发酵课后思考100题Word下载.docx

1、交换完毕，再用少量的洗脱剂将谷氨酸洗下来，然后再浓缩洗脱液，通过结晶，沉淀等方法得到谷氨酸产品。6. 单蛋白是什么?它是怎么产生的？微生物菌体蛋白统称为单蛋白，大多是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。单蛋白的产生：在培养液配制及灭菌完成以后，将它们和菌种投放到发酵罐中，控制好发酵条件，菌种就会迅速繁殖；发酵完毕，用离心、沉淀等方法收集菌体，最后经过干燥处理，就制成了单蛋白成品。7. 哪些菌株可以用于生产单蛋白？单蛋白有什么用途？用于生产单细胞蛋白的微生物种类很多，包括细菌、放线菌、酵母菌、霉菌以及某些原生生物。这些微生物通常要具备下列条件：所生产的蛋白质等营养物质含量高，对人体无

2、致病作用，味道好并且易消化吸收，对培养条件要求简单，生长繁殖迅速等。 单蛋白广泛用于食品加工和饲料中。单细胞蛋白不仅能制成“人造肉”，供人们直接食用，还常作为食品添加剂，用以补充蛋白质或维生素、矿物质等。由于某些单细胞蛋白具有抗氧化能力，使食物不容易变质，因而常用于婴儿粉及汤料、作料中。干酵母的含热量低，常作为减肥食品的添加剂。此外，单细胞蛋白还能提高食品的某些物理性能，如意大利烘饼中加入活性酵母，可以提高饼的延薄性能。酵母的浓缩蛋白具有显著的鲜味，已广泛用作食品的增鲜剂。单细胞蛋白作为饲料蛋白，也在世界范围内得到了广泛应用。 8. 抗生素是什么？它是怎样产生的？抗生素是微生物的次级代谢物，具

3、有抑制其他菌生长或杀死其他菌的化学物质。细菌、真菌、放线菌、高等植物、动物都能产生抗生素。抗生素可由天然生成，也可化工合成或是半化工合成。9. 简述抗生素的发酵提取过程抗生素的生产工艺流程：菌种-孢子制备（包括罐内）-种子制备-发酵-发酵液预处理-提取及精制-成品检验-成品包装。10. 发酵工程与发展养殖业有哪些关系由微生物发酵生产的酶制剂、单体氨基酸、 维生素、抗生素和益生菌微生物制剂等饲料添加剂对于养殖业的发展带来了很大的帮助，它们促进家畜对营养的吸收，提高产量，并且具有维持动物肠道的菌群平衡、提高动物生产性能、减少肠道病原微生物和净化畜舍环境的积极作用。 在水产养殖业方面，利用发酵工程生

4、产的微生态制剂还可以有效地改善水质，促进水产养殖业的发展。11. 现代发酵工程与传统发酵工程的区别 答: 传统发酵工程是作坊式的发酵制作，是靠传统经验生产发酵产品，体力劳动繁重，生产规模小，不易实现工业生产。现代发酵工程比传统发酵工程拓宽了领域，采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定性能，大规模的产生目的产物，例如基因工程育种、抗生素、氨基酸、酶的生产等等。传统发酵工程现在成了发酵工程的一个分支叫酿造技术。12. 举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点？常见的微生物大规模产品有：A.蛋白酶表达产物一般分泌至胞外，能利用廉价的氮源，生长温度较高，生长速度快,纯化、分离及分析快速；

5、安全性高，得到FDA的批准的菌种。B.单细胞蛋白生长迅速，营养要求不高，易培养，能利用廉价的培养基或生产废物。适合大规模工业化生产，产量高，质量好。C. 不饱和脂肪酸生长温度较低，安全性高，能利用廉价的碳源，不饱和脂肪酸含量高D.抗生素生产性能稳定，产量高，不产色素，能利用廉价原料F. 氨基酸 代谢途径比较清楚，代谢途径比较简单12.工业化菌种的要求？答：工业化菌种的要求有：A能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物B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C. 遗传性能要相对稳定D. 不易感染它种微生物或噬菌体E. 产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好

6、与致病菌无关）F. 生产特性要符合工艺要求13.生产抗生素的微生物能不能生产氨基酸？不能。工业生产的产品都是对应的特定微生物来生产的，有的甚至利用基因修饰促进产量的提高，微生物一般不能通用。14.讨论：微生物（包括动、植物）可以生产我们所需的一切产品，但是涉及到工业化生产，对于某一种特定的产品，为何只有特定的微生物才具有大量表达的潜力？在不同的环境条件下，微生物细胞对遗传信息作选择性的表达，实现代谢的自动调节。代谢的协调能保证在任何特定时刻、特定的细胞空间，只合成必要的酶系（参与代谢的多种酶）和刚够用的酶量。一旦特定物质的合成达到足够的量，与这些物质合成有关的酶就不再合成了。并且，已合成的酶的

7、活力受到许多调节机制的控制，以确保新陈代谢全面协调，、为细胞的经济运行提供保证。因此，细胞固有的生产关系支持细胞自身的增殖（生产细胞），不支持（人的）目的产物的过量生产（生产特定的初级代谢产物）。而工业化生产要求特定表达某种或某类物质，只有正常代谢被打破，代谢协调失常的微生物才能达到要求15.自然界分离微生物的一般操作步骤？操作步骤：样品的采取预处理培养菌落的选择初筛复筛性能的鉴定菌种保藏16.从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？自然界中目的微生物含量很少，非目的微生物种类繁多，进行富集培养，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境

8、下的优势种，使筛选变得可能。17.菌种选育分子改造的目的？分子改造的目的有：1）防止菌种退化;2）解决生产实际问题;3）提高生产能力;4）提高产品质量;5）开发新产品.18.以目前的研究水平，土壤中能够培养的微生物大概占总数的多少？什么是16sRNA同源性分析？目前能够培养的微生物不到总数的1%。以16sRNA为靶基因，设计引物，建立pcr扩增体系，再通过DNA测序进行细菌同源性分析。19.什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？自然选育就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。自然选育在工业生产上的意义：自然选育可以有效地用于高性能突变株的分离。然选育虽然突变率很低，但却

9、是工厂保证稳产高产的重要措施。20.什么是正突变？什么是负突变？什么是结构类似物？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。生产上希望看到的，对生产有利，这种突变成为正突变。 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，因而在代谢调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。21. 什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？ 诱变育种是指用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新的品种或种质的育种方法。诱变剂有两大类：物理诱变剂和化学诱变剂。常用的物理诱变剂有紫外

10、线、x射线、射线（如Co60等）、等离子、快中子、射线、射线、超声波等。常用的化学诱变剂有碱基类似物、烷化剂、羟胺、吖定类化合物等。22. 什么是基因的重组？什么是基因的直接进化？二者有何区别？基因的重组：是由于不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合，形成新DNA分子的过程基因的直接进化：在分子水平上，对目标基因直接处理，然后通过高通量的筛选方法，提高目标蛋白的性能。基因的直接进化，可使已有基因获得新的特性，可获得自然界中不存在的基因，可解决许多新的理论和应用问题 23. 何为培养基？发酵培养基的特点和要求？培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物

11、质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。培养基能够满足产物最经济的合成。发酵后所形成的副产物尽可能的少。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。/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。必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。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。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。有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。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，

12、降低能耗。24. 发酵生产用的碳源有哪些？常用的糖类有哪些，各自有何特点？碳源:糖类（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（动、植物油）、有机酸（琥珀酸、柠檬酸、乳酸、乙酸等）和低碳醇（甲醇、乙醇等）。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糖蜜，是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。主要含有蔗糖，总糖可达50%75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。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。淀粉、糊精，缺点：难利用、发酵液比较稠、一般2.0%时加入一定的-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、

13、价格低，可以解除葡萄糖效应。25. 什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？ 无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。26. 发酵生产常用的无机氮源和有机氮源有哪些？有机氮源在发酵培养基中的作用？常用的有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、蛋白胨等；常用的无机氮源有氨水、铵盐和硝酸盐。有机氮源在发酵培养基中的作用有：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐

14、及生长因子。诱导某些酶的 27. 什么是前体？前体增加的方式？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。前体使用时普遍采用流加的方法 28. 什么是生长因子？生长因子的来源？凡是微生物生长不可缺少而细胞自身不能合成的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。有机氮源是这些生长因子的重要来源 29. 什么是产物促进剂？产物促进剂举例？ 是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。如：链霉素生产加巴比妥，赖氨酸生产加红霉素等。如加入微

15、量的“九二O”可以促进某些放线菌的生长，缩短发酵周期，提高抗生素的产量，因此起到生长因素的作用。还有在四环素发酵中加入硫氰化苄，菌体呼吸强，糖代谢快，而抗生素合成受阻，所以降低菌体呼吸，产量就会提高。30. 什么是理论转化率和实际转化率？ 理论转化率是指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，所得出的转化率的大小。实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小 31. 培养基设计的一般步骤？1.根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基成分；2.通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；3.当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，

16、为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。32. 培养基成分选择考虑的问题？1.菌种的同化能力2.代谢的阻遏和诱导3.合适的C、N比4.pH的要求 33. 举例说明培养基设计的方法和步骤？在微生物学研究和生产实践中，配制合适的培养基是一项最基本的工作。但是，许多工作不但要求我们去选用一种现成的培养基，而且还经常要求亲自去设计一种更合适的培养基，这就要求人们除了熟悉微生物的营养知识和规律外，还要有一套科学的设计培养基所应遵循的基本原则和方法。不巧的是，在一般的书籍中，这方面的内容不易找到。为此，这里根据自己的体会，提出了四个原则和四种方法，以作为总结这类工作的一个尝试。（1）四个原则 1目的明

17、确在设计新培养基前，首先要明确配制该培养基的目的，例如，要培养何菌？获何产物？用于实验室作科学研究还是用于大规模的发酵生产？作生产中的“种子”，还是用于发酵？等等。 如果某培养基将用于实验室研究，则一般不必过多地计较其成本。但必须明确对该培养基是作一般培养用，还是作精细的生理、代谢或遗传等研究用。如属前者，可尽量按天然培养基的要求来设计，如系后者，则主要应考虑设计一种组合培养基（即“合成培养基”，详后）。拟培养的微生物对象也十分重要。不同大类的微生物，对培养基中碳源与氮源间的比例、pH的高低、渗透压的大小、生长因子的有无以及特殊成分的添加等都要作相应的考虑。如果某培养基将用于大规模的发酵生产上

18、，则用作“种子”的培养基，一般其营养成分宜丰富些，尤其氮源的含量应较高（即CN比低）；相反，如拟用作大量生产代谢产物的发酵培养基，则从总体来说，它的氮源含量宜比“种子”培养基稍低（即CN比高）。除了对不同类型的微生物应考虑其特定条件外，在设计发酵培养基时，还应特别考虑到生产的代谢产物是主流代谢产物，或是次生代谢产物。如属主流代谢产物（一般指通过主要代谢途径产生的那些结构较简单、产量较高、价值较低的降解产物），则生产不含氮的有机酸或醇类时，培养基中所含的碳源比例自然要比生产含氮的氨基酸类产物时高，反之，生产氨基酸类含氮量高的代谢产物时，氮源的比例就应高些。如属生产次生代谢产物（一般是指通过复杂合

19、成途径产生的那些结构复杂、产量低、价值高的合成产物），例如抗生素、维生素或赤霉素等，则还要考虑是否在其中加入特殊元素（如维生素B12中的Co）或特定前体物质（如生产苄青霉素时加入的苯乙酸）。2营养协调通过菌体成分的分析，可知道在各种微生物的细胞中，其不同成分或元素间是有较稳定比例的；另外，在异养微生物中，碳源还兼作能源，而能源的需要量是很大的。这两点就是确定培养基中各种营养要素的数量和比例的重要依据。此外，如果设计的培养基是用于生产大量代谢产物的，那么，它所需耗费的营养物的量也要在设计培养基时予以充分考虑。 业已清楚，在大多数化能异养菌的培养基中，各营养要素间在量上的比例大体符合以下十倍序列的

20、递减规律：要素：H2OC+能源N源P、SK、Mg生长因子含量：（10-1）（10-2）（10-3）（10-4）（10-5）（10-6）从中可以看出：水分含量最高，这是因为微生物多数是水生性的，它们的aw值（详后）高；碳源的含量其次，这是因为碳元素在任何细胞有机物中都是含量最高的，同时，碳源还兼有能源的作用，而能源的消耗量是很大的；N、P、S、K、Mg的含量依次递减，这是与它们分别在细胞组分中的含量是相符的；生长因子的量最少，这是与它的生理功能相一致的。在上述序列中，碳源与氮源间的相对比例即碳氮比（CN比），它有着十分重要的意义。严格地讲，CN比是指在微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮

21、源中氮原子的摩尔数之比，而不能简单地理解为某碳源的重量与某氮源的重量之比。这是因为，不同种类的碳源或氮源，其中的含碳量或含氮量差别很大，从以下五种常用氮源的含氮量占总重量的比例即可明白其中的道理：NH3（含氮量82）CO（NH2）2（46）NH4NO3（35）（NH4）2CO3（29.2）（NH4）2SO4（21）这说明在同样重量时，在以上各氮源中含氮量以氨为最高，尿素次之，硝酸铵和碳酸铵更次之，而硫酸铵则最低。据记载，一般培养基的CN比为1000.52；谷氨酸发酵培养基为1001121，放线菌蛋白酶培养基为1001020。3物理化学条件适宜（1）pH 各大类微生物一般都有它们合适的生长pH范

22、围。细菌的最适pH在7.08.0间，放线菌在7.58.5间，酵母菌在3.86.0间，而霉菌则在4.05.8间。对于具体的微生物种来说，它们都有特定的最适pH范围，有时可大大突破上述一般界限。由于在微生物生长繁殖过程中会产生引起培养基pH改变的代谢产物，尤其是不少的微生物有很强的产酸能力，如不适当地加以调节，就会抑制甚至杀死其自身，因而在设计它们的培养基时，就要考虑到培养基的pH调节能力。这种通过培养基内在成分发挥的调节作用，就是pH的内源调节。内源调节主要有以下两种方法：第一种是采用磷酸缓冲液的方式。调节K2HPO4和KH2PO4两者浓度比就可获得从pH6.0至7.6间的一系列稳定的pH，当两

23、者为等摩尔浓度比时，溶液的pH可稳定在pH6.8。其反应原理如下：K2HPO4HClKH2PO4KClKH2PO4KOHK2HPO4H2O第二种是采用加入CaCO3作“备用碱”的方式。CaCO3在水溶液中溶解度极低，加入至液体或固体培养基中时，不会使培养液的pH升高。但当微生物生长过程中不断产酸时，它就逐渐被溶解，并发生以下反应： 因为CaCO3是不溶性且是沉淀性的，故在配成的培养基中分布很不均匀，如因实验需要，也可用NaHCO3来调节： 与内源调节相对应的是外源调节，这是一种按实际需要不断流加酸液或碱液到培养液中去的调节方法。（2）渗透压和aw 渗透压（osmoticpressure）是可用

24、压力来量度的一个物化指标，它表示两种浓度不同的溶液间被一个半透性薄膜隔开时，稀溶液中的水分子会透过此膜到浓溶液中去，直到浓溶液产生的机械压力足以使两边的水分子进出达到平衡为止，这时由浓溶液中的溶质所产生的机械压力，即为渗透压。渗透压的大小是由溶液中所含有的分子或离子的质点数所决定的，等重的物质，其分子或离子越小，则质点数越多，因而产生的渗透压就越大。等渗溶液适宜微生物的生长，高渗溶液会使细胞发生质壁分离，而低渗溶液则会使细胞吸水膨胀，对细胞壁脆弱或丧失的各种缺壁细胞（如原生质体、球状体，支原体）来说，在低渗溶液中还会破裂。微生物在其长期的进化过程中，发展出一套高度适应渗透压的特性，尤其会通过体

25、内大分子贮藏物的合成或分解的方式来适应。据测定，革兰氏阳性细菌的内渗透压约可达到20个大气压，而革兰氏阴性细菌也可达到510个大气压。比渗透压更有生理意义的一个物化指标是aw即水活度（wateractivity）。它表示在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。要定量地表示水活度，则其含义为：在同温同压下，某溶液的蒸汽压（P）与纯水蒸汽压（P0）之比。因此，aw也等于该溶液的百分相对湿度（ERH，equilibriumrelativehumidity）值。即：各种微生物生长繁殖范围的aw值在0.9980.6之间。知道了各类微生物生长的aw值，不仅有利于设计它们的培养基，而且对防止食

26、物的霉腐也有重要的意义。 （3）氧化还原势 氧化还原势（redoxpotential）又称氧化还原电位，是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是V（伏）或mV（毫伏）。氧化还原势的表示方法Eh或rH2两种。Eh指以氢电极为标准时某氧化还原系统的电极电位值。标准氢电极是一个半电池，它由pH为零的HCl溶液、涂满铂黑的铂箔电极和用压力为1个大气压的氢所组成的。在这种条件下，此标准氢电极的电极电位等于零。在溶液中的某氧化还原偶，当其氧化型和还原型的浓度相等时，所产生的氧化还原势可用E0表示。任何氧化还原系统所产生的氧化还原势明显地受pH的影响。在生物体系中，常用

27、E来表示pH为7时某氧化还原偶的氧化还原势。氢电极E的上限是+0.82V，它出现在高氧且没有氧消耗的环境中，下限为-0.42V，出现在富含氢的环境中。任何一对由氧化态物质与还原态物质组成的氧化还原偶，在pH等于7的情况下会产生一定的氧化还原势，其数值可借它与一个标准氢电极间所呈现出来的电位差值来测出。由于氢电极在使用时极感不便，因此，实际上常用甘汞电极作参比电极来进行测定。某一氧化还原系统在30下所产生的氧化还原势数值为：上式中的n为反应中所传递的电子数，ox为测定系统中某氧化态物质的浓度，red为该还原态物质的浓度。rH2表示氢分子浓度的负对数，这一概念与pH是氢离子浓度的负对数的概念有类似

28、之处。其数值为： rH2的范围自0（氢浓度等于1个大气压）至42.6（氧浓度为1个大气压）。这就意味着，某溶液的rH2值越低，它的还原力越强，反之，如rH2值越高，则其氧化性越强。从式中还可以看出Eh、rH2与pH值三者间的关系。当Eh值不变时，pH值越高，rH2亦越高，pH值越低，则rH2值亦越低。在许多氧化还原系统中，每降低一个pH值，就相当于提高Eh值0.06V。就像微生物与pH的关系那样，各种微生物对其培养基的氧化还原势也有不同的要求。一般地说，适宜于好氧微生物生长的Eh值为+0.3+0.4V，它们在Eh值为0.1V以上的环境中均能生长；兼性厌氧微生物在0.1V以上时进行好氧呼吸，在+

29、0.1V以下时则进行发酵；厌氧微生物只能在+0.1V以下才能生长。微生物的培养基常常是一个具有多对氧化还原偶的复杂电化学系统，这时所能测出的Eh值仅代表了它们的综合结果。在各对氧化还原偶中，对微生物生长繁殖影响最大的是分子氧与分子氢的浓度，它们对严格厌氧菌的影响尤为重大。要培养它们，除了在配制培养基、灭菌、接种和培养等一切操作过程中必须采用严格厌氧技术以去除氧气外，还要在培养基中加入一定量的还原剂，例如可用巯基乙酸（0.010.20）、抗坏血酸（0.1）、硫化钠（0.025）、半胱氨酸（0.05）、葡萄糖（0.11.0）、铁屑、谷胱甘肽、氯化高铁血红素、二硫苏糖醇或庖肉（瘦牛肉小块）等来降低它的氧化还原势值。据测定，加了铁屑的培养基，其Eh值可降到0.40V的水平。除测定电极电位外，培养基中的Eh值还可使用氧化还原指示剂如刃天青（resazurin）等来测定。刃天青在培养基中的加入量一般为1m