复习题及问题详解生物实用工艺发酵期末考试.docx

对数残留公式p93式中：t-灭菌时间秒 ；k-反响速度常数，与菌的种类和加热温度有关sNo-灭菌开头时，污染的培育基中杂菌个数个 Nt-经过灭菌时间t 后，残存活菌个数个 连续发酵p161是指以确定的速度向培育系统添加颖的培育基，同时以一样的速度流出培育液，从而使培育系统培育液的量维持恒定，使培育物能在近似恒定状态下生长的培育方式。各速率p144：v = dX= m · X菌体生长速v x单位时间细胞重量的变化；xdt式中： X-细胞浓度，g/L;t-时间，h； -比生长速率，h-1vv ：v= -x基质消耗速率 s单位时间基质的变化量。SYX / S-菌体生长速率菌体得率系数dP产物生成速率：单位时间产物的变化量 。Vp= dt= YdXP / Xdt各比速率比生长速率：是菌体浓度除菌体的生长速率和菌体浓度除菌体的生殖速率。在平衡条件下，u =比生长速率的定义为：1 dXXdt ,X-菌体浓度，t-时间。比生长速率除受细胞自身遗传信息支配外，还受环境因素的影响。基质比消耗速率(，gg菌体·h)qs：指每克菌体在一小时消耗养分物质的量。它表示细胞q=S对养分物质利用的速率或效率。1dSXdt产物比生成速率(，gg 菌体·h)：,单位质量细胞在单位时间生成产物的速率，它表示细胞合成产物的速度或力气，可以作为推断微生物合成代产物的效率。q=1dPPXdt微生物耗氧速率p188指单位体积培育液在单位时间的吸氧量，以r 表示，单位mmol O /(L.h)。微生物在发酵过2程中的耗氧速率取决于微生物的呼吸强度和单位体积菌体浓度。r= Qo .X2式中 r-微生物耗氧速率，mmol O /(L.h)； Qo22-菌体呼吸强度，mmol O /(g.h)2X-发酵液中菌体的浓度,g/L摄氧率p188摄氧率(OUR)：单位体积的发酵液在单位时间的吸氧量，mmol O2/(L.h)，摄氧率耗氧速率 取决于微生物的呼吸强度和单位体积菌体浓度。 r = QO2 .X供氧与耗氧的动态关系：OUR= r呼吸强度p188呼吸强度：单位时间单位重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2/(g 干菌体-h) ，表示微生物的相对吸氧量。kLap187即体积溶氧系数或液相体积氧传递系数。代表氧由气相至液相传递的难易程度，它与发酵过程把握、放大和反响器设计亲热相关。可以用来衡量发酵罐的通气效率。 kL a 受通气量、通气速率、搅拌轴功率等设备条件影响。2OTR ：氧传递速率，mmol O/(L.h)，氧由气相向液相的传递速率,表征发酵罐设备的供氧力气。各得率系数p157生 长 得 率 系 数 ： 是 指 每 消 耗 1mo1 基 质 所 产 生 的 菌 体 重 量 (g) 。生成细胞的质量Dc( XYX / S=消耗基质的质量D c ( S )为菌体增加量，为基质消耗量，即消耗的基质生成的菌体此为实际的率 产物得率系数：每消耗 1mol 基质所生成的产物质量g。生成的产物的质量Dc( P )YP / S=消耗的基质的质量Dc( S )为代产物生成量，即表示消耗的基质生成的产物。基于氧的细胞得率系数：是指每消耗 1mo1 基质所产生的菌体重量(g)P产物生成理论得率系数：Y = m /(m + v) 即表示理论时可以生成产物的量。G菌体生长理论得率系数：Y = m /(m + v) 即表示理论消耗确定基质可以使菌体生长得量临界氧浓度在好氧发酵中，微生物对氧有一个最低要求，满足微生物呼吸的最低氧浓度叫临界溶氧浓度。用Cr表示。在临界氧浓度以下，微生物的呼吸速率随溶解氧浓度降低而显著下降。呼吸商(RQ) P195RQ(呼吸商 )=CRRCO(释放率2) 。RQ 可以反映菌的代状况.。酵母发酵 RQ=1，糖有氧代，OUR菌耗氧速率仅生成菌体，无产物生成；RQ>1.1，糖经EMP 生成乙醇。Monod 方程p162m1942年，Monod首先提出分批发酵中比生长速率与限制性养分物浓度之间的关系符合方程：+m =maxKss 式中：S限制性养分物质浓度，g/L； 最大比生长速率；Kss底物利用常数。微生物培育种子特别表现p58max（1） 生长发育缓慢或过快：与孢子质量或种子罐培育条件有关。生产中，通入种子罐的无菌空气的温度较低或者培育基的灭菌质量较差是种子生长代缓慢的主要缘由。（2） 菌丝结团：在液体培育条件下，菌丝聚拢成团，影响氧及养分物质的吸取。缘由和搅拌效果差、接种量小有关。（3） 菌丝粘壁：种子培育过程中，由于搅拌效果不好或泡沫过多及种子罐装料系数过小等缘由使菌丝逐步粘在罐壁上。其结果使培育液中的菌丝削减，可能形成菌丝团。味精生产主要工序p289味精生产全过程分为4个局部：a.谷氨酸的中和 b.中和液的除铁、除锌 c.谷氨酸中和液的脱色 d.中和液的浓缩和结晶。亚硫酸盐法及碱法甘油发酵p115亚硫酸盐法甘油发酵:正常状况酵母菌在无氧条件下：丙酮酸乙醛乙醇。当参与NaHSO3, 乙醛+ NaHSO3, CH3COHHOSO2Na(难溶结晶状加成物，乙醛不能作为受氢体，而迫使磷酸二羟丙酮作为受氢体，生成-磷酸甘油，-磷酸甘油经脱磷酸而有甘油累积。1mol 葡萄糖只产生 1mol 甘油，不产生 ATP，整个过程无 ATP 结余，可见在甘油发酵过程中亚硫酸氢钠不能加太多，否则会使酵母菌因得不到能量而终止发酵，必需留一局部酒精发酵，以便获得一些能量，供生命活动所需。碱法甘油发酵：正常状况酵母菌在无氧条件下：丙酮酸乙醛乙醇。酒精酵母，发酵液保持碱性，pH7.6 以上，发酵产生的乙醛不能作为受氢体，而是 2 分子乙醛之间发生歧化反响，相互氧化复原， 生成等量的乙醇和乙酸。此时，由 3-磷酸甘油醛脱氢生成的NADH2 用来复原磷酸二羟丙酮，并进而生成甘油。不产生ATP。杂菌污染途径p233一、种子带菌 二、空气带菌； 三、操作失误导致染菌四、设备渗漏或“死角”造成的染菌；五、噬菌体污染影响种子质量的因素p56a. 孢子质量:温度、湿度,培育时间、冷藏时间总的原则是冷藏时间宜短不宜长b. 培育基： 养分成分适合种子、PH要稳定适合菌的生长发育。c. 种龄:种子培育时间称为种龄。在工业发酵生产中，一般都选在生命力极为旺盛的对数生长期，菌体量尚未到达最顶峰时移种。d. 接种量:接种量大小与菌种特性、种子质量和发酵条件有关。e. 培育条件: 影响因素为温度、pH值、搅拌速度、通气量等。氧的传递方程p187在稳定状态时，单位接触面氧的传递速率为：OTR=KGp-p*=KLc*-cL式中：KG-以氧分压差为总推动力的总传质系数，kmol/(m2. h.MPa)KL-以氧浓度差为总推动力的总传质系数，m/hP*-与液相中氧浓度cL 相平衡时氧的分压，MPaC*-与气相中氧分压平衡时的液相氧的浓度，kmol/m3正交试验p64L9 3 4 因素试验指标水公正级其最优组合A1 B2 C3 D1即是0.2%乙 酸 钠、0.2%NH4Cl 、0.05%酵 母膏、0.05%无 机盐R( 极 差1.5320.3912.2090.514作试验因素与指标趋势图嘌呤核苷酸的生物全合成途径主要途径p130从磷酸核糖开头，和谷氨酰胺、甘氨酸、CO2、天冬氨酸等代物质逐步结合，最终将环闭合起来形成肌苷酸IMP，IMP 连续向下代转化为腺嘌呤核苷一磷酸AMP及鸟嘌呤核苷一磷酸GMP。从 IMP 转化为 AMP 及 GMP 的途径，在枯草芽孢杆菌中，分出两条环形路线： 一条是经过 XMP黄嘌呤核苷一磷酸合成 GMP，在经过 GMP 复原酶扥作用生成 IMP；另一条经过SAMP腺苷琥珀酸合成AMP，再经过AMP 脱氨酶的作用生成IMP。恒化法把握恒定的流速，使由于细菌生长而耗去的养分准时得到补充，培育室中养分物浓度根本恒定，从而保持细菌的恒定生长速率，故称恒化连续培育。培育基速率固定恒浊法不断调整流速而使细菌培育液浊度保持恒定的连续培育方法叫恒浊连续培育。菌体密度固定连续发酵中为什么=D，单级连续发酵稀释率公式p162对发酵反响系统来说，细胞的物料平衡可表示为：流入的细胞流出的细胞+生长的细胞死去的细胞=积存的细胞，即Fc ( X )Fo-c( X ) + m c(X) - kc(X) =dc(X)VVdt式中：:流入发酵罐的细胞浓度，g/L;:流淌身酵罐的细胞浓度，g/L. ;:比生长速率，h-1;F:培育基流速，L/h;V:发酵罐液体的体积，L; k;比死亡速率，h-1：t;时间，h对一般单级连续发酵而言，=0，在多数连续培育中>>k,所以方程简化为- F c( X ) + m c( X ) =dc ( X )Vdt定义稀释率D=,单位为h-1 在恒定状态时，=0，所以 =即在恒定状态时，比生长速率等于稀释率。即 = D.双酶法喷射法工艺流程p81 及液化与糖化检验方法及缘由调浆->配料->一次喷射液化->液化层流罐保温 ->二次喷射液化>高温维持罐->二次液化->冷却>糖化1. 测定液化反响终点(碘反响)取淀粉液化液数滴，滴加碘液进展检测。淀粉在 -淀粉酶 的作用下，随着水解程度的加深，其碘色反响发生如下变化：蓝紫红浅红不显色(即碘原色)。2. 糖化终点测定(无水乙醇检验)取糖化液数滴，滴入无水乙醇中，看是否生成白色絮状物。假设无白色絮状物生成，说明糖化比较彻底。用公式说明微生物生长代中碳源用途及理论得率p165微生物生长代中碳源用途:a.满足菌体生长的消耗，可用 表示，b.维持菌体生存的消耗，用 表示。C.代产物积存的消耗，用 表示。=+设 YG 表示用于生长的碳源对菌体的得率常数，则有设 m 表示微生物的碳源维持常数，则有设 Ym 表示碳源对代产物的得率常数，则有- dc(S) =1 ´ dc( X ) + mc( X ) +1 ´ dc(P) +dtY所以GdtYdtm谷氨酸等电点提取流程及工艺参数，工业上如何结合使用离子交换法，理由p2881. 流程：将发酵液加盐酸调PH 至谷氨酸的等电点PH=2.33,使谷氨酸沉淀析出。缘由：谷氨酸分子中有两个酸性羧基和一个碱性氨基， pk1=2.91、pk2=4.25、pk3=9.67,其等电点为 3.22.2. 先将发酵液稀释到确定浓度，用盐酸将发酵液调至确定 PH，承受阳离子交换树脂吸附谷氨酸，然后用洗脱剂将谷氨酸从树脂上洗脱下来，得到浓缩与提纯的谷氨酸。贴壁依靠型动物细胞需要用何种方法培育，支持物有哪p些259 2641. 动物细胞无论是贴壁培育或是悬浮培育，均可用分批式、流加式、半连续式、连续式等培育方式。2. 支持物：玻璃、塑料制品、微载体。植物细胞培育基的组成及植物细胞培育方法p270植物细胞培育与动物细胞培育相比，其最大的优点是植物细胞能在简洁的合成培育基上 生长。其培育基的成分有碳源、有机氮源、无机盐类、维生素、植物生长激素和有机酸等其他物质。植物细胞培育的方法有单倍体细胞培育、原生质体培育、固体培育、液体培育、悬浮培育和固定化培育。发酵过程中为什么要对pH 值进展把握,p182pH 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代受阻。（2） pH 影响微生物细胞膜所带电荷。从而转变细胞膜的透性，影响微生物对养分物质的 吸取及代物的排泄，因此影响代的进展。（3） pH 值影响培育基某些成分和中间代物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。（4） pH 值影响代方向。pH 不同，往往引起菌体代过程不同，使代产物的质量和比例发生转变。（5） pH 在微生物培育的不同阶段有不同的影响，因此应当按发酵过程的不同阶段分别把握不同的PH 围，使产物的产量到达最大。影响发酵温度的因素，p180发酵过程中既有产生热量的因素，又有散失热能的因素，因而引起发酵温度的变化。发酵热是引起发酵过程温度变化的主要缘由。所谓发酵热:发酵过程中释放出来的净热量。Q 发酵 = Q+ Q-Q- Q生物搅拌蒸发辐射产生热量的因素：a.生物热：由于菌体的生长生殖和形成代产物，不断地利用营养物质，将其分解氧化获得能量，其中一局部能量用于合成高能化合物，供合成细胞物质和合成代产物所需要的能量。其余局部以热的形式散发出来，这就是生物热。b.搅拌热：机械能转变为热能的热功当量 ,是由于搅拌带动发酵液作机械运动,造成液体之间,液体和设备之间的摩擦产生的,数量可观。散失热能的因素 ： a.蒸气热：通气时，引起发酵液水分蒸发，发酵液因蒸发而被带走的热量称为蒸发热。b. 辐射热：因发酵过程温度与四周环境温度不同，发酵液的局部热量通过罐体向外辐射。客观存在的大小，取决于罐外温度差，冬天大些， 夏天小些。一般不超过 5%温度的把握降温，p182a. 利用自动把握或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇形管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。b. 假设气温较高，冷却水的温度又高，致使冷却效果很差，达不到预定的温度，就可承受冷冻盐水进展循环式降温，以快速降到最适温度。供氧与微生物代的关系，p1861. 好氧微生物的生长发育、生殖和形成代产物都需要消耗氧气以完成生物氧化、菌体生长和代产物生成的作用。2. 氧是构成细胞本身和代产物的组分之一如氧作为受氢体形成水3. 氧直接参与一些生物反响如何把握溶氧,溶氧浓度打算因素：供氧和需氧两方面。 供氧方面：设法提高氧传递的推动力和液相体积溶氧传递系数Kla值。1. 转变通气速率增大通气量，在低通风量状况下，增大通风量对提高溶氧效果显著。2. 转变搅拌速度，气泡可充分裂开，增大有效气液接触面积；液流滞留增加，液膜厚度减小， 提高供氧力气。3. 转变气体组成中的氧分压，通入纯氧，可提高c*值，提高供氧力气。4. 转变罐压，增加罐压。5. 转变发酵液的理化性质，如温度，培育基的物理性质。二需氧方面：发酵液的摄氧速率随菌体浓度增加而按比例增加，但氧的传递速率是随菌 体浓度的对数关系削减的，因此可以把握菌的比生长速率比临界值略高一点的水平到达最适浓度。三还可承受调整温度、中间补水、添加外表活性剂等工艺措施来改善溶氧水平。固定化细胞在基因工程菌中应用优点，缘由p2451. 质粒的不稳定性对基因工程菌的培育和产物的生产有着极大的影响，将基因工程菌株固定化后培育可增加基因工程菌的稳定性。提高生物量和提高克隆基因产物的产量。2. 非生长的基因工程菌的固定化，可提高其半衰期并能稳定操作较长时间。3. 基因工程供给了改进的微生物，在利用这些微生物的时候，人们自然地考虑到使用具很多优势的固定化技术，基因工程菌的固定化争论推动了固定化技术的进展。生物素缺陷型对工业发酵中谷氨酸大量积存起到哪些作用？生物素是如何影响细胞膜的通透性的？说明生产中如何把握工艺使谷氨酸大量积存具体p288生物素缺陷型对工业发酵中谷氨酸能大量积存起到哪些作用生物素缺陷型菌种不能合成生物素，抑制不饱和脂肪酸的合成。磷脂合成量削减，细胞膜的通透性增大，提高谷氨酸的产量。把握细胞膜通透性生物素充分的条件下：合成完整的细胞膜，积存的谷氨酸不能准时转到胞外，引起反响抑制，不利于谷氨酸的合成。生物素缺乏的条件下：谷氨酸生产菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通过把握生物素亚适量，使最终一代细菌细胞变形、拉长，转变了细胞膜的通透性，引起代失调，使谷氨酸得以积存。为了提高谷氨酸的产率一般可实行以下几种途径： p288 P125(1)对数生长期：随着氨被利用，PH 值又下降，溶氧浓度急剧下降，然后又维持在确定水平上。为了准时供给菌体生长必需的氮源及调整培育液的 PH 值至7.58.0，必需流加尿素。（2） 谷氨酸合成阶段：为了供给谷氨酸合成所必需的氨及维持谷氨酸合成最适的 PH=7.27.4，必需准时流加尿素，又为了促进谷氨酸的合成需加大通气量， 并将发酵温度提高到谷氨酸合成最适的温度 3437 度；（3） 发酵后期：菌体年轻，糖耗缓慢，此时流加尿素必需相应削减，当养分物质耗尽酸度不再增加时，需准时放罐。损耗。柠檬酸生物合成途径。柠檬酸的积存机制？如何把握柠檬酸发酵使之大量积存？p2851. 柠檬酸生物合成途径葡萄糖经EMP 途径生成丙酮酸，丙酮酸在有氧条件下，一方面氧化脱羧生成乙酰CoA， 另一方面经丙酮酸羧化生成草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰CoA 在柠檬酸合成酶的作用下缩合生成柠檬酸。2. 柠檬酸积存机制是: p122 Mn2+缺乏，抑制了蛋白合成导致细胞NH4+浓度上升； 一条呼吸活动强的侧系呼吸链不产生ATP；这两方面因素分别解除了对磷酸果糖激酶的代调整，促进EMP 途径畅通。丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 和CO2 的固定两个反响的平衡，以及柠檬酸合成酶不被调整，增加了合成柠檬酸的力气。把握Fe2+含量时，顺乌头酸水合酶活力降低，使柠檬酸积存。顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡：柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7随着柠檬酸积存，pH 降低到确定程度时，使顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸自身的积存。由组成型的丙酮酸羧化酶源源不断地供给草酰乙酸。3. 把握柠檬酸发酵使之大量积存p121（1） EMP 畅通无阻 ：把握 Mn2+ ，提高 NH4+ ，解除柠檬酸对PFK 的抑制。把握溶氧， 防止侧系呼吸链失活。（2） 通过CO2 固定反响生成C4 二羧酸，保持中间产物的准时补充，保证柠檬酸的积存。（3） 菌体生长到足够菌数时，适量参与亚铁氰化钾，使铁硫中心的 Fe2+ 生成协作物，则顺乌头酸酶失活或活性很低，而积存柠檬酸。固定化细胞与固定化酶比较的优点p2451. 固定化细胞保持了胞酶系的原始状态与自然环境，因而更稳定。2. 固定化细胞保持了胞原有的多酶系统，这对于多步催化反响的优势更加明显，且无需辅酶再生。3. 固定化增殖细胞发酵具有显著的优越性：a.固定化细胞的密度大、可增值，因而可获得高度密集而体积缩小的工程菌集合体，不需要微生物菌体的屡次培育、扩大，从而缩短了发酵生产周期，提高生产力气。b.发酵稳定性好，可以较长时间反复使用或连续使用。C.发酵液含菌体较少，有利于产品分别纯化，提高产品质量。