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文档简介
包埋法固定化酶:将酶包在凝胶微小格子内,或是将酶包裹在半透性聚合物膜内的固定化方法。微生物消耗比率:单位时间内菌体对培养基的消耗率.细胞回流的单级恒化器:在反映器的出口处安装细胞分离器,分离出一部分细胞进行浓缩后打回到反映器中的单级恒化器.微生物的生长速率:单位时间内单位体积发酵液中菌体的增量。反复分批补料培养法:在间歇培养的基础上,流加一种或几种底物或前体物进行培养,培养结束时不取出所有的发酵液,留下一部分发酵液作为种子,然后开始下一个补料培养过程的发酵方法。氧的满足度:溶解氧浓度与临界溶氧浓度之比。活塞流模型(PF):在反映器内与流体流向相垂直的横截面上的流速分布是均一的,即不存在返混。活活塞流反映器:完全不存在返混的抱负反映器/CSTR反映器:混合足够强烈,达成完全返混的抱负反映器稀释率:培养基体积流北与培养液体积之比传氧速率:每单位界面上每小时的传氧量连续式全混流型反映器(CFSTR):反映器内的返混足够强烈,因而反映器内物料的浓度处处相等,假如温度均一,反映速度也处处相等不随时间而变。多级全混流釜模型(CFSTR-in-series)高径比不大,搅拌不充足的一个反映器,可以想象内部既有全混流成分,又存在活塞流成分。等效N个CFSTR串连。扩散模型(Dispersionmodel):高径比较大的反映器如短管或塔式反映器内的流体流动具不大的返混(活塞流和轴向扩散的叠加)阻截:细菌质量小,,紧随空气流地流线而向前运动,当空气流线中所挟带地微粒由于和纤维相接触而被捕集称为阻截。扩散:微小的颗粒受到空气分子的碰撞,发生布朗运动,由于布朗运动,颗粒与介质碰撞而被捕集称为扩散。反映动力学:用数学模型定量描述生物反映过程各种环境因素与微生物代谢活动地互相作用随时间而变化地规律。为生物反映过程的控制,小型实验数据的放大,提高反映过程的产物的提纯等提供理论依据。比拟缩小:将现有的生产规模发酵罐比拟缩小至实验实规模。缩小原则:缩小的实验室规模反映器中所能提供的微生物代谢活动的环境条件,实现有大规模型反映器中能实现的。意义:比拟缩小的实验室规模装置不仅可认为现有的生产规模装置提供有效的生产菌株选育的场合,也可认为其工艺条件的优化提供服务。比拟缩小放大的原理方法相同!限制性的环节:外扩散(环节)限制:当反映达成稳态时,传质速率与反映速率相等。内扩散(环节)限制:在固定化酶、细胞的内部不存在流体流动,其传质完全依赖于扩散作用。在微生物反映过程中碳源重要消耗于:1、满足于微生物菌体生长的需要(△S)G。2、维持微生物生存的消耗(△S)m。3、生成代谢产物大的消耗(△S)p。轴功率:即搅拌器输入搅拌液的功率,指搅拌器以既定转速回转时,以克服介质阻力所需用地功率。氧载体:为非连续相,在搅拌地气——液介质中被分散成比气泡小得多的微滴。传氧速率指标:每溶解1kg氧所消耗的电能(kw*h/kgO2)(它与kla的大小是评价发酵液的重要指标。)临界溶氧浓度:维持好氧型细菌代谢活动稳定的最低溶氧浓度。混合时间:把少数具有与搅拌罐内的液体相同的物性的液体注入搅拌罐内,两者达成分子水平的均匀混合所需时间。Yo/x:单位菌体(干重)所耗用的溶氧重量。Yx/s:菌体得率:指生成细胞得质量与消耗基质质量之比。YATP:’ATP对菌体的得率,指碳源对菌体的得率与消耗1MOL碳源由分解代谢产生ATP量之比/YC:碳对菌体得率,指么应过程中生成菌体中C的量与消耗基质中C的量之比菌体理论得率:碳源被同化为菌体得观点,来看菌体的得率。连续培养:以一定速率不断地向混合均匀的发酵罐中供应新鲜培养基,同时等量地排除发酵液,维持发酵罐中液量一定地培养方法。比生长速率:单位菌体在单位时间的增值量。限制性低物:在培养微生物的培养物质中,对微生物生长起到限制作用的营养物。营养物质相对贫乏:指该物质的浓度在比生长速率达成最大比生长速率时低底物浓度scrit以下的情形。恒化器:指具有恒定化学环境的反映器,恒化指明了操作稳定的状态特性。载体结合法:将酶、细胞固定在非水溶性载体上。交联法:使酶、细胞带有两个或两个以上的官能团试剂进行交联反映。包埋法:将酶、细胞包埋在凝胶格子里或半透膜聚合物的超滤膜内。固定化死细胞:在固定化前或后对微生物细胞进行加热、冷冻、干燥、表面活性剂化学试剂等解决,使细胞处在死亡甚至是破碎状态的固定化细胞。固定化活细胞:固定化后细胞仍存活但并不增值,生长处在静止状态的固定化细胞。固定化增殖细胞:是在固定化后细胞不仅存活,并且在使用过程中还能增值,生长处在增值状态的固定化细胞。非抱负反映器:反映器中流体处在非抱负流动状态的反映器。半衰期:固定化酶、细胞在使用中活性减少一半所需的时间。活性淤泥法:通过微生物反映除去废水中的有机物质的一种方法。包埋法固定化酶:将酶包在凝胶微小格子内,或是将酶包裹在半透性聚合物膜内的固定化方法。微生物的生长速率:单位时间内单位体积发酵液中菌体的增量。反复分批补料培养法:在间歇培养的基础上,流加一种或几种底物或前体物进行培养,培养结束时不取出所有的发酵液,留下一部分发酵液作为种子,然后开始下一个补料培养过程的发酵方法。氧的满足度:溶解氧浓度与临界溶氧浓度之比。CRABTREE:效应:糖浓度偏高,即使提供足够的溶解氧,也不可避免地会进行酒精发酵导致酵母得率减少生化工程:以化学工程原理和方法进行生物工业生产/容积系数:压缩机一次循环吸入气体体积(V1-V4)和活塞扫过体积(V1-V3)之比.绝热压缩过程:压缩过程中气体所放出的热量没有向外界付出气体温度升高/等温压缩过程:压缩过程中气体所放出的热量能所有排出外界使气体压缩前后的温度相等/全挡板条件:消除漩涡所以需的最少挡板数.营养物质想对缺少:该物质的浓度在比生长速率U最毕生长速率UM的最低底物浓度SAIT以下时的情形,SAIT为临界底物浓度固定化细胞酶是一种在空间运动上受到限制或部分限制的细胞,酶.能量生长偶联型,:当有大量合成菌体材料存在时,微生物生长取决于ATP的供能.能量生长非偶型:缺少材料或存在生长克制物质,生长取决于合成菌体.,材料的供应的进程式这时多的ATP高能键被水解能量释放真空连续培养地运用:1、拟定最佳培养条件,2、富集、选育特殊性状的菌种,3、连续发酵与产物的形成。连续培养的问题:1、染菌污染问题,2、变易问题酶触反映的影响:温度,PH,克制剂与活性剂,高浓度低物,产物克制。1、发酵罐的比拟放大中,空气流量放大常采用的三个原则是VVM相等、空截面气速Vs相等和Kla相等。2、深层过滤器的设计中,最重要的设计参数是滤层厚度。3、Monod方程中动力学常数的求算常采用双倒数作图或线性回归方法。4、丝状菌培养用的发酵罐比拟放大后,常需校核搅拌叶轮尖端线速度指标。5、流加式操作特别适合于有底物克制的培养过程。6、乳酸菌生长和乳酸生成之间的关系符合混合生长偶联型。7、用CSTR反映器同时连续培养三种微生物A、B、C,已知μA<μB<μc,最后在反映器中存留的是微生物C8、多级连续培养中,第二级反映器的菌体浓度和底物浓度分别大于和小于第一级反映器的菌体浓度和底物浓度。9、酶反映器的操作参数有空间时间、转化率和生产率。10、发酵罐通气条件下的搅拌功率通常小于不通气条件下的搅拌功率。11、当发生底物克制时,要获得同样的底物转化率,PFR的反映时间比CSTR的长。12、缩短混合时间的最有效方法是增长反映器不同部位的进液点。13、单纤维捕集效率中,重要的三个机制是惯性冲撞拦截和布朗扩散。1、微生物的比热死亡速率常数由微生物菌体的抗热性能和灭菌温度两个因素决定。2、传氧速率指标是指每溶解1kg溶氧消耗的电能。3、Monod模型的数学表达式为μ=μmS/(Ks+S)。4、微生物细胞的比耗氧速率QO2(呼吸强度)是指单位重量的细胞在单位时间内消耗氧的量,单位是molO2/kg干细胞,QO2与溶氧浓度的关系为QO2=(QO2)max·C/(Ko+C)。5、动物细胞培养的反映器重要有悬浮培养反映器、贴壁培养反映器和微载体悬浮培养反映器。6、经验和半经验的发酵罐比拟放大方法中,模型罐和生产罐一般以几何相似原则为前提。7、用CSTR反映器同时连续培养两种微生物A和B,已知μA>μB,最后在反映器中存留的是微生物A。8、用载体结合法固定化细胞是指把细胞通过共价键、离子键或吸附作用结合到水不溶性载体上的方法。9、固定化酶的半衰期是指固定化酶活力减少一半的使用时间。10、微生物代谢产物的生成速率与菌体生长速率之间存在三种不同类型的关联,它们是生长偶联型、混合生长偶联型和非生长偶联型。11、发酵罐比拟放大时,搅拌功率及转数放大常采用的三个原则是Po/V相等、Pg/V相等和Kla相等。微生物的比热死速率数由菌体抗热性能和灭菌温度两个回素决定。121度时ABCD的比热死速率常数分别为0.050.030.013.0.048上述ABCD受热死容易限度为C.>B>D>A分批灭菌的过程涉及升温保温降温评价好氧发酵最重要的两个指标是,Kla传氧效率指标发酵罐比拟放大一般遵守几何相似培养条件相同微生物在反映器中的充足分散策生物代谢产物的生成速率与菌体生长之间存在生长偶联型混合生长偶联型非生长偶联型固定化每的半衰期指桑骂槐固定化每活性减少一半的使用时间每的培养过程重要经济指标有两个,转化率生物反映器的生产强度深层液体发酵染菌较少发展快规模大深层液体的发酵酵母生长速率高醋酸生成减少PH影响杂菌增殖生化工程产生的标致通风搅拌会传质问题美国固定化酰化氨基酸水解酶光学拆分D-L-氨基酸固定化G异构酶将G异构为果糖固定化细胞可处在生长静止或死亡发酵过程中的丰质是,酶促反映热灭菌法是最为简便,有效,经济的微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反映一级\反映动力学比热死速率常数K决定于菌体的种类用存在方式,灭菌温度纤维介质捕集效率的机理可分为,惯性冲击阻截扩散重力沉降和静电除尘新型过滤器分为,聚乙烯过滤器和折式过滤除菌器和高效烧结金属过滤器和绝对过滤发酵罐中常用的机械搅拌器大至分为轴向和径向前者如螺旋浆式,后者如涡轮式搅拌器输入搅拌功率取决于,叶轮与罐的相对尺寸转速流体的物性附件的尺寸和数目搅拌导致的平均剪应速率重要决定于叶轮转速与其它变数基本无关KLA的变化是由菌体浓度表面活性物质和耗氧量不恒定导致的液体培养的操作方法有,间歇培养,连续培养,流加培养缩短混合时间的最有效方法是啬反映器泣不同部位的进液点11、发酵罐比拟放大时,搅拌功率及转数放大常采用的三个原则是Po/V相等、Pg/V相等和Kla相等1、微生物的比热死亡速率常数由微生物菌体的抗热性能和灭菌温度两个因素决定。2、传氧速率指标是指每溶解1kg溶氧消耗的电能。3、Monod模型的数学表达式为μ=μmS/(Ks+S)。4、微生物细胞的比耗氧速率QO2(呼吸强度)是指单位重量的细胞在单位时间内消耗氧的量,单位是molO2/kg干细胞,QO2与溶氧浓度的关系为QO2=(QO2)max·C/(Ko+C)。5、动物细胞培养的反映器重要有悬浮培养反映器、贴壁培养反映器和微载体悬浮培养反映器。6、经验和半经验的发酵罐比拟放大方法中,模型罐和生产罐一般以几何相似原则为前提。7、用CSTR反映器同时连续培养两种微生物A和B,已知μA>μB,最后在反映器中存留的是微生物A。8、用载体结合法固定化细胞是指把细胞通过共价键、离子键或吸附作用结合到水不溶性载体上的方法。判断1、
间歇培养微生物的减速生长期,微生物的比生长速率小于零。(×)=2、
亚硫酸盐氧化法可以用于测量真实发酵液的Kla。(×)3、活塞流反映器中,沿径向的反映速度是常数。(√)=4、
连续反映器中物料的稀释速率用F/V来计算。(√)5、
在微生物培养过程中有也许存在多种限制性底物。(√)=6、
返混是指不同停留时间物料之间的混合。(√)7、
间歇培养好氧微生物时,菌体耗氧速率是常数。(×)8、
对培养基进行热灭菌必须以霉菌的孢子为杀灭对象。(×)=9、
在一定温度下,各种不同微生物的比热死亡速率常数值相等。(×)10、在有细胞回流的单级恒化器中,总的出口处菌体浓度与恒化器中的菌体浓度完全相等。(×)=1、CSTR反映器中物料的返混限度最小。(×)=2、微生物的比生长速率是指单位时间内菌体的增量。(×)3、限制性底物是指培养基中浓度最小的物质。(×)4、控制好氧发酵的溶氧浓度一定小于微生物的临界溶氧值。(×)=5、单级连续培养中,假如调整成D(稀释速率)>μ(比生长速率),最终将发生“冲出”现象。(√)=6、一定温度下,微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反映的一级反映动力学。(√)7、在活塞流反映器中进行恒温热灭菌,沿物料流动方向菌体热死灭速率逐渐下降。(√)=8、单级恒化器的稀释速率可以任意调整大小。(×)9、任何微生物培养过程的YATP均等于10g/mol左右。(×)=10、连续培养反映器中物料的平均停留时间和稀释速率互为倒数。(√)问答新型过滤器的种类及制备特点和优缺陷:聚乙烯醇(PVA):乙酰化并以耐热树脂涂敷,制成片式过滤器。PVA过滤器的显微摄影呈现致密的纤维结构,PVA的过滤器能承受蒸汽反复灭菌。优点,PVA除菌效率达99.9999%以上,压力降在1.5Kpa一下,使用可以达1年以上,杀菌及干燥时间短,更换方便,占地面积小。超小型的空气除菌装置滤过线速度高达80cm/s.折式过滤除菌器:采用超细玻璃纤维折成波纹型,并用支撑材料加固,纸端用树脂粘结密封,然后粘封于过滤盒中,形成折式过滤器。(纸端密封齐为环氧树脂100g,滑石粉55—65g,邻—苯二甲酸二丁脂15g固化齐为间苯二胺(或乙二胺)15g纸端粘结后固化温度为120—130度。时间为1h。使用红光超细玻璃纤维纸三层制造的过滤器,除尘效率达99.99%以上,这是一种高效空气过滤器,有点是:结构简朴,制造方便,过滤面积大,占地面积小,压力减少小,费用低。缺陷:强度较低,不耐气流冲击,容易穿孔。高效烧结金属过滤器:将金属(蒙乃尔合金,青铜等)粉末烧结成板或管状,微孔直径微20—30um,过滤效率较高。如JLS型等过滤器,优点:过滤效率为99.999%压力降为10Kpa,能耐高温200—260度,机械强度可靠,耐压小于等于1Mpa可以反吹再生,寿命3-6个月,安装更换方便。绝对过滤器:由于医疗特种发酵需要Millipore薄膜微孔过滤器已推广,微孔直径约为0.2-0.45um小于菌体,因而微生物不能通过,称为绝对过滤器,过滤效率接近100%过滤器中滤层提成两层,外层采用超细玻璃纤维纸作为预过滤,内层采用过滤膜,以避免膜的微孔堵塞。要评价一种过滤介质是否优越,要看过滤效率,但它是K和L的函数。K值(阻拦因数)越大,L则越小,同时△P越小越好,因而把KL/△P值作为综合性能指标来评价。比较抱负的空气除菌流程应具以下特点:高空采风,吸气风管设立在工厂的上风向高20-30m处,以减少吸入的细菌含量。装设前过滤器,以减轻总过滤器的承担。采用无油润滑压缩机,减少压缩后的空气油雾污染。压缩机后采用冷却型的空气贮罐可减少空气的温度,同时出去部分润滑油。采用二级冷却二级旋风分离器,使油水分离较完全。采用旋风金属丝网除雾器,除去空气中的雾滴。采用蒸汽加热器将空气加热至约50度,使空气的相对湿度小于60%,再进入总过滤器,以保证总过滤器处在干燥状态。空气经总过滤器后进入分过滤器,再进入发酵罐,空气的除菌限度达成99.999%空气除菌设备均采用蒸汽彻底灭菌,并能定期排除油水,能检测各阶段的空气温度以及净化限度。必须防止冷凝水倒流入总过滤器设备应尽量简朴连续灭菌器的流体模型:活塞流模型(PF):在反映器内与流体流向相垂直的横截面上的流速分布是均一的(不存在返混)长径比很大的管式反映器接近于这种。连续式全混流型反映器(CFSTR):设定反映器内的返混足够强烈,因而反映器内物料的浓度处处相等,假如温度均一,反映速度也处处相等不随时间而变。搅拌强烈(机械搅拌,气流或液流搅拌等)的实际连续反映器,可以接近于CFSTR特性。多级全混流釜模型(CFSTR-in-series)高径比不大,搅拌不充足的一个反映器,可以想象内部既有全混流成分,又存在活塞流成分。等效N个CFSTR串连。扩散模型(Dispersionmodel):高径比较大的反映器如短管或塔式反映器内的流体流动具不大的返混(活塞流和轴向扩散的叠加)搅拌器型式及流型:1螺旋桨式搅拌器:把液体向下或向上推动,形成轴向的螺旋流动,其混合效果尚好,单产生的剪率较低,对气泡的分散效果不好。(常用的螺旋桨叶数为3片,螺距等于搅拌器直径,最大叶端速度不超过25m/s)2圆盘平直叶涡轮搅拌器:与无圆盘的搅拌特性相似,圆盘可使上升的空气的气泡受阻,避免大的起泡从轴部叶片空隙上升,保证气泡更好地分散。圆盘平直叶涡轮搅拌器具有很大地循环输送量和功率输出,实用于各种流体地搅拌混合(涉及粘性液体及非牛顿流体)(Di:di:L:B=20:15:5:4)3圆盘弯叶涡轮搅拌器:搅拌流型与圆盘平直叶搅拌流型相似,前者导致的液体径向流动较为强烈。因此在相同的搅拌速度时前者的较好,输出功率较后者为小,因此在混合困难而溶氧速率规定相对较低的情况下,可用此(Di:di:L:B=20:15:5:4)4圆盘箭叶涡轮搅拌器:与2,3搅拌流型相似,但轴向流较为强烈,在同样的转速下它导致的剪率低,输出的功率叶较低,但混合效果较好。(Di:di:L:B:C=20:15:5:4:2)功率消耗:平直叶>弯叶>箭叶搅拌流型:搅拌器在罐内导致的液流型式,对气、固、液相的混合,氧气的溶解以及热量的传递等有重大的影响,这种液流型式不仅决定于搅拌器自身,还受罐内附件如挡板、拉力筒及其安装位置的影响。罐中轴装垂直螺旋桨搅拌器的搅拌流型:无挡板,在轴中心形成凹陷的漩涡。安装垂直挡板多块,液体的螺旋状流受到挡板拆流,被迫流向轴心,使漩涡消失。消除漩涡必须的最少挡板数为全挡板数涡轮搅拌器的搅拌流型:各在涡轮平面的上下两侧导致向上和向下的翻腾。挡板可以部分冷却蛇管排所代替。装有拉力筒时的搅拌流型:在罐内与垂直的搅拌器同轴线安装套筒,可以大大地加强循环输送效果,并能将液面地泡沫从套筒的上部入口轴吸道液体之中,具有自消泡能力(伍氏发酵罐)双膜理论-----双膜理论的基本前提:气泡与包围气泡的液体之间存在着界面,界面的气泡一侧存在着一层气膜,在界面的液体一侧存在一层液膜。气膜内的气体分子与液膜中的液体分子都处在层理状态,分子间无对流运动,氧的分子只能以扩散方式,即籍浓度差推动而穿过双膜进入液相主流。(主流气体:气泡内除开气膜以外的气体分子处在对流状态。主流中任意一点氧分子的浓度相等。液体主流液是如此)在双膜之间的两相界面上,氧的分压强与溶于界面液膜中的氧浓度处在平衡关系。传质过程处在稳定状态,传质途径上各点的氧浓度不随时间而变在稳定的传质过程中,通过气、液膜的传氧数率应相等。H为亨利定律常数,随气体及溶剂及温度而异,它表达气体溶于溶剂的难易。氧难溶于水,H值很大提高Kla的途径:增长搅拌转速N,以提高Pg,可以有效提高Kla。增大通气量Q,以提高Vs。(在通气量不是很高时)为了提高Nv,除了提高Kla之外,提高C*也是可行的方法之一。通入纯氧,或在也许的条件下提高罐内操作压力,均可提高C*丝状菌的繁殖导致发酵液粘度的急剧上升和Kla的急剧下降。在不能提高转速的情况下可反复地放出一部分发酵液,补充新鲜灭菌等体积培养基这样可以使Kla大幅度回升。发酵液中添加少量的水不容性另一液相,氧在这一液相中具有比在水中高很多的溶解度。七、说明动态法测量Kla的原理和方法(8)动态法测量Kla是运用溶氧电极进行的,测量的是真实发酵液的Kla值。原理:运用非稳态时,溶氧浓度的变化速率等于溶入的氧浓度和耗氧浓度之差,即:dc/dt=Kla(C*-C)-QO2X重排列上式:C=-1/Kla(dc/dt+QO2X)+C将非稳态时溶氧浓度C对(dc/dt+QO2X)作图,可得一直线,此直线的斜率值即为-1/Kla。(5分)采用的方法是:A:停止通气,使发酵罐中的溶氧浓度下降。B:恢复通气(在溶氧浓度降到临界溶氧浓度之前恢复通气)。
固定化方法:载体结合法(共价结合法:将非水溶性载体和酶、细胞以共价键的型式固定在一起。离子结合法:是通过离子效应,将酶、细胞固定到具有离子互换基团的非水容性载体上。物理吸附法:将酶、细胞吸附到不溶于水的载体上而使酶、细胞固定的方法)交联法(靠化学结合的方法使酶、细胞固定化,区别仅在于是否使用载体。交联法是运用带有两个或两个以上的官能团试剂与酶、细胞之间发生分子间的交联而把酶、细胞固定化。)包埋法:(格子型:将酶、细胞包埋在聚合物的凝胶格子里中,使之处在不脱离状态下,达成固定酶、细胞的目的。微胶囊型:将酶、细胞包裹在凝胶的微小格子。)其它固定方法(内固定法:对微生物的热解决,物理射线照射或化学试剂解决使所需要的酶固定在细胞体内同时固定化菌体。自固定法:通过培养条件的选择使所培养的微生物菌体絮凝。凝聚法:添加絮凝剂絮凝菌体)固定法酶、细胞的性质:固定化后活性大都减少(由于酶的活性中心的重要氨基酸与水不容性载体相结合,结构发生了变化,虽不失活,但酶与低物的互相作用受到空间位阻。)提高固定化酶的活力:可在固定的同时加入酶活性中心保护剂(低物、产物或其结果类似物)稳定性增长(因酶分子的结构或细胞被约束,也许减少其对外部恶劣环境的敏感,使其稳定性(对热、对各种化学试剂、对不易被蛋白酶类的分解)增长。催化特性;(低物专一性、反映的最适PH值、反映的最适温度、米氏常数(反映了酶和低物的亲和能力)、最大反映速度)固定化酶、细胞运用领域:化学品制造(ATP、医疗(癌症)、分析与诊断(酶试剂)、亲和层析(乙型肝炎抗原)、固定化细胞器(H2)。Monod方程建立的几点假设是什么?Monod方程与米氏方程重要区别是什么?:Monod提出了在特定温度、pH值、营养物类型、营养浓度等条件下,微生物细胞的比生长速度与限制性营养物质的浓度之间存在关系式:μ=μmS/(Ks+S)μm------最大的比生长速度S-------限制性营养物的浓度Ks-----------饱和常数区别:Monod方程与酶催化反映的米氏方程形式上是同样的,由于微生物的生长可看作酶反映的粗略代表。但所不同的是,米氏方程是应用酶反映理论推导得到的,而Monod方程却是完全经验得到的。连续培养优缺陷优点:1)提供了一个微生物在恒定状态下告诉生长的环境,便于进行微生物的代谢、生理、生化和遗传特性的研究;ﻫ2)在工业上可减少分批培养中每次清洗、装料、灭菌、接种、放罐等的操作时间,提高生产效率。
3)产物质量比较稳定;4)所需设备和投资较少,便于实现自动化。缺陷:1)在长时间的培养过程中,微生物菌种容易发生变异,发酵过程易染菌;
2)新加入的培养基与原有的培养基不易完全混合,影响培养和营养物质的运用连续培养中的重要问题稳定性问题ﻫ连续培养系统规定处在稳定状态,一方面规定保证菌种的稳定,但大规模连续培养过程中常出现菌种变异和退化的现象,特别是带有营养缺陷、抗反馈突变等遗传标记的生产菌。可采用半连续发酵。(2)无菌度问题
连续培养周期长、保持设备的密闭性以及培养液和空气的无菌度更为严格。可在发酵掖中加入抗菌的药物。
(3)匀态问题
所谓匀态是指连续培养规定菌体、基质和产物都要混合均匀作为前提。对于高黏度和非牛顿醪液,更难混匀。
(4)控制问题ﻫ连续培养规定各参数稳定,整个系统要在最佳化的条件下进行,才干获得最高的产率和最大的生产能力。有些连续培养的最佳点与最坏点相称接近。可见连续培养规定精确的控制技术。
(5)放大问题㈠生化反映器的特点①生化反映与一般化学反映的不同重要在于其反映皆由生物催化剂-酶来催化的。决定了酶反映必须在比较温和的条件下进行,也就是在接近中性的pH、较低的温度及近似细胞生理条件下进行。②生物的酶系是非常复杂的,在活细胞中它们是互相协调而处在最优化的状态,故活细胞常被用来合成一些代谢产物如多糖及蛋白质等。由于反映的环境会随着时间的进程而改变,就产生了一个如何控制反映过程使其最优化的问题。③对生长细胞来说,要考虑到如何维持发酵的最佳条件,重要涉及细胞营养、代谢的调控以及反映产物的干扰。④由于酶作用对底物的高度特异性,它可以定向的产生一些用一般化学方法难以甚至无法得到的产品。⑤大多数生化反映都在水相中进行,相对来说产物浓度较低,这就产生了一个产物回收工艺及成本的问题生物反映器的比拟放大,到底以什么为基准呢?一方面要从大量的实验材料中把握和找出影响生产过程的重要矛盾,在着重解决重要矛盾的同时,不要使次要矛盾激化。例如,单纯按照kLa相等为准则放大的生物反映器,液体剪切力也许会上升到剪切敏感系统不可接受的限度,投入生产,就可使生产失败,必须注意不使这类情况出现,为此往往或多或少地牺牲几何相似的原则。微生物反映过程的特点:1.微生物反映是生物化学反映,通常是在常温、常压下进行。ﻫ2.反映中参与反映的培养基成分多,反映途径复杂,因而在微生物生长的同时往往还随着着生成代谢产物反映。
3.微生物反映还受到众多外界环境因素的影响1、与通用式机械搅拌罐相比,塔式生物反映器的优点是什么?A:省去了轴封,从主线上排除了因轴封导致的污染。(1分)B:反映器结构简朴。(2分)C:功率消耗小。(1分)D:减少了剪切作用对细胞的损害。(1分)2、动植物细胞培养与微生物细胞培养的重要区别是什么?A:大多数动物细胞需附壁生长(1分)。B:动物细胞对培养基的营养规定相称苛刻,规定具有多种氨基酸、维生素、无机盐、血清等物质。(1分)C:因动物细胞没有细胞壁保护,对剪切力非常敏感。(1分)D:生长缓慢。(1分)E:易染菌。(1分)3、写出对培养基进行湿热灭菌时微生物营养细胞的热死灭动力学方程,说明方程中各符号的意义。-dN/dt=KN(2分)N:培养基中任意时刻的活微生物浓度(个/升),(1分)t:灭菌时间,(1分)K:菌体的比热死亡速率常数,1/min,(1分)-dN/dt:菌体死亡速率。4、
酶和细胞的固定化有哪几种方法,举出两个应用实例。酶和细胞的固定化有载体结合法、交联法和包埋法。(3分)DL-氨基酸的光学拆分是工业化应用固定化酶的成功例子。运用固定化的氨基酰化酶实现DL-氨基酸的不对称水解,运用D-型和L-型氨基酸的溶解度不同和外削旋化反映来生产L-氨基酸。(1分)酶电极是运用固定化酶的成功例子。酶电极重要由电化学传感器和固定化酶两部分组成。(1分)5、
重要有哪几种测量Kla的方法,说明它们的合用场合。重要有亚硫酸盐氧化法、溶氧电极法和氧的衡算法(2分)亚硫酸盐氧化法不能用于测定真实发酵液的Kla,但具有参比价值。(1分)溶氧电极法用于测量真实发酵液的Kla,大、小反映器均可用该法测量Kla。(1分)氧的衡算法适合体积大的反映器Kla的测定。(1分)6、图示分析培养基间歇灭菌过程和连续灭菌过程的温度变化情况,写出间歇灭菌过程中各阶段对灭菌的奉献。回答要点:A:画出间歇灭菌和连续灭菌的温度变化曲线。(3分)B:重要奉献在保温阶段。(2分)7、
有细胞回流的单级连续培养是如何的操作方式?与单级恒化器相比有什么优点?进行单级连续培养时,把从反映器流出的培养液进行分离,经浓缩的细胞悬浮液被送回反映器中,即成为细胞回流的连续培养。(3分)这种连续培养的优点是反映器可以在稀释速率大于最大比生长速率的情况下操作,反映器中的细胞浓度较高。(2分)8、
双膜理论的基本论点是什么?什么是液膜控制?什么是气膜控制?A:在气液两个流体相间存在界面,在界面两侧各有一层稳定的薄膜,即气膜与液膜,这两层稳定的薄膜在任何流体力学条件下均呈滞流状态。(2分)B:界面上不存在传递阻力,两相的浓度总是互相平衡的。(2分)C:传递阻力都集中在气膜和液膜之中。(1分)9、
微生物代谢产物的生成和菌体的生长之间通常有几种类型的关联,分别说明。共有三种类型的关联,分别是生长偶联型、混合生长偶联型和非生长偶联型。生长偶联型:随着着菌体生长,代谢产物生成,菌体停止静生长,代谢产物的生成也停止。(2分)混合生长偶联型:随着着菌体生长,代谢产物生成,菌体停止静生长,代谢产物仍然生成。(2分)非生长偶联型:菌体生长停止后,代谢产物开始生成。(1分)2生物反映器开发的趋势和方向。A:开发比活力高和选择性高的生物催化剂将继续占重要地位。(2分)B:改善生物反映器热量和质量传递的方法。(2分)C:生物反映器正向大型化和自动化方向发展。(1分)4、与单级连续培养相比,多级连续培养的优点是什么?A:有助于解决不同生产阶段有不同生产规定的矛盾,如菌体生长和产物生成的温度不一至。(3分)B:有助于解决快速生长和营养物充足运用之间的矛盾。(2分)5缩短微生物间歇培养延迟期常采用的方法是什么?A:接种的微生物应尽也许是高活力的(用对数期的微生物作种子)。(2分)B:用于种子培养的介质和条件应尽也许接近生产上使用的发酵液组成和培养条件。(2分)C:在一定范围内,采用大接种量。(1分)6、提高发酵液中氧传递速率的重要途径是什么?从提高Kla的角度可采用:A:增长搅拌转数N,以提高Pg。(1分)B:增大通气量Q,以提高空截面气速Vs。(1分)C:N和Q同时增长。(1分)从提高传质推动力角度可采用:E:提高罐压(1分)F:通入纯氧(1分)7反映器的重要操作参数有那些?分别说明。A:空间时间:表达反映物在连续操作反映器内停留(或平均停留)的时间。(1分)B:转化率:表达加入反映器中底物的转化率,用(So-St)/So来计算。(2分)C:生产率(生产能力):指反映器单位体积单位时间内的产物生成量。(1分)D:选择率:指实际转化成目的产物量与所有底物可生成产物的理论量之比。(1分)8微生物间歇培养过程各阶段的比生长速率如何变化?以图表达。A:迟缓期:μ=0。(1分)B:加速生长期:μ增长,μ2大于μ1。(1分)C:对数生长期:μ达成最大值,为常数。(1分)D:减速生长期:μ减小,μ2小于μ1。(1分)E:平衡期:μ=0。(1分)五、当发酵液为非牛顿性流体时,说明发酵罐搅拌功率的计算方法。(15)A: 拟定发酵罐的几何尺寸和搅拌转数N。(2分)B:用(dw/dr)平均=KN计算(dw/dr)平均。(2分)C:测定一定温度下,菌体生长最旺盛时的液体流变性特性曲线,查即定转数时的显示粘度。(2分)D:取小罐实验数据绘制Np~Rem曲线。(2分)E:对与小罐几何相似的大罐,按牛顿流体方法计算Po,再计算Pg。(1分)只要避开Rem=10~300区间,可以用牛顿流体的Np~Rem曲线代替拟塑性流体的Np~Rem曲线。(1分)六、什么是好氧微生物培养的临界溶氧浓度?如何测定?是否所有的好氧微生物培养过程都必需控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上?举例说明。(10分)微生物的比耗氧速率随溶氧浓度的增长而升高,当溶解氧增长到一定值时,比耗氧速率不再增长,这时的溶氧浓度称为临界溶氧浓度。(3分)测法:将供氧充足的微生物培养体系停止通风,检测培养系统的溶氧浓度变化情况,一方面是溶氧浓度呈直线下降趋势,下降到一定限度后,开始呈缓慢下降趋势,溶氧浓度曲线拐点处的溶氧浓度值即为该微生物的临界溶氧浓度。(3分)并非所有的好氧培养过程都需要控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上,比如以丙酮酸为前体的苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸的发酵生产就应控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以下。(4分)1带圆盘的涡轮式搅拌与不带圆盘的涡轮式搅拌器相比有什么优点/答,A贺盘可以使上升的气泡受阻避免大的气泡以轴部叶空隙中上升保证气泡更好的分散B具有很大的循环输送量的功率输出C合用于各种流体的搅拌混合涉及粘性流体和非流动性。2空气除菌的方法有A加热灭菌B辐射灭菌C化学灭菌D静电除尘,E介质过滤3温度T对K的影响,A活化能越高K越低,热死速率越慢,BK并不是唯一决定活化能的,尚不能肯定是活化能越低的孢子热死速率一定比活化能高的快,C计算活化能,DK是活化能和温度的函数,活化能越高,温度的变化对K的影响越大,4固定化酶,和细胞在实际应用中的特点A容易实现连续培养B获得产物纯度高,C酶和细胞可反复用,E易实现自控,3、
固定化酶和固定化细胞使用期间活性下降的重要因素是什么?A:酶变性,细胞自消化(自溶)。(1分)B:固定化酶或细胞吸附了克制物。(1分)C:染菌。(1分)D:酶、细胞流失。(1分)E:载体崩解。(1分)6、提高发酵液中氧传递速率的重要途径是什么?从提高Kla的角度可采用:A:增长搅拌转数N,以提高Pg。(1分)B:增大通气量Q,以提高空截面气速Vs。(1分)C:N和Q同时增长。(1分)从提高传质推动力角度可采用:E:提高罐压(1分)F:通入纯氧(1分)生物反映器的设计和操作的限因素有那些,设计目的是什么目的是,力求设计出质量高,成本低,节能的,限因素有,KLaﻩKdPa/v空气流量vsvvm叶轮尖端线速度,混合时间,搅拌液流循环量Q,附加指标Q/H固定化酶和固定化细胞使用期间活性下降的重要因素是:1酶变性,细胞自消化2固定化酶或细胞吸附克制物,3染菌,4酶细胞流失5载体崩解/固定化酶或细胞在实际应用中的显著特点:A可连续稳定生B反映产物的纯度高质量好C生成的副产物少D反就在的动力学常数,反映的最佳PH和反映温度有也许会调E固定化酶和细胞在使用时可以再生或回收,可反复使用。F容易实行连续自动控制节约劳动力,能提高酶或细胞的生产能力。生物反映器高计和操作的限制因素有那些?A生物催化的浓度和比活力B反映器的传质和传热能力,生物反映器的发展方向。A开发此活力高和选择性高的生物催化剂将会点重要的位置,B改善生物反映器热量和质量的传递方法C生物反映器正向大型化和自动化发展练习题:1、求青霉素连续发酵的稳定状态下最大菌体生成速度(DX)max及此时的稀释率Dmax,菌体浓度Xmax和基质浓度S。已知(菌体可用Monod方程表达)S0=30g/L,YX/S=0.45,μmax=0.18h-1,Ks=1.0g/L。可知,So,Yx/sUmKs属莫诺方,所以生产强度最大时的稀释率Dm=Um[1-(ks/Ks+So)2/1]=0.15X=Yx/s(So-Ks*D/Um-D)=11.25由于X=Yx/s(So-s)所以S=So-x/Yx/s=5g/L例:某有机废水BOD物质浓度为800(g/m3),规定解决后BOD下降90%。a=0.5kg/kg,b=0.3kg/kg.d。废水解决量为8360(m3/d),曝气池有效容积为6000m3,曝气池内悬浮物质浓度为3000mgMLSS/L,求该曝气池的耗氧浓度和曝气池的体积溶氧系数kLa。曝气池液体的饱和氧浓度c*=7(mg/L),运营时实际维持的氧浓度cL为1(mg/L)解:耗氧浓度:V(dO2/dt)=a.F(S0-Se)+b.V.X=350kg/h在稳定状态下,呼吸耗氧速度等于溶氧速度:kLa(c*-cL)=dO2/dt=350/V=58.3mg/L.hkLa=58.3/(7-1)=9.67(1/h)例:用葡萄糖为唯一碳源,在通风提供足够溶解氧的情况下连续培养Azotobactervinelandii的结果并根据上面推导的关系求得该微生物的理论得率YG、维持常数m和不同情况下葡萄糖消耗对菌体生长的得率YX/Sν(mol/g.h)(10-2):0.22,0.31,0.35,0.49,0.50,0.53,0.74μ(h-1):0.06,0.098,0.121,0.200,0.246,0.300,0.350解:以ν为纵坐标,以μ为横坐标做直线,根据直线在纵坐标的截距和它的斜率的倒数分别为:m=0.9×10-3mol/(g.h)YG=54g/molYX/S=μYG/(m.YG+μ)g/molYX/S:31.3,36.1,38.5,43.1,45.1,46.5,47.4可以看出微生物生长比速愈大或碳源消耗比速愈大(这是由于碳源作为限制性基质,其浓度增长的结果),YX/S与YG愈接近,可以推得YG是YX/S的极限。例:乙醇为基质,耗氧培养酵母,反映方程为:C2H5OH+aO2+bNH3=c(CH1.75N0.15O0.5)+dCO2+eH2O呼吸商RQ=0.6。求各系数a、b、c、d、e解:C:2=c+dH:6+3b=1.75c+2eO:1+2a=0.5c+2d+eN:b=0.15已知RQ=0.6即d=0.6a联立求解a=2.394b=0.085c=0.564d=1.436e=2.634反映式:C2H5OH+2.39
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