发酵调控学复习题

发酵调控学复习题

2011年

一、简答题

1. 发酵调控学的原理

通过掌握微生物生命活动规律及其与环境的关系，设计、调控微生物的生活环境，使其产生期望的目的产物。

掌握计算机在发酵控制方面的知识，通过对数据进行分析，判断过程正常与否，制定优化控制方案。

同时掌握各类典型代谢产物的生产与调节的参数。

2. 柠檬酸的发酵生产原理

果提取法：柠檬酸从柠檬、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取。

生物发酵法：①、表面发酵法。将原料先放入煮沸过内加入水煮沸，一次加皇血盐和EDTA二钠盐煮沸，配成培养基液，加入适量的硫酸铵、磷酸二氢钾作为氮源和营养盐，将培养基液在45-50度下送入发酵室，接入黑曲霉干孢，发酵， ②、固体表面发酵法：多以海藻酸钠为载体 。将丙烯酰胺单体（ACAM）和N,N-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）溶于水后与微生物细胞混合，加入四甲基乙二胺和过硫酸钾，室温下放置30min，得凝胶，提取，得柠檬酸。③、深层发酵法 定向培养，使其适应以糖蜜为原料的深层发酵，并提高菌株的产酸率和转化率，对蜜糖进行预处理、发酵、提取，得柠檬酸。

3. 乳酸的生物发酵生产原理

发酵法；糖在乳酸菌作用下，调pH 5左右，保持50oC发酵三-五天得粗乳酸。

同型发酵：微生物通过EMP代谢途径发酵，乳酸是代谢唯一产物， 异型发酵：微生物经由Bifidus途径和PK途径生成乳酸、CO2和乙醇。

合成法：合成方法制备乳酸有乳腈法、丙稀腈法、丙酸法、丙稀法等，用于工业生产的仅

乳腈法(也叫乙醛氢氰酸法)和丙稀腈法。

乳腈法：乳腈法是将乙醛和冷的氢氰酸连续送入反应器生成乳腈（或直接用乳腈作原料），

用泵将乳腈打入水解釜，注入硫酸、水，使乳腈水解得到粗乳酸。然后再将粗乳酸送人酯化釜，加入乙醇酯化，经精馏、浓缩、分解得精乳酸。

4. 肌苷酸的生物发酵生产原理

枯草杆菌通过HMP途径提供合成嘌呤、嘧啶和芳香族氨基酸的基本前体物5-磷酸核糖。要积累肌苷合成的前体，就得尽可能抑制EMP途径，增强HMP途径。 肌苷合成的直接前体IMP是嘌呤核苷酸合成的核心，从它分出两条环行路线：一条经XMP合成GMP，再经GMP还原酶作用生成IMP；另一条经过SAMP合成AMP，再经AMP脱氨酶作用生成IMP。 腺嘌呤、黄嘌呤双重缺陷型、并对8-氮杂鸟嘌呤有抗性的枯草杆菌变异株，肌苷产量达22.3g/L，添加1％次黄嘌呤则产苷高达33.1g／L。

5四环素的生物发酵生产原理

四环素生产采用合成金霉素的金色链霉菌菌种，通过在特定的培养条件下，控制产生菌的生物合成方向，使其产生95%以上的四环素。金霉素在化学结构上与四环

素十分相似，区别仅在C-7位上，以Cl取代了H。所以，金霉素又称为7-氯四环素。金霉素链霉菌是金霉素的产生菌，但当培养基中存在抑氯物质时，由于氯的掺入受阻，而使得金霉素链霉菌的生物合成方向发生变化，并使四环素成为主要产物。本实验以M-促进剂（硫醇苯骈噻唑）作为氯化霉的抑制剂，以溴化钠作为竞争性抑制剂进行四环素的定向发酵。

6、尿苷的生物发酵生产原理

从头合成途径（denovo synthesis）：体内嘌呤核苷酸的合成代谢中，利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸称为从头合成途径。

补救合成途径（salvage pathway）：利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸。

腺嘌呤 + PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸 ） → AMP + PPi 次黄嘌呤 + PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸 ） → IMP + PPi 鸟嘌呤 + PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸 ） → GMP + PPi

鸟苷的生物发酵生产原理

抗黄氨胍突变株，产量得到提高。其中枯草芽孢杆菌T104可以生成11.0g/I，对糖转化率为13.8％。

SAMP合成酶缺失株，于34℃发酵70h，鸟苷产量达19g/L。

酵过程中后期DO控制在20％，对鸟苷发酵最合适，最高产苷达到17.7g／L。

7、红霉素的生物发酵生产原理

原料在V型高速混合机内进行混合均匀后送入揉和机与纯水混合后制成软体。送入制粒机制成圆柱形颗粒后进入圆丸机制成湿润的圆形颗粒，再进入高效硫化床干燥机进行干燥，干燥后进入筛分机，其中筛上物料进入包衣机喷洒一层包衣液，筛下物料回到高速混合机混合。包衣后物料送入干燥机干燥，过筛，筛上物料进入胶囊机装囊，包装成品。筛下物料回V型高速混合机。

8、青霉素的生物发酵生产原理

天然青霉素：青霉素生产分菌种发酵和提取精制①菌种发酵：将产青霉菌接种培养基上，在25℃下培养，得青霉菌孢子培养物。孢子制成悬浮液接种到培养基中，通空气搅拌，在27℃下培养24～28h，将种子培养液接种到含有苯乙酸前体的培养基中，通空气，搅拌，在27℃下培养7天。②提取精制：将青霉素发酵液冷却，过滤。滤液在pH2～2.5的条件下，进行逆流萃取，得丁酯萃取液，转入pH7.0～7.2的缓冲液中，然后再转入丁酯中，将此丁酯萃取液经活性炭脱色，加入成盐剂，经共沸蒸馏即可得。 半合成青霉素：以6APA为中间体与多种化学合成有机酸进行酰化反应，可制得各种类型的半合成青霉素。

9、谷氨酸的生物发酵生产原理

由三羧酸循环中产生的a-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶和氢供体存在下进行还原性氨化作用而得到。

淀粉的酸水解工艺

1、调浆：干淀粉用水调成10-11?Bx的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8％至pH1.5。 2、糖化：蒸汽加热、加压糖化25min。

3、中和：冷却至80℃，烧碱中和至pH4.0-5.0（避免产生焦糖又保证过滤，中和为沉淀胶体）。

4、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8％，在70℃及酸性条件下搅拌后过滤。

淀粉的酶法糖化工艺

以大米或碎米为原料时采用大米浸泡磨浆，再调成15?Bx，pH6.0，加细菌α-淀粉酶在85 ℃下液化30min，加糖化酶60 ℃糖化24h，过滤后可供配制培养基。

10、维生素C的生物发酵生产原理

莱氏法,这种方法是以葡萄糖媒促还原所制备D - 山梨醇为原料,由生黑葡萄糖酸杆菌或醋酸杆菌属的某些菌株发酵产生L - 山梨糖,经过酮化,化学氧化和水解几步反应过程即可得到VC 的重要前体- 2 - 酮基- L 古龙酸,再经转化生成VC。

11、发酵终点的判断方法。

要确定一个合理的放罐时间，须要考虑下列几个因素：

1.考虑经济因素:要以最低的成本获得最大生产能力的时间为最适发酵时间 2.产品质量因素:酵时间太短，势必有过多的尚未代谢的营养物质（如可溶性蛋白质、脂肪等）残留在发酵液中。发酵时间太长，菌体会自溶.故要考虑发酵周期长短对产物提取工艺的影响. 3.特殊因素:

特殊情况下，如染菌、代谢异常.应该及时采取措施（如改变温度或补充营养等），并适当提前或拖后放罐时间。

确定放罐的指标有：产物的产量、过滤速度、氨基氮的含量、菌丝形态、pH值、发酵液的外观和粘度等。发酵终点的掌握，就要综合考虑这些参数来确定。

12、厌氧代谢的特点

能量代谢 分解代谢 合成代谢

13、补料、分批发酵的特点

与传统的分批发酵相比，优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点：（1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；（2）克服养分的不足，避免发酵过早结束。

补料--优点：系统中维持很低的基质浓度，能减缓代谢有害物的不利影响。受发酵罐的体积限制，补料发酵虽补充养分或前体的不足，但有害代谢物的不断积累，产物合成最终难免受到阻遏。

分批发酵--操作简单，周期短，染菌的机会减少，生产过程、产品质量易掌握。存在基质抑制问题，出现二次生长现象。如对基质浓度敏感的产物，或次级代谢物抗生素用分批发酵不合适；因其周期较短，一般在1-3天，产率较低。 养分易于耗竭，无法维持下去。

14、连续发酵的特点

又称连续流动培养或开放型培养，即培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。在这样的环境中培养，所提供的基质对菌的生长就受到限制，培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态。

与传统的分批发酵相比，连续培养有以下优点：

（1）维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；

（2）避免培养基积累有毒代谢物；

（3）可以提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间； （4）便于自动控制。

（5）有利于多种碳源的利用以及目标产物的生产。生产率提高，设备利用率高，产品质量稳定。

但连续培养也有缺点：

（1）长时间的连续培养难以保证纯种培养； （2）菌种发生变异的可能性较大。 （3）工艺复杂，易污染，菌种突变难预测。

15、举例说明温度对发酵生产方向的影响

例如，在四环类抗生素发酵中，金色链丝菌能同时产生四环素和金霉素，在30℃时，它合成金霉素的能力较强。随着温度的提高，合成四环素的比例提高。当温度超过35℃时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。

影响菌体生长---前高温，后低温。

（复杂回答）四环素，0-30h高温，30-150h低温，150h以后高温。青霉素，0-5h，30℃；5-40h，25℃；40-125h，20℃；125-165h，25℃；比恒温培养产量提高15%。

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