油水分别器：冷却后的空气温度低于漏点后，即有水滴析出。此外，空压机的油滴也需除去，否则会污染过滤介质，影响滤菌效果。g) 加热器：经过分别器的空气虽然没有水滴，但相对湿度

19、照旧是100%，假设在过滤过程中湿度降低，仍会打湿过滤介质，故通过加温使相对湿度降下来。h) 总过滤器：为过滤除菌的主要设备，传统的过滤器是上下两层棉花，中层是活性炭。现在也有人用化纤 作为过滤介质。过滤器的尺寸、过滤介质的厚度需依据计算结果来确定。计算方法是依据对数穿透定律而 确定的。i) 分过滤器：为了保险起见，在无菌空气进罐之前还要进展一次过滤。该过滤器的滤菌效果据说可以到达99.999%。经上述处理的空气的无菌度、温度、湿度即可到达要求。分批灭菌、连续灭菌的时间计算K 值已给承受连续灭菌工艺，由于升温顺降温时间很短，可以无视不记，所以灭菌时间实际上就是保温时间。例如：承受一台连续灭菌设

20、备为 50m3 的发酵罐制备无菌培育基 36 m3，培育基污染度为106 个菌/ml，要求灭菌度 Ns=10-3 个/罐，灭菌温度为 398K，查图得此时的反响速度常数 K=11min-1，灭菌时培育液流量(v) 为 18m3/h，试求维持时间 和维持罐的容积V。解：持时间 和维持罐的容积V。N =36106106=3.610130t=2.3031/klogN /N =2.3031/11log3.61013/10-3=3.47minOSV=Pt/(600.9)=(183.47)/(600.9)=1.157m3维持罐不易保证培育液先进先出，所以假设承受该维持时间进展设计计算，则可能局部培育液灭菌

21、不彻底， 依据实践阅历承受维持时间为 8min，则维持罐的容积为：V=Pt/(600.9)=(188)/(600.9)=2.66 m3常用的灭菌方法及其适应性如何常用的方法有化学灭菌，射线灭菌，干热灭菌，湿热灭菌，过滤除菌五种（1） 化学灭菌一些化学药剂能使微生物中的蛋白质、酶及核酸发生反响而具有杀菌作用。常用的化学药剂有甲醛、氯(或次氯酸钠)、高锰酸钾、环氧乙烷、季铵盐(如洁尔灭)、臭氧等。由于化学药剂也会与培育基中的一 些成分作用，而且参加培育基后不易去除，所以化学灭菌法不用于培育基的灭菌。但染菌后的培育基可以 用化学药剂处理。（2） 射线灭菌射线灭菌即利用紫外线、高能电磁波或放射性物质产

22、生的射线进展灭菌的方法。波长为(2.13.1)10-7m 的紫外线有灭菌作用，最常用的是波长为 2.53710-7m 的紫外线。但紫外线的穿透力低， 所以仅用于外表消毒和空气的消毒。也可利用(0.061.4) 10-10m 的 X 射线或由 Co60 产生的丁射线进展灭菌。近年来，微波灭菌设备的兴起，为灭菌供给了的选择。（3） 干热灭菌干热灭菌常用的干热条件为在160下保温 1 h：干热灭菌不如湿热灭菌有效，其 Q10(即温度上升 10，灭菌常数增加的倍数)为 23，而湿热灭菌对耐热的芽孢可达 810，对养分细胞则更高。一些要求保持枯燥的试验器具和材料(如培育皿、接种针、固定化细胞用的载体材料

23、Celite 等)可以用于热灭菌，（4） 湿热灭菌湿热灭菌即利用饱和水蒸气进展灭菌。由于蒸汽有很强的穿透力，而且在冷凝时放出大量冷凝热，很简洁使蛋白质凝固而杀火各种微生物，同时，蒸汽的价格低廉，来源便利，灭菌效果牢靠。所以培育基灭 菌、发酵设备及管道的灭菌、试验用器材的灭菌，普遍承受湿热灭菌。通常的蒸汽灭菌条件是在121(表 压约 0.1 MPa)维持 30 min。（5） 过滤除菌过滤除菌即利用过滤方法截留微生物，到达除菌的目的。本方法只适用于澄清流体的除菌。工业上利用过滤方法大量制备无菌空气，供好氧微生物的深层培育使用，热敏性培育基也承受过滤方法实现除菌处 理。在产品提取过程中，也可利用无

24、菌过滤方法处理料液，以获得无菌产品。第五章单种法：一个种子灌接种一只发酵罐的接种方法。 双种法：用两只种子灌接种一只发酵罐的接种方法。倒种法：从一只发酵罐中倒出适宜的，适量的发酵液给另一个发酵罐做种子的方法。如何推断菌种的质量。ApH；B) 菌体形态染色镜检：形态均一，染色均一，深色较安康。如：酵母菌，丝状真菌边缘的光滑完整程度，假设在液态培育中假设分支较多则比较安康、浓度需要在小的范围内波动；C) 培育基外观、气味凭阅历来看；D) 产物含量不能太高也不能太低，次级代谢产物较高说明一道发酵后期、酶活力；E) 无杂菌第六章生长关联型：产物生成与菌体生长之间有平行的准量关系。这样的产品或为菌体本身

25、或初级代谢产物。 局部生长关联型：菌体生长消灭两个顶峰，第一个生长顶峰与产物合成无平行的准量关系，其次个生长顶峰与产物合成有平行的准量关系。非生长关联型：细胞生长与产物合成无平行的准量关系，只与菌体的总量有关。大局部次级代谢产物属于这一类。第六章127一、生长关联型、局部生长关联型、非生长关联型发酵1975 年，Pirt 依据产物形成与菌体生长的关系，将微生物产物形成动力学分成3 种类型：（1） 生长关联型(growth associated)产物生成与菌体生长之间有平行的准量关系。产物直接来源于产能的初级代谢自身生殖所必需的代谢，菌体生长与产物形成不分开。这样的产品或为菌体本身或初级代谢产物

26、。如酵母、真菌菌丝、乙醇、乳酸、柠檬酸、一些酶制剂等。固然也有一些例外，尚有氯霉素、杆菌肽等次级代谢产物的发酵也属此类。（2） 局部生长关联型菌体生长消灭两个顶峰，第一个生长顶峰与产物合成无平行的准量关系，其次个生长顶峰与产物合成有平行的准量关系。这类产品有丙酮丁醇、丙酸、延胡索酸、谷氨酸等。（3） 生长关联型(non-growth associated)细胞生长与产物合成无平行的准量关系，只与菌体的总量有关。产物的形成和初级代谢是分开的。大局部次级代谢产物属于这一类。如多数抗生素、色素、毒素、超量分泌的维生素等。二、分批发酵、补料分批发酵、连续发酵一分批发酵(Batch fermentati

27、on)是指在一封闭培育系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及掌握 pH 的酸或碱外，不再参加任何其它物质。发酵过程中培育基成分削减，微生物得到生殖。优点：(1)操作简洁、操作引起染菌的概率低；(2)设备一次性投资低；(3)一般不会产生菌种老化和变 异等问题。缺点：(1)产物浓度低、提取浓缩比例大，耗能多；(2)非生产时间较长、设备利用率低。发酵过程从移种后开头，一般分为四期延滞期、对数期、稳定期及衰亡期，也有分为六期停滞期、加速期、对数期、减速期、静止期和死亡期，一般发酵不允许进入衰亡期，如下图：分批发酵的分类对实践的指导意义假设生产的产品是生长关联型如菌体与初

28、级代谢产物，则宜承受有利于细胞生长的培育条件，延长与产物合成有关的对数生长期；假设产品是非生长关联型如次级代谢产物，则宜缩短对数生长期，并快速获得足够量的菌体细胞后延长稳定期，以提高产量。二补料分批发酵 Fed-batch fermentation 又称半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加颖培育基的发酵方式，但不取动身酵液高密度发酵。优点：(1)使发酵系统中维持很低的基质浓度，节气及搅拌；(2)和连续发酵比无菌条件要求较低；(3) 与连续发酵比较少有菌种老化和变异等问题；(4)产物浓度高，浓缩比小，提取本钱低。缺点：(1)存在肯定的非生产时间；(2)和分批发酵比，流

29、加颖培育基增加了染菌的概率；(3)后期维 持高供氧率会明显增加发酵本钱。三连续发酵 Continuous fermentation 是培育基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的一样体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态恒定的基质浓度、恒定的产物浓 度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率下生长的发酵方式。优点：(1)能维持低基质浓度；(2)可以提高设备利用率和单位时间的产量；(3)便于自动掌握。缺点：(1)菌种发生变异的可能性较大；(2)要求严格的无菌条件；(3)发酵液中产物浓度低，浓缩比大。三、溶氧缺乏如何处理溶氧浓度对发酵的影响：两方面1、厌氧发酵溶氧浓度0，

30、有害；以无机或有机氧化物作为呼吸链的电子最终受体。2、好氧发酵肯定的溶氧浓度是必需的；以氧气作为呼吸链的电子最终受体。在发酵生产中，绝大多数产品是通过好氧发酵进展的，而且通常使用的菌种多数是异养好氧菌,即以有机物为发酵基质、以空气作氧源。因此通气供氧就成为发酵生产的一个重要问题。当 dc/dt0,供小于需时，实行以下措施：两方面供氧方面：A 提高罐压提高罐压虽能增加C*,但同时会增加二氧化碳的溶解度,影响 pH，可能会影响菌的代谢； B 增加通气量即增加通气速率；C 通入纯氧；D 增加搅拌功率改善罐内液体的混合和循环；需氧方面：A 降低培育温度使C*增加，提高了C*- CL，即供氧方程的推动力

31、；B 补水稀释培育液掌握菌体量，使发酵液中有较高的氧浓度。适合应急状况发酵过程中，一旦溶氧电极探测到发酵液中的溶氧低于设定值，一般会承受报警的形式提示操作人员留意并实行上述一种或几种措施，假设为自动掌握，一般上位时机自动调整转速以保证发酵液中溶氧的正 常水平。发酵过程中溶氧常常会成为限制性因素，因此，需要操作人员随时留意溶氧是否正常。四、发酵过程中如何维持 pH 的稳定发酵过程中培育液的pH 值是微生物在肯定环境条件下代谢活动的综合指标，是一项重要的发酵参数。它对菌体的生长和产品的积存有很大的影响。因此，必需把握发酵过程中pH 的变化规律，准时监测并加以掌握，使它处于最正确的状态。尽管多数微生

32、物能在 34 个 pH 单位的 pH 范围内生长，但是在发酵工艺中，为了到达高生长速率和最正确产物形成，必需使pH 在很窄的范围内保持恒定。pH 对发酵过程的影响：(1) 微生物生长和产物合成的最适pH大多数细菌 6.3-7.5；霉菌和酵母菌 3-6；放线菌 7-8；微生物生长阶段和产物合成阶段的最适 pH 一般不同，这不仅与菌种的特性有关，也取决于产物的化学性质。(2) 发酵过程中pH 的变化规律生长阶段pH 上升或下降； 生产阶段pH 比较平稳； 自溶阶段pH 上升。pH 的影响主要是影响酶的活性和膜的透性。引起各种酶活力转变，影响菌对基质的利用速度和细胞构造，以致影响菌体生长和产物合成。

33、影响菌体细胞膜电荷状况，引起膜的渗透性的变化，从而影响菌对养分的吸取和代谢产物的形成。最适 pH 的选择原则：有利于菌体生长和产物的合成，以获得较高的产量。一般依据试验结果确定。最适 pH 与菌株，培育基组成，发酵工艺有关。应按发酵过程的不同阶段分别掌握不同的pH 范围。例如，生产 PHAs 或细菌多糖时，往往需要在生产后期选择不大适合菌体生长的pH 值，使菌体削减利用葡萄糖形成菌体而转向合成碳源储藏物，试验证明，在细胞生长期承受最适 pH7,而产物形成阶段承受pH7.5，可使PHAs 和细菌多糖积存量明显增加。pH 的掌握A 在根底培育基配方中考虑到pH 的缓冲力量；如：考虑生理酸性盐与生理

34、碱性盐的搭配使用；使用磷酸或其他缓冲对；参加长效调整剂如碳酸钙等；B 通过补料调pH，如加糖、硫酸铵，可使pH 下降；加尿素、氨水可使pH 上升。C 加酸碱调整pH。五、泡沫如何掌握(1) 预防泡沫的形成A 选择不产泡沫的培育基成分；B 选择适宜的灭菌条件； C 选育不产泡沫的菌株； (2)掌握泡沫的方法A 机械消沫：钉、耙、离心式消沫器；B 消沫剂消沫六、如何推断发酵终点依据不同的发酵目的和如何获得最正确经济效益来确定，具体的指标有菌丝形态，产物浓度，滤速，PH值，培育基外观，粘度等，发酵终点要综合这些因素考虑。产物浓度为首要考虑，需要进展实时化验菌形 及菌体形态，通过镜检防止菌体自溶，菌体

35、自溶前的迹象：氨基氮上升，PH 上升，菌丝碎片增多，粘度增大，过滤速度降低。滤速由培育基内粘度打算，是加工需要泡沫及培育基外观为表现观看，作为参考， PH 值一般到终点时PH 一般上升即变酸作为参考。七、如何依据杂菌的类型推断可能的污染源（1） 杂菌的检出(a)显微镜镜检检出形态差异大的杂菌;(b)平板检查法依菌落不同，检出杂菌 ;(c)肉汤检查法只能检出细菌杂菌。（2） 染菌缘由的分析(a)种子带菌可追溯；(b)培育基灭菌不彻底芽孢杆菌；(c)空气系统带菌球菌；(d)泡沫冒顶有迹可循；(e)夹套及蛇管穿孔加压检测；(f)操作不慎。（3） 染菌后的处理(a)种子罐染菌：倒掉;(b)发酵罐染菌：

36、前期加料灭菌；中期偏离杂菌最适生长条件；后期放罐。八、污染噬菌体如何推断处理？（1） 污染噬菌体的觉察和检查：(a)发酵液变稀；(b)消灭噬菌斑；(c)电镜觉察噬菌体。（2） 消灭噬菌体污染后的处理(a)灭菌放罐；(b)清理生产环境；(c)调换生产菌株；(d)停产整顿；(e)选育 抗噬菌体菌株。第八章分散：是在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。絮凝：在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。如何提高过滤速度。1. 选择适宜的预处理方法对发酵液进展预处理。2. 参加助滤剂，助滤剂是一种不行压缩的多孔微粒，它

37、能使滤饼疏松除过滤初期外，真正起过滤作用的 是滤饼，滤速增大。助滤剂参加有两种方法，一种是在滤布上预先铺一层助滤剂1-2mm，另一种是直接参加发酵液中。前者会使滤速降低，但滤液透亮度很快增加。后者则应留意助滤剂的用量，阅历值为助 滤剂量与悬浮液中固体含量一样时，滤速最快。3. 参加一些反响剂，它们相互作用，或和某些溶解性盐类发生反响生成不溶解的沉淀GaSO4，AlPO4 等。生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状构造，沉淀本身也可以作为助滤剂，并且还能使胶状物和 悬浮物大多为蛋白凝固。4. 参加酶制剂，分解粘性多糖等物质。第十章影响超滤的因素有哪些，如何提超群滤速度因素：膜两侧的压力差，膜

38、面流速，料液粘度，温度，溶质的集中系数和料液浓度。方法：流速增大，温度上升，料液浓度降低，错流操作。工业上常用的膜过程有哪些，各自的适用性如何透析是以膜两侧的浓度差为传质推动力，从溶液中分别出小分子物质的过程。在生物分别中主要用于蛋白质的脱盐。反渗透：在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而全部溶液中大分子、小分子有机物级无机盐全部被截留住；压力差通常为0.1 MPa 用于海水淡化，药物浓缩，纯水制造。微滤和超滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，主要用于截留固体微粒和高分子溶质。 微滤广泛用于细胞、菌体等的分别和浓缩，操作压力通常为0.05-0.5 MPa。截留直径为 0

39、.0510 m大小粒子，如悬浮物质硅石、细菌等。超滤适用于 1-50 nm 的生物大分子的分别，如蛋白质、病毒等。操作压力常为0.1-1.0 MPa。电渗析：电渗析是利用分子的荷电性质和分子大小的差异进展分别的膜分别法，可用于小分子电解质的分别和溶液的脱盐。第十一章一、影响离子交换速度的因素有哪些，这些因素是如何影响的？（1） 颗粒大小：颗粒减小无论对内部集中掌握或外部集中掌握的场合，都有利于交换速度的提高；（2） 交联度：交联度越低树脂越易膨胀，在树脂内部集中就越简洁。所以当内集中掌握时，降低树脂交联度，能提高交换速度；（3） 温度：随着温度的上升离子交速度提高；（4） 离子的化合价：离子的

40、化合价越高，离子与树脂骨架之间的库伦引力越大，因此集中速度就愈小；（5） 离子的大小：小离子与树脂骨架的碰撞较少，交换速度比较快；（6） 搅拌速度：当液膜掌握时，肯定范围内增加搅拌速度会使交换速度增加；（7） 溶液浓度：当 C0.001molL 时一般为外集中掌握；当 0.001molLC0.01molL 时，浓度再增加，交换速度就增加得较慢当浓度再连续增加， 交换速度到达极限值后就不再增大，此时已转变为内集中掌握。二、以链霉素提取为例，简述离子交换操作过程（1） 吸附：适当稀释中性吸附滤液，用钠型弱酸型树脂吸附；（2） 漂洗：用碳酸溶液在加压下进展漂洗树脂；（3） 洗脱：用 0.1molL-

41、1molL 酸梯度盐酸自钠型弱酸型树脂上洗脱链霉素；（4） 洗脱后树脂为氢型，再转型为钠型可连续提取。第十二章一、如何选择适宜的萃取溶剂溶剂对产物有较大的溶解度，还要有良好的选择性。（1） 要选择安排系数大的溶剂；（2） 利用相像相容的特性即介电常数相近的相容，选择对欲提溶质选择性溶解的萃取溶剂；（3） 要最大限度的分别欲提溶质和杂质，则是分别因素越大越好；（4） 要得到好的分别效果，不仅要求分别因素高，还要求原溶剂料液和溶剂萃取剂互溶性小， 最好为互不相容；（5） 原溶剂料液和溶剂萃取剂互溶性小，最好为互不相容；（6） 不产生乳化现象，假设溶剂与料液混合后形成浮浊液就给两种溶剂的分别造成极大

42、的困难。（7） 溶剂的毒性要低，溶剂可分为低毒性如乙醇、丙醇、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等；中等毒性如甲苯、环己烷、甲醇等；强毒性如：苯、氯仿、四氯化碳等。（8） 防火防爆，闪点高，安全性好；（9） 价廉易得，生化工程中常用的有乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁醇等。二、常见的超临界萃取工艺原理超临界萃取的典型过程是由萃取阶段和分别阶段组合而成。在萃取阶段，超临界流体将所需组分从原料中提取出来。在分别阶段，通过变化某个参数或其他方法，使萃取组分从超临界流体中分别出来，并使 萃取剂循环使用。依据分别方法的不同，可以把超临界萃取的典型过程分为三类：等温法、等压法和吸附 吸取法。（1） 等温法：通过变化

43、压力而使萃取组分从超临界流体中分别出来；（2） 等压法：利用温度的变化来实现溶质与萃取剂的分别；（3） 吸附法：承受可吸附溶质而不吸附萃取剂的吸附剂使两者分别。第十三柱色层分别的装置及其操作吸附色层分别法、安排色层分别法和凝胶色层分别法都可以在柱中进展，它们的试验装置和操作要点也根本相像。装置主要有：蠕动泵、层析柱、检测器和局部收集器。操作：装柱、加样、洗脱。A. 蠕动泵：增加层析柱中的压力，使流淌相有一个较大且均匀的流速。B. 层析柱：通常用玻璃柱或带有玻璃观看窗的金属柱。柱的入口端应有进料分布头；柱底端有支持固定相的玻璃棉或砂孔玻璃板；高径比为2030；出口管应尽量短。C. 装柱：将层析剂

44、与不超过层析剂用量的一份缓冲液调成浆料，然后将浆料渐渐边加边搅拌，一次加完。气泡可以通过真空抽吸除去。装柱完毕用几倍体积的缓冲液平衡层析柱。 D加样：样品首先需用装柱用的缓冲液平衡，除去柱上部过多的缓冲液，使液面刚到达床层顶面，然后 关上出口阀，将样品沿柱壁缓慢铺在床层顶面，翻开出口阀，使样品进入顶面，再用缓冲液洗涤上部柱壁， 使层析面上保存 12 cm 缓冲液，连接柱进口，开头进展洗脱。E. 洗脱：开头可以先用缓冲液洗涤层析柱，去除一些未被结合的杂质。假设目标物值较小，则洗涤液体积不易过大，以免目标物流失。洗脱一般有三种方法：（1） 恒定洗脱法：洗脱剂的组成在洗脱过程中不转变；操作简洁，不需

45、要简单设备；但洗脱剂太弱不能有效洗脱，太强又会引起区分率较差，洗脱剂的合理组成需要屡次试验才能确定。（2） 逐次洗脱法：洗脱剂的组成至少转变一次；比梯度洗脱设备简洁，易操作，重现性好；分别效果较差；拖尾较多。（3） 梯度洗脱法：连续转变洗脱液的洗脱强度，可避开拖尾现象，且有比逐次洗脱更好的区分率。F. 检测器：通过检测器连续监测层析柱底出口处液体中各组分的物理化学特性紫外吸取、荧光、示差折光、电导、蒸发光散射等浓度变化，可了解样品中组分的分别状况。例如蛋白质中肽键及芳香氨基酸 的紫外吸取分别为 206215nm 和 280nm。G. 局部收集器：滴数式、容量式、重量式等。十五章通用式发酵罐的主

46、要构造部件及其功能发酵罐构造的主要部件包括罐身、搅拌器、挡板、轴封、消泡器、联轴器、轴承、变速装置、空气分布器、冷却装置、人孔及灯、视镜等。（1） 罐体（2） 拌器和挡板搅拌器：打碎气泡，推动发酵液翻腾，促使发酵液各组分均匀分布轴向，提高氧气传质速率，增加溶氧浓度径向。挡板：是防止液面中心产生漩涡，促使发酵液剧烈翻动，提高溶氧。（3） 消泡器：在发酵罐内消退泡沫。（4） 联轴器及轴承联轴器：搅拌轴假设过长，可分成 2、3 节，因此需要联轴器。轴承：罐外援轴承，可用滚动轴承，可以加油润滑。为了削减震惊，大中型发酵罐还应装有可调整的中间 轴承，它不能加润滑油，需要磨合轴承。（5） 变速装置 ：发酵罐的转速一般在 80 160r/min，小罐也不超过 300r/min，因此要变速。（6） 空气分布装置（7） 轴封 ：轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。（8） 发酵罐装料容积的计算（9） 发酵罐的换热装置包括夹套式换热装置、竖式蛇管换热装置、竖式列管排管换热装置。