新编生物工艺学思考题

生物工艺学1.生物技术：是“应用自然科学和工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物料进行加工以提供产品或用以为社会服务”的技术。

2.生物技术发展的四个时期的代表性技术和产品：①经验生物技术时期（面包啤酒酸奶麻沸散）；②近代生物技术建立时期（300倍显微镜巴斯德消毒法疫苗生产乳酸酒精发酵青霉素有机溶剂）；③近代生物技术全盛时期（青霉素投产抗生素氨基酸核苷酸维生素）；④现代生物技术建立和发展时期（基因工程单克隆抗体动植物细胞培养技术转基因动植物）。

1.微生物选择性分离方法步骤：①含微生物材料的选择；②材料的预处理；③所需菌种的分离；④菌种的培养；⑤菌种的选择和纯化。

2.菌种的选育方法：①自然育种；②诱变育种；③抗噬菌体菌种的选育；④杂交育种；⑤原生质体融合；⑥DNA重组技术。

3.诱变选育的经典流程（包括诱变和筛选）：出发菌种→斜面→单孢子悬液→诱变处理→稀释涂平板→挑取单菌落传种斜面→摇瓶初筛→挑出高产斜面→留种保藏菌种→传种斜面→摇瓶复筛→挑出高产菌株作稳定性试验和菌种特性考察→放大罐试验，中试考察→大型投产4.原生质体融合技术与其它筛选方法相比较有哪些优点：①去除了细胞壁的障碍，亲株基因组直接融合、交换，实现重组，不需要有已知的遗传系统；②原生质体融合后两亲株的基因组之间有机会发生多次交换，产生各种各样的基因组合而得到多种类型的重组子；③重组频率特别高，因为聚乙二醇作助溶剂；④可以和其它育种方法相结合，把由其它方法得到的优良性状通过原生质体融合再组合到一个单株中；⑤可以用温度、药物、紫外线等处理、钝化亲株的一方或双方，然后使之融合，再在再生菌落中筛选重组子。

5.DNA重组技术的基本过程：①含目的基因的DNA片段的准备；②载体；③含目的基因的DNA片段与载体相连接；④将重组分子送入受体细胞，并于其中复制、扩增；⑤筛选出带有重组DNA分子的转化细胞；⑥鉴定外源基因的表达产物。

6.菌种常见保存方法及其特点：①斜面冰箱保存法（短期、过渡的方法3~6月）；②沙土管保藏法（适合于产孢子或者芽孢的微生物一年左右）；③菌丝速冻法（不产孢子或芽孢的微生物）；④石蜡油封存法（适用于不能利用石蜡油作碳源的细菌、霉菌、酵母菌等微生物的保存期一年左右）；⑤真空冷冻干燥保藏法（快速将细胞冻结，保持细胞完整，且对各种微生物都适用五年左右）；⑥液氮超低温保藏法（适用范围最广保存期最长）。

1.微生物代谢调节控制部位：养分的吸收排泄、限制基质与酶的接近，控制代谢流程。

2.微生物次级代谢特征：1.种类繁多，结构特殊，含有不常见的化合物2.含有少见的化学键3.一种微生物所合成的次级代谢物往往是一组结构相似的化合物4.一种微生物的不同菌株可以产生分子结构迥异的次级代谢物5.次级代谢产物的合成比生长对环境因素更敏感3.次级代谢物的生物合成步骤：①养料的摄入；②通过中枢代谢途径养分转化为中间体；③小分子建筑单位（次级代谢物合成的前体）的生物合成；④如有必要，改变其中的一些中间体；⑤这些前体进入次级代谢生物合成的专有途径；⑥在次级代谢的主要骨架形成后作最后的修饰，成为产物。

4.前体的概念、作用及添加原则：前体是指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中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前体而有较大的提高，具有产物合成的作用。

作用：①起抗生素建筑材料作用；②诱导抗生素生物合成的作用。

添加原则：大多数前体对微生物的生长有毒性，以及菌体具有将前体氧化分解的能力，因此在生产中为了减少毒性和增加前体的利用率，常采用少量多次或流加的工艺，控制发酵液中前体的残留浓度在适宜范围。

5.前体与诱导物的区别：一般把那些能在生长期内生产期前促进抗生素生物合成的化合物看作诱导物，而前体往往只是在生产期内起作用，甚至蛋白质合成受阻的情况下也行。

诱导物应能被非前体的结构类似物取代，且诱导物的诱导系数特别高。

1.大规模发酵培养基共同的特点:1.培养基能够满足产物最经济的合成2.发酵后所形成的副产物尽可能的少3.培养基的原料应因地制宜、价格低廉,且性能稳定、资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的供应4.所选用的培养基应能满足总体工艺的要求：如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。

2.培养基的类型与功能：①按纯度分类：a，合成培养基，所用的原料其化学成分明确、稳定，适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化等工作；b，天然培养基，用于工业化的生产。

②按状态划分：a，固体培养基，适用于菌种及孢子的培养和保存，也用于生产；b，半固体培养基，鉴定细菌、观察细菌运动特征及噬菌体的效价滴度；c，液体培养基，发酵工业大规模使用。

③按用途分类：孢子培养基，种子培养基，发酵培养基。

3.培养基的成分来源及作用：①碳源（a，为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所需成分；b，为合成目的产物提供所需的碳成分。

）成分来源：糖类油和脂肪有机酸烃及醇类；②氮源（用于构成菌体细胞物质和含氮代谢物，分有机氮源和无机氮源）玉米浆+尿素铵盐硝酸盐及氨水；③无机盐及微量元素（作为其生理活性物质的组成及生理活性作用的调节物）P Mg S K Na Fe Cl Mn Zn；④水（培养基的主要成分，直接参加代谢同时又是进行代谢反应的内部介质。

为微生物生长繁殖和合成目的产物提供了必须的生理环境）⑤生长因子前体产物促进剂和抑制剂（有助于代谢产物的形成）。

4.培养基成分的选择原则：①菌体的同化能力；②代谢的阻遏和诱导③合适的C、N比④PH要求。

1.杂菌污染产生的不良后果：①杂菌污染是生化反应的基质或产物消耗，产率下降；②由于杂菌产生的某些代谢产物，或染菌后发酵液的某些理化性质的改变，使产物的提取变得困难，造成收得率降低或使产品质量下降；③污染的杂菌可能会分离产物而使生产失败；④污染的杂菌大量繁殖，会改变反应介质pH，从而使生化反应发生异常变化；⑤发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解而使生产失败。

2．培养物的灭菌方法：化学灭菌射线灭菌干热灭菌湿热灭菌过滤除菌3.无菌空气的质量标准：①连续提供一定流量的压缩空气；②空气的压强为0.2~0.4Mpa；③进入过滤器之前，空气的相对湿度φ≤70％；④进入发酵罐的空气湿度可比培养基湿度高10~30℃；⑤压缩空气的洁净度，在设计空气过滤器时，一般采用失败概率为10-3为指标。

4.空气预处理中的设备及作用：（1）采风塔，提供空气原材料，（2）粗过滤器，拦截空气中较大的灰尘以保护空气压缩机，同时起到一定的灭菌作用，减轻总过滤器的负担。

（3）空气压缩机，提供动力，以克服随后各设备的阻力，（4）空气贮罐，消除压缩空气的脉动，（5）冷却器，降温降湿，（6）气液分离设备，除去空气中的水和油，以保护过滤介质，（7）空气加热设备，加热空气，使其湿度由100%降到70%以下。

1.什么是种子的扩大培养？目的是什么？影响种子质量的因素有哪些？种子的扩大培养是指将保存在沙土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得的一定数量和质量的纯种过程。

种子扩大培养的目的：为发酵罐的投料提供足够数量的代谢旺盛的种子，使发酵周期缩短，设备利用率提高，保证生产水平影响种子质量的因素：(1)原材料质量(2)培养条件（温度、湿度、通气量）(3)斜面冷藏时间2、何谓种子接种龄、接种量：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；接种量是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例3、为什么种子要逐级扩大培养？什么情况下可采用一级种子？种子逐级扩大培养的目的是为了活化菌种让菌种逐渐适应培养环境和在短时间内得到较多的培养物生长快的细菌可采用一级种子，因为生长快的细菌种子用量比较少，所需种子罐相应也少4.保证种子质量的措施：1.菌种稳定性的检查：保证生产菌种的稳定性2.无（杂）菌检查：提供种子培养的适宜环境保证无杂菌侵入1、如何进行发酵过程控制：1.控制碳源的浓度，可采用经验法和动力学法，即在发酵过程采用中间补料的方法来控制。

控制氮源浓度一般除了在基础培养基中控制氮源浓度外，还在发酵过程中通过补加氮源来进行控制。

适宜的磷酸盐浓度 2.适宜条件的灭菌 3.选择优良的种子 4.温度控制，根据不同时期所需最适温度的不同进行控制5控制pH,加入缓冲液，直接补加酸或碱和补料 6.控制溶氧：改变通气速率，增大通风量；改变搅拌速度；改变气体组成中的氧分压；改变罐压；改变发酵液的理化性质，如加消沫剂、补加无菌水。

改变培养基成分；加入传氧中间介质7.CO2浓度控制，根据其对发酵的促进或抑制作用，通过调节通气量和搅拌速率，提高或降低其浓度8.加糖、补料的控制：一次性量大；多次少量；连续流加9.泡沫的控制：机械消沫和化学消沫2.泡沫产生的危害，消泡的方法有哪些?危害：（1）降低了发酵罐的装料系数，（2）增加了菌群的非均一性(3)增加了污染杂菌的机会(4)大量起泡，控制不及时，会引起逃液，招致产物的流失，(5)消泡剂的加入有时会影响发酵或给提炼工序带来麻烦消泡方法：机械消沫及消沫剂消沫3.温度、PH对发酵的影响和控制P161-P1654.发酵终点的控制（1）原材料与发酵成本占整个生产或成本的主要部分的发酵品种，主要追求提高率转化率及发酵系数（2）下游提炼成本占主要部分和产品价值高，则除了高产率及发酵系数外，还要求高的产物浓度（3）计算总的体积产率，则以放罐发酵单位除以总的发酵时间5发酵染菌的防治与处理：发酵染菌的防治：1.种子以及种子在进罐前菌种室要彻底灭菌2.培养基要在无菌条件下配置并需混合均匀，然后使用之前进行灭菌 3.空气要除菌彻底 4.生产设备要清洗干净和灭菌 5.接种、过程加糖补料和取样操作要严密规范发酵染菌的处理：1.种子培养期染菌的处理：种子受到杂菌污染后，应经灭菌后弃之，并对种子罐、管道等进行仔细检查和彻底灭菌。

同时采用备用种子。

2.发酵前期染菌的处理：原则上可适当改变生长参数，使有利于生产菌而不利于杂菌的生长，如降低发酵温度等。

加入某些已知杂菌的化合物也不失为一种急办法，条件是这种化合物对生产菌无害，对生产影响不大合在下游精制阶段能被完全除去。

如培养基中的碳、氮源含量还比较高时，终止发酵，将培养基重新进行灭菌处理后再用；否则，补充新鲜培养基，再进行灭菌处理。

也可采取降温培养、调节pH 值、调整补料量、补加培养基等措施。

3.发酵中、后期染菌的处理：加入适当的杀菌剂或抗生素，以抑制杂菌的生长，也可采取降低培养温度、降低通风量、停止搅拌、少量补糖等其他措施：若产物含量已达一定值，也可放罐；废液应加热灭菌后才能排放4.染菌后对设备的处理：彻底清洗发酵罐，并加热灭菌后才能使用；也可用甲醛熏蒸或甲醛溶液浸泡12h以上等方法进行处理。