生物工艺学复习纲要.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生物工艺学复习纲要.精品文档.生物工艺学复习大纲2011-6-8第一章 绪论 1、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;2、生物反应的一般过程？p2-3 将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程，常称为生化反应过程，也称为生物反应过程。其实质是利用生物催化剂进行生物技术产品的生产过程 一般过程4个部分：原料的处理；生物催化剂的制备；生物反应器及反应条件的选择与控制；产物的分离纯化。 整个生物反应过程以生化反应奇为核心,而分别把反应前后称为上游加工和下游加工酶催化反应过程：采用游离酶或固定化酶为催化剂时的反应过程。细胞反应过程：采用活细胞为催化剂时的反应过程。包括微生物发酵反应过程，固定化细胞反应过程和动植物细胞培养过程 废水的生物处理过程：它是利用微生物本身的分解能力和净化能力，除去废水中污浊物质的过程.特点:是由细菌的菌类、原生动物、微小后生物等各种微生物构成的混合培养系统 几乎全部采用连续操作 微生物所处环境条件波动大 反应目的是消除有害物质而不是生成代谢产物和微生物细胞本身第二章 工业微生物菌种选育、制备、保藏1、从自然界分离新菌种的步骤？p14 采样:采样地点的确定要根据筛选的目的、微生物的分布概况及菌种的主要特征与外界环境关系等，进行综合、具体地分析来决定，如果预先不了解某种生产均的具体来源，一般可从土壤中分离（记录采样时间、地点、环境情况等）。例如：对于酵母类或霉菌类微生物，由于他们对碳水化合物的需要量比较多一般又喜欢偏酸性环境，所以它们在植物花朵、瓜果种子及腐殖质含量高的土壤等上面比较多 增殖培养：所谓增殖培养就是给混合菌群提供一些有利于所需菌株生长或不利于其他菌型生长的条件，以促使目标菌大量繁殖，从而有利于分离它们。例如筛选纤维素酶产生菌 以纤维素为唯一碳源进行增殖培养，使得不能分解纤维素的菌不能生长；筛选脂肪酶产生菌 以植物油为唯一碳源进行增殖培养，能更快更准确地将脂肪酶生产菌分离出来；在分离放线菌时，可在土壤样品悬浮液中加10%的酚数滴，以抑制霉菌和细菌的生长 纯种培养（纯种分离）：纯种分离的方法,单菌种分离法 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划的划线（扇形划线法、方格划线法、平行划线法），菌样经过多次从点到线的稀释，最后经培养得到单菌落；稀释法 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它微生物而单独成长成为菌落，从而得到纯种。划线法简单快捷，稀释法在培养基上分离的菌落单一均匀，获得纯种的概率大，特别适用于分离具有蔓延性的微生物。 生产性能测定：一般采用两步法，即初筛和复筛，直到获得13株较好的菌株，供发酵条件的摸索和生产试验，进而作为育种的出发菌株。初筛通常采用较为简单直观的方法，比如透明圈法、抑菌圈法等2、诱变育种？p15 诱变育种的基本程序：出发菌的挑选 指用于育种的起始菌株；敏感期和适合对象的选择 敏感期，如菌种的对数生长期，孢子或芽胞的萌发前期；合适对象，如孢子、芽孢；诱变剂的选择 一般原则是使用的方便性和有效性。为了提高诱变效率，常用两种诱变剂交替使用。；诱变剂量的选择 在大多数情况下，用高剂量诱变剂处理获得的负突变率高，在偏低的剂量中正突变率反而较高；初筛 即粗筛，故采用的方法需简便、快速。最常用的有透明圈法、抑菌圈法和颜色变化等方法；复筛 即精细筛选。通常选用液体摇瓶培养方法，直接检测所需的产物量 营养缺陷型：是指某一菌株在诱变后丧失了合成某种营养成分的能力，使其在基本培养基(能够满足野生型菌株生长最低限度需要的培养基)中不能正常生长，而必须在此培养基中加入相应物质才能生长的突变株营养缺陷性的筛选过程：在诱变后通常通过中间培养、淘汰野生型、营养缺陷型检出、营养缺陷型鉴定等步骤，最终筛选出营养缺陷型；抗生素法 原理是野生型细胞能在基本培养基上生长繁殖，可选用某种抗生素将生长状态的细胞杀死，而留下不能生长的缺陷型细胞；过滤法 使能在基本培养基上生长形成菌丝体的野生型留在滤膜上，不能生长的营养缺陷型细胞则能透过滤膜营养缺陷性检出的方法原理：点种法 把浓缩的菌液（细胞或孢子）在完全培养基上进行分离培养，然后将平板上出现的菌落逐个地点种到基本培养基和完全培养基上，经过一段时间培养后，凡是在基本培养基上不能生长，在完全培养基上能生长的菌落，经重新复正后仍如此，便是营养缺陷型；夹层检出法 在培养皿底层倒入一层基本培养基，待凝后，在其上倒入一层稀释菌液与基本培养基的混合物，凝后再倒入一层基本培养基，培养后长出的菌落为野生型，其上再加上一层完全培养基，经过培养后新出现的菌落则多数是营养缺陷型。一般适用于细菌；限量补充培养基检出法 将经过浓缩的菌液接种在含有微量（0.6%获更少）蛋白胨的基本培养基上，野生型迅速生长成较大的菌落，而营养缺陷型生长较慢故长成小菌落而得以检出；影印法 把印章放在已长出菌落的完全培养基上轻轻压一下（注意不要沾上培养基），然后轻轻地分别印在基本培养基和完全培养基上，培养后，在完全培养基上生长，而在基本培养基上不生长的菌落便是营养缺陷型营养缺陷性的鉴定：常用生长谱法，即在基本培养基中加入某种物质时，能生长的菌便是某种物质的缺陷型。缺陷营养类别的确定；缺陷营养因子的确定3、杂交育种？p17原生质体融合？意义？ 杂交育种：指两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。主要有常规的杂交育种和原生质体融合这两种方法。原生质体融合：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。通过细胞核融合而发生基因组间的交换、重组，从而在适宜条件下再生出微生物细胞壁，获得重组子。步骤：原生质体的制备原生质体的融合原生质体再生融合子的检出与鉴定 意义：原生质体融合技术具有重要的理论与应用价值。它打破了微生物的种属界限，可以实现远缘间菌株的基因重组；原生质体融合在实际应用中主要用于改良菌种特性，提高目标产物的产量，使菌种获得新的性状，合成新的产物等；原生质体融合技术可用来探索一系列重大理论问题，可用于研究细胞质遗传、核质关系、噬菌体与宿主关系，并在研究外源DNA转化、质粒转移、基因定位、病毒传递以及核与核，核与质之间的关系等方面已取得重大进展4、DNA重组技术的一般步骤？p20 目的基因的获取：化学合成法；基因文库法；cDNA文库法 与载体DNA分子的连接：切割有限制性核酸内切酶实现，主要是类限制性核酸内切酶，识别顺序通常为4-6个核苷酸，这些位点的核苷酸都做旋转对称排列；能够克隆外源DNA片段并能在大肠杆菌中繁殖的载体，质粒、噬菌体、黏粒、单链噬菌体M13 重组DNA分子引入宿主细胞：外源DNA片段与载体连接形成的重组体必须以转化、转染、转导等方式进入宿主细胞才能进一步增殖和表达 重组体的选择与鉴定：选择重组体，一般分两步：一是根据载体的遗传标记等选择出含有重组分子的转化细胞；二是进一步根据外源DNA(目标基因)的遗传特性进行鉴定。鉴定转化细胞的方法主要有：遗传学方法、免疫化学方法和核酸杂交方法等 外源基因的表达5、菌种的退化、复壮？p29 菌种退化：是指群体中退化细胞在数量上占一定数值后，表现出菌种生产性能下降的现象。常表现为，在形态上的分生孢子减少或颜色改变，甚至变形，在生理上常指产量的下降；原因，自然突变环境条件 菌种的复壮: 因为在退化的菌种中仍有一些保持原有菌种特性的细胞，故有可能采取一些相应措施，使这些细胞生长、繁殖，以更新退化的菌株，称之为菌种的复壮。6、菌种保藏的原理？常用方法？p30 菌种保藏的原理：人为地创造合适的环境条件，使微生物的代谢处于不活泼、生长繁殖受抑制的休眠状态。这些人工环境主要从低温、干燥、缺氧三方面设计 常用方法：冷冻干燥保藏法液氮保藏法斜面保藏法液体石蜡覆盖保藏法载体保藏法悬液保藏法第三章 工业培养基及其设计1、制备培养基的基本原则？p36 目标明确：自养微生物的培养基完全有无机盐组成；异养微生物的生物合成能力较弱，所以培养基中至少含有一种有机物，通常为葡萄糖 营养协调：水碳源氮源P、SMg、K生长因子 条件适宜：pH 最适pH：细菌7.08.0，放线菌7.58.5，酵母菌3.86.0，霉菌4.05.8；渗透压及其他条件 绝大多数微生物适宜在等渗溶液中生长 经济合理：经济合理原则，以粗代精、以野代家、以废代好、以简代繁、以氮代朊（蛋白质）、以纤代糖、以国（产）代进（口）2、培养基的分类？p38-39根据微生物类群与营养类型区分：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；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 通过加入不妨碍目的微生物生长而抑制非目的微生物生长的物质以达到选择的目的。选择培养基也可通过在培养基中加入目的微生物特别需要的营养物质而使它们加富以达到选择目的，这种选择培养基就是加富培养基；鉴别培养基 是一类在培养基中添加某种化学物质而将目的或对象微生物的菌落与同一平板上的其它微生物菌落区别开来的培养基，如伊红美蓝培养基；选择压力培养基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：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； 3、培养基的设计（重点理解速效碳源、迟效碳源，葡萄糖分解阻遏；碳氮比与pH的关系p41） 葡萄糖效应，亦“葡萄糖分解阻遏作用”：是指当菌种利用葡萄糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某些产物合成所需的酶系的形成或酶的活性的作用 碳氮比与pH的关系：培养基中碳氮比对微生物生长繁殖和产物合成的影响极为显著。氮源过多，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累；氮源不足，则菌体繁殖量少，从而影响产量。碳源过多则容易形成较低的pH；若碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶第四章 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 干热灭菌：微生物主要由于氧化作用而死亡。灼烧法；烘箱热空气法 湿热灭菌：利用饱和蒸汽进行，不可逆地变性，造成微生物的死亡，条件为121，维持30min。射线灭菌：射线灭菌是利用紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子进行灭菌的方法，其中以紫外线最常用。此外，空气在紫外线辐射下产生的臭氧有一定杀菌作用化学药剂灭菌：某些化学试剂能与微生物发生反应而具有杀菌作用。过滤除菌：过滤除菌是利用过滤法阻留微生物以达到除菌的目的。2、致死温度？致死时间？微生物热阻？p45 致死温度：杀死微生物的极限温度 致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需要的时间 微生物热阻：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；相对热阻：指某一条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间之比3、湿热灭菌的对数残留定律？非对数残留定律？p46 湿热灭菌的对数残留定律：dN/dt在任何瞬间与残留的活菌数N成正比，这就是对数残留定律。t=lg，（N0开始灭菌时原有的活菌数，个；Nt经过t时间灭菌后的残留菌数，个）非对数残留定律：将其N0/Nt对灭菌时间t在半对数坐标中标绘得到的残留曲线不是直线。主要是一些微生物芽孢。其中以Prokop和Hunphey所提出的“菌体循序死亡模型”最有代表性，耐热性芽孢(R型)先转变为对热敏感的中间态芽孢(S型)，然后转变成死亡的芽孢(D型)，这一过程可用下式表示，（NR耐热性活芽孢数(R型)；NS敏感性活芽孢数(S型)；ND死亡的芽孢数(D型)），（Nt任一时刻具有活力的芽孢数，即Nt = NS + NR；N0初始的活芽孢数；kR耐热性芽孢的比死亡速率，s-1；kS敏感性芽孢的比死亡速率，s-1）在温度相同时，对数与非对数定律的灭菌时间t不同4、灭菌温度升高时，微生物死亡速率大于培养基成分的分解速率。P48 由于灭菌时杀死微生物的活化能大于培养基成分破坏的活化能E，因此随着温度的上升，微生物比死亡速率常数增加倍数要大于培养基成分破坏分解速率常数的增加倍数。也就是说，当灭菌温度升高时，微生物死亡速率大于培养基成分破坏的速率。根据这一理论，培养基灭菌一般选择高温快速灭菌法，换言之，为达到目的相同的灭菌效果，提高灭菌温度可以明显缩短灭菌时间，并可减少培养基因受热时间长而遭到破坏的损失5、影响培养基灭菌的因素？ 污染杂菌的种类、数量、灭菌温度、时间培养基的成分：油脂、糖类及一定浓度的蛋白质增加了微生物的耐热性，高浓度有机物会在细胞的周围形成一层薄膜，从而影响热的传入。所以灭菌温度应高些。培养基pH：pH为6.0-8.0时微生物耐热能力最强，培养基的pH越低，灭菌所需时间越短培养基的物理状态：固体培养基的灭菌时间要比液体培养基的灭菌时间长泡沫：泡沫中的空气层形成隔热层，使传热困难，对灭菌极为不利培养基中微生物数量：数量越多，灭菌时间越长6、分批灭菌？p49（分批灭菌包括升温、维持、冷却三个阶段） 分批灭菌在所用的发酵罐中进行。将培养基在配制罐中配好以后，用泵通过专用管道输入发酵罐中，然后用直接蒸汽或间接蒸汽加热到灭菌温度(一般121)在此温度维持一定时间，再冷却到发酵所需温度，完成灭菌过程 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。维持时指维持温度121一段时间。7、连续灭菌？p52 培养基的连续灭菌就是将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却的灭菌过程。8、空气洁净度级别（p54表4-6） 最高级别为100级超净,无菌生产区分类洁净度级别 尘埃菌落数/个工作服粒径/mm粒数/（个/L）一般生产区无规定控制区100000级0.535000暂缺色泽或式样应有规定100000级0.535000平均10洁净区10000级0.5350平均3色泽或式样应有规定局部100级0.53.5平均1第五章 生物反应动力学1、生物反应动力学研究内容？（仔细看p59第一段） 生物反应动力学主要研究生物反应的规律,为反应过程提供数量化处理的数学依据,为发酵优化提供研究基础。生物反应动力学是发酵过程优化的核心内容，研究生物反应过程菌体的生长、基质的消耗、产物的形成等及其相关的影响因素，并建立数学模型，以及利用计算机系统对生物反应的工艺参数进行估计，动态地优化控制过程，提高产率，降低生产成本。同时为发酵过程的比拟放大、发酵方式的优化提供理论基础2、理解反应速率、比速率；菌体生长速率、比生长速率。p59-60 反应速率：生物反应动力学研究的核心之一是反应速率,它反映了细胞生长、底物利用、氧气消耗、产物形成、反应热的释放等随时间的变化情况,可用绝对速率和比速率两种定义来描述.绝对速率(简称速率),对于液态发酵过程,定义为单位时间、单位反应体积某一组分的变化量,单位为g/(L·h),(C,某一组分的浓度,g/L;t,时间，h-1；r，反应速率，g/(L·h)）比速率：是以菌体浓度为基准来表述各组分的变化速率，单位为h-1，当为反应热的比速率时，单位为kJ/(g·h).比速率的大小反应了具有催化活性的细胞活力大小,其中的菌体浓度为单位体积或单位面积的培养基中的菌体量.(,菌体浓度,g/L;,菌体的比生长速率,h-1;）除受细胞自身的遗传信息支配外，还受环境因素的影响菌体生长速率：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。菌体的生长是靠消耗营养物质获得菌体生物量增长的物质基础及能量.比生长速率：菌体生长速率及比生长速率分别为，3、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 生长关联型：生长关联型是指产物的生成与细胞的生长密切相关，是细胞能量代谢的直接结果。此类产物通常是基质分解代谢产物，与细胞的生长相关，常是一些初级代谢产物，故产物的生成与细胞的生长是同步的和偶联的。其动力学方程可表示为，qp=Yp/x*rx，rp=Yp/xrx=Yp/xCx ，（qp:产物比生长速率；rp：产物生长速率）。细胞与产物的浓度、反应速率、比速率变化几乎为同步的，基质及细胞的比速率几乎为同步，产物的比生成速率在前期增长时与基质、细胞的比速率也几乎同步，但后期达最大值后，就出现延后现象生长部分关联型：该类反应产物的生成与基质的消耗仅有间接关系，是细胞的能量代谢的间接结果，产物的生成与底物的消耗仅有时间关系，无直接的化学计量关系。当细胞及基质的比速率下降到一定程度，细胞浓度有一定的积累时，产物生成才有较明显的增加，开始大量生成、积累。其动力学可以用Luedeking-Piret方程表示为，（为与菌体生长速率相关的产物生成常数；为与菌体浓度相关的产物生成常数；）。 非生长关联型：是指产物的生成与细胞的生长无直接联系，即产物的生成与细胞的生长无偶联关系。多为次级代谢产物，如抗生素、微生物毒素等。在细胞浓度较高时，产物才开始生成、积累；在反应前期细胞的生长速率及比速率大时，产物的生产速率很小，几乎为零，而反应的后期恰相反。其动力学方程可表示，4、分批发酵、连续发酵、分批补料发酵概念？ 分批发酵：又称间歇式发酵(培养)，是指将一定量的培养基一次性地加入发酵罐中，接种后发酵一段时间，一次性地排出发酵成熟液，结束发酵的培养方式连续发酵：是在分批发酵的基础上，以一定的速率连续地流加新鲜培养基并流出等量的发酵液，以维持培养系统内各营养物质量的恒定，使细胞处于近似恒定状态下生长的发酵培养方式，也称连续培养分批补料发酵：是在分批发酵(培养)过程中，间歇地或连续地向培养基中补加新鲜培养基的发酵(培养)方式，是介于分批发酵及连续发酵之间的一种过渡性操作，又称为半连续发酵(培养)5、Monod方程：限制性基质对微生物比生长速率影响的动力学模型。p67注意Monod方程与米氏方程的区别。Monod模型：对于菌体的生长受培养基中营养物质的限制关系，Monod在1947年提出了限制性基质对微生物比生长速率影响的动力学模型。Monod假设在微生物的生长过程中，仅受培养基中的一种基质浓度限制影响，则这种基质称为限制性基质或底物。方程：，（，细胞对底物的亲和常数，mg/L） Monod方程的意义：Monod方程体现了分批发酵过程中Ks、Cs、之间的关系，在发酵前期Cs过量时，细胞生长不受基质浓度限制，以max生长，在发酵后期，Cs下降到Ks水平，开始下降，细胞生长由对数生长期转入衰减期，随基质的消耗，继续下降，最后为零，细胞进入衰亡期，停止生长。Ks越小，细胞对底物的亲合力越大，下降得越慢，细胞在对数生长期停留的时间越长，对细胞生长越有利Monod方程与米氏方程的区别：Monod方程： 米氏方程：各项含义：，生长比速；，最大生长比速；S，单一限制性基质浓度；，半饱和常数各项含义：r，反应速率；，最大反应速率；S，底物浓度；，米氏常数微生物生长动力学方程酶促反应动力学方程经验方程理论推导的机理方程适用于单一限制性基质的情况适用于单底物、无抑制的情况第六章 发酵过程原理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：适当的种子菌龄，以对数生长期后期，即培养液中菌体浓度接近高峰时的种子较为适宜。在普通情况下种子的接种量为510为宜；抗生素发酵的接种量有时可增加到2025，甚至更大培养基：培养基是维持细胞发酵重要的物质基础，为细胞提供代谢过程所必需的能源，提供满足细胞生长及生产需要各种元素。碳源 可以分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源；氮源 有无机氮源和有机氮源两大类，分为快速利用的氮源和缓慢利用的氮源。缓慢利用的氮源单独使用时，容易因养分不足而使菌体生长受阻，过早衰老而自溶，从而缩短产物的分泌期；矿物质 磷酸盐、镁、锰、铁、钾盐和氯化物等矿物质。在初级代谢产物的发酵培养基中不需另外添加，在次级代谢产物合成的培养基多为半合成培养基灭菌情况：发酵之前，必须对发酵过程中所有与生产菌接触的培养基、空气、辅料、设备、管道等进行彻底的灭菌。在灭菌过程中，培养基的灭菌方法、灭菌温度和时间除了对培养基的营养成分有影响外，还会对培养基的性质有一定改变。如会改变发酵液的起泡性能，灭菌强度越大，其发酵液中的泡沫就越多。温度：发酵过程常涉及的菌株有霉菌、放线菌和一般细菌，它们绝大多数是中温菌，最适生长温度一般在2040。温度对酶的活性的发挥，生化反应速率的快慢，微生物的代谢调控机制的发挥，菌体代谢产物的合成方向等均会有不同程度的影响。所以，温度会影响细胞生长、产物形成，另外还会影响发酵液的物理性质。生物热搅拌热蒸发热辐射热。pH：大多数最适pH为6.3-7.5，霉菌和酵母菌生长3-6，放线菌生长7-8，上限8.5，下限2.5。2、提高氧传递速率的方法？（提高KLa,提高氧传递动力C*-C）p94-96 影响KLa的因数：搅拌效率对KLa的影响 提高搅拌转速,可有效提高KLa;气体流速对KLa的影响 提高WS，即提高通气量Q，也可以有效的提高KLa;Q过大时，搅拌器不能有效地将空气气泡充分分散，而在大量气体中空转，形成所谓的“过载”现象;设备参数的影响 与发酵罐的大小、形状、搅拌器的类型等因素有关;对于值，弯叶>平叶>箭叶；对于值，则箭叶>弯叶>平叶;发酵液的性质 发酵液的物理性质还会影响液体的湍动以及界面或液膜的阻力，因而显著影响溶氧传递速率 提高氧的传递动力(CC):提高罐压 对增加气体在液体中的溶解度，对提高(CC)是有一定作用的;利用纯氧；发酵培养基的组成和成分对菌体需氧量有影响 碳源、氮源的组成和比例;发酵条件对菌体耗氧能力也有较大的影响，温度、pH、补料方式等会对菌体内的酶系活性造成影响，从而影响了菌体生长及代谢能力，影响对氧的需求 提高方法： 提高KLa：加强搅拌，适当的空气流量，降低发酵液粘度,增加消沫剂 提高氧的传递动力(CC)：提高罐压；利用纯氧3、RQ、CER、OUR？p97 RQ：对于菌体的耗氧速率及二氧化碳的释放速率两者间的关系可用呼吸商RQ来表示，反应生物的代谢情况。在实际生产中所测出的RQ值明显低于理论值说明发酵过程中存在不完全氧化的中间代谢物和除葡萄糖以外的其他碳源。 CER：，二氧化碳的释放率，常用CER表示。 OUR：，耗氧速率，常用OUR表示。第七章 生物反应器及生物工艺过程放大1、常见的深层液态反应器有机械搅拌通风反应器、气升式反应器、自吸式反应器。P1092、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。P1113、摇瓶发酵中影响氧传递因素有哪些？p113 瓶塞对氧传递的阻力:一定厚度的过滤介质，可以杜绝外界空气中的杂菌或杂质进入瓶内，但同时增大了瓶外氧气的传递阻力 摇瓶内水分蒸发的影响:发酵液中的水分经由瓶塞而蒸发，影响了发酵液的体积及各成分浓度，改变了发酵液与摇瓶总体积的比值，进而改变了氧的传递速率 与氧气接触的比表面积的影响:影响比表面积大小的因素主要有,(1)摇瓶机振荡的频率和振幅大小；(2)摇瓶内培养基体积与摇瓶总体积的比率，即装载量大小；(3)摇瓶的结构等方面.摇瓶机的振荡剧烈程度与氧的传递速率在一定程度上成正比，与培养基的装载量呈反比关系，装载量愈大，氧的传递速率就愈小，反之就大 其他因素:培养温度,摇瓶机停机的时间,接种量大小,摇瓶机的稳定性4.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。 正交设计:是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验 均匀设计:是试验点在整个试验范围内均匀散布，从均匀性角度出发的一种试验设计方法 响应面分析法:也称响应曲面法,是一种将数学和统计学相结合的方法,综合了试验设计和数学建模 遗传算法是一类借鉴生物界的进化规律(适者生存，优胜劣汰遗传机制)演化而来的随机化搜索方法5、导致摇瓶发酵和发酵罐发酵差异的主要原因？（溶氧、二氧化碳、菌丝受损）p115 溶解氧的差异:发酵罐因为是强制通气带搅拌，培养液混合较均匀，其溶氧速率明显高于摇瓶 二氧化碳浓度的差异:发酵罐为了防止染菌，一般控制罐内压力略大于环境压力，处于正压状态，而摇瓶基本上是常压状态，所以罐中培养液的CO2浓度明显高于摇瓶 菌丝受损的差异:摇瓶试验时，菌体只受到液体的冲击或与瓶壁摩擦的影响，机械损伤很小。而用发酵罐培养时，菌体特别是丝状菌，却受到搅拌叶的剪切力、冲击力等的影响，受到较大的损伤，其程度远远大于摇瓶发酵6、目前反应器的放大方法主要有:经验放大法、量纲分析法、时间常数法、数学模拟法。 经验放大法是依据对已有生物反应器的操作经验所建立起的一些规律进行放大的方法 量纲分析法,也称相似模拟法,保持无量纲准数相等的原则进行放大 时间常数法是指某一变量与其变化速率之比 数学模拟法是根据有关的原理和必要的实验结果,用数学方程的形式来描述实际反应过程,然后用计算机进行模拟研究、设计和放大的方法第八章 生物反应过程参数检测与控制1、根据参数的性质将生物反应过程参数分为物理参数、化学参数、生物学参数。2、什么是间接状态参数？举例说明。P124 间接状态参数即可通过直接状态参数计算求得的变量。如氧利用速率(OUR)、二氧化碳释放速率(CER)、比生产速率()、体积氧传质速率(KLa)、呼吸商(RQ)等第九章 生物产品分离及纯化技术1、生物物质分离的一般步骤？p133 预处理和固液分离;杂质粗分(初步分离);纯化;精制2、发酵液预处理的目的？p133 发酵液预处理的目的在于改变发酵液中固体粒子的物理特性，除去高价无机离子和杂蛋白质，降低液体粘度和密度，实现后面的有效分离3、发酵液预处理常采用哪些方法？p134-135 加热 降低液体粘度，改善发酵液的过滤特性 凝聚和絮凝 有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率 调节pH 改变其过滤特性 加入无机盐类 去除高价无机离子 加入助滤剂 疏松滤饼降低了滤饼的可压缩性使滤速加快4、生物物质固液分离最常用的方法有过滤、离心分离。 过滤原理是使液体通过固体支撑物或过滤介质,把固体截留,从而达到固液分离的目的 离心分离是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的分离、浓缩等操作5、细胞破碎的方法：机械法、非机械法。机械法主要有珠磨法、高压匀浆法、超声波法；非机械法主要有酶溶法、自溶法、渗透压法。6、双水相萃取？p149双水相萃取的优点？p150 双水相体系:由于高聚物之间的不相溶性，即高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为两相 原理:两种高聚物水溶液相互混合时发生3种相互作用, 互不相溶，形成两个水相，两种高聚物分别富集于上下两相 复合凝聚，也形成两个水相，但两种高聚物都分配于一相，另一相几乎全部为溶剂水； 完全互溶，形成均相的高聚物水溶液 优点:相分离过程温和，生化分子如酶不易受到破坏; 双水相系统之间的传质过程和平衡过程快速，能耗较小，可以实现快速分离； 易于进行连续化操作； 易于放大； 选择性高、收率高； 操作条件温和7、超滤膜分离技术？p158 超滤:一种筛分过程，能截流相对分子质量在500以上的高分子的膜分离过程。溶液在静压力的作用下,通过超滤膜,在常压和常温下收集透过液,溶液中一个或几个组分在截留中富集,高浓度的溶液留在膜的高压端8、超临界流体萃取？152 利用超临界流体,即其温度和压力略超过或靠近临界温度和临界压力,介于气体和液体之间的流体作为萃取剂,从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分,以达到分离和提纯的目的;此过程同时利用了蒸馏和萃取的现象蒸气压和相分离均在起作用第十章 生物产品工艺学及应用1、白酒五大香型：浓香、酱香、清香、米香、凤香 五小香型：药香、兼香、芝麻香、特型、豉香2、什么是曲？ 大曲原料:小麦、大麦、豌豆;小曲原料:籼米、米糠（以及一些中草药）麸曲原料：麸皮3、白酒和啤酒生产工艺比较？p167-168，p186图10-12。 白酒是以含淀粉的物质或糖质为原料,再加入曲类,酒母为糖化发酵剂(糖质原料无需用糖化剂),经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、贮存、勾调而成的蒸馏酒。根据使用酒曲种类不同分为大曲白酒、小曲白酒、麸曲白酒；根据生产方式不同分为固态发酵白酒、半固态发酵白酒及液态发酵白酒。凡含有淀粉和糖类的原料均可酿制白酒,小麦、大麦等是制曲原料，而高粱、玉米、大米等是制酒原料，辅料主要是谷糠、玉米芯等，起疏松作用，利于蒸煮、糖化发酵和蒸馏的顺利进行；酿造用水需达到国家规定饮用水标准。白酒中的主要微生物有霉菌、酵母菌及细菌。 而啤酒生产要经过糖化制备麦芽汁、加酒花煮沸、冷却和加酵母发酵酿制而成,并且含有二氧化碳的低酒精度饮料.且啤酒发酵过程分前发酵(即主发酵)和后发酵两个阶段.根据所用酵母种类分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒;也可根据啤酒色泽分类以及根据成品酒是否经过巴氏杀菌分类.与白酒生产相比,啤酒在制酒原料上主要是采用发芽的大麦和水,而大米、玉米、未发芽的大小麦、淀粉、蔗糖等作为辅助原料,制备过程中还需加入适量酒花.而啤酒的酿酒用水除需满足国家饮用水标准外,还应满足啤酒酿造的特殊要求.啤酒发酵中,主要的微生物是酵母.分为上面发酵母和下面法酵母. 4、什么是纯生啤酒？ 纯生啤酒是指不经过高温杀菌而保质期同样能达到熟啤酒的标准的啤酒，它与普通啤酒的区别是风味稳定性好（随着储存期的延长，风味变化不大）口感好，营养丰富5、酒花的成分及酒花的作用？p185 酒花:学名蛇麻,又名忽布,它在啤酒酿造中最主要的成分是酒花树脂、酒花油和-酸 酒花的作用能赋予啤酒爽口的苦味和愉快的香味，酒花树脂能增加麦汁和啤酒的防腐能力，多酚物质中的单宁能与高分子蛋白质絮凝澄清麦汁和有利于啤酒的非生物稳定性，能增加啤酒的泡持性和取醇厚酒体的作用6、柠檬酸发酵最常用的菌种有黑曲霉、文氏曲霉。7、简述柠檬酸的钙盐法提取工艺？p195. 发酵液经过加热(7590)处理后,滤去菌体等残渣,在中和桶中加入CaCO3或石灰乳,使柠檬酸以钙盐形式沉淀下来,残糖水、杂酸等可溶性杂质通过过滤除去。 柠檬酸钙在酸解槽中加入硫酸酸解,使柠檬酸游离出来,同时形成硫钙(石膏渣)被滤除并成为副产品。 这时得到的粗柠檬酸溶液通过吸附脱色和离子交换树脂净化,除去色素和胶体杂质，以及无机杂质离子。 净化后的柠檬酸溶液通过真空浓缩后结晶、离心分离得到晶体,母液则重新净化后再浓缩、结晶。 最后柠檬酸晶体经干操和检验后包装出厂。 8、生物柴油的化学成分？p211. 生物柴油燃料是一种高脂酸单酯（甲酯、乙酯）,它是通过以不饱和油酸C18为主要成分的甘油脂酯交换而获得的9、简述废水的活性污泥法处理工艺？p212-214 以含于废水中的有机物污染为培养基,在有溶解氧的条件下,连续地培养活性污泥,在利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中的有机污染物 好氧活性污泥绒粒吸附和生物降解有机物的过程： 第1步:在有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附废水中的有机物； 第2步:活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，溶解性有机物在细菌体内氧化分解，其中间代谢产物被另一群细菌吸收，进而无机化。 第3步:其他的微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。