搜索
生物工艺学复习提纲第一章绪论什么叫生物工艺学？p1生物工艺学，也称生物技术，是指以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的过程技术手段，按照设计改造生物体或生物原料，为人类生产出所需要产品或达到某种目的的技术。第二章工业微生物菌种选育、制备、保藏纯种培养；纯种分离的方法？划线、稀释常选用单菌落分离法。把菌种制备成单孢子或单细胞悬浮液，经过适当的稀释后，在琼脂平板上进行划线分离。(即是将含菌样品在固体培养基表面做有规则的划线,有扇形划线法、方格划线法及平板划线法等)也可以采用稀释法，该法是通过不断地稀释，使被分离的样品分散到最低限度，然后吸取一定量注入平板，使每一微生物都远离其他微生物而单独生长成为菌落，从而得到纯种。2、什么叫诱变育种及方法分类？p15,诱变育种是通过人工处理微生物，使之发生突变，并运用合理的筛选程序和方法，把适合人类需要的伏良菌株选育出来的过程。方法分类：物理诱变，化学诱变，生物诱变3、什么叫原生质体融合？见PPT原生质体融合就是将双亲株的微生物细胞分别通过酶解去壁，使之形成原生质体，然后在高渗条件下混合，并加入物理的、化学的或生物的助融条件，使双亲株的原生质体间发生相互凝集和融合的过程。4、菌种的退化（原因）、复壮措施？p29及PPT造成菌种退化的原因主要有：(1)自然突变:微生物高速繁殖过程中，DNA要进行大量快速复制，会出现某些基因的差错从而导致突变发生，故繁殖代数越多，突变体的出现也越多。(一是菌种保藏不妥,自然突变)(2)环境条件:环境条件对菌种退化有影响，如营养条件，环境温度也是重要的作用因素。例如，温度高，基因突变率也高，温度低则突变率也低，因此菌种保藏的重要措施就是低温。其他环境因子，如紫外线等诱变剂也可加速菌种退化。(二是菌种生长的条件要求没有得到满足，或是遇到不利的条件，或是失去某些需要的条件。)复壮措施：常用方法是单细胞分离、纯化、扩大培养。也可用高剂量紫外线和低剂量化学诱变剂如NTG等联合处理，或用低温处理等，通过淘汰衰退个体而达到复壮的目的。(1)纯种分离法(2)淘汰已衰退的个体（3）通过寄主体进行复壮6、菌种保藏的常用方法？p30及PPT常用方法：(1)冷冻干燥保藏法(2)液氮保藏法(3)斜面保藏法(4)液体石蜡覆盖保藏法(5)载体保藏法(6)悬液保藏法7、工业生产常用微生物菌种有哪些？写出至少5种细菌（醋酸菌、假单胞菌、乳酸菌、大肠杆菌、芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌、产氨短杆菌、甲烷产生菌）、放线菌、酵母菌（啤酒酵母、葡萄汁酵母、毕赤酵母）、霉菌（毛霉、根霉、曲霉、）担子菌和藻类。8、菌种进入种子罐有两种方法：孢子进罐法，摇瓶菌丝进罐法。种子罐的级数及发酵的级数之间的关系。种子罐种子制备一般可分为一级种子、二级种子和三级种子的制备。种子罐的级数主要决定于菌种的性质和菌体生长速度及发酵设备的合理应用。种子罐级数减少，有利于生产过程的简化及发酵过程的控制，可以减少因种子生长异常而造成发酵的波动。9、了解菌种选育的概况第三章工业培养基及其设计1、制备培养基的基本原则？p36①目标明确②营养协调③条件适宜（pH，渗透压及其他条件）④经济合理2、培养基的分类？p38-39（根据微生物类群、对培养基成分的了解程度、物理状态、功能分类，了解伊红美蓝培养基鉴别大肠杆菌与致病的沙门氏菌、志贺氏菌）按培养微生物与营养类型区分：细菌培养基、放线菌培养基、酵母菌培养基、霉菌培养基、自养微生物培养基、异养微生物培养基按对培养基成分的了解程度区分：天然培养基（化学成分不确定），合成培养基（化学成分确定），半合成培养基（化学成分部分确定）按制备后培养基的物理状态区分：固体培养基，半固体培养基，液体培养基按培养基的功能区分：选择培养基，鉴别培养基，选择压力培养基伊红美蓝培养基中的伊红和美蓝的作用：★鉴别染色，伊红是一种红色酸性染料，美蓝是一种蓝色碱性染料。大肠杆菌能强烈分解乳糖产生大量有机酸，结果与两种染料结合形成深紫色菌落。由于伊红还发出略呈绿色的荧光，因此在反射光下可以看到深紫色菌落表面有绿色金属闪光。而肠道内的沙门氏菌和志贺氏菌不发酵乳糖，所以形成无色菌落。这样就可以将无害的大肠杆菌与致病的沙门氏菌和志贺氏菌区别开来。4、理解有机氮和无机氮源与速效氮源、迟效氮源的关系。①速效氮源：无机氮（有利于机体生长），即可直接利用的碳水化合物。②迟效氮源：有机氮（有利于代谢产物形成），即需经过菌体进一步降解方可利用。③无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。生理酸性物质：硫酸铵↓，生理碱性物质：如硝酸钠↑。5、常用的孢子培养基有哪些？①麸皮培养基②小米培养基③大米培养基④玉米碎屑培养基⑤用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制的琼脂斜面培养基大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因为它们含氮量少、疏松、表面积大，是良好的孢子培养基。6、种子培养基和发酵培养基对氮源、碳源和碳氮比的要求？碳源①种子培养基:供孢子发芽、生长和菌体繁殖的培养基。a.营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，这样可达较高的溶解氧，供大量菌体生长和繁殖。b.一般种子培养基都用营养丰富而完全的天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。但无机氮源容易利用，有利菌体的迅速生长，所以在种子培养基中常包括有机氮源和无机氮源。②发酵培养基:供菌体生长、繁殖和合成大量代谢产物用的培养基。a.用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；b.用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产物。第四章生物工艺过程中的无菌技术1、工业常用的无菌技术有哪些？p44，PPT干热灭菌，湿热灭菌，射线灭菌，化学药剂灭菌，过滤除菌2、什么是致死温度？微生物热阻？p45致死温度：杀死微生物的极限温度。热阻：微生物对热的抵抗力，即指微生物在某一特定条件下(主要是温度)的致死时间。3、分批灭菌包括升温、维持、冷却三个阶段分批灭菌过程包括升温、维持和冷却三个阶段，通常100℃以下的温度对灭菌没有太多贡献，在实际过程中是忽略的，升温是指从100℃升到121℃的情况，而冷却是指121℃冷却到100℃时的情况，在这两个温度段，加热升温和冷却对灭菌是有贡献的。4、发酵过程染菌的主要原因有哪些？种子带菌，无菌空气带菌，设备渗漏，灭菌不彻底，操作失误，技术管理不善第五章生物反应动力学1、菌体生长速率菌体生长速率是微生物群体的生长速率是群体生物量的生长速率，是单位时间内，单位体积或单位表面积的培养基中菌体量的增加。2、代谢产物的合成与细胞的生长之间的动力学关系？（三种类型）p62或者说，发酵动力学根据与生长是否偶联的分类。（1）偶联型：合成的产物通常是分解代谢的直接产物，这类初级代谢产物的生产速率与生长直接相关（2）混合型：生长与产物形成部分相关CsCxCpCitrsrxrprittµqsqiqp（3）非生长偶联型：细胞生长时无产物形成，但细胞停止生长后，有大量产物积累，产物的形成量只与细胞的积累量有关。CsCxCpCitrsrxrpritroqptqpµqsqi产物生成非关联模型动力学特征示意图3、Monod方程与米氏方程的区别：4、酶双底物动力学机制的分类①顺序机制：有序顺序机制，随机顺序机制②乒乓机制第六章发酵工艺控制1、发酵过程影响因素？（种子质量、培养基、灭菌情况、温度、pH）种子质量，培养基，灭菌情况，温度，pH，氧的供给，二氧化碳和呼吸商，基质浓度、补料对发酵的影响，泡沫的形成及其对发酵的影响2、发酵过程中氧的利用情况（包括变化）在分批发酵过程中，正常的设备操作和发酵条件下，每种菌种发酵的溶氧浓度都有一定的变化规律。通常，在发酵前期(滞后期及对数生长期)，生产菌种开始大量繁殖，需氧量不断增加。当需氧量超过供氧量时，溶氧浓度明显下降，出现一个低峰(谷氨酸发酵的溶氧低峰在发酵后6～20h，抗生素的都在发酵后10～70h)，发酵液中的菌浓度也不断上升，生产菌种的摄氧率同时也出现一个高峰。过了生长阶段，菌种需氧量有所减少，溶氧浓度经过一段时间的平稳阶段(如谷氨酸发酵)或上升阶段(如抗生素发酵)后，就开始形成产物，溶氧浓度也不断上升。发酵中后期，对于分批发酵来说，因为菌体已繁殖到一定浓度，进入静止期，呼吸强度变化也不大，如不补加基质，发酵液的摄氧率变化也不大，供氧能力仍保持不变，溶氧浓度变化也不大。但当外界进行补料(包括补加碳源、前体、消泡油)时，则溶氧浓度就会发生改变。变化的大小和持续时间的长短，则随补料时的菌龄、补入物质的种类和剂量的不同而不同。如补加糖后，发酵液的摄氧率就会增加，引起溶氧浓度下降，经过一段时间后又逐步回升；继续补糖，溶氧浓度会继续下降，甚至降至临界氧浓度以下，成为生产的限制性因素，其补料与溶氧浓度的变化关系。在生产后期，由于菌体衰老，呼吸强度减弱，溶氧浓度也会逐步上升，一旦菌体自溶，溶氧浓度更会明显上升。3、发酵参数类型。（见PPT）按性质分可分三类：物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等。化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、核酸量等。生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等。从检测手段可分为：直接参数、间接参数直接参数：通过仪器或其它分析手段可以测得的参数，如温度、pH、残糖等。间接参数：将直接参数经过计算得到的参数，如摄氧率、KLa等。4、引起发酵过程温度变化的原因是什么？（见PPT）发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。发酵过程中，随着菌体对培养基成分的利用，菌体进行氧化代谢所释放的能量一部分被利用，其余则变成热能放出；机械搅拌的作用产生的热量和因罐壁散热，水分蒸发等也带走部分热量。5、影响pH值改变的因素的原因是什么？发酵过程中pH的变化情况如何？（见PPT）影响pH值改变的因素的原因是：产酸，产碱，耗酸耗碱，加糖或加油过多，生理酸性盐的利用（硫酸铵中氨离子被利用），基质被分解形成碱性物质。发酵过程中pH的变化情况：(1)生长阶段：根据菌体利用基质及涉及的代谢途径的不同，pH呈现上升或下降的趋势。(2)生产阶段：在此阶段pH趋于稳定，维持在最适产物合成的范围。(3)自溶阶段：随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，发酵液中氨基氮增加，致使pH又上升，此时菌丝趋于自溶而代谢活动终止。6、发酵终点如何判断？产物产量、过滤速度、氨基酸含量、菌丝形态、pH值、发酵液外观和粘度。（见PPT）要确定合理的放罐时间，必须考虑以下几点：（1）经济因素：（2）产品质量因素：（3）其它因素：如染菌、代谢异常等。确定放罐指标有：产物产量、过滤速度、氨基酸含量、菌丝形态、pH值、发酵液外观和粘度。第七章生物反应器及生物工艺过程放大1、常见的固态发酵反应器有浅盘式反应器、填充床式反应器、转鼓式反应器。P1112、生物工程试验设计中常用的统计学方法有正交设计、均匀设计、响应面分析法、遗传算法。3、植物细胞悬浮培养常用哪些生物反应器？（见PPT）鼓泡式反应器、气升式反应器、转鼓式反应器及机械搅拌式反应器。4、动物细胞大规模培养反应器有哪些？（见PPT）①通气搅拌式细胞培养反应器；②气升式动物细胞培养反应器；③中空纤维细胞培养反应器；④微载体悬浮培养系统；⑤微囊培养系统；⑥大载体系统培养。5、微藻大规模培养反应器（见PPT）①敞开式和封闭式。②封闭式光生物反应器主要类型：管式光生物反应器（水平放置地面的蛇形管式光生物反应器、浸没在水中冷却的管式生物反应器气升式内环流光生物反应器和管道式循环磁处理光生物反应器）、板式光生物反应器：水平放置的板式光生物反应器和浅层溢流板式光生物反应器。