《发酵工程原理与技术》课程复习提纲及部分知识点
[复习提纲]
什么是发酵？发酵工程的发展历程？
发酵的定义 在合适的条件下利用生物细胞内特定的代谢途径转变外界底物生成人类所需目标产物或菌体的过程
自然发酵时期 1.发酵工程的诞生 2.通气搅拌液体深层发酵的建立 3.大规模连续发酵以及代谢调控发酵技术的建立 4.现代发 酵工程时期
发酵工业常用的微生物及其特点。
①细菌：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等 ②放线菌：链霉菌属、小单胞菌属和诺卡均属 ③酵母菌：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母 4.霉菌 菌种的分离及保藏
一 稀释涂布和划线分离法 二 利用平皿中的生化反应进行分离 三 组织分离法 四 通过控制营养和培养条件进行分离
一斜面保藏方法 二液体石蜡油保藏法 三冷冻干燥保藏法 四真空干燥法 五液氮超低温保藏法 六工程菌的保藏
菌种的退化及复壮
菌种退化是指生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行转移传代或包藏之后， 群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象退化的原因主要有基因突变连续传代以及不当的培养和保藏条件
菌种的复壮通过人工选择法从中分离筛选出那些具有优良性状的个体使菌种获得纯化服装的方法一纯种分离二淘汰法三宿主体内复壮法
微生物育种的方法有哪些？ 自然育种、诱变育种 培养基的主要成分。
水、碳源、氮源、无机盐、生长因子、 碳源及氮源的种类。
碳源种类：1、糖类2、醇类3、有机酸类4、脂肪类5、烃类6、气体 氮源种类：1、无机氮源 2、有机氮源 培养基的设计的基本原则？
一根据生产菌株的营养特性配制培养基二营养成分的配比恰当 三渗透压 4ph值
发酵工业原料的选择原则
一因地制宜就地取材原料产地离工厂要近，便于运输节省费用
二营养物质的组成比较丰富浓度恰当能满足菌种发育和生长繁殖成大量有生理功能菌丝体的需要更重要的是能显示出产物合成的潜力 三原料资源要丰富容易收集
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四原料药容易储藏
五在一定条件下理化性质要相对稳定
六生产过程中既不影响通气与搅拌的效果又不影响产物的分离精制和废物处理 七对身体无损害
八原料价格低廉可降低产品成本
培养基及设备的灭菌方法有哪些？
一加热灭菌二过滤灭菌三紫外线灭菌 四化学药物消毒与灭菌 五熏蒸消毒
空气中的微生物有哪些？
有较强耐受恶劣劣环境能力的霉菌孢子或细菌芽孢
空气的洁净度是如何表示的？
什么是无菌空气？
无菌空气使除菌后的空气微生物含量达到一个很低的水平
如何制备无菌空气？
一热灭菌二辐射灭菌三静电吸附 四介质过滤
生物反应器的类型及设计要点？
根据反应器的操作方式：分为间歇操作、连续操作和半间歇半连续操作。 按照所使用的生物催化剂的不同：分为酶催化反应器和细胞生化反应器 根据反应器的结构特征：分为反应釜式、管式、塔式、膜式。
根据反应器内反应物系的相态不同： 分为均相反应器、非均相反应器
1、反应器的类型2、反应器结构设计与各种结构参数的确定3、设备动力消耗的计算4、材质的选择5、壁厚的选择6、其他特殊情况的考虑 发酵规模放大时可以参考的原则是什么？
1、发酵罐几何相似放大原则2、供氧能力相似放大原则3、细胞代谢相似放大原则4、培养条件相似放大原则 发酵条件优化的正交实验分析法
以概率论数理统计、专业技术知识和实践经验为基础，充分利用标准化的正交表来安排实验方案，并对实验结果进行计算分析，最终达到减少试验次数，缩短试验周期，迅速找到优化方案的一种科学试验安排方法，同时也是产品设计过程和质量管理的重要工具和方法。 发酵条件优化的曲面响应分析法
利用合理的试验设计和试验结果并结合多元二次回归方程来拟合影响因子与响应值之间的函数关系，寻找最优的工艺参数以解决多变量带来的工艺优化难题， 什么是基因工程菌？
将目的基因导入细菌体内使其表达，产生所需要的蛋白的细菌称为基因工程菌 基因工程菌发酵过程中存在的问题。
1、有机酸类代谢副产物积累并抑制菌体生长和产物的表达2、大规模及高密度培养过程的供氧限制3、质粒不稳定性问题 发酵过程主要参数的检测及检测方法。
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发酵过程中染菌的预防？
1.加强操作环境空间的卫生管理 定期进行环境消毒保持良好环境卫生
2.严格无菌操作
3.设备设计加工和安装过程必须避免死角存在 4.加强设备管理定期检修设备时设备完好运行 5.经常清楚罐内机构清除设备死角
6.积极采用先进技术完善工艺和改进设备降低氧菌的概率
7.对染菌的发酵罐次要高度重视并积极分析且及时采取处理措施 8.对发酵生产中的各个环节进行监控 9.选用粗放菌种和选用耐药性菌种
[习题集]
一、填空或判断题
细菌：是体型微小、基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核四个部分，以裂殖方式繁殖、水生性较强的单细胞原核微生物；按形状分主要有球菌、杆菌、螺旋菌和丝状菌。在工业上大量用于生产氨基酸、核苷酸、酶、多糖和有机酸。工业上常用的细菌有枯草杆菌、乳酸乳杆菌、谷氨酸棒状杆菌、大肠杆菌等。
放线菌：是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物。在微生物发酵工程中，放线菌常被用于生产抗生素及某些特定的酶。工业上常用的放线菌有变铅链霉菌、天蓝色链霉菌、吸水链霉菌、棘孢小单孢菌、铁锈游动放线菌等。
酵母：是一类真核微生物，细胞质中有细胞核、线粒体、核糖体、内质网膜等细胞器。可进行无性繁殖和有性繁殖。工业上主要用于生产酒精、有机酸、活性干酵母及单细胞蛋白。
霉菌：在自然界中分布极广，是一类丝状真菌。工业上主要用于生产抗生素、有机酸、酶和色素等。工业上常用的霉菌有黑曲霉、米根霉、米曲霉、红曲霉等。
无菌空气是指通过除菌处理的不含微细菌的空气。
静电吸附是利用高压场的静电引力来吸附直径在1微米以上的带电粒子而达到除尘、除菌的目的，但对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，静电吸附力很小，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。
空气过滤用膜的孔径可以细微到0.1-0.22微米，常用的空气过滤膜有聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜及聚偏氟乙烯膜，能对细菌做到绝对过滤。
空气过滤用膜的孔径可以细微到0.1-0.22微米，常用的空气过滤膜有聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜及聚偏氟乙烯膜，能对微生物做到绝对过滤。
空气中的细菌在获得良好的生长环境时，只要很短的调整期，即可进入对数生长期
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而大量繁殖。一般细菌繁殖一代仅需20~30min，假设发酵罐中进入一个细菌，则繁殖15h后，理论上可达109个。
空气中微生物的尺寸大概是酵母最短直径在2-5微米，细菌最短直径在0.3-1微米，支原体为0.1-0.2微米，噬菌体为0.04微米，因此，采用膜过滤是无法达到绝对除去空气中的微生物的。
空气洁净度的级数越大则空气越洁净，如10万级洁净度的GMP车间比1万级的GMP车间洁净。
在发酵工业中应尽可能采用速效氮源，从而加快微生物的生产速度，缩短发酵时间。
在发酵工业中应尽可能采用快速利用碳源，少采用或不采用缓慢利用碳源，从而加快微生物的生产速度，缩短发酵时间。
二、名词解释
广义发酵：是泛指利用（单一或混合的）生物细胞的特定代谢途径对原料进行加工，为人类生
产有用的产品或直接把生物细胞应用于工业化生产（如净化环境）的过程。它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
革兰氏染色： 根据不同细菌在细胞壁厚度及组分不同，经革兰氏试剂染色后，可分为革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌。
菌种复壮：狭义复壮是指在菌种已经发生退化的情况下，通过纯菌种分离和性能测试，从退化的群体中筛选出尚未衰退的个体的方法。广义的复壮是指在菌种的典型特征或生产性能尚未发生退化之前有意识地进行纯菌种分离工作，从中筛选出生产性能更优秀的菌株方法。
原生质体: 脱去细胞壁的细胞叫原生质体。革兰氏阳性菌经溶菌酶或青霉素（也可用果胶酶以及纤维素酶）处理后，可完全除去细胞壁，形成仅由细胞膜包住细胞质的菌体。植物细胞用果胶酶以及纤维素酶处理后，可完全除去细胞壁，形成仅由细胞膜包住细胞质的体系。 动物细胞就相当于原生质体（但与原生质体有一定区别）。
碳源：含碳化合物，是微生物生长一类营养物，常用的碳源有糖类、油脂、有机酸及脂肪类、小分子醇、二氧化碳等。
迟效氮源；被微生物利用较慢的氮源。
淀粉液化：利用alpha-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖，使粘度下降而可溶性增加的过程。
介质过滤：是目前发酵工业上常使用的空气除菌方法。它采用定期灭菌的干燥介质
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来阻截流过的空气中所含的微生物，从而制得无菌空气。常用的过滤介质有棉花；活性炭或玻璃纤维、有机合成纤维、有机和无机烧结材料等。随着工业的发展，过滤介质逐渐由天然材料棉花过渡到玻璃纤维、超细玻璃纤维和石棉板、烧结材料(烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料)、微孔超滤膜等。
空气洁净度：单位体积空气中含大于或等于某一粒径的悬浮粒子的数量程度或单位体积空气中微生物数目的数量程度。
基因工程菌：包括质粒DNA重组菌及染色体DNA重组菌。
高密度发酵：微生物生长密度是普通培养的10倍以上，但生理活性方面仍然保持良好的发酵方式。
呼吸商：呼吸商（respiratory quotient简称RQ），又称气体交换率，指生物体在同一时间内，释放二氧化碳与吸收氧气的体积之比，即指呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子比。
三、问答题
发酵用工业微生物的基本要求？
从自然界中分离筛选目标菌株的一般步骤及方法是什么？ 简述菌种保存的方法及方法要点？ 淀粉糖化方法及机理是什么？ 配置工业培养基的基本原则？ 培养基及设备灭菌的方法有哪些？ 空气除菌的方法有哪些？
四、论述题：
过滤制备无菌空气的基本流程及各流程的作用？ 发酵规模放大可参考的一般原则有哪些？ 论述温度与发酵的关系。
论述发酵过程中通常监测的参数及监测方法。 发酵罐发酵污染的途径及防治？
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《发酵工程原理与技术》课程复习提纲及习题集
