生物工艺学复习重点.pdf

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1、生物工艺学复习重点 第一章 1生物工艺学定义：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研究内容：在生物反应过程中具有普遍意义的 工艺技术问题。以探讨生物产品生产过程中共性为目的，从工艺 角度阐明细胞生长和代谢产物与细胞的培养条 件之间的相互关系，为生产过程的优化提供理论 基础。3生物技术的发展简史：（1）.传统经验制造技 术天然发酵阶段特点：自然发酵、历史悠久、工艺独特、经验丰富（2）.纯种培养技术的成功 初级代谢产物生产阶段 标志：了解微生物在发酵

2、过程中的作用 特点 是：大多数为厌氧发酵过程的产物；产物的化学 结构简单，初级代谢产物；其生产通常是在敞开 环境中进行；生产过程简单，生产设备相对要求 不高，规模一般不大。（3）.搅拌技术成熟 好氧培养阶段标志：抗生素工业的通风机械搅拌罐的应用 特点：产品类型多，不但有初级代谢产物，也出 现了次级代谢产物，还有生物转化及酶反应等产 品；技术要求高，主要使用纯种发酵，在发酵过 程中通入无菌空气；规模巨大；技术发展快。(4)基因重组技术的成熟现代生物技术阶 4生物技术的应用：农业，食品工业，医药工业，化学冶金工业，能源工业，环境保护 5常用工业生产微生物菌种：工业常用细菌、放 线菌、酵母菌、霉菌

3、6诱变育种的一般步骤：出发菌株自然分离纯化-制备单胞子悬液-诱变剂处理-稀释涂平板-培 养，计数-突变株分离-初筛-复筛-突变性能检测-筛选出高产菌株保存 7初筛，复筛概念与筛选方法 初筛：目的是删去明确不符合要求的大部分菌 株，把生产性状类似的菌株尽量保留下来，使优 良菌种不致于漏网。初筛工作以量为主，测定的 精确性还在其次。初筛的手段应尽可能快速、简 单。段标志:DNA是遗传物质。复筛的目的是确认符合生产要求的菌株，所以，复筛步骤以质为主，应精确测定每个菌株的生产 指标。初筛选方法 平皿快速检测法：纸片培养显色法，变色圈法，透明圈法，生长圈法，抑制圈法等 复筛方法：（1）微生物初筛鉴定（一

4、一何属？何 种？目的：预知微生物对人、动物或植物是否 有致病性。但分类复杂。）（2）发酵培养基的选择（3）培养与发酵（4）抽提试验 8.微生物杂交育种基本程序：选择原始亲本-诱变筛选直接亲本-亲和力鉴定-杂交-分离到基本培养基和选择培养基上培养-筛 选重组体-鉴定 9.什么是原始亲本，直接亲本？原始亲本是微生物杂交育种中具有不同遗传背 景的优质出发菌株，主要根据杂交的目的来选择.从育种角度出发。通常选择具有优良性状如产量 高，代谢快,产孢子能力强，无色素,泡沫少,粘性小 等发酵性能好的菌株为原始亲本。直接亲本微生物杂交育种所使用的配对菌株 称为直接亲本。特点：经原始亲本菌株诱变而来；具有营养缺

5、陷 型标记或其他标记。10孢子制备分为放线菌抱子制备，霉菌孢子制 备，细菌培养物制备 各自特点？(1)放线菌抱子制备琼脂斜面培养基、不丰富 碳源和氮源，温度多数 28 C,少数 37 C,培 养时间 5-14 天。(2)霉菌孢子制备 以大米、小米、玉米、麸皮、麦粒等天然农产品为培养基。培养温度为 25 28C，培养时间为 414 天。(3)细菌培养物制备斜面培养基、碳源限量而氮 源丰富，牛肉膏、蛋白胨常用作有机氮源。温度 大多数为 37C，少数 28C，培养时间 12 天,产芽孢的细菌则需培养 510 天。11 影响孢子制备的因素及其控制。(1)培养基：构成孢子培养基原材料，其产地、品 种、加

6、工方法和用量。(2)培养温度和湿度：斜面抱子培养时，培养室的 相对湿度对抱子形成的速度、数量和质量有很大 影响。真菌对湿度要求偏高,放线菌对湿度要求 偏低。最适培养温度和湿度是相对的，培养温度、培养基组分不同也会影响到微生物培养的最适 相对湿度。（3）培养时间和冷藏时间：孢子的培养时间及冷藏 时间对孢子质量有重要影响，过于年轻的孢子经 不起冷藏，抱子的培养时间应控制在孢子量多、孢子成熟、发酵产量正常的阶段终止培养。冷藏 总原则是冷藏时间宜短不宜长。（4）接种量:制备孢子时的接种量要适中。因为接 种量的大小影响到在一定量培养基中孢子的个 体数量的多少，进而影响到菌体的生理状态。12 影响种子质量

7、的主要因素（1）培养基（2）培 养条件（3）种龄，种子培养时间（4）接种量 13菌种退化的概念及其原因：菌种退化，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。菌种退化原因（1）自然突变：较高的代谢繁殖能 力导致大量基因突变，多数为负突变。（2）环境条 件:如营养条件，环境温度也是重要的作用因素。14 菌种保藏的原理：根据菌种的生物、生理、生 化特点，人工地创造条件，使菌种的代谢活动处 于不活泼状态，生长繁殖处于休眠状态。第三章 15 为什么要进行淀粉制糖？(1)许多微生物并不能直接利用淀粉；

8、(2)有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但 必须在微生物分解出胞外淀粉酶类以后才能进 行，过程缓慢，发酵过程周期过长，实际生产上 无法被米用。(3)若直接利用淀粉会由于灭菌中高温导致淀 粉变糊、结块，发酵液粘度增加，无法进行发酵 16.DE 值，DX 值指什么？葡萄糖值-DE 值 工业上用 DE 值(也称葡萄 糖值)表示淀粉糖的糖组成。糖化液中的还原糖 含量(以葡萄糖计算)占干物质的百分率称为 DE 值。糖化液中的葡萄糖含量占干物质的百分率称为 DX 值。17 淀粉水解糖的制备方法有哪几类，其概念是什 么？(1)酸解法 又称酸糖化法，它是以酸为催化 剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。(2

9、)酶解法利用专一性很强的淀粉酶、糖化酶 将淀粉水解为葡萄糖，又称为双酶法或多酶法。（3）酸酶结合法 酸酶法：先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后 利用糖化酶水解其为葡萄糖。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。18 淀粉水解中酸水解有 3 个反应，是什么？反应1:酶催化，淀粉水解成葡萄糖主要反 应 反应 2:酸、热作用发生的复合反应一一次要反 应 反应 3:分解反应次要反应 19 酸水解条件选择及其控制：1）淀粉的质量：酸水解法以酸为催化剂，无专 一性 2）淀粉乳浓度的选择 淀粉乳浓度下降，DE 值上升，副反应减少；浓度过低，设备利用 率低。3）酸的种类和用量 4）糖化温

10、度、压 力和时间 5）淀粉中含蛋白质等杂质对糖液质 量的影响 6）糖化终点的控制和检查 20 淀粉酶水解的的两个步骤：液化和糖化 酶 水解位 置 水解次序 水解产物 液化 淀粉 1,4 糖苷 无先后次:葡萄糖、麦芽 酶 键 序 糖、麦芽三 塘、异麦芽 糖、低聚糖 糖化 糖化 酶 1,4 和 1,6 糖苷键 从非还原 性末端开 始 葡萄糖 21 糊化和老化的概念：1）淀粉的糊化：指淀粉 受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，互相接 触变成糊状液体，即使停止搅拌，淀粉也不会再 沉淀的现象。2）淀粉的老化：分子间氢键已断 裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶过程。22 糖化的概念：利

11、用糖化酶（也称葡萄糖淀粉酶）将淀粉液化产物糊精及低聚糖进一步水解成葡 萄糖的过程。第四章 23 培养基的概念，作用，要求？培养基：指一切可供微生物细胞生长繁殖和生物 合成各种代谢产物所需的，按一定比例配制的多 种营养物质的混合物。作用：满足微生物生长、促进产物生成。基本要求：（1）满足微生物生长所需的各种营养 成分：碳源、氮源、生长因子等；（2）针对不同 发酵规模的生产，有不同成分的培养基。24.微生物营养的五大要素：碳源，氮源，无机盐 及微量元素，生长因子、前体、产物促进剂，水 25葡萄糖效应：又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生 阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分 解代谢产物阻遏某些诱导酶

12、体系编码的基因转 录的现象。26 碳源的作用：提供微生物菌种的生长繁殖所需 的能源和合成菌体所必需的碳成分；提供合成 目的产物所必须的碳成分。27 氮源的定义，作用，类型？定义：指构成微生物细胞和代谢产物中的氮素来 源的营养物质。作用：用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。类型：分为无机氮源和有机氮源两种。28 生长因子定义：微生物生长不可缺少的微量的 有机物质，如氨基酸、嘌吟、嘧啶、维生素等。只对于无法合成这些成分的微生物必不可少。29.培养基按纯度分为哪 3 种？按用途分为哪 3 种？按纯度分为合成培养基、天然培养基和半合成培 养基 按用途分为抱子、种子和发酵培养基

13、30 培养基成分选择的原则：（1）菌体的同化能力（2）代谢的阻遏与诱导（3）合适的碳氮比（4）Ph 的要求 31 正交试验的实质和步骤：实质：选择适当正交表，合理安排实验的分析事 宜按结果的一种试验方法。步骤：（1）根据要求和客观条件确定因子和水平，列出因子水平表；（2）根据因子和水平数选用合适的正交表，设 计表头，开始实验；（3）根据正交表给出的实验方案，进行实验；（4）对实验进行分析，选出较优的实验条件及 对结果有显著影响的因子。32 培养基设计时应注意的问题：原料及设备的预处理；原材料的质量；发酵特性 的影响；灭菌 第五章 33灭菌消毒概念：消毒：杀死物体表面及内部一 部分对人体有害的病

14、原菌的营养体，而对被消毒 的物体基本无害的措施，如对皮肤、水果、饮用 水的消毒，啤酒、牛奶、果汁等消毒。灭菌：杀死任何物体内外的一切微生物的方法，灭菌后的物体不再有可存活的微生物。34.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。35 无菌检测的方式：无菌试验、镜检、试剂盒。无菌试验：肉汤培养法、双蝶法、斜面培养法。镜检：用显微镜观察取样中有无杂菌。试剂盒：快速高效检测手段。36 双碟的定义：在抗生素效价测定中，装有培养 基和试验菌的玻璃培养皿称为双碟。分为底层（不含菌）和菌层 37.（1）呼吸强度（比耗氧速率）：单位质量的 菌体（以干重计）在单位时间

15、内消耗氧的量 mmolO2/（g 干细胞 h）。用 Q02 表示。（2）耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间 内的消耗氧的量，以 r 表示，单位 mmolO2/L h。（3）临界氧浓度：在溶氧浓度低时，呼吸强度 随溶解氧浓度的增加而增加，当溶氧浓度达到某 一值后，呼吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变 化时的溶解氧浓度。用 C 临界表示。38 图文描述氧传递阻力与途径:氧传递途径示意图 氧从空气泡传递到低保过程中要克服的阻力：从气泡中的气相扩散通过气膜到气液界面；通过气液界面；从气液界面扩散通过气泡的 液膜到液相主体：液相溶解氧的传递；从 液相主体扩散通过包围细胞的液膜到大细胞表 面；氧通过细胞壁

16、；微生物细胞内氧的传递；通常和步传递阻力最大，是整个过程的控制 步骤 39.双膜理论：在气泡与包围着气泡的液体之间 存在着界面，在界面的一侧存在一层气膜，在界 面的液体一侧存在一层液膜，气膜内的气体分子 与液膜中的液体分子都处于层流状态，分子之间 无对流运动，因此，氧分子只能以扩散方式借助 浓度差透过双生化反应 液相I体 I 面 界向 细胞内阻 膜，另外，气泡内除气膜以外的气 体分子处于对流状态，成为气流主体，在空气主 流空间的任一点氧分子浓度相同，液体也如此。40 控制溶氧的工艺手段：（1）.改变通气速率（增 大通风量）（2）.改变搅拌速度（3）.改变气体 组成中的氧分压（4）.改变罐压（5

17、）.改变发酵 液的理化性质（6）加入传氧中间介质 传氧中间介质有：1）血红蛋白；2）烃类碳氢化 合物（煤油、石蜡、甲苯与水等）；3）含氟碳化 物。第七章 41 发酵染菌的概念，发酵异常现象 发酵染菌：在发酵过程中，生产菌以外的其他微 生物侵入了发酵液，从而使发酵过程失去了真正 意义上的纯种培养。发酵异常现象：（1）溶解氧的异常变化（2）排 气的 CO2异常变化（3）其他异常现象（4）设备渗漏方面原因（5）空气过滤系统方面 原因 42 不同生产阶段染菌对发酵的影响 种子培养期染菌：对整个发酵过程的危害极 大。发酵前期染菌：严重干扰生产菌的生长繁 殖。发酵中期染菌：干扰生产菌的代谢，影响产 物的生

18、成。发酵后期染菌：影响相对较小。种子带菌：将导致染菌范围不断扩大，使生 产蒙受重大损失。空气带菌：使发酵大面积染菌。培养基或设备灭菌不彻底：一般不具延续 性，使单个（批）发酵罐发酵失败。设备渗漏：染菌几率较大。43 杂菌检查的目的意义，方法。目的意义：发酵过程是否染菌应以无菌试验的结 果为依据进行判断。在发酵生产过程中，如何及早发现杂菌的污染并 及时采取措施加以处理，是避免染菌造成严重经 济损失的重要手段。因此，生产上要求能准确、快速的检查出杂菌的污染。检查方法主要有以下四种：（1）、显微镜检查法（镜检法）（2）、肉汤培养法（3）、平板划线培 养或斜面培养检查法（4）、发酵过程的异常现象 观察

19、法 44 杂菌污染的挽救及处理 a 种子培养期染菌：应经灭菌后弃之，并对种子 罐、管道等进行仔细检查和彻底灭菌。b 发酵前期染菌：营养成分消耗不多，应迅速重 新灭菌；补充必要的营养成分，重新接种进行发 酵。c 发酵中、后期染菌：加入适当的杀菌剂或抗生 素以及正常的发酵液，以抑制杂菌的生长速度；产品的含量若达一定值，只要明确是染菌也可放 罐。d 发酵后对设备的处理：空罐加热灭菌后至 120C 以上、30min 后，才能使用。也可用甲醛熏蒸或 甲醛溶液浸泡 12h 以上等方法进行处理。第八章 45 分批发酵：是指在一封闭系统内含有初始限量 基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消 泡剂及控制 p

20、H 的酸或碱外，不再加入任何其它 物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到 繁殖。补料发酵：又称半连续发酵或流加分批发酵，指 在分批发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养 基的发酵方式。连续发酵：培养基料液连续输入发酵罐，并同时 放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料 液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的 基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的 pH、恒定 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方 式。46发酵过程控制的意义：最佳工艺条件的优选（即最佳工艺参数的确定）以及在发酵过程中通 过过程调节达到最适水平的控制。47什么是发酵热，生物热？发酵热：发酵过程中所产生的热量。Q发酵=Q生

21、物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射 生物热来源：微生物对营养物质的分解所释 放的能量 48.CO2对发酵影响的机理 答：CO2及 HCO3-主要是影响细胞膜的结构，导 致膜的流动性及表面电荷密度发生改变，影响到 细胞膜的输送效率，导致细胞生长受到抑制、形 态发生改变。培养液中的 CO2主要作用于细胞膜的脂质核心 部位；HC03-影响细胞膜的膜蛋白 49.泡沫控制的机理，对发酵有何影响？机理 A.当泡沫的表层有在着由极性的表面活性 物质形成双电系层，可加入另一种具有相反电荷 的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度；或加入 具强极性的物质与发泡剂争夺液膜上的空间，降 低液膜强度，使泡沫破裂。B.泡沫的液膜具较

22、大的表面粘度时，可加入某些 分子内聚力较小的物质，Q以降低液膜的粘度，使 液膜的液体流失，导致泡沫破裂。50 分散剂的作用：帮助消泡剂扩散和缓慢释放，具加速和延长消泡剂作用，减少消泡剂粘性 第九章 51 植物细胞的培养方法、方式？方法:主要有植物细胞的大规模悬浮培养（适于 大量快速地增殖细胞，不利于次生物质的积累）和植物细胞或原生质体的固定化培养（细胞生长 缓慢而次生物质含量相对较高）。植物细胞的培养方式主要有间歇培养、连续和固 定化培养等多种。52 影响植物细胞培养的因素有：（1）.细胞的遗 传特性（2）.培养的环境条件 女口：温度 Ph 53 植物细胞培养反应器有哪些？反应器主要有机械式搅

23、拌生物反应器、鼓泡塔与 气升式生物反应器、填充床式生物反应器、流化 床生物反应器和膜式生物反应器等。第十章 54.动物细胞培养的环境是什么？（影响动物细胞 生长、繁殖的因素？）影响动物细胞生长、繁殖的因素有温度、PH 值、营养成分、溶氧、气体环境、渗透压以及其他因 素。52.动物细胞培养的一般步骤：无菌取出目的 细胞所在的组织，用培养液漂洗干净一以锋利无 菌刀具割舍多余部分，切成小组织块一将小组织 块置解离液离散细胞。解离液也含蛋白酶类，无 钙镁离子一低速离心洗涤细胞后，将目的细胞吸 移培养瓶培养 53 动物细胞培养的类型，以及反应器有哪些？类型:动物细胞无论是贴壁培养或是悬浮培养，均可分为分

24、批式、流加式、半连续式、连续式等 多种培养方式。生物反应器可分为：气升式细胞培养反应器、中 空纤维管生物反应器、通气搅拌反应器、流化床 生物反应器等。第十一章 54 生产工艺设计的三个原则？先进性，可 靠性，合理性 55 工艺流程图，分为哪三类？（1）不计入文件：方框流程图、工艺流程简（草）图半图解（2）初步设计文件：工艺物料流程图、带控制 点的工艺流程图（3）施工图设计文件：管道仪表流程图 56 工艺计算的工程是什么？1）充分了解物料平衡计算的目的和要求，决定 计算方法。2）绘出物料平衡计算流程示意图，标注原料、产品、辅料的流量、组成、温度、压力等参数，使具体和形象化。3）写出主反应和副反应一精制分离设备设计和 三废处理依据。4）明确生产规模、物料规格等设计基础数据，查阅物化数据（密度、比热等）。5）根据生产方法、工艺流程、设备，对照同类 工厂，确定工艺指标、原材料消耗等。6）统一计算基准。（单位时间产品量、原料量，单位重量原料量，或加入设备的一批物料量。7）进行物料衡算。8）列出物料平衡计算表。9）绘出能直观表明各物料在生产中的位置和相 互关系的物料流程图。10）得到衡算表，结束物料衡算。57 物料平衡计算依据：质量守恒定律，引入各设 备的全部物料量=离开设备全部物料量+物料损 失 第十二章一 58 啤酒生产工艺的工程：制麦一一糖化一一发酵 处理及包装