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1、1发酵工程：即是应用生物学，化学和 工程技术学原理，大规模培养动植物和微生 物细胞，生产生物量或产物的科学。 2工业化发酵过程：1)微生物生物量 2）微生物酶 3）微生物代谢产物 4）基因重 组产物 5）微生物转化 3初级代谢产物：在对数期产生，供给 细胞生长的物质。（产生初级代谢的生长阶 段又称营养期） 4次级代谢产物：在指数期后期的减速 期和稳定期形成，对细胞代谢无明显影响的 物质；在连续培养时，当微生物以低生长速 率即缓慢生长而不是停止生长时也产生次级 代谢。 5微生物转化：生物细胞或其产生的酶 能将一种化合物转化成化学结构相似，但经 济上更有价值的化合物，这个过程称为微生 物转化。 6
2、菌种筛选的一般过程：土样的采取 预处理培养菌落的选择产品的鉴定 7菌种的选育，改造目的：1.防止菌种 退化 2.解决生产实际问题 3.提高生产能力 4. 提高产品质量 5.产生新产品 8反馈调节系统：主要包括反馈抑制和 反馈阻遏。反馈抑制是生物化学途径的末端 产物抑制途径中某个催化酶的活性（通常是 第一个反应）；反馈阻遏是生物化学途径的 末端产物组织反应途径中某个催化酶的合成 （阻遏发生在基因水平） 9无分支代谢途径：仅有一个产物的代 谢途径。 10菌种保藏的基本原理：根据微生物 的生理生化特性，人为的创造条件，使微生 物处于代谢不活跃、生长繁殖受到抑制的休 眠状态，以减少菌种的变异。 11菌
3、种的退化：指整个菌体在多次接 种传代过程中逐渐造成菌种发酵力或繁殖力 下降或发酵产物得率降低的现象 12发酵工程菌种的扩大培养：具体指 将保存砂土管或冷冻干燥管中处于休眠状态 的生产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，从而获得一定数 量和质量的纯种。这些纯种培养物称为种子。13菌种的扩大培养程序：实验室种子 制备（斜面菌种的培养、摇瓶种子培养）； 生产车间种子制备 14培养基：是提供微生物生长繁殖和 生物合成各种代谢产物所需要的、按一定比 例配制的多种营养物质的混合物(满足菌体的 生长、促进产物的形成）。 15发酵工业培养基组成成分：碳源、 氮源 、无机盐及微量元素、水、
4、生长因子、 前体、产物促进剂、诱导物和抑制剂、螯合 剂、缓冲剂、需氧量、消泡剂 16前体：指某些化合物加入到发酵培 养基中，能直接被微生物利用在生物合成过 程中结合到产物分子中去，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 生长因子：微生物生长 不可缺少的微量有机物。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。 17淀粉酸水解原理：淀粉各类糊 精麦芽糖葡萄糖 18淀粉酸水解的工艺流程：原料（淀 粉、水、盐酸）调浆糖化冷却 中和、脱色过滤除杂糖液 19培养基灭菌的定义：是指从培养基 中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子
5、， 或从中将其除去 20对数残留定律：微生物的热死亡速 率与任一瞬时残活菌数成正比（通常的灭菌 度为 10-3） 21保证分批灭菌成功的要素 1.内部结 构合理(主要是无死角)，焊缝及轴封装置可 靠，蛇管无穿孔现象 2.压力稳定的蒸汽 3.合 理的操作方法。22灭菌过程中以下两种类型的反应会 使营养物质质量下降：1.培养基中营养成分 间相互反应，如美拉德反应（棕色反应，主 要由碳水化合物和氨基酸类或蛋白质反应产 生）2.热敏感物质的降解，如氨基酸、蛋白 质、维生素在蒸汽灭菌时可被降解。 23发酵培养基的过滤除菌机理：1.惯 性作用 2.扩散作用 3.静电吸附 4.拦截作用 24过滤介质类型：1
6、.过滤介质孔径小 于颗粒直径 2. 过滤介质孔径大于颗粒直径 （非固定孔径过滤主要通过惯性作用、扩散 作用和静电吸附来阻滞颗粒；固定孔径过滤 经拦截作用阻滞颗粒） 一般地，发酵生产 要求空气无菌度（染菌率）为 10-3 25单根纤维过滤除菌的机理： 1.惯性 捕集作用 2.扩散作用 3.静电吸附 4.拦截捕集 作用 5.重力沉降作用 26空气过滤除菌设备：1 粗过滤器 2 空气贮罐 3 空气冷却器 4 气液分离器 5 空气 过滤器 27空气处理流程:1、高空采风、两次 冷却、两次分油水、适当加热流程(两次冷却、 两次分油水、适当加热。空气第一次冷却到 3035，第二级冷却至 2025，经分 水
7、后加热到 3035，因为温度升高，相对 湿度下降) 2、冷热空气直接混合式空气除菌 流程(特点 ：省去一级冷却和分离设备及空 气再加热设备，简化了流程，使冷却水用量 也降低了。压缩空气从贮罐出来分两路，一 部分进冷却器，经分离器分离水、油雾后与 另一部分未处理过的高温压缩空气混合，使 混合后的空气温度为 3035，相对湿度为 5060%) 28发酵动力学：是研究各种环境因素 与微生物代谢活动之间的相互作用随时间变 化的规律的科学。用数学模型定量地表达发 酵过程中各种与生长、基质代谢、产物生成 有关的因素，是发酵动力学研究的重要方法。29分批发酵：是指在一封闭培养系统 内具有初始限制量基质的一种
8、发酵方式。 30放 分批培养过程中菌体生长曲线： 可分为调整期、对数生长期、平衡期和衰亡 期四个阶段 31稳定期和衰退期出现的原因：1、 底物的消耗 2、其他营养物质不足 3、氧的 供应不足 4、抑制物的积累 5、生物空间不 足 32得率(或产率，转化率，Y)：包括生 长得率(Yx/s)和产物得率(Yp/s)。是指被消耗 的物质和所合成产物之间的量的关系。 33生长得率：是指每消耗 1g(或 mo1) 基质(一般指碳源)所产生的菌体重量(g)，即 Yx/s=X/S。 34产物得率：是指每消耗 1g(或 mo1) 基质所合成的产物的克数(或 mol 数)。这里 消耗的基质是指被微生物实际利用掉的
9、基质 数量，即投入的基数减去残留的基质量(So- S)。 35转化率：往往是指投入的原料与合 成产物数量之比 36基质比消耗速率qs,g(或 mo1)g 菌体h：系指每克菌体在一小时内消耗营养 物质的量。它表示细胞对营养物质利用的速 率或效率。在比较不同微生物的发酵效率上 这个参数很有用。 37产物比生产速率qp，g(或 mo1) g 菌体h：系指每克菌体在一小时内合成 产物的量，它表示细胞合成产物的速率或能 力，可以作为判断微生物合成代谢产物的效 率。 38提高微生物生长得率的措施:1.要筛 选优良的菌种，其本身就应具备高的生长得 率。2.要选择合适的培养基配方，提供略微 过量的其它营养物质
10、，使碳源成为最终的限 制性物质。3.须选择和控制合适的培养条件， 使得微生物的代谢按所需方向进行。39气升式发酵罐：特点：结构简单、 不易染菌、溶氧效率高和耗能低等 类型：气 升环流式、鼓泡式、空气喷射式 40自吸式发酵罐：是一种不需要空气 压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵 罐。结构大致上与通用式发酵罐相同，主要 区别在于搅拌器的形状和结构不同 41 4.在发酵的操作过程中要尽量防止 杂菌污染 42发酵周期：实验周期是指接种开始 至培养结束放罐这段时间。但在工业生产上 即从第一罐接种经发酵到结束至第二次接种 为止这段时间为一个发酵周期 43连续发酵: 把新鲜的培养基连续地 供给均匀混合的
11、发酵系统，同时又以相同的 速度把含有细胞和产物的发酵液从发酵系统 中抽出便可使发酵过程连续化，并且使发酵 罐内的液量维持恒定不变，使培养物在近似 恒定状态下生长的培养方法 44固态发酵：微生物在具有一定温度 和湿度的固体培养基的表面进行生长、繁殖、 代谢的发酵过程称作为固态发酵 45氧的传递速率：通入发酵液中的气 泡愈小，气泡与液体的接触面积就愈大，液 体中氧的溶解速率也就愈快。 46增加溶氧速率的方法：a）采用搅 拌桨分散和打碎气泡 b）利用循环管中的泵 或螺旋桨增加液体的循环量，并使喷入或吸 入的气体细化，增加气液两相的接触面积 47发酵罐的结构：主要包括罐体、搅 拌器、轴封、消泡器、联轴
12、器、中间轴承、 空气吹泡罐、挡板、冷却装置、入孔、视镜 以及管路 48罐体：1.防腐蚀 ，不锈钢 2.清洗、 灭菌要求 3.安装、检修、观察要求 4.各种用 途的接管 49机械消泡装置类型：1.耙式消泡器 2.涡轮式消泡器 3.离心式消泡器 4.碟片式消 泡器 50空气分布装置：吹入无菌空气，并 使空气均匀分布。有单管和环形管 51动物细胞培养反应器： 52描述微生物需氧的物理量 1.比耗氧 速度或呼吸强度（QO2）：单位时间内单位 重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2g 菌- 1h-1;2.摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发 酵液所需要的氧量。mmol O2L-1h-1。 CCr: 临界
13、溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的 最低溶氧浓度（一般对于微生物： CCr: 115%饱和浓度）。定义：氧饱和度发 酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度。所以对于微 生物生长，只要控制发酵过程中氧饱和度1. 53影响需氧的因素：1.菌体浓度 2.QO2 中 1）遗传因素 2）菌龄 3）营养的 成分与浓度 4）有害物质的积累 5）培养条 件 54氧从空气传到细胞以下 3 个步骤： 1.氧从细胞传递到溶液 2.溶氧从发酵液传递 到微生物细胞 3.细胞吸收溶氧 55补料分批发酵:补料分批发酵也叫半 连续发酵、半连续培养，流加发酵,它是以分 批培养为基础，间歇或连续地补加新鲜培养 基的一种发酵方法。 56补料分
14、批培养特点:与分批发酵相比， 发酵系统可维持很低的基质浓度。低基质浓 度的优点: 571.可以除去快速利用碳源的阻遏效 应，并维持适当的菌体浓度，使不致于加剧 供氧矛盾 2.避免在培养基中积累有毒代谢物， 即代谢阻遏 3.不需要严格的无菌条件，也不 会产生菌种老化和变异等问题 适用范围：补 料分批发酵广泛应用于抗生素、氨基酸、酶 蛋白、核苷酸、有机酸及高聚物等的生产 58供养和耗氧的平衡：1）控制生物 量浓度 2）控制比耗氧速率 3）既控制生物 量浓度也控制比耗氧速率 59PH 对发酵的影响及控制：1.PH 对 发酵的影响：1）影响酶活性 2）影响微生物细胞膜的带电状况 3）影响培养基中某些营
15、 养物质的可给性 4）可改变培养基氧化条件 5）影响产物稳定性 6）影响某些微生物的形 态 2.发酵过程中 PH 的调节：1）调节培养基 配方 2）补料控制 60二氧化碳对发酵的影响：影响菌体 生长、代谢产物积累，抑制某些发酵作用， 影响细胞膜结构 61菌体污染的方法：1.选育抗噬菌体 菌种 2.保护环境 62预处理即物料的除杂、筛选和粉碎， 热处理即物料的糊化、糖化和灭菌 63固体物料的筛选除杂设备：1.大麦 粗选机是带有风力除尘的振动筛，筛面倾斜 作前后往复运动，称平摇倾斜筛 2.磁力除铁 器固定形磁钢装置 3.大麦精选机 4.大麦分级 机（平板分级筛和圆筒分级 64固体物料的粉碎种类：挤
16、压、冲击、 研磨、剪切、劈裂粉碎粉碎机械：锤式粉碎 机、辊式粉碎机、盘磨机固体物料的加水粉 碎（湿法粉碎）：采用一级或二级粉碎，主 要部分：输料装置、加料器、粉碎机和加热 器等 65下游过程：即是将发酵液经过一系 列单元操作，把目标产物提取分离出来，精 制成为合格的产品的过程。下游过程一般包 括 4 个阶段：发酵液的预处理和固液分离 初步纯化高度纯化（精馏）成品的最 后加工 66发酵产物的提取分离纯化各阶段 的每个步骤都有若干单元操作可以选用，其 中包括常见的单元操作，如离心过怒萃取 浓缩各种色谱技术等 67发酵产物的提取精制方法的优化与 工艺设计的目标是产率高品质优成本低 操 作简便 无环境污染。 68过滤速度的强化：降低滤饼比阻 力降低绿叶黏度悬浮液中悬浮固体的浓 度热处理提高过滤压力差 69
