发酵工程复习题

发酵工程复习题

一、 名词解释

1、 优先合成：微生物代谢过程中优先支链的合成

2、 分批培养：分批培养是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定条件下完成一个生长周期的微生物培养方法.. 连续培养是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量维持恒定，使微生物能在接近恒定状态下生长 (P86)

3、 积累抑制：指最终产物抑制作用，即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的酶的活性调节，所引起的抑制作用

4、 次级代谢产物：级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，他们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中 (P23) 5、 异核体：两不同GT，体细胞融合，形成同时含有两个细胞核的细胞称异核体。当带有不同遗传性状的两个单倍体细胞或菌丝相互融合时，会导致在一个细胞或菌丝中并存有两种以上不同遗传型的核，这样的细胞或菌丝就叫异核体。这种由菌丝融合导致形成异核体的现象叫异核现象

6、 能荷：能荷是细胞中高能磷酸键状态的一种数量上的衡量，能荷大小可以说明生物体中ATP-ADP-AMP系统的能量状态

7、 接种量：接种量是指移入种子液的体积和接种后培养液体积的比例。接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中生长繁殖的速度，采用较大的接种量可以缩短发酵罐中菌丝繁殖达到高峰的时间，使产物的形成提前到来，并可减少杂菌的生长机会

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8、 固定化技术：固定化微生物技术是用化学或物理手段将游离微生物定位于限定的空间区域,以提高微生物细胞的浓度,使其保持较高的生物活性并反复利用的方法

9、 固定化酶：用物理或化学方法处理水溶性的酶使之变成不溶于水或固定于固相载体的但仍具有酶活性的酶衍生物。固定化酶不但仍具有酶的高度专一性和高催化效率的特点，且比水溶性酶稳定，可较长期使用，具有较高的经济效益。 特点：酶活性稳定性增强，酶促效率明显增高，具有多步没反应特低，反应时不需添加辅助因子，细胞透性增强，热稳定性增强，易产生副反应。

10、 固定化细胞：固定化细胞是指固定在水不溶性载体上，在一定的空间范围进行生命活动（生长、繁殖和新陈代谢等）的细胞。

11、 染菌率：一年内发酵染菌的批数与总投料批次数之比乘以100 %得到的百分率

1、前体 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。

2、发酵生长因子 从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子 临界溶氧浓度 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度

发酵工程：利用微生物特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系，是将传统发酵于现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术集合并发展起来的发酵技术。 二、 简答题

1、 发酵工程在上游按工艺流程划分包括哪几个阶段？（P1）

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解:菌种的的选育和保藏、菌种的扩大生产、微生物代谢产物的发酵生产和分离纯化制备、也包括微生物生理功能的工业化利用 2、 简述发酵工程史 （P3）

解：大致分为六个阶段：①自然发酵阶段:1900年以前，微生物的性质未被人所认识，人类已经利用自然接种方法进行发酵制品的生产，主要产品有酒。醋、啤酒、酵母等； ②1900年—1940年，微生物分离纯化和纯培养技术的建立； ③1940年后深层液体通气搅拌纯种培养大规模发酵生产青霉素为典型代表； ④随着生物化学、微生物生理学及遗传学的深入发展，对微生物代谢途径和氨基酸生物合成的研究不断深入，人类开始利用代谢调控手段进行微生物菌种选育和发酵条件控制； ⑤20世纪60年代，石油发酵时期:研究生产微生物细胞作为饲料蛋白质的来源，采用石油产品作为发酵原料以及开始运用自动化，连续化进行发酵； ⑥20世纪70年代以后，采用基因工程菌生产原有微生物所不能生产的新的代谢物质

3、 工业生产用微生物菌种保藏法有哪些?如何防止菌种退化？（P39）

解;一;有斜面低温保藏法、砂土管保藏法、冷冻真空保藏法、液氮超低温保藏法、甘油低温保藏法、，麸皮保藏法，蒸馏水保藏法；二：采用减少传达、经常纯化、创造良好的培养条件、用单细胞移植传代以及科学保藏、合理育种和采用合适的培养基等措施。

4、 影响菌种质量的主要因素有哪些？（P81）

解;原材料质量、培养温度、湿度、通气与搅拌、斜面冷藏时间、培养基、pH、泡沫、染菌的控制等

1.培养基：对于某一菌种和具体设备条件来说，最适宜的培养基成分配比完全应该进行多因素的优选，通过对比试验去确定，从而最大地发挥菌种的特性，提高产量。

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2.温度：温度直接影响微生物生长和合成酶。

3.pH值：由于环境中pH值不同，微生物原生质膜（具有胶体性质）所带的电荷也不同，从而影响微生物对营养物质的吸收、酶的合成及其活性、代谢途径和细胞膜的通透性的变化。各种微生物都有自己生长与合成酶的最适pH值。在种子扩培过程中。控制pH值，不但可以保证微生物种子的很好生长，而且可以防止杂菌污染。

4.通气和搅拌：通气可以供给大量的氧，而搅拌则能使通气的效果更好。 5.泡沫：泡沫的持久存在影响微生物对氧的吸收，妨碍CO2的排出；影响设备的利用率；易染菌。

6.染菌的控制：必须加强接种室的消毒管理工作，定期检查消毒效果，严格无菌操作技术。

7.种子罐级数：制备种子需逐级扩大培养的次数。种子罐级数一般根据菌种生长特性，孢子发芽及菌体繁殖速度以及采用发酵罐体积而定。 5、 简述淀粉水解糖的制备方法? （P49）

解：目前淀粉水解糖的制备方法有酸法、酸酶法、双酶法（质量最好） ①酸法：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。 ②双酶法： 酶解法是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖。 酶解法可分两步： 第一步：利用-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖，使淀粉的可溶性增加，此过程称“液化”； 第二步：利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖，此过程称“糖化”。“液化”和“糖化”都是在酶作用下完成的，故得名。 ③酸酶法：有些淀粉，如玉米、小麦等谷类淀粉，淀粉颗粒坚实，如用淀粉酶液化，在短时间内，液化反应往往不彻底；可采用酸将淀粉水解至葡萄糖值10-15，然后将水解液降温、中和，加入糖化酶进行糖化。

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6、 为什么青霉素生产的前体物（苯氯乙酸）不宜一次浓度加过多，而采用分批添加或连续滴加的加入方法？ （P47）

解：虽然加入苯氯乙酸作为前体可增加青霉素的产量，但是大多数前体如苯乙酸对微生物的生长有毒性，，浓度过大对菌体的生长不利，并且添加过多容易引起挥发和氧化。故在生产中为了减少毒性和增加前体的利用率，通常采用少量多次加入

7、 举例说明抗生素工业化发酵中常用促进剂或抑制剂的作用？ (P47)

解；促进剂和抑制剂指那些细胞生长非必需的，但是加入后可以显著提高发酵产量的一些物质

① “九二0”：促进某些放线菌的生长的发育，缩短发酵周期或提高抗生素发酵单位

② 巴比妥药物：能增加链霉素产生菌的菌丝抗自溶能力

③ 硫氰化苄：降低菌在三羧循环中的酶活力，而增加戊糖代谢，使之更利于四环素的合成

④ 聚乙烯醇：改善通气效果，进而促进发酵单位提高

8、 培养基灭菌常用哪些方法？大多数发酵液灭菌选用何法？ （P65）

解：一：湿热灭菌、分批灭菌、连续灭菌 二：湿热灭菌法。

9、 试比较连续灭菌和分批灭菌的优势? （P69）

解：1. 可采用高温短时灭菌，培养基受热时间短，营养成分破坏少，有利于提高发酵产率。2. 发酵利用率高;3. 蒸汽负荷均衡；4. 采用板式热器时，可节约大量能量；5. 适宜自动控制，劳动强度小 10、 一般发酵液灭菌的温度为121度，维持时间30分钟 11、 简述酒精、柠檬酸、谷氨酸的发酵机制？

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解：酒精的发酵机制：现将淀粉游离，蒸煮，加入高温淀粉酶和糖化酶，使淀粉液化糖化，转化为可溶性糖，再经酵母菌发酵，产物蒸馏分离得到酒精。 柠檬酸的发酵机制：葡萄糖经 EMP 途径生成丙酮酸，丙酮酸在有氧的条件下，一方面氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面丙酮酸羧化生成草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰CoA 在柠檬酸合成酶的作用下缩合生成柠檬酸。

谷氨酸的发酵机制：葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA)，然后进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸。α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下，生成谷氨酸。

12、 分析柠檬酸发酵机制中Mn离子浓度的改变对发酵积累柠檬酸的影响?

解; 锰离子缺乏时，蛋白质和RNA转换过程中细胞蛋白的再合成受阻，导致细胞内NH4+浓度升高，减少柠檬酸对磷酸果糖激酶的抑制，从而促进EMP途径的畅通。

13、 什么是补料分批培养？有何特点和作用? (P99)

解：分批补料培养 ：是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，是分批发酵和连续发酵之间的一种过渡培养方式。 特点：①可以解除底物抑制、产物反馈抑制和分解代谢物的阻遏；

②可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成细胞大量生长引起的一切

影响，改善发酵液流变学的性质；

③可用作为控制细胞质量的手段，以提高发芽孢子的比例；

④可作为理论研究的手段，为自动控制和最优控制提供实验基础。 同连

续发酵相比，FBC不需要严格的无菌条件，产生菌也不会产生老化和变异等问题，适用范围也比连续发酵广泛。

作用：1)可以控制抑制性底物的浓度，获得高浓度的产物。

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2）可以解除或减弱分解代谢产物的阻遏 3）可以使发酵过程最佳化

14、 试乳糖和G为例，说明快速利用利用C源，缓慢利用C源对发酵过程的影响。 （P50）

解：对于青霉素的发酵，在迅速利用葡萄糖培养基中，葡萄糖能较迅速地参与代谢、合成菌体，产生的分解代谢产物却阻遏产物的合成，使得青霉素合成量很少：相反，在缓慢利用的乳糖培养基中，菌体缓慢利用乳糖，有利于延长代谢产物的合成，使得青霉素的产量明显增加。

15、 什么是微生物呼吸商（QR），有何理论与生产应用意义？

解：呼吸商指发酵过程中二氧化碳的释放率与摄氧率的比值。RQ值可以反映菌体的代谢情况，如酵母培养的过程中RQ=1，表示糖代谢惊醒有氧分解代谢途径，仅供生长，无产物形成；如RQ>1.1，表示进行EMP途径，生成乙醇；如RQ=0.93，生成柠檬酸；RQ<0.7，表示生成的乙醇被当做基质再利用。在实际生产中，测得的RQ值明显低于理论值，说明发酵过程中存在着不完全氧化的中间代谢物和葡萄糖以外的碳源。

16、 简述染菌在不同时期对发酵进程及产品质量的影响？ （P58）

解：a.种子扩大培养期染菌：对发酵危害极大，必然导致发酵失败。 b.发酵前期染菌：染菌后杂菌迅速繁殖，与生产菌争夺营养成分，严重

抑制生产菌的生产繁殖，最终导致发酵产物积累大大减少，甚至造成发酵失败。

c.发酵中期染菌：不仅影响生产菌的继续生长，而且会严重干扰生产菌

的产物合成代谢，减少产物的生成。

d．发酵后期染菌：此时对发酵的影响相对要小一些，一般可继续发酵。

即使污染迅速加重，也可采取提前放罐来减少染菌造成

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的损失。

17、 如何用双层平板培养基检测工业噬菌体的污染？ （P59）

解：培养基中上层和下层同为肉汤琼脂培养基，上层减少琼脂用量。先将灭菌的底层培养基熔化后倒平板，凝固后，将上层培养基熔解并保持40°C，加生产菌作为指示菌和待测样品混合后迅速倒在下层平板上，置培养箱保温培养，经12—20h培养，观察有无噬菌体产生.

（注：平板划线的方法：先将经灭菌的固体培养基倒入灭菌的平板中置培养箱37°C,保温24h，检查无菌后，将待测样品在无菌平板上划线，分别置37°C、27°C培养，以适应嗜中温和低温菌的生长，一般在8h后可观察。） P18 18、 用数学方法证明“高温短时”灭菌好？ （P68）

解：灭菌时，培养基成分分解速率常数K`与温度之间的关系也可用 阿累尼乌斯公式表示：

K`?A`exp(??E`)RTK`---培养基内易被破坏成分的分解速率常数； A`---频率常数，也称阿累尼乌斯常数，s-1；

R---气体常数，8.314J/mol·K；T---绝对温度， K；ΔE`---培养基成分分解所需活化能，J/mol。

当培养基成分从T1上升到T2时，微生物的死亡速率与培养基的分解有如下 关系：

K2）K1??EK`2ln（）?E`K`1ln（通过实验测定可知：

K2）K1??EK`2ln（）?E`K`1ln（ 灭菌时杀死微生物的活化能大于培养基成分的破坏活化能值，

K2K`2所以： ln（）?ln（）K1K`1

即随着温度的上升，微生物的死亡速率常数增加倍数要大于培养基成分的破坏

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速率的增加倍数。

也就是说，当灭菌温度上升时，微生物死亡速率的提高要超过培养基成分的破坏速率的增加。

19、 简述发酵醪预处理中固液分离方法及原理。（P175）

解：①过滤分离技术：由于滤渣的可压缩性，根据滤饼的质量比阻，即可过滤发酵液。

②离心分离技术：离心因数和沉降速度的不同 三、 计算题

有一发酵罐，内装40 m3培养基，在394K温度下进行灭菌，当污染程度为为每1mL有2×105个耐热细菌芽孢，121℃时灭菌速率常数为1.8min1。（1）求

－

灭菌失败机率为0.001时所需的灭菌时间；（2）灭菌过程的升温阶段，培养基由100℃升至121℃共需15min。求升温结束时，培养基中芽孢数和保温所需时间；（3） 采用连续灭菌，灭菌温度为131℃，此温度下灭菌速率常数为15min

－1

，求灭菌所需的维持时间。

解：（1） N0＝40×106×2×105＝8×1012 （个） Nt＝0.001（个） K＝1.8min灭菌时间：

（2） T/K 373

376

379

382

385

388

391

394

2.303Nt＝lg0KNt2.3038?1012＝lg

1.80.001－1

＝20.34（min）

K/s-1 2.35×10-4 4.57?10-4 1.03×10-3 2.09×10-3 4.08×10-3 8.14×10-3 1.62×10-2 2.87×10-2

已知 T1=373K，T2＝394K，根据式求373K～394K之间若干K值，K-T关系如下表：

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以K对T作图得图，在K-T曲线图中，若以横坐标2K及纵坐标0.002s1组

－

成一小方格，则每个小方格的值为2×0.002＝0.004Ks1。现用计数法求得K-T

－

曲线以下以373～394K之间的范围内 小方格共32个，则总面积?373KdT之值为32×0.004＝0.128K·s1 。由此可知：

－

394Km＝?T2T1KdT＝

T2?T10.128394?373＝0.0061 (s1)

－

升温结束时培养基中残留的芽孢数为： Np＝（个）

求得保温所需时间为：

N2.303t＝lgpKNt2.3033.3?1010＝lg

1.80.001N0eKmtp＝

8?1012e0.0061?15?60＝

8?1012e5.46＝3.3?1010

＝17.3 （min）

（3）连续灭菌的灭菌时间仍可公式，但培养基中的含菌数应该改为每1mL培养基的含菌数，则式公式应改为： t＝

2.303C0lgKCt

式中，C0及Ct分别为单位体积培养基灭菌前、后的含菌数，个/mL。 C0＝2×105 （个/mL） Ct＝ 故灭菌时间为

1640?10?10＝2.5×103－11

（个/mL）

2.3032?105t＝lg

152.5?10?11＝2.37 （min）

发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。 菌种分离的一般过程 采样、富集、分离、目的菌的筛选。

微生物的培养基根据生产用途只要分为 孢子 培养基、种子 培养基和发酵培养基。

常用工业微生物可分为： 细菌、 酵母菌、 霉菌、 放线菌四大类。

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发酵高产菌种选育方法包括 （自然选育）、（杂交育种）、（诱变育种）、（基因工程育种）、（原生质体融合）。

18、 微生物调节其代谢采用 酶活性、酶合成量、细胞膜的透性。

19、 工业微生物菌种可以来自 自然分离，也可以来自从微生物 菌种保藏机构 单位获取。

3、微生物发酵的种子应具备那几方面条件？

答:（1）、菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。 （2）、生理性状稳定。

（3）、菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要就。 （4）、无杂菌污染。 （5）、保持稳定的生产能力。

现代发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机

能的利用。

当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌 ，从自然选育转向代谢调控育种，从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。

从微生物中发现的抗生素，有约90%是由放线菌产生的。（×） 分批发酵又称为半连续发酵。（×）

青霉素是由放线菌产生的。（×）奶制品的发酵主要是一种叫大肠杆菌的

微生物的作用。（× 4、简述发酵工程的类型

（1）微生物菌体发酵：以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。

（2）微生物酶发酵：微生物具有种类多、产酶品种多、生产容易和成本低等特点。

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（3）微生物代谢产物发酵：初级代谢产物、次级代谢产物。

（4）微生物的转化发酵微生物转化是利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。

（5）生物工程细胞的发酵：这是指利用生物工程技术所获得的细胞，如DNA重组的“工程菌”以及细胞融合所得的“杂交”细胞等进行培养的新型发酵，其产物多种多样。

呼吸抑制发酵的现象叫 巴斯德效应

高温灭菌的原理是 高温使微生物蛋白质变性失活 发酵醪中菌体分离可采用 离心分离 和 过滤分离 方法。 发酵热包括 生物热 、 搅拌热 、 蒸发热 和 辐射热 。

发酵过程中，调节PH值常用方法有 添加CaCO3法 、 流加尿素 、 加缓冲剂法 等。 1、 分解代谢物阻遏

当菌体利用葡萄糖作C源进行生长时（1分），葡萄糖分解产物能阻遏参与次级代谢产物的合成的酶系生成（1分），从而影响次生代谢物的合成（1分）。 2、 限制性基质

微生物生长速率与底物浓度有一定的依赖关系（1分），当底物浓度很小（1分）， 微生物生长速率与底物浓度成正比，此时基质叫限制性基质（1分）。 3、 柠檬酸发酵主要防止前期染菌。 √

4、 疫苗深层培养，如果中期染菌不严重，考虑继续发酵。 X

5、 介质过滤除菌，必须保证介质之间的孔径小于细菌直径，才能达到除菌目

的。x

6、 发酵醪需先进行菌、液的分离，才能进行后续的提取和精制过程。x 7、 谷氨酸发酵中，加速DCA循环有利于产物积累。x 8、 发酵生产单细胞蛋白，需要供氧。√

9、 在发酵过程中，随着通气量的提高，溶氧系数也增大。x

10、 为了提高发酵效率及便于控制，在整个发酵期内，我们要选定一个最适温度，控制发酵在该温度下进行。x

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11、 一般来说，种子培养基的碳氮比低于发酵培养基的碳氮比。√ 10、消毒不一定能达到灭菌的要求，而灭菌则可达到消毒的目的。√ 发酵过程杂菌污染的途径有哪些？如出现杂菌污染，应如何处理？

答：发酵过程杂菌污染的途径有1.种子带菌，2.培养基及设备消毒不够，3.设备破损，4.空气系统，5.操作不当（取样、补料、消泡、控制）等。（2分）

如出现杂菌污染，应对染菌时间、种类、染菌规模进行分析根据具体情况处理，（1分）如：

1.种子带杂菌——灭菌，排掉。（0.5分）

2.发酵前期——严重：实消后补种、料。不严重：运转并观察。（0.5分） 3.发酵中期——分析微生物数量、种类、物料性质，再做处理。（0.5分） 4.发酵后期——同中期，并考虑产率与成本关系，考虑放罐。（0.5分） 1、在某菌种发酵生产中，最近发现发酵过程中糖氮的消耗减慢了，发酵周期延长了，产品得率下降，试分析可能的原因，并进一步验证和提出解决的办法。

答：经分析很可能发生了菌种衰退。（3分，写出分析的根据）

验证方法：1、显微镜镜检，观察菌种形态上有无发生变异，2、平板培养，观察菌落生长情况，3、摇瓶培养，测定相关生理指标。换过菌种或进行菌种复壮，看上述现象是否消失。（5分）

要解决好菌种衰退问题要做到：

（1）做好菌种的保藏工作（5分，回答5点以上即可，每点给1分）

A、使菌种在保藏中处于休眠状态，孢子、芽孢。低温、干燥、缺氧、营养缺乏、代谢活动下降。

B、要纯粹，要作无菌检查

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C、新鲜的斜面，生长要丰满，取幼龄菌接种 D、接种量要适当，斜面生长不过密

E、保藏培养基，C源比例少，营养贫乏一些，否则产酸，产生代谢产物，引起变异。保藏培养基不加或少加葡萄糖，活化用0.1％葡萄糖

F、尽量减少传代次数

G、培养条件中，营养、温度、水分要合适，稳定。

活化使用培养基要与保藏使用培养基基本相同

（2）定期进行菌种选育工作（2分）

通过自然选育和诱变育种的方法，选育遗传性能稳定的高产菌株。14

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nkqf.html