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发酵工程试题及答案


发酵工程
一、名词解释 1、分批发酵:在发酵中,营养物和菌种一次加入进行培养,直到结束放出,中间除了空气 进入和尾气排出外,与外部没有物料交换。 2、 补料分批发酵:又称半连续发酵,是指在微生物分批发酵中,以某种方式向培养系统不 加一定物料的培养技术。 3、絮凝:在某些高分子絮凝剂的作用下,溶液中的较小胶粒聚合形成较大絮凝团的过程。

二、填空 1、 生物发酵工艺多种多样,但基本上包括菌种制备、种子培养、发酵和提取精制等下游 处理几个过程。 2、 根据过滤介质截留的物质颗粒大小的不同,过滤可分为粗滤、微滤、超滤和反渗透四大 类。 3、 微生物的育种方法主要有三类:诱变法,细胞融合法,基因工程法。 4、 发酵培养基主要由碳源,氮源,无机盐,生长因子组成。 5、青霉素发酵生产中,发酵后的处理包括:过滤、提炼,脱色,结晶。 6、利用专门的灭菌设备进行连续灭菌称为连消,用高压蒸汽进行空罐灭菌称为空消。 7、可用于生产酶的微生物有细菌、真菌、酵母菌。 常用的发酵液的预处理方法有酸化、加热、加絮凝剂。 8、 根据搅拌方式的不同, 好氧发酵设备可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐两种。 9、依据培养基在生产中的用途,可将其分成孢子培养基、种子培养基、发酵培养基三种。 10、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。 11、发酵工程的主要内容包括生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及 产物的分离、提取与精制。 12、发酵类型有微生物菌体的发酵、微生物酶的发酵、微生物代谢产物的发酵、微生物转 化发酵、生物工程细胞的发酵。 13、发酵工业生产上常用的微生物主要有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌。 14、 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。 15、根据操作方式的不同,液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵、补料分批发酵。 16、分批发酵全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、接种、发酵过程、放罐和洗罐, 所需的时间总和为一个发酵周期。

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17、分批发酵中微生物处于限制性的条件下生长,其生长周期分为延滞期、对数生长期、稳 定期、衰亡期。 18、根据搅拌的方式不同,好氧发酵设备又可分为机械搅拌式发酵罐、通风搅拌式发酵罐。 19、下流加工过程由许多化工单元操作组成,通常可以分为发酵液预处理和固液分离、提 取、精制及成品加工四个阶段。 20、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。 21、微生物发酵产酶步骤为先选择合适的产酶菌株、后采用适当的培养基和培养方式进行 发酵、微生物发酵产酶、酶的分离纯化、制成酶制剂。

三、判断 1、 微生物发酵的最适氧浓度与临界氧浓度的概念是完全一样的(×) 2、 从微生物中发现的抗生素,有约 90%是由放线菌产生的。 (×) 3、在微生物杀虫剂中,引用最广泛的是苏云金芽孢杆菌,他用来毒杀鳞翅目和双翅目的害 虫。 (√) 4、分批发酵又称为半连续发酵。 (×) 5、青霉素是由放线菌产生的。 (×) 6、培养基的连续灭菌称为空消(×) 7、在微生物杀虫剂中,引用最广泛的是苏云金芽孢杆菌,他用来毒杀鳞翅目和双翅目的害 虫。 (√) 8、在分批发酵中,最好的收获期是指数生长期。 (×) 9、奶制品的发酵主要是一种叫大肠杆菌的微生物的作用。 (×) 10、固体垃圾进行填埋处理时,必须留有排气孔。 (√) 11、 目前, 人们把利用微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产 物的过程称为发酵。(√) 12、 在微生物菌体的对数生长期所产生的产物如氨基酸、 核苷酸等是菌体生长繁殖所必须的, 这些产物叫初级代谢产物。(√) 13、 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。(√) 14、发酵过程中需要防止杂菌污染,大多数情况下设备需要进行严格的冲洗、灭菌,但空气 不需要过滤。(×) 15、酵母菌是兼性厌氧微生物,它在缺氧条件下进行厌氧性发酵积累酒精,在有氧天津下进 行好氧发酵,大量产生菌体细胞。(√)
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16、发酵工业中常用的细菌有:枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等。 (√) 17、发酵培养基的组成和配比由于菌种不同、设备和工艺不同等有所差异,但都包括碳源、 氮源、无机盐类、生长因子等几类。(√) 18、发酵产物的产量与成品的质量,与菌种性能及 孢子和种子的制备情况密切相关。 (√) 19、在发酵过程中要控制温度和 pH,对于需氧微生物还要进行搅拌和通气。(√) 20、通用式发酵罐和自吸式发酵罐是机械搅拌式发酵罐。(√)

四.简答 1、工业上常用的菌种保藏方法? ①斜面冰箱保藏法; ②沙土管保藏法; ③石蜡油封保藏法; ④真空干燥冷冻保藏法; ⑤液氮超低温保藏法 2、发酵培养基由哪些成份组成? (1)碳源 构成菌体和产物的碳架及能量来源 (2)氮源 构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养物质 (3)无机盐和微量元素 (4)生长因子 (5)水、产物形成的诱导物、前体和促进剂 3、根据操作方式的不同,发酵类型主要分成哪几种? (1)分批发酵 (2)连续发酵 (3)补料分批发酵 (4)固体发酵 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。 (3)微生物代谢产物发酵:初级代谢产物、次级代谢产物。

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(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。 5、简述发酵技术特点 ①发酵过程以生命体的自动调节方式进行,数十个反应过程能够在发酵设备中一次完成; ②在常温常压下进行,条件温和,能耗少,设备较简单; ③原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主,可以是农副产品、工业废水或可再生资源, 微生物本身能有选择地摄取所需物质; ④容易生产复杂的高分子化合物, 能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、 还原、 官能团引入或去除等反应; ⑤发酵过程中需要防止杂菌污染,大多情况下设备需要进行严格的冲洗、灭菌,空气需要 过滤等。

五、论述 1.论述液体深层发酵有哪些优点?发酵方式分为几类? 优点: ①是很多微生物的最适生长环境; ②菌体及营养物、产物易于扩散,使在均质或拟均质条件下进行,便于控制,易于扩大生产 规模; ③液体输送方便,易于机械化操作; ④厂房面积小,生产效率高,易自动化控制,产品质量稳定; ⑤产品易于提取、精制等。 方式: (1)分批发酵 :营养物和菌种一次加入进行培养,直到结束放罐,中间除了空气进入和尾 气排出,与外部没有物料交换。 (2)连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基,同时以相同的速度流出培养 液,从而使发酵罐内的液量维持恒定,微生物在稳定状态下生长。可以有效地延长分批培养 中的对数期。 (3)补料分批发酵又称半连续发酵,是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术,是
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指在微生物分批发酵中,以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。 可以使培养液 中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内, 既保证微生物的生长需要, 又不造成不利影 响,从而达到提高产率的目的。

第二套
一、名称解释 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 3、 菌浓度的测定 是衡量产生菌在整个培养过程中菌体量的变化, 一般前期菌浓增长很快, 中期菌浓基本恒定。补料会引起菌浓的波动,这也是衡量补料量适合与否的一个参数。 4、搅拌热 :在机械搅拌通气发酵罐中,由于机械搅拌带动发酵液作机械运动,造成液体 之间,液体与搅拌器等设备之间的摩擦,产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关 5、分批培养 :简单的过程,培养基中接入菌种以后,没有物料的加入和取出,除了空气 的通入和排气。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。 6、接种量 : 移入种子的体积 接种后培养液的体积 7、比耗氧速度或呼吸强度 单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气,mmol O2?g 菌 -1?h-1 8、次级代谢产物 是指微生物在一定生长时期,以初级代谢产物为前体物质,合成一些对

接种量= —————————

微生物的生命活动无明确功能的物质过程,这一过程的产物,即为次级代谢产物。 9、实罐灭菌 实罐灭菌(即分批灭菌)将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中,通入 蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间, 在冷却到接种温度, 这一工艺过 程称为实罐灭菌,也叫间歇灭菌。 10、种子扩大培养 :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。

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11、初级代谢产物

是指微生物从外界吸收各种营养物质,通过分解代谢和合成代谢,生

成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。这一过程的产物即为初级代谢产物。 12、倒种 :一部分种子来源于种子罐,一部分来源于发酵罐。 P 147 13、维持消耗(m) 指维持细胞最低活性所需消耗的能量,一般来讲,单位重量的细胞在 单位时间内用于维持消耗所需的基质的量是一个常数。 14、产物促进剂 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 15、补料分批培养 :在分批培养过程中补入新鲜的料液,以克服营养不足而导致的发酵过 早结束的缺点。 在此过程中只有料液的加入没有料液的取出, 所以发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所 增加。在工厂的实际生产中采用这种方法很多。 16、发酵热 :所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢?在发酵过 程中产生菌分解基质产生热量,机械搅拌产生热量,而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走 热量。 这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。 发酵热引起发酵液的温 度上升。发酵热大,温度上升快,发酵热小,温度上升慢。 17、染菌率 总染菌率指一年发酵染菌的批(次)数与总投料批(次)数之比的百分率。 染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌,又再次染菌的批次数在内 18、连续培养 : 发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量的发酵液,使发酵罐内的体 积维持恒定。 达到稳态后,整个过程中菌的浓度,产物浓度,限制性基质浓度都是恒定的。 19、临界溶氧浓度 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度 20、回复突变 由突变型回到野生型的基因突变 21、种子 见种子扩大培养 22、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。 23、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、填空题
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1、 微生物发酵培养(过程)方法主要有 分批 培养、补料分批 培养、连续 培养、半连 续 培养四种。 2、 微生物生长一般可以分为:调整期、对数期、稳定期和衰亡期。 3、 发酵过程工艺控制的只要化学参数 溶解氧、PH、核酸量等. 4、 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。 5、 菌种分离的一般过程 采样、富集、分离、目的菌的筛选。 6、 富集培养目的就是让 目的菌 在种群中占优势,使筛选变得可能。 7、 根据工业微生物对氧气的需求不同,培养法可分为 好氧培养 和 厌氧培养 两种。 8、 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。 9、 常用灭菌方法:化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌 10、 常用工业微生物可分为: 细菌、 酵母菌、 霉菌、 放线菌四大类。 11、 发酵过程工艺控制的代谢参数中物理参数 温度、压力、搅拌转速、功率输入、流加 数率和质量 等 12、 环境无菌的检测方法有:显微镜检查法、肉汤培养法、平板培养法、发酵过程的异常 观察法等 13、 染菌原因: 发酵工艺流程中的各环节漏洞和发酵过程管理不善两个方面。 14、 实验室中进行的发酵菌液体发酵方式主要有四种:试管液体培养、浅层液体培养、摇 瓶培养、台式发酵罐 15、 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)。 16、 发酵产物整个分离提取路线可分为:预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品 加工加工等五个主要过程。 17、 发酵过程主要分析项目如下 :pH、排气氧、排气 CO2 和呼吸熵、糖含量、氨基氮和 氨氮、磷含量、菌浓度和菌形态。 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。 20、 发酵工业上常用的糖类主要有 葡萄糖、糖蜜。 21、 工业发酵方式根据所用菌种是单一或是多种可以分为 单一纯种 发酵和 混合 发酵。 22、 种子及发酵液进行无菌状况控制常用的方法 显微镜检测法、酚红肉汤培养基法、平 板画线培养法、发酵过程的异常观察法。 23、 菌种的分离和筛选一般分为 采样、富集、分离、目的菌的筛选步骤。 24、 菌种的分离和筛选一般可分为________。 25、 常用灭菌方法有:化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌 三、问答题 1、发酵工程的概念是什么?发酵工程基本可分为那两个大部分,包括哪些内容? 答: 发酵工程是利用微生物特定性状好功能, 通过现代化工程技术生产有用物质或其直接应 用于工业化生产的技术体系,是将传统发酵与现代的 DNA 重组、细胞融合、分子修饰和改 造等新技术结合并发展起来的发酵技术。 也可以说是渗透有工程学的微生物学, 是发酵技术 工程化的发展,由于主要利用的是微生物发酵过程来生产产品,因此也称为微生物工程。 一.发酵部分:? 1.菌种的特征和选育 ? ? 2.培养基的特性,选择及其灭菌理论 3.发酵液的特性
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? ? ? ? ? 二.提纯部分? ? ? ? ? ?

4.发酵机理。 5.发酵过程动力学 6.空气中悬浮细菌微粒的过滤机理 7.氧的传递。溶解。吸收。理论。 8.连续培养和连续发酵的控制 1.细胞破碎,分离 2.液输送,过滤. 除杂 3.离子交换渗析,逆渗透,超滤 4.凝胶过滤,沉淀分离 5 溶媒萃取,蒸发蒸馏结晶,干燥,包装等过程和单元操作

2、现代发酵工程所用的发酵罐应具备那些特征? 答:(1)、发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长,氧的利用率较高; (2)、发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时,要承受一定的压力 (气压和液压)和温度; (3)、发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合,实现传质传热作用,保证微生物发酵过 程中所需的溶解氧; (4)、发酵罐内应尽量减少死角,避免藏污纳垢,保证灭菌彻底,防止染菌; (5)、发酵罐应具有足够的冷却面积; (6)、搅拌器的轴封要严密,以减少泄露。 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。 4、发酵工业上常用的氮源有那些,起何作用? 答:氮源主要用于构成菌体细胞物质(氨基酸,蛋白质、核酸等)和含氮代谢物。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 的变化如: (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH 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。
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所以选择合适的无机氮源有两层意义: 满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的 pH 2、有机氮源 来源:工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料,花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米 浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。 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。 有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响, 而另一方面有机氮源的来源具有不 稳定性。所以在有机氮源选取时和使用过程中,必须考虑原料的波动对发酵的影响

5、发酵产品的生产特点是什么,什么是种子扩大培养,其任务是什么? 答: (2)、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。 (3)、种子扩大培养的任务: 现代的发酵工业生产规模越来越大,每只发酵罐的容积有 几十立方米甚至几百立方米,?要使小小的微生物在几十小时的较短时间内,完成如此巨大 的发酵转化任务,那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。 (1) 发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。 其主要特点如下: 1,发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应,反应安全,要求条件也比较 简单。 2,发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主,只要加入少量的有机和无机氮 源就可进行反应。 微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。 基于这—特性, 可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 3,发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的,反应的专一性强,因而可以得到较为 单—的代谢产物。 4,由于生物体本身所具有的反应机制,能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化 合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应,也可以产生比较复杂的高分子化合物。 5,发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤 外,反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌,生产上就要遭到巨大的经济损失,要是 感染了噬菌体,对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 6,微生物菌种是进行发酵的根本因素,通过变异和菌种筛选,可以获得高产的优良菌株并 使生产设备得到充分利用,也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。 7,工业发酵与其他工业相比,投资少,见效快,开可以取得显著的经济效益。 基于以上特点,工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比,现代发酵工程除了上 述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外,还可以用动植物细胞和酶,也可以用 人工构建的“工程菌’来进行反应;反应设备也不只是常规的发酵罐,而是以各种各样的生物 反应器而代之,自动化连续化程度高,使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。 发酵产品的生产特点: ①一般操作条件比较温和; ②以淀粉、糖蜜等为主,辅以少量有机、无机氮源为原料; ③过程反应以生命体的自动调节方式进行;
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④能合成复杂的化合物如酶、光学活性体等; ⑤能进行一些特殊反应,如官能团导入; ⑥生产产品的生物体本身也是产物,含有多种物质; ⑦生产过程中,需要防止杂菌污染; ⑧菌种性能被改变,从而获得新的反应性能或提高生产率。

6、培养成分用量的确定有什么规律? 答: (1)、参照微生物细胞内元素的比例确定。培养基的成分配比虽然千差万别,但都 是用来培养某种微生物的, 而不同类型的微生物细胞的成分比例其实是有一定规律的。 这些 规律可以在很大程度上知道培养基的基本成分配比的选择。 不同种类的微生物内某种成分的含量其实是比较稳定的。培养基最终会被微生物吸收利用, 因此其成分比例可以参考该种微生物的成分比例,至少可以作为一个重要依据。另外,尽管 不同种类的微生物的成分比例有一定的差异, 但还是有一定共性的。 所以培养基中这集中营 养成分不管由什么具体物质提供,其用量基本上也符合这种关系。 (2)参照碳氮比确定。如果培养基中碳源过多,不利产物的合成。同样碳源过少或氮源过 少对发酵的影响也是不利的。 不同种微生物碳氮比差异很大, 既是同种微生物在其不同生理 时期对碳氮比要求也有不同,所以最适碳氮比要通过试验确定,一般在 100:(1—20)之 间。 (3)、其他因素。培养基中一些用量极少的物质一般要严格控制,不能过量。例如,维生 素、微量元素、某些生长因子、前体等。具体用量要通过试验确定。培养基中的一些成分的 比例会影响培养基的某些理化性质,这时要引起重视。 7、叙述防止发酵菌种退化的具体条件措施有那些? 答: (1)控制传代次数:尽量避免不必要的移种和传代,并将必要的传代降低到最低限度, 以减少细胞分裂过程中所产生的自发突变几率。 (2)创造良好的培养条件:如在赤霉素生产菌 G.fujikuroi 的培养基中,加入糖蜜、天冬酰 胺、谷氨酰胺、5‘-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时,有防止衰退效果。 (3)利用不易衰退的细胞传代:对于放线菌和霉菌,菌丝细胞常含有几个细胞核,因此用 菌丝接种就易出现衰退,而孢子一般是单核的,用于接种就可避免这种现象。 (4)采用有效的菌种保藏方法 (5)合理的育种:选育菌种是所处理的细胞应使用单核的,避免使用多核细胞;合理选择诱 变剂种类或增加突变位点,以减少分离回复突变;在诱变处理后及分离提纯化,从而保证保 藏菌种的纯度。 (6)、选用合适的培养基 在培养基中添加某种化学物质可以防止菌种退化。或者选取营 养相对贫乏的培养基在菌种保藏培养基, 限制菌株的生长代谢减少变异反而发生从而防止菌 种的退化。

8、如何选择最适发酵温度? 答:1、根据菌种及生长阶段选择。
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微生物种类不同,所具有的酶系及其性质不同,所要求的温度范围也不同。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;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。 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。 2、根据培养条件选择。 温度选择还要根据培养条件综合考虑,灵活选择。 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。 培养基稀薄时,温度也该低些。因为温度高营养利用快,会使菌过早自溶。 3、根据菌生长情况 菌生长快,维持在较高温度时间要短些;菌生长慢,维持较高温度时间可长些。培养条件适 宜,如营养丰富,通气能满足,那么前期温度可髙些,以利于菌的生长。总的来说,温度的 选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。 9、不同时间染菌对发酵有什么影响,染菌如何控制? 答:(1)种子培养期染菌:由于接种量较小,生产菌生长一开始不占优势,而且培养液中 几乎没有抗生素(产物)或只有很少抗生素(产物)。因而它防御杂菌能力低,容易污染杂 菌。如在此阶段染菌,应将培养液全部废弃。 (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。 在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。 染菌措施 再用。 (3)发酵中期染菌 :发酵中期染菌会严重干扰产生菌的代谢。杂菌大量产酸,培养液 pH 下降;糖、氮消耗快,发酵液发粘,菌丝自溶,产物分泌减少或停止,有时甚至会使已产生 的产物分解。有时也会使发酵液发臭,产生大量泡沫。 措施 降温培养,减少补料,密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平可以 提前放罐,或者抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐,抑制杂菌。 (4) 发酵后期染菌:发酵后期发酵液内已积累大量的产物,特别是抗生素,对杂菌有一 定的抑制或杀灭能力。 因此如果染菌不多, 对生产影响不大。 如果染菌严重, 又破坏性较大, 可以提前放罐。 发酵染菌后的措施: 染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。灭菌方法:可通蒸汽灭菌,也可加入过氧乙酸等 化学灭菌剂搅拌半小时,才放下水道。否则由于各罐的管道相通,会造成其它罐的染菌,而 且直接放下水道也会造成空气的污染而导致其它罐批染菌。 凡染菌的罐要找染菌的原因,对症下药,该罐也要彻底清洗,进行空罐消毒,才可进罐。? 染菌厉害时,车间环境要用石灰消毒,空气用甲醛熏蒸。特别,若染噬菌体,空气必须用 甲醛蒸汽消毒? 10、发酵级数确定的依据是什么?
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可以用降低培养温度,调整补料量,用酸碱调 pH 值,缩短培养周期等措施予

以补救。如果前期染菌,且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

答: 一般由菌丝体培养开始计算发酵级数,但有时,工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数 谷氨酸:三级发酵 一级种子(摇瓶)→二级种子 (小罐)→发酵 青霉素:三级发酵 一级种子 (小罐)→二级种子(中罐)→发酵 1、发酵级数确定的依据:级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响。 2、级数大,难控制、易染菌、易变异,管理困难,一 般 2-4 级。 3、 在发酵产品的放大中,反应级数的确定是非常重要 的一个方面 11、发挥菌种的最大生产潜力主要考虑那几点?

12、什么是半连续培养,说明其优缺点。 答:在补料分批培养的基础上间歇放掉部分发酵液(带放)称为半连续培养。某些品种采取 这种方式,如四环素发酵 优点 放掉部分发酵液,再补入部分料液,使代谢有害物得以稀释有利于产物合成,提高 了总产量。 缺点 代谢产生的前体物被稀释,提取的总体积增大

13、发酵工程主题微生物有什么特点? 答:发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌,酵母菌和霉菌 特点:(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力 (2)有极强的消化能力 (3)有极强的繁殖能力

14、什么叫染菌,对发酵有什么影响,对提炼有什么危害? 答:染菌:发酵过程中除了生产菌以外,还有其它菌生长繁殖 染菌的影响:发酵过程污染杂菌,会严重的影响生产,是发酵工业的致命伤。 造成大量原材料的浪费,在经济上造成巨大损失? 扰乱生产秩序,破坏生产计划。? 遇到连续染菌,特别在找不到染菌原因往往会影响人们的情绪和生产积极性。? 影响产品外观及内在质量? 发酵染菌对提炼的影响:染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。 采用有机溶剂萃取的提炼工艺,则极易发生乳化,很难使水相和溶剂相分离,影响进一步提 纯。
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采用直接用离子交换树脂的提取工艺,如链霉素、庆大霉素,染菌后大量杂菌黏附在离子交 换树脂表面,或被离子交换树脂吸附,大大降低离子交换树脂的交换容量,而且有的杂菌很 难用水冲洗干净,洗脱时与产物一起进入洗脱液,影响进一步提纯

15、结合所学《微生物发酵工程》课程论述某个工业发酵产品的生产工艺流程(可画图说 明),越详细越好。 答:①培养基制备 ②、无菌空气制备 ③、菌种与种子扩大培养 ④、发酵培养 ⑤、通过化学工程技术分离、提取、精制。

第三套

一、选择题: (每小题 2 分,共 32 分)
1、下列有关大肠杆菌的叙述,正确的是( D ) A、大肠杆菌以复制方式进行繁殖,其拟核是一个环状 DNA 分子 B、在含葡萄糖和乳糖的培养基上,大肠杆菌首先利用乳糖作碳源 C、用大肠杆菌工程菌生产干扰素时,应及时添加核酸等生长因子 D、处于对数期的大肠杆菌,常作为生产用的菌种和科研的材料 2、酵母菌培养过程中的生长曲线如图所示:a、b、c、d 分别表示不同的生长时期,其中适 于产生次级代谢产物的时期是 C 细菌数目的对数 A、a c B、b C、c D、d b a d

0

时间

3、下列对根瘤菌的叙述,正确的是 ( C ) A 根瘤菌在植物根外也能固氮 B 根瘤菌离开植物根系不能存活 C 土壤浸水时,根瘤菌固氮量减少 D 大豆植株生长所需的氮都来自根瘤菌 4、发酵工程的第一个重要工作是从混杂的微生物群体中选择优良的单一纯种,获得纯种的 方法不包括: C ( ) A.根据微生物对碳源需要的差别,使用含不同碳源的培养基
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B.根据微生物缺乏生长因子的种类,在培养基中增减不同的生长因子 C.利用高温高压消灭不需要的杂菌 D.根据微生物对抗生素敏感性的差异,在培养基中加入不同的抗生素 5、下面关于微生物最适生长温度判断,正确的是( A ) A. 微生物群体生长繁殖速度最快的温度 B. 发酵的最适温度 C. 积累某一代谢产物的最适温度 D. 无法判断 6、发酵法生产酵母菌时,正确的措施是 (C ) A、密闭隔绝空气 B、用萃取、离子交换获得产品 C、在稳定期获得菌种 D、使菌体生长长期处于稳定期 7.下表为某培养基的配方,有关叙述正确的是( B ) 成分 含量 蛋白胨 10g 葡萄糖 10g K2HPO4 2g 伊红 0.4g 美蓝 0.065g 蒸馏水 1000mL

A、从化学成分看该培养基属于合成培养基,从用途看该培养基属于鉴别培养基 B 、培养基中属于碳源的物质主要是葡萄糖,属于氮源的物质是蛋白胨 C 、该培养基缺少能提供生长因子的物质 D 、该培养基 PH 调好后就可以接种菌 8.右图是某种微生物体内某一物质代谢过程的示意图。下列有关酶活性调节的叙述,错误 的是 C


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A.丁物质既是酶③催化生成的产物,又是酶③的反馈抑制物 B.戊物质通过与酶④结合导致酶④结构变化而使其活性下降 C.当丁物质和戊物质中任意一种过量时,酶①的活性都将受到抑制 D.若此代谢途径的终产物不断排出菌体外,则可消除丙物质对酶①的抑制作用
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9.属于细菌细胞特殊结构的为( A



A、荚膜 B、细胞壁 C、细胞膜 D、核质体 10.下列关于几种微生物的营养代谢和生长繁殖的描述,正确的是 C A.根瘤菌通过生物固氮,制造了含氮养料和含碳有机物 B.接种到培养基上的青霉菌,进入对数期能大量积累青霉素 C.培养液中溶解氧量的变化,会影响酵母菌的生长繁殖和代谢途径 D.用 32P 标记的噬菌体感染细菌,在新形成的噬菌体中都能检测到 32P 11.下列关于通过发酵工程生产谷氨酸的叙述,错误的是 C ..
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A.发酵时需不断通入无菌空气,否则会积累乳酸 B.发酵时常采用的培养基为液体天然培养基 C.从自然界分离的野生型菌株可直接用于生产 D.当菌体生长进入稳定期时,补充营养物可提高谷氨酸产量 12.图甲是果醋发酵装置。发酵初期不通气,溶液中有气泡产生;中期可以闻到酒香;后期 接种醋酸菌,适当升高温度并通气,酒香逐渐变成醋香。图乙中能表示整个发酵过程培养液 pH 变化的曲线是( B )
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14

A.①

B.②

C.③

D.④

13.生产实践中配制微生物发酵所需要的培养基时,一般遵循“经济节约”的原则。如“以 野(野生植物)代家(栽培植物)”“以纤(秸秆)代糖(淀粉)”“以氮(非蛋白氮)代朊(蛋白氮)” 、 、 、 “以烃代粮”等。下列表述不正确的是( A ) A. “以野代家”培养微生物时,需要加入更多的生长因子 B. “以纤代糖”能为某些微生物的生长提供碳源和能源 C. “以氮代朊”是因为铵盐、硝酸盐等是微生物常用的氮源 D. “以烃代粮”培养的微生物可以用于净化被石油污染的海域 14、下述那个时期细菌群体倍增时间最快 ( C A 稳定期 B 衰亡期 C 对数期 )

D 延滞期

15、下面关于连续培养的说法中,叙述不正确的是(A ) A.恒化连续培养的控制对象是菌体密度 B.恒浊连续培养中微生物菌体以最高生长速率生长 C.恒化连续培养的产物是不同生长速率的菌体 D.恒浊连续培养无生长限制因子 16.大肠杆菌某个品系能够合成干扰素,一制药厂引进该品系菌株后对其培养研究。在特定 的培养基中,接入少量菌种后,每 3 h 测定一次菌体密度和 培养基的 pH,并作记录。但由于一时疏忽弄乱了记录 的顺序。请根据下表的记录数据,判断以下说法中错误 的是( D)

A.该品系大肠杆菌的培育是采用了基因工程的方法 B.可以通过培养基的 pH 由大到小调整记录顺序

C.样本 pH 为 6.43,菌体密度为 2.2x104 是培养到 24 h 时测量的结果 D.样本 PH 为 6.37,菌体密度为 2.0x104 时,处于细菌生长的对数期

二、填空题: (每空 2 分,共 20 分)
17、在大肠杆菌培养过程中,除考虑营养条件外,还要考虑__温度____、__酸碱度____ 和渗透压等条件。由于该细菌具有体积小、结构简单、变异类型容易选择、___易培养___、 ____生活周期短__等优点,因此常作为遗传学研究的实验材料。 18、 在微生物培养操作过程中, 为防止杂菌污染, 需对培养基和培养皿进行___灭菌_____; 操作者的双手需要进行清洗和____消毒 __; 静止空气中的细菌可用紫外线杀灭, 其原因是
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紫外线能使蛋白质变性,还能 损伤 DNA 的结构 。 19、 通常, 对获得的纯菌种还可以依据菌落的形状、 大小等菌落特征对细菌进行初步的___ 鉴定(或分类)_________。 20、若用大肠杆菌进行实验,使用过的培养基及其培养物必须经过 __灭菌__处理后才能 丢弃,以防止培养物的扩散。 21、培养大肠杆菌时,在接种前需要检测培养基是否被污染。对于固体培养基应采用的检 测方法是 将未接种的培养基在适宜的温度下放置适宜的时间,观察培养基上是否有菌落产 生. 。 22、对细菌简单染色法的一般步骤是_ _涂片、干燥、固定、染色、水洗、镜检 _。常用 的染料有_ 美蓝_ _ _ 和_ _ 结晶紫 _ _ _ 等。 23 、 在 混 合 菌 样 中 获 得 纯 菌 株 的 方 法 主 要 有 _ _ _ 稀 释 涂 布 平 板 法 和 划 线 平 板 法 _ _ _ 等。 24、在微生物培养过程中,引起培养基 pH 值改变的原因主要有_ _ _ 营养成份的消耗和 代谢物的累积 _ _ _等。 25、实验室常用的有机氮源有_ _ _蛋白胨 和 牛肉膏 _等,无机氮源有_ 硫酸铵 和 硝酸钠_ _ _ _ 等。为节约成本,工厂中常用_ _ _豆饼粉 _ _ _ _ 等做有机氮 源。 26、在微生物学奠基时代(生理学期)公认的代表人物为_ _巴斯德 和 柯赫 。前者的 主要业绩有 _ 巴斯德消毒法 _ _ 等,后者的主要业绩有_ 微生物纯培养法 等。

三、名词解释(每题 4 分,共 16 分)
27、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。 28、次级代谢产物 是指微生物在一定生长时期,以初级代谢产物为前体物质,合成一些对 微生物的生命活动无明确功能的物质过程,这一过程的产物,即为次级代谢产物。 29、连续培养 : 发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量的发酵液,使发酵罐内的体积 维持恒定。达到稳态后,整个过程中菌的浓度,产物浓度,限制性基质浓度都是恒定的。 30、BOD:生化需氧量,又称生物需氧量,是水中有机物含量的一个间接指标。一般指在 1L 的污水或待测水样中所含的一部分易氧化的有机物,当微生物对其氧化、分解时,所消耗的 水中溶解氧的毫克数。

2、防止菌种衰退的措施有哪些?
答:① 控制菌种传代次数; ② 创造良好的培养条件; ③ 利用不易衰退的细胞移种传代; ④ 采用有效的菌种保藏方法; ⑤ 讲究菌种选育技术; ⑥ 定期进行分离纯化。

3、发酵过程主要分析项目有哪些?
答:发酵过程主要分析项目如下 :pH、排气氧、排气 CO2 和呼吸熵、糖含量、氨基氮和 氨氮、磷含量、菌浓度和菌形态。

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4、简述工业发酵产品的生产工艺流程。
答:①培养基制备 ②、无菌空气制备 ③、菌种与种子扩大培养 ④、发酵培养

⑤、通过化学工程技术分离、提取、精制。

论述题
2.简述温度对发酵的影响 答: 温度对发酵的影响是多方面的, 对菌体生长和代谢产物形成的影响是由各种因素综合表 现的结果。 1) 温度升高, 酶促反应速度加大, 生长代谢加快, 产物生成提前。 但温度愈高酶失活愈快, 菌体易于衰老影响产物生成。 2) 温度通过影响发酵液中溶解氧从而影响发酵。 3) 温度能影响生物合成方向。 4) 温度能影响微生物酶系的组成及酶的特性。 5) 同一种生产菌,菌体生长和积累代谢产物的最适温度往往不同。 3.简述大规模发酵生产对菌种选择的要求 答:发酵生产对菌种选择的要求包括: 1) 能在易得、价廉的原料制成的培养基上迅速生长,且代谢产物产量高。目标产物最好能 分泌到胞外,以降低产物抑制并利于产物分离。 2) 发酵条件粗放、易于控制,且所需的酶活性高。 3) 菌种生长和发酵速度较快,发酵周期短。发酵周期短的优点在于感染杂菌的机会减少; 提高设备的利用率。 4) 根据代谢控制的要求,选择单产高的营养缺陷型突变菌株或调节突变菌株或野生菌株。 5) 抗杂菌、抗噬菌体能力强。 6) 菌种纯粹,遗传性状稳定,以保证发酵生产和产品质量的稳定性。菌种退化,生产性能 下降是生产中常碰到的问题。 7) 菌体不是病源菌, 不产生任何有害的生物活性物质和毒素 (包括抗生素、 激素和毒素等) , 以保证安全。 4.简述发酵热产生的原因 .答:微生物分解有机物释放的能量,一部分用于合成 ATP,另一部分散发到培养基中时, 会引起发酵温度升高(生物热) ;机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高(搅拌热) 。此 外,发酵罐壁散热(辐射热)、水分蒸发(蒸发热)会带走部分热量,使发酵温度降低 5.简述发酵过程进行中间补料的原则 .答:菌体生长代谢需要一个合适的浓度,过高的浓度对菌体生长有抑制作用,过低,不能 满足产物合成的需要。 中间补料的原则是使生产菌在分泌期有足够多而不过多的养料, 使代 谢活动朝着有利于合成产物的方向发展。 6.简述发酵生产中如何调节 pH 值 答:在实际发酵生产中,调节 pH 值的方法应根据具体情况加以选用。 1) 调节培养基的初始 pH 值。初始 pH 值是指发酵液配制完毕后、灭菌前的 pH 值(注意: 灭菌前与灭菌后 pH 值有所不同)。或加入缓冲剂(如磷酸盐)制成缓冲能力强、pH 值改变 不大的培养基。
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2) 在发酵过程中加弱酸或弱碱进行 pH 值的调节,合理地控制发酵条件,如添加 CaCO3。 或调节通气量来控制 pH 值。 3) 进行中间补料是调节 pH 值较好的办法,既调节培养液的 pH 值,又可补充营养,如氨 水、尿素流加法等。通过补料调节 pH 值来提高发酵产率已在酶制剂发酵和抗生素发酵生产 上取得明显的效果。 7.简述发酵工业经历的几个不同阶段 答:发酵工业经历了以下几个不同阶段: 1) 自然(天然)发酵时期 2) 纯培养技术的建立 3) 通气搅拌(好气性)发酵(工程)技术的建立 4) 人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术的建立 5) 开拓新型发酵原料时期 6) 与基因操作技术相结合的现代发酵工程技术阶段 8.简述反馈阻遏和反馈抑制 答:在微生物合成代谢过程中,反馈阻遏和反馈抑制往往共同对代谢起着调节作用,它们通 过对酶的合成和酶的活性进行调节, 使细胞内各种代谢物浓度保持在适当的水平。 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列反应的多个酶, 而后者往往只对是一系列反应中的 第一个酶起作用。 10.简述发酵工业对微生物菌种的要求 答:发酵工业对微生物菌种的要求是: 1) 能在易得、价廉的原料制成的培养基上迅速生长,且代谢产物产量高。目标产物最好能 分泌到胞外,以降低产物抑制并利于产物分离。 2) 发酵条件粗放、易于控制,且所需的酶活性高。 3) 菌种生长和发酵速度较快,发酵周期短。发酵周期短的优点在于感染杂菌的机会减少; 提高设备的利用率。 4) 根据代谢控制的要求,选择单产高的营养缺陷型突变菌株或调节突变菌株或野生菌株。 5) 抗杂菌、抗噬菌体能力强。 6) 菌种纯粹,遗传性状稳定(不易变异退化) ,以保证发酵生产和产品质量的稳定性。菌 种退化,生产性能下降是生产中常碰到的问题。 7) 菌体不是病源菌,不产生任何有害的生物活性物质和毒素,以保证安全。 1。 14.简述泡沫给发酵造成的影响 答:泡沫给发酵造成的影响包括: 1) 泡沫过多,升到罐顶从轴封渗出,易造成染菌; 2) 使发酵罐装填系数减少,降低了设备利用率; 3) 影响通风搅拌正常进行,影响氧的传递,妨碍菌的呼吸; 4) 增加菌群的非均一性,微生物随泡沫漂浮; 5) 造成产物的损失; 6) 加入消泡剂给下游提取工序带来困难。 18.举例说明生物化学意义上的“发酵”和工业意义上的“发酵”概念的异同。 答:生物化学意义上的“发酵” ,指微生物在无氧条件下分解各种有机物质产生能量的一种 方式。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳,同时获得能量;丙酮 酸被还原为乳酸而获得能量等。而工业意义上的“发酵” ,它泛指利用微生物制造成生产某

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些产品的过程。它包括厌氧培养的生产过程,如酒精、乳酸、丙酮丁醇等,以及通气(有氧) 培养的生产过程,如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品既有微生物细胞代谢产物,也 包括菌体细胞(如单细胞蛋白 SCP) 、酶等。 19.简述选择和配制发酵培养基应遵循哪些基本原则 答:选择和配制发酵培养基时应遵循以下几项基本原则: 1) 必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成份; 2) 所用的单位营养物质能产生最大量的微生物体或发酵产物; ③能形成最大浓度的微生物 体或产物; 3) 能形成最大产物生成率,从而缩短发酵周期; 4) 尽量减少副产物的形成,便于产物的他离纯化; 5) 对生产中除发酵以外的其他方面如通气、搅拌、精制、废弃物的处理等所带来的困难最 少; 6) 原料价格低廉、质量稳定、取材容易。 七、论述题 1.分析影响谷氨酸发酵产量的因素及其调控机制 答:在谷氨酸发酵过程中,影响菌种代谢途径的因素有氧、温度、pH 和磷酸盐等,并且谷 氨酸产生菌需要生长因子──生物素。当生物素缺乏时,菌种生长十分缓慢;当生物素过量 时, 则转为乳酸发酵。 因此, 一般将生物素控制在亚适量条件下, 才能得到高产量的谷氨酸。 在谷氨酸发酵中,如果能够改变细胞膜的通透性,使谷氨酸不断地排到细胞外面,就会 大量生成谷氨酸。研究表明,影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。因此, 对谷氨酸产生菌的选育, 往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手, 如生物素缺陷型菌 种的选育。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。 而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之 一。因此,磷脂的合成量也相应减少,这就会导致细胞膜结构不完整,提高细胞膜对谷氨酸 的通透性。 在发酵过程中,氧、温度、pH 和磷酸盐等的调节和控制如下:①氧。谷氨酸产生菌是 好氧菌, 通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率, 而且会影响发酵周期和谷氨酸 的合成量。尤其是在发酵后期,加大通气量有利于谷氨酸的合成。②温度。菌种生长的最适 温度为 30~32 ℃。当菌体生长到稳定期,适当提高温度有利于产酸,因此,在发酵后期, 可将温度提高到 34~37 ℃。③pH。谷氨酸产生菌发酵的最适 pH 在 7.0~8.0。但在发酵过 程中,随着营养物质的利用,代谢产物的积累,培养液的 pH 会不断变化。如随着氮源的利 用,放出氨,pH 会上升;当糖被利用生成有机酸时,pH 会下降。④磷酸盐。它是谷氨酸发 酵过程中必需的,但浓度不能过高,否则会转向缬氨酸发酵。 2.分析发酵生产中杂菌污染的途径以及一旦发现染菌应采取的挽救措施 答:发酵生产中杂菌污染途径包括以下几个方面: 1) 种子带菌。原因主要有:培养基及用具灭菌不彻底;菌种在移接过程中受污染;菌种在 培养或保藏过程中受污染等。 2) 无菌空气带菌。杜绝无菌空气带菌,必须从空气净化流程和设备的设计、过滤介质的选 用和装填、过滤介质的灭菌和管理等方面完善空气净化系统。 3) 培养基和设备灭菌不彻底导致染菌。原因主要有:原料性状影响灭菌效果;实罐灭菌时 未能充分排出罐内空气;培养基连续灭菌时,蒸汽压力波动大,培养基未达到灭菌温度,导 致灭菌不彻底而污染;设备、管道存在“死角” 。 4) 设备渗漏引起染菌。发酵设备、管道、阀门、的长期使用,由于腐蚀、磨擦和振动等原

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因,往往造成渗漏。 5) 操作失误和技术管理不善也会引起染菌。 如移种时或发酵过程罐内压力跌零, 使外界空 气进入而染菌;泡沫顶盖而造成污染;压缩空气压力突然下降,使发酵液倒流入空气过滤器 而造成污染等等。 发酵生产中一旦发现污染杂菌,应考虑采取以下措施: 1) 首先应尽力寻找染菌的原因和途径,杜绝后患。 2) 同时,对染菌的发酵液要根据具体情况做出处理。例如:发现种子染菌,应立即加热灭 菌后废弃,绝对不能将染菌种子接入发酵罐,以免造成更大损失,如果是发现早期染菌,则 可采取适当补充营养物,重新灭菌,再接种发酵;如果在发酵中后期染菌,而杂菌又不影响 生产菌株的正常发酵或不妨碍产品的分离、提纯,则可让其“共生共长”“和平共处”至发 、 酵终了,否则就应提前放罐。(3 分) 3) 染菌后的挽救措施要根据不同生产菌株的特点、 产品性质以及各工厂的具体情况, 采取 可行办法。 4.分析菌种扩大培养过程中影响种子质量的主要因素 答: 菌种扩大培养的关键就是搞好种子罐的扩大培养, 影响种子罐培养的主要因素包括营养 条件、培养条件、染菌的控制、种子罐的级数和接种量控制等等。 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。 2) 种龄与接种量: 种子罐中培养的菌种开始移入下一级种子罐或发酵罐的培养时间称为种 龄。通常以菌体处于生长旺盛期(对数生长期)为合适。移入的种子液体积与接种后培养液 体积的比例即为接种量。 接种量取决于菌种在发酵罐中生长繁殖速度, 接种量的大小直接影 响发酵周期。 3) 温度:温度直接影响微生物生长和合成酶。 4) 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。 5) 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。 6) 泡沫:泡沫的持久存在影响微生物对氧的吸收,妨碍二氧化碳的排出;影响设备的利用 率;易招致染菌。 7) 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。 8) 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.以谷氨酸发酵生产为例,分析在发酵过程中如何保证菌种生长和代谢的正常进行。 答:首先,培养基中的营养物质应全面,缺乏营养物质,会影响菌种的生长繁殖及正常的代 谢活动。 如生物素是谷氨酸棒状杆菌的生长因子, 缺乏生物素, 谷氨酸的合成就会受到影响。 其次,各种营养物质的比例和浓度会影响菌种的代谢途径等。如在碳源和氮源的比为 3∶1 时,谷氨酸棒状杆菌会大量合成谷氨酸,但当碳源和氮源的比为 4∶1 时,谷氨酸棒状杆菌 只生长而不合成谷氨酸。 第三,进行发酵过程中间控制,如温度、pH 值、溶解氧等。当 pH 下降,呈酸性时,谷氨 酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺。在发酵过程中,培养液的 pH 发生变化的主要原因是培 养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。 如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨

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酸时,培养液的 pH 就会下降。 而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的 pH 上升。 调节和控制培养液 pH 的方法有:在培养基中添加缓冲液,在发酵过程中加酸或碱。 第四,染菌的控制。在种子扩大培养和发酵过程中,要严格控制杂菌的污染,通入的空气要 进行严格的过滤除菌。 7.论述溶解氧控制的意义 .答:在发酵过程中,控制溶解氧浓度具有重要意义,表现在以下方面: 1) 在发酵过程中,微生物只能利用溶解状态下的氧。 2) 氧是难溶气体,在 25℃、100MPa 下,氧在纯水中的溶解度为 0.25mmol/L,在发酵液 中的溶解度为 0.2mmol/L;在谷氨酸发酵的操作条件下,发酵液中氧的饱和浓度约为 0.313mmol/L,这样的溶氧浓度菌的正常呼吸只能维持 20~30s。由于微生物不断消耗发酵液 中的氧,而氧的溶解度很低,就必须采用强化供氧。 3) 氧的溶解度随着温度的升高而下降,随着培养液固形物的增多、或粘度的增加而下降。 4) 对于好气性发酵来说,氧传递速率已成为发酵产量和发酵周期的限制因素。同时,氧的 供应不足可能引起生产菌种的不可弥补的损失或导致细胞代谢转向不需要的化合物的生成。 5) 发酵工业上氧的利用率很低。 如抗生素发酵, 被微生物利用的氧不超过经过净化处理的 无菌空气中含氧量的 2%;在谷氨酸发酵方面氧的利用率为 10%~30%。 6) 提高供氧效率,就能大大降低空气消耗量,从而降低设备费、减少动力消耗;且减少染 菌机会,减少泡沫形成,提高设备利用率。

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发酵工程试题库

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