分批发酵、连续流加发酵和分批补料发酵优缺点比较
分批培养与补料分批培养的区别
分批培养与补料分批培养的区别？补料分批培养的优点？分批式培养是指先将细胞和培养液一次性装入反应器内进行培养，细胞不断生长，同时产物也不断形成，经过一段时间的培养后，终止培养。
在细胞分批培养过程中，不向培养系统补加营养物质，而只向培养基中通入氧，能够控制的参数只有pH值、温度和通气量。
因此细胞所处的生长环境随着营养物质的消耗和产物、副产物的积累时刻都在发生变化，不能使细胞自始至终处于最优的条件下，因而分批培养并不是一种理想的培养方式。
分批培养过程特征如图14-2。
图14-2动物细胞分批式培养过程的特征细胞分批式培养的生长曲线与微生物细胞的生长曲线基本相同。
在分批式培养过程中，可分为延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期等五个阶段。
分批培养过程中的延滞期是指细胞接种后到细胞分裂繁殖所需的时间，延滞期的长短根据环境条件的不同而不同，并受原代细胞本身的条件影响。
一般认为，细胞延滞期是细胞分裂繁殖前的准备时期，一方面，在此时期内细胞不断适应新的环境条件，另一方面又不断积累细胞分裂繁殖所必需的一些活性物质，并使之达到一定的浓度。
因此，一般选用生长比较旺盛的处于对数生长期的细胞作为种子细胞，以缩短延滞期。
细胞经过延滞期后便开始迅速繁殖，进入对数生长期，在此时期细胞随时间呈指数函数形式增长，细胞的比生长速率为一定值，根据定义式中 t：培养时间（h）；：细胞的初始浓度；XX：t时刻的细胞浓度；μ：细胞的比生长速率。
细胞通过对数生长期迅速生长繁殖后，由于营养物质的不断消耗、抑制物等的积累、细胞生长空间的减少等原因导致生长环境条件不断变化，细胞经过减速期后逐渐进入平稳期，此时，细胞的生长、代谢速度减慢，细胞数量基本维持不变。
在经过平稳期之后，由于生长环境的恶化，有时也有可能由于细胞遗传特性的改变，细胞逐渐进入衰退期而不断死亡，或由于细胞内某些酶的作用而使细胞发生自溶现象。
图14-3典型的分批培养随时间的变化曲线在分批培养过程中，与细胞的生长、代谢相关的主要参数有限制性营养物质浓度及其比消耗速率、细胞密度及其比生长速率、产物浓度及其生成速率、抑制物的浓度等。
生物技术习题集
现代生物技术概论一、名词解释；生物技术基因工程细胞工程酶工程发酵工程蛋白质工程限制性内切核酸酶同裂酶同尾酶 DNA重组技术假基因体细胞杂交转化子和重组子花药培养生物信息学二、填空题：1、细胞工程就是在（）上研究、开发、利用各类细胞的工程，即人们根据科学设计改变（），并通过（），大量培养（）乃至（）的技术。
2、形成平末端的方法有（），（），（）。
3、DNA含有四种杂环碱基，即（）、（）、（）与（）。
4、根据搅拌的方式不同，好氧发酵设备又可分为（）（）。
5、酶的制备流程一般包括（）（）（）（）（）（）六个步骤。
6、DNA片段重组连接时，如要克隆PCR产物，PCR产物可直接用（）连接，而无须用（）处理。
7、需要部分酶切时可采取的方法有（1）（）、（2）（）、（3）（）8、在动物细胞组织培养中，专为大量培养哺乳动物细胞设计的方法有：（）、（）和（）。
9、限制酶命名采用Smith和A thens提议的方案，第一个字母大写取自来源细菌的（）；第二、三个字母取自来源细菌的（）；第四个字母（如果有）取自来源菌的（），如果一个菌株中有几种限制性内切酶，则在代表菌株的字母后用（）表示。
10、限制酶识别序列为n个碱基，则其切割频率的理论值应是（）11、动物细胞工程是细胞工程的一个重要的分支，它主要从（）和（）的层次，根据人类的需要，探索、改造（）和大量培养细胞和动物本身来收获（）。
12、1975年Kohler和Milstein肿瘤细胞融合，获得（），并由此获得1984年诺贝尔生理学与医学奖。
13、1997年人的干细胞被首次培养成功，从而科学家开始了“定制”器官救助生命的（），即（）。
14、发酵工业生产上常用的微生物主要有（）（）（）（）。
15、重组DNA导入植物细胞常采用农杆菌介导的（）（）（）（）。
导入动物细胞常用的方法有（）介导的（）（）（）等。
16、筛选克隆子常采用克隆子携带的（）（）等方法。
17、评价固定化酶的指标有（）（）（）。
发酵操作方式及其动力学特征
1 dX X dt
ln x ln x0
m s
Ks s
t
式中: S—限制性基质浓度，mol/L Ks—底物亲和常数, mol/L ； Ks越大，亲和力越小， µ越小。 ① 当S较高时，(对数期满足S>>10Ks)，此时，µ =µ m ② 当S较低时，(减速期， S<<10Ks)，此时S↓，µ ↓ ∴ 减速期， µ ↓
式中，Kis为抑制常数，抑制作用越强，Kis越小
② 高浓度产物抑制的情况下
A: m B: m C: m
B
C
S (1 kP) 线性 KS S
S exp(kP) 指数 KS S
A
初 始 底 物 浓 度 S0
S k1 ( P k 2 ) 产物积累一定量才有抑制 KS S 作用
产物的生成是微生物细胞主要能量代谢的直接结果，菌体生长速率的变 化与产物生成速率的变化相平行。
与生长部分相关→生长部分偶联型：柠檬酸、氨基酸发酵
dP dx x qP dt dt
产物间接由能量代谢生成，不是底物的直接氧化产物， 而是菌体内生物氧化过程的主流产物（与初生代谢紧密 关联）。
d 1 2 dt t
5、补料发酵的优点
• 可以解除底物的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解阻遏 效应。 • 避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长， 耗氧过多，以至通风搅拌设备不能匹配的状况。 • 菌体可被控制在一系列连续的过渡态阶段，可用来作为 控制细胞质量的手段。
三、连续发酵(continuous fermentation)
其中：k，k1，k2为常数
培养基中存在多种限制性营养物
Monod方程可修整为
发酵工程期末复习知识点
初级代谢产物:是指微生物处于对数生长期所形成的产物,主要是与细胞生长有关的产物,如氨基酸、核酸、蛋白质、糖类以及与能量代谢有关的副产物。
次级代谢产物:是指生物生长到一定阶段后通过次级代谢合成的分子结构十分复杂、对该生物无明显生理功能,或并非是该生物生长和繁殖所必需的小分子物质,如抗生素、毒素、激素、色素等。
接种龄: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:是指移入种子液的体积和接种后培养液体积的比例。
生理酸性物质:无机氮源被菌体作为氮源利用后,培养液中就留下了酸性或碱性物质,这种经微生物生理作用(代谢)后能形成酸性物质的无机氮源生理碱性物质:若菌体代谢后能产生碱性物质的无机氮源前体:前体指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接彼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富集培养:指从微生物混合群开始,对特定种的数量比例不断增高而引向纯培养的一种培养方法。
富集培养主要根据的碳源、氮源、pH、温度、和需氧量等生理因素控制。
生长因子:凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质发酵工程:是指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
临界氧:指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度培养基:是供微生物、植物组织和动物组织生长和维持用的人工配制的养料分批发酵:在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后,接入少量的微生物菌种进行培养,在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。
即一次性投料,一次性收获产品的发酵方式。
连续发酵:又称连续流动培养或开放型培养,即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。
原生质体融合:指通过人为的方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合,借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。
诱导:凡是促进酶生物合成的现象阻遏:凡是阻碍酶生物合成的现象杂交育种:是指将两个基因型不同的菌株经吻合(或接合)使遗传物质重新组合,从中分离和筛选具有新性状的菌株。
现代生物技术作业课后习题解答
现代生物技术作业课后习题解答1.现代生物技术是一项高新技术，它具有高新技术的“六高”特征是指哪“六高”？高效益；高智力；高投入；高竞争；高风险；高势能。
2.什么是生物技术，它包括那些基本的内容？它对人类社会将产生怎样的影响？生物技术，有时也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。
生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。
它主要包括发酵技术和现代生物技术。
其包括：基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程，现代生物技术发展到高通量组学芯片技术、基因与基因组人工设计与合成生物学等系统生物技术。
生物技术设计人类各个的层面，大到人类基因组的研究，小到我们平时吃到的米饭，在医药、动植物设计广泛，在电子产品中也有运用到生物技术。
3.为什么说生物技术是一门综合性的学科，它与其他学科有什么关系？因为生物技术设计到很多个方面，有医药、林农业、食品、环境、能源、化学品、设等等，不仅仅是局限于生物这一方面，例如研究使用到了高科技电子设备，两者必须结合才能进行研究，生物分子学也被运用到计算机的研发中去。
4.简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的关系。
现代生物技术是通过生物化学与分子生物学的基础研究而加快发展起来的。
两者的差别：传统生物技术的研究水平是细胞或组织水平，现代生物技术的研究水平是在分子水平。
两者的关系：现代生物技术的研究是以传统生物技术为基础。
现代生物技术的研究能够促进传统生物技术研究。
5. 生物技术的应用包括那些领域？其涉及到：农业、食品、人类健康、能源问题、环境问题、工业、金属、军事、电子二、基因工程1. 基因工程研究的理论依据是什么？不同基因具有相同的物质基础；基因是可以切割的；基因是可以转移的；多肽与基因之间存在对应关系；遗传密码是通用的；基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代。
补料分批发酵
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6， pH的控制
❖调节基础培养基的配方
❖调节碳氮比（C/N） ❖添加缓冲剂
❖补料控制 –直接加酸加碱 –补加碳源或氮源
– 第一类型 – 第二类型 – 第三类型
Piret's fermentation classification （按照产 物生成与菌体生长是否同步）
–生长关联型 (第一类型） –生长无关联型（第二，三类型）
13
■
第
产物直接来源于产
一
能的初级代谢（自身
类
繁殖所必需的代谢），
型 （ 生
菌体生长与产物形成 不分开。
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2，温度对发酵的影响
• 影响各种酶的反应速率和蛋白质性质 影响发酵液的物理性质 影响生物合成的方向。
–例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。 在低于30 ℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。 当温度提高，合成四环素的比例也提高。在温度达 35℃则只产生四环素而金霉素合成几乎停止。
39
50
✓ 最适pH与微生物生长，产物形成之间相 互关系有四种类型：
➢ 菌体比生长速率μ和产物比生产速率QP的 最适pH在一个相似的较宽的范围内（比较 容易控制）；
➢ μ较宽， Qp范围较窄，或μ较窄， Qp范围 较宽（难控制，应严格控制）；
➢ μ和 Qp对pH都很敏感，其最适pH相同（应 严格控制）；
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1，pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响
pH影响酶的活性 pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态 pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离
解 pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使
代谢产物的质量和比例发生改变
发酵工程知识点
发酵工程知识点绪论1.传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。
”2.生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
3.工业上的发酵：在微生物工业中，把所有通过微生物或其他生物细胞（动、植物细胞）的培养，统称为发酵。
包括：1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶以及转化产物等。
现代生物技术─分子生物学与发酵工程氨基酸发酵工业──谷氨酸、赖氨酸核酸发酵工业──肌苷酸、乌苷酸微生物变异株通过代谢调节──代谢控制发酵技术切断支路代谢转折点: 酶的活力调控, 酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏) →解除菌体自身的反馈调节,提高终产物水平。
细胞融合技术、基因操作技术等生物技术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有用的微生物：增加微生物体内控制代谢产物产量的基因拷贝数，可以大幅度地提高目标产物的产量；酒曲是我国酿酒技术的重大发明，也是世界上最早的一种复合酶制剂。
三、发酵工程的组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵控制、下游工程四、微生物发酵产品的类型:1,菌体、酶，2 初级代谢产物，3 次级代谢产物，4 外源物质转化产物。
五、发酵方法的类别与流程（1）类别：根据对氧的需要区分：厌氧和好氧发酵根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵根据从微生物生长特性区分：分批发酵和连续发酵按发酵原料来区分: 糖类物质发酵, 石油发酵, 废水发酵按发酵产物区分：氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵、酶制剂发酵(2)发酵流程：保藏菌种---活化---扩大培养---种子罐---主发酵---产物分离纯化---成品第二章菌种选育理论与技术微生物的特点有些微生物能在厌氧的条件下生长有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身的生长有些微生物能进行复杂的代谢有些微生物能利用较复杂的化合物有些微生物能在极端的环境下生长常见的工业微生物（一）抗生素生产有关的微生物（二）氨基酸生产有关的微生物（三）食品酶制剂生产有关的微生物a-淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、枯草牙孢杆菌和地衣牙孢杆菌工业化菌种的要求1生产菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）2能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物3有关合成产物的途径尽能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强4遗传性能要相对稳定5不易感染它种微生物或噬菌体6生产特性要符合工艺要求一、育种的目的（一）科研方面1．获得有遗传标记的菌株；2．得到生物合成阻断变株，以研究抗生素生物合成途径。
分批发酵、连续流加发酵和分批补料发酵优缺点比较
图表比较分批发酵、持续(流加)发酵和分批补料发酵优缺陷？表一：分批发酵、持续(流加)发酵和分批补料发酵简朴比较呼吸作用与发酵旳主线区别在于：电子受体不是将电子直接传递给底物自身旳中间产物,而是交给电子传递系统，并逐渐释放能量后再交给最后旳电子受体。
4、发酵过程杂菌污染旳途径有哪些?如浮现杂菌污染，应如何解决？答:发酵过程杂菌污染旳途径有1.种子带菌，2.培养基及设备消毒不够,3.设备破损,4．空气系统，5.操作不当(取样、补料、消泡、控制)等。
(2分)如浮现杂菌污染，应对染菌时间、种类、染菌规模进行分析根据具体状况解决，（1分)如:１．种子带杂菌——灭菌，排掉。
（0.5分)2.发酵前期——严重：实消后补种、料。
不严重：运转并观测。
（０.５分)3.发酵中期——分析微生物数量、种类、物料性质,再做解决。
(0.５分）4.发酵后期——同中期,并考虑产率与成本关系,考虑放罐。
（0.5分）５、持续发酵有何优缺陷?答:(1)、设备生产能力大、运用率高、没有中间清洗杀菌、没有发酵适应期。
(１分）（2)、持续化、自动化、人平生产率高、成本减少。
（1分）（3)、发酵稳定、便于管理。
(1分）缺陷:营养运用率略低、控制规定高。
（２分）6、摇瓶提高溶氧措施有哪些?发酵罐提高溶氧措施有哪些？答：摇瓶提高溶氧可考虑减小装液比，增长摇床转速，不会导致染菌旳状况下减少瓶口砂布层数等措施。
(3分)发酵罐提高溶氧旳措施有选择合理罐型，增长高径比,合适提高通气量，合适提高搅拌速度(搅拌罐）等措施。
（3分)６、泡沫对发酵有何影响？常用旳消泡措施有何优缺陷?答：泡沫对发酵旳影响有:（1）泡沫持久存在，阻碍CＯ2旳排除,影响微生物对氧旳吸取，破坏正常生理代谢,不利发酵和生物合成。
(２）泡沫大量产生，使发酵罐有效容积大大减少,影响设备运用率。
(3)泡沫过多,控制不好,会引起大量跑料，导致挥霍和环境污染（4）泡沫升到灌顶,也许从轴封渗出，增长染菌机会(５）泡沫过多也会影响氧传递、通风与搅拌效果。
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图表比较分批发酵、连续(流加)发酵与分批补料发酵优缺点? 表一:分批发酵、连续(流加)发酵与分批补料发酵简单比较
呼吸作用与发酵的根本区别在于:电子受体不就是将电子直接传递给底物本身的中间产物,而就是交给电子传递系统,并逐步释放能量后再交给最终的电子受体。
4、发酵过程杂菌污染的途径有哪些？如出现杂菌污染,应如何处理？
答:发酵过程杂菌污染的途径有1、种子带菌,2、培养基及设备消毒不够,3、设备破损,4、空气系统,5、操作不当(取样、补料、消泡、控制)等。
(2分)
如出现杂菌污染,应对染菌时间、种类、染菌规模进行分析根据具体情况处理,(1分)如:
1、种子带杂菌——灭菌,排掉。
(0、5分)
2、发酵前期——严重:实消后补种、料。
不严重:运转并观察。
(0、5分)
3、发酵中期——分析微生物数量、种类、物料性质,再做处理。
(0、5分)
4、发酵后期——同中期,并考虑产率与成本关系,考虑放罐。
(0、5分)
5、连续发酵有何优缺点？
答:(1)、设备生产能力大、利用率高、没有中间清洗杀菌、没有发酵适应期。
(1分) (2)、连续化、自动化、人平生产率高、成本降低。
(1分)
(3)、发酵稳定、便于管理。
(1分)
缺点:营养利用率略低、控制要求高。
(2分)
6、摇瓶提高溶氧方法有哪些？发酵罐提高溶氧方法有哪些？
答:摇瓶提高溶氧可考虑减小装液比,增加摇床转速,不会造成染菌的情况下减少瓶口砂布层数等方法。
(3分)发酵罐提高溶氧的方法有选择合理罐型,增加高径比,适当提高通气量,适当提高搅拌速度(搅拌罐)等方法。
(3分)
6、泡沫对发酵有何影响？常用的消泡方法有何优缺点？
答:泡沫对发酵的影响有:(1)泡沫持久存在,妨碍CO2的排除,影响微生物对氧的吸收,破坏正常生理代谢,不利发酵与生物合成。
(2)泡沫大量产生,使发酵罐有效容积大大减少,影响设备利用率。
(3)泡沫过多,控制不好,会引起大量跑料,造成浪费与环境污染(4)泡沫升到灌顶,可能从轴封渗出,增加染菌机会(5)泡沫过多也会影响氧传递、通风与搅拌效果。
(3分,答出3点以上即可)
化学消泡优点:化学消泡剂来源广泛,消泡效果好作用迅速可靠,用量少,不需改造设备,大小规模适用,易实现自动控制。
缺点:消泡剂对微生物生长有毒性。
(1分)
物理消泡优点:不用在发酵液中加其她物质,节省原料,减少由于加消泡剂引起的污染机会。
缺点:不如化学消泡迅速、可靠,需一定设备及消耗动力,不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素。
(1分)
7、改变细胞膜通透性的方法有哪些？
答:(1) 选择生物素缺陷型限制生物素用量,(2) 生物素过量时采用油酸缺陷型菌株,限制油酸用量,(3) 添加含高级脂肪酸的表面活性剂,拮抗脂肪酸的合成,(4)选育甘油缺陷型,限制甘油含量,(5)添加青霉素控制细胞壁后期合成。
(每点1分)
基于工业发酵的基本模式,在微生物定向育种与发酵条件控制方面所采取的五字策略就是“进、通、节、堵、出”
①进,促进细胞对碳源营养物质的吸收;②通,使来自上游与各个注入分支的碳架物质能畅通地流向目的产物;
③节,阻塞与目的产物的形成无关或关系不大的代谢支流,使碳架物质相对集中地流向目的产物;
④堵,消除或削弱目的产物进一步代谢的途径;
⑤出,促进目的产物向胞外空间分泌。
五、分析问答题:(15分)
1、在某菌种发酵生产中,最近发现发酵过程中糖氮的消耗减慢了,发酵周期延长了,产品得率下降,试分析可能的原因,并进一步验证与提出解决的办法。
答:经分析很可能发生了菌种衰退。
(3分,写出分析的根据)
验证方法:1、显微镜镜检,观察菌种形态上有无发生变异,2、平板培养,观察菌落生长情况,3、摇瓶培养,测定相关生理指标。
换过菌种或进行菌种复壮,瞧上述现象就是否消失。
(5分)
要解决好菌种衰退问题要做到:
(1)做好菌种的保藏工作(5分,回答5点以上即可,每点给1分)
A、使菌种在保藏中处于休眠状态,孢子、芽孢。
低温、干燥、缺氧、营养缺乏、代谢活动下
降。
B、要纯粹,要作无菌检查
C、新鲜的斜面,生长要丰满,取幼龄菌接种
D、接种量要适当,斜面生长不过密
E、保藏培养基,C源比例少,营养贫乏一些,否则产酸,产生代谢产物,引起变异。
保藏培养基不加或少加葡萄糖,活化用0、1％葡萄糖
F、尽量减少传代次数
G、培养条件中,营养、温度、水分要合适,稳定。
活化使用培养基要与保藏使用培养基基本相同
(2)定期进行菌种选育工作(2分)
通过自然选育与诱变育种的方法,选育遗传性能稳定的高产菌株。
26举例说明生物化学意义上的“发酵”与工业意义上的“发酵”概念的异同。
答:生物化学意义上的“发酵”,指微生物在无氧条件下分解各种有机物质产生能量的一种方式。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳,同时获得能量;丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等。
而工业意义上的“发酵”,它泛指利用微生物制造成生产某些产品的过程。
它包括厌氧培养的生产过程,如酒精、乳酸、丙酮丁醇等,以及通气(有氧)培养的生产过程,如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。
产品既有微生物细胞代谢产物,也包括菌体细胞(如单细胞蛋白SCP)、酶等。