生物工艺学
生物工艺学(名词解释、简答题)
1生物工艺学：应用自然科学和工程学原理，依靠生物作用剂的作用将原料加工以提供产品或用以为社会服务的技术2 发酵工程：生物学和工程学的结合，生物方面的各种工程的总称，技术的开发产业化。
3，自然选育：利用微生物在一定的条件下自发变异的原理，通过分离筛选等方法，排除衰变型菌株，从中选择维持原菌落生产水的菌落，并获得纯种4 随机筛选：将人工诱变或自然突变的菌株凭经验进行筛选，以从中挑选出目的菌株的过程5 理性化筛选根据遗传学原理，设计选择性筛子，从将目的菌种筛出来6目的筛选在理性化筛选的基础上，每一次摇瓶筛选都采用不同的技术指导，使变株的选出频率进一步提高以达到筛选的目的7 杂交育种将两个基因型不同的菌株以吻合后使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株8 原生质体融合: 把两个亲本的细胞壁分别通过酶解作用加以瓦解，使菌体细胞在高渗环境中释放出只有原生质包裹的球状体，两亲本的原生质体在高渗条件下使之融合，由PEG作为助融剂，使期发生细胞融合，使两亲本基因由接触到交换，从而实现基因组合9 简述传统生物技术与现在生物技术的区别：传统生物技术：利用现有生物、宏观水平、传统技术、注重产量的提高；现代生物技术：利用改造的生物、微观水平、以基因工程为代表的新技术、注重产量和质量的提高10 简述发酵工艺的历史和特征、历史：天然发酵时期，对微生物本生与缺乏的认识；纯培养技术的建立，发酵技术的建立是第一个转折期，人为控制微生物的时代；通气搅拌技术的发展发酵工业第转折期，发酵工程的开端，青霉素发酵的开始；代谢控制发酵技术的建立，第三转折期，氨基酸，核苷酸的发酵；发酵原料的转换，糖质原料到非糖质原料；基因工程的运用；，广泛的生物产业，固定代细胞技术，单棵隆抗体。
特征：常压常温下进行反应，反应条件温和，生产材料多价格低，以碳水化合物为主要的原料，不需要精制反应自动调节反应途径高度专一和选择性，对环境污染少，生产过程无害，可以不增加设备而增加产量，投资少见效快。
生物工艺学
第一章绪论1.生物工艺学：生物技术，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.生物工艺学特点：一门综合性学科，采用生物催化剂，利用可再生资源为主要原料，设备简单，耗能较低。
3.生物催化剂：游离或固定化细胞或酶的总称。
4.1928年英国人弗来明发现青霉素第二章工业微生物菌种选育、制备与保藏1.工程菌：细菌、放线菌（生产各种抗生素）、酵母菌、霉菌2.工程菌的菌种选育：自然育种、诱变育种、杂交育种、基因工程育种3.自然育种步骤：采样、增殖培养、纯种分离（单菌落分离法）和性能测定4.重组DNA技术：目标DNA片段的获得、与载体DNA分子的连接、重组DNA分子引入宿主细胞、选出含有所需重组DNA分子的宿主细胞5.种子制备：摇瓶种子制备、种子罐种子制备6.工业微生物菌种的保藏：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程培养基及其设计1.工业培养基：为微生物提供生长繁殖和生物合成各种代谢所需的，按照一定比例而配置的多种营养物质的混合物。
2.工业大规模发酵培养基配置原则(1)提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分(2)有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物的转化率(3)有利于提高产物的浓度，以提高单位容量发酵罐的生产能力(4)有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期(5)尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化(6)原料价格低廉，质量稳定，取材容易(7)所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗(8)有利于产品的分离纯化，尽可能减少“三废”物质的产生。
3.培养基成分：碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水4.蛋白胨为氮源、葡萄糖为碳源、能源5.微量元素：10-8 -10-6mol/L；大量元素：10-4 -10-3mol/L6.制备培养基的基本原则：目标明确、营养协调、条件适宜、经济合理7.C/N低，利于微生物的生长与繁殖；C/N高，有利于获取代谢产物或用作发酵培养基。
生物工艺学教学大纲
生物工艺学教学大纲
一、引言
A. 目的和背景
生物工艺学是一门研究利用生物体进行工业化生产的学科。
它结合了生物学和工程学的知识，用于开发和应用生物技术来生产药物、食品和其他生物制品。
本教学大纲旨在介绍生物工艺学的基本概念、原理和应用，培养学生的科学研究能力和工程实践能力。
B. 教学目标
1. 了解生物工艺学的定义和发展背景；
2. 掌握生物反应器设计与生物转化过程基础知识；
3. 理解生物工艺技术的应用领域和未来发展方向；
4. 培养学生的科学研究能力和工程实践能力。
二、课程内容
A. 生物工艺学基础
1. 生物工艺学的定义和历史发展
2. 生物工艺学与其他相关学科的关系
3. 生物工艺学发展的驱动因素
B. 生物反应器设计
1. 反应器种类和基本结构
2. 反应器运行参数的选择和优化
3. 反应器控制策略和操作技术
C. 生物转化过程
1. 酒精发酵过程
2. 生物降解过程
3. 生物合成过程
4. 生物转化过程的机理和控制
D. 生物工艺技术的应用
1. 药物生产与工艺优化
2. 食品生产与质量控制。
生物工艺学知识点
生物工艺学知识点第一章绪论1、生物工艺学biotechnology：又称为生物技术,它是应用自然科学及工程学原理,依靠生物作用剂biologicalagents的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术;特点：多学科和多技术的结合、生物作用剂生物催化剂的参与、应用大量高、精、尖设备;;2、生物催化剂是游离的或固定化的细胞或酶的总称;生物催化剂特点：优点：①常温、常压下反应②反应速率大③催化作用专一④价格低廉缺点：稳定性差控制条件严格易变异细胞生物反应过程实质是利用生物催化剂以从事生物技术产品的生产过程processengineering;3、生物技术研究的主要内容：基因工程DNA重组技术,geneengineering、细胞工程cellengineering、酶工程enzymeengineering、发酵工程fermentationengineering、蛋白质工程proteinengineering、第二章菌种的来源1、工业生产常用的微生物细菌、酵母菌、霉菌、放线菌、担子菌、藻类;2、分离微生物新种的过程大体可分为采样、增殖、纯化和性能测定;含微生物材料的预处理方法：物理方法加热；化学方法pH；诱饵法;诱饵技术：将固体基质加到待检的土壤或水中,待其菌落长成后再铺平板;分离的效率影响因素：1培养基的养分；2pH；3加入的选择性抑制剂;3、高产培养基成分的选择准则：制备一系列的培养基,其中有各种类型的养分成为生长限制因素C、N、P、O；使用一聚合或复合形式的生长限制养分；避免使用容易同化的碳葡萄糖或氮NH4+,它们可能引起分解代谢物阻遏；确定含有所需的辅因子Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+加入缓冲溶液以减小pH变化;4、代谢控制发酵MetabolicControlfermentation：用人工诱变的方法,有意识地改变微生物的代谢途径,最大限度地积累产物,这种发酵形象地称为代谢控制发酵,最早在氨基酸发酵中得到成功应用;5、菌种的衰退表观现象有哪些目的产物的产量下降营养物质代谢和生长繁殖能力下降发酵周期延长抗不良环境的性能减弱6、菌种的衰退的原因菌种保藏不当提供不了当的条件或不利的条件经诱变得到的新菌株发生回复突变7、菌种的复壮方法：纯种分离通过寄主体进行复壮淘汰已衰退的个体8、菌种的保藏的原理根据菌种的生理生化特点,人工创造条件,使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低,以减少其变异;一般可通过保持培养基营养成分在最低水平,缺氧状态,干燥和低温,使菌种处于“休眠”状态,抑制其繁殖能力;9、菌种的保藏方法：A斜面冰箱保藏法B沙土管保藏法C石蜡油封存法D真空冷冻干燥保藏法E液氮超低温保藏法第三章菌种选育1、常用菌种选育方法1自然选育:是指在生产过程中,不经过人工处理,利用菌种的自发突变spontaneousmutation而进行菌种筛选的过程;特点：自发突变的频率较低,变异程度不大;所以该法培育新菌种的过程十分缓慢; 2诱变育种:是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群,促进其突变率大幅度提高,然后采用简便、快速和高效的筛选方法,从中挑选少数符合育种目的的突变株,以供生产实践或科学研究使用;诱变育种的理论基础是基因突变;常用诱变剂：物理诱变剂、化学诱变剂碱基类似物、与碱基反应的物质、在DNA分子中插入或缺失一个或几个碱基物质、生物诱变剂3分子育种DNA重组、基因工程：用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质DNA分子提取出来,在离体条件下切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后导入某一受体细胞中,让外来的遗传物质在其中进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新的育种技术;4杂交育种Hybridization：常规杂交育种Hybridization：一般是指人为利用真核微生物的有性生殖或准性生殖或原核微生物的接合、F因子转移、转导和转化等过程,促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组,以获得性能优良的生产菌株;原生质体融合技术：通过人工方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合,并产生重组子的过程,亦称为“细胞融合”cellfusion;原生质体融合的基本过程：原生质体形成、原生质体融合、原生质体的再生;3、工程菌的不稳定性表现质粒的不稳定质粒的丢失、重组质粒的DNA片段脱落、表达产物的不稳定第三章微生物的代谢调节1、微生物代谢调节方式代谢流向的调控分为代谢物的合成和代谢物的降解；通过快速启动蛋白质的合成和有关的代谢途径,平衡各代谢物流和反应速率来适应外界环境的变化;代谢速度的调控分为酶量粗调酶合成的诱导和酶合成的阻遏和酶活细调酶活性的激活、酶活性的抑制反馈阻遏是转录水平的调节,产生效应慢；影响催化一系列反应的多个酶反馈抑制是酶活性水平调节,产生效应快;只对是一系列反应中的第一个酶起作用底物对酶的影响称为前馈;产物对酶的影响称为反馈;2、微生物初级代谢调节包括酶活调节、酶合成调节、遗传控制1酶活性的调节细调：一定数量的酶,通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率;酶活调节的影响因素包括：底物和产物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、辅助因子以及其他酶的存在等等;特点是反应快速;酶活性的调节包括：酶活性的激活和酶活性的抑制反馈抑制2酶合成的调节：通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制;这类调节在基因转录水平上进行,对代谢活动的调节是间接的、缓慢的3酶合成的阻遏：在某代谢途径中,当末端产物过量时,微生物的调节体系就会阻止代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的合成,从而彻底地控制代谢,减少末端产物生成,这种现象称为酶合成的阻遏;末端代谢产物阻遏:由于某代谢途径末端产物的过量积累而引起酶合成的反馈阻遏;分解代谢物阻遏：当细胞内同时存在两种可利用底物碳源或氮源时,利用快的底物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成;这种阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的结果,而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的,所以称为分解代谢物阻遏过去被称为葡萄糖效应;3、改变细胞膜通透性的方法A限制培养基中生物素浓度在1～5mg/L,控制细胞膜中脂质的合成；B加入青霉素,抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；C加入表面活性剂如吐温80或阳离子表面活性剂如聚氧化乙酰硬脂酰胺,将脂类从细胞壁中溶解出来,使细胞壁疏松,通透性增加；D控制Mn2+、Zn2+的浓度,干扰细胞膜或细胞壁的形成；E可以通过诱变育种的方法,筛选细胞透性突变株;5、人工控制微生物代谢的两种手段：1生物合成途径的遗传控制2发酵条件的控制6.谷氨酸棒杆菌生物素缺陷型生产谷氨酸的调控第四章微生物次级代谢与调节1、次级代谢产物：某些微生物在生命循环的某一个阶段产生的物质,它们一般是在菌生长终止后合成的;其生物合成至少有一部分是与核内和核外的遗传物质有关,同时也与这类遗传信息产生的酶所控制的代谢途径有关;微生物产生的次级代谢物有抗生素、毒素、色素和生物碱等;2、初级与次级代谢途径相互连接次级代谢物通常是由初级代谢中间体经修饰后形成的修饰初级代谢中间体的三种生化过程生物氧化与还原、生物甲基化、生物卤化3、前体：指加入到发酵培养基中的某些化合物,它能被微生物直接结合到产物分子中去,而自身的结构无多大变化有些还具有促进产物合成的作用;中间体是指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质,他们均被进一步代谢,最终获得该途径的终产物;4、次级代谢物生物合成的原理①一旦前体被合成,在适当条件下它们便流向次级代谢物生物合成的专用途径;②在某些情况下单体结构单位被聚合,形成聚合物;这些特有的生物合成中间体产物需做后几步的结构修饰,修饰的程度取决于产生菌的生理条件;有些复杂抗生素是由几个来自不同生物合成途径组成的;第五章发酵培养基1、培养基通常指人工配制的供微生物生长、繁殖、代谢和合成所需产物的营养物质和原料,同时,培养基也为微生物等提供除营养外的其它生长所必需的环境条件2、发酵培养基的要求①培养基能够满足产物最经济地合成②发酵后所形成的副产物尽可能的少③培养基的原料应因地制宜,价格低廉；且性能稳定,资源丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的供应;④所用培养基应能满足总体工艺的要求,如不应影响通气、提取、纯化及废物处理等;3、工业上常用的碳源：葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖工业上常用的氮源：无机氮源：氨水,铵盐,硝酸盐等;有机氮源：玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、棉籽粉、鱼粉、酵母浸出液等;生理酸性物质,如硫酸铵;生理碱性物质,如硝酸钠;提供生长因子的农副产品原料：1玉米浆2麸皮水解液3糖蜜4酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉;产物促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂;4、发酵培养基的设计和优化方法正交试验设计、均匀设计、响应面分析正交试验设计：利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法;它是由试验因素的全部水平组合中,挑选部分有代表性的水平组合进行试验,通过对这部分试验结果的分析,了解全面试验的情况,找出最优的水平组合;正交实验数据分析,见教材P112-114例题,表4-16,同时确定因素的主次顺序、各因素的优水平、各因素水平的最优组合;小数点后保留一位;第六章发酵培养基灭菌和空气净化在发酵工业生产中,为了保证纯种培养,在生产菌种接种培养前,要对培养基、空气系统、消泡剂、流加物料、设备、管道等进行灭菌,还要对生产环境进行消毒,防止杂菌和噬菌体的大量繁殖;1.微生物热阻：微生物在某一特定条件下主要是温度和加热方式下的致死时间;2.对数残留定律中各符号的意义;3.理论灭菌时间的计算间歇实罐灭菌时间的计算连续灭菌的灭菌时间计算：4.灭菌温度的选择：随着温度升高,灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中营养成分的分解速率常数的增加倍数;即当灭菌温度升高时,微生物杀灭速度提高,培养基营养成分破坏的速度减慢;5.影响培养基灭菌的因素：所污染杂菌的种类、数量、灭菌温度和时间,培养基成分、pH值、培养基中颗粒、泡沫等对培养基灭菌也有影响;6.无菌空气：指通过除菌处理使空气中含菌量降低至一个极低的百分数,从而能控制发酵污染至极小机会;此种空气称为“无菌空气”;7.介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层,将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中,而达到除菌的目的;是大多数发酵厂广泛采用的方法;按除菌机制可分为：绝对表面过滤和深层介质过滤;介质过滤除菌的机理：空气流通过这种介质过滤层时,借助惯性碰撞、拦截滞流、静电吸附、扩散等作用,将其尘埃和微生物截留在介质层内,达到过滤除菌目的;第七章种子的扩大培养1、种子扩大培养：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后,再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程;这些纯种培养物称为种子2、种子扩大培养的目的与要求1种子扩培的目的①接种量的需要②菌种的驯化③缩短发酵时间、保证生产水平2种子的要求①菌种细胞的生长活力强,移种至发酵罐后能迅速生长,延迟期短②生理性状稳定③菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求④无杂菌污染⑤保持稳定的生产能力;3、种子罐级数：是指制备种子需逐级扩大培养的次数,取决于菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度、所采用发酵罐的容积;种子罐级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响;级数大,难控制、易染菌、易变异,管理困难,一般2～4级;4、种子制备分两个阶段：实验室种子制备阶段生产车间种子制备阶段5、种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间;接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例;通常接种量：细菌1-5%,酵母菌5-10%,霉菌7-15%,有时20-25%青霉素生产的种子制备过程：安瓿管→斜面孢子→大米孢子→一级种子→二级种子→发酵第八章发酵工艺控制1、微生物发酵的生产水平取决于生产菌种本身的性能和合适的环境条件;2、发酵过程的代谢变化从产物形成来说,代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化培养基和培养条件和产物形成速率这三者之间的关系;在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系,将微生物产物形成动力学分为①生长关联型和②非生长关联型;3、发酵方式1补料－分批发酵：指分批培养过程中,间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法;优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度;低基质浓度的优点：①可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②克服养分的不足,避免发酵过早结束;2半连续发酵：是指在补料－分批发酵的基础上,间歇地放掉部分发酵液的培养方法;优点：①可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②克服养分的不足,避免发酵过早结束；③缓解有害代谢产物的积累;3连续发酵：指培养基料液连续输入发酵罐,并同时放出含有产品的发酵液的培养方法;在这样的环境中培养,菌的生长就受到所提供基质的限制,培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态;与传统的分批发酵相比,连续培养有以下优点：①维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②避免培养基积累有毒代谢物；③可以提高设备利用率和单位时间的产量,节省发酵罐的非生产时间；④便于自动控制;4、发酵控制参数按性质分类：物理参数、化学参数、生物参数按检测手段分类：①直接参数：⑴在线检测参数⑵离线检测参数②间接参数5、发酵热发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量;Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显-Q辐射生物热biologicalheat是菌体生长过程中直接释放到体外的热能,使发酵液温度升高;搅拌热agitationheat是搅拌器引起的液体之间和液体与设备之间的摩擦所产生的热量;6、发酵过程pH值的一般变化规律1生长阶段：菌体产生蛋白酶水解培养基中的蛋白质,生成铵离子,使pH上升至碱性；随着菌体量增多,铵离子的消耗也增多,另外糖利用过程中有机酸的积累使pH 值下降;2生产阶段：这个阶段pH值趋于稳定;3自溶阶段：随着养分的耗尽,菌体蛋白酶的活跃,培养液中氨基氮增加,致使pH又上升,此时菌体趋于自溶而代谢活动终止;7、引起发酵液pH值异常波动的因素pH值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件pH下降：①培养基中碳、氮比例不当;碳源过多,特别是葡萄糖过量,或者中间补糖过多加上溶氧不足,致使有机酸大量积累而pH下降；②消泡剂加得过多；③生理酸性物质的存在,铵被利用,pH下降;pH上升：①培养基中碳、氮比例不当;氮源过多,氨基氮释放,使pH上升；②生理碱性物质存在；③中间补料氨水或尿素等碱性物质加入过多;8、临界氧浓度criticalvalueofdissolvedoxygenconcentration：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度;如对产物形成而言便称为产物合成的临界氧浓度;呼吸强度又称氧比消耗速率,是指单位质量的干菌体在单位时间内所吸取的氧量,以QO2表示,单位为mmolO2／g干菌体·h;耗氧速率又称摄氧率,是指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量,以r表示,单位为mmolO2／L·h;9、引起溶氧异常下降,可能有下列几种原因：①污染好气性杂菌,大量的溶氧被消耗掉,可能使溶氧在较短时间内下降到零附近,如果杂菌本身耗氧能力不强,溶氧变化就可能不明显；②菌体代谢发生异常现象,需氧要求增加,使溶氧下降；③某些设备或工艺控制发生故障或变化,也可能引起溶氧下降,如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢,影响供氧能力,使溶氧降低;10、泡沫的形成及其对发酵的影响在大多数微生物发酵过程中,通气、搅拌以及代谢气体的逸出,再加上培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂的存在,培养液中就形成了泡沫;形成的泡沫有两种类型：一种是发酵液液面上的泡沫,气相所占的比例特别大,与液体有较明显的界限,如发酵前期的泡沫；另一种是发酵液中的泡沫,又称流态泡沫fluidfoam,分散在发酵液中,比较稳定,与液体之间无明显的界限大量的泡沫引起的负作用：发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小；增加了菌群的非均一性；造成大量逃液,增加染菌机会；严重时通气搅拌无法进行,菌体呼吸受到阻碍,导致代谢异常或菌体自溶；消泡剂的添加将给提取工序带来困难;泡沫的消除调整培养基中的成分如少加或缓加易起泡的原料或改变某些物理化学参数如pH 值、温度、通气和搅拌或者改变发酵工艺如采用分次投料来控制,以减少泡沫形成的机会;采用菌种选育的方法,筛选不产生流态泡沫的菌种,来消除起泡的内在因素;采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫;常用的消泡剂有4大类：天然油脂类、脂肪酸和酯类、聚醚类、硅酮类11、造成染菌的主要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第十章下游加工过程概论1、下游技术工程downstreamprocessing：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料,经提取分离、加工并精制目的成分,最终使其成为产品的技术;2.发酵液的特点1含水多,产物含量低；2含菌体蛋白；3溶有原来培养基成分；4相当多的副产物和色素；5易被杂菌污染或使产物进一步分解；6易起泡,粘性物质多;3、整个下游加工过程应遵循下列四个原则1时间短；2温度低,选择在生物物质的温度范围内；3pH适中;4严格清洗消毒包括厂房、设备及管路,注意死角;4、一般下游加工过程可分为4个阶段1培养液发酵液的预处理和固液分离；2初步纯化提取；3高度纯化精制；4成品加工;5、下游加工过程的一般流程第十二章发酵液的预处理和固液分离方法1、改善发酵液过滤特性的物理化学方法：调酸等电点、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等;2、凝聚——指在电解质作用下,由于胶粒之间双电层电排斥作用降低,电位下降,而使胶体体系不稳定的现象；常用的凝聚剂电解质有：硫酸铝Al2SO4318H2O明矾；氯化铝AlCl36H2O;三氯化铁FeCl3;硫酸亚铁FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO3絮凝——指在某些高分子絮凝剂存在下,基于桥架作用,使胶粒形成较大絮凝团的过程;工业上使用的絮凝剂可分为三类：1有机高分子聚合物,如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物；2无机高分子聚合物,如聚合铝盐、聚合铁盐等；3天然有机高分子絮凝剂,如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等;目前最常见的高分子聚合物絮凝剂有机合成的聚丙烯酰胺polyacrylamide类衍生物3、杂蛋白的去除方法有沉淀法、变性法、吸附法4、固液分离的方法：重力沉降、浮选、旋液分离、介质过滤、离心;5、根据过滤机理,过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤;第十三章细胞破碎1、细胞破碎的阻力：细菌破碎的主要阻力:肽聚糖的网状结构,网状结构越致密,破碎的难度越大,革兰氏阴性细菌网状结构不及革兰氏阳性细菌的坚固；酵母细胞壁破碎的阻力:主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度；霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构,其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高;2、常用破碎方法机械法：珠磨法固体剪切作用、高压匀浆法液体剪切作用、超声破碎法液体剪切作用、X-press法固体剪切作用;非机械法：酶溶法酶分解作用、化学渗透法改变细胞膜的渗透性、渗透压法渗透压剧烈改变、冻结融化法反复冻结-融化、干燥法改变细胞膜渗透性3、破碎率的测定方法1直接测定法2目的产物测定法3导电率测定法第十四章沉淀法Precipitation1、固相析出技术：通过加入某种试剂或改变溶液条件,使生化产物溶解度降低,以固体形式沉淀和晶体从溶液中沉降析出的分离纯化技术;结晶法：在固相析出过程中,析出物为晶体称为结晶法;沉淀法：在固相析出过程中,析出物为无定形固体称为沉淀法;常用的沉淀法：盐析法、有机溶剂沉淀法和等电点沉淀法等;2、盐析Saltinducedprecipitation：在高浓度的中性盐存在下,蛋白质酶等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低,产生沉淀的过程;原因如下：1无机离子与蛋白质表面电荷中和,形成离子对,部分中和了蛋白质的电性,使蛋白质分子之间的排斥力减弱,从而能够相互靠拢；2中性盐的亲水性大,使蛋白质脱去水化膜,疏水区暴露,由于疏水区的相互作用导致沉淀；Ks盐析法：在一定pH和温度下,改变体系离子强度进行盐析的方法；β盐析法：在一定离子强度下,改变pH和温度进行盐析；常用的盐析用盐：硫酸铵、硫酸钠,磷酸盐,柠檬酸盐;3、有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂,降低溶质的溶解度,使其沉淀析出;原理：1降低了溶质的介电常数,使溶质之间的静电引力增加,从而出现聚集现象,导致沉淀;2有机溶剂的水合作用,降低了自由水的浓度,降低了亲水溶质表面水化层的厚度,降低了亲水性,导致脱水凝聚;常用的有机溶剂沉析剂：乙醇：沉析作用强,挥发性适中,无毒常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的沉析；丙酮：沉析作用更强,用量省,但毒性大,应用范围不广；4、等电点沉淀：调节体系pH值,使两性电解质的溶解度下降,析出的操作称为等电点沉淀;原理：蛋白质是两性电解质,当溶液pH值处于等电点时,分子表面净电荷为0,双电层和水化膜结构被破坏,由于分子间引力,形成蛋白质聚集体,进而产生沉淀;第十五章膜过滤法1、膜过滤法指以压力为推动力,依靠膜的选择性,将液体中的组分进行分离的方法;基本原理是筛孔分离过程;在压差的推动下,原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧,所得到的液体一般称为滤出液或透过液,而大的粒子组分被膜截留;包括微滤MF、超滤UF、纳滤NF和反渗透RO四种过程;在工业上用得最广的膜材料是醋酸纤维素和聚砜;浓差极化：当溶剂透过膜,而溶质留在膜上,使膜面浓度增大,并高于主体中浓度,这种浓度差导致溶质自膜面反扩散至主体中,这种现象称为浓差极化;在超滤中,为减少浓差极化,通常采用错流操作;膜的污染：膜在使用中,尽管操作条件保持不变,但通量仍逐渐降低的现象;污染原因：膜与料液中某一溶质的相互作用；吸附在膜上的溶质和其它溶质的相互作用;。
了解生物学中的生物工艺技术
了解生物学中的生物工艺技术生物工艺技术是一门综合性强、前沿性强的学科，它将生物学、化学、物理学和工程学等多个学科紧密结合起来，旨在利用生物体或其组成部分来进行生物制品的研发、生产和应用。
生物工艺技术在医药、农业、环境保护等领域具有广阔的应用前景，对于人类社会的可持续发展具有重要意义。
一、生物工艺技术的定义和概念生物工艺技术是指通过生物体、细胞、细胞器、酶等生物材料，运用现代生物学、化学、工程学等知识与技术手段，实现对生物制品的生产和应用的一门综合性学科。
它是人们利用生物体或其组成部分，在人工条件下进行研究和开发的过程。
生物工艺技术的研究领域包括基因工程技术、发酵技术、细胞工程技术、酶工程技术等。
二、生物工艺技术在医药领域的应用1. 基因工程技术在药物研发中的应用基因工程技术是生物工艺技术中的一个重要分支，它能够修改生物体的基因组，实现对目标物质的高效表达和产生。
在药物研发中，基因工程技术可以应用于蛋白质药物的生产，例如重组人胰岛素的生产。
2. 细胞工程技术在药物制备中的应用细胞工程技术是利用生物体的细胞进行生产的技术手段，它在药物制备中有着广泛的应用。
例如，利用细胞工程技术可以大规模培养植物细胞，从而获得生长激素、抗生素等药物。
3. 发酵技术在药物制造中的应用发酵技术是以微生物为基础，通过控制生物发酵过程来产生目标物质的技术。
在药物制造中，发酵技术可以应用于抗生素、生长因子等药物的生产。
三、生物工艺技术在农业领域的应用1. 转基因作物的研发和应用转基因技术是通过基因工程手段，将外源基因导入植物或动物细胞中，从而赋予其新的性状或功能。
在农业领域，转基因技术可以应用于抗虫、抗草、抗病等性状的改良，提高作物的产量和质量。
2. 细胞培养技术在植物育种中的应用细胞培养技术是利用植物组织或细胞的无性繁殖能力，通过体外培养方法进行大规模繁殖的技术。
在植物育种中，细胞培养技术可以应用于快速繁殖、基因保护和遗传改良等方面。
生物工艺学第一章
生物工艺学
1.2 生物技术发展简史
1.2.1 传统经验制造技术 传统经验制造技术——天然发酵阶段 天然发酵阶段
酿酒制醋是人类最早通过 实践所掌握的生物技术之 酱油、泡菜、奶酒、 一；酱油、泡菜、奶酒、 干酪制作、面团发酵、 干酪制作、面团发酵、粪 便和秸秆的沤制等
生物工程教研室
我国古代的酿酒作坊 四川新都县出土的汉代画像） （四川新都县出土的汉代画像）
生物工艺学
废水的生物处理过程 细胞反应过程 类和规模都在不断地扩大。 它是利用微生物本 类和规模都在不断地扩大。目前已进行工 采用活细胞为催 采用游离酶或固 化剂时的反应过 业生产的主要有以下三种： 业生产的主要有以下三种： 身的分解能力和净 定化酶为催化剂 程。包括微生物 时的反应过程， 时的反应过程， 发酵反应过程， 化能力， 发酵反应过程， 化能力，除去废水 中污浊物质的过程。 固定化细胞反应 中污浊物质的过程。 称为酶催化反应 过程和动植物细 过程。 过程。 胞培养过程。 胞培养过程。
年代 公元前30～ 世纪 公元前 ～20世纪 公元前10世纪 公元前 世纪 公元前6世纪 公元前 世纪 公元11世纪 公元 世纪 公元12世纪 公元 世纪 公元17世纪 公元 世纪 公元18世纪 公元 世纪 1880～1920 ～ 1920～1940 ～ 1940～1950 ～ 1950～1960 ～ 1960～1970 ～ 1970～1980 ～ 1980～ ～ 酱油 以霉治外创 人痘接种 酒精（从酒中蒸出） 酒精（从酒中蒸出） 人工培植蘑菇 牛痘接种 乳酸、面包酵母、乙醇、甘油、丙酮 丁醇 淀粉酶、 丁醇、 乳酸、面包酵母、乙醇、甘油、丙酮-丁醇、淀粉酶、转化酶 柠檬酸、葡萄糖酸、蛋白酶、核黄素、山梨糖 柠檬酸、葡萄糖酸、蛋白酶、核黄素、 青霉素、短杆菌肽、链霉素、金霉素、衣康酸、 青霉素、短杆菌肽、链霉素、金霉素、衣康酸、纤维素酶等 谷氨酸、土霉素、四环素、卡那霉素、葡萄糖酸、 谷氨酸、土霉素、四环素、卡那霉素、葡萄糖酸、赤霉素等 葡萄糖异构酶、头孢霉素、万古霉素、甾体生物转化、 葡萄糖异构酶、头孢霉素、万古霉素、甾体生物转化、黄原胶 阿霉素、右旋糖苷酶、维生素 、苹果酸、 阿霉素、右旋糖苷酶、维生素C、苹果酸、普鲁兰多糖等 阿维菌素、苯丙氨酸、环氧乙烷、丙稀酰胺、聚羟基丁酸酯 阿维菌素、苯丙氨酸、环氧乙烷、丙稀酰胺、 产品 面包发酵、果汁酿酒、原始啤酒、醋酱、 面包发酵、果汁酿酒、原始啤酒、醋酱、奶酪
生物工艺学复习资料
1、固定化增殖细胞：将活细胞固定在载体上并使其在连续反应过程中保持旺盛色生长繁殖能力的一种固定化方法。
2、基因工程菌：是指以微生物为操作对象，通过基因工程技术获得的表达外源基因或过量表达或抑制表达自身基因的工程生物，包括细菌、放线菌等原核细胞微生物和酵母、丝状真菌等真核细胞微生物。
有时也把基因工程茵称为重组菌。
3、生物反应器：利用酶或生物体（如微生物，细胞）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种生物功能模拟机，如发酵罐，固定化酶或固定化细胞反应器等。
4、生物质产业：是指利用可再生或循环的有机质，包括农作物、树木和其他植物及其残体，还有畜禽粪便，有机废弃物，以及利用边缘性土地种植能源植物为原料，利用它们进行生物产品，生物燃料和生物能源生产的产业。
1、如何对基因工程菌发酵工厂进行防护？接种机械密封取样排气排液2、酒精发酵分为哪几个阶段？各有何特征？如何提高酒精发酵的产量？前发酵期：发酵作用不强，酒精和CO2产生少，所以发酵的表面显得比较平静，糖分消耗也比较慢，持续10h 左右，温度控制在26-28℃主发酵期：酵母细胞数可达1亿/mL以上，由于发酵醪中的氧气已经消耗完毕，酵母菌基本停止繁殖而主要进行酒精发酵作用。
醪液中糖分迅速下降，酒精逐渐增多，产生大量CO2，产生很强的CO2泡沫响声，醪液温度迅速上升，生产控制温度在30-34℃。
主发酵时间一般在12h左右后发酵期：发酵作用减弱，产生热量减少，发酵醪的温度逐渐下降，醪液温度控制在30-32℃左右。
产量的提高：（1）在发酵前期，创造条件让酵母继续繁殖到一定数量，使糖化醪中的淀粉和糊精继续被分解，生成发酵的糖分。
（2）在发酵过程中期后期，创造厌氧条件，使酵母在无氧条件下将糖分发酵成酒精。
（3）发酵过程中产生的CO2应设法排除，加强CO2排除时被带走的酒精的捕集回收。
3、生物工艺发展经历了哪几个阶段？分别举例说明。
答：①古老的生物技术产品食品/食物：制酱、酿醋、做豆腐天花/疫苗：痘衣法、痘浆法、旱苗法②初期的生物技术产品：1680年观察到微生物；19世纪60年代建立了纯培养技术；1897年发现酶；19世纪末出现发酵工业，酒精，乳酸，淀粉酶，蛋白酶等，多为出击代谢产物，厌氧发酵③近代生物技术产品④现代生物技术产品例 1975年英国的Kohler及Milstein发明了杂交瘤技术，他们利用淋巴细胞与骨髓瘤细胞用原生质体融合技术进行细胞融合而获得在体外培养能产生单一抗体的杂交细胞。
生物工艺学名词解释
名词解释：1、初级代谢产物：细胞通过代谢活动产生的均匀生长和繁殖的必须物质，如蛋白质、氨基酸、核苷酸、多糖、脂质、维生素等。
2、次级代谢产物：细胞在生长的稳定期所产生的化学结构复杂，对细胞本身无明显生理功能的物质，如抗生素、毒素、激素、色素、生物碱素。
3、基因工程菌：主要指以微生物为操作对象，通过基因工程技术获得的表达外源基因或过量表达或抑制表达自身基因的工程生物，包括细菌、放线菌等原核细胞微生物换个酵母、丝状真菌等真核细胞微生物。
4、诱变育种：指采用物理、化学的因素使微生物DNA的碱基排列发生改变，以使排列错误的DNA莫板形成异常的遗传信息，造成某些蛋白质结构变异，而使细胞功能发生改变。
5、前体：某些化合物加到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但产物的量却因加入而有较大的提高。
在一定条件下前体物质可控制生产菌的合成方向和增加抗生素的产量6、糖化：利用糖化酶（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。
液化：用a-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖，使淀粉可溶性增加的过程。
7、淀粉的糊化：是指淀粉受热后，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。
8、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，即复结晶过程。
9、初级代谢：与生物生存有关的，涉及能量产生和能量消耗的代谢类型，产物都是有机体且是必不可少的物质，如单糖、核苷酸、脂肪酸以及蛋白质、核酸、多糖、脂类等。
10、次级代谢:某些微生物为了避免代谢过程中，某种代谢产物的积累造成的不利作用，而产生的一类有利于生存的代谢类型，通常是在生长后期产生，产物种类很多著名的是抗生素。
11、菌种衰退：菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种衰退。
12、菌种的保藏：主要是通过控制低温、干燥、缺氧等条件，使微生物营养体或休眠体处于不活泼状态，维持最低代谢水平，尽可能保证活力和不发生变异。
生物工艺学答案
一、名词解释1.菌种的扩大培养：菌种的扩大培养就是把保藏的菌种，即砂土管，冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化，再经过扁瓶或药瓶和种子罐，逐级扩大培养后达到一定的数量和质量的纯种培养过程。
这些纯种的培养物称为种子。
扩大培养流程：斜面培养→一级种子培养→二级种子培养→发酵2.生长因子：广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质，如氨基酸，嘌呤，嘧啶，维生素等。
3.临界氧浓度：指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。
对产物而言，便是不影响产物合成所需的最低浓度。
呼吸临界氧值可用氧气含量变化和通气量测定。
也可用一种简便的方法，用响应时间最快（95%的响应在30s内）的溶氧电极测定，其要点是在过程中先加强通气搅拌，使溶氧上升到最高值，然后中止通气，继续搅拌，在罐顶部空间充氧。
4.诱变育种（P37）：用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变进行的筛选，称为诱变育种。
诱变剂：能够提高生物体突变频率的物质称为诱变剂5.培养基（P99）：广义上讲培养基是人工配制的提供微生物或动、植细胞的生长、繁殖、代谢和合成人们所需产物的营养物质和原料，同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。
常用培养基必须具备的基本条件：1）都必须含有合成细胞所必需的原料；2）满足一般生化反应的基本条件；3）一定的PH条件等。
6.前体（P107）：前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。
大多数前体如苯乙酸对微生物的生长有毒性，以及菌体具有将前体氧化分解的能力，因此在生产中为了减少毒性和增加前提的利用率常采用少量多次的流加工艺。
为生物合成含有苄基基团的青霉素G，在发酵中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺，加入量不能大于0.1%，采用多次加入方式7.反复补料培养（P219）：随着补料的进行,培养液体积不断增大,达到一定程度时,将部分培养液从反应器中放出,剩下部分继续进行补料分批培养,如此反复进行, 即所谓反复补料分批培养。
生物工艺学第二章 微生物代谢调节及其在工业生产中的应用
工业发酵的五字策略
在“ 载流路径 ” 、“ 代谢主流 ” 和“ 五段 式 ” 等概念的基础上，从统筹的角度出 发，提出能作为一个整体用于设计育种以及 发酵工艺控制的五字策略 ： \进 \通 \节 \堵 \出
①进，促进细胞对碳源营养物质的吸收；
②通，使来自上游和各个注入分支的碳架物 质能畅通地流向目的产物；
五 初级代谢产物的代谢调节
1 初级代谢： 能使营养物质转变成机体的结构物质和对机
体具有生理活性作用的物质或是为机体生长 提供能量的一类代谢； 产物有单糖、核苷酸、脂肪酸、蛋白质、核 酸、多糖、脂类等； 普遍存在于生物中的代谢类型，合成障碍， 引起生长停止，甚至死亡。
2 提高初级代谢产物产量的方法：
研究代谢工程的目的：精确地处理好微生物 细胞自身的利益与人类对微生物细胞提出的 要求之间的对立与统一的关系。
微生物生物工程的难题
既然微生物的代谢主流对网络中的途径有 自主的选择性，而工业发酵的目标又是要 微生物的代谢主流经理想载流途径，流到 目的产物，因此就有必要去解决理想载流 途径的设计问题和对代谢主流的合理导向 问题。
（7）改变细胞膜的通透性
理论基础：细胞内形成的代谢产物排出细胞 时，也与细胞膜的结构有关；
当控制物理、化学条件或者筛选细胞膜、细胞 壁结构组成的突变株以改进物质的进出速率， 影响代谢过程时，都有可能造成代谢产物的过 量生产；
例子：谷氨酸生产。
（8）筛选抗生素抗性突变株
一些主要抗生素的作用机制已比较清楚，筛选抗 生素抗性突变体——改变代谢调节——获得过量 生产。
②带实心箭头的虚线标示阻遏。
1 影响酶活性的调节模式（共 11 种）
①只有一个终端产物的（没有分支的）途径的 调节模式（共 3 种）
生物工艺学复习重点
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——现代生物技术阶段标志: DNA是遗传物质。
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。
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。
生物工艺学
生物工艺学
1. 介绍
生物工艺学是一门融合了生物科学与工程学的学科，可作为独立
的学科学习。
生物工艺学根据具体的生物体的特性和规律，运用工程
学的方法，利用机械、电子、计算机技术充分发挥生物的作用和功能。
2. 学习内容
生物工艺学主要课程有：生物化学、生物物理、微生物学、发酵
工程、生物装备工程、蛋白质工程学、生物工艺等等。
这些课程涉及
了生物质处理技术、生物分离技术和生物检测技术等，其中讨论了生
物工艺学的理论基础及其本质、原理以及疗法技术。
3. 应用领域
生物工艺学的应用可以分成三大类：生物检测、制药和环境护理。
例如，在生物检测方面，可以利用生物工艺学的知识和技术来检
测病原生物和药物;在制药方面，可以利用生物应用工程学的知识和技
术来设计制造各种药物;在环境保护方面，可以应用生物工程技术实现
资源的回收和再利用，以减少资源的浪费。
4. 发展前景
随着科学技术和工程技术的发展，生物技术，尤其是生物工艺学
的发展前景非常广阔，发展速度也越来越快。
生物工艺技术的应用，
已经被广泛应用于食品、制药、日化、农业等众多的领域，把握和开
发这一研究领域，将帮助人类更好的开发利用自然资源，保护环境和改善生活质量。
生物工艺学考试复习重点
生物工艺学考试复习重点生物工艺学考试复习重点工业生物技术：应用化学、生物学及工程学的原理，对生物催化剂进行改造和改良，并依靠生物催化剂的作用，将物料进行加工转化以提供产品或为社会服务的技术。
特点：①是一门多学科，综合性的科学技术。
②反应过程需有生物催化剂的参与。
③最后目的是建立工业生产过程或进行社会服务(能源、环境保护)。
生物催化剂：是游离的或固定化的酶、单细胞或多细胞生物体的总称，它们在生物反应过程中起催化剂的作用。
4、生物反应过程的定义、类型及其组成单元。
生物反应过程：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发，成为可供工业生产的工艺过程统称为生物反应过程，其实质是利用生物催化剂以从事生物技术产品的生产过程。
生物反应过程的类型：发酵工程，酶工程，细胞工程，环境生物工程，生化分离工程。
生物反应过程的组成单元：培养基或底物溶液的制备，生物催化剂的制备，生物反应器和反应条件的选择及控制，产物的分离纯化。
1、微生物选择性分离方法包括哪些步骤？如何利用选择性分离的方法从自然界分离筛选到蛋白酶产生菌？如何利用选择性分离的方法从自然界分离筛选到纤维素酶产生菌？微生物选择性分离方法步骤：①含微生物材料(样品分离源)的选择。
②分离源材料的预处理。
③所需菌种的选择性分离。
④所需菌种的选择性培养。
⑤菌落的选择和纯化。
利用选择性分离的方法从自然界分离筛选蛋白酶产生菌：①从蛋白质加工厂（豆制品厂、肉制品厂）附近的土壤中采集样品分离源。
②用富含蛋白质的原料（豆饼）为培养基对样品分离源进行富集培养，使目的菌数量和生长势达到优势。
③样品分离源经富集培养后制成菌悬液，适当稀释后涂布于以酪蛋白为唯一氮源的平板培养基。
经保温培养一定时间后，选择分解酪蛋白形成透明圈的菌落。
将透明圈直径与菌落直径之比值大的菌落编号后移接于试管斜面培养基，经保温培养长出丰厚的菌落。
④将试管斜面培养基长出各菌株，按编号分别进行小型发酵试验，通过测定发酵结果的蛋白酶活力，筛选出产酶活力高菌株。
生物工艺学习题
生物工艺学习题1.什么是生物反应过程？简述生物反应过程的特点答：生物反应过程是指在生物反应器中利用生物催化剂酶对原料进行催化反应的过程。
其特点是反应温和、反应速度快、生产设备简单、能耗少。
2.生物技术药物的定义答：生物技术制药是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等领域的研究成果，以基因工程技术、细胞工程技术、微生物工程技术、酶工程技术、蛋白质工程技术、分子生物学技术等为手段来研究和开发药物，用来诊断、治疗和预防疾病的发生。
3.工业微生物新种分离筛选过程。
答：一、微生物的来源地选择：尽量在应用微生物的地方取材，如污水处理微生物选自污水源。
二、分离筛选：根据微生物营养特性、生长温度、加入抗生素等进行分离筛选。
微生物来源：根据要求制定指标，主要指标有：菌种的营养特征、菌种的生长温度选择、4.菌种的自然选育的定义及优缺点答：菌种自然选育是指微生物在没有人工参与下所发生的突变。
其优点是：方法简单易行，可以达到菌种纯化、防止菌种衰退、稳定生产而提高产量。
缺点：突变效率低、进展慢，很难使生产水大幅提高。
5.菌种保藏的目的意义和方法答：菌种保藏是进行微生物学研究和微生物育种工作的重要组成部分，其任务首先是不使菌种死亡，同时还要使菌种的优良特性保持不变。
方法:斜面冰箱保存法、沙土管保藏法、菌丝速冻法、石蜡油封存法、真空冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法。
6.微生物代谢速率的调控有哪些方法？答：（1）酶活（细调），a.酶活性的激活b.酶活性的抑制:一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。
酶活调节的影响因素包括：底物和产物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、辅助因子以及其他酶的存在等等。
（2）酶量（粗调）, a.酶合成的诱导b.酶合成的阻遏：酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制。
从本质上看，这是一种在基因水平上（在原核生物中主要在转录水平上）的代谢调节。
与上述调节酶活性的反馈抑制等相比，调节酶的合成（即产酶量）而实现代谢调节的方式是一类较间接而缓慢的调节方式。
生物工艺学习题
选择题（1）绪论1、通风搅拌技术的建立是发酵技术的（）。
a．第一转折期b．第二转折期 c．第三转折期2、近代生物技术全盛时期起始标志是（）工业的开发获得成功。
a．丙酮丁醇b．青霉素 c．人工胰岛素（2）菌种、菌种选育及保藏1、产生抗生素的主要微生物类群是（）。
a．细菌b．放线菌 c．真菌2、在微生物常规分离纯化中，涂布法主要适于（）。
a．细菌 b．霉菌 c．放线菌3、下面不属于诱变因子的是（）。
a．紫外线 b．噬菌体c．氯化锂4、在诱变育种中，金属化合物的作用是（）。
a．无作用 b．诱变c．增变5、在抗噬菌体菌株的选育中，菌株抗性的来源是（）。
a．噬菌体的存在 b．环境的影响c．基因突变6、有效诱变因子的判别主要指标是（）。
a．营养缺陷型的诱发率 b．死亡率 c．菌型变异7、放线菌的育种方法与（）相似。
a．霉菌 b．细菌 c．酵母菌8、一般来说，斜面孢子的冷藏时间为（）。
a．10天以内 b．1个月以内c．1年以内9、在原生质体融合中，原生质体钝化是指经钝化后其存活率（）。
a．接近于零b．为零c．不受影响（3）代谢及调控1、下列产物中，属于次级代谢产物的是（）。
a．蛋白质 b．丙酮酸c．麦角生物碱（4）培养基1、下列培养基成分中，只能提供碳源的是（）。
a．葡萄糖 b．酵母抽提物 c．甘蔗糖蜜2、维生素、氨基酸等热敏性物质通常采用（）方法实现无菌化。
a．微孔滤膜过滤 b．巴氏消毒 c．蒸汽灭菌3、效应剂在什么时候加入才能起作用（）。
a．基础培养基中b．菌体生长期 c．产物生产期p63在培养基中主要作用是（）。
a．营养成分b．缓冲剂 c．加固培养基4、CaCO35、在含有氨氮和硝基氮的培养基中，被优先利用的是（）。
a．硝基氮b．氨氮 c．同时被利用6、在发酵培养基中，比较起来，哪种培养基氮源最丰富（）。
a．孢子培养基b．种子培养基c．发酵培养基（5）消毒、灭菌及过滤除菌（6）种子制备工艺1、在抗生素发酵中，大多数品种的接种量为（）。
生物工艺学教案及讲
一、生物工艺学简介1. 教学目标（1）了解生物工艺学的定义、起源和发展历程。
（2）掌握生物工艺学的基本原理和应用领域。
（3）培养对生物工艺学的兴趣和好奇心。
2. 教学内容（1）生物工艺学的定义：利用生物体或其细胞、酶等生物催化剂进行物质转化过程的总称。
（2）生物工艺学的起源和发展：从古代的发酵技术到现代的生物技术。
（3）生物工艺学的基本原理：微生物代谢、酶催化、细胞培养等。
（4）生物工艺学的应用领域：食品工业、制药工业、能源工业等。
3. 教学方法（1）讲解：讲解生物工艺学的定义、起源和发展历程。
（2）案例分析：分析生物工艺学在实际应用中的例子。
（3）讨论：引导学生探讨生物工艺学的未来发展。
4. 教学评估（1）课堂问答：检查学生对生物工艺学的基本概念的理解。
二、微生物代谢1. 教学目标（1）了解微生物代谢的基本过程和类型。
（2）掌握微生物代谢的关键酶和调控机制。
（3）了解微生物代谢在生物工艺学中的应用。
2. 教学内容（1）微生物代谢的基本过程：糖代谢、氨基酸代谢、脂肪代谢等。
（2）微生物代谢的类型：厌氧代谢、好氧代谢、兼性厌氧代谢等。
（3）微生物代谢的关键酶：糖代谢酶、氨基酸代谢酶、脂肪代谢酶等。
（4）微生物代谢的调控机制：基因调控、酶调控、代谢途径调控等。
3. 教学方法（1）讲解：讲解微生物代谢的基本过程、类型和调控机制。
（2）实验演示：展示微生物代谢的实验现象。
（3）案例分析：分析微生物代谢在生物工艺学中的应用例子。
4. 教学评估（1）课堂问答：检查学生对微生物代谢的基本概念的理解。
（2）实验报告：要求学生完成微生物代谢的实验并进行报告。
三、发酵技术1. 教学目标（1）了解发酵技术的定义和原理。
（2）掌握发酵过程中的关键因素和调控方法。
（3）了解发酵技术在食品工业和制药工业中的应用。
2. 教学内容（1）发酵技术的定义：利用微生物代谢过程中产生的酶或代谢产物进行物质转化的技术。
（2）发酵过程中的关键因素：微生物种类、培养基、温度、pH、氧气等。
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一、名词解释1、菌种衰退2、菌种保藏3、菌种复壮4、自然选育5、诱变育种6、表型延迟7、出发菌株8、渗透缺陷型9、种龄10、接种量11、灭菌12、消毒13、热阻14、相对热阻15、致死温度 16、菌体浓度 17、基质抑制作用 18、临界菌体浓度19、发酵机制 20、临界溶氧量答案：1、衰退：指由于自发突变的结果，而使某一系列原有生物学性状发生量变或质变的现象。
2、菌种保藏：通过控制低温、干燥、缺氧等条件，使微生物营养体或休眠体处于不活泼的状态，维持最低代谢水平，尽可能保证活力和不发生变异。
3、菌种复壮：即在菌种的生产性能尚未衰退前就经常有意识地进行纯种分离和生产性能的测定工作，使菌种的生产性能逐步提高。
4、自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程，叫做自然选育或自然分离。
5、诱变育种：利用各种诱发剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当筛选方法获得高产菌株的方法。
6、表型延迟：突变基因的出现并不等于突变表型的出现，表型的改变落后于基因型改变的现象称为表型延迟。
7、出发菌株：工业上用来进行诱变处理的菌株，称为出发菌株。
8、渗漏缺陷型：遗传性障碍不完全的营养缺陷型，突变使某一种酶的活性下降而不是完全丧失，所以这种缺陷型能够少量地合成某一代谢产物，能在基本培养基上少量地生长。
9、种龄：种子培养时间称为种龄。
10、接种量：移入种子液体积和接种后培养液体积的比例，称为接种量。
11、灭菌：指用物理和化学的方法杀灭或除去物料及设备中一切生命物质队的过程。
12、消毒：指用物理或化学的方法杀死物料、容器、器具内外的病源微生物，一般只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢。
13、热阻：指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。
14、相对热阻：指某一微生物在某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的比值。
15、致死温度：杀死微生物的极限温度。
16、菌体浓度：是指单位体积培养液中菌体的含量。
17、基质抑制作用：营养物质均存在一个上限浓度，在此限度以，内菌体比生长速率则随浓度增加而增加，但超过此上限，浓度继续增加，反而引起生长素率下降。
18、临界菌体浓度：为了提高酵母的生产效率，需采用摄氧速率与传氧速率相平衡时的菌体的浓度，也就是传氧速率随菌浓变化的曲线和摄氧速率随菌浓变化的曲线的交点所对应的浓度。
19、发酵机制：微生物通过其代谢活动利用基质(底物)合成人们所需的代谢产物的内在规律。
20、临界溶氧量：再好氧发酵中，微生物对氧有一个最低要求，满足微生物呼吸的最低氧浓叫临界溶氧量。
二、填空题1、＿＿＿＿＿＿＿＿是菌种发生退化的直接原因。
2、防止菌种衰退的措施有：＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿。
3、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿是引起菌种自身退化的主要因素。
4、保藏菌种的方法有：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
5、菌种选育包括＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿。
6、表型延迟的两个原因：＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿。
7、生理性延迟最明显的例子是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
8、影响种子质量的主要因素有：＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿等。
9、种子质量的判断方法：＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
10、种子异常往往表现在＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿三个方面。
11、在谷氨酸的发酵生产中，糖蜜的预处理包括( )、( )和( )处理。
12、青霉素G的发酵中常用的的前提物质是（），丝氨酸发酵常用的的前体物质是（）。
13、在选择和配置发酵培养基时，应选用合适的碳氮比。
如谷氨酸发酵的C:N 为（），酵母细胞中的C:N为（）。
14、由于糖蜜中富含铁离子会导致异柠檬酸的形成，所以糖蜜要预先加入（）除铁。
15、生长因子是微生物生长不可缺少的微量有机物，常见的生长因子有（）、（）、（）、（）等。
16、从微生物的营养要求来看，所有的微生物都需要（）、（）、（）、（）、（）、（）。
17、用于大规模生产的微生物主要有（）、（）、（）和（）等四大类。
18、在工业生产中，将淀粉水解成葡萄糖的过程称为（），制得的溶液为（）。
19、在淀粉的酸水解过程中，水解生成的葡萄糖受到酸和热的催化影响，能通过（）相聚和，去掉水分，生成二糖、三糖和其他低聚糖，这种反应成为聚合反应。
20、根据来源的不同，糖蜜分为（）、（）、（）。
21、糖蜜的预处理，包括（）和（）。
22、选择发酵培养基遵循的原则有（）、（）、（）。
23、灭菌的方法有（），( ），（），（），（），（）。
24、在相同温度下，( ）越小，则微生物越耐热。
同一微生物在不同灭菌温度下，灭菌温度越低，k值越( ）25、培养基湿热灭菌的方法包括（），（），( ）。
26、影响培养基灭菌的因素有( ），（），（）等。
27、空气净化的方法有( ），（），（）。
28、空气过滤除菌利用微生物微粒与滤层纤维间的( )，( )，（），重力及静电引力等作用，从而把微生物截留，捕集在纤维表面上，实现过滤的目的。
29、连续灭菌的流程一般包括培养基配料---（）---（）---( )---( )---无菌培养基.30、回答某指标对发酵过程的影响一般从两个方面来考虑（）和（）。
31、我们一般按照（）、（）、（）来选择最适温度。
32、微生物发酵方式有三种（）（）（），考虑到染菌和菌种衰退等实际问题，工业上大都采用（分批发酵）和（补料分批发酵）。
33、CO₂在发酵液中的浓度大小受到、、的影响。
34、以菌体（）为媒介，可确定基质的消耗速率与生长速率的关系。
35、染菌可分为、、、等四个不同的染菌时期。
36、种子带菌的原因主要有、、、等。
37、杂菌污染的挽救与处理分为、、、。
38、固定化酶制备的方法有、、、四种。
39、啤酒发酵的发酵工艺条件控制分为、。
40、发酵染菌原因分析包括、、三个方面。
41、是发酵染菌的主要原因之一。
42、在青霉素发酵过程中，由于许多杂菌都能产生，因此不论染菌是发生在，都会使青霉素迅速43、发酵异常可分为、、、。
44、生产中一旦污染噬菌体，可采取、、、答案：1、菌种连续传代2、菌种的分离、菌种的复壮、提供良好的环境条件、用优良的保藏方法、定期纯化菌种3、菌种的自发突变、回复突变4、斜面低温保藏法、液体石蜡封存保藏法、甘油保藏法、固体曲保藏法、沙土管保藏法、冷冻干燥法、液氮超低温保藏法5、自然选育、诱变选育6、分离性延迟、生理性延迟7、噬菌体抗性突变的表达8、培养基、培养条件、种龄、接种量、种子质量标准9、感官判断、理化指标测定10、菌种生长发育缓慢或过快、菌丝结团、菌丝粘壁11、澄清脱钙脱生物素 12、苯乙酸甘氨酸 13、100：（15~21） 100:20 14、黄血盐 15、氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素 16、碳源、氮源、无机元素、水、能源、生长物质 17、细菌、酵母菌、霉菌、放线菌 18、淀粉的糖化，淀粉水解糖 19、糖苷键 20、甘蔗糖蜜，甜菜糖蜜，高级糖蜜 21、澄清处理，脱钙处理 22、菌体的同化能力，代谢物阻遏和诱导作用，合适的碳氮比 23、干热灭菌法，火焰灭菌法，电磁波、射线灭菌法，湿热灭菌法，化学药剂灭菌法，过滤除菌法 24、比死亡速率k 、小 25、连续灭菌，间歇灭菌，固体培养基灭菌 26、培养基成分，值培养基中的颗粒，泡沫 27、热灭菌法，静电除菌，介质过滤除菌法 28、拦截截留作用，惯性撞击作用，布朗扩散截留作用29、配料罐、加热器、维持罐、冷却器 30、菌体生长产物合成31、菌体培养条件菌体生长情况 32、分批发酵补料分批发酵连续发酵33、菌体的呼吸强度发酵液流变学特征通气搅拌程度外界压力大小（四选三） 34、得率系数35、种子培养期染菌、发酵前期染菌、发酵中期染菌、发酵后期染菌36、保藏的斜面试管菌种染菌、培养基和器具灭菌不彻底、种子转移和接种过程染菌以及种子培养所涉及的设备和装置染菌37、种子培养期染菌的处理、发酵前期染菌的处理、发酵中后期染菌处理、染菌后对设备的处理 38、包埋法、吸附法、共价偶联法、非共价结合法39、（1）发酵温度、（2）罐压、CO浓度对发酵的影响240、染菌的杂菌分析、发酵染菌的规模分析和不同污染时间分析41、无菌空气带菌 42、（1）青霉素酶、（2）发酵前期、中期或后期、（3）分解破坏 43、菌体生长差、pH值过高或过低、溶解氧水平异常、泡沫过多、菌体浓度过高或过低 44、并罐法、轮换使用菌种或使用抗性菌株、放罐重消法、罐内灭噬菌体法三选择题1．工业生产常用的微生物中，主要分布于中性偏碱环境的是（），主要分布于含糖较多的酸性环境的是（），喜欢偏酸环境的是（）。
①细菌②酵母菌③霉菌A.①②③B.①③②C.②①③D.③②①2.菌种发生退化的直接原因是（）。
A.连续培养B.保藏不当C.自身突变D.环境影响3.斜面低温保藏所用的培养基（）。
A.碳源比例应少，营养成分贫乏些较好B.碳源比例应少，营养成分丰富些较好C.碳源比例应高，营养成分贫乏些较好D.碳源比例应高，营养成分丰富些较好4.分离放线菌时，在土壤样品悬液中加10的酚是为抑制（）。
A.霉菌和细菌B.真菌C.酵母D.曲霉5、下列物质中可作为色氨酸发酵培养的前提物质是（）。
A甘氨酸 B吲哚 C苯乙酸 D高丝氨酸6、采用不同的水解制糖工艺，各有其优点和缺点。
但从水解糖液的质量和降低糖耗、提高原料利用率方面来考虑，（）最好，其次是（）。
从淀粉水解整个过程所需时间来看，（）最短，（）最长。
A酸解法 B酶解法 C酸酶法 D酶酸法7．固定化酶的优点（）A有利于增加酶的活性 B有利于产物的纯化C有利于提高反应速度 D有利于酶的发挥作用8.出于控制微生物的目的，灭菌一词指的是（）A.除去病原微生物； B降低微生物的数量；C.消灭所有的生物；D.只消灭体表的微生物9.下面不属于固定化酶在利用时的特点的是（）A.有利于酶与产物的分离； B．可以被反复利用；C．能自由出入依附的载体； D．一种固定化酶一般情况下不能催化一系列的酶促反应10．麦糟在过滤洗涤，一般要求洗涤水温度为（）A.35~40B.55~60C.78~80D.90~10011.麦汁中的主要水溶性物质是（）A,纤维素 B.淀粉C.糖类 D,脂肪答案 1、A 2、A 3、A 4、A 5、B 6、B C A B 7、B 8、A 9、C 10、C 11、C四判断题1.酵母菌为单细胞原核生物,在自然界中普遍存在.（）2.生长在营养基质上形成绒毛状、网状、絮状菌丝的原核生物统称为霉菌。