发酵工程复习参考.docx

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发酵工程复习参考

连续发酵:

指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。

巴斯德效应:

在厌氧条件下，向高速发酵的培养基中通入氧气，葡萄糖消耗减少，抑制发酵产物积累的现象称为巴斯德效应，即呼吸抑制发酵的作用。

比生长速率：

每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率。

它是表征微生物生长速率的一个参数，也是发酵动力学中的一个重要参数。

产物促进剂：

是指那些非细胞生长所必须的营养物质，又非前体，但加入却能提高产量的添加剂。

产物得率系数:

可用于对细胞反应过程中碳源等物质生成细胞或其它产物的潜力进行定量评价，最常用的得率系数有对底物的细胞得率Yx/s，对碳的细胞得率Yc等。

反馈抑制:

是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。

（反馈抑制与反馈阻遏的区别在于：

反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢，反馈抑制是酶活性水平调节，产生效应快。

此外，前者的作用往往会影响催化一系反应的多个酶，而后者往往只对是一系列反应中的第一个酶起作用。

）

分解代谢物阻碍：

分解代谢物抑制作用（cataboliterepression）又称代谢物阻遏作用，是葡萄糖或代谢物或葡萄糖的降解产物对一个基因或操纵子的阻遏作用。

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。

接种量：

接种量是指移入的种子悬浮液体积和接种后培养液体的体积的比例。

接种龄：

种子罐中培养的菌体从开始接种至移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

空消:

发酵罐未装入培养基的情况下进行的灭菌，也即是对发酵罐进行的灭菌。

细胞得率系数：

菌体生长量相对于基质的消耗量的收得率，称为生长得率，其定义为：

以消耗基质为基准的细胞得率系数。

两步法发酵：

第一步、属有机酸发酵或氨基酸发酵。

第二步、是在微生物产生的某种酶作用下，把第一步的产物转化为所需的氨基酸，这种生产方法又称为酶转化法。

临界稀释速率:

代表恒化器所能运行的最大稀释速率。

虽然也有例外，但Dc通常相当于分批培养中细胞的最高生长速率。

临界氧浓度:

指不影响菌的呼吸所允许的最低溶氧浓度。

前体物质:

是指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中合成到产物分子中去，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。

实消:

：

将输料管路内的污水放掉、冲洗干净，然后将配的培养基用泵打入发酵罐内，开启搅拌器、再通入蒸汽进行灭菌。

液体深层通气发酵:

用液体深层发酵罐从罐底部通气，送入的空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解。

这种由罐底部通气搅拌的培养方法，相对于由气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养法来讲，称为液体深层发酵

诱变剂:

凡是能引起生物体遗传物质发生突然或根本的改变，使其基因突变或染色体畸变达到自然水平以上的物质，统称为诱变剂

1.连续培养中若稀释速率大于临界稀释速率，反应器内的细胞最终会全部被洗尽。

2.发酵培养基的作用是菌体生长繁殖和产物合成。

3.生物热的走向包括合成高能化合物、合成代谢产物、以热的形式散发。

4.微生物分批培养中，比生长速率最大的时期是对数生长期。

5.生产上发酵培养基的灭菌程度一般要求灭菌1000次，只残留1个杂菌。

6.微生物菌种的沙土管干燥保藏法在原核微生物中可用于细菌与放线菌的长期保藏，但绝不能用于营养细胞的保藏。

7.I型发酵是指微生物的生长与目的产物的产生正相关，III型发酵是微生物生长到菌体的浓度接近或达到最高后才开始产生的目的产物。

8.常用于抗生素产生菌及蛋白酶产生菌的分离筛选方法分别是抑菌圈法与透明圈法。

9.细菌和酵母菌发酵液的固液分离多采用高速离心，而霉菌和放线菌发酵液的固液分离多采用过滤法。

10.絮凝剂在添加时，浓度从零开始加大，悬浮粒子被絮凝的量逐渐增加，但超过一定浓度后，已絮凝的粒子又发生分散

11.发酵液预处理时加入草酸，使其与发酵液中的两性离子结合生成不溶性沉淀，并可改变发酵液的粘度，从而除去部分蛋白与胶体物质。

12.培养基超高温短时、连续灭菌与常规的121℃、30分钟灭菌分批相比较，其最大的优势是降低培养基营养成分的破坏

13.诱变育种是提高微生物目的产物生产能力的重要途径，微生物诱变育种的主要方法有物理诱变和化学诱变。

14.发酵过程微生物的呼吸随发酵液中溶解氧浓度的升高而增强，但当发酵注溶解氧浓度超过l临界溶氧度后,微生物的呼吸作用就不再增强。

15.培养基超高温连续灭菌的最大优点是降低培养基营养成分的破坏。

16.压缩空气通过过滤器前需经冷却，其目的是防止过滤介质的炭化或燃烧，确保过滤效果。

17.发酵过程中发酵罐要维持一定的罐压，维护罐压的作用是防止罐外杂菌进入罐体造成污染。

18.淀粉水解方法有酸法、酸酶法和酶法，如果要求水解糖纯度较高，应选法酶法。

19.分离筛选产淀粉酶的微生物菌株，简捷的方法是采用透明圈法；筛选产抗生素的拮抗菌株的简捷方法是采用抑菌圈法。

20.发酵液利用酸碱性调液pH值，可使蛋白质等两性物质达到等电点得以除去。

而且过滤中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，通过调整pH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染。

从自然界分离得到野生型菌株的产生某种目的产物生产能力都很低，不能直接用于工业生产。

（√　）

经诱变处理后的菌悬液，在筛选前一般应先经过后培养，以促使变异细胞发生分离，然后再进行筛选。

（√）

当气流速度小于临界速度后，过滤器就不再具有除去空气中微生物的作用。

（×）

温度对微生物产物的形成有重要的影响，如果温度控制不当，将可能影响产物的合成方向。

（√）

通气发酵中搅拌具打破气泡与延长气体在发酵液中的滞留时间，从而提高溶解氧浓度的作用，因而增大搅拌速度就一定能提高发酵液内的溶氧浓度。

（×）

泡敌是目前消泡效果非常理想的一种消泡剂，所以发酵工业上不论是种子罐或是生产罐的发酵中均添加泡敌消泡。

（×）

经诱变处理后的菌悬液，在筛选前一般应先经过后培养，以促使突变细胞发生分离，然后再进行筛选。

（√）

发酵料液滤饼是可压缩的，当增加压力时，过滤速率也增加，因而发酵料液过滤速率与压力成正比。

（√）

为了操作简便，在制作培养基时就应加入足量前体物，在发酵的过程中就不必再添加前体物质。

（×）

抗生素、色素、毒素等是与初级代谢产物（如氨基酸、核酸）相对产生的次级代谢产物，一般是在菌体细胞停止增殖后才开始大量生产。

（√）

泡敌是目前消泡效果非常理想的一种消泡剂，所以发酵工业上不论是种子罐或是生产罐的发酵均可以泡敌消泡。

（×）

发酵工业生产所用空气的无菌程度直接决定于空气通过过滤器速度，空气的流速越大、从过滤器流出空气的无菌程度越高。

（×）

发酵料液的滤饼是可压缩的，当增加压力时，过滤速率也增加，因而发酵料液过滤速率与压力成正比。

（√）

比生长速率是反映细胞生长特性的重要参数与菌种和培养条件都有关。

（√）

菌种的斜面转接低温保藏法是一种常用的菌种保藏方法，在发酵工业上也是常用此法保藏菌种。

（×）

从自然界分离得到野生型菌株的产生某种目的产物生产能力都很低，不能直接用于工业生产。

（√　）

抗生素、色素、毒素等是与初级代谢产物（如氨基酸、核酸）相对产生的次级代谢产物，一般是在菌体细胞停止生长后才开始大量生产。

（√）

当气流速度小于临界速度后，过滤器就不再有除去空气中微生物的作用。

（×）

深层液体厌氧发酵的反应器一般没有搅拌装置，因而反应器内不同层面发酵液菌体数量与营养物质浓度的差异很大。

（）

从发酵液中分离、精制有关产品的过程称为发酵生产的下游加工过程。

（√）

四、单选题

1.糖蜜中含有的（A）对细胞膜的透性有较大影响，必须注意调控浓度。

A生物素B蔗糖C胶体D钙

2.在培养基中添加具有提高细胞膜透性的物质，目的是（D）

A控制细胞生长B利于营养物质的利用

C防止染菌D降低反馈抑制或阻遏。

3.以曲霉发酵生产淀粉酶时，培养基中必需有（A）

A葡萄糖B蔗糖C淀粉D麦芽糖

4.在好氧发酵过程中发酵的生长期pH经常会出现降低，下面那种说法不正确（D）。

A由于葡萄糖利用加速，代谢物造成B由于生长过快溶解氧不能满足

C由于一些生理酸性盐的利用D由于少数菌体发生自溶（菌体自溶pH上升）

5.当发酵液的pH低于发酵适宜的pH、且发酵液中氮源不足的情况下，最好向发酵液内添加（C）。

A氢氧化钾B氢氧化钠C铵水D碳酸铵

6.深层通气发酵过程中，正常情况下发酵液溶氧最低的时期是微生物生长的（B）。

A延迟期B对数期C减速期D静止期

、

对数期

微生物代谢

旺盛

此时单位时间

耗氧速度

快

耗氧量

大

溶氧浓度

低

7.种子罐的种子移植到发酵罐中主要采用（A）法。

A差压法B火焰接种法C微孔接入法D紫外无菌接种

8.在单级连续培养过程中，稀释率控制在临界稀释率以下，随着比生长速率提高下列说法正确的是（A）。

A细胞产率越高B限制性基质浓度越高C细胞浓度越低D细胞浓度越高

9.在分批培养过程中减速期的长短取决于（C）。

A菌体的浓度B限制性基质的浓度

C菌体对限制性基质的亲和力D比生长速率

10.有研究表明生产某些微生物产物时，发酵过程中添加少量的乙醇可以提高目的产物的产量，其原因是（C）。

A乙醇防止杂菌污染B乙醇促进发酵微生物生长

C乙醇增大细胞膜的透性D乙醇提高产物合成酶的活性

11.从酸性环境采样分离获得的微生物菌株，其产生的淀粉酶可能在（A）条件下的活性最强。

A酸性B弱酸C中性D碱性

12.在分批培养过程中静止期菌体的浓度变化为零因此（A）。

A比生长速率为零B比死亡速率为零

C产物浓度变化为零D比死亡速率等于比生长速率

13.大型空气过滤器中填充的过滤介质以（C）的过滤除菌效果最佳。

A活性碳B玻璃纤维C非脱脂棉D前三者无差别

14.发酵液预处理时，在发酵液中加入草酸可以使发酵液中的（B）沉淀。

A铝离子B钙离子C铁离子D镁离子

15.对于底物抑制的酶反应，随着底物浓度增加反应速度（B）。

A增加B增加到一定程度不在增加

C一直减小D增加到最大值然后减小

16.以下空气过滤器常用的过滤介质中除菌效果最好的是（A）。

A棉花B玻璃纤维C活性碳D三者无差别

17.发酵过程中当微生物生长处于对数期时的发酵热的主要决定因素是（A）。

A生物热B搅拌热C蒸发热D辐射热

18.欲分离筛选获得产碱性蛋白酶高活性的微生物菌种，从（A）采样最容易分离获得目的菌株。

A碱性环境B酸性环境C中性环境D弱酸性环境

简答题

1.糖蜜的成分，为什么要进行处理后才能用于发酵

1）糖蜜主要成分：

蔗糖（总糖可达50-75%）；胶体物质（5-10%，来自于原料）；

灰分（10-12%）；生物素（1-10mg/Kg（甘蔗），mg/Kg（甜菜））；

pH值（（甘蔗），（甜菜））

发酵工业可以利用的主要成分是：

糖和生物素（VH）。

2）糖蜜预处理

澄清：

加酸，加絮凝剂（石灰）

脱钙：

加Na2CO3

降低生物素含量（谷氨酸发酵中）

（1）去除生物素：

活性炭及树脂吸附

（2）拮抗生物素：

加表面活性剂（Tween60），阻止油酸合成

（3）加青霉素：

使细胞壁不完整

（4）菌种方面：

使用油酸或甘油缺陷型。

2.淀粉酸法、酸酶法及双酶水解的优缺点。

（1）酸法优点：

合适原料广泛，得到糖化液过滤性好

缺点：

反应条件比较强烈，设备要求高，副产物较多，对环境影响大

（2）酸酶法：

优点：

节省费用，缩短时间，纯度高，糖液色浅，容易结晶析出，用酸量少，产品质量高。

缺点：

设备要求高，反应不充分

（3）双酶水解:

优点：

（1）反应条件温和，不需高温、高压设备。

（2）副反应少，水解糖液纯度高。

（3）对原料要求粗放，可用粗原料并在较高淀粉乳浓度下水解。

（4）糖液颜色浅，质量高。

缺点：

需要更多的设备，且操作严格。

3.发酵罐分批灭菌的操作要点。

将配置好培养基打入生物反应器内进行实消，操作要点如下：

①定期检查设备、管道有无渗漏，主要是冷却管道，夹套。

②培养基升温时，打开所有的排气阀门，排冷空气。

当培养基的温度升到灭菌温度时，进入保温操作阶段，此时要求与反应器相连的所有管道出于两个状态：

进汽或出汽，目的是对管道进行灭菌。

③培养基升温时开动搅拌系统，以使培养基内部传热均匀，当温度升温到100℃（90℃）时，停止搅拌。

一方面是为了保护轴承，另一方面，当培养基的温度升温到100℃时，培养基的沸腾，可以起到搅拌作用。

④注意辅助设备的灭菌：

空气过滤器、计量罐、流加管道与流加液贮罐，空气流量计等。

⑤保温期间，要求罐压：

—，温度：

118—121℃，时间：

30分钟。

⑥灭菌结束后，需要立即引入无菌空气，保证罐内压力后方可冷却，目的是防止培养基的冷却使罐内形成负压，易染菌。

⑦配制培养基时，应充分考虑培养基在灭菌时的稀释（体积的增加），通常体积可增加20%左右，灭菌时间越长，体积增加的越多。

4.空气过滤器过滤除菌的原理

空气中的微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤维前进。

这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用，而将微粒拦截。

5.从发酵液提取目的代谢产物的工艺流程

（1）预处理与过滤：

改变发酵液物理性质。

（2）提取：

分离出目的物及其性质相似物。

（3）精制：

除去相似物，精炼目的。

（4）成品加工：

使用要求决定。

6.发酵过程中调节发酵液的pH值的方法

①添加CaCO3：

当用NH4+盐作为氮源时，可在培养基中加入CaCO3，用于中和NH4+被吸收后剩余的酸.

②氨水流加法：

氨水可以中和发酵中产生的酸，且NH4+可作为氮源，供给菌体营养。

③尿素流加法：

味精厂多用尿素，首先被菌体尿酶分解成氨，氨进入发酵液，使pH上升，当NH4+被菌体作为氮源消耗并形成有机酸时，发酵液pH下降，这时随着尿素的补加，氨进入发酵液，又使发酵液pH上升及补充氮源，如此循环，致至发酵液中碳源耗尽，完成发酵。

氨基酸发酵常用此法。

7.简述温度对发酵的影响。

温度对发酵的影响：

1、温度对微生物细胞生长的影响

2、温度对产物形成的影响

3、温度影响发酵液的物理性质

4、温度影响生物合成的方向

8.发酵生产微生物产物的基本工艺流程

9.工业生产对菌种有哪些的基本要求

1、可以在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需酶活力高，较短的发酵过程中高产有价值的发酵产品。

2、菌种的发酵培养基应价廉，来源充足，被转化为产品的效率高。

3、菌种不是病原菌，不产生有害的生物活性物质和毒素，以保证安全。

4、菌种发酵后，所产不需要的代谢产物少，而且产品相对容易地与不需要的

5、菌种的遗传特性稳定，菌种纯粹，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。

6、抗噬菌体能力强，不易感染噬菌体。

10.生产上通过哪些途径打破微生物固有的代谢调控，使代谢朝着人们希望的方向进行。

（一）应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节

1.赖氨酸发酵2.肌苷酸的生产

（二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节

（三）控制细胞膜的渗透性

1.通过生理学手段控制细胞膜的渗透性2.通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性

问答题

1.发酵液预处理的目的与方法

2.目的：

1）改善发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率。

2）分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后继各工序的顺利进行。

3）相对纯化。

方法：

（1）改变发酵液的过滤特性

①、降低液体粘度，②、调整pH③、絮凝与凝聚作用④、加入助滤剂⑤、加入反应剂

（2）、发酵液的相对纯化

①、高价无机离子的除去②、杂蛋白质的除去

3.发酵染菌的途径有哪些方面一旦发生染菌后如何处理

发酵过程杂菌污染的途径有：

种子带菌，无菌空气带菌（或空气过滤系统出问题），培养基和设备灭菌不彻底，设备渗漏及操作问题。

（1）种子培养期染菌

染菌的特点：

生产菌少，防御杂菌能力低，容易污染杂菌。

染菌后的处理：

全部废弃培养液

（2）发酵前期染菌

发酵前期最易染菌，且危害最大。

原因：

发酵前期菌量不很多，与杂菌没有竞争优势；且还未合成产物（抗生素）或产生很少，抵御杂菌能力弱。

染菌措施补救：

培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。

（3）发酵中期染菌

影响：

干扰产生菌的代谢，改变发酵液环境

措施：

降温培养，减少补料；提前放罐；串罐

（4）发酵后期染菌

已积累大量的产物，特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。

措施：

染菌不多，对生产影响不大；染菌严重，破坏性较大，可提前放罐

（5）T4感染后的挽救

更换菌种：

轮换菌株、抗性菌株；放罐重消，补料，接种；罐内灭菌

4.发酵产物的类型与分离提取方法如何选择

常用的方法有：

①吸附法：

对于抗生素等小分子物质可用吸附法，现在常用的吸附剂为大网格聚合物，另外还可用活性炭、白土、氧化铝、树脂等。

②离子交换法：

极性化合物则可用离子交换法提取，该法亦可用于精制。

③沉淀法：

沉淀法广泛用于蛋白质提取中，主要起浓缩作用，常用盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀和非离子型聚合物沉淀等方法。

沉淀法也用于一些小分子物质的提取。

④萃取法：

萃取法是提取过程中的一种重要方法，包括溶剂萃取、两水相萃取、超临界流体萃取、逆胶束萃取等方法，其中溶剂萃取法仅用于抗生素等小分子生物物质而不能用于蛋白质的提取，而两水相萃取法则仅适用于蛋白质的提取，小分子物质不适用。

⑤超滤法：

超滤法是利用一定截断分了量的超滤膜进行溶质的分离或浓缩，可用于小分子提取中去除大分子杂质和大分子提取中的脱盐浓缩等

5.何为孢子培养基、种子培养及发酵培养基工业生产上对制备上述各种培养基的基本要求包括哪些方面

1）孢子培养基

是供微生物生长繁殖、产生的孢子培养基。

常采用固体培养基，主要用培养放线菌、霉菌培养产生孢子。

培养基要求：

能使体微生物的生长繁殖速率快、产生的孢子量大、孢子的生活力强，不发生变异。

培养基营养不能太丰富，C源、N源适量，有机氮应稍低，否则造成营养生长过盛，不利于孢子的形成。

2）种子培养基

是用于使孢子萌发，菌体生长繁殖的培养基。

培养基营养要求：

速效C源，如葡萄糖；速效N源，铵盐、尿素、玉米浆、酵母膏、蛋白胨等。

3）发酵培养基

是指发酵工业中最后一次发酵用的培养基，即是供菌种生长繁殖、产物合成用的培养基。

发酵培养基应能使菌种迅速生长，达到一定的菌量后，又能使菌体迅速合成目的产物。

培养基营养要求：

除能满足菌体生长所需要的营养成分外，还要有产物所需的特定元素、前体、促进剂等。

6.发酵过程中可通过哪些途径提高发酵液的溶氧

发酵罐提高溶氧的方法有选择合理罐型，增加高径比，适当提高通气量，适当提高搅拌速度（搅拌罐）等方法。

7.生产上应注意哪些环节最大程度上提高次生代谢产物的产量。

1、使用诱导物

2、除去诱导物——选育组成型产生菌

3、降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生

4、解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株

5、解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株

6、防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株

7、改变细胞膜的通透性

8、筛选抗生素抗性突变株

9、选育条件抗性突变株

10、调节生长速率

11、加入酶的竞争性抑制剂