发酵工艺作业答案.docx

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发酵工艺作业答案

第一章菌种与种子扩大培养

1、能源问题是全球面临的问题，生物工程将如何解决？

答：

利用微生物或酶工程技术从生物体生产生物燃料，主要表现在沼气发酵、酒精发酵、氢燃料的研发、生物柴油等方面，另外在石油开发中，利用微生物作为二次采油、石油精炼等手段也是一定程度上缓解能源问题。

并且利用生物工程技术在能源资源的回收利用等方面也是可行的方法。

2、比较固体培养与液体培养的优缺点。

答：

⑴固体培养（曲法培养）

特点：

酶活力高，但劳动强度大，曲层需翻动。

⑵液体培养特点：

培养条件易控制，如温度，pH等，但易染菌，要求无菌。

3、菌种扩大培养的目的和意义是什么？

答：

目的：

为每次发酵罐的投料提供相当数量的、代谢旺盛的种子

意义：

有利于缩短发酵时间，提高发酵罐的利用率，也有利于减少染菌的机会

4、工业生产用菌种的基本要求有什么？

答：

①培养基原料来源广、廉价；

②培养条件易控制；③发酵周期短；

④菌株高产；⑤抗病毒（噬菌体）能力强；

⑥菌株性状稳定，不易变异退化；⑦菌体本身不能是病原菌；

5、种子罐级数的选择取决于那些因素？

答：

①种子的性质（生长繁殖性能）；②孢子瓶中孢子的密度（密度大则级数少）；

③孢子发芽及菌丝繁殖速度；④发酵罐中种子的最低接种量（一般10%）；

⑤种子罐与发酵罐的容积比；

6、简述加大接种量的优缺点。

答：

优点：

缩短发酵周期；

减少染菌机会；提高设备利用率缺点：

种子培养费时；增加级数；代谢废物多

7、简述防止菌种衰退的方法。

答：

①尽可能满足其营养条件、培养条件，避免有害因素影响；

②尽量减少传代次数；

③采用幼龄菌种；第二章培养基及其制备

1.微生物发酵培养基的碳源主要有哪几种？

答：

碳酸气、

淀粉水解糖、糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等、醋酸、甲醇、乙醇等死哟偶化工产品

功能：

提供能量、构成菌体、代谢产物的物质基础；

2.微生物发酵培养基的氮源主要有哪几种？

答：

豆饼或蚕蛹水解液、味精废液

玉米浆、酒糟水等有机氮尿素、硫酸铵、氨水、硝酸盐等无机氮、气态氮

功能：

构成菌体、含氮代谢物；

3.淀粉的水解方法主要有什么？

试进行优缺点比较？

答：

（1）.酸解法：

以酸为催化剂，高温高压转化

优点：

简单、设备少、时间短缺点：

设备易腐蚀、要耐高温高压，有副反应；淀粉粒小、浓度不能太高。

（2）.酶解法：

淀粉酶，包括液化（α-淀粉酶）和糖化（糖化酶）两步双酶水解法制葡萄糖的优点：

（1）淀粉水解是在酶的作用下进行的，酶解的反应条件比较温和。

（2）酶作用的专一性强，淀粉的水解副反应少，因而水解糖液纯度高，淀粉的转化率高。

（3）可在较高淀粉浓度下水解（40%比酸水解高一倍）。

（4）由于微生物酶制剂中菌体细胞的自溶，糖液的营养物质较丰富，发酵培养基的组成可简化。

（5）用酶法制得的糖液颜色浅、较纯净、无苦味、质量高，有利于糖液的精制。

双酶水解法制葡萄糖的缺点：

时间长（2－3天）、设备多、条件（适合酶水解）较多、过滤困难

（3）.酸酶结合法

1酸酶法：

先将淀粉酸水解为糊精或低聚糖，再用糖化酶水解为葡萄糖。

优点：

用酸量较少，产品颜色浅，糖液质量高

2酶酸法：

先用ɑ-淀粉酶液化，再用酸水解为葡萄糖。

优点：

糖液色泽较浅

4.培养基工业灭菌的方法主要是采用蒸汽灭菌，其灭菌的原理是什么？

灭菌过程符合对数残

留定律，写出理论灭菌时间的计算公式。

答：

原理;蒸气释放热量，使微生物蛋白质变性。

灭菌时间计算：

t=（2.303/k）×lnN0/Nt

式中N0、Nt分别为单位体积培养基灭菌前后菌数,灭菌速度常数K

第三四五章

1、柠檬酸发酵过程中有哪几个控制要点，如何控制？

答：

（1）EMP畅通无阻

控制Mn+、NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制。

（2）通过CO2固定反应生成C4二羧酸，强化这一反应。

（3）柠檬酸后续酶的活性丧失或很低，控制培养基中的Fe2+的浓度。

2、简述二氧化碳固定反映对于提高柠檬酸产率的意义。

答：

通过CO2固定反应提供C4二羧酸

192/180==106.6%

C6H8O7C6H12O6（C没有增加）

可见，CO2固定反应堆与柠檬酸发酵的重要性。

2、写出谷氨酸发酵的最理想途径，说明CO2固定化反应的重要性。

答：

途径：

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。

即，谷氨酸的生物合成途径包括EMP、HMP、TCA循环、DCA循环和CO2固定作用等

体系中如果不存在CO2固定反应，则有：

3/2C6H12O6+NH4+==C5H9O4N+4CO2产率：

147（/180*3/2）==54.4%体系中存在CO2固定反应，则有：

C6H12O6+NH4+==C5H9O4N+CO2产率：

147/180==81.7%

可见，在GA的生物合成过程中，CO2固定反应对于产率的提高有着多么重要的作用。

3、谷氨酸产生菌之所以能够合成、积累并分泌大量的GA，其菌种内在的原因有哪些？

答：

通常谷氨酸发酵采用的菌种都是生物素缺陷型，而生物素又是菌体细胞膜合成的必须物质，生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。

生物素缺陷型菌种因不能合成生物素，从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。

因此，可以通过控制生物素的浓度，来实现对菌体细胞膜通透性的调节。

细胞膜通透性的调节对于GA发酵时非常重要的，当菌体进入产物合成期时，开始有GA的产生，这是如果能够大量的把产物及时的排泄到细胞膜外，可以解除GA对L—谷氨酸脱氢酶活性的抑制作用，从而实现由Glucose到GA的高效率转化。

5、谷氨酸发酵过程中，生物素（VH）作用表现在那几个方面？

答：

生物素是脂肪酸生物合成中乙酰－CoA羧化酶的辅酶，生物素促进脂肪酸合成，再由脂肪酸合成磷脂。

选育生物素缺陷型菌株，阻断生物素合成，最终导致磷脂合成不足，细胞膜结构不完整，提高细胞膜的谷氨酸通透性。

因此，控制生物素的含量可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。

第六七章

1.简述腺苷酸生物合成的主要过程。

答

（1）从头合成途径：

通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及

CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径。

1次黄嘌呤核苷酸的合成：

首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗ATP，由5‘-磷酸核糖合成PRPP（1'-焦磷酸-5‘-磷酸核糖）。

然后再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核苷酸—次黄苷酸（IMP）。

2IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生AMP；

（2）补救合成途径：

又称再利用合成途径。

指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。

这一途径可在大多数组织细胞中进行。

其反应为：

腺嘌呤磷酸核糖转移酶

A+PRPP→AMP+PPi

2.试述嘌呤核苷酸生物合成过程的特点。

答：

①合成过程是在5'－磷酸核糖基础上进行的；②组成嘌呤环的各元素是逐个垒加到核糖的C1上去的，先合成咪唑环，随着嘌呤环的生成，

5'-核苷酸应运而生。

第一个被合成的核苷酸是IMP。

3AMP、GMP是由IMP转化而生成的。

3.简述尿苷酸生物合成的主要过程。

答：

尿苷酸的合成：

CO2、ATP和谷氨酰胺为原

（1）全合成途径：

①首先在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ的催化下以

料合成氨基甲酰磷酸；②在天冬氨酸转氨甲酰酶的催化下氨甲酰磷酸与天冬氨酸缩合生成氨甲酰天冬氨酸，再脱水、脱氨生成乳清酸；

3乳清酸接受PRPP的5'-磷酸核糖生成乳清酸核苷酸，再进一步脱羧生成尿嘧啶核苷酸（UMP）

（2）补救合成途径：

UR在尿苷胞苷激酶和ATP作用下形成UMP

4.简述青霉素G生物合成的主要过程。

答：

青霉素G的合成：

三肽合成酶、异青霉素合成酶青霉素酰化a-氨基己二酸+半胱氨酸+颉氨酸→异青霉素N→

酰基转移

6-APA→青霉素G

6-APA（6氨基青霉烷酸）：

β-内酰胺类抗生素的重要中间体

5.举例说明何谓“分解产物阻遏”。

答：

如“葡萄糖效应”指青霉素发酵受葡萄糖抑制的现象，是由于葡萄糖的分解产物阻遏了ACV三肽合成酶的合成，从而影响了青霉素的合成。

即某种物质的分解产物阻遏了次级代谢产物的合成的这种现象称为分解产物阻遏。

6.简述抗生素生物合成的代谢调节机制。

答;调节机制分类：

（1）微生物生成一种诱导剂或激活剂，以启动抗生素的生物合成；

（2）由一个小分子物质作为辅助阻遏剂或抑制剂，阻遏或抑制抗生素的合成酶的形成。

调剂机制：

（1）细胞生长期到抗生素产生期的过渡：

次级代谢产物的生成：

菌体生长达到相对静止期才开始，在细胞正常生长阶段，抗生素合成酶处于抑制状态。

（2）酶的诱导作用：

结构基因编码控制酶的产生，在没有酶底物时无活性，当加入底物时，结构基因开始表达酶，这一过程称为“诱导”。

（3）分解代谢产物的调节控制：

分解产物阻遏

（4）磷酸盐的调节：

高浓度的磷酸盐对多种抗生素有阻遏和抑制作用

（5）NH4+的抑制作用：

高浓度的无机氨态氮会促进微生物生长，但抑制抗生素合成。

（6）初级代谢调节对次级代谢的作用：

许多次级代谢产物来自初级代谢的关键中间体。

（7）次级代谢的反馈抑制：

许多抗生素能抑制自身的合成

（8）次级代谢的能荷调节：

高能荷抑制一些次级代谢酶，影响次级代谢产物生成。

7.扼要阐述初级代谢与次级代谢的关系答;在微生物的新陈代谢中，先产生初级代谢产物，后产生次级代谢产物。

初级代谢是次级代谢的基础，它可以为次级代谢产物合成提供前体物和所需要的能量；初级代谢产物合成中的关键性中间体也是次级代谢产物合成中的重要中间体物质；在菌体生长阶段，被快速利用的碳源的分解物阻遏了次级代谢酶系的合成；因此，只有在对数后期或稳定期，这类碳源被

消耗完之后，解除阻遏作用，次级代谢产物才能得以合成。

而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续与发展，可避免初级代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产生的毒害作用

第八章发酵动力学

一、名词解释:

发酵动力学：

研究发酵过程中的菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。

最低培养基：

由单一碳源葡萄糖与无机盐组成，葡萄糖既是能源，又是构成菌体的材料

完全培养基：

由葡萄糖、无机盐等组成，还有酵母浸膏、蛋白胨等。

能量生长偶联型：

当构成菌体的材料充裕时，菌体的生长受制于ATP的供应，这种生长就是能量偶联型生长

能量生长非偶联型：

在ATP供应充分，而合成细胞的材料受限制时，这时的生长就是能量生长非偶联型

分批培养：

是目前微生物培养的最基本的方式，即在一个密闭系统内一次性投入有限数量的营养物进行培养的方法，包括设备灭菌、种子培养、发酵操作几个单元步骤。

连续培养：

当微生物菌体达到某一特定状态时，连续向反应器内流加混合底物，同时反应器排放等量的发酵液。

补料分批培养：

又称半连续发酵或半连续培养，是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加