发酵

速效碳源:见单的说就是能够被生物直接利用的含碳化合物,例如葡萄；糖是速效,蔗糖就需要先分解成葡萄糖才能被生物利用。速效氮源:无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利；用，这种氮源叫做速效氮源。生理酸性盐:因植物阳离子的吸收大于阴离子的吸收，同时伴随着细胞向外释放氢离子以达到电荷平衡，是环境pH下降，这种盐类称之为生理酸性盐。生理碱性盐:植物根系从溶液中选择性的吸收离子后使溶液的碱度升高的盐类。葡萄糖效应:葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象分批发酵：是指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，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。连续发酵：是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。补料分批发酵：是指在微生物分批发酵过程中，以某种方式向发酵系统中补加一定物料，但并不连续地向外放出发酵液的发酵技术，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术得率系数：菌体比生长速率：单位质量的菌体在单位时间内所增加的菌体量底物比消耗速率：单位质量细胞在单位时间内的底物消耗量产物比生成速率：单位质量的细胞在单位时间内生成产物的速率恒化器:它以恒定的速度流出培养液，使容器中的微生物生长繁殖始终低于最快生长速度。这种容器反映的是培养基的化学环境恒定横浊器:一种连续培养微生物的装置。可以根据培养液中的微生物的浓度，通过光电系统观控制培养液的流速，从而使微生物高密度的以恒定的速度生长。恒浊反映的是细胞密度的恒定一、发酵工业的特点?1发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。2可用较廉价原料生产较高价值产品。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这—特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。3发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单—的代谢产物。4由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。5发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。6微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。7发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制，可以根据订单安排通过发酵设备来生产多种多样的发酵产品。二、从自然界分离筛选菌种的一般步骤?①采样：有针对性地采集样品。②样品预处理：可提高菌种分离效率。③增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势，使筛选变得可能。【目的菌富集培养】富集培养方式：1.分批培养2.连续培养3.半连续培养④纯种分离：利用分离技术得到纯种。常用的分离方法：1.平板划线分离2.稀释分离3.涂布分离4.毛细管分离5.小滴分离⑤初筛：从分离得到的大量微生物中将具有目的产物合成能力的菌株筛选出来的过程。【（1）平板筛选（各种变化圈），（2）摇瓶发酵筛选】⑥菌种复筛。⑦菌种发酵性能鉴定。【鉴定技术四个水平：细胞的形态和习性水平细胞组分水平蛋白质水平基因或核酸水平】⑧菌种保藏。三、发酵工业对菌种的要求?1能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，且生成的目的产物产量高、易于回收；2生长速度和反应速度较快，发酵周期较短；3培养条件易于控制；4抗噬菌体及杂菌污染的能力强；5菌种不易变异退化；6对放大设备的适应性强；7菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。四、菌种改良的原因和具体目标?菌种改良原因：来源于自然界的微生物菌种，在长期的进化过程中，形成了一整套精密的代谢控制机制，微生物细胞内具有反馈抑制、阻遏等代谢调控系统，不会过量生产超过其自身生长、代谢需要的酶或代谢产物，所以，从自然界分离得到的野生菌株，不论在产量还是质量上，均难以满足工业化生产的需求，故需要对菌株进行改良。菌种改良目标：1提高目标产物产量；2提高目标产物纯度，减少副产物；3改良菌种形状，改善发酵过程；4获得新的产品。选育“吃粗粮”、耐高温、生长快、代谢旺、产量高、质量好、无毒性的优良菌株。五、什么是Monod方程？其使用条件是什么？请说明各个参数的意义?Monod方程是SSSmaxCKC，它的使用条件是：当培养物中只有一种限制性基质而不存在其他生长因素的限制时。其中，是微生物的比生长速率，max是最大比生长速率，KS是底物亲和常数，表示的是微生物对该底物的亲和力，其数值相当于处于max的一半时的底物浓度，CS是限制性底物的浓度。六、分批补料发酵的优点（与分批发酵和连续发酵进行比较）?与分批发酵相比，补料分批发酵的优点在于：①可以解除底物的抑制；②避免分解阻遏效应；③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。与连续发酵相比，补料分批发酵的优点在于：①无菌要求低；②菌种变异，退化少；③适用范围更广。七、溶解氧控制的意义?溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响可能是不同的，所以须了解长菌阶段和代谢产物形成阶段的最适需氧量。氧传递速率已成为许多好气性发酵产量的限制因素。目前,在发酵工业上氧的利用率很低，因此提高传氧效率,就能大大降低空气消耗量,从而降低设备费和动力消耗,且减少泡沫形成和染菌的机会,大大提高设备利用率。八、氧传递方程?在气液传质过程中，通常将KLa作为一项处理，称为体积溶氧系数或体积传质系数。在单位体积培养液中，氧的传质速率（气液传质的基本方程式）为OTR—单位体积培养液中氧的传递速率，KLa—以浓度差为推动力的体积溶氧系数，KGa—以分压差为推动力的体积溶氧系数,九、影响氧传递的因素?在氧的传递过程中，主要阻力在于气液间的传递过程。根据气液传递速率方程OTR＝KLa(C*-CL)凡影响推动力C*-CL、比表面积a、和传递系数KL的因素都会影响氧传递速率，从而影响到供氧。(1)影响推动力的因素温度，推动力随着发酵液温度的升高而下降。溶质a.电解质在溶液中，由于发生盐析作用使氧的饱和溶解度降低，推动力随着发酵液中电解质浓度的增加而下降。b.非电解质氧的溶解度一般随着溶质浓度的增加而下降c.混合溶液溶剂：发酵过程中，通常使用的溶剂为水。由于氧在一些有机物中的溶解度比水中高，因此实际发酵过程中也可以通过合理添加有机溶剂来降低水的极性从而增加溶解氧的浓度。氧分压：增加氧分压也能通过提高氧的溶解度来增加氧传递的推动力。方法之一是提高空气总压，即增加罐压，相应的氧溶解度也得到提高。方法之二是保持空气总压不变，提高氧分压，即改变空气中氧的组分浓度，如进行富氧通气，但此方法成本较高。（2）影响KLa的因素KLa与以下因素有关：设备参数发酵罐的形状结构、搅拌器、挡板、空气分布器等参数，通常以搅拌器直径d作为基本参数。操作条件通气表观线速度Ws、搅拌转速N、搅拌功率Pw、发酵体积V、液柱高度HL，通常以Ws，N作为基本参数。发酵液性质发酵液的密度，黏度，界面张力及扩散系数(1)操作条件的影响搅拌的影响通气的影响（2）设备参数的影响（3）发酵液性质的影响表面活性剂由于消泡用的油脂是具有亲水端和疏水端的表面活性物质，加入发酵液后分布在气液界面，会增大传递阻力，使KL下降。离子强度在同一气液接解反应器中，相同的操作条件下，电解质溶液的KLa比水大，而且随电解质浓度的增加，KLa也有较大的增加。菌体浓度菌体浓度的增加会使KLa变小十、双膜理论的内容?1、相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，相界面两侧的传质阻力全部集中于这两个停滞膜内，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体；)(1)()(***PPHaKPPaKCCaKOTRLGLL2、在相界面处，气、液两相瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界面上两相的的组成存在平衡关系，即所需的传质推动力为零或气、液两相达到平衡。3、在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，不存在浓度梯度，物质组成均匀。溶质在每一相中的传质阻力都集中在虚拟的停滞膜内。十一、为何氧容易成为好氧发酵的限制性因素？答：氧是需氧微生物生长所必需的。氧往往容易成为控制因素，是因为氧在水中的溶解度很低，培养基因含有大量的有机和无机物质，氧的溶解度比水中还要更低。在对数生长期即使发酵液中的氧浓度达到饱和，若此时终止供氧，发酵液中的溶氧可在几分钟内全部耗尽，使溶氧成为控制因素。十二、温度对发酵的影响及其控制?温度对微生物生长的影响：温度对微生物的影响，不仅表现在对菌体表面的作用，而且因热平衡的关系，热传递到菌体内部，对菌体内部的结构物质都产生影响。一方面，在微生物最适温度范围内，生长速率随着温度升高而增加，当超过最适温度时，生长速率将随温度增加而下降。另一方面，不同生长阶段的微生物对温度的反应不同，处于延迟期的细菌对温度的影响十分敏感。温度对基质消耗的影响温度对产物合成的影响：温度直接影响过程中的各种反应速率外，还通过改变发酵液的物理性质来影响产物的合成；温度影响生物合成的方向。控制十三、pH对发酵的影响及其控制?发酵液pH改变将对发酵产生很大的影响：（1）会导致微生物细胞原生质体膜的电荷发生改变。这种电荷的改变会引起原生质体膜对个别离子渗透性的改变，从而影响微生物对培养基中营养物质的吸收及代谢产物的分泌，妨碍新陈代谢的正常进行。（2）PH变化会影响菌体代谢方向（3）pH变化对代谢产物合成的影响发酵过程的pH控制有一下措施：1.配制合适的培养基，调节培养基初始pH至合适范围并使其有很好的缓冲能力。2.培养过程中加入非营养基质的酸碱调节剂，如CaCO3等防止pH过度下降。3.培养过程中加入基质酸碱调节剂，如氨水等。4.加生理酸性或碱性盐基质，通过代谢调节pH。5.将pH控制与代谢调节结合起来，通过补料来控制pH。在实际生产过程中，一般可以选取其中一种或几种方法，并结合pH的在线检测情况对pH进行有效控制，以保证pH长期处于合适的范围。十四、CO2和呼吸商对发酵的影响及其控制?影响：1、CO2影响细胞膜的结构和通透性2、抑制代谢3、作为重要的基质/4、影响发酵液的酸碱平衡控制:1、尽量减小罐压或负压操作；2、H/D不要太高；3、加强搅拌；4、与补料工艺相结合；5、调节通风十五、各种育种手段的内涵、方法和优缺点（诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基于代谢调节的育种、基因工程育种）1.诱变育种:1）定义：用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质（DNA）的分子结构发生改变，引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。2）方法：物理诱变剂。紫外线：形成胸腺嘧啶二聚体。化学诱变剂。碱基类似物：5-溴尿嘧啶；烷化剂：EMS；移码突变剂：溴乙锭，丫啶类。3)优点：大幅提高突变频率（自然突变率很低）缺点：非定向（盲目性）。对出发菌株的要求：产量高、对诱变剂敏感、变异幅度大2.杂交育种1)定义：一般是指两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。2）方法：细菌杂交；放线菌杂交；霉菌的杂交。（具体方法步骤:①异核体形成；②杂合双倍体形成；③杂细胞重组④染色体交换和染色体单倍化）3）优缺点：可以得到新的性状；但操作方法复杂、技术要求较高，因此推广和应用受到一定程度的限制。3.原生质体融合1）定义: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。2）方法：（1）两亲本菌株的选择和遗传标记的制作（选择不同的营养缺陷型，（A:[a+b