生物工藝學(xué) 模擬.doc

發(fā)酵染菌：指在發(fā)酵過程中生產(chǎn)菌以外的其他微生物侵入了發(fā)酵系統(tǒng)，從而使發(fā)酵過程失去真正意義上的純種培養(yǎng)。培養(yǎng)基：是人工配制的供微生物或動(dòng)植物細(xì)胞生長繁殖和合成各種代謝產(chǎn)物所需要的、一定比例的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物，同時(shí)培養(yǎng)基也為微生物等提供除營養(yǎng)外的其他生長所必須的環(huán)境條件。相對(duì)熱阻：某一微生物在某條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死時(shí)間的比值。消毒：用物理或化學(xué)的方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病原微生物，一般只能殺死營養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死芽胞。生物反應(yīng)器：在生物體外模擬生物體的功能所設(shè)計(jì)出來的用于生產(chǎn)或檢測(cè)各種化學(xué)物品的反應(yīng)裝置。前體：是指加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物能被微生物直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而自身的結(jié)構(gòu)無多大變化，且具有促進(jìn)產(chǎn)物合成的作用。補(bǔ)料分批培養(yǎng)是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。菌種的退化：是由個(gè)別、少數(shù)菌體細(xì)胞衰退后逐漸導(dǎo)致整個(gè)菌株退化的一個(gè)從量變到質(zhì)變的遺傳變異過程。過濾除菌法是讓含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，而取得無菌空氣的方法。發(fā)酵操作類型有分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵及連續(xù)發(fā)酵。典型的生長曲線至少可以分為延滯期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等四個(gè)生長時(shí)期。以數(shù)量變化對(duì)微生物生長情況進(jìn)行測(cè)定的方法有 培養(yǎng)平板計(jì)數(shù)法 、膜過濾培養(yǎng)法 、液體稀釋法 和 顯微鏡直接計(jì)數(shù)法 。種子制備一般包括兩個(gè)過程，即 孢子制備 過程和 種子制備 過程。發(fā)酵過程中的溶解氧水平發(fā)生異常變化一般就是發(fā)酵染菌發(fā)生的表現(xiàn)。引起發(fā)酵液pH值異常波動(dòng)的因素有所用的菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件。菌種分離的方法包括施加選擇壓力的分離方法和隨機(jī)分離方法。種子質(zhì)量的判斷的指標(biāo)有細(xì)胞或菌體、生化指標(biāo)、產(chǎn)物生成量、酶活力。生物的代謝調(diào)節(jié)方式有代謝途徑區(qū)域化、代謝流向的調(diào)控、代謝速度的調(diào)控、細(xì)胞透性的調(diào)節(jié)。工業(yè)發(fā)酵常用微生物種類有細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌、擔(dān)子菌、藻類。菌種的發(fā)酵產(chǎn)量決定于菌種的遺傳特性和菌種的培養(yǎng)條件。空氣滅菌的基本方法有熱滅菌法、靜電除菌、介質(zhì)過濾除菌法。與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，補(bǔ)料分批發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。菌種選育的目的是 改良菌種的特性，使其符合工業(yè)生產(chǎn)的要求。一般講，滅菌的徹底與否以 能否殺死芽胞細(xì)菌 為標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)酵罐上軸封的作用是防止泄漏和染菌。實(shí)驗(yàn)室常用的有機(jī)氮源有 牛肉膏 和 蛋白胨 等；為節(jié)約成本，工廠中常用 豆餅粉等做有機(jī)氮源。種子培養(yǎng)異常的表現(xiàn)包括菌體生長緩慢、菌絲結(jié)團(tuán)、代謝不正常。列舉幾種常用的菌種保藏方法。（至少5種）答：冰箱保藏法； 石蠟油封藏法； 甘油懸液保藏法；砂土保藏法； 冷凍干燥保藏法； 液氮保藏法。簡述補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)。答：可以解除底物抑制、產(chǎn)物反饋抑制和分解代謝物的阻遏；可以避免在分批發(fā)酵中因一次投料過多造成細(xì)胞大量生長所引起的影響，改善發(fā)酵流變學(xué)的性質(zhì)；可用作控制細(xì)胞質(zhì)量的手段，以提高發(fā)芽孢子的比例；可作為理論研究的手段，為自動(dòng)控制和最優(yōu)控制提實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。工業(yè)微生物的擴(kuò)大培養(yǎng)時(shí)，作為種子的準(zhǔn)則是什么？答：（1）菌種細(xì)胞的生長活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，延緩期短；（2）生理性狀穩(wěn)定；（3）菌體總量及濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求；（4）無雜菌污染；（5）保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，連續(xù)培養(yǎng)有何優(yōu)點(diǎn)？答： 維持低基質(zhì)濃度：可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾； 避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物； 可以提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間的產(chǎn)量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產(chǎn)時(shí)間； 便于自動(dòng)控制。防止菌種衰退的措施有哪些？答： 控制菌種傳代次數(shù)； 創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件； 利用不易衰退的細(xì)胞移種傳代； 采用有效的菌種保藏方法； 講究菌種選育技術(shù)； 定期進(jìn)行分離純化。發(fā)酵異常的表現(xiàn)有哪些？答：（1）菌體生長差；（2）pH值過高或過低；（3）溶解氧水平異常；（4）泡沫過多；（5）菌體濃度過高或過低。積累代謝產(chǎn)物的有效措施有哪些？答：（1）反饋抑制作用的解除；（2）反饋?zhàn)瓒糇饔玫慕獬?；?）遺傳障礙；（4）使細(xì)胞膜透性增大滅菌的方法有哪些？答：（1）干熱滅菌法；（2）火焰滅菌法；（3）電磁波、射線滅菌法；（4）濕熱滅菌法（主要是高壓蒸汽滅菌）；（5）化學(xué)藥劑滅菌法；（6）過濾除菌法。發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是什么？答：（1）連續(xù)提供一定流量的壓縮空氣；（2）空氣的壓強(qiáng)（表壓）為0.2-0.4MPa；（3）進(jìn)入過濾器之前，空氣的相對(duì)濕度70%；（4）進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣溫度可比培養(yǎng)溫度高10-30；（5）壓縮空氣的潔凈度，在設(shè)計(jì)空氣過濾器時(shí)一般取失敗概率為10-3為指標(biāo)。右圖為發(fā)酵罐的部分結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)此圖簡要說明發(fā)酵罐操作中取樣過程的基本操作。（取樣閥，蒸氣閥，出口閥門）（1）關(guān)緊取樣閥，打開蒸氣閥，再打開出口閥門，讓蒸氣消毒殺菌15 min；（2）關(guān)閉蒸氣閥，打開取樣閥，培養(yǎng)液因壓力作用流出；（3）取樣后關(guān)閉取樣閥，打開蒸氣閥，通蒸氣再次消毒，依次關(guān)閉閥門和。論述發(fā)酵過程中泡沫形成的原因及其消除方法。答：（1）原因 由外界引進(jìn)的氣流被機(jī)械地分散形成 由發(fā)酵過程產(chǎn)生的氣體聚結(jié)生成的發(fā)酵泡沫 發(fā)酵液中糖、蛋白質(zhì)和代謝物等的存在起到加強(qiáng)或穩(wěn)定泡沫的作用（2）消除方法 調(diào)整培養(yǎng)基中的成分或改變某些物理化學(xué)參數(shù)（如pH值、溫度、通氣和攪拌）或者改變發(fā)酵工藝（如采用分次投料）來控制，以減少泡沫形成的機(jī)會(huì)。 采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素。 采用機(jī)械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。菌種衰退的原因有哪些？如何防止菌種衰退？答：原因：（1）菌種連續(xù)傳代導(dǎo)致自發(fā)突變或回復(fù)突變是菌種發(fā)生退化的直接原因。（2）菌種保藏方法不當(dāng)。（3）菌種生長的條件要求沒有得到滿足，或是遇到不利的條件，或是失去某些需要的條件。措施：（1）控制傳代次數(shù)；（2）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；（3）利用不易衰退的細(xì)胞傳代；（4）采用有效的菌種保藏方法。種子帶菌的原因及其防治措施。答：原因：保藏斜面試管菌種染菌、培養(yǎng)基和器具滅菌不徹底、種子轉(zhuǎn)移和接種過程染菌、種子培養(yǎng)所涉及的設(shè)備和裝置染菌。措施：（1）嚴(yán)格控制無菌室的污染，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求和特點(diǎn)，建立相應(yīng)的無菌室，交替使用各種滅菌手段對(duì)無菌室進(jìn)行處理。（2）在制備種子時(shí)對(duì)砂土管、斜面、三角瓶及搖瓶均嚴(yán)格進(jìn)行管理，防止雜菌的進(jìn)入而受到污染。為了防止染菌，種子保存管的棉花塞應(yīng)有一定的緊密度，且有一定的長度，保存溫度盡量保持相對(duì)穩(wěn)定，不宜有太大變化。（3）對(duì)每一級(jí)種子的培養(yǎng)物均應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的無菌檢查，確保任何一級(jí)種子均未受雜菌污染后才能使用。（4）對(duì)菌種培養(yǎng)基或器具進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理，保證在利用滅菌鍋進(jìn)行滅菌前，先完全排除鍋內(nèi)的空氣，以免造成假壓，使滅菌的溫度達(dá)不到預(yù)定值，造成滅菌不徹底而使種子染菌。噬菌體污染的癥狀及防治方法答：癥狀：發(fā)酵液光密度不上升或回降；pH值逐漸上升；氨利用停止；糖