發(fā)酵工藝學(xué)原理思考題及答案 文經(jīng)學(xué)院

第二章思量題

1.比較固體培養(yǎng)與液體培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)

固體培養(yǎng)基：酶活力高：無(wú)菌程度要求不嚴(yán)：產(chǎn)物濃度大，易分離，有效降低產(chǎn)品分離成本。

勞動(dòng)強(qiáng)度大，占地面積大，不宜自動(dòng)化生產(chǎn)；周期長(zhǎng)；環(huán)境條件難控制；菌種菌類(lèi)不純；

生物量檢測(cè)不易，盲目性大。

液體培養(yǎng)基：生產(chǎn)效率高，便于自動(dòng)化管理；生產(chǎn)參數(shù)可全面控制；通常生產(chǎn)液體種子，生產(chǎn)周期短。

無(wú)菌程度要求高，相對(duì)生產(chǎn)設(shè)備投資較大；某些發(fā)酵，因投資大和生產(chǎn)密度大而難以實(shí)現(xiàn)。

2.說(shuō)明菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件。

①培養(yǎng)基：搖瓶用的培養(yǎng)基原料精細(xì)，C源濃度較低且易被利用。種子罐用培養(yǎng)基原料接近大生產(chǎn)所

用的原材料，N源濃度高，利于菌體增殖。

②溫度：從試管到三角瓶到種子罐，溫度逐步調(diào)整，最后接近大生產(chǎn)的溫度，使菌種逐漸適應(yīng)。

③氧的供給：需提供足夠的氧氣利于菌體增殖。

@PH：為菌體最適生長(zhǎng)PH,往往與發(fā)酵最適PH不同。滅菌后，PH值下降0.5——1個(gè)單位，應(yīng)調(diào)整（

三角瓶不行，不宜無(wú)菌操作）。

3.菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的和意義是什么？

①提供大量而新鮮的、具有較高活力的菌種，而達(dá)到提高發(fā)酵罐利用率，縮短發(fā)酵周期，降低能耗，

減少染菌的機(jī)會(huì)及使培養(yǎng)菌在數(shù)量上取得絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而抑制雜菌生長(zhǎng)。

②使菌種逐漸適應(yīng)大生產(chǎn)的環(huán)境。

③提高生產(chǎn)的成功率，減少“倒灌”現(xiàn)象0

4.工業(yè)生產(chǎn)用菌種的基本要求有什么？

①具有穩(wěn)定的遺傳學(xué)特性。

②微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成對(duì)于基質(zhì)無(wú)嚴(yán)格的要求。

③生長(zhǎng)條件易于滿(mǎn)足。

④對(duì)于細(xì)菌，希翼具有抗Phage的能力。

⑤有較高的活力，可在一定范圍內(nèi)提高生長(zhǎng)速率和反應(yīng)速度，進(jìn)而縮短發(fā)酵周期，降低生產(chǎn)成本。

⑥目標(biāo)產(chǎn)物易分離得到。

5.微生物發(fā)酵常用菌種有哪些？

（細(xì)菌：短桿菌，枯草芽抱桿菌，地衣芽胞桿菌，蘇云金芽狗桿菌；

酵母：啤酒酵母，酒精酵母，漢遜酵母，假絲酵母；

霉菌：黑曲霉，黃曲霉，青霉菌，紅曲霉。

第三章思量題

1.微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源主要有哪幾種？

碳酸；淀粉及其水解糖；化工石油產(chǎn)品（醋酸，甲醇，乙醇）

2.微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源主要有哪幾種？

無(wú)機(jī)：氨水，尿素（有服酶的M,流加）；鏤鹽。有機(jī)：豆粕，玉米漿，酵母粉，酵母浸出物，魚(yú)粉；菌

體蛋白，玉米蛋白粉。

3.淀粉的水解方法主要有什么？試進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較？

①酸解法:簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，設(shè)備生產(chǎn)能力大，用時(shí)短。

反應(yīng)劇烈，副產(chǎn)物多；生產(chǎn)環(huán)境惡劣；設(shè)備需耐腐蝕，耐高溫高壓；對(duì)淀粉原料要求嚴(yán)；淀

粉濃度不宜過(guò)高。

②雙酶水解法：反應(yīng)條件溫和；副產(chǎn)物少；淀粉的水解產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率較高；原料可直接是糧食；使用的

淀粉濃度較高；制得的糖液顏色淺，質(zhì)量高，利于精制。

酶解反應(yīng)時(shí)間較K,要求的設(shè)備較多，需具備專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)酶的條件，酶的存在使糖液過(guò)濾艱難。

③酸酶結(jié)合水解法：酸酶法(酸液化速度快，可采用較高濃度的淀粉乳酶酸法(可用粗淀粉，較酸

法水解度高，減少了副反應(yīng)。)

4.雙酶法淀粉的水解通常使用哪2種酶？其作用特點(diǎn)分別是什么？

(l)a?淀粉酶(淀粉液化酶)：只作用于淀粉a-1,4葡萄糖昔鍵，快速將長(zhǎng)鏈淀粉水解為短鏈糊精，水解速

度隨淀粉鏈長(zhǎng)度的降低而減慢。終產(chǎn)物：短鏈糊精，少量葡萄糖。

淀粉4；1,6葡萄糖甘酶(糖化酶)：水解淀粉的a4或者a?l,6葡萄糖昔鍵，從淀粉的非還原性末端開(kāi)

始，淀粉鏈越短水解速度越快。線(xiàn)產(chǎn)物：葡萄糖。

(2)酸法水解的主要副產(chǎn)物是什么？

①?gòu)?fù)合二糖：異麥芽糖(不利于產(chǎn)物的結(jié)晶提出)，龍膽二糖(抑制菌體的生長(zhǎng))；

②一份子G脫水形成5-羥甲基糠醛(抑制菌體的生長(zhǎng))；

嬖拉德反應(yīng)，G與-NH,形成氨糖，有顏色，不利于精制。2

5.培養(yǎng)基工業(yè)滅菌的方法主要是采用蒸汽滅菌，其滅菌的原理是什么？

使用高壓蒸氣滅菌，利用加熱產(chǎn)生蒸氣，隨著蒸氣壓力不斷增加，溫度隨之升高，高壓蒸汽滅菌具有穿

透力強(qiáng)，傳導(dǎo)快，能使微生物的蛋白質(zhì)較快變性或者凝固，作用可靠，操作簡(jiǎn)便，水蒸汽含有潛熱熱壓滅菌溫

度與時(shí)間的關(guān)系如下：115℃(68kPa)/30min,121℃(98kPa)/20min,126℃(137kPa)/15min?？蓺绨ㄑ堪?/p>

在內(nèi)的所有微生物。

滅菌過(guò)程符合對(duì)數(shù)殘留定律，寫(xiě)出理論滅菌時(shí)間的計(jì)算公式。t=(2.303/K)xLNN/N

0S

6.生物反應(yīng)器滅菌的操作要點(diǎn)有什么，繪圖說(shuō)明操作過(guò)程。

(1)①定期檢查設(shè)備、管道有無(wú)滲漏。②培養(yǎng)基升溫時(shí)，打開(kāi)所有的排氣閥門(mén)。③升溫時(shí)開(kāi)動(dòng)攪拌系統(tǒng)，

使培養(yǎng)基內(nèi)部傳熱均勻。溫度達(dá)100℃時(shí)，住手?jǐn)嚢?。④注意輔助設(shè)備的滅菌。⑤保溫期間，要求罐壓：

0.09-0.lOMPa；溫度:118-121C；時(shí)間：30min。⑥滅菌結(jié)束，即將通入無(wú)菌空氣，保證罐內(nèi)壓力后方可

冷卻。⑦配制培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)充分考慮培養(yǎng)基滅菌時(shí)的稀釋。

(2)簡(jiǎn)：升溫階段，保溫階段，冷卻階段。

7.以化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，說(shuō)明高溫短時(shí)滅菌可以減少培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成份損失的原因。

lg(k《yig(k；/k：尸E/EA

8理論滅菌時(shí)間：理論滅菌時(shí)間的計(jì)算

t=l/kxlnN/N=2.303/KxJgN/N

2

式中：N—開(kāi)始滅菌(t=0)時(shí)原有活菌數(shù)：Nt.一經(jīng)時(shí)間t后殘存活菌數(shù)。K—滅菌速度常數(shù)(s-l),也稱(chēng)反應(yīng)速度

0

常數(shù)或者比死亡速度常數(shù)，此常數(shù)的大小與微生物的種類(lèi)與加熱溫度有；關(guān)t:表示理論滅菌時(shí)間

k=(2.303/t)logN/N；比死亡速率常數(shù)K,K值大，表明微生物容易死亡。

I0

對(duì)數(shù)殘留定律：微生物的濕熱滅菌過(guò)程，其本屆上就是微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性的過(guò)程。因此，可以把滅菌過(guò)程看成是蛋白質(zhì)的變

性的過(guò)程，從這個(gè)意義上講，滅菌過(guò)程應(yīng)遵循單份子反應(yīng)的速度理論，那末，則有下列方程：

-dN/dl=k*N

式中，N-殘存的活菌數(shù)：t一滅菌時(shí)間(s)；K—滅菌速度常數(shù)(s-1),也稱(chēng)反應(yīng)速度常數(shù)或者比死亡速度常數(shù)，此常數(shù)的大小與微生物的

種類(lèi)與加熱溫度有關(guān)：dN/d(—活菌數(shù)瞬時(shí)變化速率，即死亡速率。該方程稱(chēng)為對(duì)數(shù)殘存定律，表示微生物的死亡速率與任一瞬時(shí)殘存

的活菌數(shù)成正比。

實(shí)消:實(shí)消，就是分批滅菌，就是將配制好的培養(yǎng)基放入發(fā)酵罐或者其他裝輅中，通入蒸汽將培養(yǎng)

基和所用設(shè)備一起進(jìn)行滅菌的操作過(guò)程，也稱(chēng)實(shí)罐滅菌。

以肖流程：放罐-W洗為修-空消-進(jìn)軌預(yù)如實(shí)消-冷卻-接種發(fā)酵

實(shí)消的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1、設(shè)備成木低；2、染菌風(fēng)險(xiǎn)低，連續(xù)滅菌過(guò)程需要將滅菌發(fā)酵液無(wú)菌輸送至無(wú)菌發(fā)酵罐3;、易于人工

控制；4、易于處理含有高比例固體物質(zhì)的培養(yǎng)基。

缺點(diǎn)：1、對(duì)于培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成份破壞大；2、蒸氣用量波動(dòng)大。

空消:用蒸汽對(duì)單純的生物反應(yīng)器及其附屬設(shè)備滅菌。由于空消時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的死用少，蒸汽的傳熱效率高，對(duì)于反應(yīng)器滅

菌效果好，通常在較長(zhǎng)期沒(méi)有使用的反應(yīng)器、染菌的反應(yīng)器、更換菌種時(shí)都要進(jìn)行空消。采用培養(yǎng)基連續(xù)滅菌的工藝，需要空消。

連消：(連續(xù)滅菌)將配制好的培養(yǎng)基向發(fā)酵罐等培浴裝置.輸送的同時(shí)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻等火菌操

作過(guò)程。

[優(yōu)點(diǎn)：1、能實(shí)現(xiàn)高溫短時(shí)滅菌，能極大地保持培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)；2、易于放大；3、易于自動(dòng)化控制；4、減少蒸

氣的用量；5、降低蒸氣量的波動(dòng)；6、在一定程度上減少發(fā)酵罐的腐蝕。

缺點(diǎn)：1、設(shè)備成本高；2、染菌風(fēng)險(xiǎn)高；3、不適合處理含有高比例固體物質(zhì)的培養(yǎng)基。

波美度：|(汩€)表示溶液濃度的一種方法。把波美比重計(jì)浸入所測(cè)溶液中，得到的度數(shù)就叫波美度。第

四章思量題

1.能荷：能荷二([ATP]+1/2[ADP])/([ATP]+[ADP]+[AMP]),大小在0~1之間：定量表示細(xì)胞能量狀態(tài)。糖酵

解：葡萄糖或者糖原在組織中進(jìn)行類(lèi)似發(fā)酵的降解反應(yīng)過(guò)程。最終形成乳酸或者丙酮酸，同時(shí)釋出部份

能量，形成ATP供組織利用。

TCA循環(huán)：三炭酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle,TCA),Krebs循環(huán)。是用于將乙酰CoA中的乙酰基

氧化成二氧化碳和還原當(dāng)量的酶促反應(yīng)的循環(huán)系統(tǒng)。

磷酸五糖途徑：HMP.

己糖磷酸旁路。在胞漿中進(jìn)行，分兩個(gè)階段。第一階段由G-3P脫氫生成&磷酸葡糖酸內(nèi)酯開(kāi)始，然

后水解生成6-磷酸葡糖酸，再氧化脫竣生成5.磷酸核酮糖。NADP+是所有上述氧化反應(yīng)中的電子受體

。第二階段是5■磷酸核酮糖經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)酮基及轉(zhuǎn)醛基反應(yīng)」經(jīng)過(guò)磷酸丁糖、磷酸戊糖及磷酸庚糖等中

間代謝物最后生成3-磷酸甘油醛及6-磷酸果糖，后二者還可重新進(jìn)入糖酵解途徑而進(jìn)行代謝。

甘油發(fā)酵:在酒精發(fā)酵中，如果通過(guò)依姆登?邁爾霍夫途徑，則中間形成磷駿甘油醛。在正常反應(yīng)中它的

氧化是和它前面的反應(yīng)即乙醛的還原有關(guān)。但是通過(guò)加入亞硫酸鹽等將后者捕捉，就會(huì)代之以磷酸甘油

3

醛的還原形成磷酸甘油。磷酸甘油經(jīng)脫磷酸而有甘油積累。這種反應(yīng)稱(chēng)為甘油發(fā)酵。

DCA循環(huán)：乙醛酸循環(huán)，在異檸檬酸裂解酶的催化下，異檸檬酸被直接分解為乙醛酸，乙醛酸又在乙

酰輔酶A參預(yù)下，由蘋(píng)果酸合成酶催化生成蘋(píng)果酸，蘋(píng)果酸再氧化脫氫生成草酰乙酸的過(guò)程。

側(cè)系呼吸鏈：NAD（P）H經(jīng)過(guò)該呼吸鏈，可以正常傳遞H+,將其氧化成H0,但并沒(méi)有氧化磷酸化生成

2

ATPo酶系強(qiáng)烈需氧，缺氧可使酶不可逆失活。

標(biāo)準(zhǔn)呼吸鏈：能夠正常產(chǎn)生ATP的呼吸鏈。

二氧化碳固定化反應(yīng)：通過(guò)CO的固定反應(yīng)來(lái)補(bǔ)充草酰乙酸，酶：磷酸烯醇丙酮酸（PEP）竣化酶，蘋(píng)果

酸酶。二氧化碳在酶的作用下轉(zhuǎn)化為還原性有機(jī)化合物的過(guò)程。

初級(jí)代謝：普通將微生物從外界吸收各科營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)分解代謝和合成代謝生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)

和能量的過(guò)程。

次級(jí)代謝：在一定的生長(zhǎng)時(shí)期（普通是穩(wěn)定生長(zhǎng)期），微生物以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體合成的對(duì)微生物本

身的生命活動(dòng)沒(méi)有明確功能的物質(zhì)的過(guò)程。

分叉中間體：可用來(lái)合成初級(jí)代謝產(chǎn)物，乂可合成次級(jí)代謝產(chǎn)物，處于代謝分叉點(diǎn)上的物質(zhì)。

發(fā)酵逆轉(zhuǎn)：在正常的發(fā)酵過(guò)程中，微生物群體從完成為了生長(zhǎng)型到產(chǎn)物積累型的轉(zhuǎn)變后，大量的產(chǎn)物開(kāi)

始生成，底物源源不斷地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，但是當(dāng)培養(yǎng)基中存在易引起分解代謝阻遏的物質(zhì)時(shí)，菌體可能浮

現(xiàn)二次生長(zhǎng)，微生物群體又回到了生長(zhǎng)狀態(tài)的現(xiàn)象。

反饋抑制：是指最終產(chǎn)物抑制作用，即在合成過(guò)程中有生物合成途徑的終點(diǎn)產(chǎn)物對(duì)該途徑的醐的活性調(diào)

節(jié)，所引起的抑制作用。

阻遏：指基因的表達(dá)轉(zhuǎn)錄階段為特異的調(diào)節(jié)因子（阻遏物）所抑制，使細(xì)胞內(nèi)特定的酶或者酶系合成率降

低的現(xiàn)象。

優(yōu)先合成機(jī)制：在生物合成份支點(diǎn)處，通過(guò)酶活性的調(diào)節(jié)，使某種產(chǎn)物優(yōu)先合成。

同工酶：理化相同反應(yīng)而份了?結(jié)構(gòu)不同的酶。

協(xié)同反饋抑制：由兩個(gè)或者多個(gè)終產(chǎn)物產(chǎn)牛?的對(duì)一種酶的反饋抑制。在分支代謝途徑中，幾種末端產(chǎn)物同時(shí)都過(guò)量,

才對(duì)特定的酣具有抑制作用。若某一末端產(chǎn)物單獨(dú)過(guò)量則無(wú)抑制作用

營(yíng)養(yǎng)缺陷型：對(duì)某些必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或者生長(zhǎng)因子的合成能力浮現(xiàn)缺陷的變異菌株或者細(xì)胞。必須在基

本培養(yǎng)基［如由葡萄糖和無(wú)機(jī)鹽組成的培養(yǎng)基）中補(bǔ)加相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成份才干正常生長(zhǎng)。

抗性突變株：是指野生型菌株因發(fā)生基因突變，而產(chǎn)生的對(duì)某化學(xué)藥物或者致死物理因子的抗性變異類(lèi)型。

組成型突變株：通過(guò)物理、化學(xué)或者生物方法，使調(diào)節(jié)基因發(fā)生變異，阻遏蛋白無(wú)法合成或者合成后無(wú)活

性，或者突變發(fā)生在控制基因上，最終使誘導(dǎo)作用解除，酶的合成暢通無(wú)阻的突變株。

分解代謝阻遏：當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)存在多種可供利用的底物時(shí)，分解利用某些底物的酶往往被最容易利用

的底物所阻遏。

代謝控制發(fā)酵：用人工誘變的方法，故意識(shí)地改變微生物的代謝途徑，最大限度地積累產(chǎn)物。

4

偶聯(lián)：氧化還原反應(yīng)或者分解反應(yīng)與磷酸化反應(yīng)相偶聯(lián)。在生物體內(nèi)酶反應(yīng)中可看到放能反應(yīng)的進(jìn)行可

由ADP和正磷酸生成ATP（吸能反應(yīng)）相偶聯(lián)。

調(diào)節(jié)基因，legulaliupngene：能產(chǎn)生阻抑物的基因，通過(guò)阻抑物與控制基因的結(jié)合與否來(lái)控制控制基因

的關(guān)閉和開(kāi)啟。

P—啟動(dòng)子，Promotor：有與RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)，可識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的核甘酸序列。O—控制

基因，operationgene:對(duì)結(jié)構(gòu)基因起著“開(kāi)關(guān)”的作用的核甘酸序列，可直接控制結(jié)構(gòu)基因

的轉(zhuǎn)錄。

S—結(jié)構(gòu)基因，structuregene:決定合成某一種蛋白質(zhì)或者RNA份子結(jié)構(gòu)相應(yīng)的一段DNA。

2.厭氧甘油發(fā)酵和好氧甘油發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

（①甘油厭氧發(fā)酵的缺點(diǎn)：

a.菌體死亡率較高，堿性條件；無(wú)能量產(chǎn)生；b.轉(zhuǎn)化率較低，按照上述能量平衡計(jì)算，糖與甘油的轉(zhuǎn)

化率不可能超過(guò)50%,加之酵母增殖需要消耗一部份糖，發(fā)酵液中殘留一部份糖，實(shí)際轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)低于50%。

這一轉(zhuǎn)化或，導(dǎo)致了厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甘油的成本較高。

②好氧發(fā)酵：

優(yōu)點(diǎn)：在適當(dāng)（或者說(shuō)有限的好氧）好氧的條件下，酵母細(xì)胞進(jìn)行有限的好氧呼吸，糖酵解產(chǎn)生的

丙酮酸可以通過(guò)TCA循環(huán)來(lái)增加其產(chǎn)能水平，一方面減少3—磷酸甘油醛向乙醛方向進(jìn)行，增加底物向

產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的比例；另一方面，增加了細(xì)胞能量水平，減少了細(xì)胞的死亡率，有利于提高發(fā)酵的速率，縮

短發(fā)酵周期。

缺點(diǎn)：這種有限的好氧發(fā)酵，使得丙酮酸進(jìn)行TCA循環(huán)的同時(shí)，也增加了TCA循環(huán)過(guò)程中的許多中

間性產(chǎn)物的產(chǎn)生，這對(duì)于甘油的提取帶來(lái)了不利的影響）

3.檸檬酸發(fā)酵過(guò)程中有哪幾個(gè)控制要點(diǎn)，如何控制？

（l）EMP暢通無(wú)阻：①控制Mn+NH+濃度，解除檸檬酸對(duì)PFK的抑制。②控制溶氧，防止側(cè)系呼吸，

鏈?zhǔn)Щ?/p>

（2）強(qiáng)化CO固定反應(yīng)生成C二竣酸：添加輔酶一生物素。

24

（3）檸檬酸后述的酶的酶活性喪失或者很低:控制培養(yǎng)基中的Fe，的濃度

4.說(shuō)明檸檬酸發(fā)酵過(guò)程中氧的重要性。

（檸檬酸產(chǎn)生菌體內(nèi)側(cè)系呼吸鏈中的酶系強(qiáng)烈需氧，如果在檸檬酸的發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵液的溶氧濃度在

很低的水平維持一段時(shí)間，或者在這期間中斷供氧一段時(shí)間（20分鐘，根據(jù)處理情況如：緊急保壓等）則

這--側(cè)系呼吸鏈不可逆的失活，其結(jié)果是菌體再也不產(chǎn)酸，而是產(chǎn)生了大量的菌體。因?yàn)?，?biāo)準(zhǔn)呼吸鏈

的存在使得菌體在代謝過(guò)程中產(chǎn)生了大量的ATP,用于菌體自身的生長(zhǎng)上，即只長(zhǎng)菌不產(chǎn)酸，大量的葡

萄糖被消耗了，卻沒(méi)有生產(chǎn)出檸檬酸，生產(chǎn)失敗。）

5.簡(jiǎn)述二氧化碳固定反應(yīng)對(duì)于提高檸檬酸產(chǎn)率的意義。

5

(葡萄糖經(jīng)過(guò)EMP途經(jīng)生成丙酮酸后，丙酮酸在丙酮酸脫竣酶的作用下生成為了乙酰輔酶A(CH3co-

CoA),則合成一份子檸檬酸需要3份子的CH3co-CoA,也就是需要1.5份子的葡萄糖；如果其中一份子

的丙酮酸通過(guò)CO2固定反應(yīng)生成份了的C4二辣酸，那木合成份了的檸檬酸需耍1份了的葡萄糖，

產(chǎn)率得以提高。)

6.比較細(xì)菌發(fā)酵和酵母發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)。

(優(yōu)點(diǎn):

(1)菌體體積較小，相對(duì)增殖所用的底物較少，產(chǎn)率高。(2)細(xì)菌的繁殖速度快,

在合適的生長(zhǎng)條件下，其繁殖速度惟獨(dú)幾分鐘，而酵母的增殖速度至少在一個(gè)小時(shí)以上，這就為細(xì)菌

發(fā)酵縮短發(fā)酵周期創(chuàng)造了條件。(3)細(xì)菌的細(xì)胞膜的通透性易于調(diào)節(jié)，對(duì)于胞外

產(chǎn)品，可以通過(guò)其細(xì)胞膜的通透性控制來(lái)促進(jìn)產(chǎn)物的分泌，例如，GA的發(fā)酵；對(duì)于胞內(nèi)產(chǎn)物，其細(xì)

胞壁比酵母的細(xì)胞壁易于破碎。

缺點(diǎn)：

(1)細(xì)菌菌體較小，當(dāng)需要從發(fā)酵液中把菌體分離出來(lái)(有利于產(chǎn)物的結(jié)晶提出，或者產(chǎn)物就是菌體或

者菌體內(nèi)的胞內(nèi)物)，細(xì)菌比酵母菌難以分離。

(2)細(xì)菌發(fā)酵過(guò)程中的無(wú)菌程度要求非常嚴(yán)格，發(fā)酵過(guò)程中大部份的細(xì)菌對(duì)于溶氧的要求也很高，這

就增加了細(xì)菌發(fā)酵的生產(chǎn)成本。

(3)細(xì)菌發(fā)酵易感染噬菌體。

7.寫(xiě)出大腸桿菌中Lys代謝途徑，說(shuō)明利用大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)Lys的菌種符性和控制要點(diǎn)。

EMP丙MK冬標(biāo)

破裕聲酸0

酸—

、藏罅

KAc

要使菌體合成并積累Lys,可以選育Hos?，這樣的話(huà)，既可以解除|3—天冬氨酸的代謝支路，使代謝流向

Lys的方向進(jìn)行，提高了從底物葡萄糖到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率；更重要的是由于Hos?，使得代謝過(guò)程中不可能產(chǎn)

生過(guò)量的Mel、Thi,盡管產(chǎn)生了大量的Lys,Lys可以抑制關(guān)鍵酶一天冬氨酸激酶1,但是天冬氨酸

激酶2、3的活性由于Met、Thr的限量，并沒(méi)有受到抑制，也就是說(shuō)，天冬氨酸。一半醛，仍可以大量的

生成，這就保證了Lys的生物合成途徑的暢通無(wú)阻。

8.寫(xiě)出黃色短桿菌中Lys代謝途徑，說(shuō)明利用大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)Lys的菌和特性和控制要點(diǎn)。

特點(diǎn)：（1）天冬氨酸激酶（AK）,在黃色短桿菌中是一個(gè)變構(gòu)酶，并有兩個(gè)活性中心，分別受Lys、Thr的

協(xié)同反饋抑制。（2）黃色短桿菌中，存在兩個(gè)分支點(diǎn)的優(yōu)先合

成機(jī)制，即優(yōu)先合成Hos,然后再優(yōu)先合成Met,當(dāng)Met過(guò)量時(shí)，阻遏：催化Hos虎魄酰高絲氨酸所需

要的酶的合成（即虎魄酰高絲氨酸合成酶），使代謝流向合成Thr的方向進(jìn)行，當(dāng)Thr過(guò)量時(shí)，反饋抑制：

Asp-p?半醛Hos所需要的酶的的活性（即高絲氨酸脫氫酶），使代謝流向Lys的合成。

控制要點(diǎn)：根據(jù)以上代謝特點(diǎn)，利用黃色短桿菌生產(chǎn)Lys,需要選用Hos-,盡管，從理論上講，選育Hos-進(jìn)

行賴(lài)氨酸發(fā)酵，如果在其培養(yǎng)基中限量供給Thr,則AK酶的活性不會(huì)受到Lys的反饋抑制，實(shí)際上Lys

對(duì)AK酶的活性存在一定的抑制作用。因此，對(duì)于黃色短桿菌的Lys發(fā)酵，僅僅選育Hos.是不夠的，但是為

了高效率的轉(zhuǎn)化Lys,可以選育結(jié)構(gòu)類(lèi)似物抗性突變株：①S-L?半胱氨酸抗性突變株AEC@y?甲基賴(lài)氨

酸抗性突變株MLr@L-賴(lài)氨酸氧月虧酸鹽抗性突變株LysHx?蘇氨酸氧月虧酸鹽抗性突ThrHxr使用黃色短

桿菌進(jìn)行賴(lài)氨酸的發(fā)酵，還可以選育具有雙重標(biāo)記的營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株（Met-+Ihr-），其本質(zhì)上和Hos-是

一樣的，但雙重標(biāo)記的營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的優(yōu)點(diǎn)是：遺傳性質(zhì)穩(wěn)定，恢復(fù)突變的幾率少。

9.谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，主要浮現(xiàn)哪些異?，F(xiàn)象？其危害是什么？產(chǎn)生的原因是什么？如何處理？

（1）初期PH下降（菌體生長(zhǎng)緩慢）：

①初服不夠。應(yīng)提前酌情流加；

②跑尿浮現(xiàn)，可能是因?yàn)闇囟冗^(guò)高，尿素形成雙縮服?；蛘吲囵B(yǎng)液中的NH+分解成NH跑出。或者NH被

結(jié)合434

7

成其他物質(zhì)；

③培養(yǎng)基中磷酸鹽濃度過(guò)高，代謝平衡打破，酸性產(chǎn)物積累；④供氧不足?？赡苁?/p>

因?yàn)橥L(fēng)不足，泡沐塞住尾氣管，壓強(qiáng)升高，使進(jìn)氣管的空氣流速下降?；蛘邤嚢杵鬓D(zhuǎn)速較低，KLa

較小，特殊是當(dāng)菌體處在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)。或者發(fā)酵罐壓力過(guò)低。或者發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如擋板

結(jié)構(gòu)，攪拌槳T/D值，兩檔的距離。

（2戚種后菌體生長(zhǎng)不良，0D值偏低，耗糖速度慢。（使發(fā)酵周期變長(zhǎng)，菌體活力低，糖酸轉(zhuǎn)化率偏低）：

①菌體感染Phage；

②培養(yǎng)基缺V,缺磷酸鹽，或者存在抑制性物質(zhì)一如淀粉水解產(chǎn)生：龍膽二塘，5”.羥甲基糠醛?；蛘?/p>

滅H

菌時(shí)尿素變成雙縮胭；

③通風(fēng)量過(guò)大，氧氣溶解水平反而不高，菌體耗糖速度低（能荷）：

④菌種不良，種子衰老或者接種溫度過(guò)高，菌體被燙死；

⑤前期通風(fēng)少，PH偏小，積累酸性代謝物，不利菌體生長(zhǎng)。

（3）中后期，0D值上升，耗糖快，產(chǎn)酸低（只長(zhǎng)菌不產(chǎn)酸）：

①V（玉米漿）過(guò)高，生長(zhǎng)型到產(chǎn)物型轉(zhuǎn)變不利，應(yīng)維持亞適量；

H

②可能是感染雜菌（鏡檢可初步判斷）。

（4）中后期，耗糖快，產(chǎn)酸低或者不產(chǎn)酸：

①感染雜菌；

②供氧不足，酸產(chǎn)物積累；

③V過(guò)高，磷酸鹽過(guò)高。

H

（5）泡沫太多一因此發(fā)酵罐裝液量在70%以下，酶制劑在50%（影響傳熱，易跑液染菌，損失發(fā)酵液

等：

①淀粉質(zhì)量差，雜質(zhì)多（Pr）;

②糖化不徹底，糖化液含有糊精（泡沫穩(wěn)定劑）：酶劑添加量不合理或者PH調(diào)節(jié)不合理；

③糖化工藝不合理，形成的復(fù)合物（焦糖，美拉德反應(yīng)物）多；

④感染雜菌，雜菌生長(zhǎng)速度快，產(chǎn)生的大量CO與其他物質(zhì)形成復(fù)合物；

2

⑤感染Phage,菌體破裂，Pr等物質(zhì)釋放；

⑥消泡劑選擇不合理或者用量過(guò)少。

（6）菌體產(chǎn)酸后，GA產(chǎn)量又下降：

①PH過(guò)高，GLn合成酶活性加強(qiáng)，使GA+NH.—＞谷氨酰胺的反應(yīng)右移，谷氨酰胺的存在不利于GA的

4

沉淀分離；

②感染雜菌，GA被作為C源、N源分解利用。

（7）GA濃度急劇增加（在分離提純時(shí)，雜質(zhì)多，等電點(diǎn)法，離心法難以結(jié)晶）：

8

感染phage,菌體裂解。PI=3.22,冷凍沉淀離子交換柱。

10.說(shuō)明微生物細(xì)胞內(nèi)NH.參預(yù)分解與合成代謝的途徑。

4

在抗生物的發(fā)酵過(guò)程中，培養(yǎng)基中如果存在容易被利用的無(wú)機(jī)氨態(tài)氮，例如：(NH)SO、NHCL等，或

者

4244

其他可以被迅速利用的氮源，則對(duì)抗生素的合成有強(qiáng)烈的抑制作用；NH+可以強(qiáng)烈的刺激菌體的生長(zhǎng)，

4

進(jìn)而影響了菌體從生長(zhǎng)型到產(chǎn)物積累性的轉(zhuǎn)變，影響了抗生素的生物合成。發(fā)酵中期當(dāng)微生物群體進(jìn)入

產(chǎn)物合成期時(shí)，如果向發(fā)酵液中流加氮源，則可以造成發(fā)酵逆轉(zhuǎn)。

11.寫(xiě)出谷氨酸發(fā)酵的最理想途徑，說(shuō)明co固定化反應(yīng)的重要性。

2

體系不存在CO固定反應(yīng)：

3/2CHO+NH-CHO+4CO

612645942

產(chǎn)率：147/(180*3/2)=54.4%

體系存在CO固定反應(yīng)：

CHO+NH-==CHO+CO

612645942

產(chǎn)率：147/180==81.7%

可見(jiàn)，在GA的生物合成過(guò)程中，C?固定反應(yīng)對(duì)于產(chǎn)率的提高有著多么重要的作用。

12.谷氨酸產(chǎn)生菌之所以能夠合成、積累并分泌大量的GA,其菌種內(nèi)在的原因有哪些？

①a-KGA脫氫酶酶活性微弱或者喪失。

這是菌體生成并積累a—KGA的關(guān)鍵，a—KGA是菌體進(jìn)行TCA循環(huán)的中間性產(chǎn)物，很快在a—KGA脫

氫酶的作用下氧化脫救生成虎魄酸輔酶A,在正常的微生物體內(nèi)他的濃度很低，也就是說(shuō)，由a—KGA

進(jìn)行還原氨基化生成GA的可能性很少。惟獨(dú)當(dāng)體內(nèi)a—KGA脫氫酶活性很低時(shí)，TCA循環(huán)才干夠住手，

a—KGA才得以積累。

②GA產(chǎn)生菌體內(nèi)的NADPH的再氧化能刀欠缺或者喪失。

9

(1)NADPH是a—KGA還原氨基化生成GA必須物質(zhì)，而且該還原氨基化所需要的NADPH是與檸檬酸氧

化脫竣相偶聯(lián)的。(2)由于NADPH的在氧化能力欠缺或者喪失，使得體內(nèi)的NADPH有一定的積累，

NADPH

9

對(duì)于抑制a—KGA的脫竣氧化有一定的意義。

③產(chǎn)生菌體內(nèi)必須有乙醛酸循環(huán)（DCA）的關(guān)鍵酶一異檸檬酸裂解酶。

該酶是種調(diào)節(jié)酶，或者稱(chēng)為別構(gòu)酶，其活性可以通過(guò)某種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)該酶酣活性的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)

現(xiàn)DCA循環(huán)的封閉，DCA循環(huán)的封閉是實(shí)現(xiàn)GA發(fā)酵的首要條件。

④菌體有強(qiáng)烈的L—谷氨酸脫氫酶活性。

a—KGA+NH++NADPH==GA+NADPL—谷氨酸脫氫酶，實(shí)質(zhì)上GA產(chǎn)生菌體內(nèi)該酶的酶活性都很強(qiáng),

4

該反應(yīng)的關(guān)鍵是與異檸檬酸脫竣氧化相偶聯(lián)

13.谷氨酸產(chǎn)生菌之所以能夠在10%以上的葡萄糖培養(yǎng)基上，生產(chǎn)大量的GA,除了上述谷氨酸產(chǎn)生菌的內(nèi)

在本質(zhì)外，其需要的外在條件有什么？

①供氧濃度。過(guò)量：NADPH的再氧化能力會(huì)加強(qiáng)，使a-KGA的還原氨基化受到影響，不利于GA的生

成。供氧不足：積累大量的乳酸，使發(fā)酵液的pH值下降，不利于GA的產(chǎn)生，同時(shí)，一部份葡萄糖轉(zhuǎn)

成為了乳酸，影響了糖酸轉(zhuǎn)化率，降低了產(chǎn)物的提出率。

②NH+濃度。（1）影響到發(fā)酵液的pH值（2）與產(chǎn)物的形成有關(guān)：過(guò)低，不利于JKGA的還原氨基」

化過(guò)高，產(chǎn)生固安酰胺NH4+的供給方式：（1）液氨（2）流加尿素

③磷酸鹽過(guò)量。（1）促進(jìn)EMP途徑，打破EMP與TCA之間的平衡，積累丙酮酸，產(chǎn)生乳酸等⑵產(chǎn)生并

積累Vai。Vai①可以抑制葡萄糖一＞丙酮酸，使GA的生物合成受到阻撓②消耗了丙酮酸，降低了糖

酸轉(zhuǎn)化率③發(fā)酵液中的Vai存在，嚴(yán)重的影響GA的結(jié)晶、提出。

14.谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中，生物素（V）作用表現(xiàn)在那幾個(gè)方面？

H

（1）生物素對(duì)糖代謝的影響

①生物素對(duì)于糖酵解有促進(jìn)作用，對(duì)丙酮酸的有氧氧化——乙酰輔酶A的生成也有促進(jìn)作用，但兩者

的促進(jìn)作月不一樣，對(duì)前者大一些，這樣培養(yǎng)基中如果有較豐富的VH,就會(huì)打破糖酵解與丙酮酸氧化之

間的平衡，導(dǎo)致丙酮酸的積累，丙酮酸積累則可能導(dǎo)致乳酸的形成，乳酸聲稱(chēng)，則使得碳源利用率降低，

而且?guī)?lái)的是發(fā)酵液的pH值下降。②可以通過(guò)控制生物素的濃度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于乙醛酸循環(huán)的封閉。（2）

生物素對(duì)氮代謝的影響

當(dāng)VH缺乏時(shí)，異檸檬酸裂解酶的活性減弱，那末相反，當(dāng)VH豐富時(shí)，異檸檬酸裂解酶的活性必然加強(qiáng)，

則DCA循環(huán)正常進(jìn)行，DCA循環(huán)的進(jìn)行，一方面提供了大量的“中間性產(chǎn)物”，另一方面，菌體的能和水

平得到提高。前者是菌體增殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，后者則是菌體增殖的能量的保證。這樣的結(jié)果是，有利于筐

體的增殖和生長(zhǎng)，則GA的生物合成就會(huì)受到影響，甚至住手，這在生產(chǎn)上，就是通常我們說(shuō)的“只長(zhǎng)菌,

不產(chǎn)酸”的現(xiàn)象。以上分析說(shuō)明，GA發(fā)酵過(guò)程中，前期，菌體的增殖期，一定的量的生物素是菌體增殖

所必需的；而在產(chǎn)物合成期，則要限制生物素的濃度，以保證產(chǎn)物的正常合成。

（3）生物素對(duì)菌體細(xì)胞膜通透性的影響

細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié)對(duì)于GA發(fā)酵時(shí)非常重要的，正如前述，當(dāng)菌體進(jìn)入產(chǎn)物合成期時(shí)，開(kāi)始有GA的產(chǎn)

10

生，這是如果能夠大量的把產(chǎn)物及時(shí)的排泄到細(xì)胞膜外，可以解除GA對(duì)L—谷氨酸脫氫酶活性的抑制作

用，從而使現(xiàn)由Glucose到GA的高效率轉(zhuǎn)化，物素對(duì)細(xì)胞膜合成的影響主要是通過(guò)對(duì)細(xì)胞膜的主要成

分一磷脂中的脂肪酸的生物合成來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)限制了菌體脂肪酸的合成時(shí)，細(xì)胞就會(huì)形成個(gè)細(xì)胞膜

不完整的菌體。其中，將乙酰輔酶A竣化生成丙二酰輔酶A的酶是乙酰輔酶A竣化酣，該酶的輔酶是V,

H

V在此反應(yīng)過(guò)程中起到傳遞CO的作用。當(dāng)培養(yǎng)基中VH的濃度較低時(shí)，細(xì)胞膜的合成就會(huì)受影響。

H2

15.生物素('V)如何封閉乙醛酸循環(huán)的？

H

DCA循環(huán)的關(guān)鍵酶是異檸檬酸裂解酶，受以下幾個(gè)因素的影響：

①為醋酸誘導(dǎo)

②受虎魄酸的阻遏，其活性受虎魄酸的抑制。

當(dāng)VH缺乏時(shí)：

(1)丙酮酸的有氧氧化就會(huì)減弱(由于V對(duì)TCA循環(huán)的促進(jìn)作用)，則：乙酰輔酶A的生成量就會(huì)少，

H

醋酸濃度降低，它的誘導(dǎo)作用降低。

(2)V對(duì)TCA循環(huán)的促進(jìn)作用的降低，使得其中間產(chǎn)物虎桃酸的氧化速度降低，其濃度得到積累，這樣H

它的阻遏和抑制作用加強(qiáng)。

兩者綜合的作用使得，異檸檬酸裂解酶的活性喪失，DCA循環(huán)得到封閉。

16.微生物群體當(dāng)實(shí)現(xiàn)從生長(zhǎng)型到產(chǎn)物積累性的轉(zhuǎn)變后，從外觀上通常會(huì)有哪些變化？這些變化的本質(zhì)

是由什么引起的？

慶大霉素的發(fā)酵(放線(xiàn)菌)在菌體的增殖期，菌絲體細(xì)長(zhǎng)，而進(jìn)入慶大霉素的合成期，菌絲體變得粗短；

地衣芽狗桿菌由原來(lái)生長(zhǎng)期的粗短型轉(zhuǎn)變成細(xì)長(zhǎng)。這與同樣是細(xì)菌發(fā)酵的谷氨酸發(fā)酵不同，后者當(dāng)菌體

從生長(zhǎng)型轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物積累型后，其形態(tài)由細(xì)長(zhǎng)變?yōu)榇侄獭?/p>

外觀：菌體住手生長(zhǎng)但形態(tài)發(fā)生變化，普通變得粗短，［0D］值變大。本質(zhì)：某些營(yíng)養(yǎng)成份成為限制性因

子

17.細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié)方式都有那幾種？調(diào)節(jié)的意義是什么？

(1)①改變細(xì)胞膜的組成與結(jié)構(gòu)，使之成為不完整的膜。

②破壞細(xì)胞壁的合成，細(xì)胞膜由于缺少壁的機(jī)械保護(hù)作用可以改變其滲透性。

③通透性前活性的調(diào)節(jié)與控制，以有利于提高M(jìn)的代謝產(chǎn)物的過(guò)量生產(chǎn)。

(2)過(guò)量排出產(chǎn)物，解除產(chǎn)物對(duì)酶系的抑制作用，進(jìn)而提高底物轉(zhuǎn)化率。

18.簡(jiǎn)述磷酸鹽在抗生素發(fā)酵過(guò)程中的調(diào)節(jié)作用。

磷酸鹽對(duì)抗生素發(fā)酵的影響具有雙重性，主要表現(xiàn)在：

(1)高濃度的磷酸鹽對(duì)抗生素的生物合成具有抑制和阻遏作用①抑制或者阻遏抗生

素合成途經(jīng)中的某些關(guān)鍵酶。己有許多研究證明：當(dāng)磷酸鹽的濃度lOmmol/L時(shí)，菌體內(nèi)與抗生素合成

有關(guān)的酶的活性將受到抑制。②高濃度的磷酸鹽可以改變菌體的代謝途徑。

11

高濃度的磷酸鹽改變MEP,HMP,不利于HMP的進(jìn)行，固然也不利于以HMP途經(jīng)中的中間產(chǎn)為前提的

次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成。

（2）磷酸鹽濃度低時(shí)，菌體生長(zhǎng)速度緩慢，生長(zhǎng)量（菌體濃度）也不夠，不利于抗生素的生物合成。

19.從能荷的角度解釋檸檬酸發(fā)酵過(guò)程中，“只長(zhǎng)菌，不產(chǎn)酸”的原因。

菌體要大量合成檸檬酸，從葡萄糖經(jīng)過(guò)EMP到檸檬酸整個(gè)代謝途徑需要暢通，在這個(gè)過(guò)程中，有一步

反應(yīng)：丙酮酸氧化脫峻，每份子丙酮酸可產(chǎn)生一份子的NADH,在有氧的條件下，每份子的NADH經(jīng)

過(guò)呼吸

鏈徹底氧化成H0,并氧化磷酸化產(chǎn)生3份子的ATP,造成為了微生物體內(nèi)能荷的增加，能荷增加則抑

制

PFK等關(guān)犍酸的酶活性，使得從葡萄糖到檸檬酸的代謝住手。如果NADH（還原型）不能夠快速的被氧

化轉(zhuǎn)變成NAD（氧化型），則整個(gè)反應(yīng)就會(huì)因?yàn)槿狈ψ鳛橥苿?dòng)力的氧化型的NAD而住手，仍然不能夠合

成檸檬酸。而實(shí)際上，檸檬酸產(chǎn)生菌可以在有氧的條件下大量生成檸檬酸，即NADH即被氧化了，又沒(méi)

有產(chǎn)

生ATPo該菌體內(nèi)存在一條側(cè)系呼吸鏈，NAD（P）H經(jīng)過(guò)該呼吸鏈，可以正常的傳遞H+,將其氧化為H0,

但是并沒(méi)有氧化磷酸化生成ATP,該側(cè)系呼吸鏈中的酶系強(qiáng)烈需氧，如果在檸檬酸的發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵

液的溶氧濃度在很低的水平維持一段時(shí)間，或者在這期間中斷供氧一段時(shí)間（20分鐘，根據(jù)處理情況如：

緊急保壓等）則這一側(cè)系呼吸鏈不可逆的失活，其結(jié)果是菌體再也不產(chǎn)酸，而是產(chǎn)生了大量的菌體，因?yàn)椋?/p>

標(biāo)準(zhǔn)呼吸鏈的存在使得菌體在代謝過(guò)程中產(chǎn)生了大量的ATP,用于菌體自身的生長(zhǎng)上，這種現(xiàn)象，在生

產(chǎn)上通常稱(chēng)之為：只長(zhǎng)菌不產(chǎn)酸。

第五章思量題

1.發(fā)酵熱:發(fā)酵過(guò)程中，由于菌體對(duì)培養(yǎng)基利用而發(fā)生的生物反應(yīng)及攪拌時(shí)產(chǎn)生的磨擦等等，都會(huì)產(chǎn)生

一定的熱量。同時(shí)罐壁的散熱、水分的蒸發(fā)等也帶走了一部份熱量，發(fā)酵過(guò)程中釋放出來(lái)的凈熱量稱(chēng)為

發(fā)酵熱。Q發(fā)酵熱二Q生物熱+Q攪拌熱+Q蒸發(fā)熱+Q輻謝熱

生物熱:微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中，由于培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì)：糖、蛋白質(zhì)、脂肪等被氧化，同時(shí)產(chǎn)生大

量的熱量，這些熱量一部份用于合成高能物質(zhì)（）等，這些高能物質(zhì)用于菌體自身的生長(zhǎng)、繁

殖上；剩余的另一部份，則以熱的形式散發(fā)出來(lái)，其表現(xiàn)在外觀上，就是使培養(yǎng)基的溫度升高，這一部

分熱量稱(chēng)之為生物熱。

生長(zhǎng)相關(guān)性發(fā)酵:產(chǎn)物生成速率與細(xì)胞生長(zhǎng)速率有密切聯(lián)系，合成的產(chǎn)物通常是分解代謝的直接產(chǎn)物。

混合生長(zhǎng)相關(guān)性發(fā)酵：生長(zhǎng)與產(chǎn)物生成相關(guān)（如乳酸、檸檬酸、谷氨酸等的發(fā)酵）。

非生長(zhǎng)相關(guān)性發(fā)酵:在生長(zhǎng)和產(chǎn)物無(wú)關(guān)聯(lián)的發(fā)酵模式中，細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)，無(wú)產(chǎn)物，但細(xì)胞住手生長(zhǎng)后，則

有大量產(chǎn)物積累，產(chǎn)物的形成速率只與細(xì)胞積累量有關(guān)。

微生物的比生長(zhǎng)速率：以睢位細(xì)胞濃度為基準(zhǔn)的細(xì)胞生長(zhǎng)速忐

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N=r/cr：細(xì)胞生長(zhǎng)絕對(duì)速率c：細(xì)胞濃度

攪拌軸功率：攪拌器輸入攪拌流體的功率，即用以克服流體阻力所需用的功率。

氧傳遞動(dòng)力學(xué)方程:dc/dt-kLax(c*-c)

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也可以寫(xiě)成以（P*-P）為推動(dòng)力的氧傳遞方程式：dc/dt=kLax（P*-P）式中：dc/dt——溶氧速率，mol/m3.h

kLa——體積溶氧系數(shù)，1/hc*——與氣相中氧的分壓呈平衡的液相中的氧的濃度，也就是一定體系下的

液相中的最大的溶氧濃度，mol/ni3c——液相中氧的實(shí)際濃度，mol/m3

氧傳遞的雙膜理論:①溶氧過(guò)程存在一個(gè)界面，這個(gè)界面的厚度可以忽稍不計(jì)。在這個(gè)界面上，氣相中

氧的分壓與溶于液相中氧的濃度呈平衡關(guān)系，既Pi與Ci呈平衡關(guān)系，符合亨利定律：Ci=K*Pio②｛專(zhuān)質(zhì)

過(guò)程是一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程，各點(diǎn)氧的濃度不是時(shí)間的函數(shù)。③氣膜、液膜都以層流狀態(tài)存在。

泡沫:泡沫是指氣體分散在少量液體中的一種體系。在這個(gè)體系中，分散相是氣體連續(xù)相是液體。

化學(xué)消泡:向發(fā)酵液中流加一定量的消泡劑，利用消泡劑的特殊性質(zhì)消除掉泡沫的方;法

機(jī)械消泡：一種物理消泡方法，靠機(jī)械強(qiáng)烈震動(dòng)，壓力的變化促使氣泡破裂或者借機(jī)械力

將排出氣體中的液體加以分離回收。

2.計(jì)算酵母菌在厭氧條件下代謝葡萄糖的發(fā)酵熱？計(jì)算在好氧條件下的發(fā)酵熱？?jī)烧弑容^說(shuō)明什么？

在有氧的的條件下Glucose經(jīng)過(guò)MEP途經(jīng)生成丙崩酸，丙酮酸進(jìn)TC4循環(huán)被氧化成82和H2O,并有38份子的ATP生成，總反應(yīng)式如下：

C6H12O6+3SADP+38Pi=38ATP+6H2O+6CO2+Q生物熱

?l0x38x4.18KJ/mol根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的基本原理，對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，可以看成是?個(gè)平衡過(guò)程，則有下式：O與物熱=O可逆=T△S=△H-△

G=-674-（-380）=-294kcol/nx）l式中：△H為反應(yīng)的始差，可以計(jì)算如下：

AH=△HG,C298-AHCO2,C298-△HH2O.C298

AHG.C2加一葡荀糖的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，474x4.18KJ/mol

AHOO2.C298,AHH20c298分別表示82和H2O的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱：）.△G為反應(yīng)的始差，即自由能，其值為40x38x4.l8KMnol則：O生物

熱=-294kco!/mol=-294x4.18KJ/mol

這就意味著，酵母菌在有氧的條件下，每氧化Imol的葡萄篇?jiǎng)t可以產(chǎn)生：-294x4.18KJ/mol.用于使發(fā)酵液的溫度升高。（2）酵母菌在無(wú)氧的條件下

Glucose經(jīng)過(guò)MEP途徑生成2份子的丙麗酸,在無(wú)軌的條件下徹底氧化生成乙靜、CO2。C6H1206+2ADP+2Fi=2ATP+2C2H5OH+2cO2+Q生物熱

-10x2x4,l8KJ/mol

同樣，有下列方程：Q生物熱=Q可逆=T△S=AH-AG-674-2（-315）=-20kcol/mol

式中：AH為反應(yīng)的培差，可以計(jì)算如下：△H=△HG.C298?△HCO2C298-△HH2O.C298-△HC2H50H.e298△HG.C298—匍荀糖的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，-674

x4.18KJ/mol△HC2H5OH.C298—乙靜的標(biāo)準(zhǔn)然熱一315x4.18KJ/mol

AHCO2,C2J8.△HH2O.C298分別表示CO2和H2O的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，0AG為反應(yīng)的培差，即自由能，其值為-10x2x4.18KJ/mol則：

O生物熱=-2麻8妨1?1=-20*.1810力《01這就