發(fā)酵工程試題與答案

1、1 名詞解釋發(fā)酵工程:利用微生物特定性狀和功能，通過現(xiàn)代化工程技術生產(chǎn)有用物質(zhì)或 直接應用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術體系，是將傳統(tǒng)發(fā)酵于現(xiàn)代的DNA 重組、細胞融合、分子修飾和改造等新技術集合并發(fā)展起來的發(fā)酵 技術。種子擴大培養(yǎng):指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入 試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養(yǎng), 最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種 子。 同步培養(yǎng)：指使細胞的分裂周期為同步的培養(yǎng)方法。同步化方法的原理是在使 所有細胞都處于大體相同的分裂周期的處理后，才使增殖同時開始進行。 攝氧率：攝氧率即單位體積培養(yǎng)液每小時消耗的氧量基因重組：是由于不同D

2、NA鏈的斷裂和連接而產(chǎn)生DNA片段的交換和重新組合，形 成新DNA分子的過程 基因的直接進化：在分子水平上，對目標基因直接處 理，然后通過高通量的篩選方法，提高目標蛋白的性能。 絮凝:在某些高分子絮凝劑的作用下，溶液中的較小膠粒聚合形成較大絮凝團的過程。 分批發(fā)酵:在發(fā)酵中，營養(yǎng)物和菌種一次加入進行培養(yǎng)，直到結(jié)束放出，中間除了空氣 進入和尾氣排出外，與外部沒有物料交換。 補料發(fā)酵:又稱半連續(xù)發(fā)酵，是指在微生物分批發(fā)酵中，以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)不 加一定物料的培養(yǎng)技術。攪拌熱：在機械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機械攪拌帶動發(fā)酵液作機械運動， 造成液體之間，液體與攪拌器等設備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀

3、的熱量。 攪拌熱與攪拌軸功率有關。分批培養(yǎng)：簡單的過程，培養(yǎng)基中接入菌種以后，沒有物料的加入和取出， 除了空氣的通入和排氣。整個過程中菌的濃度、營養(yǎng)成分的濃度和 產(chǎn)物濃度等參數(shù)都隨時間變化。2 簡答題 1.工業(yè)化菌種要求 A能夠利用廉價的原料，簡單的培養(yǎng)基，大量高效地合成產(chǎn)物  B有關合成產(chǎn)物的途徑盡可能地簡單，或者說菌種改造的可操作性要強  C. 遺傳性能要相對穩(wěn)定  D. 不易感染它種微生物或噬菌體  E. 產(chǎn)生菌及其產(chǎn)物的毒性必須考慮（在分類學上最好與致病菌無關）  F. 生產(chǎn)特性要符合工藝要求 2

4、.什么是半連續(xù)培養(yǎng)？優(yōu)缺點 答：在補料分批培養(yǎng)的基礎上間歇放掉部分發(fā)酵液（帶放）稱為半連續(xù)培 養(yǎng)。某些品種采取這種方式，如四環(huán)素發(fā)酵 優(yōu)點 放掉部分發(fā)酵液，再補入部分料液，使代謝有害物得以稀釋有 利于產(chǎn)物合成，提高了總產(chǎn)量。 缺點 代謝產(chǎn)生的前體物被稀釋，提取的總體積增大 3.發(fā)酵液PH對發(fā)酵的影響有哪些方面？ （1）pH影響酶的活性。當pH值抑制菌體某些酶的活性時使菌的新陳代謝受阻。（2）pH影響微生物細胞膜所帶電荷。從而改變細胞膜的透性，影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì) 的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進行。（3）pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對這些物質(zhì)的 利用。（

5、4）pH值影響代謝方向。pH不同，往往引起菌體代謝過程不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和 比例發(fā)生改變。例如黑曲霉在pH23時發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸，在pH近中性時，則產(chǎn)生 草酸。谷氨酸發(fā)酵，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性條件下則容易形 成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 （5）pH在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響。 4.微生物發(fā)酵的種子應具備哪些條件？ （1）、菌種細胞的生長活力強，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，遲緩期短。 （2）、生理性狀穩(wěn)定。 （3）、菌體總量及濃度能滿足大量發(fā)酵罐的要就。 （4）、無雜菌污染。 （5）、保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。 5.什么是誘變育種，誘變劑常用的有哪些？ 答：通過誘變劑處理就

6、可以大大提高菌種的突變頻率，擴大變異幅度，從中選出具有 優(yōu)良特性的變異菌株，這種方法就稱為誘變育種。常用的誘變劑有：紫外線、亞 硝酸、堿基類似物、亞硝基胍。 6.優(yōu)良的發(fā)酵裝置具有的基本特征？ （1）避免將需蒸汽滅菌的部件與其它部件連接，因為即使閥門關閉，細菌也可在閥門 內(nèi)生長；  （2）盡量減少法蘭連接，因為設備震動和熱膨脹會引起連接處的移位，導致染菌，應 全部焊接結(jié)構，消除積蓄耐滅菌物質(zhì)；  （3）防止死角、裂縫等一類情況，以避免固體物質(zhì)在此堆積，形成使雜菌獲得熱抗性 的環(huán)境  （4）發(fā)酵系統(tǒng)的某些部分應能單獨滅菌；  （5）與反應器相同的任何連接應

7、采用蒸汽加以密封，取樣口在不取樣時也要一直通蒸汽 7.發(fā)酵培養(yǎng)基的要求？ 培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成。 發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。 培養(yǎng)基的原料應因地制宜，價格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運，適合 大規(guī)模儲藏，能保證生產(chǎn)上的供應。 /所選用的培養(yǎng)基應能滿足總體工藝的要求，如不應該影響通氣、提取、純化及廢物 處理等。必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。 有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。 有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。有利于提 高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。 所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的

8、影響，利于提高氧的利用率，降低能 耗。 8.補料分批發(fā)酵適用范圍 （1）高菌體濃度培養(yǎng)系統(tǒng)；  （2）存在高濃度底物抑制的系統(tǒng)，通過添加底物降低抑制；  （3）存在crabtree效應的系統(tǒng)；  （4）受異化代謝物阻遏的系統(tǒng)；  （5）利用營養(yǎng)突變體的系統(tǒng)；  （6）希望延長反應時間或補充損失水分的系統(tǒng)。 9.工業(yè)上常用的菌種保存方法 斜面冰箱保藏法； 沙土管保藏法； 石蠟油封保藏法； 真空干燥冷凍保藏法； 液氮超低溫保藏法 10.什么是自然選育，在工業(yè)生產(chǎn)的意義？ 答：在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工誘變處理，根據(jù)菌種的自發(fā)突變而進行菌種篩選的過 程

9、叫做自然選育。經(jīng)常進行自然選育，淘汰衰退的菌株，保存優(yōu)良的菌株，可以達 到純化菌種、純化菌種衰退、穩(wěn)定生產(chǎn)和提高發(fā)酵產(chǎn)量的目的。 11.發(fā)酵過程PH改變原因？ 發(fā)酵過程中pH是不斷變化的 1）糖代謝特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升， 是補料的標志之一 2）氮代謝當氨基酸中的-NH2被利用后pH會下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3 利用后pH下降，當碳源不足時氮源當碳源利用pH上升。 3）生理酸堿性物質(zhì)利用后pH會上升或下降 4）某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機酸類產(chǎn)生使pH下降，紅霉 素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使pH上升。

10、 5）菌體自溶 pH上升，發(fā)酵后期，pH上升 6）雜菌的污染，pH下降 12.微生物發(fā)酵的種子，應具備什么條件 答:（1）、菌種細胞的生長活力強，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，遲緩期 短。 （2）、生理性狀穩(wěn)定。 （3）、菌體總量及濃度能滿足大量發(fā)酵罐的要就。 （4）、無雜菌污染。 （5）、保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。 13.什么是基因的重組，基因的直接進化，兩者的區(qū)別？ 基因的重組：是由于不同DNA鏈的斷裂和連接而產(chǎn)生DNA片段的交換和重新組合， 形成新DNA分子的過程  基因的直接進化：在分子水平上，對目標基因直接處理，然后通過高通量的篩選方法， 提高目標蛋白的性能。 基因的直接進化，可使已

11、有基因獲得新的特性，可獲得自然界中不存在的基因，可解 決許多新的理論和應用問題 14.什么是前體？前體添加的方式？ 前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接彼微生物在生物合成過程中合成到產(chǎn) 物物分子中去，而其自身的結(jié)構并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有 較大的提高。前體使用時普遍采用流加的方法。 15.發(fā)酵生產(chǎn)染菌的影響？ 發(fā)酵： 造成大量原材料的浪費，在經(jīng)濟上造成巨大損失； 擾亂生產(chǎn)秩序，破壞生產(chǎn)計劃； 遇到連續(xù)染菌，特別在找不到染菌原因往往會影響人們的情緒和生產(chǎn)積極性； 影響產(chǎn)品外觀及內(nèi)在質(zhì)量 發(fā)酵染菌對提煉的影響：染菌發(fā)酵液中含有比正常發(fā)酵液更多的水溶性蛋 白和其它雜質(zhì)。采

12、用有機溶劑萃取的提煉工藝，則極易發(fā)生乳化，很難使水相 和溶劑相分離，影響進一步提純。采用直接用離子交換樹脂的提取工藝，如鏈 霉素、慶大霉素，染菌后大量雜菌黏附在離子交換樹脂表面，或被離子交換樹 脂吸附，大大降低離子交換樹脂的交換容量，而且有的雜菌很難用水沖洗干凈， 洗脫時與產(chǎn)物一起進入洗脫液，影響進一步提純 16.什么是生長因子？來源 凡是微生物生長不可缺少而細胞自身不能合成的微量的有機物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、 嘧啶、維生素等均稱生長因子。  有機氮源是這些生長因子的重要來源3 問答題 1.論述液體深層發(fā)酵生產(chǎn)有哪些優(yōu)點，發(fā)酵方式分為幾類？ 優(yōu)點： 是很多微生物的最適生長環(huán)境； 菌體及

13、營養(yǎng)物、產(chǎn)物易于擴散，使在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進行， 便于控制，易于擴大生產(chǎn)規(guī)模； 液體輸送方便，易于機械化操作； 廠房面積小，生產(chǎn)效率高，易自動化控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定； 產(chǎn)品易于提取、精制等。 方式： （1）分批發(fā)酵：營養(yǎng)物和菌種一次加入進行培養(yǎng)，直到結(jié)束放罐，中間除了空氣 進入和尾氣排出，與外部沒有物料交換。 （2）連續(xù)發(fā)酵是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時以相同的速度 流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定，微生物在穩(wěn)定狀態(tài)下生長。 可以有效地延長分批 培養(yǎng)中的對數(shù)期。 （3）補料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵，是介于分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種發(fā)酵 技術，是指在微生物分批發(fā)酵中，以某

14、種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)補加一定物料的培 養(yǎng)技術.可以使培養(yǎng)液中的營養(yǎng)物濃度較長時間地保持在一定范圍內(nèi)，既保證 微生物的生長需要，又不造成不利影響，從而達到提高產(chǎn)率的目的。 2.現(xiàn)代發(fā)酵工程的發(fā)酵罐應具備哪些特征？ 答：（1）、發(fā)酵罐應有適宜的徑高比。罐身較長，氧的利用率較高； （2）、發(fā)酵罐應能承受一定的壓力。因為發(fā)酵罐在滅菌和正常工作時， 要承受一定的壓力（氣壓和液壓）和溫度； （3）、發(fā)酵罐的攪拌通風裝置能使氣液充分混合，實現(xiàn)傳質(zhì)傳熱作用， 保證微生物發(fā)酵過程中所需的溶解氧； （4）、發(fā)酵罐內(nèi)應盡量減少死角，避免藏污納垢，保證滅菌徹底，防 止染菌； （5）、發(fā)酵罐應具有足夠的冷卻面積； （6）、

15、攪拌器的軸封要嚴密，以減少泄露。 3.如何提高高產(chǎn)菌的穩(wěn)定性？1.首先在菌種選育中應把菌株產(chǎn)量分布中的穩(wěn)度作為評價菌株的條件之一。不僅以產(chǎn)量 高低為基準； 2.菌株選育中避免使用含有多核的包子和菌絲片斷； 3.用單倍化試劑處理高產(chǎn)菌株，有提高菌株穩(wěn)定性的作用； 4.在培養(yǎng)基中加入某些金屬離子可增加菌株的穩(wěn)定性；5.利用營養(yǎng)缺陷型和原養(yǎng)型在生理和抗性上的不同，在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入抗生素也會有 防止回復突變發(fā)生的效果； 6.在生產(chǎn)過程中應盡力減少菌種傳代次數(shù)，這是發(fā)酵工業(yè)中普遍遵循的原則 4.發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)特點是什么？ 一般操作條件比較溫和； 以淀粉、糖蜜等為主，輔以少量有機、無機氮源為原料； 過程

16、反應以生命體的自動調(diào)節(jié)方式進行； 能合成復雜的化合物如酶、光學活性體等； 能進行一些特殊反應，如官能團導入； 生產(chǎn)產(chǎn)品的生物體本身也是產(chǎn)物，含有多種物質(zhì)； 生產(chǎn)過程中，需要防止雜菌污染； 菌種性能被改變，從而獲得新的反應性能或提高生產(chǎn)率。4 填空 1. 過濾介質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)，顆粒大小的不同，過濾可分為，粗濾，微濾、超濾和反滲透 2._人工誘變_的方法有意識的改變微生物的_代謝途徑_，最大限度的積累產(chǎn)物。這 種發(fā)酵形象的稱為代謝控制發(fā)酵，最早在_氨基酸發(fā)酵_中得到成功應用。 3.發(fā)酵培養(yǎng)基按其用途可分為孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基 4.微生物的育種方法主要有誘變法，細胞融合法，基因工程法 5

17、.工業(yè)上常用的糖類_ 葡萄糖、糖蜜_，_淀粉_和糊精。 6.用專門的滅菌設備，進行連續(xù)滅菌，稱為_連消_，用高壓蒸汽進行空罐滅菌稱為 _空消_ 7.前體使用時，普遍采用_流加_的方法，流加有利于提高前體的_轉(zhuǎn)化率_。前體相 對價格較高，加的過多容易引起_揮發(fā)_和_氧化_ 8.對于發(fā)酵工廠來說，水源的質(zhì)量主要考慮參數(shù)包括ph，_溶解氧_，_可溶性固體_， _污染程度_，_礦物質(zhì)組成和含量_ 9.發(fā)酵工程主要內(nèi)容包括_生產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制、反應器的設計及產(chǎn) 物的分離、提取與精制。 10.氧飽和度等于_發(fā)酵液中氧的濃度_比上_臨界溶氧溶度_，所以對微生物的生長，只要控制發(fā)酵過程中氧飽和度_>1_ 11.