微生物工程总结

答：⑴pH值对发酵的影响：
1pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻。
2pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。
3pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。
16、干燥方法按照热源和供热方式的不同：空气干燥、加热面传热干燥、红外线干燥、冷冻干燥、微波干燥。
17、空气干燥按照工作原理分为：沸腾干燥（单层卧式多室沸腾干燥、造粒干燥）、气流干燥（直管式气流干燥、脉冲式气流干燥、旋风气流干燥）、喷雾干燥（气流式、压力式、离心式）。
三、图注/画图：
四、问答题：
1、分离纯化、筛选菌种的一般步骤：
⑤前体：青霉素、苯乙酸。
⑥促进剂和抑制剂
⑦水：水源质量的主要考虑参数包括pH值、溶解氧、可溶性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。
18、温度对发酵的影响及发酵温度的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制？
答：⑴温度对发酵的影响：
①对细胞生长的影响：随温度的增高，细胞生长繁殖加快（影响酶活性）；
②对产物形成的影响：影响生长速率、呼吸强度等；
二、选择题：
1、微生物工程的工业生产水平的决定要素：生产菌种的性能、发酵及提纯工艺条件、生产设备。
2、优良菌种的选育方法：自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程技术、抗噬菌体菌种的选育。
3、菌种保藏方法：斜面冰箱保藏法、沙土管保藏法、产孢子或芽孢微生物、菌丝速冻法 甘油或二甲基亚砜作为保护剂、石蜡油封存法、真空冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法、穿刺保藏法。
4、杂交育种：将不同菌株的遗传物质进行交换、重组，使不同菌株的优良性状集中在重组体中，得到具有新性状的菌株。
5、原生质体融合：将遗传性状不同的两种菌(包括种间、种内及属间)融合为一个新细胞。
6、前体：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结合到产物分子中去，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而有较大的提高。
4、培养基按生产工艺的要求分为：孢子培养基、种子培养基、发酵培养基。
5、KLα的测定：亚硫酸盐氧化法、动态法（复膜电极法）
6、常用消沫剂：天然油脂（玉米油、米糠油、豆油）、聚醚类（GP、GPE、泡敌）、高级醇。
7、发酵类型按产物形成与基质消耗关系分为：生长相关型Ⅰ、生长部分相关型Ⅱ、与生长不相关型Ⅲ。
KLa反映了设备的供氧能力，不但与反应器的结构参数有关，还与发酵液的性质有关（粘度、浓度等）。而KLa可以通过提高搅拌转速、通风量来提高。
(C*-CL)可以通过提高罐压、加消沫剂、改变离子强度和降温等来提高。
②从耗氧方面考虑：由摄氧速率：r= QO2.X可以看出，可通过控制菌体浓度和呼吸强度来控制摄氧。
3挡板的作用是克服搅拌器运转时产生的涡流，将径向流动改变为轴向流动，促进液体激烈翻动，增加容氧速率。
4消泡器的作用是将泡沫打破。
5轴封的作用是使固定的发酵罐与转动的搅拌轴之间能够密封，防止泄露和杂质污染。
6空气分布装置的作用是催乳无菌空气，并使空气均匀分布。
14板框过滤机的分类及工作流程。
答：（1）、分类：
29、湿热灭菌：即用饱和蒸汽灭菌。
30、热阻：微生物对热的抵抗能力。即指微生物在某特定条件下的致死时间。
31、对数残留定律：湿热灭菌时，培养基中微生物受热死亡（个数减少）的速率与残存的微生物数量成正比。
32、临界稀释率（DC）:发生洗出时的稀释率。
33、全挡板条件：指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率保持不变。
r= QO2.X（X：细胞浓度）
20、临界氧浓度：在好氧发酵中，满足微生物呼吸的最低氧浓度。
21、二氧化碳释放率（CER）：单位体积发酵液在单位时间产生的二氧化碳量。
22、呼吸商（RQ）：微生物在代谢过程中所形成二氧化碳与所消耗氧的比率。
23、KLa体积传递系数：氧在气相和液相之间的质量传递效率。
24、KS：物理意义为当比生长速率为最大比生长速率一半时的限制性营养物质浓度，它的大小表示了微生物对营养物质的吸收亲和力大小。KS越大，表示微生物对营养物质的吸收亲和力越小，反之越大。
一、名词解释：
1、富集：某些物质通过水、大气和生物作用而在土壤或生物体内显著积累的作用。
2、自然选育：不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。
3、诱变选育：利用各种被称为诱变剂的物理因素和化学试剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。
发酵培养基：满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代谢产物积累的营养物质。
10、根据主要成分和使用目的，分为：
基础培养基
增殖培养基
鉴别培养基：培养基中加有能与某一菌的无色代谢物发生显色反应的指示剂。
选择培养基：根据某生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。
11、根据来源不同，分为：
明流式：滤液从每一块滤板流出，发酵液过滤多用这种。
暗流式：滤液集中从尾板的出液口流出，多用于成品及无菌过滤。
（2）、工作流程：
15、发酵工程中染菌的原因及如何防治？
答：普遍原因：设备渗漏、空气净化达不到要求、种子带菌、培养基灭菌不彻底、技术管理不善等
(1)种子带菌的原因及防治：
原因①无菌室的无菌条件不符合要求；②培养基灭菌不彻底；
②化学消沫法
③减少培养基中易起泡的成分
④减少培养基中粘度大的成分
⑤适当减少通气量及搅拌转速
11、发酵过程中的参数有哪些？
答：（1）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；
（2）化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、核酸量等；
（3）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。
天然培养基：采用化学成分不清楚或化学成分不恒定的各种动植物或微生物的浸出物、水解液等物质制成的。
合成培养基：用化学成分和数量完全了解的物质配制而成，成分精确，重复性强，可减少不能控制因素。
半合成培养基：既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基。
12、根据物理性状不同，分为：
液体培养基：有利于大规模工业生产。培育菌种。
4、原生质体融合的方法与步骤？
答：方法：化学因子（聚乙二醇）和电融合法。
步骤：选择亲株、原生质体的制备、原生质体的融合、原生质体再生和融合子选择。
5、培养基的基本成分有哪些？
答：①碳源：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。
常用碳源有：糖类（葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精）、油脂（油和脂肪）、有机酸（乳酸、柠檬酸、乙酸）、低碳醇（正烷烃）等。
当不存在其他限制性基质时，溶解氧浓度高于临界氧浓度，细胞的比耗氧速率保持恒定，如果低于临界氧浓度，细胞的比耗氧速率就会大大下降，且呼吸速率随溶解氧浓度降低而显著下降，细胞处于半厌气状态。控制溶解氧高于临界溶氧浓度，微生物的生长和代谢不受影响。
（2）溶氧浓度控制；
①从供氧方面考虑：由OTR=KLa(C*-CL)可以看出提高OTR可以提高KLa和(C*-CL)。
25、比生长速率µ：单位时间单位质量的菌体所增加的菌体量。
26、维持系数m:单位质量干菌体在单位时间内，因维持代谢消耗的基质量。其值越低，菌体的能量代谢效率越高。
27、过滤除菌：用过滤的方法阻留微生物。适用于澄清液体和气体的除菌。
28、干热灭菌：一般是160℃下保温1h。微生物主要由于氧化作用而死。
③对发酵液的物理性质的影响：影响氧传递速率和基质分解速率；
④对生物合成方向影响：不同温度，形成产物可能不同。
⑵发酵温度的控制：要把发酵温度控制在一个相对最适温度，要考虑两个方面，即微生物生长的最适温度和产物合成的最适温度。最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件和菌体生长阶段有关。
19、pH值对发酵的影响及控制？
8、μ= D，比生长速率等于稀释率，细胞浓度不随时间而变化，即培养达到稳定状态。
9、好氧发酵设备：按照能量输入的不同分为：内部机械搅拌型、外部机械搅拌型、空气喷射提升式。
10、过滤除菌是发酵工业种经济适用的除菌方法。
11、介质除菌的原理：惯性冲击滞留作用、拦截滞留作用、布朗扩散作用、重力沉降作用
、静电吸引作用。
②氮源：氮源主要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。
常用氮源有：有机氮（花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆）、无机氮（铵盐、硝酸盐和氨水）。
③无机盐：磷酸盐、硫酸镁、钾盐、微量元素（锰、铁）
④生长因子：（微生物生长不可缺少的微量的有机物质）氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素
等。
提供生长因子的农副产品有：玉米浆、麸皮水解液、糖蜜、酵母。
20、泡沫对发酵的影响及如何控制？
21、答：⑴泡沫对发酵的影响：
i.降低发酵设备的利用率
ii.增加了菌群的非均一性
iii.增加了染菌的机会
iv.导致产物的损失
v.消泡剂会给后面的提取工序带来困难
vi.泡沫中的代谢气体不易被带走，改变了生活环境，使菌体代谢异常，导致菌体提前自溶。
（2）、控制方法：
①物理消沫法
③操作不当。
防治：在每次接种后应留取少量的种子悬浮液进行平板、肉汤培养，借以说明是否是种子中带杂菌。种子培养的设备和装置有无菌室、灭菌锅和摇瓶机等。
(2)设备渗漏或“死角”造成的染菌及防治：
原因：①发酵液中腐蚀性物质对设备的腐蚀
②磨蚀：发酵液中固体物料因搅拌桨的搅动与冷却管摩擦而引起管外壁磨损；冷却介质
调查研究→实验方案设计→标本采集→标本材料的预处理→富集培养→菌种筛选→菌种复筛→性能鉴定→菌种保藏。
2、典型的微生物采样和筛选方法：
3、诱变育种的基本方法与步骤：
答：方法：化学诱变剂（2-氨基嘌呤、硫酸二乙酯）、物理诱变剂（紫外线、激光等）、生物诱变剂（噬菌体、转座子）。
步骤：选择合适的出发菌株→制备待处理的菌悬液→诱变处理→筛选→保藏和扩大试验。
固体培养基：菌种培养和保存，分离，纯化。
半固体培养基：菌种的鉴定，细菌运动性观察、噬菌体效价滴定等。
13、发酵热：发酵过程中释放出来的净能量（J/m3·h），由产热因素和散热因素两方面所决定。
14、生物热：生产菌在生长繁殖时，本身产生的大量热量。
15、搅拌热：搅拌器的机械搅拌的动能以摩擦放热的方式使热量散发在发酵液中。
16、生理酸性物质（盐）：糖类氧化不完全时产生的有机酸，脂肪氧化不完全时产生脂肪酸、铵盐氧化后产生的硫酸
17、生理碱性物质（盐）：
18、OTR=KLa(C*-CL)
OTR:单位体积培养液中的氧传递速率；KLa容积传递系数；(C*-CL)：溶氧浓度差。
19：摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。
12、空气过滤除菌的流程：粗滤→压缩→冷凝除水→除油→加热除湿→稳压→过滤除菌→进入发酵罐。
13、两相分离设备根据推动力的不同分为：加压过滤设备、真空过滤设备、离心过滤设备。
14、板框过滤机分为：明流式、暗流式。
15、薄膜蒸发器按照膜形成的方法分为：管式薄膜蒸发器（升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和升降膜式蒸发器）、刮板式薄膜蒸发器、离心薄膜蒸发器。
12、下游加工工程的一般工艺程序
答：
13、机械搅拌发酵罐的主要部件及功能？
答：（1）主要部件：罐身、搅拌器、挡板、消沫器、冷却装置、空气分布装置、轴封。
（2）①罐身是发酵的主体，要求具有一定的罐压。
②搅拌器的作用是将空气打碎成小气泡，增加气-液接触界面，提高氧的传递速率；同时使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持悬浮状态。
4pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。
⑵发酵pH的控制：要把pH控制在最适，指既要有利于微生物的繁殖，又要最大限度的获得高的产量。主要控制
1基础培养基的配方：调节碳氮比（C/N）、添加缓冲剂
2补料控制：直接加酸加碱、补加碳源或氮源
7、氧对发酵的影响及溶氧浓度控制？
答：（1）、溶氧对于菌体生长和产物合成非常重要。
7、促进剂：那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
8、抑制剂：指加入后会抑制微生物某些代谢途径的进行，同时可以车技另一代谢途径，以致可以改变微生物代谢途径的添加剂。
9、根据生产工艺分：
孢子培养基：制备孢子用的
种子培养基：满足菌种生长用的。营养丰富，氮源、维生素比例较高。
③和加热时蒸汽的冲击，引起管内壁的磨损。
④设备加工不良：弯管时，弯头处管壁变薄；焊接不良