v1.0 可编辑可修改 26） 第三步：部分还原的聚酮化物链经环化作用形成大环内酯或经重复环化生成四环素或蒽环类抗生素。 27） 以氨基酸为前体的抗生素
主要有青霉素、头孢菌素、环丝氨酸和肽类抗生素。
前体氨基酸：合成蛋白质的氨基酸；经修饰的氨基酸（D-氨基酸、N-或β-甲基化氨基酸、β-氨基酸、亚氨基酸、前体氨基酸如α-氨基己二酸）；与其他代谢物（如糖、脂肪酸）相结合的氨基酸。
肽类抗生素合成机制与蛋白质不同，无转录、无核糖体、无转移RNA和信使RNA。 青霉素合成的前体：α-氨基己二酸、L-半胱氨酸和L-缬氨酸。
青霉素G侧链前体有：苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺和苯乙酰甘氨酸，适量参入提高产量，过多有毒性。 28） 代谢工程是指借某些特定生化反应的修饰来定向改善细胞的特性或运用重组DNA技术来创造新的化合物 4.培养基 1） 2）
培养基通常指人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。
适宜大规模发酵培养基的特点：1、能满足产物最经济的合成2、发酵后形成的副产物尽可能少3、培养基的原料应因地制宜、价格低廉、资源丰富、性能稳定、保证供应、适宜大规模贮藏。4、所选培养基应该符合整体工艺要求，不影响通气、提取、纯化及废物处理。
3） 4） 5） 6） 7）
培养基的用途：
筛选菌种、保藏菌种、检验杂菌、培养种子、发酵生产等 天然培养基(natural medium)
凡利用生物的组织、器官及其抽取物或制品配成的培养基，称为天然培养基。
常见的天然培养基成分有：麦芽汁、肉浸汁、鱼粉、麸皮、玉米粉、花生饼粉、玉米浆及马铃薯等。实验室常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。
8） 9） 10） 11） 12） 13） 14） 15） 6
合成培养基(synthetic medium) ：使用成分完全了解的化学药品配制而成的培养基称为合成培养基。 半合成培养基(semi-defined medium)
由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基称为。 液体培养基用途：
用于：大规模工业生产；实验室摇瓶试 验；微生物生理代谢研究。 常用的固体培养基凝固剂有：琼脂、明胶、硅胶
选择性培养基 ：就是根据某种微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。 基本培养基又称最低限度培养基，指能满足某菌种的野生型(原养型)菌株最低营养要求的合成培养基。
v1.0 可编辑可修改 16） 完全培养基：在基本培养基中加入富含氨基酸、维生素、碱基等生长因子的营养物质，如蛋白胨、酵母膏等，就可满足各种营养缺陷型的生长需求，这种培养基称为完全培养基(Complete Medium，CM)
17） 18） 19）
培养基的营养成分及其功能：1.碳源(Carbon source)【糖类、脂肪、有机酸】： 能源物质，构成菌体和代谢产物
2.氮源(Nitrogen source)【无机氮源：氨水、硫酸铵、尿素、硝酸钠；有机氮源：豆饼粉、麦麸、玉米浆、蛋白胨；发酵菌丝体、酒糟】：
20） 21） 22） 23） 24） 25） 26）
构成菌体和代谢产物，硝化细菌的能源物质
3.无机盐类(Mineral nutrition)【 P、Mg、S、Fe、K、Na、Pb、Cl、Zn、Co、Mn等】： 维持酶活力，调节渗透压、pH值、电位等 4.特殊生长因子【生物素、硫胺素、肌醇等】： 构成辅酶的组成部分，促进生命活动 5.水：溶解营养物质和代谢产物
下列物质中属速效碳源的物质是（ B ）
A玉米浆、B葡萄糖、C淀粉、D明胶 27）
下列物质中属于速效氮源的物质是（ B ）
A玉米浆、B、氨水、C蛋白胨、D葡萄糖 5、培养基灭菌
1） 灭菌的概念：是指用物理的和化学的方法杀灭或去除物料和设备中一切有生命物质的过程。
2） 发酵过程防止杂菌污染的措施：1、设备灭菌并确保无泄漏；2、所用培养基必需灭菌；3、通入的空气必需除菌处
理；4、种子无污染，确保纯种；5培养过程中加入的物料必需灭菌并确保加入过程无污染。 3） 常规加压灭菌法
4） 盛有适量水的加压蒸汽灭菌锅加热煮沸，彻底驱尽冷空气后将锅密闭，再继续加热至121℃（压力为1kg／cm2或
或15磅／英寸2 ），时间维持15～20分钟，也可采用在较低的温度（115℃，即／cm2或10磅／英寸2）下维持35分钟的方法。
5） 连续加压灭菌法主要操作：将培养基在发酵罐外连续不断地进行加热、维持和冷却，然后才进入发酵罐。培养基一
般在135～140℃下处理5～15秒钟。
6） 对数残留定律：在一定温度下，微生物的受热死亡符合单分子反应动力学即微生物的热死亡速率与任一瞬间残存的
活菌数成正比。热死亡动力学方程 dN/dτ =-KN 7
v1.0 可编辑可修改 7） 式中： N------- 残存的活菌数（个） 8） τ-------- 灭菌时间（min）
9） K------- 杀菌速率常数（min-1）或叫死亡速率常数。 10） 11） 12） 13） 14）
dN/dτ------- 菌的瞬时变化率，即死亡速率。 在具体的理论灭菌时间计算时，将上式积分和转换得： τ =(1/k)ln(No/Ns) τ---灭菌时间（秒）
k---反应速度常数，或灭菌速率常数（min-1）或叫死亡速率常数。 K是判断微生物受热死亡难易程度的基本
依据，其大小与微生物的种类和加热温度有关（s－１） 15） 16）
No---灭菌开始时，污染的培养基中杂菌个数（个／ml） Ns---经过灭菌时间T后，残存活菌个数（个／ml，一般取个。）
只随灭菌温度变化的灭菌速度常数的简化计算公式： lgk=-14845/T+。 17） 18）
工业上湿热灭菌分为分批灭菌和连续灭菌
一台连续灭菌设备流量G=6m3/h，发酵罐装料容积40m3，原始污染度107个/ml，要求灭菌程度Ns=10-3个
/批，灭菌温度T=131℃，此温度下k=，试求维持时间τ及维持罐的装料容积v约需多少 19）
发酵生产中制备无菌空气的大致过程：
空气 → 空压机→ 贮气罐 → 冷却 → 除油水→→ 加热→ 空气预处理
总过滤器 → 分过滤器→→ 无菌空气 空气过滤 20）
空气过滤除菌介质：１、棉花： ２、玻璃纤维： ３、活性炭 ： ４、超细玻璃纤维纸:５、石棉滤板：。 ６、
烧结材料过滤介质：聚乙烯醇过滤板。 ７、新型过滤介质 ：微孔滤膜 6种子的扩大培养
1） 种子扩大培养：是指将保存在砂土管、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，在经过扁瓶或
摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。
2） 种子制备的过程大致可分为：实验室种子制备阶段 ；生产车间种子制备阶段 3） 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。 4） 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 8
v1.0 可编辑可修改 5） 优良的种子细胞或菌体的菌丝形态、菌丝浓度和培养液外观（色素、颗粒等）： 6） 单细胞：菌体健壮、菌形一致、均匀整齐，有的还要求有一定的排列或形态；
7） 霉菌、放线菌：菌丝粗壮、对某些染料着色力强、生长旺盛、菌丝分枝情况和内含物情况好。 7发酵过程的工艺控制 1）发酵的概念：
原指在厌氧条件下，葡萄糖通过酵解途径生乳酸或乙酸、乙醇的分解代谢过程。
现在，广义的发酵是指：微生物把一些原料养分在合适的条件下，经特定的代谢转变成所需产物的过程。 2） 一般来说，微生物学的生长和培养方式可以分为：分批培养 连续培养 补料分批培养 3）
分批培养又称分批发酵，是指在一个密闭系统内 ,营养物和菌种一次加入进行培养，直到结 束放出，中间除了空气进入和尾气排出，添加消泡剂和调节pH, 与外部没有物料交换, 属于非稳态过程
4）
分批培养过程中，随着微生长细胞和底物、代谢物的浓度等的不断变化，微生物垢生长可分为停滞期、对数生长期、稳定期和死亡期等四个阶段
5）
生长关联类型 在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将微生物产物形成动力学分为与生长有联系的和与生长无联系的类型
qP=YP/Xμ 和dP/dt=βX 6） 7）
静止期的菌浓：静止期的菌浓与初始的基质浓度成正比关系X=Yx/s(So-St),
写出Monod方程和Ks的意义 μ=μmS/(Ks+S) Ks为饱和常数（mg/L）, 其物理意义：当比生长速率为最大比生长速率一半时的限制性营养物质浓度。它的大小表示了微生物对营养物质的吸收亲合力大小。KS越大，表示微生物对营养物质的吸收亲和力越小；反之就越大。
8）
补料分批培养：指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法，是介于分批培养过程与连续培养过程之间的一种过渡培养方式。
准稳态的特点：输入的基质等于消耗的基质，故dS/dt=0;虽然培养液中的总菌量XT随时间的延长而增加，但细胞浓度Xt并未提高，即dX/dt=0,因此μ=D。这种情况称为准稳态。
? 补料分批保持准稳态的条件： ? D<μmax；Ks?So ? 补料分批的参数特征：
? 1、dS/dt=0，输入的基质等于消耗的基质 ? 2、细胞浓度Xt并未提高，dX/dt=0 9
v1.0 可编辑可修改 ? 3、μ=D，D=F/(Vo+Ft) 9）
连续培养指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的液量维持恒定，使微生物细胞能在近似恒定状态下生长的微生物培养方式。
10）
连续培养的特点 在连续培养过程中，微生物细胞所处的环境条件，如营养物质的浓度、产物的浓度、PH值以及微生物细胞的浓度、比生长速度等可以自始至终基本保持不变，甚至还可以根据需要来调节微生物细胞的生长速度，因此连续培养的最大特点是微生物细胞的生长速度、产物的代谢均处于恒定状态，可达到稳定、高速增微生物细胞或产生大量代谢产物的目的
连续培养只要控制D，即改变培养基的供给量F，就可以控制μ在任意可调水平，而μ是微生物的特性参数，在分批培养过程中，是一个无法控制的参数，而在连续培养过程中，通过控制操作状态参数D来调控μ，因而称此类反应器为外控式的微生物反应器 11） 12） 13） 14） 15）
微生物代谢参数按性质分可分三类：
物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等 化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、、核酸量等
生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等
补糖的依据：残糖量、pH值、Qc、菌浓和形态、粘度、溶氧、尾气中O2和CO2的含量、发酵液的总体积
补糖量控制的经验方法是：根据经验，以最高产量的罐批的加糖率为指标，并依据菌体浓度、一定时
间内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。
例：
青霉素发酵开始补糖在残糖降至%, pH开始回升时补糖。补糖量以最高罐批经验量为参考。 前期0—40h 中期40—90h 后期90以后 每小时加糖量 %% % - % % %
16） 17） 18） 19）
发酵工艺中，氮源浓度的控制措施： 控制基础培养基中的配比。 通过补加氮源。
发酵工艺控制过程中，磷酸盐浓度的控制原则：一般在基础培养基中采用适宜浓度。对于初级代谢产物，磷酸盐浓度采用足量；对于次级代谢产物，磷酸盐浓度采用生长亚适量。
20）
过高的比生长速率和过高的菌体浓度造成的不利影响
1、 μ过高，S消耗过快，有限的营养基质只能用于生长，而不足于产物合成。 10
新编生物工艺学复习题1
