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发酵工程试题与答案


一.名词解释 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。 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。
同步培养:指使细胞的分裂周期为同步的培养方法。同步化方法的原理是在使 所有细胞都处于大体相同的分裂周期的处理后,才使增殖同时开始进行。 摄氧率:摄氧率即单位体积培养液每小时消耗的氧量 基因重组: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。 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。 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。 补料发酵: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。 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。 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。
二.简答题 1.工业化菌种要求 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(在分类学上最好与致病菌无关) F. 生产特性要符合工艺要求 2.什么是半连续培养?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
3.发酵液 PH 对发酵的影响有哪些方面? (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。 4.微生物发酵的种子应具备哪些条件? (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。

5.什么是诱变育种,诱变剂常用的有哪些? 答:通过诱变剂处理就可以大大提高菌种的突变频率,扩大变异幅度,从中选出具有 优良特性的变异菌株,这种方法就称为诱变育种。常用的诱变剂有:紫外线、亚 硝酸、碱基类似物、亚硝基胍。 6.优良的发酵装置具有的基本特征? (1)避免将需蒸汽灭菌的部件与其它部件连接,因为即使阀门关闭,细菌也可在阀门 内生长; (2)尽量减少法兰连接,因为设备震动和热膨胀会引起连接处的移位,导致染菌,应 全部焊接结构,消除积蓄耐灭菌物质; (3)防止死角、裂缝等一类情况,以避免固体物质在此堆积,形成使杂菌获得热抗性 的环境‘ (4)发酵系统的某些部分应能单独灭菌; (5)与反应器相同的任何连接应采用蒸汽加以密封,取样口在不取样时也要一直通蒸 汽 7.发酵培养基的要求? 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。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。 8.补料分批发酵适用范围 (1)高菌体浓度培养系统; (2)存在高浓度底物抑制的系统,通过添加底物降低抑制; (3)存在 crabtree 效应的系统; (4)受异化代谢物阻遏的系统; (5)利用营养突变体的系统; (6)希望延长反应时间或补充损失水分的系统。 9.工业上常用的菌种保存方法 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 10.什么是自然选育,在工业生产的意义? 答:在生产过程中,不经过人工诱变处理,根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过 程叫做自然选育。经常进行自然选育,淘汰衰退的菌株,保存优良的菌株,可以达 到纯化菌种、纯化菌种衰退、稳定生产和提高发酵产量的目的。 11.发酵过程 PH 改变原因? 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

12.微生物发酵的种子,应具备什么条件

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 (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。

短。

13.什么是基因的重组,基因的直接进化,两者的区别? 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 14.什么是前体?前体添加的方式? 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。 15.发酵生产染菌的影响? 发酵: 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。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

16.什么是生长因子?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 三.问答题 1.论述液体深层发酵生产有哪些优点,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。

2.现代发酵工程的发酵罐应具备哪些特征?

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.如何提高高产菌的稳定性? 1.首先在菌种选育中应把菌株产量分布中的稳度作为评价菌株的条件之一。 不仅以产量 高低为基准; 2.菌株选育中避免使用含有多核的包子和菌丝片断; 3.用单倍化试剂处理高产菌株,有提高菌株稳定性的作用; 4.在培养基中加入某些金属离子可增加菌株的稳定性; 5.利用营养缺陷型和原养型在生理和抗性上的不同,在发酵培养基中加入抗生素也会有 防止回复突变发生的效果; 6.在生产过程中应尽力减少菌种传代次数,这是发酵工业中普遍遵循的原则 4.发酵产品的生产特点是什么?

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; 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。
四.填空 1. 过滤介质结合的物质,颗粒大小的不同,过滤可分为,粗滤,微滤、超滤和反渗透 2.__人工诱变___的方法有意识的改变微生物的__代谢途径__,最大限度的积累产物。这 种发酵形象的称为代谢控制发酵,最早在____氨基酸发酵___中得到成功应用。 3.发酵培养基按其用途可分为孢子培养基、种子培养基、发酵培养基 4.微生物的育种方法主要有诱变法,细胞融合法,基因工程法 5.工业上常用的糖类___ 葡萄糖、糖蜜___,__淀粉__和糊精。 6.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.前体使用时,普遍采用__流加___的方法,流加有利于提高前体的__转化率__。前体相 对价格较高,加的过多容易引起_挥发__和___氧化__ 8.对于发酵工厂来说,水源的质量主要考虑参数包括 ph,__溶解氧___,__可溶性固体_, __污染程度_,__矿物质组成和含量_ 9.发酵工程主要内容包括_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。 10.氧饱和度等于__发酵液中氧的浓度_比上__临界溶氧溶度___,所以对微生物的生长, 只要控制发酵过程中氧饱和度_>1__ 11.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_____ 12._氧是需氧微生物生长所必须,__KLa__反应了设备的供氧能力。 13.发酵过程的种类_分批发酵_,__补料分批发酵__,_半连续培养___,___连续培养__ 14.分批发酵中微生物处于限制性条件下生长,其生长周期为延滞期、对数生长期、稳定 期、衰亡期 15.__泡沫__是气体在液体中的粗分散体,为__气-液非均相体系__体系, 16,根据操作方式的不同,液体深层发酵分为_分批发酵、连续发酵、补料分批发酵___ 17.染菌指发酵过程中,除生产菌以外,还有其他菌生长繁殖,以发酵前期危害最大。



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