生化工程期末考试整理——by悦
题型：1、填空（20分）；2、选择（20分）；3、问答题（20分）；4、计算（40分）。
第一章绪论
1、生化工程学科的产生：
①传统的发酵业-混沌时期；②发酵工业走向科学（1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵母发酵引起的）；
③发酵工程的早期阶段（厌氧发酵、好氧发酵）；④生化工程学的起点（1928年由 Fleming发现青霉素）。
2、两个关键技术-奠定生化工程学科基础
①通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。
②抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。
3、生物化学工程
定义：运用化学工程学原理方法, 将生物技术实验成果进行工程化、产业化开发的一门学科。实质：研究生物反应过程中的工程技术问题，是微生物学、生物化学与化学工程结合。
第二章培养基灭菌
1、培养基灭菌目的：发酵过程要求纯培养
2、灭菌与消毒的区别
消毒是指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。例如，用于消毒牛奶、啤酒和酿酒原汁等的巴氏消毒法，是将物料加热至60℃维持30min，以杀死不耐高温的物料中的微生物营养细胞。
灭菌是用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。
消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。
3、灭菌方法
4、湿热灭菌
原理：由于蒸汽具有很强的穿透力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热（潜热），很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。
灭菌条件：121℃，30min。
灭菌不利方面：同时也会破坏培养基中的营养成分，甚至会产生不利于菌体生长的物质。因此，在工业培养过程中，除了尽可能杀死培养基中的杂菌外，还要尽可能减少培养基中营养成分的损失。
5、分批灭菌 (batch sterilization) 、实罐灭菌(实消)：
定义：利用热空气或高压蒸汽对培养基与发酵罐同时灭菌。
分批灭菌的特点：
适用于：培养基易发泡或黏度大
优点：操作简便，无需连消的设备，并减少了杂菌污染的机会
缺点：升温降温时间长，设备利用率低
各阶段对灭菌的贡献：升温20%；保温75%；降温5%。
6、连续灭菌(continuous sterilization)(连消)
定义：培养基通过连续灭菌装置，快速连续加热灭菌，后进入灭菌的空罐。
连续灭菌装置：1).连消塔保温罐连续灭菌；2).板式热交换器连续灭菌；3).蒸汽喷射连续灭菌。
7、分批灭菌与连续灭菌的特点比较
8、培养基灭菌要求：
达到需要的无菌程度；有效成分受热破坏程度尽可能低。
灭菌工作关键：控制加热温度（T）和受热时间(t)。
☆9、微生物的热死规律----对数残留定律
微生物受热死亡的主要原因是高热能使蛋白质变性，这种反应可认为是单分子反应，死亡速率可视为一级反应，即与残存的微生物数量成正比。
菌的死亡速率－dN/dt与任何瞬间残留的活菌数N成正比。
公式：ln(Ns/N0)=－Kt
N0：原有活菌数（t=0,污染度）
Ns：经t时间后残存活菌数（灭菌度，Ns＝10－3）
10、K－比死亡速率常数（反应速率常数）（选择、填空）
K大小反映微生物受热死亡的难易程度。与微生物的种类及加热温度有关
◇相同温度下，k值愈小，加热时间长，则此微生物愈耐热。即：t=1/K *ln(N0/Ns)
◇同一种微生物在不同灭菌温度下，灭菌温度愈低，k值愈低；温度愈高，k值愈高。t=1/K *ln(N0/Ns) K是温度T的函数，故T对K的影响是热灭菌设计的核心问题之一。
11、Arrhenius方程
K=Ae－ΔE/RT
K：比死亡速率常数，也称反应速率常数（min－1或s－1 ）
A：阿氏常数(s－1 ）
E：活化能（J/mol）化学反应中，反应物分子到达活化分子所需的最小能量。活化能的大小与反应速率相关，活化能越低，反应速率越快，因此降低活化能会有效地促进反应的进行。
T：绝对温度（K），T（K）＝t(℃)+273
R：气体常数 (8.31 J/ mol· K )
e: 2.718
12、D（1/10衰减时间） decimal reaction time：
活微生物在受热过程中减少到原来数目的1/10所需要的时间。
☆与K的关系为：
D =－ln(0.1N0/ N0) / K=－2.303 lg0.1 / K = 2.303 / K
13、灭菌标准：（不用记忆，考试会给出）
以杀死耐热芽孢杆菌为准：ΔEs = 68700 cal/mol.k, As =7.94×1038 (s-1)
即: K= 7.94×1038 e-68700/1.98T
14、营养受热分解规律
符合微生物热死亡动力学规律和Arrhenius方程：
－dC/dt = K’ C
可变形为： ln(Cs/Co)=－K’t 或 Cs=C0e－K’t K’=Ae－ΔE’/ RT
K’：营养成分受热分解速率常数（min－1,s－1 ）
ΔE：营养成分受热分解反应的活化能（J/mol）
Co：初始营养物质浓度
Cs：时间t后营养物质浓度。
15、采用高温瞬时灭菌法的理论基础（问答）
微生物受热死亡的活化能ΔE比营养成分受热分解的活化能ΔE’大。ΔE大，说明反应速率随温度变化也大；当温度升高，微生物死亡速度比营养成分分解速度快。
当温度升高，微生物死亡速度比营养成分分解速度快。故采取高温瞬时，有利于快速杀灭菌体，而且减少营养的破坏。养分虽因温度增高破坏也增加，但因灭菌时间大为缩短，总破坏量因之减少。
例题：
1.若温度从120℃升至150℃，分别计算120℃和150℃下的VB1的分解速率常数KB和嗜热芽孢杆菌的比死亡速率常数Ks；并比较
KB150/KB120; Ks150/Ks120，反映何种规律。
已知ΔEB1 =92114J/mol,AB1=9.30×1010（min-1）; ΔEs = 284460J/mol,As =1.34×1036 (min-1)
2.在120℃下灭菌7.6min，计算此时VC的损失率。(120℃下，若Kc ＝0.055min－1)
3.某厂培养基初始杂菌数为106个/ml, 生产要求最终无菌度为10-3。当发酵容器由1m3放大至10 m3时，总灭菌效果增加多少。
4.发酵培养基60 m3，初始杂菌数为105个/ml, 生产要求最终无菌度为10-3。采用分批灭菌方式，120℃维持5min.已知升温和降温的灭菌效果不超过总灭菌度效果的25％。则所设计的T-t过程是否达到无菌要求。如何改进。
第三章空气除菌
1、空气除菌的意义：发酵要求纯种培养
微生物种类：以细菌和细菌芽孢较多,也有酵母、霉菌和病毒等
2、好气性发酵对空气无菌度的要求
工业设计要求: 10-3；概率意义: 经过1000次使用周期中有允许一个杂菌通过
3、空气除菌的方法: 除去或杀灭
①加热灭菌②静电吸附: 能耗小；捕获率低，空气需干燥③介质过滤除菌：
过滤介质：棉花：阻力大，易受潮；活性炭：阻力小，但效率为棉花1/3,与棉花混合使用；玻璃纤维；石棉滤板；烧结材料。
相对过滤（深层过滤）：0.5-2.0 μm颗粒物除去
绝对过滤：d<0.45 μm
4、过滤除菌设备（过滤除菌）
1）深层纤维介质（棉花、活性炭、玻璃纤维）过滤器：填充物顺序：孔板－铁丝网－麻布－棉花－麻布－活性炭－麻布－棉花－麻布－铁丝网－孔板
2) 平板式纤维纸过滤器
5、空气过滤器的尺寸
a.过滤器的直径D（决定了过滤面积）
