【文章內(nèi)容簡介】 酵過程中，通氣、攪拌以及代謝氣體的逸出，再加上培養(yǎng)基中糖、蛋白質(zhì)、代謝物等表面活性劑的存在，培養(yǎng)液中就形成了泡沫。形成的泡沫有兩種類型：一種是發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界限，如發(fā)酵前期的泡沫；另一種是發(fā)酵液中的泡沫，又稱流態(tài)泡沫(fluidfoam)，分散在發(fā)酵液中，比較穩(wěn)定，與液體之間無明顯的界限大量的泡沫引起的負(fù)作用：發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少、氧傳遞系統(tǒng)減??；增加了菌群的非均一性；造成大量逃液，增加染菌機會；嚴(yán)重時通氣攪拌無法進行，菌體呼吸受到阻礙，導(dǎo)致代謝異?；蚓w自溶；消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。泡沫的消除調(diào)整培養(yǎng)基中的成分（如少加或緩加易起泡的原料）或改變某些物理化學(xué)參數(shù)（如pH值、溫度、通氣和攪拌）或者改變發(fā)酵工藝（如采用分次投料）來控制，以減少泡沫形成的機會。采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素。采用機械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。常用的消泡劑有4大類：天然油脂類、脂肪酸和酯類、聚醚類、硅酮類1造成染菌的主要原因設(shè)備滲漏空氣帶菌種子帶菌滅菌不徹底技術(shù)管理不善第九章生物反應(yīng)動力學(xué)研究各種環(huán)境因素與微生物代謝活動之間相互作用隨時間而變化的規(guī)律。具體研究內(nèi)容：微生物生長過程中質(zhì)量的平衡；發(fā)酵過程中菌體的生長速率、基質(zhì)消耗速率和產(chǎn)物生成速率的相互關(guān)系；環(huán)境因素對這三種速率的影響。：增加接種量、采用最適種齡、選用繁殖速度快的菌種以及盡量保持接種前后所處的培養(yǎng)基介質(zhì)和條件一致。：181。mSKS+S181。=S:限制性基質(zhì)濃度mol/m3；KS:飽和常數(shù)mol/m3例：在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)：S(mg/l)153221μ(h1)利用MONOD方程作圖如下，求在該培養(yǎng)條件下，求大腸桿菌的μmax，KS和td?解：據(jù)圖可知，：1/181。max=；KS/181。max=90；根據(jù)可以求得：μmax＝(h1)。KS＝99mg/L，td＝ln2/μmax＝稀釋率：單位時間內(nèi)加入的培養(yǎng)基體積占發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)基體積的分率單級連續(xù)培養(yǎng)的細胞物料平衡方程如下：根據(jù)單級連續(xù)培養(yǎng)的細胞物料平衡方程，按照比生長速率μ和稀釋率D的大小關(guān)系，討論培養(yǎng)罐內(nèi)細胞濃度和營養(yǎng)物質(zhì)濃度的變化情況。答：μD:則dX/dt0，培養(yǎng)罐內(nèi)細胞濃度不斷增加，營養(yǎng)物質(zhì)濃度隨之減少μD：則dX/dt=D：則dX/dt=0，細胞濃度不隨時間而變化，即培養(yǎng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。臨界稀釋率（DC）:發(fā)生洗出時的稀釋率。操作的稀釋率不是可以隨意改變的，而有一個限度。超過此稀釋率時連續(xù)培養(yǎng)就無法進行，臨界稀釋率取決于加料中的限制性基質(zhì)濃度，即細胞在此培養(yǎng)基中能達到的最大比生長速率。DC=μmS/(KS+S)第十章　下游加工過程概論下游技術(shù)（工程）（downstreamprocessing）：對于由生物界自然產(chǎn)生的或由微生物菌體發(fā)酵的、動植物細胞組織培養(yǎng)的、酶反應(yīng)等各種生物工業(yè)生產(chǎn)過程獲得的生物原料，經(jīng)提取分離、加工并精制目的成分，最終使其成為產(chǎn)品的技術(shù)。1）含水多，產(chǎn)物含量低；2）含菌體蛋白；3）溶有原來培養(yǎng)基成分；4）相當(dāng)多的副產(chǎn)物和色素；5）易被雜菌污染或使產(chǎn)物進一步分解；6）易起泡，粘性物質(zhì)多。整個下游加工過程應(yīng)遵循下列四個原則1)時間短；2)溫度低,（選擇在生物物質(zhì)的溫度范圍內(nèi)）；3)pH適中。4)嚴(yán)格清洗消毒（包括廠房、設(shè)備及管路，注意死角）。一般下游加工過程可分為4個階段1)培養(yǎng)液（發(fā)酵液）的預(yù)處理和固液分離；2)初步純化（提?。?；3)高度純化（精制）；4)成品加工。下游加工過程的一般流程第十二章發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離方法改善發(fā)酵液過濾特性的物理化學(xué)方法：調(diào)酸（等電點）、熱處理、電解質(zhì)處理、添加凝聚劑、添加表面活性物質(zhì)、添加反應(yīng)劑、冷凍解凍及添加助濾劑等。凝聚——指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象；常用的凝聚劑電解質(zhì)有：硫酸鋁Al2(SO4)3?18H2O（明礬）；氯化鋁AlCl3?6H2O。三氯化鐵FeCl3。硫酸亞鐵FeSO47H2O；石灰；ZnSO4；MgCO3絮凝——指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團的過程。工業(yè)上使用的絮凝劑可分為三類：1）有機高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚苯乙烯類衍生物；2）無機高分子聚合物，如聚合鋁鹽、聚合鐵鹽等；3）天然有機高分子絮凝劑，如聚糖類膠粘物、海藻酸鈉、明膠、骨膠、殼多糖、脫乙酰殼多糖等。目前最常見的高分子聚合物絮凝劑有機合成的聚丙烯酰胺（polyacrylamide）類衍生物雜蛋白的去除方法有沉淀法、變性法、吸附法固液分離的方法：重力沉降、浮選、旋液分離、介質(zhì)過濾、離心。根據(jù)過濾機理，過濾操作可分為澄清過濾和濾餅過濾。第十三章細胞破碎細胞破碎的阻力：細菌破碎的主要阻力:肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越致密，破碎的難度越大，革蘭氏陰性細菌網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不及革蘭氏陽性細菌的堅固；酵母細胞壁破碎的阻力:主要決定于壁結(jié)構(gòu)交聯(lián)的緊密程度和它的厚度；霉菌細胞壁中含有幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結(jié)構(gòu)，其強度比細菌和酵母菌的細胞壁有所提高。常用破碎方法機械法：珠磨法（固體剪切作用）、高壓勻漿法（液體剪切作用）、超聲破碎法（液體剪切作用）、Xpress法（固體剪切作用）。非機械法：酶溶法（酶分解作用）、化學(xué)滲透法（改變細胞膜的滲透性）、滲透壓法（滲透壓劇烈改變）、凍結(jié)融化法（反復(fù)凍結(jié)融化）、干燥法（改變細胞膜滲透性）破碎率的測定方法1）直接測定法2）目的產(chǎn)物測定法3）導(dǎo)電率測定法第十四章沉淀法（Precipitation）固相析出技術(shù)：通過加入某種試劑或改變?nèi)芤簵l件，使生化產(chǎn)物溶解度降低，以固體形式（沉淀和晶體）從溶液中沉降析出的分離純化技術(shù)。結(jié)晶法：在固相析出過程中，析出物為晶體稱為結(jié)晶法。沉淀法：在固相析出過程中，析出物為無定形固體稱為沉淀法。常用的沉淀法：鹽析法、有機溶劑沉淀法和等電點沉淀法等。鹽析(Saltinducedprecipitation)：在高濃度的中性鹽存在下，蛋白質(zhì)（酶）等生物大分子物質(zhì)在水溶液中的溶解度降低，產(chǎn)生沉淀的過程。原因如下：1）無機離子與蛋白質(zhì)表面電荷中和，形成離子對，部分中和了蛋白質(zhì)的電性，使蛋白質(zhì)分子之間的排斥力減弱，從而能夠相互靠攏；2）中性鹽的親水性大，使蛋白質(zhì)脫去水化膜，疏水區(qū)暴露，由于疏水區(qū)的相互作用導(dǎo)致沉淀；Ks鹽析法：在一定pH和溫度下，改變體系離子強度進行鹽析的方法；β鹽析法：在一定離子強度下，改變pH和溫度進行鹽析；常用的鹽析用鹽：硫酸銨、硫酸鈉，磷酸鹽，檸檬酸鹽。有機溶劑沉淀：在含有溶質(zhì)的水溶液中加入一定量親水的有機溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出。原理：（1）降低了溶質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)之間的靜電引力增加，從而出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致沉淀。（2）有機溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，降低了親水溶質(zhì)表面水化層的厚度，降低了親水性，導(dǎo)致脫水凝聚。常用的有機溶劑沉析劑：乙醇：沉析作用強，揮發(fā)性適中，無毒常用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖等生物大分子的沉析；丙酮：沉析作用更強，用量省，但毒性大，應(yīng)用范圍不廣；等電點沉淀：調(diào)節(jié)體系pH值，使兩性電解質(zhì)的溶解度下降，析出的操作稱為等電點沉淀。原理：蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，當(dāng)溶液pH值處于等電點時，分子表面凈電荷為0，雙電層和水化膜結(jié)構(gòu)被破壞，由于分子間引力，形成蛋白質(zhì)聚集體，進而產(chǎn)生沉淀。第十五章膜過濾法膜過濾法指以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離的方法?；驹硎呛Y孔分離過程。在壓差的推動下，原料液中的溶劑和小的溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，所得到的液體一般稱為濾出液或透過液，而大的粒子組分被膜截留。包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）四種過程。在工業(yè)上用得最廣的膜材料是醋酸纖維素和聚砜。濃差極化：當(dāng)溶劑透過膜，而溶質(zhì)留在膜上，使膜面濃度增大，并高于主體中濃度，這種濃度差導(dǎo)致溶質(zhì)自膜面反擴散至主體中，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。在超濾中，為減少濃差極化，通常采用錯流操作。膜的污染：膜在使用中，盡管操作條件保持不變，但通量仍逐漸降低的現(xiàn)象。污染原因：膜與料液中某一溶質(zhì)的相互作用；吸附在膜上的溶質(zhì)和其它溶質(zhì)的相互作用。膜污染的消除：污染必須通過清洗的辦法才能消除。經(jīng)清洗后如純水通量達到或接近原來水平，則認(rèn)為污染已消除。減輕膜污染的方法1）預(yù)處理2）改變膜的表面性質(zhì)市售的超濾器大致有四種型式：管式、中空纖維式、螺旋卷繞式和平板式。separationfactor分離因子membraneseparation膜分離ionexchange離子交換Biotechnology生物技術(shù)MetabolicControlfermentation代謝控制發(fā)酵DownstreamProcessing下游工程ChromatographicResolution色譜分離Biocatalyst，生物催化劑Orthogonalexperim