发酵工程4发酵工业无菌技术(精)
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名词解释发酵工程:指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系,是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。
高通量筛选:是指将许多模型固定在各自不同的载体上,用机器人加样,培养后,用计算机记录结果,并进行分析,实现快速、准确、微量的筛选菌株的方法。
细胞工程育种:在细胞水平上对菌种进行操作,采用杂交、接合、转化和转导等遗传学方法,将不同菌种的遗传物质进行交换重组,使不同菌种的优良性状集中在重组体重,从而提高产量。
主要有杂交育种和原生质体融合育种。
杂交育种:指将两个基因型不同的菌株经吻合是遗传物质重新组合,从中分离筛选出具有新型性状的菌株。
营养缺陷性标记:微生物经诱变处理后产生的一种突变体,需要在培养基上添加一种特定的有机物才能很好的生存,为筛选该菌株而适当添加的遗传标记。
菌种退化:指生产菌种或选育菌种过程中筛选出来的较优良菌株,由于进行接种传代或保藏之后,群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。
理论转化率:指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算,得出转化率大小。
实际转化率:指发酵试验所得转化率的大小。
种子培养:指将冷冻干燥管、沙土管中处于休眠状态的工业菌种接入试管斜面活化后,再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量的纯种的过程。
接种龄:指种子罐中培养的菌丝体转入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
接种量:指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
表观得率:指对底物的总消耗而言的细胞得率。
理论得率:指仅用于细胞生长所消耗底物而言的细胞得率。
呼吸强度:指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量。
用Qo2表示。
耗氧速率:指单位体积培养液在单位时间内的耗氧量,也称摄氧量。
用γ表示。
高密度发酵:指工程菌在短时间内迅速分裂增殖,使菌体浓度迅速升高的过程。
重点部分:发酵工程技术的发展史1、1900年以前,自然发酵阶段。
酿造生产酒、醋等。
2、1900—1940,科赫建立微生物分离纯化和纯培养技术,创造了单细胞纯培养法。
1)接种龄:接种龄是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
2)接种量:指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
临界溶解氧浓度:指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。
3)前体:指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去,而其自身的结构并没有多大变化,但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。
4)产物促进剂:所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂。
5)淀粉糊化:指淀粉受热后,淀粉颗粒膨胀,晶体结构消失,互相接触变成糊状液体,即使停止搅拌,淀粉也不会再沉淀的现象。
6)呼吸强度:单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气,mmol O2·g菌-1·h-17)摄氧率(耗氧速率):单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。
mmol O2·L-1·h-1。
1) 生物反应器过程的多尺度理论指的是哪三个尺度?答:分子尺度、细胞尺度、反应器尺度2)发酵产品生产中尾气分析包括哪些内容?尾气分析仪器主要有哪些?答:尾气CO2的测量和尾气氧的测定,分别采用不分光红外线二氧化碳测定仪(简称IR)和热磁氧分析仪来测定3 )推导单级连续培养过程达到稳定状态时比生长速率与稀释率的关系式µ = D答:单级连续培养是指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。
即比生长速率与稀释率的关系式µ = D。
1 大多数微生物发酵过程在通气条件下容易形成泡沫,对泡沫的控制和消除通常采用的措施有哪些?答:泡沫的控制,可以采用三种途径:①调整培养基中的成分(如少加或缓加易起泡的原材料)或改变某些物理化学参数(如pH值、温度、通气和搅拌)或者改变发酵工艺(如采用分次投料)来控制,以减少泡沫形成的机会。
第1章绪论1、什么是发酵:(工业微生物学家对发酵的定义)通过微生物的生长繁殖和代谢活动,产生和积累人们所需产品(微生物菌体或其代谢产物)的生物反应过程,包括无氧过程和有氧过程,同时涉及分解代谢和合成代谢。
2、发酵工程:指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和技术体系,是生物工程与生物技术学科的重要组成部分,主要包括菌种选育和保藏,菌种的扩大培养,微生物代谢产物的发酵生产和分离纯化等。
3、上游生物技术:基因工程和细胞工程主要是从源头上改良生物遗传特性以获得具有优良生物加工和生物转化能力的生物新品种(或品系),通常称为上游生物技术。
4、发酵工程可使生物的优良遗传性状通过微生物大量繁殖得到高效表达,生产所需的产物,包括菌体和代谢产物(如酶制剂、有机酸、氨基酸,抗生素等等);生化工程则作为实验室所取得的生物技术成果进行产业化的技术支撑,主要内容涉及生物反应及分离纯化过程的放大技术及其设备。
因此,发酵工程和生化工程通常合称为中下游生物技术,是现代生物技术试验成果产业化的关键技术,发酵工程更具有连接生物技术上、下游得纽带作用,成为生物技术中的关键环节,其学科地位显而易见。
5、初级代谢产物:一般将微生物与外界吸收各种营养物质,通过分解代谢和合成代谢,生成维持生命活动的物质和能量的过程,称为初级代谢,这一过程的产物为初级代谢产物。
如:糖类物质,氨基酸,脂肪酸,核苷酸等。
6、次级代谢产物:一般认为,次级代谢是指微生物在一定的生长时期,以初级代谢产物为前体,合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。
这一过程的产物,即为次级代谢产物。
如:抗生素、毒素,激素和色素等。
7、发酵的本质发酵的本质就是由微生物的生命活动所产生的酶的生物催化作用所致。
8、发酵工程发展史的六个阶段:(1)自然发酵阶段:特点:家庭式或者作坊式的手工生产;这一阶段的多数产品(如酒精、醋、酸乳、啤酒等)属于厌氧发酵,且非纯种培养;凭经验传授技术,产品质量不稳定。
第一章绪论一发酵工程的发展史(P3-5)(出选择判断)二发酵工业的特点1发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应,反应安全,要求条件较简单。
2可用较廉价原料生产较高价值产品。
微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。
基于这—特性,可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。
3发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的,反应的专一性强,因而可以得到较为单—的代谢产物。
4由于生物体本身所具有的反应机制,能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应,也可以产生比较复杂的高分子化合物。
5发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外,反应必须在无菌条件下进行。
如果污染了杂菌,生产上就要遭到巨大的经济损失,要是感染了噬菌体,对发酵就会造成更大的危害。
因而维持无菌条件是发酵成败的关键。
6微生物菌种是进行发酵的根本因素,通过变异和菌种筛选,可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用,也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。
7发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制,可以根据订单安排通过发酵设备来生产多种多样的发酵产品。
第二章发酵工业菌种一从自然界分离筛选菌种的一般步骤二发酵工业对菌种的要求1能在廉价原料制成的培养基上迅速生长,且生成的目的产物产量高、易于回收;2生长速度和反应速度较快,发酵周期较短;3培养条件易于控制;4抗噬菌体及杂菌污染的能力强;5菌种不易变异退化;6对放大设备的适应性强;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。
三菌种改良的原因和具体目标菌种改良原因:来源于自然界的微生物菌种,在长期的进化过程中,形成了一整套精密的代谢控制机制,微生物细胞内具有反馈抑制、阻遏等代谢调控系统,不会过量生产超过其自身生长、代谢需要的酶或代谢产物,所以,从自然界分离得到的野生菌株,不论在产量还是质量上,均难以满足工业化生产的需求,故需要对菌株进行改良。