发酵工程作业

发酵工程作业11、再分批发酵过程中，按细胞生长与生产形成的关系，可分为哪几种类型，举例说明。Ⅰ型：生长偶联产物生成——菌体生长、碳源利用和产物形成几乎在相同时间出现高峰。产物形成直接与碳源利用有关。Ⅱ型：生长与产物生成部分偶联——在生长开始后并无产物生成，在生长继续进行到某一阶段才有产物生成。产物形成间接与碳源利用有关。Ⅲ型：非生长偶联产物生成——在生长停止后才有产物生成。产物形成与碳源利用无准量关系。2、在单级连续发酵过程中，μ=D意味着什么？稳定状态，此时可通过稀释率调节比生长速率3、生物热的大小与哪些因素有关？答：生物热大小与如下因素有关：（1）生物热与发酵类型有关：微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。（2）培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性，生物热的大小与呼吸作用强弱有关：a、在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢，产生热量较少。b、菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体也较多，所以产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度。c、培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且逐渐减弱。（3）培养基营养越丰富，生物热也越大。4、发酵过程中的温度的选择有哪些依据？根据菌种以及生长阶段选择、根据培养条件选择、根据菌生长情况、5、为了确定最佳的PH值，我们该如何实验？配置不同初始PH的培养基，考察发酵情况6、如何确定发酵罐中的溶氧以及发酵罐的KLa？基于极普原理的电流型测氧覆膜电极；平衡法KLa(Ca-cL)=Qo2X7、对于粘稠的发酵液应选择何种类型的消泡液？较稀的呢？GP的亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以，用于是稀薄发酵液中要比用于粘稠发酵液中的效果好。其抑泡性能比消泡性能好，适宜用于基础培养基中，以抑制泡沫的产生。如用于链霉素的基础培养基中，抑泡效果明显，可全部代替食用油，也未发现不良影响，消泡效力一般相当于豆油的60～80倍。GPE的亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，作用又快，而溶解度相应也大，所以消泡活性维持时间短，因此，用于黏稠发酵液的效果比用于稀薄的好。GPE用于四环类抗生素发酵中，消泡效果很好，用量为0.03％～0.035％，消泡能力一般相当于豆油的10～20倍。8、中间补料的意义和原则是什么？补料方式有哪些？意义：控制菌的生长速率以及培养中期的代谢活动，延长合成期，推迟菌体自溶。另外，加入前体增加合成产物的中间体，从而使产量大幅度提高。原则：控制和引导产生菌在培养过程中，特别是中后期的生化代谢活动向着有利于产物积累的方向发展。补料方式可分为：连续流加、不连续流加（少量多次、大量少次）和多周期流加每次流加又可分为：快速流加、恒速流加、指数速率流加、变速流加9、查阅文献，说明补糖量和补糖时间的机制？补糖时间：补糖时间控制很重要，过早会刺激菌体生长，加速糖的消耗，不利于合成产物；过迟所需能量供应不上菌体已老化，合成产物的能力本身都很低了。补糖量：补糖量的控制，以控制菌体浓度不增或略增为原则，使产生菌的代谢活动有利于产物合成。一般在补糖开始阶段控制还原糖在较高水平，以利于产物合成，但高浓度的还原糖不宜维持过久，否则会导致菌体大量繁殖影响产物的合成。10、查阅文献，了解补料方式对发酵的影响。补料方式可分为：连续流加、不连续流加（少量多次、大量少次）和多周期流加每次流加又可分为：快速流加、恒速流加、指数速率流加、变速流加。连续流加效果最好，可以避免因一次大量加入引起环境突然改变给菌体带来的影响。从不加营养物来看，又有单组份补料和多组分补料。11、试叙述比好氧速度和呼吸强度的概念？临界饱和溶氧浓度、临界溶氧浓度、氧饱和度的概念？比好氧速度：单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气，mmolO2·g菌-1·h-1呼吸强度：单位时间内单位质量的菌体所消耗的氧量临界饱和氧浓度：发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度临界氧浓度：指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。。氧饱和度：在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解度12、发酵过程参数的检测有什么意义？生产过程中检测到的参数有哪些？答：对发酵过程中的参数进行检测，可以实时掌握发酵生产的情况，帮助人们有效地控制微生物生长和代谢产物的发酵生产，不断提高发酵水平。生产中主要检测的参数分为直接状态参数和间接状态参数。直接状态参数是指能直接反映发酵过程中微生物生理代谢状况的参数，如pH、DO、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2、粘度等。间接状态参数是指那些采用直接状态参数计算求得的参数，如比生长速率（u）、摄氧率（OUR）、CO2释放率（CER）、呼吸商（RQ）、氧得率系数（YX/O）、氧体积传质速率（KLa）等。发酵工程作业21、利用基因工程菌生产有什么优势？常用的宿主菌有哪些？它较筛选菌会有针对性、易繁殖、易培养、有特殊的代谢产物等特点，可生产珍稀药物，提高生产率，降低成本。1、大肠杆菌如果产品翻译后不需要修饰，大肠杆菌是最普遍选用的宿主。优点：人们对大肠杆菌的生理学和遗传学背景了解得比其他任何生物深。有利于进行复杂的基因操作；大肠杆菌有相当高的生长速率，并能长到高细胞浓度（50g/l）；大肠杆菌能生长在简单的便宜的培养基上。2、G+细菌枯草杆菌是可替代大肠杆菌的菌种，它是G+菌，它没有外膜，并且能把蛋白分泌（excretion）到胞外。它的这一性质对生产非常有吸引力。3、低等真核细胞酵母菌酿酒酵母是第一个被人利用的生物，它的最大生长速率是大肠杆菌的25%，酵母比最大的细菌大，容易从发酵液中回收。酵母有简单糖基化能力和分泌蛋白的能力。4、哺乳动物细胞哺乳动物细胞在表达时有正确的氨基酸排列，而且所有转录后处理与在整个动物中相同，在某种情况下可能转录后修饰有些不同但它可提供最接近于天然副本的产物，此外多数产物可以分泌到胞外。2、利用基因工程菌生产有哪些特点？1、基因工程中菌种带有外源基因，外源基因可能在质粒上也可能整合到染色体上，这些基因可能不稳定。丢失外源基因的菌往往比未丢失的菌生长快得多，这样就会大大降低产物的表达。为了抑制基因丢失的菌的生长，一般会在培养基中加入选择压力，如抗生素。2、基因工程菌的培养一般分为两段。前期是菌体生长，生长到某一阶段，加入诱导因子，诱发产物的表达。3、基因不稳定性，生产的目标是得到最大量的外源蛋白，但是大量外源蛋白的形式对宿主细胞是有损害的，通常是致死的。失去制造外源蛋白的能力的细胞一般生长的快的多，从而代替有生产能力的菌株。这就导致基因的不稳定性。3、重组菌基因不稳定性的原因有哪些？答：分离丢失、结构不稳定性、宿主细胞调节突变、生长速率占优势的不稳定性4、在基因工程菌培养过程中为什么质粒会丢失？当细胞分裂时一个子细胞没有接受质粒就出现分离丢失。质粒可分为高拷贝质粒（20拷贝/细胞）和低拷贝质粒（有时低到每个细胞一至二个拷贝）。低拷贝质粒有专门的机制保证在子代细胞中有相等的分配，高拷贝质粒通常很少遵循二分法分配到子代细胞。对于高拷贝质粒，几乎所有子细胞接受一些质粒，也有可能有的细胞没有接受质粒，当然形成无质粒细胞的可能性是低的（每百万细胞分裂中一个）5、基因工程菌高表达的障碍是什么？外源基因的不稳定，造成表达的下降、高生长速率与高表达之间的矛盾、乙酸的产生、蛋白的降解6、常规的高密度培养的措施有哪些？最常用和最有效的方法就是分批补料流加培养法。现在常用的是反馈补料培养。有几种反馈控制：控制基质浓度流加、恒pH流加、恒溶氧流加、控制比生长速率的葡萄糖流加7、重组菌与传统微生物在产物表达上有什么区别？（1）应用AOX启动子，转录效率高，易于诱发调控。（2）表达质粒易于整合到基因组，不易丢失，适用于高密度发酵，产量高。（3）表达产物分拣进入过氧化物酶体等，因此最近十几年来，人们越来越多的应用它作为外源基因表达的系统。8、与大肠杆菌相比酵母作为宿主菌有什么优点？1、单细胞低等真核生物，易于培养、繁殖快、便于基因工程操作2、具有真核生物的蛋白质翻译后加工的功能，具有适合于真核生物基因产物正确折叠的细胞内环境和糖链加工系统3、分泌外源蛋白质到培养液中，利于纯化9、重组菌与传统菌在发酵过程控制中有哪些相同之处？基因工程菌在代谢控制方面与传统微生物有许多相似之处，比如补料控制、PH控制、温度控制、溶氧控制等，使菌体能够达到高密度。他的特殊之处在于外源基因的稳定性、外源蛋白表达的诱导、蛋白质降解的防止以及生长与表达的协调等方面，以达到高表达的目的。10、重组大肠杆菌的诱导因子有哪些？重组酵母的诱导因子有哪些？基因工程菌的产物表达需要诱变，诱因主要有：温度诱导、乳糖或乳糖结构类似物诱导、氧饥饿诱导、葡萄糖饥饿诱导、甲醇诱导等。