分批发酵、连续流加发酵和分批补料发酵优缺点比较
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
工业微生物名词解释
1.间歇培养或分批培养：微生物在化学成分一定的培养基中进行培养。
同步培养：培养基中所有细胞处于同一生长阶段，群体与个体的行为一致。
2.芽孢：某些细菌在生长的一定阶段，细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形，对不良环境条件具有较强抗性的休眠体。
3.伴孢晶体：有些芽孢杆菌在形成芽孢的同时，在细胞内产生晶体状内含物。
4.连续培养：在对数生长期的培养容器中不断加入新鲜的培养基，同时不断放出代谢物，使微生物所需的营养及时得到补充，有害的代谢产物及时排除，菌体的生长不受影响。
5.发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。
6.原生质体融合：通过人工的方法，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。
7.营养缺陷型菌株：野生菌株经过人工诱变处理后，丧失了合成某种营养物质的能力，这些菌株生长的培养基中必需添加该种营养物质。
8.接合：通过供体菌和受体菌的细胞直接接触、传递大段DNA（包括质粒）遗传信息的现象。
整合：外来DNA片段插入染色体中的过程。
9.转导：借助噬菌体，把供体细胞中DNA片段携带到受体细胞中，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象。
10.转染：将病毒的DNA（或RNA）人为地抽提分离出来，用它来感染感受态的受体细胞，并进而产生正常病毒的后代，是特殊的“转化”。
11.转化：某一基因型的细胞直接从周围介质中吸收另一基因型细胞的DNA，并将它整合到自己的基因组中，造成基因型和表型发生相应变化的现象。
12.巴斯德效应：指在厌氧条件下,向高速发酵的培养基中通入氧气,抑制糖酵解的现象。
13.半合成抗生素：通过人工化学合成的方法对它的结构进行修饰与改造，把它的“短板”弥补上，扬长避短，发挥更好的效力。
因为是基于它原有的结构作为起始原料。
14.组成酶：它的合成与环境无关，随菌体形成而合成，是细胞固有酶，在菌体内的含量相对稳定。
15.诱导酶：只有在环境中存在诱导剂时，才开始合成，一旦环境中没有了诱导剂，合成就终止。
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、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。
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。
38
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
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、连续（流加）发酵和分批补料发酵优缺点?呼吸作用与发酵的根本区别在于：电子受体不是将电子直接传递给底物本身的中间产物，而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，影响设备利用率。
（3）泡沫过多，控制不好，会引起大量跑料，造成浪费和环境污染（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。
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、连续（流加）发酵和分批补料发酵优缺点呼吸作用与发酵的根本区别在于：电子受体不是将电子直接传递给底物本身的中间产物，而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，影响设备利用率。
（3）泡沫过多，控制不好，会引起大量跑料，造成浪费和环境污染（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。
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图表比较分批发酵、连续（流加）发酵和分批补料发酵优缺点表一：分批发酵、连续（流加）发酵和分批补料发酵简单比较
呼吸作用与发酵的根本区别在于： 电子受体不是将电子直接传递给底物本身的中间产物， 而
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•发酵前期一一严重：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。
（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）
（1 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C02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，影响设备利用率。
（3）泡沫过多，控制不好，会引起大量跑料，造成浪费和环境污染（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
在发酵液中加其他物质，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,在微生物定向育种和发酵条件控制方面所采取的五字策略是
“ 进、通、节、堵、出”
①进，促进细胞对碳源营养物质的吸收；②通，使来自上游和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，并进一步验证和提出解决的办法。
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，看上述现象是否消失。
（ 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）通过自然选育和诱变育种的方法，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”和工业意义上的“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。