《生化生产工艺学重点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生化生产工艺学重点（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章：绪论 生化生产工艺学：是一门利用生物代谢过程并借助于对代谢过程的的控制来获得生物产品的 过程为研究对象的学科。生化生产过程的特点：常温下进行，条件比较温和；原料一般无害；以生命体的自动调节方 式进行；容易产生复杂的高分子化合物；防止染菌等。生化生产过程的共性：优化培养基；纯种培养，防止杂菌污染；合理设计一级、二级等种子 培养系统；传热传质；合理培养过程控制；产物合理提取分离纯化等。第二章：工业微生物基础 工业微生物分离：采样；样品的预处理；富集；纯种分离；生产性能的测定。 工业微生物育种的保藏：主要根据微生物生理、生化特点，人为的创造条件(低温、干燥、 缺氧)，是微生物处于代谢不活泼、
2、生长繁殖受抑制的休眠状态。尽可能少发生突变，以达 到保持纯种的目的与意义。斜面保藏法；冷冻干燥保藏法；低温保藏法。作为种子的条件：生命旺盛有活力；菌体总量适宜；生理状态稳定；无杂菌；保持稳定点额 生产能力。接种龄：种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐的培养时间。 接种量：移入的种子 液体积和接种后培养液体积的比例。种子的制备过程：斜面菌种、一级种子培养、二级种子培养、发酵2 、 种子罐级数越少越好3、三级种子的特点：种量更大，生长速度快、糖酸转化率高且稳定4、接种量的大小决定于：生产菌种在发酵罐中的繁殖速度5、影响种子质量的因素：培养基、种领与接种量、温度、PH、通气和搅拌、泡沫、染菌 的
3、控制6、种子罐级数：是指制备种子逐级扩培的次数7、种龄(seed age )指种子罐培养种子从开始至结束的培养时间 第三章：培养基设计和淀粉质量工艺淀粉水解制糖的方法：酸解法；酶解法；酸酶结合法。 酸解法：又称酸糖化法，是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。 酶解法：是利用专一性很强的的淀粉酶剂糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法。 酸酶法：先将淀粉酸水解为糊精和低聚糖，然后再用糖化酶进一步水解为葡萄糖的工艺。 酶酸法：将淀粉乳先用淀粉酶液化到一定程度，再用酸水解成葡萄糖工艺。 淀粉的糊化：指淀粉受热后，淀粉颗粒吸水膨胀，晶体结构消失，相互接触变成糊状液体， 即使停止搅拌，淀粉也不会再
4、沉淀的现象。 淀粉的老化：指分子间氢键已断裂的糊化淀粉 又重新排列生成新的氢键的过程，也就是重结晶过程。糖化：利用糖化酶将淀粉液化产物糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的过程。 酸解法：生产方便，设备要求低，水解时间短，设备生产能力大。要求设备耐腐蚀耐高温耐 高压，副反应，对淀粉要求高。酶解法：条件温和，专一性强副反应少，可在较高的浓度下水解，糖液纯净。但时间长，设 备要求高，难分离。糖化终点的控制盒检查：淀粉，碘液。不能单独用碘液，可单独用淀粉。1、氮源使用的一些相关问题 有机氮源和无机氮源应当混合使用有些产物会受氮源的诱导和阻遏 有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力 开发效果好、有针对性的有
5、机氮源仍然是令人感兴趣的课题2、无机盐及微量元素、作用：各种不一样构成菌体成分； 作为酶活性基的组成部分或维持酶的活性；调节渗透压、pH值、氧化还原电位等； 作为自养菌的能源。来源： C、 N 源，以盐的形式补充、用量：根据具体的产品，以实验决定、使用注意点A.对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和微量元素在发酵过程中必须加以考虑B、使用时注意盐的形式（pH的变化）3、水的作用（1）水是良好的溶剂，菌体所需要的营养物质都是溶解于水中被吸收的。（2） 渗透、分 泌、排泄等作用都是以水为媒介的；（3）水直接参与代谢作用中的许多反应。所以，水在生物化学反应中占有极为重要的地 位。 （4） 水的
6、比热高，能有效地吸收代谢过程中所放出的热，使细胞内温度不致骤然上 升。 （5） 水是热的良导体，有利于放热，可调节细胞的温度。4、酶解法的优缺点 优点：酶反应条件温和，不需要高温、高压和耐酸的设备；酶的作用专一性强，淀粉水解的 副反应少，水解糖液纯；可在较高的淀粉乳浓度下水解；可用粗原料；糖液颜色浅，较纯净、 无苦味、质量高。缺点：酶解时间长、需要专门的设备，酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。 第四章：培养基和空气灭菌 工业中，培养基、发酵设备一般都采用蒸汽灭菌，对空气采用过滤方法除菌。 相对热阻：指微生物在某一特定条件下的致死事件与另一微生物在相同条件下的致死时间的 比值。对数残留定律：灭菌过
7、程中，活菌数量逐渐减少，其减少量随残留活菌数的减少而递减，即 微生物的死亡速率与任一瞬时残存的活菌数呈正比。间歇灭菌：将配制好的培养基放在发酵罐中或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所有设备一 起进行加热灭菌的过程。分批灭菌：将配制好的培养基输入发酵罐内，用直接蒸汽加热，达到灭菌要求的温度和压力 后维持一定时间，再冷却至发酵要求的温度，这一工艺过程称分批灭菌（实罐灭菌） 连续灭菌：将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热，保温和冷却而进 行灭菌。空气除菌介质：纤维状和颗粒状介质；过滤纸类介质；微孔滤膜过滤介质。 提高过滤除菌效率：减少进口空气的含菌量设计和安装合理的空气过滤器；设计合
8、理的空气 预处理设备；降低进入空气过滤器的空气相对湿度。影响培养基灭菌的因素PH 值的影响、培养基的成分、培养基中的颗粒物质、微生物细胞中水含量、微生物性质与 数量、冷空气排除情况、泡沫、搅拌。第五章：养的供需与传递 比耗氧速率：单位质量的细胞在单位时间内消耗氧的量。 摄氧率：单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。 溶解氧的测定方法：化学法；极谱法；复膜氧电极法；压力法。 氧传递系数的测定：亚硫酸盐氧化法；取样极谱法；物料衡算法；动态法；排气法；覆膜电 极测定 KLa影响氧传递速率的因素：溶液的性质；气液比表面积。 控制溶氧的工艺手段：增大通气量；改变搅拌速度；氧分压；罐压；发酵液理化性质；传
9、氧 中间介质。第七章：发酵染菌及其防治 发酵染菌的规模分析：多罐染菌、单罐染菌、前期染菌、中后期染菌 代谢参数按性质分可分三类：物理参数、化学参数、生物参数 染菌：发酵过程中除了生产菌以外，还有其它菌生长繁殖 染菌的检查和判断：显微镜检查法；肉汤培养法；平板划线法或斜面检查培养法；发酵过程 的异常现象观察法。发酵染菌原因：设备渗漏，空气带菌，种子带菌，灭菌不彻底，技术管理不善。 菌种退化：环境，自身突变。防治：复壮，良好的环境条件，合理传代，优良的保藏方法，定期纯化菌种。 环境是噬菌体感染的主要原因。1、发酵染菌对提炼和产品质量的影响发酵染菌对过滤的影响：染菌的发酵液一般发粘，菌体大多数自溶，
10、所以在发酵液过滤时 不能或很难形成滤饼，导致过滤困难。发酵染菌对提炼的影响：染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。 采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进 一步提纯。2、染菌的防止措施防止种子带菌防止设备渗漏防止培养基灭菌不彻底防止空气 引起的染菌3、染噬菌体表现为： 镜检可发现菌体数量明显减少，菌体不规则，严重时完全看不到菌体，且是在短时间内菌 体自溶。发酵pH值逐渐上升，48小时之内可达8.0以上，不再下降。发酵液残糖高, 有刺激臭味，粘度大，泡沫多。生产量甚少或增长缓慢或停止有无染噬菌体，根本的要 做噬菌斑检验4、噬菌体的防治 必须建
11、立工厂环境清洁卫生制度，定期检查、定期清扫，车间四周有严重污染噬菌体的地 方应及时撒石灰或漂白粉。 车间地面和通往车间的道路尽量采取水泥地面 种子和发酵工段的操作人员要严格执行无菌操作规程，认真地进行种子保管，不使用本身 带有噬菌体的菌种。感染噬菌体的培养物不得带入菌种室、摇瓶间 认真进行发酵罐、补料系统的灭菌。严格控制逃液和取样分析和洗罐所废弃的菌体。对倒 罐所排放的废液应灭菌后才可排放。 选育抗噬菌体的菌种，或轮换使用菌种。 发现噬菌体停搅拌、小通风，将发酵液加热到70800C杀死噬菌体，才可排放。发酵罐 周围的管道也必须彻底灭菌。5、染菌对发酵的危害：干扰生产菌的正常代谢，降低产量改变p
12、H,降解某些产物 污染不同的微生物，不同阶段染菌危害6、染菌对提炼的危害： 过滤困难而大幅度降低过滤收率有机溶剂萃取时发生乳化7、染菌后的措施发酵液必须灭菌后才可放下水道寻找染菌的原因染菌厉害时，车间环境要用石灰消毒 第八章：发酵过程的工艺控制微生物生长分为：迟滞期、对数生长期、稳定期和死亡期 发酵条件及过程控制的控制难点：过程的不确定性和参数的非线性 发酵过程工艺控制的目标是：得到最大的比生产速率和最大的生产率 发酵热包括：生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热 发酵热：就是发酵过程中释放出来的净热量（这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和 就叫做净热量）。生物热：在发酵过程中，菌体不断利用培养基
13、中的营养物质，将其分解氧化而产生的能量， 其中一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余 一部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。溶氧控制的一般策略：前期大于临溶氧浓度，中后期满足产物的形成。 临界溶氧浓度：当培养基中不存在其它限制性基质时，不影响好氧性微生物繁殖的最低的溶 解氧的浓度。一般为饱和浓度的 1-25%。消泡剂分为：破泡剂、抑泡剂 常用的消泡剂：天然油脂、聚醚类消泡剂、高碳醇、硅酮类 分批培养:指在一个密闭系统中投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培 养，是微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法
14、。 补料培养：指在分批培养过程中，间歇或连续的补加新鲜培养基的培养方法。 连续培养：指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基，同时以相同的速度流出培养液， 从而使培养系统内培养液的液量维持恒定，使微生物细胞恩能够在近似恒定状态下生长的微 生物培养方式。1、分批培养的优缺点 优点：操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程和产品质量容易掌握 缺点：产率低， 不适于测定动力学数据2、补料分批培养的优缺点优点： 在这样一种系统中可以维持低的基质浓度，避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通 过补料控制达到最佳的生长和产物合成条件；还可以利用计算机控制合理的补料速率，稳定 最佳生产工艺。缺点 ： 由于没有物料
15、取出，产物的积累最终导致比生产速率的下降。由于有物料的加入增 加了染菌机会3 、连续培养的优缺点优点：控制稀释速率可以使发酵过程最优化。发酵周期长，得到高的产量。由于U=D，通 过改变稀释速率可以比较容易的研究菌生长的动力学 缺点：菌种不稳定的话，长期连续培养会引起菌种退化，降低产量。长时间补料染菌机会大 大增加。4、发酵过程pH变化的原因基质代谢：糖代谢氮代谢生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降产物形 成菌体自溶， pH 上升，发酵后期， pH 上升。5、pH 对发酵的影响1） pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻（2）pH 值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营 养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行（3）pH 值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利 用 （4） pH 影响代谢方向6、pH 的控制调节好基础料的 pH。 在基础料中加入维持 pH 的物质， 通过补料调节 pH 当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH不同调pH方法的影响发酵的不同阶段采取不同的pH值7、控制溶氧的工艺手段改变通气速率（通气量的改变）：在低通气量的条件下，增大通气量对提高Kia效果明 显。在通气量已经
