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发酵工程题库及试题


发酵工程部分题库及答案
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。

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 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 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

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

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________。 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 4.发酵机理。

? ? ? ? 二.提纯部分 ? ? ? ? ?

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。 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; 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。 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? 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

10、发酵级数确定的依据是什么? 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 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。 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。

1、举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点? 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 ; 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。安全性高,得到 FDA 的批准的菌种。 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 E. 氨基酸 代谢途径比较清楚,代谢途径比较简单 2、工业化菌种的要求? 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 4、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 5、自然界分离微生物的一般操作步骤? 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 6、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 人工环境下的优势种,使筛选变得可能。 7、菌种选育分子改造的目的? 防止菌种退化; 解决生产实际问题; 提高生产能力;

提高产品质量; 开发新产品. 8、 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%。 16sRNA 为靶基因, 以 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。 9、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,但却是工厂保证稳产高产的重要措施。 10、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。 11、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线、x 射线、γ 射线(如 Co60 等)、等离子、快中子、α 射线、β 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。 12、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 13、什么是培养基?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。 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。 14、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,可以解除葡萄糖效应。 15、什么是生理性酸性物质?什么是生理性碱性物质? 经微生物生理作用(代谢)后能形成酸性物质的营养物叫生理酸性物质,若菌体代谢后能产 生碱性物质的营养物称为生理碱性物质 16、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及生 长因子。诱导某些酶的产生。 17、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。 18、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 19、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。 20、什么是理论转化率?什么是实际转化率? 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 21、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,为减 少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。 22、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 24、讨论:培养基优化在发酵优化控制中的作用与地位? 发酵优化控制分两个阶段: 第一阶段控制菌体的生长, 目的是使长好的菌体能处在最佳的产物合成状态。 培养基优化应 该保证菌体快速生长,有利于产物合成和分泌的酶系开启,而不利于产物合成酶系的关闭, 处于最佳的产物合成状态, 并且副产物合成和分泌的酶系尽可能的少开启第二阶段控控制产 物的合成。该阶段,培养基优化应使产物合成能较长时间保持在最大合成速度。副产物的的

合成速率尽可能小。 25、什么是种子的扩大培养? 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。 26.种子扩大培养的目的与要求? 种子扩培的目的:接种量的需要,菌种的驯化,缩短发酵时间、保证生产水平 种子的要求:总量及浓度能满足要求,生理状况稳定,个体与群体, 活力强, 移种至发酵后, 能够迅速生长,无杂菌污染 27、种子扩大培养的一般步骤? 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 28、 在大规模发酵的种子制备过程中, 实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上 各有何特点? 实验室阶段培养物选择的原则:种子能扩培到一定的量和质,获得一定数量和质量的孢子/ 菌体。培养基的选择应该是有利于菌体的生长,对孢子培养基应该是有利于孢子的生长。在 原料方面,实验室种子培养阶段,规模一般比较小,因此为了保证培养基的质量,培养基的 原料一般都比较精细。 生产车间阶段培养物的选择原则最终一般都是获得一定数量的菌丝体。 培养基选择首先考虑 的是有利于孢子的发育和菌体的生长,所以营养要比发酵培养基丰富。在原料方面:不如实 验室阶段那么精细, 而是基本接近于发酵培养基, 这有两个方面的原因: 一是成本二是驯化 29、什么是接种量?对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少? 接种量=移入种子的体积/接种后培养液的体积 细菌 5℅、放线菌 20℅ 霉菌 10℅ 30 什么是发酵级数?发酵级数对发酵有何影响,影响发酵级数的因素有哪些? 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 发酵级数对发酵影响:1.种子级数少,可简化工艺和控制,减少染菌机会 2.种子级数太少,接种量小,发酵时间延长,降低发酵罐的生产率,增加染菌机会 3.级数大,难控制、易染菌、易变异,管理困难,一般 2-4 级。 4.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 影响发酵级数的因素:(1)菌种生长特性,孢子发芽及菌体繁殖速度;(2) 发酵规模.(3)工 艺要求.(4)接种量的影响. 31、什么是种龄?事宜种龄确定的依据? 种龄是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。 原则:对数生长期末,细胞活力强,菌体浓度相对较大,但是最终由实验结果定。 32、结合具体的产品理解种子质量控制的方法,以及认识种子质量对发酵的影响? 影响斜面种子质量的因素:(1)原材料质量,水质,培养基 pH.(2)灭菌条件,(3)接种量,(4) 温度,通风、(5)培养时间(6)有害气体或挥发物(7) 冷藏条件 种子质量好:1. 缩短发酵时间、保证生产水平. 2. 无杂菌污染. 3 移种至发酵后,能够迅 速生长.4.泡末产生少. 5.产物生成速率大. 6.副产物合成少. 7.对下游分离纯化有利 33、接种、倒种、双种? 接种: 接入种子罐后直接移种到发酵罐。 双种: 两个种子罐种子接种到一个发酵罐中。 倒种: 一部分种子来源于种子罐,一部分来源于发酵罐。 34、什么是菌体的生长比速?产物的形成比速?基质的消耗比速?维持消耗?

菌体的比生长速率:单位重量的菌体瞬时增量 μ =(dx/dt)/x;单位为 1/h,其中 x—菌体浓度(g/L ) 产物的形成比速:单位时间内单位菌体形成产物(菌体)的量 π =(dp/dt)/x,;单位为 1/h,其中 p—产物浓度(g/L ) 基质的比消耗速率:单位时间内单位菌体消耗基质的量 =(ds/dt)/x;单位为 1/h,其中 s—底物浓度(g/L ) 35、什么是 Monod 方程其使用条件如何?各参数的意义与求解? 当培养基中不存在抑制细胞生长的物质时, 细胞的生长速率与基质浓度关系 (Monod 方程式) 如下: μ =μ max S/(Ks+ S) μ :菌体的生长比速. S:限制性基质浓度. Ks:半饱和常数. μ max: 最大比生长速度 Monod 方程的参数求解(双倒数法):将 Monod 方程取倒数可得: 1/μ =1/μ max+ Ks/μ max S 或 S/μ = S/μ max+ Ks/μ max 这样通过测定不同限制性基质浓度下,微生物的比生长速度,就可以通过回归分析计算出 Monod 方程的两个参数。 36、什么是初级代谢产物?什么是次级代谢产物? 初级代谢产物是指微生物产生的,生长和繁殖所必需的物质,如蛋白质、核酸等。 次级代谢产物是指由微生物产生的,与微生物生长、繁殖无关的一类物质。 37、什么是一类发酵?二类发酵?三类发酵? 一类发酵:产物形成与底物利用直接相关,为生长联系型,又称简单发酵型,产物直接由碳 源代谢而来,产物生成速度的变化与微生物对碳源利用速度的变化是平行的,产物生成与微 生物的生长也是平行的。在这些发酵过程中,菌体的生长、基质的消耗、产物的生成三个速 度都有一个高峰,三高峰几乎同时出现。 二类发酵:产物形成与底物利用间接相关,为部分生长联系型,又称中间发酵型,产物不是 碳源的直接氧化产物, 而是菌体代谢的主流产物。 它的特点是在发酵的第一时期碳源大量消 耗用于菌体的迅速增长而产物的形成很少或全无, 第二时期碳源大量消耗用于产物的高速合 成及菌体的生长。 三类发酵:产物形成与底物利用不相关,为非生长联系型,又称复杂发酵型,产物的生成在 菌体生长和基质消耗完以后才开始,与菌体生长不相关,与基质消耗无直接关系,所形成的 产物为次级代谢产物。 38、什么是连续培养?什么是连续培养的稀释率? 由于新鲜培养基不断补充,所以不会发生营养物的枯竭,另一方面,发酵液不断取出,发酵 罐内的微生物始终处于旺盛的指数生长期,罐内细胞浓度 X、比生长速率μ 、以及 t, pH 等 都保持恒定。 稀释率(D):补料速度与反应器体积的比值(h-1) 39、解释连续培养富集微生物的原理? 菌的积累速率=生长速率-流出速率,调节培养基,使目的菌的流出速率<生长速率,杂菌的流 出速率>生长速率,就起到富集作用 40、何氧容易成为好氧发酵的限制性因素? 氧是需氧微生物生长所必需的。氧往往容易成为控制因素,是因为氧在水中的溶解度很低, 培养基因含有大量的有机和无机物质, 氧的溶解度比水中还要更低。 在对数生长期即使发酵 液中的氧浓度达到饱和,若此时终止供氧,发酵液中的溶氧可在几分钟内全部耗尽,使溶氧 成为控制因素。

41、临界溶氧浓度、氧饱和度的概念? 临界氧浓度:CCr 临界氧浓度:指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。 氧饱和度:发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度 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度。(mol/m3) 42、影响微生物需氧的因素有哪些? 细胞浓度直接影响培养液的摄氧率, 在分批发酵中摄氧率变化很大, 不同生长阶段需氧不同, 对数生长后期达最大值。 培养基的成分和浓度显著影响微生物的摄氧率, 碳源种类对细胞的 需氧量有很大影响,一般葡萄糖的利用速度比其他的糖要快。 43、发酵液中的体积氧传递方程?其中 Kla 的物理意义是什么? 以单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为 a (m2/m3) OTR=KLα (C* –CL ) KLα 以氧浓度为推动力的容积氧传递系数, 反映了设 备的供氧能力 44、如何调节摇瓶发酵的供氧水平? 往复,频率 80-120 分/次,振幅 8cm 旋转,偏心距转速 250rpm 装液量,一般取 1/10 左右: 250ml 15-25 ml 500ml 30 ml 750ml 80 ml 45、如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平? 一般认为, 发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力, 对菌体的生长有时会产生不利 的影响,所以有时发酵初期采用小通风,停搅拌,不但有利于降低能耗,而且在工艺上也是 必须的。但是通气增大的时间一定要把握好。 46、氧的供需研究与反应器设计与放大的关系? 发酵过程放大困难的原因就在放大时不可能同时做到几何相似、 流体运动学相似和流体动力 学相似, 当在小试研究时某一个对生产产生影响的重要因素没有被观察到, 而这个因素恰恰 在放大时成为关键因子时,就会造成整个发酵过程的失败(供氧、混合、剪切) 。 47、发酵过程糖代谢、氮代谢有什么规律,为什么? 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 料的标志之一氮代谢:氨基酸被利用后产生 NH3 ,pH 会上升;尿素被分解成 NH3,pH 上升。 微生物生长和产物合成与糖代谢有密切关系。 糖的消耗反映产生菌的生长繁殖情况, 反映产 物合成的活力。菌体生长旺盛糖耗一定快,残糖也就降低得快通过糖含量的测定,可以控制 菌体生长速率,可控制补糖来调节 pH,促进产物合成,不致于盲目补糖,造成发酵不正常。 氮利用快慢可分析出菌体生长情况, 含氮产物合成情况。 但是氮源太多会促使菌体大量生长。 有些产物合成受到过量铵离子的抑制, 因此必须控制适量的氮。 通过氨基氮和氨氮的分析可 控制发酵过程,适时采取补氨措施。发酵后期氨基氮回升,这时就要放罐,否则影响提取过 程。 48、发酵过程为什么要补料?补些什么? 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。 在这样 一种系统中可以维持低的基质浓度, 避免快速利用碳源的阻遏效应; 可以通过补料控制达到 最佳的生长和产物合成条件;还可以利用计算机控制合理的补料速率,稳定最佳生产工艺。 发酵基质和缓冲液等。 49、补料过多或过少对发酵有什么影响?

投料过多造成菌体细胞大量生长,无法稳定的产生发酵产物,导致菌体生产力下降,同时改 变发酵液流变学性质。如果补料过少,则使菌体过早进入衰退期,引起菌体衰老和自,同样 使生产力下降。 50、 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 51、 pH 对发酵的影响表现在哪些方面? (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。 52、温度对发酵有哪些影响? (1)温度影响反应速率 发酵过程的反应速率实际是酶反应速率,酶反应有一个最适温 度。 从阿累尼乌斯方程式可以看到 dlnKr/dt=E/RT2(平方)


一、单项选择题:在每小题的备选答案中选出一个正确答案,并将正确答案的代码填在题 干上的括号内。 (每小题 1 分,本大题共 10 分) 1.一类单细胞有分枝的丝状微生物,以孢子繁殖,分布广泛大多是腐生菌,少数是动植物 寄生菌,是抗生素的主要产生菌,2/3 以上抗生素由该类菌产生。这类微生物是: A.细菌 B.霉菌 C.放线菌 D.酵母菌 2.分离放线菌时为了抑制霉菌的生长往往加入 A.氯化钠 C.丙酸钠 的温度。 A.-180 0C C.-160 0C B.-170 0C D.-196 0C B.丁酸钠 D.硫酸钠 ) ,远远低于微生物新陈代谢作用停止

3. 用液氮长期保藏菌种是因为液氮温度可达(

4.在微生物发酵工程中利用乳酸杆菌生产乳酸的发酵属于( A.好气性发酵 C.兼性发酵 量积累产物。这些是( A.选择培养基 C.种子培养基 6.( A.生长因素 C.氮源 )的一般特点。 B.保藏培养基 D.发酵培养基 B.碳源 D.微量元素 B.厌气性发酵 D.好厌间歇发酵

) 。

5.配料较粗,营养丰富,完全,C/N 合适,原料来源充足,质优价廉,成本低,有利于大

) 是一类微生物维持正常生长不可缺少的,但自身不能合成的微量有机化合物。

7. 生物反应器间歇操作, 在发酵过程中,不断进行通气(好氧发酵)和为调节发酵液的 pH 而加 入酸碱溶液外, 与外界没有其它物料交换。这种培养方式操作简单, 是一种最为广泛使用的 方式, 称之为( A.连续发酵 C.补料分批发酵 异的问题无法解决这种发酵方式是( A.连续发酵 C.补料分批发酵 A.0.8-0.9 C.0.5-0.8 10.菌体的倍增时间是( A.细胞质量 C.菌体种类 ) 。 B.半连续发酵 D.分批发酵 ) 。 B.分批发酵 D.半连续发酵 ) 。 B.0.6-0.8 D.0.5-0.9 )增加一倍所需要的时间。 B.菌体浓度 D.呼吸强度

8.要求发酵设备现代化程度高、体系内营养物浓度和产物浓度始终一致、菌种容易发生变

9. 厌氧发酵罐一般为立式圆柱形,装料系数为(

二、多项选择题:在每小题的备选答案中选出二个或二个以上正确答案,并将正确答案的 代码填在题干上的括号内,正确答案未选全或选错,该小题无分。 (每小题 2 分,本大题共 20 分) 11.发酵工程的前提条件是指具有()和()条件 A.具有合适的生产菌种 C.菌种筛选技术 E.发酵设备 12.采用微生物发酵工程可以生产许多有用物质,主要包括: A.抗菌素 C.氨基酸 E.生理盐水 13.微生物发酵工程发酵产物的类型主要包括: A.产物是微生物菌体本身 C.产品是微生物次级代谢产物 E.产品是微生物产生的色素 14.引起发酵液中 pH 下降的因素有: A.碳源不足 C.消泡剂加得过多 B.碳、氮比例不当 D.生理酸性物质的存在 B.产品是微生物初级代谢产物 D.产品是微生物代谢的转化产物 B.维生素 D.蛋白酶 B.具备控制微生物生长代谢的工艺 D.产物分离工艺

E.碳源较多 15.发酵培养基中营养基质无机盐和微量元素的主要作用包括: A.构成菌体原生质的成分 C.调节细胞渗透压 B.作为酶的组分或维持酶活性 D.缓冲 pH 值

E.参与产物的生物合成 16.在研究发酵反应动力学时,首先应建立数学模型,要对复杂过程进行简化处理,作出如 下的假设: A.搅拌系统能保证理想的混合,避免 各区域的 T, pH, s 等变量差异; C.菌体有固定化学组成,不随发酵时 间和某些条件变化而明显改变 E.发酵反应底物和产物的浓度是一 定的 17.培养基灭菌是否彻底直接关系到生产过程的成败, 灭菌失败主要不良后果包括: A.杂菌污染造成生产能力的下降 C. 菌种发生遗传变异 E.杂菌可能会分解产物, 使生产过 程失败 18.过滤除菌的一般流程包括以下几个步骤: A.把吸气口吸入的空气先进行压缩 前过滤进入空气压缩机 C. 除去油和水, 再加热至 30~35?C, E.获得洁净度、压力、温度和流量 都符合工艺要求的灭菌空气。 19.在发酵工艺控制中,主要是控制反映发酵过程中代谢变化的工艺控制参数,其中物理参 数包括: A.温度 C.搅拌转速和搅拌功率 E.菌体接种量 20.发酵过程中较常测定的参数有: A.温度 C.空气流量 E.溶氧 B.罐压 D.pH B.罐压 D.空气流量 B.从空气压缩机出来的空气 (> 0.2MPa,温度 120~150?C) ,冷 却至适当温度(20~25?C) D.最后通过总空气过滤器和分过滤 器除菌 B.杂菌产物使目的产物的提取和分 离变得非常困难 D. 改变反应介质的 pH 值, 使生物反 应发生异常变化 B.T, pH 等条件能控制,保持稳定,

使动力学参数也相应稳定; D.各发酵动力学变量对发酵条件变 化反应无明显滞后

三、填空题: (每空 1 分,本大题共 12 分)

21.杀死微生物的极限温度称为__________。 22.通过温和型噬菌体作为媒介,把供体细胞中的 DNA 片断携带到受体细胞中,从而使后 者]获得前者部分遗传性状的现象称为 23. 。

进行酶法脱壁时使用溶菌酶处理。 。

24.AS 是一个菌种保藏中心的缩写,它的机构情况是

25.有些微生物既是工业生产菌,有时也可能在其它的产品发酵中是杂菌。如:_________ 在生产食醋是使生产菌,但在酒类发酵时引起败坏。 26.在发酵过程中需要不断地通入一定量的无菌空气,这类发酵称之为 27.使微生物在固体表面上生长的发酵方法称为 。 。

28.随着微生物细胞质量的增加,其它所有可检测的菌体组成物质,如:蛋白质、DNA、 RNA 等也以相同比例增加,这就是 生长。 热量。 微生物的耐热能力,在灭菌工程中需加

29.发酵热就是微生物发酵过程中释放出来的 30.油脂、糖类以及一定浓度的蛋白质会 以注意。

31.空气除菌的方法很多,其中也包括辐射灭菌法,常用来进行辐射灭菌的射线有 32.发酵罐在发酵生产中为了避免空气的进入,一般保持罐压在 压力。 四、名词解释题: (每小题 3 分,本大题共 18 分)



(表压)左右的

33.初级代谢产物 34.基因工程 35.碳氮比: 36.Crabtree 效应: 37.无反馈控制补料操作: 38.静电除尘(菌) : 五、简答题: (每小题 5 分,本大题共 20 分)

39.发醇过程中异常现象(发酵液转稀、发酵液过浓、耗糖缓慢、pH 不正常)处理措施? 40.Monod(莫诺)方程表明了什么和什么的重要关系?简介 Monod(莫诺)方程?

41.补料分批发酵技术的特点, 与分批发酵,连续发酵的区别? 42 通风发酵设备中的机械搅拌发酵罐必须满足的基本条件? 六、论述题: (每小题 10 分,本大题共 20 分)

43.如何提高高产菌的稳定性? 44.发酵过程中溶解氧的控制措施?(从供氧和需氧量方面考虑)


一、单项选择题:在每小题的备选答案中选出一个正确答案,并将正确答案的代码填在题 干上的括号内。 (每小题 1 分,本大题共 10 分) 1.该类微生物名称不是分类学上的名词, 是一些丝状真菌的通称.,分布极广;在工业上可 以利用该类微生物生产有机酸、糖化酶、蛋白酶等。大多能够引起有机物质发生变质。这类 微生物是( )。 A.细菌 B.霉菌 ) 。 C.放线菌 D.酵母菌 2.分离一般细菌时为了抑制霉菌和酵母菌的生长往往加入( A.链霉素和氯霉素 C.氯霉素和青霉素 藏。该保藏法是基于( A.缺氧 C.干燥 A.好气性发酵 C.兼性发酵 )原理进行的。 B.低温 D.冷冻 ) 。 B.厌气性发酵 D.好厌间歇发酵 )污染。 B.青霉素和链霉素 D.放线酮和制霉菌素

3. 矿油保藏法是将灭过菌的液体石蜡倒入菌体生长斜面,高于斜面 1cm,然后置于冰箱保

4.在微生物发酵工程中利用梭状芽孢杆菌生产丙酮丁醉的发酵属于(

5.发酵过程中,出现了污染,工人们进行了如下处理:a. 严控发酵液流失; b. 彻底清理生 产环境; c. 停产一段时间; d. 调换生产菌种。这是( A.噬菌体污染 C.霉菌污染 B.细菌污染 D.多种微生物污染

6.配料较粗,营养丰富,完全,C/N 合适,原料来源充足,质优价廉,成本低,有利于大 量积累产物。这些是( A.选择培养基 )的一般特点。 B.保藏培养基

C.种子培养基 D.发酵培养基 7.发酵初期提高底物浓度可以延长微生物的( ), 从而提高发酵的容量 产率和产物浓度 。 A.延迟期 B.指数生长期 ) 。 C.稳定期 D.衰退期 8.微生物在单罐连续培养时达到稳定的平衡条件是( A.D >μ C.D =μ 9.在通用式发酵罐的结构中为了( A.防止搅拌器运转时液体溢出 C.防止搅拌器运转时液体飞出轴封 B.D <μ D.D ≠μ )在发酵罐内壁需安装挡板。 B. 防止搅拌器运转时液体产生漩涡, D.防止搅拌器运转时浆叶不工作

10.通过温和型噬菌体作为媒介,把供体细胞中的 DNA 片断携带到受体细胞中,从而使后 者获得前者部分遗传性状的现象称为( A.转导 C.接合 ) 。 B.转化 D.转染

二、多项选择题:在每小题的备选答案中选出二个或二个以上正确答案,并将正确答案的 代码填在题干上的括号内,正确答案未选全或选错,该小题无分。 (每小题 2 分,本大题共 20 分) 11.微生物发酵工程的特点包括许多方面,其中()和()是重要的特点。 A.生产前无需准备,不产生需要处 理的废物 C.原料需精制后使用 E.底物能完全转化成目的产物. 12.采用微生物发酵工程技术可以生产许多与人类生活相关的物质,如: A.红霉素 C.五粮液酒 E.啤酒 13.下列物质中是微生物次级代谢产物的有: A.抗生素 C.生物碱 B.激素 D.氨基酸 B.味精 D.酸奶

B.生化反应是在常温常压下进行的 D.能选择性地进行复杂化合物的转 化反应

E.维生素 14.培养基灭菌是否彻底直接关系到生产过程的成败, 灭菌失败主要不良后果包括: A.杂菌污染造成生产能力的下降 C. 菌种发生遗传变异 E.杂菌可能会分解产物, 使生产过 程失败 B.杂菌产物使目的产物的提取和分 离变得非常困难 D. 改变反应介质的 pH 值, 使生物反 应发生异常变化

15. 微生物工业生产中常用原料(培养基成分)必需要满足下列条件: A.可发酵性强对菌体无毒 C.非发酵性物质的含量低 B.价格低来源丰富 D.均对产物的质量无影响

E.不引起环境问题 16.分批培养是一个封闭的系统。接种后, 除氧之外, 一般都不向系统内添加和除去任何物 质。因此, 分批培养系统只能在一段时间内支持微生物的增殖。菌体生长规律可以概括为以 下几个时期: A.延迟期 C.减速期 B.对数生长期 D.静止期

E.衰退期 17.机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是利用机械搅拌器的作用使空 气和醪液充分混合, 促使氧在醪液中溶解, 以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需要的溶解 氧。为保证发酵工艺应满足下列条件: A.发酵罐体拆卸方便,便于维修 C.罐体各部件要有强度,能承受相 当的压力 E.具有足够的冷却面积。能控制发 酵过程不同阶段所需的温度 18.生物产品的后处理过程一般包括: A.培养液的预处理 C.产物的捕获 B.浓缩 D.初步纯化 B.发酵罐应具有适宜径高比。一般 为 1.7~4 倍左右。 D.通风装置能使气液充分混合,保 证发酵必须的溶解氧

E.精制 19.在发酵工艺控制中,主要是控制反映发酵过程中代谢变化的工艺控制参数,其中化学参 数包括: A.基质浓度 C.产物浓度 E.排气中 O2 和 CO2 含量: 20.空气过滤器的类型: A.纤维状颗粒状介质过滤器 C.管式过滤器 E.折叠式低速过滤器 B.平板式纤维纸分过滤器 D.柱式过滤器 B.pH D.溶氧浓度

三、填空题: (每空 1 分,本大题共 12 分) 21.控制发酵液 pH 的方法主要有加入酸、碱、________和中间补料。 22. 凡把两个不同性状个体细胞内的遗传基因转移到一个个体细胞内并使遗传物质发生重新 组合的过程称为 23. 。

进行酶法脱壁时使用蜗牛酶处理。 。

24.美国标准菌种培养物保藏中心的缩写是 25.市售商品紫外灯管的波长是________nm。

26.使微生物在固体表面上生长的发酵方法称为 27.单位底物所产生的菌体或产物量即为: 。



28.相对单位质量干菌体单位时间内增加的干菌体质量,称为 29.发酵用的菌体在生长繁殖过程中,本身会产生大量的热称之为: 30.培养基中发生的泡沫对灭菌 ,在灭菌工程中应加以注意。

(μ ) 。 。

31. 通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数, 从而能控制发酵污染至极小的 机会。此类空气称为 。 测试方法获得的。

32.在发酵过程的检测与自动控制中,参数溶解氧浓度是通过 四、名词解释题: (每小题 3 分,本大题共 18 分)

33.营养缺陷型: 34.同步培养: 35.摄氧率(OUR): 36.细菌 Crabtree 效应: 37.反馈控制补料操作: 38.介质过滤: 五、简答题: (每小题 5 分,本大题共 20 分) 39.发酵液 pH 对发酵的影响包括哪些方面? 40.比底物消耗速率方程? 41.补料分批发酵的适用范围 ? 42.优良的发酵装置应具有的基本特征包括哪些内容 ? 六、论述题: (每小题 10 分,本大题共 20 分)

43.试述对微生物反应器设计的基本要求? 44. 大规模微生物发酵工程生产, 选择菌种应遵循的原则是什么?(微生物发酵工程对微 生物菌种的要求主要包括哪些内容)

微生物发酵工程考试试卷 3 一 、单项选择题:在每小题的备选答案中选出一个正确答案,并将正确答案的代码填在题 干上的括号内。 草 稿 区 (本题共 10 分,每小题 1 分, ) 1.分离放线菌时为了抑制霉菌的生长往往加入 ( ) A.氯化钠 B.丁酸钠 C.丙酸钠 。 D.硫酸钠 2. 在发酵工程中利用乳酸杆菌生产乳酸的发酵属 ) A. ( 。 好气性发酵 B. 厌气性发酵 C. 兼

性发酵 D.好厌间歇发酵 3.配料较粗,营养丰富,完全,C/N 合适,原料来源充足,质优价廉,成本低,有利于大 量积累产物。这些是( ) 的一般特点。A.选择培养基 B.保藏培养基 C.种子培养基 D.发酵培养基 4. 生物反应器间歇操作, 在发酵过程中,不断进行通气(好氧发酵)和为调节发酵液的 pH 而加 入酸碱溶液外, 与外界没有 得分 其它物料交换。这种培养方式操作简单, 是一种最为广泛使用的方式, 称之为( ) 。 A.连续发酵 B.半连续发酵 C.补料分批发酵 D.分批发酵 5.要求发酵设备现代化程度高、体系内营养物浓度和产物浓度始终一致、菌种容易发生变 异的问题无法解决这种发酵方 式是( ) 。A.连续发酵 B.分批发酵 C.补料分批发酵 D.半连续发酵 6. 厌氧发酵罐一般为立式圆柱形, 装料系数为 ) A. ( 。 0.8-0.9 B. 0.6-0.8 C. 0.5-0.8 D. 0.5-0.9 7.发酵过程中,出现了污染,工人们进行了如下处理:(1) 严控发酵液流失; (2) 彻底清理 生产环境; (3) 停产一段时间; (4) 调换生产菌种。这是( )污染。A.噬菌体污染 B.细菌污染 C.霉菌污染 D.多种 微生物污染 8.发酵初期提高底物浓度可以延长微生物的( ), 从而提高发酵的容量产率和产物浓度 。 A.延迟期 B.指数生长期 C.稳定期 D.衰退期 9. 微生物在单罐连续培养时达到稳定的平衡条件是 ) A. >μ B. <μ C. =μ D. ( 。 D D D D ≠μ 10.在通用式发酵罐的结构中为了( )在发酵罐内壁需安装挡板。 A.防止搅拌器运转时 液体溢出 B.防止搅拌 器运转时液体产生漩涡 C.防止搅拌器运转时液体飞出轴封 D.防止搅拌器运转时浆叶不 工作 第 1 页,共 5 页 二、多项选择题:在每小题的备选答案中选出二个或二个以上正确答案,并将正确答案的代 码填在题干上的 草 稿 区 括号内,正确答案未选全或选错,该小题无分。 (本大题共 20 分,每小题 2 分) 11.发酵工程的前提条件是指具有( )和( )条件。A.具有合适的生产菌种 B.具备控 制微生物生长代 谢的工艺 C.菌种筛选技术 D.产物分离工艺 E.发酵设备 12. 采用微生物发酵工程可以生产许多有用物质, 主要包括: ) A. ( 。 抗菌素 B. 维生素 C. 氨 基酸 D.酶制剂 E.酶抑制剂 13.微生物发酵工程发酵产物的类型主要包括:( ) A.产物是微生物菌体本身 B.产品 。 是微生物初级代 谢产物 C.产品是微生物次级代谢产物 D.产品是微生物代谢的转化产物 E.产品是微生 物的诱导物 14.发酵培养基中营养基质无机盐和微量元素的主要作用包括:( ) 。A.构成菌体原生质的 成分 B.作为酶的组分或维持酶活性 C.调节细胞渗透压 D.缓冲 pH 值 E.参与产物的生物合 成 15.在研究发酵反应动力学时,首先应建立数学模型,要对复杂过程进行简化处理,作出如

下的假设: ) ( 。 A.搅拌系统能保证理想的混合,避免各区域的 T, pH, s 等变量差异; B.T, pH 等条件能控 制,保持稳定,使动力学 参数也相应稳定; C. 菌体有固定化学组成,不随发酵时间和某些条件变化而明显改变; 各 D. 发酵动力学变量对发酵条 件变化反应无明显滞后;E.发酵反应底物和产物的浓度是一定的。 16.培养基灭菌是否彻底直接关系到生产过程的成败, 灭菌失败主要不良后果包括:( ) 。 A.杂菌污染造成生产 能力的下降; 杂菌产物使目的产物的提取和分离变得非常困难;C. 菌种发生遗传变异; B. D.改变反应介质的 pH 值, 使生物反应发生异常变化;D.改变反应介质的 pH 值, 使生物反应发生异常变化;E.杂菌 可能会分解产物, 使生产过 程失败。 17.在发酵工艺控制中,主要是控制反映发酵过程中代谢变化的工艺控制参数,其中物理参 数包括: ) ( 。 A.温度;B.罐压;C.搅拌转速和搅拌功率;D.空气流量;E.菌体接种量 18.基因工程菌培培养中施加选择压力常用的方法有: ) ( 。A.富营养法;B.优化条件法; C.营养 缺陷型法;D.抗生素依赖变异法;E.抗生素添加法。 19.微生物工业生产中常用原料(培养基成分)必需要满足下列条件:( ) 。A.可发酵性强对 菌体无毒;B.价格 低来源丰富;C.非发酵性物质的含量低;D.均对产物的质量无影响;E.不引起环境问题。 20. 机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。 它是利用机械搅拌器的作用使空气和发酵液 充分混合,促使氧在发酵液中 溶解, 以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需要的溶解氧。 为保证发酵工艺应满足下列条件: ( ) 。 A. 发酵罐体拆卸方便,便于维修;B.发酵罐应具有适宜径高比。一般为 1.7~4 倍左右; C.罐体各部件要有强度, 得分 能承受相当的压力;D.通风装置能使气液充分混合,保证发酵必须的溶解氧;E.具有足 够的冷却面积。能控制发酵 过程不同阶段所需的温度 第 2 页,共 5 页 三. 填空题(本大题共 10 分,每空 1 分) 草 稿 区 21. AS 是一个菌种保藏中心的缩写,它的机构情况是 。 22. 发酵热就是微生物发酵过程中释放出来的 热量。 23.油脂、糖类以及一定浓度的蛋白质会 微生物的耐热能力,在灭菌工程中需加以注意。 24. 发酵罐在操作中为了避免空气的进入,一般保持罐压在 (表压)左右的压力。 25.单位重量的细胞(干重)在单位时间内进行维持代谢所消耗的基质量称为 。 26. 进行酶法脱壁时使用蜗牛酶处理。 27.单位底物所产生的菌体或产物量即为: 。 28.相对单位质量干菌体单位时间内增加的干菌体质量,称为 (μ ) 。 29.培养基中发生的泡沫对灭菌 ,在灭菌工程中应加以注意。 30.在发酵过程的检测与自动控制中,参数溶解氧浓度是通过 测试方法获得的。

得分 得 分 四、名词解释题: (本大题共 18 分,每小题 3 分, ) 31.初级代谢产物 32.碳氮比: 33.无反馈控制补料操作: 34.静电除尘(菌) : 35.摄氧率(OUR): 36.细菌 Crabtree 效应: 五. 简答题: (本大题共 20 分, 每小题 5 分) 得分 题目见下页 第 3 页,共 5 页 37. 发醇过程中异常现象 (发酵液转稀、 发酵液过浓、 耗糖缓慢、 不正常) pH 处理措施? 草 稿 区 38.生长关联型产物合成动力学方程? 39.发酵过程中溶解氧的控制措施?(从供氧和需氧量方面考虑) 40.控制发酵过程 pH 的方法? 得分 六、论述题: (每小题 10 分,本大题共 20 分) 41.什么是高细胞浓度培养技术?高细胞浓度培养技术的原理是什么 ?进行高细胞浓度培 养需要解决的关键 问题?进行高细胞浓度培养常用的方法? 42.通过 Fin 和 Fex 来介绍分批发酵、补料分批发酵和连续发酵各自的特点?

现代微生物发酵工程研究的内容 菌种的选育和扩大 最经济地利用营养物,按需确定培养基 灭菌 微生物在最优条件下产物的大规模生产 发酵产物的提取纯化 废物的处理、再生和生产环境的净化

发酵工程(微生物工程,发酵技术) ,是指利用微生物的特定代谢,通过现代工程技术,在 生物的反应器中生产有用物质的一种技术系统。 发酵工程是“研究利用微生物的工业,即微生物参与的工艺过程” 。 微生物发酵的特点 1、催化作用由细胞完成 2、巨大的比表面积 3、原料广、价格低廉天然 4、反应过程温和、生产安全 5、设备多能性、代谢途径多样化 6、易变异性 微生物工业对菌种的要求 1、不是病原菌

2、纯净健壮产量质量稳定 3、易于控制培养条件、周期短 4、对诱变剂敏感 5、抗污染力强 6、原料廉价,生长迅速,目的产物产量高 7、产物分泌型 菌种退化: 生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良的菌株, 由于进行一种传代或保藏之后, 群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。 退化的表现 产物合成能力下降 产量下降 孢子数量变化 菌落大小变化 生长能力和生长速度变化 退化原因 基因突变、连续移代、质粒的脱落、培养和保藏条件的影响 复壮原理 狭义复壮:从大量退化的菌株中分离筛选到那些仍保持优良性状的个体 广义复壮: 在菌种的生产性能尚未退化前就经常有意识地进行纯种分离与生产性能的测试工 作 微生物菌种的保藏法 斜面、液体石蜡、干燥、冻干、真空、液氮 冷冻干燥法:用保护剂制备菌悬液, 然后将含菌样快速降至冰冻状态,减压抽真空,使冰升 华成水蒸汽排出,从而使含菌样脱水干燥, 并在真空状态立即密封瓶口隔绝空气,造成无 氧的真空环境, 然后置于低温下保存。

干燥保藏法

沙土:适于:能产生孢子或芽孢的微生物 麦麸:适合产孢子的霉菌和放线菌 硅胶:适合丝状真菌和酵母菌

菌株分离(separation) :将一个混杂着各种微生物的样品通过分离技术区分开,并按照实际 要求和菌株特性采取迅速、准确、有效的方法对他们进行分离、筛选,进而得到所需微生物 的过程。 富集培养(enrichment) :在目的微生物含量较少时。根据微生物的生理特点,设计一种选择 性培养基, 创造有利的生长条件, 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条件下的优势种,以利分离到所需要的菌株。 微生物诱变育种: 以人工诱变手段诱发基因突变、改变遗传结构和功能,通过筛选,从多种

多样的变异体中筛选出产量高、 性状优良的突变株, 并且找出发挥这个变株最佳培养基和培 养条件,使其在最适的环境条件下合成有效产物。 理想的工业用菌种 遗传稳定对诱变剂敏感 生长迅速易于繁殖 可长期存放能力易再现 高产、高收率 夹层培养法: 基本培养基辅底, 凝固后加含待分离菌液的基本培养基为中层, 培养一段时间, 可长出的菌落是野生型的。再铺一层完全培养基为上层,新长出的则是营缺陷。 突变克隆技术是指外源基因借助载体进入抗生素的产生菌中, 如果外源基因与抗生素产生菌 的生物合成基因有同源性, 就有可能与产生菌的转录单位杂交, 造成该基因的转录中断而影 响其表达,以此确定克隆基因的性质。 杂交育种一般是指人为利用原核微生物的接合, 转化和转导及真核微生物的有性生殖或准性 生殖等过程, 促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组, 以获得性能优良的生产菌株。 能荷调节: 受细胞内能量水平的控制.在葡萄糖氧化过程中, 中间产物积累或减少,进 而引起荷能的变化,造成代谢终产物 ATP 的过剩或减少。

葡萄糖效应:

酶合成的阻遏: 在某代谢途径中,当末端产物过量时,微生物的调节体系就会阻止代谢途径 中包括关键酶在内的一系列酶的合成,从而彻底控制代谢,减少末端产物生成。 微生物代谢调节的模式 1、直线式代谢途径的反馈控制 2、分支代谢途径的反馈控制 (1)协同或多价反馈控制 (2)合作反馈控制 (3)累积反馈控制 (4)顺序反馈控制 (5).同功酶反馈调节 初级代谢的调节控制 酶合成:诱导——促进酶的合成 阻遏——抑制酶的合成 酶活性:终产物抑制或激活、通过辅酶水平的活性调节、酶原的活化、潜在酶的活化 细胞透性: 次级代谢的调节控制

次级代谢产物的诱导调节 次级代谢反馈调节 细胞膜透性的调节 分解产物对某些酶类合成的抑制,称为分解产物阻遏 分解产物对某些酶活性的抑制,称为分解产物抑制 代谢控制育种:通过特定突变型的选育,达到改变代谢通路、降低支路代谢终产物的产生或 切断支路代谢途径及提高细胞膜透性,使代谢流向目的产物积累方向进行。 组成型突变株是指操纵基因或调节基因突变引起酶合成诱导机制失灵, 菌株不经诱导也能合 成酶,或不受终产物阻遏的调节突变型,称为组成型突变株 当具有突变型基因的个体通过再突变又成为野生型的表型, 此过程称为回复突变。 每个微生物细胞都具有能量转换机构, 这种机构可把其它形式的能量转换成能被其自身直接 使用的能量 ( 如 ATP,GTP 和储存在膜上的质子运动势 Δ P ) ,暂且把它们称为代谢能 工业发酵的五字策略: “ 进、通、节、堵、出 ” ①进,促进细胞对碳源营养物质的吸收; ②通,使来自上游和各个注入分支的碳架物质能畅通地流向目的产物; ③节, 阻塞与目的产物的形成无关或关系不大的代谢支流, 使碳架物质相对集中地流向目的 产物; ④堵,消除或削弱目的产物进一步代谢的途径; ⑤出,促进目的产物向胞外空间分泌 代谢工程: 把量化代谢流及其控制的工程分析方法与根据分析结果制定的遗传修饰方案付之 实施的分子生物学技术结合起来,以反复分析、校验和修正的方式进行实际操作,改善微生 物的产物形成的能力和微生物的细胞性能, 从而满足人类对生物的特定需求的生物工程的分 支。 分批发酵: 是一种准封闭式系统。 一次投料,一次接种,一次收获的间歇式培养方式。培 养过程中,接种物要经过 5 个时期。即延迟期、 对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。 延迟期:细胞浓度的增加不明显。受菌龄和接种量的影响 对数生长期:细胞浓度随培养时间呈指数增长。细胞浓度的变化率与细胞浓度成正比。 减速期:细胞的比生长速率开始下降 静止期:细胞浓度达到最大值,细胞的比生长速率为 0 衰亡期:活细胞浓度不断下降 连续发酵:连续发酵是指在培养过程中,连续地向发酵罐中加入培养基,同时以相同的流速 从发酵罐中排出含有产品的培养基的发酵方式。 一般连续培养方式很多: 搅拌发酵罐和管式 反应器;恒化和恒浊;循环式和非循环式;单级和多级。

分批培养的特点:操作简单、周期短、染菌机会少和生产过程、产品质量易掌握。但是生产 率相对较低。 连续培养的最大特点:微生物细胞的生长速率、产物的代谢均处于恒定状态,可达 到稳定、高速培养微生物细胞或生产大量的代谢产物的目的。生产率得以提高。 补料分批发酵:在分批培养过程中,间歇或连续地补加新鲜培养基,而不从发酵罐中间断地 放出培养液的培养方法。 培养基: 提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的, 按一定比例配制的多种营 养物质的混合物。 对培养基的要求 1、提供合成细胞和发酵产物的基本成分 2、利于减少培养基原料的单耗 3、利于提高培养及产物的浓度 4、利于提高产物的合成速率 5、减少副产物,利于产品的分离纯化 6、利于减少能耗

前体 某些化合物被加到培养基后,能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去,而 自身的结构并未发生太大的变化,却能提高产品的产量。这类小分子物质称为前体。

双酶水解法 淀粉酶和糖化酶 优点:条件温和,无需特殊设备副反应少,产品纯度高,淀粉转化率高。可在高淀粉浓度 下水解 缺点:时间长,设备多,过滤难 糖化是利用糖化酶将淀粉液化产物糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的过程 杂菌污染的危害:产率下降、提取困难、噬菌体细胞裂解、pH 无菌的保障: 培养基和生产环境灭菌 好氧发酵过程空气除菌

设备无死角 种子,培养过程加入的物料无污染。 培养基湿热灭菌:当温度超过最高限度时,微生物细胞中的原生质和酶的基本成分----蛋白 质发生不可逆的变化,使微生物在很短时间内死亡。 以能否杀死芽孢细菌为标准。 培养基的灭菌: 分批灭菌: 将配制好的培养基放在发酵罐或其他容器中, 通入蒸汽将培养基和所有设备仪器 灭菌的操作过程,也称实罐灭菌 连续灭菌: 将配制好的培养基在高温快速的情况下,向发酵罐输送的同时经过加温,保温, 冷却的过程进行灭菌。

发酵染菌:指在发酵过程,生产菌以外的其它微生物侵入了发酵系统,从而使发酵过程失去 真正意义上的纯种发酵。 菌体生长缓慢:

菌丝结团:溶解氧不足、种量低、保藏时间长、培养基质量、菌龄短 代谢不正常:糖和氨基酸等变化不正常,菌体浓度和代谢产物不正常。 原因:可能是接种物或培养基的质量差, 接种量小,杂菌污染等。 发酵异常 发酵异常的表现:pH 值过高或过低 染菌发生的表现:溶解氧水平异常 泡沫过多:可能是菌体生长差,代谢速度慢,种子过嫩或过老,蛋白质等胶体多,灭菌时间 过长或温度过高等。 菌体浓度过高或过低:温度异常,溶解氧异常,灭菌不当,种子质量差等 染菌的检查与判断 镜检法 、肉汤培养法 、平板划线培养 、斜面培养检查法 种子带菌及其防治: 原因:保藏斜面菌种染菌、培养基和器具灭菌不彻底、种子转移和接种过程染菌、种子培 养涉及的设备和装置染菌 防治:控制无菌室的污染、严格管理沙土管斜面及三角瓶、种子的培养严格的无菌检查、

严格培养基或器具灭菌

杂菌污染的挽救和处理 1)种子培养期染菌的处理:染菌的种子灭菌后弃之并对相应的的设备和管线灭菌。采用备 用种子或进行“倒种’ 。 2)发酵前期染菌的处理:一般视碳,氮含量而定。或灭菌后重新接种或补充一定新鲜培养 基或通过调整补料量和时间。 3)发酵中,后期染菌染菌处理:设法抑制杂菌的生长速度。 4)染菌后设备的处理:彻底清洗,空罐蒸汽灭菌处理或甲醛熏蒸处理。

控制参数 温度 pH

溶解氧浓度

搅拌转速及功率

压力

基质含量

空气流量

控制参数 黏度、浊度、料液流量、菌体浓度、菌丝形态、产物浓度、氧化还原电位、废气中的气体成 分 比消耗氧速率:单位质量的细胞(干重)在单位 时间内消耗氧的量。 溶解氧浓度与临界氧浓度之比称作氧的满足度。 溶解氧浓度的控制: 提高氧传递系数和氧传递的推动力,提高搅拌速度和通气速率 通过调节温度,液化培养基,中间补水添加表面活性剂等, 改善溶解氧。 控制基质的浓度控制菌浓 泡沫产生的原因 外力——通气和搅拌,增加氧溶解速率的必要手段。 培养基成分——蛋白质,菌体具有稳定泡沫的作用。许多起泡物质是表面活性剂,能降低表 面的张力,使发酵液容易起泡。液体的黏度越大, 泡沫越稳定 细胞生长代谢和呼吸——排出气体,使发酵液产生气泡。 泡沫对发酵的危害: 1.逃液: 2.增加了染菌机会: 3.菌体量减少 4.菌体提前自溶 处理:降低通气量;减小装料系数;加入消泡剂。

发酵液的预处理 目的: 改变发酵液的性质,加快沉降,产物转移到便于处理的相中,部分除杂 方法: 絮凝、加热、沉降、稀释

预处理的作用与方法: 色素 交换,吸附 杂蛋白 沉淀,絮凝,加热,吸附 高价阳离子 草酸钙,三聚磷酸钠,黄血盐 细胞破碎: 机械法:高压匀浆 非机械法:酶解法

X-press 超声波法 渗透压冲击法 冻融法

干燥

化学溶胞

产物的分离纯化方法: 沉淀法 盐析法,等电点法,有机溶剂沉淀法,非离子型多聚物法,聚电解质法 影响盐析的因素:蛋白质的浓度,离子的种类,温度,离子的强度

盐析的原理:中性盐的加入,能破坏蛋白质,酶等胶体性质,中和微粒上的电荷,促使蛋白 质等沉淀。 等电点法:利用两性电解质在电中性时溶解度最低 溶剂萃取法 离子交换法 结晶法:浓缩,冷却,化学反应,盐析 05 年题 名词解释 30 分 麦芽汁、菌种退化、孢子培养基、溶解氧、萃取、大曲、上面酵母、固定化酶、连续发酵、 抗生素 二、填空 每空一分 20 分 1、抗生素按化学结构主要分哪五类 2、啤酒酿造中制麦芽的目的(三个空) 3、酒按生产工艺分为哪四类 4、发酵产物分为哪三类 5、过滤除菌主要依靠哪 5 个因素 四、问答题 五个中任选四个 40 分 1、讲述了工厂染菌的一些现象,让你分析染菌 2、简述诱变育种的过程。 3、中国白酒根据香型主要区分为哪几类及它们的代表。 4、为何要改造抗生素,举例说明 5、在发酵工业的发展过程中,哪几个技术的建立对现代发酵工业具有重要意义,为什么? 06 年题 名词解释 1、深层发酵培养 2、连续培养 3、反馈调节 4、富集培养 5、泡敌 6、蒸馏酒 7、异性乳酸菌发酵 8、通化酶 9、糖化 10、生物柴油 填空 1、发酵工业发展的三大技术 2、中国白酒的五大香型 3、抗生素按作用机理分的五类:抑制细菌细胞壁的合成;影响细胞膜功能的抗生素;抑制 核酸合成的抗生素;抑制蛋白质合成的抗生素;抑制生物作用的抗生素 4、空气过滤除菌的原理:惯性截留作用,拦截滞留作用,分子运动和凝集作用,静电吸附 作用,沉降作用 5、酶制剂的三种生产方法:深层液体培养,固体培养,载体培养 判断:都挺简单的 简答 1、沉淀法的几种方式及其作用机理 2、工业筛选菌种原则,如何从自然界中筛选有应用价值潜力的菌种 3、噬菌体感染的征兆和怎么预防噬菌体感染 4、啤酒主酵期和后酵期的过程及特征 5、赖氨酸发酵工业生产育种选育原则

下面是我们这届的复习题,考试基本都是考的这上面的 第一章 基本概念: 1 发酵:广义指借助微生物大量生成并积累特定产物的过程。有机物既是被氧化的基质又是 氧化还原反应过程中电子的最终受体。 2 发酵工程:研究利用微生物大量生产各种有用物质的一门现代工业学科,它即研究生产过 程与微生物的关系, 也研究工程学的问题, 包括研究改造或构建适合于工业生产的微生物菌 种,研究创造合适的环境条件以使微生物积累某种产物和相关的工业设备。 3 发酵工业:借助微生物大量生产各种有用物质的现代工业,它必须具备三个条件:优良的 菌种、合适的环境条件(指使微生物大量积累某种特定产物的环境条件)、先进的工艺设备 4 微生物工业:又称发酵工业。 5 厌氧发酵:厌氧微生物在隔绝空气不与分子态氧接触的情况下进行的发酵过程。一般适用 于微生物作用于有机化合物的分解代谢,反应时放出气体同时产生热量。 6 好氧发酵:利用微生物在有氧气存在的情况下生成并积累微生物菌体或代谢产物。 7 液体发酵:液体发酵是相对于固体和半固体发酵而言,是从培养基的状态对发酵的一个分 类。 当然, 由于培养基状态不同也影响了发酵过程的很多因素, 如发酵的条件, 发酵设备等。 8 浅盘液体发酵:根据微生物对氧气的需要分为静置发酵和通气发酵,浅盘液体发酵是一种 通气发酵方式, 指从小规模的克氏瓶到较大规模的塑料膜和具有自动控制的发酵器, 一般用 于科研。 9 深层液体发酵:即微生物细胞在一个密封的发酵罐内,通入无菌空气进行发酵。 10 深层培养:又称通气搅拌技术,采用机械通气搅拌,使得好气性发酵进行大规模生产。 11 固体发酵:根据培养物的物理状态分类的一种发酵方式。发酵培养物为固态。 12 浅盘固体发酵:主要以曲盘,竹帘等培养为主,目前国内小型酿造厂或种曲培养尚使用。 13 深层固体发酵:是浅盘固体发酵的一种发展,如厚层通气床,固体发酵罐等,用于工业 生产。 14 分批发酵:根据物料和产物的进出方式进行分类的一种发酵方式,所有物料(除去空气, 消泡剂,酸碱调节剂外)一次加入发酵罐,灭菌、接种、培养,最后整个罐的内容物放出, 进行产物回收。 15 补料分批发酵:指发酵过程有物料连续或间歇流入,但物料的流出有两种情况,一是物 料流出速率为零,二是物料流出速率不为零,即后者定期排出一定量的发酵液。 (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。 ) (华东理 工大) 16 连续发酵: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, 使培养物在近似恒定的状态下生长的培养方法。 17 半连续发酵: (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) (华东理工大) 18 生长连动型产物形成:通常都直接涉及降解的代谢途径,产物直接来自产能的初生代谢, 微生物的生长,碳源降解和产物形成是平行的,营养期和分化期不分。 19 非生长连动型产物形成:初生代谢和产物形成完全分开的,产物不是来自降解的代谢, 而是来自无定向途径。 20 部分生长连动型产物形成:通常间接地同产能途径相关联,是非正常的代谢结果,分批 发酵前期产物高比率消耗,产物很少或没有生成,接着生长下降,产物开始形成,底物又成

高比率的消耗,营养期和分化期是分开的。 思考题: 一、在发酵工业的发展过程中,哪几个技术的建立对现代发酵工业具有重要意义,为什么? 纯培养技术,通气搅拌技术和代谢控制技术的建立对现代发酵工业具有重要意义。纯培养 技术的应用于发酵,发酵生产技术得到改进,开创了人为控制微生物的时代,发酵工业逐渐 进入现代工业行列;通气搅拌技术(深层培养技术) 解决了液体深层培养时的供氧问题。使 许多产品都可以用好气性发酵进行大规模生产, 大幅度提高了发酵水平; 代谢控制技术使人 们选择性的获得大量所需的物质变成现实。 这三个技术的建立共同奠定了发酵工业化进程的 基础。 二、现代发酵工业必须具备哪些条件,为什么? 借助微生物大量生产各种有用物质的现代工业,它必须具备三个条件:优良的菌种、合适的 环境条件(指使微生物大量积累某种特定产物的环境条件)、先进的工艺设备,其中优良的菌 种是主体, 直接决定了目标产物的质量。 后两者是为了充分发挥菌种的优良性能而考虑和设 计的,没有它们的支持,主体不能发挥其优势,也就没有了工业上的利用价值。 三、相对于分批发酵,连续发酵有哪些优缺点。 优点:1 可以提高发酵设备的利用率和单位时间的产量。 2 发酵罐中各种参数趋于恒定值,便于自动化控制。 3 易于分期控制,可以在不同发酵罐中控制不同条件。 缺点:持续流加物料,增多了染菌的机会。 菌种退变问题不易解决。 四、次级代谢产物与初级代谢产物的合成代谢有哪些主要区别。 1、功能:初级代谢产物主要是氨基酸、核苷酸、维生素和各种有机酸等小分子化合物,作 为构成大分子的原材料或转化成辅酶。 次级代谢产物结构一般比较复杂, 对微生物的生存生 长和繁殖不是必要的。 2、合成途径:初级代谢途径在各种类型是生物中基本相同,次级代谢来自多种合成途径, 往往以初级代谢形成的前体聚合,修饰而成。 3、合成时期:初级代谢产物在营养期形成,而次级代谢产物是在菌体生长达到临界最高值 后才开始,在分化期大量合成。 4、遗传控制 :两者都受核内基因控制,但质粒对多种次级代谢产物的合成起重要作用。 5、合成的专一性:初级代谢产物生成的酶反应有高度的专一性,一般只能与一种底物反应 生成一种产物, 而次级代谢产物的合成明显具有种属特异性, 产物往往以一族化合物形式出 现。 6、合成条件:初极代谢产物的形成一般只需要简单的营养条件,次级代谢产物则需要更复 杂的营养条件,并在一些特定的培养条件下才能生成。 第二章 基本概念: 1、筛选模型:在抗生素的筛选过程中,为避免致病菌的感染与扩散,一般不采用致病菌为 试验的指示菌, 尽可能选择非致病菌而又能代表致病菌的其它微生物作为试验的指示菌, 这 些指示菌就称为筛选模型。 2、自然选育:不经过人工处理,利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程叫做自然选育。 3、诱变育种:常规诱变育种:利用物理、化学等诱变剂,使微生物发生突变而进行菌种选 育的过程。合理诱变育种:根据微生物的代谢调节机理来选择一定类型的微生物突变株,以 获得高产菌株。 4、反馈调节:末端产物浓度的变化对该生物合成途径中的关键酶的合成或活性有影响。 (许

多生物合成途径具有两个以上的末端产物, 这种分支合成途径的调节方式较复杂, 其调节方 式包括:同工酶调节、顺序反馈调节、协同反馈调节、累加反馈调节、增效反馈调节、激活 和抑制联合调节和酶的共价修饰等方式。 ) 5、菌种退化:菌种的一个或多个特性,随时间的推移逐步减退或消失的现象,一般常指菌 株的生活力、产孢能力衰退和目的产物产量的下降。 6、回复突变:突变体经过第二次突变又完全地或部份地恢复为原来的基因型和表型。完全 恢复是由于突变的碱基顺序经第二次突变后又变为原来的碱基顺序,称真正的回复突变。部 分恢复是由于第二次突变发生在另一部位上,其结果是部分恢复原来的表型.亦称为第二位点 突变或基因内校正。 思考题: 一、从自然界分离微生物,为什么要对分离材料进行预处理。 从自然界获得的分离材料, 其中各种微生物是混合存在的, 不同的微生物对生存环境和营 养条件有不完全相同的要求;在一些材料中,微生物的密度比较小,因此直接从自然界的分 离材料中分离微生物,很难分离到目标微生物,经预处理使目标微生物富集,可大大提高菌 种的分离效率。 二、常用的高产菌株选育方法有哪些,试评价每一种方法的优缺点。 从自然界直接分离得到的菌种,一般不会立即适合实际生产的需要,只有通过选育,才 能提高产物的产量改进品质,甚至简化工艺。 自然选育:不经过人工处理,利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程叫做自然选 育。 自然选育是一种简单易行的选育方法,可以达到纯化菌种,防止菌种退化,稳定生产, 提高产量的目的。但是自然选育的效率低。 常规诱变选育:利用物理、化学等诱变剂,使微生物突变频率提高而进行菌种选育的过程。 一般包括诱变和筛选两个部分。 这种方法已经为微生物发酵提供了许多优良菌种, 是目前微 生物育种中行之有效的途径之一,但是存在着很大的盲目性和偶然性,工作量较大。 合理诱变育种:根据微生物的代谢调节机理,从产物形成的生理生化途径着手来选择一定 类型的微生物突变株,以获得高产菌株。有的放矢的进行筛选,效率较高,相对于常规诱变 育种盲目性减小,工作量也减小很多。 原生质体融合技术:指将一个细胞与另一个细胞融合为一体,使一个细胞的遗传物质(包括 核 DNA 和核外基因)进入另一个细胞。 引起这个细胞遗传特性的改变, 并且这种遗传特性的 变异能够稳定遗传下去。 原生质体融合技术的优点: (1)去除细胞壁的障碍,亲株基因组直接融合、交换和实现重组,不需要有已知的遗传操作 系统 (2)原生质体融合后,两亲株的基因组之间有机会发生多次交换,产生各种各样的基因组合 而得到多种类型的重组子 (3)重组频率特别高 (4)可以和其它育种方法相结合 (5)可以用药物、温度、紫外线钝化亲株的一方,然后再进行融合,这样可以提高筛选的效 率 (6)原生质体融合并不局限于种内,还可以进行种间和属间的原生质体融合 基因工程技术:将获得的 DNA 分子插入到载体,使之形成遗传物质的新组合,再将它们 转移到一种原来并不含有这样新组合的宿主细胞中去, 使宿主细胞获得新的遗传信息并稳定 遗传下去,成为新型生物。基因工程技术的操作更明确,是菌种选育的更有效的手段。 三、为什么基因工程技术首先在肽类和蛋白类药物的生产上取得巨大成功。

基因工程的直接操作对象是遗传物质 DNA,DNA 在受体细胞中复制、转录、翻译,直接产 物既是肽类和蛋白类,因此这项技术首先应用于肽类和蛋白类药物的生产。 四、出发菌株的选择应考虑哪些因素,为什么? 1、菌的营养特性,生产中要考率培养基的成本问题,希望菌种对营养的要求粗放一些。 2、菌的生长温度,一般不希望菌种的生长温度过低,降温的能量消耗较大。 3、菌对生产设备和生产过程的适应性,实验室的小规模发酵培养往往与实际生产过程不尽 相同,尽量使筛选条件和生产条件相接近,以免出现筛选工作的假象。 4、菌种的稳定性:希望稳定性较高,避免过高频率的菌种退化,产品质量不稳定。 5、从发酵液中提取产物的情况 ,获得产物是重要的环节,提取难度大会提高生产成本。 6、产物的收得率情况。 五、简述诱变育种的过程。 诱变育种一般包括诱变和筛选两个部分,诱变部分成功的关键包括出发菌株的选择、诱变 剂种类和剂量的选择, 以及合理是使用方法突变株的分离。 筛选部分包括初筛和复筛来测定 菌种的生产能力。诱变育种是诱变和筛选过程的不断重复,直到获得高产菌种。随后进行高 产菌株的稳定性试验,菌种特性考察,高产菌种培养条件的优化试验,逐步进行小发酵罐试 验,放大试验,中试考察,大罐试验最后投入生产。 六、什么是合理诱变育种,根据合理诱变的原则,应选择怎样的突变株。 合理诱变育种: 根据微生物的代谢调节机理, 从产物形成的生理生化途径着手来选择一定类 型的微生物突变株,以获得高产菌株。具体可以: (1)选育组成型菌株 廉价高效的诱导物不易得,亦对工艺不便。 (2)选育抗反馈调节的突变株 在方法上可以直接以末端代谢产物为底物来筛选抗反馈作用 的突变株。 (3)选育营养缺陷型 是切断非目的产物的代谢途径,用以积累中间代谢产物。 (4)选育负变菌株的回复突变株 负变菌株的回复突变株亦可以用来提高代谢产物的过量生 产。 (5)选育条件抗性突变株 (6)选育细胞膜透性改变的突变株 微生物细胞内大终产物及时移去,消除反馈控制 (7)选育抗生素抗性突变株 高产菌株必然具备对自身所分泌的抗生素的抗性 七、原生质体融合有何优点? (1)去除细胞壁的障碍,亲株基因组直接融合、交换和实现重组,不需要有已知的遗传操作 系统 (2)原生质体融合后,两亲株的基因组之间有机会发生多次交换,产生各种各样的基因组合 而得到多种类型的重组子 (3)重组频率特别高 (4)可以和其它育种方法相结合 (5)可以用药物、温度、紫外线钝化亲株的一方,然后再进行融合,这样可以提高筛选的效 率 (6)原生质体融合并不局限于种内,还可以进行种间和属间的原生质体融合 八、菌种退化的主要原因是什么? 1、菌系不纯 2、异核现象 3、自然分化现象 (异核和回复突变等都可以引起自然分化) 4、回复突变 5、培养条件或保藏方法问题 6、其它 为了尽量避免菌种退化,1 菌种选育时避免使用含有多核的孢子和菌丝片段。2 对于回复突 变,筛选时应注意到选用双重营养缺陷型,或者既是营养缺陷型,又是抗结构的类似物。还

可在 培养液中加入适量的结构类似物或抗生素。3 制作平行的菌种斜面,少转接传代。4 认真进行单菌落分离。5 选择一种有利于高产菌而不利于低产菌(或其它不利形状)的培养条 件。6 良好的保藏方法。 九、说明菌种保藏的原理和常用的菌种保藏方法 1、斜面冰箱保藏法 2、砂土管保藏法 3、覆盖惰性液体保藏法 4、真空冷冻干燥保藏法 5、-30℃低温保藏法 6、液氮超低温保藏法 第三章 基本概念: 1、孢子培养基:供菌种繁殖孢子的一种固体培养基,要求使菌体生长迅速,产生数量较多 的优质孢子,并且不引起菌种的变异。在配置上要求:营养不能太丰富,否则不易产孢,无 机盐浓度要适当,不然会影响孢子量和孢子的颜色(质量),注意 pH 和湿度。 2、种子培养基:为扩大发酵罐的接种量,往往先将斜面菌种进入到相对体积比较小的种子 罐或摇瓶进行培养。种子培养基还可以供孢子发芽、生长和菌体繁殖。种子培养基要求营养 物质适当的丰富和完全,培养基成分易于被菌体吸收,但浓度不宜过高,控制碳氮比,保持 培养过程中 pH 稳定在适当范围内。另外种子培养基的主要成分和培养条件应尽可能同发酵 培养基保持一致,以缩短延迟期,使菌种迅速转入旺盛生长。 3、发酵培养基:发酵培养基是供菌体生长繁殖和大量产生发酵产品之用。因此发酵培养基 的营养成分即要丰富和完全, 又要求严格控制, 尤其是那些对发酵产物的形成有严重影响的 成分。 4、一级种子:指从斜面上转入摇瓶等小型发酵设备进行第一次扩大培养。 5、二级种子:将一级种子再次扩大培养,使种子达到发酵罐的接种量。 6、DE:是英文(dextrose equivalent)的缩写,是葡萄糖当量或葡萄糖值的意思,即指还 原糖之和占糖浆干固体百分比。淀粉转化的程度以葡萄糖值(简称 DE 值)表示。 9、糖化酶:其它名有葡萄糖淀粉酶,直链淀粉受此酶作用后,每次切下一个葡萄糖单元, 生成葡萄糖。它对 a-(l,6)-键分解缓慢,但却能越过 a-(l,6)-键继续水解 a-(l,4)-键。也可以分 解麦芽糖。 11、异淀粉酶:亦称淀粉 1,6 葡萄糖苷酶或界限糊精酶,能水解含 1,6 键的糊精而生成葡 萄糖。 12、分批灭菌:是指培养基在发酵罐中用蒸气加热,达到预定温度且维持一定时间,然后迅 速将培养基冷却,并通入无菌空气保压,至接近发酵温度时接种。 13、连续灭菌:是将培养基在发酵罐外连续不断进行加热,维持和冷却,最后进入发酵罐。 14、空消:对发酵罐消毒 15、实消:对培养基进行消毒 思考题: 一、 发酵工业上常用的 C、N 源原料有哪些,它们有何优缺点? 碳源物质: 纯糖: 葡萄糖、 蔗糖: 所有的微生物都能利用葡萄糖但是会引起葡萄糖效应。 纯糖成本较高。 葡萄糖母液:几乎所以微生物都可以利用,有葡萄糖效应(所有迅速代谢能源都能阻抑较慢 代谢的能源所需酶的合成。酶的生成被易分解碳源所阻遏。此称葡萄糖效应) 糖蜜:甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜:除糖分外,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、糊精等多糖:玉米淀粉、甘薯淀粉、野生植物淀粉: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。 纤维素、半纤维素类物质:秸秆。来源广泛,价格低,但可以利用的微生物很少。 亚硫酸纸浆废液: 其它:油脂、有机酸、低级醇类等。可以满足一些微生物的特殊营养需要,有机酸还可以调 节发酵液的 pH 值。 氮源物质: 有机氮源:豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、酵母粉、酵母膏、蛋白胨、玉米浆、鱼粉、蚕蛹 粉、尿素等。除提供氮源外,有些有机氮源还含有大量的无机盐、糖类、脂肪、维生素及生 长因子。 无机氮源:铵盐:如硫酸铵(生理酸性盐) 硝酸盐:如硝酸钠(生理碱性盐) 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 二、发酵工业上使用的原料为什么常常需要进行处理,举例说明。 微生物工业的原料多采用一些天然的物质,它们大多是农副产品或其它工业的下脚料,使 用这些原料具有来源丰富、价格低廉,除含有丰富的碳氮源外,还有维生素和微量元素、具 有一定的缓冲能力等,这些都是有利的方面。但是这些原料也有不利的方面,如:营养成分 不完全明确,原料的来源不同、加工不同都会影响其品质,对生产上有一定的影响,因此需 要根据具体的情况进行处理。 例如淀粉质原料的处理: 一些微生物缺乏淀粉酶, 需要将淀粉质原料转化为短链糊精、 寡糖、 双糖或单糖后才能利用。 再如纤维质物质的预处理:以便于后续的糖化处理。 物理法:微粉碎处理、蒸煮和破碎处理、微波处理 化学法:破坏纤维的结晶:碱处理、碱+嗅氧、碱+醇; 醇+酸、醋酐+过氧化氢; Na2S 脱木质素:硫酸盐法、亚硫酸盐法; 二氧化硫气体处理; 甲醇或乙醇+盐酸、硫酸; 丙酮+酸 三、连续灭菌有哪些优缺点 它的优点如下: (1)由于采用高温短时间灭菌,物料受热时间短,减少营养成分的破坏,有利于提高生产率。 (2)总的灭菌时间比分批灭菌大为减少,缩短发酵罐的生产周期。 (3)蒸气负荷均衡,提高了锅炉效率。 (4)适应于自动化控制。 连续灭菌的缺点: 1、易产生泡沫 2、大颗粒物料易造成管道堵塞 3、大颗粒物料会造成局部灭菌不彻底 4、需要增加设备 四、影响培养基灭菌效果的主要因素是什么? 1、培养基中污染菌的数量,一般说来污染菌的数量越多,要适当延长灭菌时间。 2、培养基的 pH,在 pH6.0-8.0 时,微生物最耐热,所以培养基的 pH 越低,所需的灭菌时

间也越短。 3、培养基的成份,高浓度的有机物增加培养基的粘度,影响热的传入,应提高温度。而 高浓度的盐类增加渗透压,可以促进热的传导,降低微生物的耐热性,故易于灭菌。 4、培养基中的颗粒,颗粒大和结块的传热效果差,灭菌较困难。 5、泡沫,泡沫中的空气形成隔热层,空气导热性差,包裹在泡沫中的微生物不易被杀死。 第四章 基本概念: 1、旋风分离器:空气除菌的装置之一,空气从切线方向进入容器,在容器内形成旋转运动 产生的离心力分离较大的微粒。 2、丝网分离器:丝网分离器能分离较小的雾滴。当气流通过丝网时,液滴与丝网撞击而被 拦截在丝网上。液滴沿细丝往下流,使聚集在丝网上的液滴不断增大,直到液滴离开丝网落 下,而与丝网分离。 3、总过滤器:目前都采用介质过滤的方法,定期进行灭菌,定期调换新介质。空气由底部 切线方向进入过滤器,由上部切线方向排出。 4、分过滤器:随发酵罐次次消毒的过滤装置。每个发酵罐前配置的空气过滤装置。 5、惯性截留作用:当空气在遇到障碍物被迫改变方向时,由于微粒具有一定惯性力,不随 气流运动方向的改变而改变,即颗粒仍作直线运动,以至与障碍物相撞,空气中微粒撞到过 滤器内的棉花纤维等障碍物时,即被载留或阻拦在纤维上面,这种现象称为惯性截留现象。 6、拦截滞留作用:当气流速度很慢时,微生物随低速气流慢慢靠近纤维,微粒所在的主导 气流受纤维所阻,而改变流动方向,绕过纤维前进,并在纤维的周围形成一层滞流区,滞流 区的速度更慢,进入滞流区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附滞留,称拦截滞流作用。 思考题: 一、说明过滤除菌的原理。 空气过滤除菌不是靠滤除作用,主要依靠下列一些因素:惯性截留作用、拦截滞留作用、 分子运动和凝集作用、静电吸附作用、沉降作用。 二、简述过滤除菌的一般工艺流程。 发酵工厂采用的空气除菌流程, 因各地的气候条件不同而有差别。 但都应维持一定的气流速 度和不受油、水的干扰以获得较高的除菌效率。一般的两级冷却、分离、加热的空气除菌的 流程如下: 空气吸入口和压缩机前滤尘器(防止颗粒及杂物吸入的筛网,减轻后面 过滤器的负担, 同时不使粗大颗粒进入空压机的气缸内。 ) →空气压缩机(提高过滤效率,以无润滑油工艺的空压机为好,保证一定的空气流速) →缓冲罐(消除空气压缩机排出空气的脉动,维持稳定的空气压力,同时也可以利用重力沉 降作用分离部分油雾。 ) →第一冷却器(一级冷却器把空气冷却到 40~50℃) →旋风分离器 (空气从切线方向进入容器, 在容器内形成旋转运动产生的离心力分离较大的 微粒。 ) →第二冷却器(第二级冷却器再把空气再冷却到 20~25℃,水分就会以露珠的形式凝结出 来。 ) →丝网分离器(分离较小的雾滴。 ) →加热器(降低空气的相对湿度,以免沾湿介质) →总过滤器(定期进行灭菌,定期调换新介质,采用多孔板将过滤介质分成几层,层与层之 间留有一定的空间, 使气流在此空间中进行重分布, 避免短路的危险。 空气由底部切线进入, 过滤空气由上部出口切向排出)

→分过滤器(与培养基一起次次消毒) →发酵罐 三、常用的过滤介质有哪些。 1、棉花是最早使用的过滤介质,一般宜选用细长纤维且疏松的新棉花为过滤介质,阻力 较大。 2、玻璃纤维也是一种常用过滤介质,它的阻力损失要比棉花小,最大缺点是,更换过滤 介质时碎末飞扬,影响操作人员的身体健康。 3、活性炭有非常大的表面积,通过吸附作用捕集微生物。目前常与棉花联合使用,即在 二层棉花中夹一层活性炭, 以降低滤层阻力。 对滤除效果作用不大, 主要使得空气分布均匀。 4、石棉滤板,特点是耐湿强度大,受潮时也不易穿孔和折断,能耐受蒸汽反复杀菌。但 过滤效果不高,只适用于分过滤器。 5、超细玻璃纤维纸具有较高的过滤效率,但抗湿性能差,一旦滤纸受潮,强度和过滤效 率就会明显下降。 6、烧结材料具有微孔通道,能起到微孔过滤的作用,它的过滤性能与孔径大小有关,具 有强度高、寿命长、能耐高温、使用方便等优点,但微孔易堵。 第五章 基本概念: 1、接种量:指接入到发酵培养基中的种子液的量,以种子液占发酵液总量的百分比计算, 决定于生产菌种在发酵罐中的繁殖速度。 2、通气量:指一分钟内,通过发酵液的空气体积比发酵液的体积 3、溶解氧:溶解于液体(发酵液)中的氧 4、中间补料:在发酵过程中向培养基中流加或间歇补加碳源或氮源物质,使培养基中碳源 物质和氮源物质含量相对稳定,以延长产物的产生推迟菌体的自溶时间增加发酵液是体积, 而使发酵单位大幅度上升。 5、泡敌:化学合成类消泡剂,如聚氧丙基甘油醚、聚氧乙烷丙烷甘油醚,这一类化学合成 消沫剂通称“泡敌”。 6、呼吸商:二氧化碳释放率与菌氧气消耗率的比,用来描述排气中 CO2 与排气中 O2 之间 的关系。 思考题: 一、在发酵生产过程中,为什么要常常采用“中间补料”的方式? “中间补料”可以延长产物的产生时间,推迟菌体的自溶时间,增加了发酵液的体积,而使 发酵单位大幅度上升。 二、说明泡沫对发酵过程的危害,如何控制泡沫的产生。 1、气泡中的空气有隔热作用,影响灭菌 2、泡沫多会从轴封溢出,容易造成染菌 3、降低了发酵罐的装料系数 4、严重时停搅拌,影响正常的发酵过程 控制泡沫的产生: 1 增加机械消泡装置,适当的使用化学消泡剂。 2 控制通气搅拌的速度适当。 3 注意培养基的配比及原料的组成。 4 避免灭菌不当导致培养基中产生有毒物质,或是灭菌不彻底。 5 注意适当的接种量。 6 严格管理,避免染菌。 三、染菌在发酵生产中是不可避免的,当染菌发生时,应从哪几方面进行分析、找出染菌原

因。 从染菌规模:大批发酵罐染菌、部分发酵罐染菌、个别发酵罐染菌 染菌时间:早期、中后期 染菌形态种类:芽孢杆菌、小球菌、霉菌、酵母菌、水生细菌 等初步做出判断。例如发酵前期污染芽孢杆菌,判断原因可能有两个,一是物料灭菌不 彻底,二是种子带菌。然后深查种子液和无菌样,高清污染的真正原因。再如,前期污染无 芽孢杆菌和球菌,在排除种子带菌后,空气系统是个重要的清查对象,应检查空气样的检验 结果。 四、在发酵工业中,如何防止噬菌体污染的发生。 1、选育抗噬菌体菌系 2、保护环境,建立工厂环境清洁卫生制度 3、加噬菌体抑制剂 第六章 基本概念: 1、板框过滤: 是由滤板和滤框组成(板框式) ,在输料泵的压力作用下, 把料液送进各滤室, 再利用过滤介质把形成固体和液体分开的整体设备。 2、盐析法:也称中性盐沉淀法,中性盐的亲水性大于蛋白质的亲水性,当加入大量中性盐 时,它们能夺取蛋白质表面的电荷,破坏其水膜,而使蛋白质沉淀析出。 3、 萃取:萃取是用一种溶剂将被提取物从一种固体或液体中提取出来。 思考题: 一、说明发酵液在提取时,为什么往往要进行预处理? 所需要的目标产品在发酵液这一复杂的多相体系中往往浓度很低, 并与大量可溶的和悬浮 的杂质混合在一起,所以在进行固液分离之前,必须进行预处理,其目的就是改变发酵液的 物理性质,加快悬浮液中固形物质沉降速度;尽可能使产物转入便于以后处理的相中;能除 去部分杂质;除去可溶性杂质,如蛋白质和重金属离子,防止它们干扰后续纯化工作;有些 发酵产物是胞内物质,需先分离收集细胞,并将细胞破碎后进一步才能提取。 二、说明常用的提取方法。 吸附法:用一种吸附剂将被提取物吸附在其上,然后用一种溶液(剂)再将被吸附的物质洗 脱下来。常用活性炭,硅胶及氧化铝。 沉淀法: 沉淀是溶液中的溶质由液相转变为固相而析出的过程。 通过沉淀达到浓缩提取物 的目的,也可通过沉淀除去非必要的成分。包括等点沉淀法、不溶性盐沉淀法、有机溶剂沉 淀法、盐析法。 萃取法:萃取是用一种溶剂将被提取物从一种固体或液体中提取出来。 色谱分离法:包括吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶过滤色谱,分别是利用待分 离物的吸附性质, 在不同溶剂中的分配系数不同, 电荷性质不同以及分子大小的差异进行分 离。 三、说明发酵液提取的特点。 1、欲提取物的起始浓度低,杂质干扰多 2、欲提取的生物物质通常不稳定 3、各批次的发酵液状况不尽相同 第七章 基本概念: 1、酿造酒:指原料(糖质原料不经糖化阶段)经糖化、酒精发酵后所滤得的汁液,一般酒精 含量较低。

2、蒸馏酒:蒸馏酒:酿造发酵后,再经蒸馏的酒,酒精含量高,通常在 35%以上。 3、大曲:大曲使用小麦、大麦、豌豆等为原料踩制而成,依靠原料本身活化的一部分酶及 自然界带入的各种微生物,在制曲原料中的生长、富集、产酶、酶解,再经过风干和贮藏, 才可用于生产,因其块形大,故得此名。 4、小曲:小曲以米粉为原料,加入中草药等辅料接入一定量的母曲制成,因曲块小而称为 小曲。小曲有时也称为酒药、米曲、白曲等。 5、麸曲:以麸皮为原料,蒸煮后接入纯种曲霉或其它霉菌培养成曲。 6、糖化:把醪液中的淀粉、糊精转化为可发酵性糖等物质后,才能被酵母所利用,发酵产 生酒精。这个将可溶性淀粉、糊精转化为糖的过程,生产中就叫做糖化。 7、 上面酵母: 啤酒发酵终了, 大量酵母细胞悬浮在液面上称为上面酵母。 发酵温度 15-20° C。 啤酒的香味突出。 8、下面酵母:发酵完毕,酵母凝聚沉淀到发酵容器底部,发酵温度 5-10° C。啤酒的香味柔 和。世界上绝大部分国家采用下面发酵啤酒。 思考题: 一、简述啤酒酿造的工艺过程。 将制备好的麦芽磨碎与谷物淀粉和水混合制成麦芽浆→糖化→过滤除去麦渣→麦芽汁→ 添加酒花并煮沸→酒花滤网过滤除去酒花糟→热沉降罐沉降→冷却→加入酵母发酵 (发酵后 留取一部分酵母再次发酵)→贮存→过滤→分装→成品。 二、啤酒酿造中制麦芽的目的是什么? 1、使大麦生成各种酶,以供制麦芽汁催化剂之用 2、使大麦中的淀粉、蛋白质等在制麦芽过程中得到适度降解 3、通过麦芽烤焙除去麦芽中多余的水分和生腥味,产生干麦芽特有的色、香、味以便保藏 和运输 三、中国白酒根据香型主要区分为哪几类及它们的代表。 1、浓香型白酒以泸州老窖特曲为代表。 2、酱香型白酒以茅台酒为代表。 3、清香型白酒以山西汾酒为代表。 4、米香型白酒以桂林三花酒和全州湘山酒为代表。 。 5、凤香型白酒以陕西西凤酒为代表。 四、为什么中国白酒目前不采用液体发酵的方法。 液态法生产的白酒与固态法生产的白酒风味不同,影响啤酒风味的香味物质不超过 1%,固 体、液体这两种不同的发酵方法,由于物质基础不同,界面效应不同以及微生物区系不同导 致了 (1)液态法生产白酒中的高级醇含量高 (2)液态法生产白酒中的酯类在数量上只有固态法生产白酒的 1/3 左右,在种类上则更少 (3)液态法生产的白酒中的总酸量仅为固态法白酒的 1/10 左右,在种类上也少得多 (4)液态法生产白酒的全部香味成分不足 20 种,而固态法生产白酒却有 40~50 种以上 所以中国白酒目前不采用液体发酵的方法。 第八章 基本概念: 1、同型乳酸发酵:即经 EMP 途径产生的丙酮酸,以 NADH2 为供氢体还原形成乳酸,此过 程 1 分子葡萄糖生成 2 分子乳酸,理论转化率为 100%。 2、异型乳酸发酵:有两条途径,一是 6-磷酸葡萄糖酸途径,产生 1 分子乳酸、1 分子乙醇

和 1 分子 CO2,理论转化率为 50%。二是 Bifidus(双歧)途径,2 分子葡萄糖产生 2 分子乳酸 和 3 分子乙酸,乳酸的理论转化率亦为 50%。 思考题: 一、柠檬酸和乳酸发酵各采用什么菌种,它们的提取通常采用什么方法? 柠檬酸生产菌:柠檬酸的生产菌种最早是采用的青霉,后来发现曲霉,特别是黑曲霉能 分泌大量柠檬酸,目前用于工业生产。 柠檬酸的提取方法:柠檬酸的提取常采用钙盐法,工艺过程: 1 发酵液过滤后用固体碳酸钙中和,加热煮沸,分出废液,获得柠檬酸钙沉淀。 2 沉淀加水搅成糊状,搅拌下加入适量硫酸,形成硫酸钙沉淀,柠檬酸游离出来。 3 用活性炭或脱色树脂脱色 4 离子交换除去各种阳离子 5 减压浓缩 6 冷却结晶,即得到柠檬酸结晶。 另外,如果发酵液含酸高,杂质少,可以用直接提取法,萃取法。 乳酸生产菌:德氏乳杆菌:以淀粉水解物、蔗糖、糖蜜为原料 保加利亚乳杆菌:以乳清为原料 戊糖乳杆菌:以亚硫酸废液为原料 乳酸的提取方法:1、传统钙盐法 2、锌盐法:发酵液中和,除去菌体后加 ZnSO4 得到乳酸锌结晶,乳酸锌加 H2S 或重结晶后加 H2S 得到游离乳酸。 二、说明 Fe3+和 Mn2+对柠檬酸发酵的影响。 Fe3+和 Mn2+浓度高时抑制柠檬酸的合成, Cu2+对它们有拮抗作用, 而 但高浓度 Cu2+对柠 檬酸的合成也有毒害作用。最适生长时需要较高浓度的 Fe3+因为它是作为乌头酸酶的活化 剂。当分化期需要最大柠檬酸产量时,Fe3+浓度不能高,否则会引起柠檬酸不积累。锰的 缺乏可以降低 HMP 途径和三羧酸循环中各种酶的活性。 第九章 基本概念: 酶法合成: 思考题: 二、谷氨酸提取常采用哪些方法。 等电点法:谷氨酸等电点为 3.2 离子交换法:用强酸型阳离子树脂吸附后,用 4%的 NaOH 洗脱,然后树脂用 5.4%的 HCl 再生。 盐酸盐法:利用谷氨酸盐在浓盐酸中溶解度低而将谷氨酸与其它杂质分离。 锌盐法:利用谷氨酸锌在水溶液中的溶解度低的原理,加入硫酸锌,当溶液中 pH 为 6.3 时,生成谷氨酸锌沉淀,然后加热,调 pH 至 2.4-2.6,分离出谷氨酸。 三、赖氨酸的生产菌种为什么要选高丝氨酸缺陷型? 高丝氨酸是赖氨酸生产的支路途径开始的关键物质, 支路代谢的产物蛋氨酸和异亮氨酸与 赖氨酸对生产赖氨酸的关键酶---天门冬氨酸激酶均有阻遏作用, 高丝氨酸缺陷同时阻断了异 亮氨酸和蛋氨酸的产生,缓解了对天门冬氨酸激酶的阻遏,利于赖氨酸的积累。 第十章 基本概念: 1、酶制剂:酶是生物体组织中含有的一种具有催化作用的特殊蛋白质。从生物体组织中提

取出这种蛋白质并加以精制的产品,称为酶制剂。 2、麸皮酶:利用固态法发酵,由成品曲干燥、粉碎、过筛得到的酶制剂。 3、液体酶:液体法发酵(滤去菌体等固形物质或破壁抽提)或固态法发酵(用水抽提成品 曲)后得到抽提液经真空浓缩得到的含大量酶的液体称作液体酶。 4、固定化酶:将水溶性酶制剂,通过物理或化学的方法使之不溶于水, 而仍然保持酶的催化能力的制剂。 5、载体培养:脱胎于曲法培养,同时又吸收了液体培养的优点,是近年来新发展的一种培 养方法。 其特征是以天然或人工合成的多孔材料代替麸皮之类的固态基质作为微生物生长的 载体进行发酵。 思考题: 酶的固定化有哪些方法,各有什么优缺点? 酶固定化的方法很多,但各种方法共同关心的问题是:如何维持酶的催化活性。 吸附法:含酶水溶液和吸附剂接触,再经洗涤除去不吸附的酶,便能制得固定化酶。 酶蛋白质和载体间的结合力大多是比较弱的。在某些情况下,酶的非专一性吸附会 引起部分或全部失活。 共价结合法:酶蛋白分子上功能团和固相支持物上的反应基团之间形成化学共价键连接 的方法。共价法优点是酶和载体之间的连接键很牢固,不会发生酶的脱落,稳定性较好。缺 点是载体的活化或固定化操作比较复杂,反应条件也比较剧烈。 交联法:是用多功能试剂进行酶蛋白分子之间的交联。基本原理是酶分子和多功能试剂 之间形成共价键,得到三向的交联网架结构。 包埋法:它是一种用物理方法将酶包埋在高聚物内反应条件温和,并且不改变酶结构的 固定化方法。对大多数酶、粗酶制剂甚至完整的微生物细胞都是适合的。但也有局限性,只 有小分子的底物和产物可以通过高聚物网架扩散, 对那些底物和产物是大分子的酶是不适合 的。 特性 制法 结合力 酶活力 底物专一性 再生 制法的普遍 性 固定化成本 离子吸附 易 中 高 不变 可能 普 低 物理吸附 易 弱 低 变 可能 不普 低 共价法 难 强 高 变 不可能 中等 高 交联法 易 强 中 不变 不可能 中等 中 包埋法 难 强 高 不变 不可能 普 中

一、简述生物素对谷氨酸发酵的影响。 1、生物素影响糖酵解的速度,生物素充足时糖酵解速度加快,丙酮酸更趋向于乳酸合成。 2、生物素影响异柠檬酸裂解酶的活性。生物素亚适量时,几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活 力。 3、 生物素是羧化酶的辅基, CO2 固定反应中起重要作用, 在 因此生物素必须有一定量存在, 不能完全缺乏。 4、生物素影响细胞膜的透性,生物素含量高,细胞膜通透性较低,谷氨酸积累,引起反馈 抑制,限制了产物的产生。 第十一章 基本概念:

1、抗生素:是由生物来源的一些次级代谢产物,这些物质可以在一定浓度下有选择性地抑 制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞。 2、半合成抗生素:或是以由生物合成所得的天然抗生素或其类似物为原料,用化学合成方 法改造其部分结构和制备一些新型衍生物; 或是利用微生物某些酶的作用, 在抗生素分子中 改变或引进取代基来获得新抗生素,以这些方法制得的产品,都称为半合成抗生素。 思考题: 一、根据化学结构,抗生素主要分为哪几类,举例说明。 1、b-内酰胺类抗生素:青霉素、头孢菌素。 2、氨基糖苷类抗生素:包括链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素等。 3、四环类抗生素:金霉素、土霉素和四环素等。 4、大环内酯类抗生素:红霉素、竹桃霉素、麦迪霉素、制霉菌素、两性霉素 B 等。 5、多肽类抗生素:多粘菌素、杆菌肽等。 6、聚醚类抗生素:莫能菌素、盐霉素、马杜霉素等。 7、核苷类抗生素:阿糖腺苷、嘌呤霉素、尼克霉素等。 8、林可霉素类:林可霉素、氯林可霉素。 9、安沙类抗生素:利福霉素。 10、氯霉素类:氯霉素。 二、举例说明抗生素的作用机理。 按作用机制分类,对理论研究具有重要的意义,根据抗生素的主要作用可分成五类: 1、抑制细菌细胞壁合成的抗生素:如青霉素、头孢菌素等。 2、影响细胞膜功能的抗生素:两性霉素 B、制霉菌素等。 3、抑制核酸合成的抗生素:如影响 DNA 结构和功能的博来霉素、丝裂霉素 C 等。 4、抑制蛋白质合成的抗生素:如四环素、氯霉素等。 5、抑制生物能作用的抗生素:如抑制电子转移的抗霉素 A、抑制氧化磷酸化作用的短杆 菌肽 S 等。

第七至十一章 名词解释 酒:凡含有酒精(乙醇)的饮料和饮品,均称做“酒”。 酿造酒:指原料(糖质原料不经糖化阶段)经糖化、酒精发酵后所滤得的汁液,一 般酒精含量较低。 蒸馏酒:酿造发酵后,再经蒸馏的酒,酒精含量高,通常在 35%以上 配制酒:在食用酒精中加入香料等配制而成的酒 葡萄酒:以新鲜葡萄或葡萄汁为原料,经酒精发酵酿制而成的酒精含量不低于 8.5%的饮料酒称葡萄酒。 黄酒:是以谷物为主要原料,利用酒药、麦曲或米曲所含的多种微生物的共同作 用,酿制而成的发酵酒。 清酒:清酒又称日本酒(Sake),它是以大米、水为原料,经用米曲霉培养成的米 曲与纯种酵母,在低温下边糖化、边发酵而酿成的酒精含量为 14%~17%的酿 造酒。 啤酒:啤酒是采用麦芽和水为主要原料,加酒花(蛇麻花),经酵母发酵酿成的一 种含 CO2、起泡的、低酒精度的饮料。 曲:曲是以含淀粉和蛋白质的原料为培养基,培养多种微生物,并富集大量的酶 类,用作酿酒的糖化和发酵剂。 同型乳酸发酵:即经 EMP 途径产生的丙酮酸,以 NADH2 为供氢体还原形成乳酸,

此过程 1 分子葡萄糖生成 2 分子乳酸,理论转化率为 100%。 异型乳酸发酵:有两条途径,一是 6-磷酸葡萄糖酸途径,产生 1 分子乳酸、1 分子乙醇和 1 分子 CO2,理论转化率为 50%。二是 Bifidus(双歧)途径,2 分子 葡萄糖产生 2 分子乳酸和 3 分子乙酸,乳酸的理论转化率亦为 50%。 固定化酶:将水溶性酶制剂,通过物理或化学的方法使之不溶于水, 而仍然保持酶的催化能力的制剂。 Ribozyme RNAs:本身就是一段 RNA,不需要额外的蛋白酶就可以对自身进行剪 切。 生物柴油:生物柴油是利用生物油脂生产的有机燃料,是由动物、植物或微生物 油脂与小分子醇类经过酯交换反应而得到的脂肪酸酯类物质。 可以代替柴油作为 柴油发动机的燃料使用。 微生物药物 多 粘 菌 素:多粘菌素是由多粘芽孢杆菌所产生的一族碱性多肽类抗生素的总 称。多粘菌素可与细菌细胞膜紧密而持久地结合,引起细胞膜损坏,功能改变。 头孢菌素:是一类具有 ?-内酰胺结构的抗生素,最早发现的天然头孢菌素是头 抱菌素 C,由于其毒性低,又有抗青霉素耐药金黄色葡萄球菌的作用,故格外受 到重视。 问答题 第七章 1、啤酒的发酵流程:

(3)

1. 简述制麦芽的目的及工艺 1、使大麦生成各种酶,以供制麦芽催 化剂之用 2、使大麦中的淀粉、蛋白质等在制麦 芽过程中得到适度降解 3、通过麦芽烤焙除去麦芽中多余的水 分和生腥味,产生干麦芽特有的色、 香、味以便保藏和运输 2. 简述酒花的主要成分及作用 酒花的作用是赋予啤酒香味和爽 口的苦味,增进啤酒的泡沫性和稳定 性,使泡沫经久不散,与麦汁共沸时能促进蛋白质凝固,有利于澄清并有

一定的防腐作用。 ? 苦味物质: 主要酒花中的 α —酸, —酸及其一系列氧化、 聚 β 合产物——提供啤酒愉快苦味的物质。 ? 酒花精油:是酒花中一种重要成分,经蒸馏后成黄绿色油状物, 容易挥发——是啤酒开瓶闻香的主要成分。 ? 多酚物质:约占酒花总量的 4—8%。在啤酒酿造中的作用: 在麦汁煮沸、冷却时与蛋白质形成凝固物; 在后酵和贮酒直至灌瓶以后,缓慢和蛋白质结合,形成 气雾浊及永 久浑浊物, 在麦汁和啤酒中形成色泽物质和涩味。 3. 简述糖化的方法 糖化方法有煮出法和浸出法两类。 煮出法又有一次、 二次、 三次煮出法等, 我国以二次煮出法为主,浸出法在英国较流行。 4. 简述啤酒主发酵期及后酵期过程和特征 温度变化 低泡期 高泡期 落泡期 起始 6~8℃,每天 上升 0.9~1℃ 上升快,最高达 8~12℃ 开始下降,最终达 3.5~5℃ 糖度变化 每天平均下降 1Bx 最快时每天下降 1.5Bx 降糖速度变慢 ,最 终达 1.5~4.8Bx 泡沫变化 15~20 小时出现 泡沫,逐渐增厚 特别丰盛,可达 20~30cm 收缩形成褐色泡 盖 时间(天) 2.5~3 天 2~3 天 2~3 天

经主发酵后,此时啤酒(嫩啤酒)温度、糖度下降,pH4.2~4.4,但酒 内 CO2 含量不足,大量悬浮酵母和凝固析出物尚未沉淀下来,酒液不够澄 清,口味不成熟,不适于饮用,一般还要经过数周或数月的贮藏期,此即 后酵期。 后酵期通常在地下室的桶(或罐)中完成。 做法是将主酵嫩啤酒送至后 酵罐,这工序称为下酒。 酒液从贮酒桶底引入,并尽可能一次灌满,仅留 l0~15cm 空隙,这 样可避免酒液吸氧过多。 下酒后先开口发酵 2~3 天,以防 CO2 过多,使酒沫涌出。在初期排 出部分 CO2 的同时,也使一些生酒味的挥发性成分如乙醛、H2S、双乙酰等 排出,然后封口。 下酒初期室温 2.8~3.2℃,一个月后逐渐降低到 0~1℃,前高后低 的目的是使残糖继续发酵,产生的 CO2 不断溶解于酒内,直至饱和。 一些易形成混浊的蛋白质,如:单宁复合物逐渐析出,悬浮的酵母、 冷凝固物和酒花树脂等在低温和低 pH 值情况下缓慢沉淀下来,使啤酒逐 渐澄清 5. 简述清渣法\续渣法\清蒸法大曲酒工艺

2、续渣法大曲酒工艺
原料 谷糠 酒 粉碎 配料 蒸馏糊化 酒醅 蒸馏 酒

酒糟 出池

扬冷 加曲 加水
入池 糖化发酵

3、清蒸法麸曲酒工艺
原料、粉碎 配料 蒸煮、扬冷 曲霉 种曲 通风制曲

酵母菌 液体培养 卡氏罐 大缸酒母 成熟酒母

谷糠

加曲 加酒母 加水、入池
糖化发酵 出池拌糠

成品麸曲

酒糟

丢糟

蒸馏



6. 简述液态法与固态法白酒生产风味不同的可能原因 (1)物质基础:固态法白酒生产是配醅发酵,这些经过发酵的酒糟往往积累了大 量微生物尸体与代谢产物,如酸类、酯类、羟基化合物等,这些代谢产物有的是 生成香味的前体物质,有的本身就是香味成分。但液态法生产的白酒,只有新投 入的原料和清水,不存在也不能在短期内形成香味成分的前体物质。 (2)界面效应:固态法的料醅比较疏松,其中还包含着大量气体,具有很大的气 -固、液-固界面,微生物的生长与代谢产物与在液体发酵液中不同,以至构成 了风味上的区别。例如,糖蜜液态法生产则得到桔水酒,不具备白酒风味,而糖 蜜拌稻壳固态法生产,就有白酒风味(当然还有其它原因)。 (3)微生物区系:一般液态法生产白酒时多选用酒精发酵能力强的酒精酵母,其 产酯能力则很弱。由于微生物的品种单一,发酵液中香味成分贫乏。固态法生产 白酒时,由于各种渠道把大量的、多种多样的微生物带入料醅中,它们在发酵过 程中产生出丰富的香味物质,其中细菌特别如乳酸菌起着主要作用。 第八章 1. 简述柠檬酸高产菌株选育原则 ①产酸高 ②周期短 ③产物单一 ④营养要求粗放 2. 简述柠檬酸发酵的条件 (一)营养条件 1、碳源:各种含淀粉的原料、淀粉水解物、葡萄糖蜜、蔗糖和甜菜糖蜜 等都可作为碳源,我国以薯干粉为原料。一些新菌株采用纯淀粉,浓度可 提高至 18~22%。 2、氮源:最适为 0.3~0.4%,薯干等原料含有氮,可不必添加。 3、 微量元素: 1940 年以来对微量元素进行了广泛的研究, 2?, 2?, 2?, Cu Mn Mg 3? 2? 2? Fe ,Zn ,Mo 等为高产所必需,需要量仅在 mg/kg 级,过量可能造成 毒害。

4、其它物质的影响:低级醇类、氟乙酸等可促进柠檬酸的合成。 (二)环境条件 1、pH:pH≥5.0 易形成葡萄糖酸,pH≥3.0 易形成草酸,合成柠檬酸 pH 要降到 3 以下。 2、温度:在不同发酵阶段,一般采用不同的温度控制,在种子培养和发 酵初期, 以加速菌体增殖为目的,控制较高温度(36~38℃)对黑曲霉的生 长有利。发酵产酸期以菌体的产酸代谢为主,控制 34~36℃为佳。 3、氧:黑曲霉需要较低的氧,但是对氧的缺乏是敏感的。 3. 简述柠檬酸积累的理想条件 1、提高磷酸果糖激酶的活性 2、提高丙酮酸羧化酶的活性 3、提高柠檬酸合成酶的活性 4、抑制顺乌头酸酶的活性 5、抑制异柠檬酸脱氢酶的活性 6、抑制 ?-酮戊二酸脱氢酶的活性 7、抑制异柠檬酸裂解酶的活性 4. 简述乳酸的生物合成途径 (一)同型乳酸发酵 即经 EMP 途径产生的丙酮酸,以 NADH2 为供氢体还原形成乳酸,此过 程 1 分子葡萄糖生成 2 分子乳酸,理论转化率为 100%。 (二)异型乳酸发酵 有两条途径,一是 6-磷酸葡萄糖酸途径,产生 1 分子乳酸、1 分子乙 醇和 1 分子 CO2,理论转化率为 50%。二是 Bifidus(双歧)途径,2 分子 葡萄糖产生 2 分子乳酸和 3 分子乙酸,乳酸的理论转化率亦为 50%。 5. 简述乳酸的发酵条件 (一)营养条件:根据采用的生产菌种。 (二)发酵条件: 1、搅拌与通气:乳杆菌是一种微好气菌,能吸收少量氧气,所以,乳 酸发酵时不需要保持绝对厌氧环境,但也不需要连续搅拌与通气。乳酸发 酵罐一般配备搅拌或通气装置只是断续使用,目的是使发酵液均一,防止 CaCO3 沉淀。 2、 温度: 德氏乳杆菌和保加利亚乳杆菌的最适生长温度为 45~62℃。 乳酸发酵温度一般控制在 48~50℃,另一方面,发酵培养基呈微酸性, 不易感染杂菌,所以,乳酸发酵培养基的灭菌操作比较简单,一般加热至 90~95℃,维持 1~2 小时,冷却至 50℃即可接种。 3、pH:乳酸发酵适宜 pH5.5~6.0,pH<5 发酵被抑制。通常在培养 基中加入 CaCO3 或在发酵过程中加 CaCO3 或 NaOH 中和。 第九章 1. 简述氨基酸的用途 (一)、在食品工业中的应用 1、强化食品:赖氨酸、色氨酸和苏氨酸常用于强化食品,使小麦、 玉米、大米等食物提高营养价值。 2、作为调味剂:谷氨酸及天门冬氨酸的钠盐具有鲜味,特别是谷氨

酸的一钠盐常用作鲜味剂。 3、作为人工甜味剂的原料: 自从发现 L-天门冬氨酸-L-苯丙 氨酸甲酯(APM)的甜味为蔗糖的 150-200 倍后,对天门冬氨酸肽 类的甜味进行了广泛的研究,其 中以 L-天冬氨酰-氨基丙二酸蒎 醇甲醇二酯具有最大的甜味,为 蔗糖的 22000-33200 倍。 (二)、在饲料中的应用 在饲料中添加赖氨酸和蛋氨 酸,可加速猪等家畜的生长,改 良肉的质量。蛋氨酸可以提高家 禽的产蛋率。 (三)在医药上的应用 几乎所有的氨基酸和它们的 盐类在医药上都可作为注射剂或一般药物,医治各种疾病,各种氨基酸的 混合液不但作为营养注射剂或口服液,而且为宇航员、飞行员等的强化剂 食品。 (四)工业上的应用 聚谷氨酸树脂的薄膜具有天然的皮革性能, 可制耐季节气候变化的人 造皮革和涂料。谷氨酸还可制人造纤维。甘氨酸、半胱氨酸、丙氨酸可制 表面活性剂、缓冲剂和抗氧剂等。 2. 简述产生谷氨酸菌株特点 菌株特点: 革兰氏阳性 不形成芽胞 没有鞭毛,不能运动 需要生物素作为生长因子 在通气条件下才能产生谷氨酸。 3. 简述谷氨酸的生物合成途径及谷氨酸积累的条件
谷氨酸的生物合成途径大致是:葡萄糖经糖酵解(EMP 途径)和己糖磷酸支路(HMP 途径) 生成丙酮酸,再氧化成乙酰辅酶 A(乙酰 COA),然后进入三羧酸循环,生成 α-酮戊二酸。α酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有 NH4+存在的条件下,生成谷氨酸。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。

谷氨酸积累的理想条件 ①一定的糖酵解速度,不能走向乳酸等合成。 ②生成丙酮酸后,一部分氧化脱羧生成乙酰 CoA,一部分固定 CO2 生成草 酰乙酸。 ③生成的乙酰 CoA 不向脂肪酸合成途径转化,全部趋于合成柠檬酸。

④α -酮戊二酸不转化为琥珀酸。 ⑤异柠檬酸裂解酶活性弱,即不形成乙醛酸环。 ⑥异柠檬酸脱氢酶活性强。 ⑦L-谷氨酸脱氢酶活性强。 4. 简述谷氨酸生产菌的具体育种思路 1.切断或减弱支路代谢 2.解除自身的反馈抑制 3.增加前体物的合成 4.提高细胞膜的渗透性 5.强化能量代谢 6.利用基因工程技术构建谷氨酸工程菌株 5. 简述生物素对谷氨酸的生物合成的影响及克服生物素过量带来的问题 影响:1、生物素影响糖酵解的速度 2、生物素影响异柠檬酸裂解酶的活性 3、生物素是羧化酶的辅基 4、生物素影响细胞膜的透性 克服:1、选育油酸缺陷型 2、选育甘油缺陷型 3、加入表面活性剂或高级饱和脂肪酸 4、加入青霉素或头孢菌素 C 6、简述赖氨酸的菌种选育原则 (一) 、切断支路代谢 以谷氨酸棒杆菌为出发菌株, 选育高丝氨酸缺陷型切断苏氨酸和蛋氨 酸的分支途径,是积累赖氨酸的有效措施。 (二) 、增加前体物质的合成 为了提高赖氨酸产率,应设法增加前体物—天门冬氨酸的浓度,如: 选育丙氨酸缺陷型, 丙酮酸和天门冬氨酸是赖氨酸和丙氨酸生物合成的共 同前体。 丙氨酸可由丙酮酸与 L-氨基酸通过转氨酶作用而生成,亦可在 ?-酮 戊二酸和亮氨酸存在时,由天门冬氨酸-?-脱烃酶所催化,直接从天门冬 氨酸脱烃形成。选育丙氨酸缺陷型,增强生物合成天门冬氨酸的代谢流, 能提高赖氨酸产量。 (三) 、增大谷氨酸的反馈抑制 增大谷氨酸的反馈控制,能增强生物合成天门冬氨酸的代谢流。 与谷氨酸发酵相比,生物素丰富(30-50?g/l),是提高产赖氨酸的关 键。 (四) 、解除代谢互锁 赖氨酸与亮氨酸生物合成之间存在代谢互锁, 即二氢吡啶二羧酸合成 酶为亮氨酸所阻遏,应设法解除,如:选育亮氨酸缺陷型。此外,选育烟 酰胺缺陷型也能解除代谢互锁因为烟酰胺参与亮氨酸合成。 6. 简述赖氨酸发酵生产工艺 1、温度:种子培养温度 30-32℃,发酵温度 32-34℃。

2、氧气:在发酵过程中,并不需要培养基中的氧浓度达到饱和,只要维 持在临界氧浓度之上即可。 3、流加碳源:初糖浓度太高时,菌种接种后的适应期延长,比生长速率 增加,赖氨酸生成速度降低,采用高糖流加发酵的方法比较合适。 4、 流加氮源: 赖氨酸发酵需维持高氮量, 例如, 总氮量需加 4-5%(NH4)2SO4, 如全部作初氮加入,赖氨酸的产量不及 2-3%(NH4)2SO4 的高,如采用流加 方法,则产量显著提高。 第十、十一章 1. 简述酶制剂生产工艺
生物酶工程主要包括三方面内容:①用基因工程技术大量生产酶。②修饰酶基因,产生遗传修饰。③ 设计出新酶基因,合成自然界从未有过的酶。

1 酶的产生 主要的来源是微生物。 —般选用优良的产酶菌株,通过发酵来产生酶。为了提 高发酵液中的酶浓度,选育优良菌株、研制基因工程菌、优化发酵条件 2. 2 酶的制备 酶的分离提纯技术是当前生物技术“后处理工艺”的核心。 2. 3 酶和细胞固定化 酶和细胞固定化研究是酶工程的中心任务。为了提高酶的稳定性,重复使用酶 制剂,扩大酶制剂的应用范围,采用各种固定化方法对酶进行固定化,制备了固定 化酶,如固定化葡萄糖异构酶、固定化氨基酰化酶等,测定固定化酶的各种性 质,并对固定化酶作各方面的应用与开发研究。 2.4.酶分子改造 又称为酶分子修饰。为了提高酶的稳定性,降低抗原性,延长药用菌在机体内的 半衰期, 酶分子改造可以从两个方面进行: (1)用蛋白质工程技术对酶分子结构基因进行改造,期望获得一级结构和空间结 构较为合理的具有优良特性、高活性的新酶(突变酶)。 (2)用化学法或酶法改造酶蛋白的一级结构,或者用化学修饰法对酶分子中侧链 基团进行化学修饰.以便改变酶学性质。这类酶在酶学基础研究上和医药上特别用。

2. 简述提高微生物酶的产量和酶活性的方法 从基因上进行改造:如改造酶合成调节基因 控制营养和培养条件 营养(培养基) 碳源对酶合成的影响: 综合起来有如下几点值得注意 ①葡萄糖、蔗糖等易利用的碳水化合物,对促进细胞的呼吸与生长有利, 高浓度下,对产酶有抑制作用,如蛋白酶和α -淀粉酶就是如此,也有与 此相反的情况。 ②有时近似的碳源, 也会因某些原因, 出现不同的产酶情况, 如黄青霉(葡 萄糖氧化酶产生菌)在甜菜糖蜜作碳源时不产酶,以甘蔗糖蜜作碳源时产 酶量显著增高。 ③碳源类型除了影响产酶外,还能影响微生物胞内酶与胞外酶的比例。 ④有些碳源本身就是酶的诱导物。 氮源对酶合成的影响:

①不同的氮源对酶的合成和微生物生长的影响各不相同, 可区分为 4 种情 况 A、既促进微生物生长,又促进产酶; B、只促进微生物生长,不促进产酶; C、只促进产酶,不促进微生物生长; D、既不促进微生物生长,又不促进产酶。 ②碳氮比影响酶的合成, 在曲霉淀粉酶的生产过程中, 如、 如果碳源不足, 不能得到充分的能源, 菌丝体对于氮源的消耗显著降低,影响淀粉酶的合 成。 ③无机氮与有机氮的浓度比例也影响酶的合成。 无机盐对酶合成的影响: 有些金属离子是酶的组成部分。 无机盐对酶合成的影响比较复杂,择重要的分述如下: (1)磷:多数情况对产酶有促进作用,在蛋白酶中比较明显。 (2)钙:Ca2+对蛋白酶和α -淀粉酶有明显的保护和稳定作用,尤其是 对α -淀粉酶 + – (3)Na 和 Cl :提高枯草杆菌液化型α -淀粉酶的耐热性显著。 (4)Mg2+,Zn2+,Mn2+,Co2+和 Fe2+等能提高蛋白酶和α -淀粉酶等的产酶 量。 需要注意的是: 在一种情况一种离子可能是活化剂,在另一种情 况下可能是抑制剂,不同的酶往往需要不同的离子作它的活化剂。 (5)一般说重金属和重金属离子如 Hg2+,Ag2+,Pb2+等对酶活力有抑制 作用。 生长因子: 多种氨基酸和维生素是微生物生长与产酶的必要成分,有些维 生素甚至就是酶的组成部分。 酵母膏、玉米浆、米糠、曲汁、麦芽汁中均含有不同程度的微量生长 因子,对促进产酶有显著效应。 其它产酶促进物质还有植酸盐、表面活性剂、多聚磷酸盐、某些脂肪 酸、有机酸、大豆提取物等。 培养条件 pH 值:pH 影响产酶的类型,如用黑曲霉合成柚苷酶时,要求 pH 在 6.0 以上,如果 pH 改变到 6.0 以下就形成果胶酶。 pH 影响酶系的组成,如泡盛曲霉突变株在 pH6.0 培养时,以产 生α -淀粉酶为主,糖化型淀粉酶与麦芽糖酶产生极少,在 pH2.4 条件下 培养, 转向糖化型淀粉酶与麦芽糖酶的合成, α -淀粉酶的合成受到抑制。 pH 影响胞内和胞外酶的比例,如半乳糖苷酶在 pH4.8-6.0 范围 内,其胞内酶占 74%,当 pH 升高时胞外酶的比例升高。 温度: 温度对产酶的影响有以下几种情况: (1)产酶温度低于生长温度。 (2)产酶温度与生长温度一致。 (3)产酶温度高于生长温度。 此外,温度还能影响酶系组成及酶的特性。例如,用米曲霉制曲 时,温度控制在低限,有利于蛋白酶合成,而α -淀粉酶活性受到抑制。

3.

4.

5.

6.

通气和搅拌: 氧对产酶的影响比较复杂 通气不但影响产酶,也影响菌体生长 各个时期的需氧量不一致 如:产异淀粉酶的产气杆菌,不同的通气量和培养方式,酶活有很大 差别。 种龄:过于幼嫩的种子和培养时间过长的种子,不但延长发酵周期, 而且会降低酶的产量,另外接种量也影响酶的产量。 举例说明酶制剂的应用 果汁生产与果胶酶 乳制品与凝乳酶 植酸酶: 主要用于提高植酸磷的消化率,并相应改善钙和其它矿物元素的 利用率。大大降低了动物粪便中磷的排放量,有益环保。 蛋白酶:皮革脱毛与软化、加酶洗涤剂、生丝脱胶与羊毛染色 限制性内切酶、DNA 连接酶:分子手术刀、分子针线 简述酶固定化的方法 微型胶囊法 吸附:物理吸附法、离子结合法 通过双功能试剂进行共价交联 胶格包埋 和水不溶性载体共价结合 简述微生物生产酶制剂的优势 资源丰富 速度快 没有时间、地点限制 设备通用 产量大 简述抗生素结构改造方法 (1)生物合成法 在微生物发酵制取抗生素的过程中, 加入一些“前体”物质来改变抗 生素的部分结构。 如在青霉菌的发酵过程,加入不同的乙酸衍生物,就可获得各种不同 酰基侧链的青霉素。 (2)化学合成法 这是指由较简单的有机化合物为原料, 通过一系列的化学反应来合成 抗生素及其衍生物。 此法只限于一些结构较简单而化学性质又较稳定的抗生素,如氯霉 素、磷霉素等。 天然抗生素的化学结构往往比较复杂,并且不甚稳定,要普遍采用化 学合成法来进行结构改造还有一定困难。 (3)半合成法 这种方法或是以由生物合成所得的天然抗生素或其类似物为原料, 用 化学合成方法改造其部分结构和制备一些新型衍生物; 或是利用微生物某 些酶的作用, 在抗生素分子中改变或引进取代基来获得新抗生素,以这些

方法制得的产品,都称为半合成抗生素。 因在天然抗生素的基础上进行结构改造,反应步骤少易于进行,又不 受生物合成中微生物代谢的限制, 故为目前抗生素结构改造中用得最多的 方法。 7. 简述抗生素的作用机制(见下方) ? 基本概念: 1、抗生素:是由生物来源的一些次级代谢产物,这些物质可以在一定浓度下有 选择性地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞。 2、半合成抗生素:或是以由生物合成所得的天然抗生素或其类似物为原料,用 化学合成方法改造其部分结构和制备一些新型衍生物; 或是利用微生物某些酶的 作用, 在抗生素分子中改变或引进取代基来获得新抗生素,以这些方法制得的产 品,都称为半合成抗生素 ? 思考题: ? 一、根据化学结构,抗生素主要分为哪几类,举例说明。 ? 1、b-内酰胺类抗生素:青霉素、头孢菌素。 ? 2、氨基糖苷类抗生素:包括链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素等。 ? 3、四环类抗生素:金霉素、土霉素和四环素等。 ? 4、大环内酯类抗生素:红霉素、竹桃霉素、麦迪霉素、制霉菌素、两性 霉素 B 等。 ? 5、多肽类抗生素:多粘菌素、杆菌肽等。 ? 6、聚醚类抗生素:莫能菌素、盐霉素、马杜霉素等。 ? 7、核苷类抗生素:阿糖腺苷、嘌呤霉素、尼克霉素等。 ? 8、林可霉素类:林可霉素、氯林可霉素。 ? 9、安沙类抗生素:利福霉素。 ? 10、氯霉素类:氯霉素。 ? 二、举例说明抗生素的作用机理。 ? 按作用机制分类, 对理论研究具有重要的意义,根据抗生素的主要作用可 分成五类: ? 1、抑制细菌细胞壁合成的抗生素:如青霉素、头孢菌素等。 ? 2、影响细胞膜功能的抗生素:两性霉素 B、制霉菌素等。 ? 3、抑制核酸合成的抗生素:如影响 DNA 结构和功能的博来霉素、丝裂 霉素 C 等。 ? 4、抑制蛋白质合成的抗生素:如四环素、氯霉素等。 ? 5、抑制生物能作用的抗生素:如抑制电子转移的抗霉素 A、抑制氧化 磷酸化作用的短杆菌肽 S 等。 9、麦 芽 的 工 艺 流 程 :

10、淀粉酸水解法工艺流程。

淀粉→调浆→过筛→加酸→进料→糖化→放料→冷却→中和→脱色→过滤→糖 液

绪论
1. 如何理解发酵技术处于生物工程产业化的基础地位? 1 答:○发酵工程是生物技术产业化的基础和关键技术, 是生物技术四大支柱的核心。 2 ○是生物技术产品走向工业化的必由之路。 2.为什么微生物发酵能成为一种工业,微生物发酵工程的特点是什么?

1 答:○.微生物发酵产物种类多样,需求量大,广泛应用于医药、食品、农业等。 2 ○.微生物发酵产量高、培养周期短、成本低、可控制、可大规模化、完全性好等使发 酵能实现工业化。 1 ○催化作用由细胞完成。 2 ○巨大的比表面积。 3 ○原料广、价格低廉天然。 4 ○反应过程温和、生产安全。 5 ○设备多能性、代谢途径多样化。 6 ○易变异性,通过菌种改良,提高产量和生活特性。 3.现代微生物发酵工程研究的内容 1 ○菌种的选育和扩大 2 ○最经济地利用营养物,按需确定培养基 3 ○灭菌 4 ○微生物在最优条件下产物的大规模生产 5 ○发酵产物的提取纯化 6 ○废物的处理、再生和生产环境的净化 初级代谢产物: 初级代谢产物是与菌体生长相伴随的产物。 主要是构成细胞高分子物质 (蛋白质、核酸、多糖、脂类)的单体物质。 次级代谢产物: 次级代谢产物是以初级代谢产物、 中心代谢产物等为原料而进行合成 的,与生长不相伴随, 生物功能不明确,其合成易受环境影响,结构远比初级代谢复杂。 发酵工程:(微生物工程,发酵技术) ,是指利用微生物的特定代谢,通过现代工程技 术,在生物的反应器中生产有用物质的一种技术系统。 发酵工程是“研究利用微生物的工业,即微生物参与的工艺过程” 。

微生物菌种及其复壮与保藏
1.菌种退化有哪些原因?如何避免? 答:原因:基因突变、连续移代、质粒的脱落、培养和保藏条件的影响 避免: (1)尽量减少传代 (2)菌种经常纯化 (2)创造良好的培养条件 (3)用单核细胞移植传代 (4)采用有效的菌种保藏方法 2.列举出 3 种微生物保藏法并说出其适用范围 答:斜面保藏法—特点:简便有效,易变异,退化甚至死亡。 适合:不要求长期保藏的及不适合冷冻干燥的。 保存期: 3 个月 液体石蜡油保藏—特别适合:在固体培养基上不能形成孢子的丝状担子菌, 如大型食用真 菌和药用真菌以及镰刀菌、红曲霉等. 注意:保藏温度,液体石蜡需灭菌和除水 保存期: 2-3 年,甚至 5 年传代一次. 冷冻干燥保藏—特点:不易发生变异,5-10 年。需要冻干机。 适用:除了一些不产孢子的丝状真菌外。 真空干燥—适于: 预冻后易受冻伤的菌株

液氮超低温法—适合于各种微生物的保藏。 干燥保藏法—沙土适于:能产生孢子或芽孢的微生物。 麦麸适合产孢子的霉菌和放线菌。 硅胶适合丝状真菌和酵母菌。 3.作为工业生产用的菌种必须具备哪些条件 答: (1)不是病原菌 (2)纯净、健壮、产量质量稳定 (3)易于控制培养条件,周期短 (4)对诱变剂敏感 (5)抗污染力强 (6)原料廉价,生长迅速,目的产物产量高 (7)产物分泌型 菌种退化: 生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良的菌株, 由于进行一种传代或保藏 之后,群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。 冷冻干燥:用保护剂制备菌悬液, 然后将含菌样快速降至冰冻状态,减压抽真空,使 冰升华成水蒸汽排出,从而使含菌样脱水干燥, 并在真空状态立即密封瓶口隔绝空气,造 成无氧的真空环境, 然后置于低温下保存。 复壮:从大量退化的菌株中分离筛选到那些仍保持优良性状的个体或在菌种的生产性能 尚未退化前就经常有意识地进行纯种分离与生产性能的测试工作。

工业微生物菌种的选育
1.请设计一个从土壤中筛选含纤维素酶的微生物的实验方案 1 答:○.从可能含有产纤维素酶菌株的地方采集样品(如腐叶较多的森林) 。 2 ○.将样品在三角瓶中稀释,摇匀并过滤除去大颗粒物质。 3 ○.将 3 中得到的清液在试管 0-5 中按浓度梯度稀释。 4. ○在 4-6 中取适量菌液,分别涂布平板,培养。 5 ○.用影印平板法,分别转移到以纤维素为唯一碳源的培养基上继续培养,观察。 6 ○分别选取能生长的菌株培养后进行液体培养。 7 ○选取纤维素产量高的菌株进行发酵条件的研究。 8 ○选取有商业价值的菌株进行各项试验。 9 ○选择合乎生产菌株初步要求的菌株进行菌种鉴定和改良。 10 ○逐步放大试验,产品检验合格此为生产菌株。 2.在增殖培养时,根据微生物生理特性采用哪些方法,可能获得你所需要的菌株 答:生化分离法(分离培养基法) 、透明圈法、变色法、生长圈法、抑菌圈法、 3.发酵生产中如果遭杂菌污染,你可通过什么方法获得纯种 答:适当的加入杀菌剂或抗生素以及正常的发酵液,以抑制杂菌的生长速度,也可降低培养 温度、降低通风量、停止搅拌、少量补糖等。 微生物诱变育种: 以人工诱变手段诱发基因突变、改变遗传结构和功能,通过筛选,从 多种多样的变异体中筛选出产量高、 性状优良的突变株, 并且找出发挥这个变株最佳培养基 和培养条件,使其在最适的环境条件下合成有效产物。 同步培养:通过一定方法控制细胞的生长,使其处于同一生长阶段,所有细胞都能同时分 裂 紫外线的生物学效应:能引起 DNA 结构产生多种形式的变化。DNA 链的断裂,DNA

交联,核酸和蛋白质的交联,胞嘧啶和尿嘧啶的水和作用,以及嘧啶二聚体的形成紫外线诱 发的突变主要是:G:C A:T 的转换。 紫外线损伤 DNA 遗传活性的作用,能被可见光恢复—光复活。能被光复活的菌种,经 诱变处理后,要避免长波紫外线和短波可见光的照射 1 诱变作用是有方向性的吗?在育种中怎样解决这一问题?试举二个方法。 答:没有方向性;基因工程育种;定向筛选:摇瓶筛选法;琼脂块筛选法;浓度梯度法 2 营养缺陷型菌株有何用处? 答: (1)生产实践中, 营养缺陷型可用于工业微生物育种,协助解除代谢反馈调节机制, 从而达到大量积累终产物的目的 (2)也可以将营养缺陷型菌株作为生产菌种杂交、重组育种时的遗传标记。 (3)在基础理论中,广泛应用于阐明微生物代谢途径上,遗传学上有特殊的地位。在遗 传规律中的转化、转导、原生质体融合、质粒和转座因子等研究中,营养缺陷型是最常用的 标记菌种。 3 试设计一抗生素筛选方案。 诱变 洗涤 抗生素 ↓ ↓ ↓ 出发株 完全培养基 基本高渗培养基 杀菌 涂皿

原生质体育种
原生质体:诱发、融合、再生、转化、转导 再生—优势:敏感易变、淘汰弱势种、细胞壁变化、无需标记 机理:于质粒脱落有关;解除调节基因对合成的调控 转化: 1 融合—优势:○.大幅提高亲本间重组频率:霉菌、放线菌可达 1%;酵母 10-4-10-5 2 ○.扩大重组的亲本范围:种间、属间、门间 3 ○.亲本整套染色体参与,遗传物质转移和重组性状多,集中双亲优良性状机会多 步骤:标记菌株的筛选;原生质体的制备;原生质体的融合;原生质体的再生;融合子的选 择;实用性菌株的筛选 特点:远缘、重组率高、多倍体、核酸的好材料、易接受外来遗传物质。 工程菌的构建:目的基因;表达载体的构建与筛选;基因重组;转化、筛选和鉴定 鸟枪法分离基 因 基因文库的建 立 和基因分离 基因的化学合 成 PCR 或 RT-PCR 通过表达载体导入 外源基因不带间隔序列 利用原核细胞的强启动 子和 SD 序列等调控元件 连接后形成正确的开放 阅读框架 利用宿主菌的调控系统 非融合型 pBV220 融合型 pGEX 系统 分泌型 pinβ 系统 DNA 连接方式: 粘性末端 平末端 人工接头 同聚物加尾 影响连接的因素: 连接酶的量 作用温度与时间 底物浓度 重组基因导入宿主细 胞:氯化钙转化法和电 穿孔法 转化子的筛选与鉴定: 抗药性;a-互补;限制性 内切酶酶切图谱;PCR 法;核苷酸序列测定等

利用基因工程技术改良微生物药物生产菌种: 1、解除限速步骤,提高抗生素产量 2、阻断支路代谢,增加有效组份含量 3、引入血红蛋白基因增加抗生素产量 4、引入抗性基因和调节基因,提高抗生素产量

杂交育种
杂交育种: 一般是指人为利用原核微生物的接合, 转化和转导及真核微生物的有性生殖 或准性生殖等过程, 促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组, 以获得性能优良的生 产菌株。 意义:扩大变异范围;降低诱变疲劳效应;克服诱变的缺陷 步骤: 筛 亲 分 原 直 选 分 和 杂 析 始 接 离 重 力 交 鉴 亲 亲 组 鉴 定 本 本 体 定

代谢控制发酵和育种
代谢控制发酵过程:以生物化学和遗传学为基础,研究代谢产物的生物合成途径和调节 机制, 选择巧妙的技术路线, 通过遗传育种技术获得解除或绕过微生物正常代谢途径的突变 株,从而人为地使有用产物选择性地大量合成和积累. 能荷调节: 受细胞内能量水平的控制.在葡萄糖氧化过程中, 中间产物积累或减少, 进而引起荷能的变化,造成代谢终产物 ATP 的过剩或减少。 初级代谢:微生物产生的对自身生长和繁殖必须的物质称为初级代谢产物。而产生这些 物质的代谢体系称 次级代谢:通常把以初级代谢产物为前体,合成次生产物的代谢体系称 初级代谢产物:必需的、与生长相伴随、主要构成高分子单体、正常情况不过量积累 次级代谢产物:不必需、与生长不相伴随、结构复杂、功能不明确、易受环境影响 初级代谢与次级代谢的关系:生化—次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生出来 的,次级代谢产物合成途径并不是独立的,而是与初级代谢产物合成途径密切相关。 遗传—初级代谢与次级代谢同样受到核内 DNA 的调节控制。同时,次级代谢产物还受 到与初级代谢产物合成无关的遗传物质的控制,即受到核内遗传物质和核外遗传物质的控 制。 初级代谢调节-细胞调节:酶合成调节、酶活性调节、细胞渗透 次级代谢调节:诱导调节、营养物浓度调节、反馈调节、细胞膜透性调节 诱导调节:代谢流、酶的合成 1 营养物浓度调节:○凡是调节和控制分化过程的因素都会对抗生素的生物合成产生影 2 响.○对于极大多数抗生素生产菌而言,若在营养丰富的培养基中培养,只有当生长完全停 止时,才会开始积累次级代谢产物.但当营养物的浓度受到限制时,这两个阶段也会互相覆

盖。 (碳分解产物、氮分解产物、磷酸盐调节 1 2 反馈调节:○.自身产物的反馈调节。○.分支代谢中初级代谢物的反馈调节。 细胞膜透性调节:产物分泌、营养的吸收 代谢控制育种:通过特定突变型的选育,达到改变代谢通路、降低支路代谢终产物的产 生或切断支路代谢途径及提高细胞膜透性,使代谢流向目的产物积累方向进行。 组成型突变株是指操纵基因或调节基因突变引起酶合成诱导机制失灵, 菌株不经诱导也 能合成酶,或不受终产物阻遏的调节突变型,称为组成型突变株 营养缺陷突变株的应用、渗漏突变株的应用 渗漏缺陷型就是指遗传性代谢障碍不完全的缺陷型。 由于这种突变是使它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失, 因此, 渗漏缺陷型能够少 量合成某一种代谢终产物,能在基本培养基上进行少量生长。 抗分解调节突变株的选育(包括抗分解阻遏和抗分解抑制) 微生物的抗分解代谢阻遏现象指代谢过程中酶的合成往往受高浓度的葡萄糖或其他易 被迅速分解利用的碳源或氮源及磷酸盐所抑制。 抗反馈调节突变株的选育:是一种解除合成代谢反馈调节机制的突变型菌株。 细胞膜透性突变株的选育

代谢工程
进、通、节、堵、出 。 微生物代谢网络中的途径的交叉点(代谢流的集散处)叫做节点(node) ,微生物自动 抵制节点处代谢物流量分配比率的改变的特性叫做节点的刚性。 把这种按特殊的经济规律运行的有利于生存竞争 (生存保障) 的新陈代谢特性叫做细胞 经济性。 微生物自动抵制代谢网络中代谢物流量分布的改变的特性叫做代谢网络的刚性。 代谢工程: 把量化代谢流及其控制的工程分析方法与根据分析结果制定的遗传修饰方案付之 实施的分子生物学技术结合起来,以反复分析、校验和修正的方式进行实际操作,改善微生 物的产物形成的能力和微生物的细胞性能, 从而满足人类对生物的特定需求的生物工程的分 支。 代谢工程的研究策略: (一)在现存途径中提高目标产物的代谢流; 1 增加代谢途径中限速步骤酶编码基因的拷贝数; 2 改造以启动子为主的关键基因的表达系统,强化其表达; 3 提高目标途径激活因子的合成速率; 4 灭活目标途径抑制因子的编码基因; 5 阻断与目标途径相竞争的代谢途径。 (二)在现存途径中改变物质流的性质; 1 利用某些代谢途径中酶对底物的相对专一性,投入非理想型初始底物(如结构类似物)参 与代谢转化反应,进而合成细胞内原本不存在的化合物; 2 在酶对底物专一性较强的情况下, 通过蛋白质工程技术修饰酶分子的结构域或功能域, 以 扩大酶对底物的识别和催化范围。 (三)利用已有途经构建新的代谢旁路。 1 修补完善细胞内部分途径,以利用新的底物或合成新的产物。 2 转移多步途径以构建杂和代谢网络。 将编码某一完整生物合成途径的基因转移到受体细胞 中,可以构建具有何大经济价值的生产菌株。 逆代谢工程:从限制生物活性的主要因素入手,在相关生物种类中鉴别所希望得到的表型, 并确定该表型的决定基因,然后利用基因重组技术将该基因克隆到宿主菌中,并使之表达, 使宿主菌得到所希望的表型的技术。 分批发酵: 是一种准封闭式系统。 一次投料, 一次接种, 一次收获的间歇式培养方式。 培养过程中,接种物要经过 5 个时期。即延迟期、 对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。 特点:操作简单、周期短、染菌机会少和生产过程、产品质量易掌握。但是生产率相对 较低。 连续发酵:连续发酵是指在培养过程中,连续地向发酵罐中加入培养基,同时以相同的 流速从发酵罐中排出含有产品的培养基的发酵方式。 最大特点:微生物细胞的生长速率、产物的代谢均处于恒定状态,可达到稳定、高速培 养微生物细胞或生产大量的代谢产物的目的。生产率得以提高。 补料分批发酵:在分批培养过程中,间歇或连续地补加新鲜培养基,而不从发酵罐中间 断地放出培养液的培养方法。

工业上利用分批补料培养以消除阻遏并保持通气条件。 分批补料培养还可以防止培养基 中某一组分的毒性。 基因工程菌的不稳定性: 质粒不稳定:分裂不稳定:工程菌分裂时出现一定比例的不含质粒的子代菌的现象 结构不稳定:由于 DNA 从质粒上丢失或碱基重排、缺失所致工程菌性能的改变 合适的宿主;合适的载体;选择压力;分阶段控制培养;控制培养条件;固定化

无菌保障
污染危害:提取困难;产率下降;pH;噬菌体细胞裂解 污染原因:1.培养基和生产环境灭菌 2.好氧发酵过程空气除菌; 3.设备无死角 4.种子,培养过程加入的物料无污染。 分批灭菌: 将配制好的培养基放在发酵罐或其他容器中, 通入蒸汽将培养基和所有设备 仪器灭菌的操作过程,也称实罐灭菌。 将配制好的培养基在高温快速的情况下,向发酵罐输送的同时经过加温,保温,冷却的 过程进行灭菌。 空气质量标准:1.连续提供一定流量的压缩空气。 2.空气的压强为 0.2-0.4Mpa 3.进入过滤器之前,空气的相对湿度≤ 70% 4.进入发酵罐的空气温度可比培养温度高 10-30℃ 5.压缩空气的洁净度一般以失败概率为 10-3 为指标。 污染的挽救和处理:1)种子培养期染菌的处理:染菌的种子灭菌后弃之并对相应的的 设备和管线灭菌。采用备用种子或进行“倒种’ 。 2)发酵前期染菌的处理:一般视碳,氮含量而定。或灭菌后重新接种或补充一定新鲜 培养基或通过调整补料量和时间。 3)发酵中,后期染菌染菌处理:设法抑制杂菌的生长速度。 4)染菌后设备的处理:彻底清洗,空罐蒸汽灭菌处理或甲醛熏蒸处理。 代谢育种要点:1.解除反馈调节;2.切断或减弱支路代谢;3.解除代谢互锁;4.增强 前体合成;5.基因工程 1.了解酵母菌在碳源利用上的特点 2. 理解啤酒发酵工艺原理 3. 理解途径工程的原理 解释谷氨酸棒杆菌(Phe-+Tyr-)双重缺陷型菌株在限量添加 L-Phe 和 L-酪氨酸时培养 基中分泌积累 L-Trp 和氨茴酸。 分别说明 L-Trp、 L- Phe、 L- Tyr 生产菌的育种思路。


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