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发酵工程试题答案


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 接种量= ————————— 接种后培养液的体积 7、比耗氧速度或呼吸强度 mmol O2?g 菌-1?h-1 单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气,

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。 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 20、回复突变 21、种子 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度

由突变型回到野生型的基因突变

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 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、 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 ? 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 二.提纯部分? ? 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: (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。 (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。

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 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。λ 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λ 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

11、发挥菌种的最大生产潜力主要考虑那几点? 见书 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λ 扰乱生产秩序,破坏生产计划。λ 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。 λ 影响产品外观及内在质量λ 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《微生物发酵工程与设备》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。


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