发酵工程知识总结及考试重点

1、绪论发酵工程：是一门以微生物、动植物细胞为生物作用剂进行产品工业化生产的系统工程。涉及范围包括发酵工艺和发酵设备两大部分。主要研究内容有菌种选育与构建、大规模培养基和空气的灭菌、大规模细胞培养过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反应器的优化设计和操作、生物反应过程的参数检测和计算机应用、发酵产品的分离纯化过程中的技术问题。发酵工程原理是指导发酵产品研究与开发，发酵工厂设计与建设以及发酵生产实践的理论。初级代谢：初级代谢为许多生物都具有的生物化学反应，例如能量代谢及氨基酸、蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢。初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷

2、酸、多糖、脂类、维生素等。次级代谢：次级代谢是在一定的生长时期（一般是稳定生长期），微生物以初级代谢产物为前体合成的对微生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程。第二章自然选育：在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程。引起自然突变的原因有两个：多因素低剂量的诱变效应和互变异构效应。 杂交育种：是指将两个基因型不同的菌株经吻合（或接合）使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。 诱变育种：指利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显著提高的基础上，采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选出少数符合目的的突变株，以供科学实验或生产

3、实践使用。原生质体融合育种：把两个亲本的细胞壁分别通过酶解作用加以瓦解，使菌体细胞在高渗环境中释放出只有原生质膜包裹着的球状体（称为原生质体）。两个亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇（PEG）作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞融合，接着两个亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。在再生成细胞的菌落中就有可能获得具有理想性状的重组子。如何从一个菌种得到另一个菌种 如从生产菌种获得缺陷型： 诱变剂处理：采用辐射、化学试剂等因素处理细菌。 淘汰野生型：抗生素法或菌丝过滤法。 检出缺陷型：用一个培养皿即可检出，有夹层培养法和限量补充培养法；在不同培养皿上分别进行对照和检出的有逐个捡出法和影

4、印检出法。 鉴定缺陷型：可借生长谱法进行。一、如何从土壤中筛选芽孢杆菌（微生物）？采样-预处理-增殖培养-纯种分离-菌落选择-初筛-复筛-野生菌株-性能鉴定（生产性能试验、毒性试验、菌种鉴定）-菌种保藏1采样用取样铲，将表层5cm左右的浮土除去，取5-25cm处的土样1025 g，装入事先准准备好的塑料袋内扎好、编号并记录地点、土壤土质、植被名称、时间及其他环境条件。悬液稀释预处理从土壤中分离芽孢杆菌时,由于芽孢具有耐高温特性,100很难杀死,要在121才能彻底死亡。分离 培养基营养成分、PH、选择性抑制剂 培养 注意温度、PH、氧气需求及培养时间菌落选择 铺菌法、复印法 复筛 生长

5、速率、底物消耗、产物合成的测定。菌种保藏原理、常用方法原则：菌种保藏主要是根据菌种的生理生化特点，人工创造条件，使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少其变异。一般可以通过保持培养基营养成分在最低水平，缺氧状态，干燥和低温，使菌种处于休眠状态，抑制其繁殖能力。 常用方法：（1）斜面冰箱保藏法：三个月。（2）石蜡油封存法：六个月。（3）沙土管保藏法：产孢子或芽孢的微生物。1年左右。可适用于不能利用石蜡又作碳源的细菌、霉菌、酵母等微生物。1年左右，（4）真空冷冻干燥保藏法：5年左右。需要一定设备，要求比较严格。保护剂：脱脂牛奶、血清等。（5）液氮超低温保藏法：或超低温冰箱保藏法，通常在微生物孢子

6、或营养细胞培养物中加入20%的甘油，将其保存在液氮或-80冰箱中，可保藏数年而不死。第三章前体：指某些化合物加入发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而自身结构并没有明显变化，产物的产量却因前体的加入而有较大的提高。最早在青霉素发酵中发现在玉米浆提高了青霉素产量，后研究发现是因为玉米浆中含有苯乙胺所致。抑制剂：某些化合物可以抑制特定代谢途径的进行，而使另一种代谢途径活跃，从而获得人们所需产物的积累。 如生产甘油加抑制剂亚硫酸钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。这样使乙醇代谢途径中的乙醛不能成为NADH2(还原型辅酶I)的受氢体，而使NADH2在细胞中积累，从而激活磷酸甘油

7、脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH2的受氢体而还原为磷酸甘油，其水解后即形成甘油。促进剂：指那些既不是营养物质又不是前体，但却能提高产量的添加剂，如加巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。培养基主要营养成份及其生理功能培养基的成分大致可分为碳源、氮源、生长因子、无机盐及微量元素、水和能源。碳源，细胞及其产物的碳架结构和能量的来源。氮源，主要用于构成菌体细胞物质（如氨基酸、蛋白质、核酸等）和含氮代谢物等的氮素来源。生长因子，微生物代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成。无机盐元素：P、S、Ca、Mg、Na、K、Fe、Cl等。P：核酸、ATP 辅酶、

8、代谢中间体的组成成分。在代谢途径的调节方面，起着重要作用，有利于糖代谢的进行。S：蛋白质、辅酶、生物素、谷光甘肽等组成成分。硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分和某些辅酶的活性基。Fe：细胞色素、过氧化氢酶的组成成分。Mg、Ca：酶的辅基、激活剂。K、Na：调节渗透压。虽不参与细胞的组成，但它们与维持细胞的渗透压有关，故是微生物发酵培养基的必要成分。微量元素：Zn、Co、Mn、Cu等，主要是酶的辅基和激活剂。水分，是营养物质，因为离开水生命活动即停止；参与代谢活动，如水解与合成多糖、蛋白质等均有水参加反应；是环境条件，许多反应需要在水中进行；是细胞物质的连续相；此外，水的比热大，可容

9、纳、传导代谢活动中的能量而保护细胞物质不被破坏。能源，为微生物提供生长代谢所需的能源。在应用中，培养基的碳源常常就是其能源，但这并非适用于所有的微生物，微生物根据其生理类群的不同，其能源物质也不同，有时能源物质是独立于碳源之外的。发酵工业中常用碳源及其优缺点碳源，是组成培养基的主要成分之一。即细胞及其产物的碳架结构和能量的来源。常用的碳源有糖类、油脂、有机酸、低碳醇、烃类。在特殊情况下（如碳源贫乏时），蛋白质水解产物或氨基酸等也可被某些菌种作为碳源使用。 （1）糖类： a速效碳源，如葡萄糖、蔗糖、糖蜜等。优点：易于利用。缺点：高浓度会造成抑制，利用过程中产酸速度快，使pH下降。葡萄糖是碳源中最

10、易利用的糖，几乎所有的微生物都能利用葡萄糖。但是过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，以致培养基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，如丙酮酸、乳酸、乙酸等导致pH下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。 b.长效碳源，如淀粉、糊精等，它们一般都要经菌体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸收利用。可以克服葡萄糖代谢过快的弊端。优点是长效，边糖化边利用，不会造成高浓度抑制，且价格较便宜。缺点是增大培养基的粘度且有些微生物不具有淀粉酶和糖化酶，不能利用这类碳源。另外，麦芽也被广泛使用在啤酒工业中。 农产品，如玉米粉、甘薯粉、土豆粉等。优点是价格便宜成本

11、低。缺点是成分复杂携带杂质影响某些产品的提取。 （2）油脂： 能被许多微生物用作碳源和能源，这些微生物都具有比较活跃的脂肪酶。在脂肪酶的作用下，油脂被水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧的参与下，进一步氧化成CO2和H2O,并释放出大量的能量。如豆油，菜子油、葵花油、猪油 鱼油等。优点是高还原态能源和碳源，同时也是消沫剂。缺点是脂肪的分解利用，可造成有机酸积累，使培养液pH下降。 （3）有机酸盐：如乙酸盐、柠檬酸盐等，也可做速效碳源，缺点是成本较高，利用后pH上升。有机酸盐的氧化常伴随着碱性物质的产生，使pH上升。（4）醇类：如乙醇，低浓度是可被少数微生物作碳源，缺点是成本高。甲醇已做为某些生产单细胞

12、蛋白的工厂的主要碳源。（5）烃类：石油微生物的碳源，其他微生物一般不能利用。近年来随着石油工业的发展，微生物工业的碳源也有所扩大，一些烃类物质已用于发酵工业中。培养基主要无机盐及其生理功能P：核酸、ATP 辅酶、代谢中间体的组成成分。在代谢途径的调节方面，起着重要作用，有利于糖代谢的进行，能促进微生物的生长。 S：蛋白质、辅酶、生物素、谷光甘肽等组成成分。硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分和某些辅酶的活性基， Fe：细胞色素、过氧化氢酶的组成成分，是菌体有氧氧化必不可少的元素。 Mg、Ca：酶的辅基、激活剂。 K、Na：调节渗透压。虽不参与细胞的组成，但它们与维持细胞的渗透压有关，

13、故是微生物发酵培养基的必要成分。 Cl：在一般微生物中不具有营养作用，但对一些噬盐菌来讲是有用的。如何使培养基有一个适当的PH缓冲能力开发一个菌株的培养基配方：（1） 研究思路与原则：A）要研究一个新选菌株的最佳培养基配方和最适培养条件，必须先要了解该菌的营养类型和生态类型。B）根据上述考察结果，确定培养基的类型和划定培养条件的范围。C）进行培养基成分与培养条件的选择：(a) 要根据供试菌的营养需要，包括生长需要和合成产物的需要。(b) 比例范围，如C：N比。(c)培养基物态。(d) pH缓冲能力。(e)培养温度。(f)溶氧。（g）原料价格、来源、加工方式。考虑生态条件时，既要考虑生长，也要考

14、虑产物合成；既要考虑到产量，也要考虑到产品的提取与后加工。（2） 研究方案设计：（A）选择因子与水平，先选因子后选水平 （B）选择适宜的正交表，或者响应面方法，如爬坡法。（C）填写表格，配制培养基，准备培养条件。（D）建立检验指标与方法。（3） 操作及注意事项：摇瓶规格要一致，培养基要准确。不能染菌。种子液要混匀，加量要准确。检验结果要准确。（4） 计算与分析：确定培养基配方与环境条件控制指标。（5）验证试验与适当调整如何使培养基有一个适当的PH缓冲能力？ 生理酸性、碱性盐和pH缓冲剂的加入和搭配，以使pH值在发酵过程中不易超过一定范围。（在微生物的生长、代谢过程中会产生引起培养基pH改变的代

15、谢产物，如不及时调节，就会抑制甚至杀死其自身，因而在设计培养基时，就要考虑培养基成分对pH的调节能力。如：借磷酸缓冲液进行调节；用CaCO3或NaHCO3来调节）第四章灭菌：所谓灭菌是指用化学或物理的方法杀灭或除掉物料及其器皿中所有的生命体。而消毒则是指杀死病原微生物的过程。分批灭菌：是指将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定温度后维持一段时间，再冷却到发酵所需温度的灭菌方式。连续灭菌：是指在发酵罐外连续不断地进行加热，维持和冷却，同时把灭完菌的培养基通入已灭过菌的发酵罐的灭菌方式。对数残留定律：在微生物死亡过程中的任一时刻，活菌数的减少速率与该时刻残留的活菌数成正比，这就是微生物死亡的对数

16、残留定律。微分式为：-dN/d=kN；积分式为：=（2,303/k）log(N0/Ns) N0开始灭菌时的活菌数 Ns灭菌结束时残留菌数。分批灭菌的简要步骤分批灭菌的操作要点a)配料：分批灭菌在所用的发酵罐中进行，将培养基在配制罐中配好后，通过专用管道输入发酵罐中。b)升温阶段：开动搅拌系统，先用夹套或蛇管预热(尾气开)，当温度升温到90-100时，停止搅拌，三路进气(空气管、取样管、出料管)，同时三路排气（尾气管、补料管、接种管）。升温过程应尽可能快一些，以利于营养物质的保持。 注意辅助设备的灭菌：空气过滤器、流加管道与流加液贮罐等。c)保温阶段：温度达到预定温度后，关小进汽、排汽阀门，按照

17、罐温变化情况调节各路进汽与排汽量，使罐温维持在预定灭菌温度之上12度范围内。 保温阶段视罐温情况与冷凝水情况调节夹套/蛇管蒸汽流量，一般可将其完全关闭，仅保留夹套下水阀开。d)冷却阶段：灭菌时间达到后，关闭所有与发酵罐直接相通的阀门，立即引入无菌空气保压，开搅拌、排气阀，引入冷却水冷却。典型空气除菌的工艺流程：采气-前置过滤器-空压机-储气管-冷却器-油水分离器-加热器-总过滤器-分过滤器-发酵罐 a) 采气：在城市，通常情况下地面空气的含菌量为103个-104个m3，高度每上升10米，含菌数下降一个数量级，因此最好采集一定高度的空气。一般要求采气管距地面20米30米。 b) 前置过滤：在空气

18、机前要求安置前置过滤器，又叫过滤器其功能主要是除去大颗粒沙土、纤维等杂物，以防损伤空压机。c) 空压机：这是一个空气驱动设备，需要的能耗很大，耗电量占发酵厂的1/31/4。d) 储气罐：带有压力表的空罐，体积一般都不大，主要功能是消除往复式空压机产生的气流脉冲。e) 冷却器：空气经空压机压缩后温度很高，可达度，冷却后才能通入发酵罐否则会烧焦过滤介质，增加发酵罐的降温负荷。f) 油水分离器：冷却后的空气温度低于漏点后，即有水滴析出。此外，空压机的油滴也需除去，否则会污染过滤介质，影响滤菌效果。g) 加热器：经过分离器的空气虽然没有水滴，但相对湿度依然是100%，若在过滤过程中湿度降低，仍会打湿过

19、滤介质，故通过加温使相对湿度降下来。h) 总过滤器：为过滤除菌的主要设备，传统的过滤器是上下两层棉花，中层是活性炭。现在也有人用化纤作为过滤介质。过滤器的尺寸、过滤介质的厚度需根据计算结果来确定。计算方法是根据对数穿透定律而确定的。i) 分过滤器：为了保险起见，在无菌空气进罐之前还要进行一次过滤。该过滤器的滤菌效果据说可以达到99.999%。经上述处理的空气的无菌度、温度、湿度即可达到要求。分批灭菌、连续灭菌的时间计算（K值已给）采用连续灭菌工艺，由于升温和降温时间很短，可以忽略不记，所以灭菌时间实际上就是保温时间。例如：采用一台连续灭菌设备为50m3的发酵罐制备无菌培养基36 m3，培养基污

20、染度为106个菌/ml，要求灭菌度Ns=10-3个/罐，灭菌温度为398K，查图得此时的反应速度常数K=11min-1，灭菌时培养液流量(v)为18m3/h，试求维持时间和维持罐的容积V。解：持时间和维持罐的容积V。N0=36×106×106=3.6×1013 t=2.303×1/k×logNO/NS=2.303×1/11×log3.6×1013/10-3=3.47min V=Pt/(60×0.9)=(18×3.47)/(60×0.9)=1.157m3维持罐不易保证培养液先进先出，所以

21、若采用该维持时间进行设计计算，则可能局部培养液灭菌不彻底，根据实践经验采用维持时间为8min，则维持罐的容积为：V=Pt/(60×0.9)=(18×8)/(60×0.9)=2.66 m3常用的灭菌方法及其适应性如何常用的方法有化学灭菌，射线灭菌，干热灭菌，湿热灭菌，过滤除菌五种（1）化学灭菌 一些化学药剂能使微生物中的蛋白质、酶及核酸发生反应而具有杀菌作用。常用的化学药剂有甲醛、氯(或次氯酸钠)、高锰酸钾、环氧乙烷、季铵盐(如新洁尔灭)、臭氧等。由于化学药剂也会与培养基中的一些成分作用，而且加入培养基后不易去除，所以化学灭菌法不用于培养基的灭菌。但染菌后的培养基可

22、以用化学药剂处理。（2）射线灭菌 射线灭菌即利用紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的射线进行灭菌的方法。波长为(2.13.1)×10-7m的紫外线有灭菌作用，最常用的是波长为2.537×10-7m的紫外线。但紫外线的穿透力低，所以仅用于表面消毒和空气的消毒。也可利用(0.061.4) ×10-10m的X射线或由Co60产生的丁射线进行灭菌。近年来，微波灭菌设备的兴起，为灭菌提供了新的选择。（3）干热灭菌 干热灭菌常用的干热条件为在160下保温1 h：干热灭菌不如湿热灭菌有效，其Q10(即温度升高10，灭菌常数增加的倍数)为23，而湿热灭菌对耐热的芽孢可达810，对

23、营养细胞则更高。一些要求保持干燥的实验器具和材料(如培养皿、接种针、固定化细胞用的载体材料Celite等)可以用于热灭菌，（4）湿热灭菌 湿热灭菌即利用饱和水蒸气进行灭菌。由于蒸汽有很强的穿透力，而且在冷凝时放出大量冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀火各种微生物，同时，蒸汽的价格低廉，来源方便，灭菌效果可靠。所以培养基灭菌、发酵设备及管道的灭菌、实验用器材的灭菌，普遍采用湿热灭菌。通常的蒸汽灭菌条件是在121(表压约0.1 MPa)维持30 min。（5）过滤除菌过滤除菌即利用过滤方法截留微生物，达到除菌的目的。本方法只适用于澄清流体的除菌。工业上利用过滤方法大量制备无菌空气，供好氧微生物的深层培

24、养使用，热敏性培养基也采用过滤方法实现除菌处理。在产品提取过程中，也可利用无菌过滤方法处理料液，以获得无菌产品。第五章单种法：一个种子灌接种一只发酵罐的接种方法。双种法：用两只种子灌接种一只发酵罐的接种方法。倒种法：从一只发酵罐中倒出适宜的，适量的发酵液给另一个发酵罐做种子的方法。如何判断菌种的质量。A）pH；B) 菌体形态（染色镜检：形态均一，染色均一，深色较健康。如：酵母菌，丝状真菌边缘的光滑完整程度，如果在液态培养中如果分支较多则比较健康）、浓度（需要在小的范围内波动）；C) 培养基外观、气味（凭经验来看）；D) 产物含量（不能太高也不能太低，次级代谢产物较高说明一道发酵后期）、酶活力；

25、E) 无杂菌第六章生长关联型：产物生成与菌体生长之间有平行的准量关系。这样的产品或为菌体本身或初级代谢产物。部分生长关联型：菌体生长出现两个高峰，第一个生长高峰与产物合成无平行的准量关系，第二个生长高峰与产物合成有平行的准量关系。非生长关联型：细胞生长与产物合成无平行的准量关系，只与菌体的总量有关。大部分次级代谢产物属于这一类。第六章（127）（一、生长关联型、部分生长关联型、非生长关联型发酵1975年，Pirt根据产物形成与菌体生长的关系，将微生物产物形成动力学分成3种类型：（1）生长关联型(growth associated)产物生成与菌体生长之间有平行的准量关系。产物直接来源于产能的初级

26、代谢（自身繁殖所必需的代谢），菌体生长与产物形成不分开。 这样的产品或为菌体本身或初级代谢产物。如酵母、真菌菌丝、乙醇、乳酸、柠檬酸、一些酶制剂等。当然也有一些例外，尚有氯霉素、杆菌肽等次级代谢产物的发酵也属此类。（2）部分生长关联型菌体生长出现两个高峰，第一个生长高峰与产物合成无平行的准量关系，第二个生长高峰与产物合成有平行的准量关系。这类产品有丙酮丁醇、丙酸、延胡索酸、谷氨酸等。 （3）生长关联型(non-growth associated)细胞生长与产物合成无平行的准量关系，只与菌体的总量有关。产物的形成和初级代谢是分开的。大部分次级代谢产物属于这一类。如多数抗生素、色素、毒素、超量分泌

27、的维生素等。二、分批发酵、补料分批发酵、连续发酵（一）分批发酵(Batch fermentation)是指在一封闭培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。优点：(1)操作简单、操作引起染菌的概率低；(2)设备一次性投资低；(3)一般不会产生菌种老化和变异等问题。 缺点：(1)产物浓度低、提取浓缩比例大，耗能多；(2)非生产时间较长、设备利用率低。 发酵过程从移种后开始，一般分为四期（延滞期、对数期、稳定期及衰亡期），也有分为六期（停滞期、加速期、对数期、减速期、静止期和死亡期）

28、，一般发酵不允许进入衰亡期，如图所示：分批发酵的分类对实践的指导意义如果生产的产品是生长关联型（如菌体与初级代谢产物），则宜采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期；如果产品是非生长关联型（如次级代谢产物），则宜缩短对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后延长稳定期，以提高产量。（二）补料分批发酵（ Fed-batch fermentation ）又称半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式，但不取出发酵液（高密度发酵）。优点：(1)使发酵系统中维持很低的基质浓度，节气及搅拌；(2)和连续发酵比无菌条件要求较低；(3)与连续发酵比

29、较少有菌种老化和变异等问题；(4)产物浓度高，浓缩比小，提取成本低。 缺点：(1)存在一定的非生产时间；(2)和分批发酵比，流加新鲜培养基增加了染菌的概率；(3)后期维持高供氧率会明显增加发酵成本。（三）连续发酵（ Continuous fermentation ）是培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。优点：(1)能维持低基质浓度；(2)可以提高设备利用率和单位时间的产量；(3)便于自动控制。缺点：(1)菌种发生变异的可能性较大

30、；(2)要求严格的无菌条件；(3)发酵液中产物浓度低，浓缩比大。三、溶氧不足如何处理溶氧浓度对发酵的影响：（两方面）1、厌氧发酵 溶氧浓度>0，有害；以无机或有机氧化物作为呼吸链的电子最终受体。2、好氧发酵 一定的溶氧浓度是必需的；以氧气作为呼吸链的电子最终受体。在发酵生产中，绝大多数产品是通过好氧发酵进行的，而且通常使用的菌种多数是异养好氧菌,即以有机物为发酵基质、以空气作氧源。因此通气供氧就成为发酵生产的一个重要问题。当dc/dt<0,供小于需时，采取以下措施：（两方面）供氧方面：A提高罐压（提高罐压虽能增加C*,但同时会增加二氧化碳的溶解度,影响pH，可能会影响菌的代谢）；B

31、增加通气量（即增加通气速率）；C通入纯氧；D增加搅拌功率（改善罐内液体的混合和循环）；需氧方面：A降低培养温度（使C*增加，提高了C*- CL，即供氧方程的推动力）；B补水稀释培养液（控制菌体量，使发酵液中有较高的氧浓度）。（适合应急情况）发酵过程中，一旦溶氧电极探测到发酵液中的溶氧低于设定值，一般会采用报警的形式提醒操作人员注意并采取上述一种或几种措施，如果为自动控制，一般上位机会自动调节转速以保证发酵液中溶氧的正常水平。发酵过程中溶氧经常会成为限制性因素，因此，需要操作人员随时注意溶氧是否正常。四、发酵过程中如何维持pH的稳定发酵过程中培养液的pH值是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合指

32、标，是一项重要的发酵参数。它对菌体的生长和产品的积累有很大的影响。因此，必须掌握发酵过程中pH的变化规律，及时监测并加以控制，使它处于最佳的状态。尽管多数微生物能在34个pH单位的pH范围内生长，但是在发酵工艺中，为了达到高生长速率和最佳产物形成，必须使pH在很窄的范围内保持恒定。pH对发酵过程的影响：(1)微生物生长和产物合成的最适pH大多数细菌 6.3-7.5；霉菌和酵母菌 3-6；放线菌 7-8；微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pH一般不同，这不仅与菌种的特性有关，也取决于产物的化学性质。(2)发酵过程中pH的变化规律生长阶段 pH上升或下降； 生产阶段 pH比较平稳； 自溶阶段 pH

33、上升。pH的影响主要是影响酶的活性和膜的透性。引起各种酶活力改变，影响菌对基质的利用速度和细胞结构，以致影响菌体生长和产物合成。影响菌体细胞膜电荷状况，引起膜的渗透性的变化，从而影响菌对营养的吸收和代谢产物的形成。最适pH的选择原则：有利于菌体生长和产物的合成，以获得较高的产量。一般根据实验结果确定。最适pH与菌株，培养基组成，发酵工艺有关。应按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH范围。例如，生产PHAs或细菌多糖时，往往需要在生产后期选择不大适合菌体生长的pH值，使菌体减少利用葡萄糖形成菌体而转向合成碳源储备物，试验证明，在细胞生长期采用最适pH7,而产物形成阶段采用pH7.5，可使PHAs

34、和细菌多糖积累量明显增加。pH的控制A 在基础培养基配方中考虑到pH的缓冲能力；如：考虑生理酸性盐与生理碱性盐的搭配使用；使用磷酸或其他缓冲对；加入长效调节剂如碳酸钙等；B 通过补料调pH，如加糖、硫酸铵，可使pH下降；加尿素、氨水可使pH上升。C 加酸碱调节pH。五、泡沫如何控制(1)预防泡沫的形成A选择不产泡沫的培养基成分；B选择适宜的灭菌条件；C选育不产泡沫的菌株；(2)控制泡沫的方法A机械消沫：钉、耙、离心式消沫器；B消沫剂消沫）六、如何判断发酵终点根据不同的发酵目的和如何获得最佳经济效益来确定，具体的指标有菌丝形态，产物浓度，滤速，PH值，培养基外观，粘度等，发酵终点要综合这些因素考

35、虑。产物浓度为首要考虑，需要进行实时化验菌形及菌体形态，通过镜检防止菌体自溶，菌体自溶前的迹象：氨基氮升高，PH升高，菌丝碎片增多，粘度增大，过滤速度降低。滤速由培养基内粘度决定，是加工需要泡沫及培养基外观为表现观察，作为参考，PH值一般到终点时PH一般上升即变酸作为参考。七、如何根据杂菌的类型判断可能的污染源（1）杂菌的检出(a)显微镜镜检（检出形态差异大的杂菌）;(b)平板检查法（依菌落不同，检出杂菌）;(c)肉汤检查法（只能检出细菌杂菌）。（2）染菌原因的分析(a)种子带菌（可追溯）；(b)培养基灭菌不彻底（芽孢杆菌）；(c)空气系统带菌（球菌）；(d)泡沫冒顶（有迹可循）；(e)夹套及

36、蛇管穿孔（加压检测）；(f)操作不慎。（3）染菌后的处理(a)种子罐染菌：倒掉;(b)发酵罐染菌：前期（加新料灭菌）；中期（偏离杂菌最适生长条件）；后期（放罐）。八、污染噬菌体如何判断处理？（1）污染噬菌体的发现和检查：(a)发酵液变稀；(b)出现噬菌斑；(c)电镜发现噬菌体。（2）出现噬菌体污染后的处理(a)灭菌放罐；(b)清理生产环境；(c)调换生产菌株；(d)停产整顿；(e)选育抗噬菌体菌株。第八章凝聚：是在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。絮凝：在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。如何提高过

37、滤速度。 1.选择适宜的预处理方法对发酵液进行预处理。2.加入助滤剂，助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松（除过滤初期外，真正起过滤作用的是滤饼），滤速增大。助滤剂加入有两种方法，一种是在滤布上预先铺一层助滤剂（1-2mm），另一种是直接加入发酵液中。前者会使滤速降低，但滤液透明度很快增加。后者则应注意助滤剂的用量，经验值为助滤剂量与悬浮液中固体含量相同时，滤速最快。3.加入一些反应剂，它们相互作用，或和某些溶解性盐类发生反应生成不溶解的沉淀（GaSO4，AlPO4等）。生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，沉淀本身也可以作为助滤剂，并且还能使胶状物和悬浮物（大多为蛋白）凝

38、固。4.加入酶制剂，分解粘性多糖等物质。第十章影响超滤的因素有哪些，如何提高超滤速度因素：膜两侧的压力差，膜面流速，料液粘度，温度，溶质的扩散系数和料液浓度。方法：流速增大，温度升高，料液浓度降低，错流操作。工业上常用的膜过程有哪些，各自的适用性如何透析是以膜两侧的浓度差为传质推动力，从溶液中分离出小分子物质的过程。在生物分离中主要用于蛋白质的脱盐。反渗透：在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有溶液中大分子、小分子有机物级无机盐全部被截留住；压力差通常为0.1 MPa用于海水淡化，药物浓缩，纯水制造。微滤和超滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，主要用于截留固体微粒和

39、高分子溶质。微滤广泛用于细胞、菌体等的分离和浓缩，操作压力通常为0.05-0.5 MPa。截留直径为0.0510 m大小粒子，如悬浮物质（硅石、细菌等）。超滤适用于1-50 nm的生物大分子的分离，如蛋白质、病毒等。操作压力常为0.1-1.0 MPa。电渗析：电渗析是利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法，可用于小分子电解质的分离和溶液的脱盐。第十一章一、影响离子交换速度的因素有哪些，这些因素是如何影响的？（1）颗粒大小：颗粒减小无论对内部扩散控制或外部扩散控制的场合，都有利于交换速度的提高；（2） 交联度：交联度越低树脂越易膨胀，在树脂内部扩散就越容易。所以当内扩散控制时，降低

40、树脂交联度，能提高交换速度；（3） 温度：随着温度的升高离子交速度提高；（4） 离子的化合价：离子的化合价越高，离子与树脂骨架之间的库伦引力越大，因此扩散速度就愈小；（5） 离子的大小：小离子与树脂骨架的碰撞较少，交换速度比较快；（6） 搅拌速度：当液膜控制时，一定范围内增加搅拌速度会使交换速度增加；（7） 溶液浓度：当C<0.001molL时一般为外扩散控制；当0.001molL<C<0.01molL时，浓度增加时，交换速度也按比例增加；当C>0.01molL时，浓度再增加，交换速度就增加得较慢当浓度再继续增加，交换速度达到极限值后就不再增大，此时已转变为内扩散控制。

41、二、以链霉素提取为例，简述离子交换操作过程（1） 吸附：适当稀释中性吸附滤液，用钠型弱酸型树脂吸附；（2） 漂洗：用碳酸溶液在加压下进行漂洗树脂；（3） 洗脱：用0.1molL-1molL酸梯度盐酸自钠型弱酸型树脂上洗脱链霉素；（4） 洗脱后树脂为氢型，再转型为钠型可继续提取。第十二章一、如何选择合适的萃取溶剂溶剂对产物有较大的溶解度，还要有良好的选择性。（1）要选择分配系数大的溶剂；（2）利用相似相容的特性（即介电常数相近的相容），选择对欲提溶质选择性溶解的萃取溶剂；（3）要最大限度的分离欲提溶质和杂质，则是分离因素（）越大越好；（4）要得到好的分离效果，不仅要求分离因素高，还要求原溶剂（料

42、液）和溶剂（萃取剂）互溶性小，最好为互不相容；（5）原溶剂（料液）和溶剂（萃取剂）互溶性小，最好为互不相容；（6）不产生乳化现象，若溶剂与料液混合后形成浮浊液就给两种溶剂的分离造成极大的困难。（7）溶剂的毒性要低，溶剂可分为低毒性（如乙醇、丙醇、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等）；中等毒性（如甲苯、环己烷、甲醇等）；强毒性（如：苯、氯仿、四氯化碳等）。（8）防火防爆，闪点高，安全性好；（9）价廉易得，生化工程中常用的有乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁醇等。二、常见的超临界萃取工艺原理超临界萃取的典型过程是由萃取阶段和分离阶段组合而成。在萃取阶段，超临界流体将所需组分从原料中提取出来。在分离阶段，通过变化某个参数或其他方法，使萃取组分从超临界流