发酵工程复习题看了过关没问题.docx

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发酵工程复习题看了过关没问题

1.孢子培养基

定义：

孢子培养基是指供孢子发芽生长出大量菌丝体，或不产孢子的菌种繁殖出大量细胞，并且具有较高的活力和纯度的培养基。

基本配制要求：

第一，营养不要太丰富（特别是有机氮源），否则不易产孢子；

第二，所用无机盐的浓度要适量，不然也会影响孢子量和孢子颜色；

第三，要注意孢子培养基的pH和湿度。

种子培养基

定义：

种子培养基是直接为发酵提供种子的培养基。

基本要求：

营养成分要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，这样时达到较高的溶解氧，供大量菌体生长繁殖。

发酵培养基

定义：

发酵培养基是供菌种生长繁殖和合成发酵产物的培养基

基本要求：

发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前体和促进剂等。

2.自然选育

定义：

在生产过程中不经过人工处理，利用菌种的自发突变，选育出优良菌种的过程

自然突变有两种情况：

一种是我们生产上所不希望看到的，表现为菌株的衰退和生产质量的下降，这种突变成为负突变。

另一种是我们生产上希望看到的，对生产有利，这种突变成为正突变。

诱变育种

定义：

利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促使其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目标的突变株用于生产和研究

诱变剂：

能够提高生物体突变频率的物质称为诱变剂

物理：

紫外，快中子化学：

硫酸二乙酯，亚硝基胍

3.反馈调节有两种主要的调节作用——反馈抑制和反馈阻遏。

反馈抑制作用是末端代谢产物抑制其合成途径中参与前几步反应的酶（通常是第一步反应的酶）活性的作用；

反馈阻遏作用是末端代谢产物阻止整个代谢途径酶的合成作用.

菌种退化：

通常是指在较长时期传代保藏以后，菌株的一个或多个生理性状和形态征逐渐减退或消失的现象

结构类似物：

在化学和空间结构上和代谢的中间物（终产物）相似，因而在代谢节方面可以代替代谢中间物（终产物）的功能，但细胞不能以其作为自身的营养物质。

前体：

是指一些添加到培养基中的物质，他们并不促进微生物的生长，但能直接通过微生物的生物合成过程结合到产物分子上去，自身结构基本不变，而产物产量却因此有较大的提高。

4分解代谢物阻遏的分子机制

⑴分解代谢物抑制腺苷酸环化酶的活性，使环状3’,5’－腺苷三磷酸（cAMP）浓度较低。

⑵cAMP促进可诱导酶的大量合成，是操纵子转录所必须的，提高转录的频率。

5.种子扩大培养的概念:

种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。

这些纯种培养物称为种子。

种子扩培的目的：

①接种量的需要

②菌种的驯化

③缩短发酵时间、保证生产水平

种子的要求：

①总量及浓度能满足要求

②生理状况稳定，个体与群体

③活力强，移种至发酵后，能够迅速生长

④无杂菌污染

一般步骤：

休眠孢子→母斜面活化→摇瓶种子或茄子瓶斜面或固体培养基孢子→一级种子罐→二级种子罐→发酵罐

6.共价修饰：

指蛋白质分子中的一个或多个氨基酸残基与一化学基团共价连接或解开，使其活性改变的作用，从而引起酶活性的激活或抑制。

别构调节：

变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但它可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价结合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑制的作用。

这类酶通常称为变构酶，由于变构剂与变构中心的结合而引起酶活性改变的现象则称为变构调节作用。

7按状态分：

状态参数和间接状态参数

状态参数有pH、DO、溶解CO₂、尾气O₂、粘度、菌体浓度等。

在各种状态参数中pH和溶解氧是最重要和用的》

间接状态参数有生长速率、摄氧量、CO₂释放速度、呼吸商、体积氧传质速率、氧得率系数等

代谢参数按性质分可分三类：

物理参数：

温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等；

化学参数：

基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、、核酸量等；

生物参数：

菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等。

发酵过程中常测定的常数

温度，pH，通气和搅拌，泡沫，二氧化碳和呼吸熵，菌体浓度

8分批发酵是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。

补料分批发酵是指在微生物分批发酵过程中，以某种方式向发酵系统中补加一定物料，但并不连续地向外放出发酵液的发酵技术，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术。

连续发酵是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。

9诱变育种过程

10菌种衰退产生的原因

1.保藏不恰当2.传代次数过多3.发生回复突变4.培养条件不适合

防止菌种衰退的方法

1.作好菌种保藏工作2.尽可能使每次培养条件适合而一致

3.尽量减少传代次数4.应使用幼龄菌培养

菌种衰退的常见现象

1.菌落和细胞形态的改变

2.生长速度缓慢，产孢子越来越少

3.抵抗力、抗不良环境能力减弱等

4.代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降

11工业菌种的要求

能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物

有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强

遗传性能要相对稳定

不易感染它种微生物或噬菌体

产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）

生产特性要符合工艺要求

12.碳源

提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分

提供合成目的产物所必须的碳成分

（1）葡萄糖

所有的微生物都能利用葡萄糖

但是会引起葡萄糖效应

（2）糖蜜

除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。

（3）淀粉、糊精

使用条件：

微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类

缺点：

难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶

成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。

优点：

来源广泛、价格低

难利用，可以解除葡萄糖效应

氮源

常用的氮源可分为两大类：

有机氮源和无机氮源。

（1）无机氮源

种类：

氨盐、硝酸盐和氨水

特点：

微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。

但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化

（2）有机氮源

种类有花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、蛋白胨等

特点：

成分复杂，除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子诱导某些酶的产生。

其作用：

满足菌体生长，稳定和调节发酵过程中的pH

13比耗氧速度或呼吸强度（QO2）：

单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气，mmolO2·g菌-1·h-1

14.发酵工业培养基的基本要求

①培养基能够满足产物最经济的合成。

②发酵后所形成的副产物尽可能的少。

③培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运，适合大规模储藏，能保证生产上的供应。

④/所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等.

⑤必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。

⑥有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。

⑦有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。

⑧有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。

⑨所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。

15氧饱和度＝发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度

临界溶氧浓度（CCr）:

指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度

饱和溶氧浓度：

在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解（mol/m3）一般对于微生物：

CCr:

＝1～15%饱和浓度

所以对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧饱和度>1.

16.影响需氧的因素

菌体浓度遗传因素菌龄营养的成分与浓度有害物质的积累培养条件

17微生物生长阶段可分为

延滞期对数期稳定期衰亡期

其中次级代谢产物是在稳定期形成

18抗生素：

它是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌等）或动植物等在其生命活动过程中所产生的次级代谢产物或经其他方法（生物化学或半合成）衍生的，在一定浓度下，具有抑制或杀灭病原体的一类化学物质

酶活力单位是指在特定条件（25℃，其它为最适条件）下，在1分钟内能转化1微摩尔底物的酶量，或是转化底物中1微摩尔的有关基团的酶量。

19发酵过程中pH会不会发生变化为什么？

发酵过程中pH是不断变化的

1）糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。

糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一

2）氮代谢当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。

3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降

4）某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。

如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。

5）菌体自溶 pH上升，发酵后期，pH上升

6）杂菌的污染，pH下降

 pH对发酵的影响表现在

（1）pH影响酶的活性。

当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻。

（2）pH影响微生物细胞膜所带电荷。

从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。

（3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。

（4）pH值影响代谢方向。

pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。

例如黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。

谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。

（5）pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响。

20同上

21.

（1）最佳pH的确定

配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况

（2）pH的控制方式

Ø基础培养基调节pH

Ø在基础料中加入维持pH的物质

Ø通过补料调节pH

Ø当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH

Ø选择合适的pH调节剂

Ø发酵的不同阶段采取不同的pH值

22分为四类

嗜冷菌适应于0～260C嗜温菌适应于15～430C

嗜热菌适应于37～650C嗜高温菌适应于650C以上

（2）微生物对温度的要求不同与它们的膜结构物理化学性质有密切关系

根据细胞膜的液体镶嵌模型，细胞在正常生理条件下，膜中的脂质成分应保持液晶状态，只有当细胞膜处于液晶状态，才能维持细胞的正常生理功能，使细胞处于最佳生长状态

（3）发酵过程引起温度变化的因素

发酵热是引起发酵过程温度变化的原因

Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射

（4）温度对发酵的影响

Ø温度影响酶的活性，进而影响代谢产物的合成

Ø温度还影响基质溶解度

（5）最适温度的选择

Ø根据菌种及生长阶段选择

①在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；

②在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。

因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。

③发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。

Ø根据培养条件选择

①通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。

②培养基稀薄时，温度也该低些。

因为温度高营养利用快