微生物工程工艺原理

微生物工程工艺原理

绪论

一、名词解释

微生物工程：微生物工程是指利用微生物的特性和代谢活动，通过现代工程技术在生物反应器中生产有用物质的一门工程技术学科，其包括菌种选育、菌种生产、生物产品的发酵和分离提取以及微生物机能的利用。

发酵工程：是研究生物技术工业生产过程中各单元操作的工艺和设备的一门学科，是生物技术产业化的重要环节。也叫微生物工程。

二、问答题

2、微生物工业生产主要有哪些优点和缺点？

←优点：

←1、微生物种类繁多，繁殖速度快，代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株，使生产产率提高。

←2、微生物酶的种类很多，能催化各种生物化学反应，发酵过程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够象单一反应一样在反应设备内一次完成。

←3、反应通常在常温常压下进行，条件温和，能耗少，可以用简易的设备来生产多种多样的产品。

←4、原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主，可以是农副产品，工业废水或可再生资源，微生物能有选择地吸收所需物质。

←5、容易生产复杂的高分子化合物，能高度选择性地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、转化等反应。

←6、发酵过程需要防止杂菌污染，培养基需要进行灭菌，设备也需要进行严格的冲洗、灭菌，空气需要过滤等。

←缺点：

←1、底物不可能完全转化成目的产物，副产物的产生不可避免，造成提取和精制的困难。

←2、微生物反应是活细胞反应，除受环境因素影响外，也受细胞内因素影响，且菌体易变异，实际控制难。

←3、原料是农副产品，虽然价廉，但质量和价格波动大。

←4、生产前准备工作量大，花费高，反应器效率低。

←5、因过高的底物或产物浓度导致酶和细胞的抑制作用。因此底物浓度不能很高，导致使用大体积的反应器，并

←要在无杂菌污染情况下进行操作。

←6、发酵废水常具有较高的COD和BOD，需要进行处理后才能排放，生产门槛高，资金投入较大。

3、一般发酵过程主要有哪几部分组成？

典型的发酵过程可以划分成以下六个基本组成部分：

（1）生产菌种选育和扩大培养，培养基的配制；

（2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；

（3）生产菌种接种入生物反应器中，无菌空气的制备与通风；

（4）控制生产菌种最适生长和代谢条件，进行发酵生产；

（5）产物提取和精制；

（6）过程中排出的废弃物的处理。

6、微生物工程的发展历史可分为哪几个阶段？

1.自然发酵时期

2.纯培养技术时期（阶段以显微镜的诞生和微生物学的问世为标志。）

3.通气搅拌的好气性发酵工程技术时期（一阶段以青霉素的工业开发获得成功为标志。）

4.人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术时期

5. 发酵动力学和连续化、自动化发酵工程技术时期

6.微生物酶反应合成与化学合成相结合工程技术时期

第1章菌种与种子扩大培养

*一、名词解释：

种子扩大培养：就是将保藏菌种经过试管斜面活化和逐级扩大培养,而获得一定数量和质量的纯种的过程称为种子扩大培养。这些纯种培养物称为种子。

菌种选育、

菌种退化：菌种经过长期人工培养或保藏，由于自发突变的作用，而引起某些优良特性变弱或消失的现象称为菌种退化。

菌种保藏

OD值：是细胞个数，菌体大小和发酵液色泽深浅的综合反应，可用比色计或分光光度计进行测定。

*二、问答题

*1、微生物工业对生产菌种的要求是什么？

1、料制成的培养基上迅速生长和大量合成目的产物

----价值高

2、要求不高、易控制的培养条件下迅速生长和发酵，发酵周期短。

----可操作性强

3、代谢调控要求选择高产菌株，如营养缺陷型菌株或调节突变型菌株

4、菌体能力强，以防止感染噬菌体而造成“倒罐”现象的发生。

5、纯粹，不易退化，可保证发酵生产和产品质量的稳定性。

----遗传稳定性强

6、非病原菌，不产生任何有害的物质和毒素，以保证产品的安全。

----安全性强

*2、菌种退化的表现有哪些？原因是什么？预防方法有哪些？

菌种退化表现：菌种发酵力、繁殖力、代谢能力、生产性能、产物得率等下降，发酵周期延长，抗不良环境条件的性能减弱。

菌种退化的原因：内因主要是有关基因的负突变

外因：1、菌种保藏不妥（染菌等）

2、菌种生长的要求没有得到满足（培养条件不良）

3、传代接种次数过多

*防止菌种退化的方法：

1.定期进行分离复壮。

2.提供合适的培养条件，满足其生长要求。

3.尽量控制减少接种传代次数。

4.做好菌种的保藏工作。

5.采用幼龄菌接种培养

*5、菌种保藏的原理和目的分别是什么？常用的菌种保藏的方法有哪些？*目的：保证菌种在长时间内要尽可能保持菌株优良生产性能的稳定性，不污染杂菌，不死亡。

*基本原理：根据菌种的生理生化特点，人工创造条件使菌种的代谢活动处于不活泼的休眠状态。

*工业微生物菌种保藏技术

*(1) 斜面保藏：3-6个月

*(2)沙土管干燥保藏：2年

*(3)液氮保藏：2-3年

*(4) 悬液保藏：常温或低温

*(5) 超低温保藏：1年以上

*(6) 冷冻干燥保藏：5-10年

第2章培养基制备与灭菌

*一、名词解释：

*葡萄糖值DE值：也称葡萄糖值，用于表示淀粉水解程度及糖化程度，是指葡萄糖（把所有还原糖都当成葡萄糖算）占干物质的百分数。

*微生物热阻：是指微生物在一定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间，表示微生物对热的抵抗能力。

*二、问答题：

*2、淀粉水解糖的制备方法主要有哪些？各有什么优缺点？

*1、酸解法：

*定义：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。

*是一种常用的，传统的水解方法。

*优点：设备要求简单，水解时间短（20min），设备生产能力大

*缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐高温、耐高压，副反应多，对原料要求严格，淀粉颗粒不宜过大，淀粉乳浓度不能过高。

*2、酶解法：（双酶水解法）

*定义：用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖的过程。一般分为两步：第一步是利用α－淀粉酶将淀粉液化转为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为液化。第二步是利用淀粉糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程，称为糖化。也称双酶法α-淀粉酶（液化）