微生物工艺原理答案

1、 微生物工程原理思考题一、1.生物反应过程由几部分组成？以图示说明其典型过程。 (9-10)1) 原料的预处理及培养基的制备 2）生物催化剂的制备3）生物反应器及反应条件的选择4）产品的分离与纯化3.目前，微生物工程的应用主要包括哪几个领域？(10-11)1）菌体细胞的发酵生产2）酶制剂的发酵生产3）代谢产物发酵生产（初级、次级）4）生物转化作用5）微生物特殊机能的利用（环境治理、生态平衡、金属回收）二、1.微生物工业对生产菌种有什么要求？(16)1）原料廉价、生长迅速、目标产物产量高。2）易于控制培养条件，酶活性高，发酵周期较短。3）抗杂菌和噬菌体的能力强。4）菌种遗传性能稳定，不易变异和退

2、化，不产生任何有害的生物活性物质和毒素，保证安全生产。2.目前，发酵工业常用微生物主要为哪四大类? (15-16)1）细菌单细胞原核生物，二分分裂方式繁殖。常用：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌。用于生产淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌酸等。2）酵母菌单细胞真核生物，以发芽式式繁殖。常用：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母。用于酿酒、制造面包、生产脂肪酶以及生产可食用、药用和饲料用酵母菌体蛋白等。3）霉菌生长在营养培养基上形成绒毛状、网状或絮状菌丝的真菌，以无性孢子和有性孢子进行繁殖。常用：根霉、毛霉、红曲霉、曲霉、青霉。用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及缁体激素等。4）放线菌原核生物，以无性

3、孢子、菌丝片段繁殖。常用：链霉菌属、小单孢菌属和诺卡菌属等。可用来产生大量的抗生素。其他：担子菌、藻类3.工业抗生素产生菌都是放线菌吗？试举一、二例说明。不是，霉菌中的青霉青霉素、灰黄霉素4.工业生产菌的菌种改良主要可采用哪些方法？(36)1）杂交育种2）原生质体融合3）DNA重组5. 什么是自然选育？(21)什么是诱变育种？自然选育和诱变育种的理论基础分别是什么？(自然突变，基因突变)自然选育的目的是什么？(21)主要包括哪两条途径？（22）自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程。自然选育的目的：打破菌的正常代谢，对菌进行调节控制，从而大量积累所需

4、要的代谢产物。？两条途径：从自然界分离获得菌株和根据菌种的自发突变进行筛选而获得菌种。从自然界分离新菌种一般包括：采样、增殖培养、纯种分离和性能测定。诱变选育：一般采用物理、化学诱变因素使微生物DNA碱基排列发生变化，以使排列错误DNA模板形成异常的遗传信息，造成某些蛋白结构变异，而使细胞功能发生改变。诱变剂：物理（紫外线，快中子），化学（硫酸二乙酯，亚硝基胍）6.什么是营养缺陷型？什么是原养型？营养缺陷型可以怎么表示？什么是基本培养基?什么是完全培养基？营养缺陷型：某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后,失去合成某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能

5、力,必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖,这种突变型菌株称为营养缺陷型,相应的野生型菌株称为原养型。营养缺陷型的表示：以所要求的营养物的头三个字母表示，如hom-，对应的野生型以hom+表示。基本培养基：仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基。完全培养基：凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或者半天然培养基。7. 营养缺陷型有哪些应用？请举例说明。此类突变体在理论研究和生产实践中都有重要意义，是作为研究代谢途径和遗传规律不可少的标记菌种，亦可直接用于生产氨基酸、核苷酸等代谢产物。高丝氨酸脱氢酶是合成苏氨酸过程中不可缺少的一种酶，不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌，就不能合成苏氨酸。这就解

6、除了苏氨酸等对天冬氨酸激酶的抑制作用，使黄色短杆菌能不断合成赖氨酸。8. 什么是原生质体融合？(36)其理论基础是什么？(基因重组)与诱变育种相比，这种育种技术有何优点？(36)原生质体融合：把两个亲本的细胞壁分别使用生物酶制剂酶解，使菌体细胞在高渗环境中释放出只有原生质体膜包裹着的球体（即原生质体）。优点：能大大提高重组的频率，并扩大重组的幅度。9. 菌种衰退的原因？(16)菌种退化的表现？(17)菌种退化的直接原因？(17) 在生产上，可采取哪些措施防止菌种衰退？（18)原因：一是菌种保藏不当；二是菌种生长的条件要求没有得到满足，或是遇到不利的条件，或是失去某些需要的条件。另：经诱变的来的

7、新菌株发生回复突变。直接原因：菌种连续传代使菌种发生退化；主要原因：菌种的自发突变和回复突变。表现：所需产物的产率下降、营养物质代谢和生长繁殖能力下降、发酵周期延长、抗不良环境条件的性能减弱等。措施：1）菌种的分离2）菌种的复壮3）提供良好的环境条件4）用优良的保藏方法5）定期纯化菌种。10. 对衰退菌种进行复壮的措施有哪些？(19) 1）纯种分离2）通过寄主体进行复壮3）淘汰已衰退的个体。11. 菌种保藏的意义(20)和原理(20)是什么？一般工业生产菌种可采用哪些方法进行保藏？意义：保持优良菌种生产性能的稳定、不污染杂菌、不死亡。原理：根据菌种的生理、生化特性，人工创造条件使菌体代谢活动处

8、于休眠状态。方法：A：斜面低温保藏法B：液体石蜡封存保藏法C：甘油保藏法D：砂土管保藏法E：固体曲保藏F：冷冻干燥法G：液氮超低温保藏法。1. 什么是种子制备？(52)种子扩大培养的目的和任务是什么？(52)发酵生产的第一道工序，即种子的扩大培养。目的：得到纯而壮的培养物，获得活力旺盛的、接种数量足够的培养物。2. 种子扩大培养的过程大致可分为哪几个步骤？写出其一般工艺流程（图）。1、孢子制备种子制备的开始，是发酵生产的一个重要环节。2、种子制备是将固体培养基上培养出的孢子或菌体转入液体培养基中培养，使其繁殖成大量菌丝或菌体的过程。1）摇瓶种子制备，常用母瓶、子瓶两级培养。2）种子罐种子制备。

9、放线菌发酵生产的工艺过程：菌种母斜面（孢子）子斜面（孢子）摇瓶种子（菌丝）种子罐发酵罐3. 哪些因素影响孢子质量(54)、种子质量(56)？可采取哪些措施控制种子质量？孢子孢子的质量和培养基、培养温度、湿度、培养时间、接种量等。种子孢子质量、培养基、培养条件、种龄（细菌：7-24h；霉菌：16-50h；放线菌：21-64h）和接种量（移入种子液的体积/接种后培养液的体积）等。措施：1）培养基成分应适合种子培养的需要，成分要尽可能地和发酵培养基接近；2）选择最适温度；3）选在生命力极为旺盛的对数期，菌体尚未达到最高峰时移种；4)一般采用大接种量。4. 种子质量标准大致有哪几个方面？(57)1）细

10、胞或菌体2）生化指标3）产物生成量4）酶活力5）无杂菌三、1. 什么是培养基？(59)培养基一般应包括哪些营养物质？(碳源和能源、氮源、无机盐、生长因子、水) 培养基：是指人工配制的、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。2.工业上常用的碳源物质有哪些?来源如何 (66) 提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体、合成目的产物所必须的碳成分。来源：糖类、脂肪、有机酸。碳酸气，淀粉水解糖、糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等，石油、正构石蜡、天然气，醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品。3.氮源有何功用？常用的有机氮源、无机氮源有哪些？(66)主要用于构成菌

11、体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物，作为酶的组成分或维持酶的活性，调节渗透压、pH值、氧化还原电位等。也作为硝化细菌的能源物质。无机氮源氨盐、硝酸盐和氨水、气态氮。有机氮源花生饼粉、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、味精废液、废菌丝体和酒糟。4.什么是生理酸性物质和生理碱性物质？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，如硫酸铵。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。5.无机盐可为微生物提供哪些元素？无机盐有哪些生理功

12、能？(66) 无机盐为硫酸盐、磷酸盐、氯化物和含钾、钠、镁、铁的化合物，微量元素，如铜、锰、锌、钼、碘、溴等。其主要功能是构成菌体成分、作为酶的组成部分、酶的激活剂或抑制剂、调节培养基渗透压、调节pH值和氧化还原电位等。6.什么是生长因子？(68) 有何生理功能？(68)在配制培养基时，生长因子一般由什么物质提供？(69) 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。从狭义上讲，不是所有微生物都必需的，对于某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物。作用：构成细胞的组成分（辅酶的组成部分），促进生命活动的进行。玉米浆、麸皮水解液、糖

13、蜜、酵母。7.什么是前体、促进剂、抑制剂？在发酵培养基中加入这些成分的目的是什么？(70-71)前体：是最终所需的代谢产物的前身或其结构中的一部分。这些化合物加入到发酵培养基中，能直接被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。作用：前体往往是发酵合成代谢产物所必须的，其加入有助于提高产量和组份。用法：前体一般采取间隙分批添加或连续滴加的方法加入。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。这些物质加入后，能够使缺乏这些物质而不能合成其目的产物的阻断突变株恢复期生产能力，或使生产菌株

14、大幅提高生产能力。常用促进剂：各种表面活性剂Surfactant（洗涤剂、吐温80、 EDTA、植酸等）、大豆油、提炼物、甲醇等。抑制剂(Inhibitor)的作用原理：通过抑制某些合成其它产物的途径而使所需产物的合成得到加强。？8. 甘油生产时加入抑制剂亚硫酸钠的作用是什么？(71)加入亚硫酸钠，使乙醛不能作为氢受体，而迫使磷酸二羟丙酮作为受氢体，在a-磷酸甘油脱氢酶催化下生成a-磷酸甘油，a-磷酸甘油水解便生成a-甘油。9. 培养基可如何进行分类？(58)分类依据类型培养基的成分培养基的状态生产工艺要求培养基的用途培养基的功能天然、合成、半合成液体、固体、半液体孢子、种子、发酵、补料、保藏

15、基础、加富、选择、富集、鉴别、增殖 、测定筛选菌种、保藏菌种、检验杂菌、培养种子、发酵生产等10. 什么是淀粉的糖化？(72) 在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程，得到的糖液叫淀粉水解糖。11. 淀粉在酸作用下水解的终产物是 葡萄糖 ，在淀粉酶作用下，随酶的种类不同产物 不同 。12. 淀粉双酶糖化包括 液化 和 糖化 两个步骤。液化是利用 液化 酶使淀粉 糊化 ，水解生成 糊精 和 低聚糖 ，黏度降低；糖化是利用 糖化 酶将糊精和低聚糖彻底水解成 葡萄糖 。13. -淀粉酶是 液化 酶，工业上应用的-淀粉酶主要来自 微生物 ，-淀粉酶属于糖化 型淀粉酶， 工业生产上，普遍采用的是-淀粉酶含

16、量较高的 麦芽糖 ，异淀粉酶也属于 糖化 型淀粉酶。14. 淀粉水解制糖的方法有哪几种？各有什么优缺点？（73-74）哪种方法得到的糖液质量最好？(74)1）酸解法（酸糖化法）：2）酶解法（双酶水解法）3）酸酶结合法A：酸酶法B：酶酸法从时间上看：酸解法最快，酶解法最慢；从原料转化率和糖液质量上看：酶解法>酸酶法>酶酸法>酸解法15. 糖蜜的来源和特点如何？(85)若要将糖蜜用于酒精生产或谷氨酸生产，应作怎样的处理？（85 86）来源：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、高级糖蜜、废糖蜜-粗糖蜜和葡萄糖蜜特点：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

17、进行预处理。预处理包括澄清和脱钙处理，对生物素缺陷型菌体生产来说（如谷氨酸），还应进行脱生物素处理。（谷氨酸发酵的糖蜜预处理的目的及常用的处理方法。目的：取去除有害物质：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）、生物素；降低其含量，使合乎要求。预处理：澄清脱钙降低生物素。方法：1）降低生物素：活性炭处理法 水解-活性炭处理法 树脂处理法亚硝酸处理法）2）添加化学药剂处理法添加青霉素法 添加表面活性剂 添加抗氧剂法3）追加糖蜜法。）四、1.什么是灭菌？(91)什么是消毒？(91)巴斯德消毒法采用的温度是多少？（5060）灭菌：指利用物理和化学的方法杀灭或除去物料及设备中一切生命物质的过程。消毒：是指

18、用物理或化学的方法杀死物料、容器、器具内外的病源微生物，一般只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢。 2.工业规模和一般实验室规模的灭菌方法包括哪几种？各自的灭菌原理是什么？(91-92)方法：干热灭菌法，湿热灭菌法，火焰灭菌法，电磁波、射线灭菌法，化学药品灭菌法，过滤灭菌法。干热灭菌法：微生物细胞发生氧化，微生物体内蛋白质变性和电解质浓缩引起中毒等作用，氧化作用导致微生物死亡是主要依据。160-170°C，1-1.5 h。实验器具和材料。湿热灭菌法：借助蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子内的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，使微生物死亡。121°C，3

19、0min 。火焰灭菌法：接种针、玻璃棒、三角瓶口。？电磁波、射线灭菌法：紫外线表面灭菌和无菌室、培养间等空间的灭菌，250-270nm杀菌效率高，260nm左右最高。化学药品灭菌法：生产车间的环境、小型器具。浸泡、擦拭、喷洒、气态熏蒸等。高锰酸钾使蛋白质、氨基酸氧化，0.1-0.25% 。漂白粉NaClO，次氯酸钠分解为次亚氯酸，次亚氯酸在水溶液中分解为新生态氧和氯，使细菌受强烈氧化作用而导致死亡，对杀死细菌和噬菌体均有效。新洁尔灭表面活性剂，在水溶液中以阳离子形式与菌体表面结合，引起菌体外膜损伤和蛋白质变性。10min能杀死营养细胞，一般用于器具和生产环境的消毒，0.25% 。（X：细菌芽孢

20、、合成洗涤剂、铝制品）75%酒精：使细胞脱水，引起蛋白质凝固变性。营养细胞、病毒、霉菌孢子。常用于皮肤和器具表面。P92过滤灭菌：阻留微生物。澄清液体和气体除菌。3.杂菌污染是对工业发酵的极大威胁，我们必须认真做好 培养基 、 消泡剂 、 流加物料 、设备 、 管道 的灭菌及空气除菌，严格控制生产操作的各个环节，杜绝杂菌污染。4. 灭菌过程中，一定温度下，杂菌受热死亡遵循一级反应动力学的规律，即对数残留定律， 用式子可表示为-dN/dt=kN ，它表明细胞受热死亡，细胞个数减少速率（-dN/dt）与任何一瞬间残存的菌数（N）成正比。式中常数k是菌死亡的反应速度常数，单位为1/S或1/min，表

21、示微生物的耐热性，k越小，该微生物越耐热。如细菌的孢子k值远远小于其营养细胞和霉菌孢子的k值。5. 理论灭菌时间可用式子 t= 2.303/k·lg(N0/Nt) 计算，在设计时常采用Nt = 0.001（也就是说1000次灭菌中有一次失败的机会。 (94)6.工业生产上培养基通常采用的蒸汽灭菌有 分批灭菌 和 连续灭菌 两种方法。连续灭菌的温度较高，时间较短，培养基受到的破坏 较少 ，故质量 较好 ；连续灭菌是由于培养液灭菌不在发酵罐内进行，所以发酵罐的利用率 较高 ；此外，连续灭菌时蒸汽 负荷均衡一致 。连续灭菌的不足之处是所需的设备 较多 ，操作较麻烦， 染菌的机会也相应 增多

22、 。7. 分批灭菌的操作过程如何？(97、100)1）设备清理和培养基配制；2）培养基预热：80 90；3）培养基灭菌（使罐温升至120130，罐压维持1×105Pa（表压），保温30min左右）；4）培养基冷却，无菌检查，待用。8.什么是空气除菌?常用的空气除菌的方法有哪些？(100-101) 空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。方法：加热灭菌（220，20秒）（蛋白质变性）灭菌彻底，能耗大，成本高；辐射灭菌（蛋白质变性） 254-265nm效果最佳，仅限表面灭菌；静电除菌（分离） 除菌效果差，仅用于初除菌；介质过滤除菌（阻截分离） 主流的除菌方式。9.空气过滤除菌按过滤介质孔隙

23、大小可分为两大类，一类是介质孔隙大于微生物，故必须有一定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的，而另一类介质的孔隙小于微生物，含细菌等微生物的空气通过介质时，微生物被截留于介质上而实现过滤除菌，称之为 绝对除菌 。 10.常用的过滤介质有哪些？(106)如何评价过滤介质的优劣？1）纸类过滤介质；2）纤维或颗粒状过滤介质：棉花、玻璃纤维、活性炭；3）微孔滤膜类过滤介质。介质过滤效率：被介质层捕集的尘埃颗粒与空气中原有颗粒数之比。=1 - e-kL k:过滤常数， L: 滤层厚度11.介质深层过滤除菌原理有哪几种？(103-104)各种机理在过滤除菌中各自的贡献如何？(104)深层过滤：介质孔隙大于

24、微生物，故介质必须具有一定的厚度,借助惯性碰撞、拦截、静电吸附、扩散等作用将被滤除物截留在介质层内。原理：（1）布朗扩散作用原理：不规则运动增强了接触机会；捕集效率与微粒和纤维直径有关，并与流速成反比低流速时起作用。（2）拦截滞留作用原理：因速度太慢被纤维粘附滞留；捕集效率决定于微粒直径和纤维直径之比，并与空气流速成反比，流速低才起作用。（3）惯性冲击滞留作用原理：由于惯性撞上去被吸附；在微粒性质、纤维性质一定时，空气流速是影响的重要因素，一定范围内，流速越高，捕集效率越高，有一临界速度。（4）重力沉降作用原理：重力大于气流的拖带力，沉降于表面而被捕集；气流速度很低时才起作用，一般与拦截作用相

25、配合，大颗粒优于小颗粒。五、1. 写出糖酵解的总反应式。 C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD2CH3COCOOH+2ATP+2NADH 2. 糖酵解（EMP）有什么特点？ 糖酵解是葡萄糖经酵解途径即EMP途径（Embden-Meyerhof-Parnas Pathway）分解成丙酮酸，它的特点是：1）是除兰绿藻外的几乎所有生物葡萄糖分解的共同途径，广泛存在于各种细胞中，每个反应都不需要氧参与。2）分为三个阶段：A：由葡萄糖到1，6-二磷酸果糖，该过程包括三步反应，是需能过程，消耗2分子ATP。B: 1，6-二磷酸果糖降解为3-磷酸甘油醛，包括两步反应。C：3-磷酸甘油醛经5步反应生成丙

26、酮酸，这是氧化产能步骤。3）糖酵解由10多个反应组成，每个反应都在酶的作用下完成。4）其他糖类（如淀粉、乳糖等）作为碳源和能源时，是通过葡萄糖或其他中间产物并入糖酵解途径的。5）在不同的有机体和不同条件下，氢的受体不同，因此丙酮酸的去路也不同。3. 在无氧条件下，丙酮酸的去路有哪些？在不同的有机体和不同条件下，氢的受体不同，因此丙酮酸的去路也不同。在无氧条件下：1）在乳酸菌中，受乳酸脱氢酶的作用，丙酮酸作为氢受体被还原成乳酸，即为同型乳酸发酵；2）在酵母菌中，在丙酮酸脱羧酶的作用下，丙酮酸脱羧生成乙醛，后者在乙醇脱氢酶的作用下，乙醛作为受氢体被还原成乙醇，即酒精发酵；3）在梭状芽胞杆菌中，丙酮

27、酸脱羧生成乙酰CoA，之后经一系列变化生成丁酰CoA、丁醛，两者作为氢受体被还原为丁醇，生成物还有丙酮、乙醇，称为丙酮丁醇发酵。 4.何为酵母、发酵？各在什么条件下发生？各自的氢受体是什么？酵母发酵的类型类型条件受氢体 ATP 主要产物 酸性 乙醛 2 乙醇亚硫酸氢钠磷酸二羟丙酮 0 甘油 碱性 磷酸二羟丙酮 0 甘油、乙醇、 乙酸5.何为巴斯德效应？在好气条件下，酵母菌发酵能力下降（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）的现象；不仅在酵母中，在具有呼吸和发酵能力的其他细胞中也普遍存在。6.什么是同型乳酸、异型乳酸发酵？产物是什么？ 发酵产物只有乳酸的发酵称同型乳酸发酵异型乳酸发酵:发酵产物除乳酸外

28、，还有CO2 、乙醇或乙酸.7.柠檬酸生物合成途径是？工业生产一般采用何种微生物进行？其具有什么特点？葡萄糖 EMP 丙酮酸 氧化脱羧 乙酰CoA C4，C2 缩合 柠檬酸CO2固定(羧化)草酰乙酸工业生产一般采用黑曲霉特点：1）Mn2+缺乏抑制蛋白合成NH4+ 解除磷酸果糖激酶的代谢有一条呼吸活力强的不产生ATP的侧系呼吸链 调节，促进EMP途径畅通2）丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制。3）TCA环的起始酶柠檬酸合成酶是一种调节酶，但在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用，这是黑曲霉TCA环的第一个特点。4）柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸两步均由顺乌头酸酶催化。该酶需要Fe2+ ，若降低Fe2+浓

29、度（加入黄血盐），该酶活性被抑制，柠檬酸得到积累。5）黑曲霉菌体内-酮戊二酸脱氢酶缺失或活力很低（TCA环被阻断）。6）柠檬酸积累增多，pH低，在低pH时，顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活，从而进一步促进柠檬酸自身的积累。8.Mn2+在柠檬酸发酵中的作用？Mn2+的效应是通过NH4+水平升高而减少柠檬酸对磷酸果糖激酶的抑制，NH4+水平升高是因为Mn2+缺乏使蛋白质和核酸合成受阻。 9.谷氨酸生物合成途径？谷氨酸生产菌株具有什么的特点？谷氨酸生物合成l 糖经酵解途径（EMP）和单磷酸己糖途径（HMP）生成丙酮酸。l 一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面经CO2固定作用生成草酰乙酸，两

30、者合成柠檬酸进入三羧酸循环（TCA），由三羧酸循环的中间产物-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下，还原氨基化合成谷氨酸。10.在谷氨酸生产中，通常会加入青霉素，其目的是什么？还可以采用哪些方法增大细胞膜的通透性？ 加入青霉素，是为了抑制胞壁的合成，胞壁被破坏后，细胞膜失去细胞壁保护后，对谷氨酸的分泌加大。 控制培养基中的生物素含量处于贫乏水平、或添加饱和脂肪酸的表面活性剂如吐温-80等，也能增大细胞膜的透性。第六、七、八章1. 什么生物反应动力学研究内容是？生物反应动力学的研究有何意义？(144)生物反应动力学研究生物反应的规律。微生物发酵生产过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规

31、律，具体内容有微生物生长过程中质量的平衡、发酵过程中菌体的生长速率、基质消耗速率和产物生成速率的相互关系、环境因素对三者的影响以及影响反应速率的因素。意义：1）实现最佳发酵过程的工艺控制,使生产菌种处于产物合成的优化环境之中,最大限度发挥菌种的潜力。2）优选工艺参数（菌体浓度，基质浓度及产物浓度，温度pH、溶解氧等）控制方案。3）以发酵动力学模型作为依据设计合理的发酵过程。利用计算机进行程序设计、模拟最合适的工艺流程和发酵工艺参数，从而使生产控制达到最优化。4）为试验工厂比拟放大，为分批发酵过渡到连续发酵提供理论依据。2. (144) 何谓比生长速率？ 写出其定义式，其物理意义是什么？比生长速

32、率：菌体浓度除菌体的生长速率和菌体浓度除菌体的繁殖速率。 比生长速率，即单位菌体的生长速率，1/h vx 菌体生长速率 ， g/(L·h)dc(X)/dt生长速率，g/(L·h) c(X）微生物浓度， g/L S限制性基质浓度， g/L I抑制剂浓度， g/L物理意义：？ Monod方程 ：菌体的生长比速，h-1 c(S）：限制性基质浓度，gL Ks：底物饱和常数，gL max: 最大比生长速率， h-1 (156)它是微生物分批培养的生长动力学方程。该方程一般在什么情况下成立？（在培养液中无抑制剂、只有一种限制性底物）式中Ks的物理意义是：当比生长速率为最大比生长速率一半

33、时的限制性营养物质浓度，它的大小表示微生物对营养物质的吸收亲和力大小。Ks 越大，表示微生物对营养物质的吸收亲和力越小；反之，就越大。(156)微生物生长的天然底物的Ks 最小 （最大、最小）。同一微生物，具最小Ks 值的底物是最适底物。3. 什么是分批培养？(154)具有什么特点？(154)典型分批培养可分为哪几个时期？(154)稳定期和衰退期出现的原因？(155) 分批发酵又称分批培养，发酵工业中常见的分批发酵方法是采用单罐深层分批发酵法。每一个分批发酵过程都经历接种、生长繁殖、菌体衰老进而结束发酵，最终提取出产物。特点：微生物所处的环境是不断变化的，可进行少量多品种的发酵生产，发生杂菌污

34、染能够很容易终止操作，当运转条件发生变化或需要生产新产品时，易改变发酵对策，对原料组成要求较粗放等。 时期：停滞（或调整）期、对数（生长）期、稳定期和衰亡期四个阶段。原因：稳定期在微生物培养中，随着培养基中营养物质的消耗和代谢产物的积累或释放，微生物的生长速率就随之下降，当所有微生物细胞分裂或细胞增加的速率与死亡的速率相当是，微生物的数量就达到平衡，微生物的生长也就进入了稳定期。 衰亡期微生物细胞内所贮存的能量基本耗尽，开始在自身所含的酶的作用下死亡。4. 什么是补料分批发酵？(159)具有什么特点？(159-161)补料分批发酵：又称半连续发酵或半连续培养，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地

35、补加新鲜培养基的培养方法。特点：补料分批发酵优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点为： 可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不致加剧供氧的矛盾； 避免培养基积累有毒代谢物。（补料分批发酵广泛应用于抗生素、氨基酸、酶制剂、核苷酸、有机酸及高聚物等的生产。 ）5. 是连续培养？(161)具有什么特点？(161)什么是稀释率？(162) 其单位是？(162)在稳定的单级连续培养系统中，D与具有什么关系？(162)增大系统的稀释率，对反应器中底物浓度、细胞或产物浓度有何影响？(162-163) 连续培养：又称连续发酵，是当微生物培养到对数期时，一方面以一定速度连续

36、不断地流加新鲜液体培养基，另一方面又以同样的速度连续不断地将发酵液排出，从而使培养系统内培养液的量维持恒定，使微生物细胞能在近似恒定状态下生长的微生物发酵培养方式。特点：微生物细胞所处的环境条件，如营养物质的浓度、产物的浓度、pH值以及微生物细胞的浓度、比生长速率等可以自始自终基本保持不变，并从系统外部予以调整，使菌体维持在恒定生长速度下进行连续生长和发酵，这样就大大提高了发酵的生长效率和设备利用率。最大特点是微生物细胞的生长速率、产物的代谢均处于恒定的状态，可达到稳定、高速培养微生物细胞或产生大量代谢产物的目的。定义稀释率D=F/V，单位:1/h .在恒定状态下，=F/V =D . 影响？：

37、D增加， c(X)呈线性慢慢下降， c(S)则缓慢增加；当D=Dc= m 时， c(X)=0， c(S) c0(S) ；当D在m以上时，不可能达到恒定状态。如果D只稍低于 m，则系统对外界环境的变化非常敏感，D的微小变化即会引起c(X)的巨大变化。（X:菌体；S：基质；P：产物）（m 越大，采用连续培养有利；若m过小，则不宜采用连续培养。）6、什么情况下会达到清洗点？(163) 当c(X)=0时，达到“清洗点”，此时，D=m 。7、影响发酵过程的主要因素包括？(180-198 228)温度、pH值、溶解氧、菌体浓度与基质、CO2、泡沫、染菌。8、温度对微生物生长和发酵有何影响？(180）在发酵

38、过程中，影响发酵温度的因素包括哪两方面的因素？这两方面又各包括哪些因素？(180-181)这些因素在发酵过程中，是否会随时间而变化？（会）(181)如何选择最适温度？(181-182)如何控制发酵温度？生长在最适温度下，微生物生长迅速；超过最高温度微生物即受到抑制或死亡；在最低温度范围内微生物尚能生长，但生长速度非常缓慢，世代时间无限延长。在最低和最高温度之间，微生物的生长速率随温度升高而增加，超过最适温度后，随温度升高，生长速率下降，最后停止生长，引起死亡。发酵1）影响反应速率，一般温度升高，酶反应速度增大，生长代谢快，产物合成提前；但温度过高，酶易失活，菌体易衰老，发酵周期缩短，影响产物量

39、。2）影响发酵方向。3）影响发酵液的物理性质。因素：1）产热因素生物热Q生物、搅拌热Q搅拌2）散热因素蒸发热Q蒸发、辐射热Q辐射、显热Q显最适温度的选择：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。如黑曲霉生长温度为370C，谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30320C，青霉菌生长温度为300C。前期：高；中期：低；后期：高。四环素生长阶段280C，合成期260C后期再升温；黑曲霉生长370C，产糖化酶32340C。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌生长30320C，产酸34370C。2）根据培养条件选择。通气条件差时可适当降低温

40、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。控制：冷却是主要的方法，通常是利用发酵罐的热交换装置进行降温，如果气温较高，冷却水温度也较高时，多采用冷盐水进行降温。9、pH对微生物发酵有何影响？(182)发酵过程中pH为何会发生变化？(183)从发酵过程pH的变化可以反映什么？(183)如何确定发酵的最适pH？(183-184)在发酵过程中，如何控制pH? (184)影响

41、：1）影响酶的活性，阻碍菌体的新陈代谢；2）影响微生物细胞膜所带的电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢；3）影响培养基中某些组分的解离，进而影响微生物对这些成分的吸收；pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同。使代谢产物的质量和比例发生改变。变化原因：1、基质代谢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，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）生理酸性或碱性物质利用后pH会下降或上升。2、产物形成某些产物本身呈酸

42、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。3、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。发酵液pH值的变化使菌体代谢反应的综合结果，从代谢曲线的pH值变化就可以推测发酵罐中各种生化反应放的进展和pH值变化异常的可能原因。最适pH值的选择：最适pH与菌株，培养基组成，发酵工艺有关。应按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH范围。由于发酵是多酶复合反应系统，各酶的最适pH值也不相同，因此，同一菌种，生长最适pH值可能与产物合成的最适pH值是不一样的。原则：有利于菌体生长和产物的合成。一般根据实验结果确定。控制：1、调节好基础料的C/N和p

43、H。2、在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ，磷酸缓冲液。3、通过补料调节pH。在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH。如（1）调节补糖速率，调节空气流量来调节pH；如在加多了消泡剂(如豆油)的个别情况下，还可采用提高空气流量来加速脂肪酸的代谢，以调节pH值。 (2)当NH3-N低，pH低时补氨水调节pH值和补充氨氮；当NH3-N低，pH高时补(NH4)2SO4。4、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH。10、溶氧对微生物发酵有何影响？(185) 什么是临界溶氧浓度？(185) 它表示的是微生物对氧的 最低 要求。影响？：大多数发酵过程是好氧的，

44、因此需要供氧。如果考虑呼吸的化学计量，则葡萄糖的氧化可由下式表示：C6H 12O6 十6O26H2O十6CO2只有当这两种反应物均溶于水后，才对菌体有用。氧在水中的溶解度很小(氧在水中的饱和度约为l0mg/L) ，比葡萄糖要小约6000倍左右。即使溶氧已达饱和，在对数生长期等耗氧速率较大的时期，若停止供氧，溶氧也会很快耗尽。许多发酵的生产能力受到氧利用限制，因此氧成为影响发酵效率的重要因素。临界溶氧浓度c临界：在耗氧发酵中，满足微生物呼吸的最低氧浓度。一般耗氧微生物的c临界很低，为0.0030.05 mmol/L，是饱和浓度的1%25%，需氧量一般为25100mmol/(L·h)。在

45、c临界下，微生物的呼吸速率随溶解氧浓度降低而显著下降。11、发酵液的溶氧浓度是由 供氧 和 耗氧 两方面决定的。当前者大于后者时，溶氧浓度就上升，直至饱和；反之就下降。(189)12、在供氧方面， 主要是设法提高 氧传递的推动力 和 液相体积传递系数KLa值 ，主要是通过调节 搅拌转速或 通气速率 来控制溶氧。(189)设备的供养能力是否能无限的增大？(不能)发酵液的需氧量受 菌体浓度、基质种类 和 浓度 以及 培养条件 等因素的影响，其中以 菌体浓度 的影响最明显。发酵液的摄氧率是 随菌体浓度的增加 而按比例增加，但氧的传递速率是随 菌体浓度的对数关系减少 ，因此，可以控制菌的比生长速率比临

46、界值稍高一点的水平，达到最适浓度，这是控制最适溶氧浓度的重要方法。最适菌体浓度既能保证产物的比生长速率维持在最大值，又不会使需氧大于供氧。在工业生产中可以通过补料发酵来控制最适菌体浓度，还可以通过调节温度、液化培养基、补水、添加表面活性剂等工艺措施，来改善溶氧水平。13、什么是菌体浓度？菌体浓度与基质浓度间有何关系？菌体浓度对发酵有何影响？如何控制菌体浓度？（190-191）菌体（细胞）浓度：简称菌浓，是指单位体积培养液中菌体的含量。关系：生长速率取决于基质的浓度。菌体浓度大小与菌体生长速率直接相关，菌体生长速率首先取决于细胞结构的复杂程度和生长机制。细菌、酵母、霉菌和原生动物倍增时间分别为：

47、45min、90min、3h和6h左右。菌体的生长速率还与营养物质和环境条件有密切关系，营养丰富利于生长，但也存在基质抑制作用。影响：适当的生长速率下，产率与菌体浓度成正比；菌体浓度过高对发酵产生不利影响，产物得率下降；引起基质消耗过快，溶氧下降，导致菌体过早衰老，使产量降低。（临界菌体浓度:摄氧速率与氧传递速率相平衡时的菌体浓度）控制：1）控制菌体的生长速率2）在一定培养条件下，主要受营养基质浓度的影响，基础培养基配方中各物质配比适当，以避免产生过高或过低的菌体浓度3）通过中间补料来控制，如碳源、磷酸盐等。14、什么是基质？(191)基质浓度如何影响发酵？(191)哪些基质对发酵的影响较大？

48、(碳源、氮源、磷酸盐等) 如何选择碳源、氮源及其浓度？基质即培养微生物的营养物质。基质是生产菌代谢的物质基础。既涉及菌体的生长繁殖，又涉及代谢产物的形成。影响：基质浓度较小时， 生长速率与基质浓度成正比，有利于菌体的生长，但产物浓度较低；基质浓度较大时，可获得较高的产物浓度，但基质浓度过高，对生长有抑制作用。碳源的控制：根据实验结果确定碳源的种类和初始浓度；可采用经验法和动力学法，在发酵过程中采用中间补料的办法控制发酵液的糖浓度。这要根据不同代谢类型来确定补糖时间、补糖量和补糖方式。动力学方法是要根据菌体的比生长速率、糖比消耗速率及产物的比生成速率等动力学参数来控制。乳糖青霉素发酵的最适碳源

49、蔗糖头孢菌素C发酵的最适碳源麦芽糖链霉素发酵的最适碳源 玉米油核黄素发酵的最适碳源半乳糖生物碱发酵的最适碳源氮源的控制：通过实验确定培养基的初始氮源的种类和浓度；在发酵过程中通过补加氮源来控制氮源的浓度；根据发酵种类的不同，可选择补加有机氮源和无机氮源；发酵后期，补加有机氮源，可延长次级代谢产物合成期；补加氮源也常起到调节pH的作用。如，pH下降时，加尿素或氨水，不仅可使pH上升，而且可以补氮，但当pH值偏高而又需补氮时，就可补加生理酸性物质的硫酸铵，以达到提高氮含量和调节pH值的双重目的。磷酸盐浓度的控制：据菌种特性、培养条件、培养基组成及原料来源等因素，并结合具体条件和使用的原材料进行实验

50、确定最适初始浓度；培养基中的磷含量还可能因配制方法和灭菌条件不同有所改变；在发酵过程中，据菌体生长情况，中间补加磷酸盐。15、二氧化碳对发酵有何影响？(193-194)如何控制二氧化碳的浓度？(195-196)影响：1）CO2对菌体生长有直接作用，可使碳水化合物的代谢及微生物的呼吸速率下降； 2）CO2对生产具有抑制作用，当排气中CO2的浓度高于4%时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降；3）当微生物生长受到抑制时，也阻碍了基质的异化（或分解代谢）和ATP的生成量，由此而影响产物的合成；4）影响菌丝形态；5）对发酵的促进或抑制；6）影响发酵液的酸碱平衡，使pH改变。控制方法：1）气量加大Q， CO2

51、浓度下降；2）搅拌速度增大， CO2浓度下降；3）罐压减小， CO2浓度下降；4）温度提高， CO2溶解度下降，其浓度也就下降。青霉素排气中的CO2量的变化更为敏感。所以采用CO2释放率作为控制补糖的参数16、发酵过程中会形成哪两类的泡沫？为什么会产生泡沫？(196)泡沫形成有何规律？泡沫对发酵有哪些负面作用? (196-197)发酵过程哪些因素会影响泡沫的消长？(197) 如何控制泡沫？(197-198)一类存在于发酵液的液面上，这类泡沫气相所占比例特别大，并且泡沫与它下面的液体之间有能分辫的界线。如在某些稀薄的前期发酵液或种子培养液中所见到的。另一种泡沫是出现在粘稠的菌丝发酵液当中。这种泡

52、沫分散很细，而且很均匀，也较稳定。泡沫与液体间没有明显的波面界限，在鼓泡的发酵液中气体分散相占的比例由下而上地逐渐增加。产生原因：1）由外界引进的气流被机械地分散形成（通风、搅拌）；2）发酵过程中产生的气体聚结生成（发泡性物质）。蛋白质原料如蛋白胨、玉米浆、黄豆粉、酵母粉等是主要的发泡剂。糊精含量多也引起泡沫的形成。因素：通气与搅拌的强度、培养基的配比及原材料组成、培养基灭菌质量培养基的破坏程度、菌种、代谢气体、代谢产物、菌体自溶、染菌。消长规律：1.整个过程，维持恒定水平2.在发酵早期起泡后稳定下降，以后保持稳定（一般是由于培养基易起泡）3.发酵前期泡沫稍下降后，又开始回升（如产生较多CO2

53、，或产物易起泡）4.开始起泡能力低，以后上升5.以上类型的综合。控制：1、选育新生产株，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素；2.调整培养基成分(如少加或缓加易起泡的原材料) ，或改变某些物理、化学参数(如pH值、温度、通气和搅拌)或改变发酵工艺(如采用分次投料)；3.采用机械消泡或加入消泡剂消除泡沫或同时使用。消泡1、机械消泡，原理：靠机械力引起强烈振动或者压力变化，促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收。2、化学剂消泡，消泡剂都是表面活性剂，具有较低的表面张力，或者是降低泡沫液膜的机械强度，或者是降低液膜的表面黏度，或者兼有两者的作用，达到破裂泡沫的目的。17、发

54、酵终点如何进行判断？（198-199）既要高产量，又要低成本。不同发酵类型，要求达到的发酵目标不同，因而对发酵终点判断标准也有所不同。所以要考虑不同的因素来确定合理的放罐时间经济因素：当原材料成本占产品成本的主要部分时， 追求高产物得率；当生产成本占产品成本的主要部分时，追求高生产率、高发酵系数；当下游加工成本占产品成本的主要部分时，除高产率、高发酵系数外，还要求高产物浓度，以降低加工成本 。产品质量因素：放罐时间过早，残留较多基质，影响产品的分离提取；放罐时间过晚，菌体衰老而自溶，增加过滤和产品分离、纯化的难度。释放出来的体内分解酶还有可能破坏已形成的产物。特俗因素：异常情况：发生染菌、发酵异常等情况，要适当提前或延后放罐时间。18、从不同发酵过程、染菌发生的不同时间、染菌程度等方面分析染菌对发酵的影响。（228-229）19、简述发酵异常的原因，工业生产上检查发酵系统是否污染杂菌有哪些方法？（229-31）。检测：环境无菌的检查尘埃粒子检测、无菌平板检测。种子及发酵液无菌试验方法显微镜检查法、肉汤培养法、平板 (双碟)培养法、发酵过程的异常观察法20、发酵染菌的途径有哪些？(233)如何针对种子带菌、空气带菌、操作不当导致染菌进行防治？(233-235)1）种子带菌2)空气带菌3）操作失误4）设备渗漏或“死角”造成的染菌5）噬菌体污染。21、噬菌体