生物工艺学知识点

生物工艺学知识点

第一章绪论

1、生物工艺学biotechnology：

又称为生物技术,它是应用自然科学及工程学原理,依靠生物作用剂biologicalagents的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术;

特点：多学科和多技术的结合、生物作用剂生物催化剂的参与、应用大量高、精、尖设备;;

2、生物催化剂是游离的或固定化的细胞或酶的总称;

生物催化剂特点：

优点：①常温、常压下反应②反应速率大③催化作用专一④价格低廉

缺点：稳定性差控制条件严格易变异细胞

生物反应过程实质是利用生物催化剂以从事生物技术产品的生产过程processengineering;

3、生物技术研究的主要内容：

基因工程DNA重组技术,geneengineering、细胞工程cellengineering、酶工程enzymeengineering、发酵工程fermentationengineering、蛋白质工程proteinengineering、

第二章菌种的来源

1、工业生产常用的微生物

细菌、酵母菌、霉菌、放线菌、担子菌、藻类;

2、分离微生物新种的过程大体可分为采样、增殖、纯化和性能测定;

含微生物材料的预处理方法：物理方法加热；化学方法pH；诱饵法;

诱饵技术：将固体基质加到待检的土壤或水中,待其菌落长成后再铺平板;

分离的效率影响因素：1培养基的养分；2pH；3加入的选择性抑制剂;

3、高产培养基成分的选择准则：

制备一系列的培养基,其中有各种类型的养分成为生长限制因素C、N、P、O；

使用一聚合或复合形式的生长限制养分；

避免使用容易同化的碳葡萄糖或氮NH4+,它们可能引起分解代谢物阻遏；

确定含有所需的辅因子Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+ 加入缓冲溶液以减小pH变化;

4、代谢控制发酵MetabolicControlfermentation：用人工诱变的方法,有意识地改变微生物的代谢途径,最大限度地积累产物,这种发酵形象地称为代谢控制发酵,最早在氨基酸发酵中得到成功应用;

5、菌种的衰退表观现象有哪些

目的产物的产量下降

营养物质代谢和生长繁殖能力下降

发酵周期延长

抗不良环境的性能减弱

6、菌种的衰退的原因

菌种保藏不当

提供不了当的条件或不利的条件

经诱变得到的新菌株发生回复突变

7、菌种的复壮方法：

纯种分离

通过寄主体进行复壮

淘汰已衰退的个体

8、菌种的保藏的原理

根据菌种的生理生化特点,人工创造条件,使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低,以减少其变异;一般可通过保持培养基营养成分在最低水平,缺氧状态,干燥和低温,使菌种处于“休眠”状态,抑制其繁殖能力;

9、菌种的保藏方法：

A斜面冰箱保藏法

B沙土管保藏法

C石蜡油封存法

D真空冷冻干燥保藏法

E液氮超低温保藏法

第三章菌种选育

1、常用菌种选育方法 1自然选育:是指在生产过程中,不经过人工处理,利用菌种的自发突变spontaneousmutation而进行菌种筛选的过程;

特点：自发突变的频率较低,变异程度不大;所以该法培育新菌种的过程十分缓慢;

2诱变育种:是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群,促进其突变率大幅度提高,然后采用简便、快速和高效的筛选方法,从中挑选少数符合育种目的的突变株,以供生产实践或科学研究使用;诱变育种的理论基础是基因突变;

常用诱变剂：物理诱变剂、化学诱变剂碱基类似物、与碱基反应的物质、在DNA分子中插入或缺失一个或几个碱基物质、生物诱变剂

3分子育种DNA重组、基因工程：用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质DNA分子提取出来,在离体条件下切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后导入某一受体细胞中,让外来的遗传物质在其中进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新的育种技术;

4杂交育种Hybridization：

常规杂交育种Hybridization：一般是指人为利用真核微生物的有性生殖或准性生殖或原核微生物的接合、F因子转移、转导和转化等过程,促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组,以获得性能优良的生产菌株;

原生质体融合技术：通过人工方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合,并产生重组子的过程,亦称为“细胞融合”cellfusion;

原生质体融合的基本过程：原生质体形成、原生质体融合、原生质体的再生;

3、工程菌的不稳定性表现

质粒的不稳定质粒的丢失、重组质粒的DNA片段脱落、表达产物的不稳定

第三章微生物的代谢调节

1、微生物代谢调节方式

代谢流向的调控分为代谢物的合成和代谢物的降解；通过快速启动蛋白质的合成和有关的代谢途径,平衡各代谢物流和反应速率来适应外界环境的变化;

代谢速度的调控分为酶量粗调酶合成的诱导和酶合成的阻遏和酶活细调酶活性的激活、酶活性的抑制

反馈阻遏是转录水平的调节,产生效应慢；影响催化一系列反应的多个酶

反馈抑制是酶活性水平调节,产生效应快;只对是一系列反应中的第一个酶起作用

底物对酶的影响称为前馈;产物对酶的影响称为反馈; 2、微生物初级代谢调节包括酶活调节、酶合成调节、遗传控制

1酶活性的调节细调：一定数量的酶,通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率;酶活调节的影响因素包括：底物和产物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、辅助因子以及其他酶的存在等等;特点是反应快速;

酶活性的调节包括：酶活性的激活和酶活性的抑制反馈抑制

2酶合成的调节：通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制;这类调节在基因转录水平上进行,对代谢活动的调节是间接的、缓慢的

3酶合成的阻遏：在某代谢途径中,当末端产物过量时,微生物的调节体系就会阻止代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的合成,从而彻底地控制代谢,减少末端产物生成,这种现象称为酶合成的阻遏;

末端代谢产物阻遏:由于某代谢途径末端产物的过量积累而引起酶合成的反馈阻遏;

分解代谢物阻遏：当细胞内同时存在两种可利用底物碳源或氮源时,利用快的底物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成;这种阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的结果,而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的,所以称为分解代谢物阻遏过去被称为葡萄糖效应;

3、改变细胞膜通透性的方法

A限制培养基中生物素浓度在1～5mg/L,控制细胞膜中脂质的合成；

B加入青霉素,抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；

C加入表面活性剂如吐温80或阳离子表面活性剂如聚氧化乙酰硬脂酰胺,将脂类从细胞壁中溶解出来,使细胞壁疏松,通透性增加；

D控制Mn2+、Zn2+的浓度,干扰细胞膜或细胞壁的形成；

E可以通过诱变育种的方法,筛选细胞透性突变株;

5、人工控制微生物代谢的两种手段：

1生物合成途径的遗传控制

2发酵条件的控制

6.谷氨酸棒杆菌生物素缺陷型生产谷氨酸的调控

第四章微生物次级代谢与调节

1、次级代谢产物：某些微生物在生命循环的某一个阶段产生的物质,它们一般是在菌生长终止后合成的;其生物合成至少有一部分是与核内和核外的遗传物质有关,同时也与这类遗传信息产生的酶所控制的代谢途径有关;微生物产生的次级代谢物有抗生素、毒素、色素和生物碱等;

2、初级与次级代谢途径相互连接次级代谢物通常是由初级代谢中间体经修饰后形成的

修饰初级代谢中间体的三种生化过程生物氧化与还原、生物甲基化、生物卤化

3、前体：指加入到发酵培养基中的某些化合物,它能被微生物直接结合到产物分子中去,而自身的结构无多大变化有些还具有促进产物合成的作用;

中间体是指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质,他们均被进一步代谢,最终获得该途径的终产物;

4、次级代谢物生物合成的原理

①一旦前体被合成,在适当条件下它们便流向次级代谢物生物合成的专用途径;

②在某些情况下单体结构单位被聚合,形成聚合物;这些特有的生物合成中间体产物需做后几步的结构修饰,修饰的程度取决于产生菌的生理条件;有些复杂抗生素是由几个来自不同生物合成途径组成的;

第五章发酵培养基

1、培养基通常指人工配制的供微生物生长、繁殖、代谢和合成所需产物的营养物质和原料,同时,培养基也为微生物等提供除营养外的其它生长所必需的环境条件

2、发酵培养基的要求

①培养基能够满足产物最经济地合成

②发酵后所形成的副产物尽可能的少

③培养基的原料应因地制宜,价格低廉；且性能稳定,资源丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的供应;

④所用培养基应能满足总体工艺的要求,如不应影响通气、提取、纯化及废物处理等;

3、工业上常用的碳源：葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖

工业上常用的氮源：无机氮源：氨水,铵盐,硝酸盐等;有机氮源：玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、棉籽粉、鱼粉、酵母浸出液等;生理酸性物质,如硫酸铵;生理碱性物质,如硝酸钠;

提供生长因子的农副产品原料：

1玉米浆 2麸皮水解液

3糖蜜

4酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉;

产物促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂;

4、发酵培养基的设计和优化方法

正交试验设计、均匀设计、响应面分析

正交试验设计：利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法;它是由试验因素的全部水平组合中,挑选部分有代表性的水平组合进行试验,通过对这部分试验结果的分析,了解全面试验的情况,找出最优的水平组合;

正交实验数据分析,见教材P112-114例题,表4-16,同时确定因素的主次顺序、各因素的优水平、各因素水平的最优组合;小数点后保留一位;

第六章发酵培养基灭菌和空气净化

在发酵工业生产中,为了保证纯种培养,在生产菌种接种培养前,要对培养基、空气系统、消泡剂、流加物料、设备、管道等进行灭菌,还要对生产环境进行消毒,防止杂菌和噬菌体的大量繁殖;

1.微生物热阻：微生物在某一特定条件下主要是温度和加热方式下的致死时间;

2.对数残留定律中各符号的意义;

3.理论灭菌时间的计算

间歇实罐灭菌时间的计算

连续灭菌的灭菌时间计算：

4.灭菌温度的选择：随着温度升高,灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中营养成分的分解速率常数的增加倍数;即当灭菌温度升高时,微生物杀灭速度提高,培养基营养成分破坏的速度减慢;

5.影响培养基灭菌的因素：所污染杂菌的种类、数量、灭菌温度和时间,培养基成分、pH值、培养基中颗粒、泡沫等对培养基灭菌也有影响;

6.无菌空气：指通过除菌处理使空气中含菌量降低至一个极低的百分数,从而能控制发酵污染至极小机会;此种空气称为“无菌空气”;