微生物工程考试

1、名词解释微生物工程：利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或者动植物细胞积累所需产品的一门技术学科。是生物技术的重要组成部分。工业上发酵：泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。包括厌氧培养生产过程和通气培养生产过程。产品有细胞代谢产物，也包括菌体本身、酶等。工业菌种的育种：通过遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位改造。通过改造，使现存优良性状强化，除去不良性质或增加新的性状。代谢：细胞内发生的一切化学反应的总称。包括分解代谢和合成代谢。代谢调节：指微生物代谢方向和速度按照微生物的需要而改变的一种作用。微生物代谢的控制：指

2、运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。初级代谢：一般将微生物通过代谢活动产生的自身繁殖做必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。该过程的产物即为初级代谢产物。如氨基酸、核苷类、酶或辅酶等。次级代谢：指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对于该微生物没有明显的生理功能，且非生长繁殖所必需的物质的过程。这一过程的产物即为次级代谢产物。如抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等。分批发酵：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的浓度等参数都随时间变化

3、。优点：操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程和产品质量容易掌握。缺点：产率低，不适于测定动力学数据。补料分批培养：在分批培养的过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致发酵过早结束的缺点。只有料液的加入没有料液的取出。半连续培养：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。如四环素发酵。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。达到稳定状态后，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。天然培养基：采用化学成分还不清楚或化学成分还不恒定的各种植物和动物组织或微生物浸出物、水解液等物质制成的。适用于各类异养微生物生长，而

4、一般自养微生物都不能生长。合成培养基：用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的。成分精确，重复性强，可以减少不能控制的因素。适用于在实验室范围作有关营养、代谢、分类鉴定、生物测定及选育菌种、遗传分析等定量研究工作。但一般微生物在合成培养基上生长较慢，有些微生物营养要求复杂，在合成培养基上不能生长。半合成培养基：采用一部分天然有机物作碳源、氮源和生长因子的来源，再适当加入一些化学药品以补充无机盐成分，使其更能充分满足微生物对营养的需要。大多数微生物都能在此类培养基上生长繁殖，故在微生物工业上和试验研究中被广泛使用。富集/增殖培养基：适合某种微生物生长而不适合其他微生物生长，从而达到从自然界分离这

5、种微生物的目的。鉴别培养基：根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种类的微生物。选择培养基：在培养基中加入某种化学物质以抑制不需要菌的生长，而促进某种需要菌的生长。理论转化率：理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，得出的转化率大小。实际转化率：实际发酵过程中转化率的大小。培养基：广义上讲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营养外的其他所必需的条件。液晶状态：指某些有机物在发生固相到液相转变时的过渡状态。发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。净热量：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

6、热、水分蒸发、空气排气带走热量。各种产生的热量和各种散失的热量代数和就叫做净热量。生物热：在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化而产生热量，其中一部分用于合成高能化合物提供细胞合成和代谢产物合成所需要的热量，其余一部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫做生物热。最适温度：是一种相对概念，指在该温度下最适于菌的生长或发酵产物的合成。最适发酵温度与菌种、培养基成分、培养基条件和菌体生长阶段有关。在整个发酵周期内仅选择一个最适培养温度不一定好。临界氧浓度：指不影响菌体呼吸所允许的最低氧浓度，或微生物对发酵液中溶解氧浓度的最低要求。延滞期：菌体没有分裂只有生长。当接种入一个新的

7、环境，细胞内的核算、酶等稀释，这是细胞不能分裂。对数生长期：当细胞内与细胞分裂相关的物质浓度达到一定程度，细胞开始分裂。这时细胞生长很快，比生长速率接近常数。直接参数：通过仪器或其它分析手段可以测得的参数。间接参数：将直接参数经过计算得到的参数。在线检测参数：不经取样直接从发酵罐上安装的仪表上得到的参数。离线检测参数：取出样后测定得到的参数。生产能力：单位时间内单位罐体积的产物积累。发酵动力学：研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。动力学：是对细胞群体的动力学行为的描述。确定论模型：不考虑细胞之间的差别，而是取性质上的平均值，在此基础上建立的模型称为确定论模型。概率

8、论模型：考虑每个细胞之间的差别。结构模型：在考虑细胞组成变化基础上建立起来的模型。非结构模型：菌体视为单组份的模型。均衡生长：细胞内各种成分均以相同比例增加。非均衡生长：由于各组分合成速率不同而使各组分增加比例不同。生长模型的简化一般采用均衡生长的非结构模型。分离化模型： 将细胞作为与培养液分离的生物相处理所建立的模型。在细胞浓度很高时采用。均一化模型：把细胞和培养液视为一相建立的模型。得率：被消耗的物质和所合成物质之间的量的关系。产物得率：指每消耗1g（或mol）基质所合成的产物g数（或mol数）。生长得率：指每消耗1g（或mol）基质所产生的菌体重量。转化率：指投入的原料与合成产物数量之比

9、。基质比消耗速率：指每克菌体在一小时内消耗的营养物质的量。表示细胞对营养物质利用的速率或效率。产物比生长速率：指每克菌体在一小时内合成产物的量。表示细胞合成产物的速度或能力。发酵周期：指接种开始至培养结束放罐这一段时间。容量产率：指单位时间内单位反应器容积的产物。单一限制性基质：指在培养微生物的营养物中，对微生物的生长起到限制作用的营养物。恒化器：以某种必需的营养作为生长限制基质，通过控制流加速率造成适应这种条件的细胞生长密度和生长速率，培养液中限制性底物浓度保持恒定。恒浊器：通过控制生长限制性基质的流量维持恒定的菌体密度。培养基灭菌：从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除

10、去。灭菌：用物理或化学方法杀死或出去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病原微生物。致死温度：杀死微生物的极限温度称致死温度。致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间。微生物的热阻：指微生物在某一特定条件下（主要是温度和加热方式）的致死时间。相对热阻：指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。无菌空气：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。过滤除菌：利用有孔介质从气体中除去微生物。种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。发酵罐：为一个

11、特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。承担产物的生产任务。固体发酵：微生物在具有一定温度和湿度的固体表面进行生长繁殖称为固体发酵。理化相关：纯属物质理化性质变化所引起的参数相关。生物相关：指通过生物细胞的生命或从所引起的参数之间耦合相关。杂菌：在发酵培养中侵入了有碍生产的其他微生物。总染菌率：一年内发酵染菌的批次与总投料批次数之比。设备染菌率：统计发酵罐或其他设备的染菌率，有利于查找因设备缺陷而造成的染菌原因。不同品种发酵的染菌率：统计不同品种发酵的染菌率，有助于查找不同品种发酵染菌的原因。不同发酵阶段的染菌率：将整个发酵周期分成前期、中期、后期三个阶段，分别统计其染菌率。季节染菌

12、率：统计不同季节的染菌率，可以采取相应措施制服染菌。操作染菌率：统计操作中的染菌率，一方面可以分析染菌原因，另一方面可以考核操作人员的灭菌技术水平。死角：灭菌时因某些原因使灭菌温度达不到或不易达到的局部地区。题目1. 什么是微生物工程？利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或者动植物细胞积累所需产品的一门技术学科。是生物技术的重要组成部分。2. 微生物发酵生产的特点？一步生产（由一系列极其复杂的生化反应组成，反应所需的各种酶均包含在微生物细胞内）、反应条件温和、原料纯度要求低、设备的通用性、对环境污染相对较小、反应液的流体力学性质不同。3. 优良

13、的生产菌种应该具备什么特性？生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需代谢产物产量高，其它代谢物少；操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分离；稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，不易变异退化；安全性：非致病菌，不产有害生物活性物质或毒素。4. 什么是菌种的自然选育？5. 菌种选育的方法有哪些？其主要操作方式是什么？根据资料直接向科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种：采样、预处理、富集培养、筛选、鉴定。新菌种分离筛选的步骤：定方案：查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性；采样：有针对性的采集样品；增殖：通过控制养分和培养条件，使所需菌种增殖培养后，在数

14、量上占优势；分离：利用分离技术得到纯种；发酵性能测定：进行生产性能测定。包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等6. 菌种保藏的主要方法有哪些？菌种保藏中心主要采取哪些方法保藏菌种？7. 微生物代谢、代谢调节、代谢工程的概念。代谢：细胞内发生的一切化学反应的总称。包括分解代谢和合成代谢。代谢调节：指微生物代谢方向和速度按照微生物的需要而改变的一种作用。微生物代谢的控制：指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。8. 微生物代谢的调节方式及分支合成途径的

15、调节方式。9. 初级代谢和次级代谢调节的异同。10. 需要控制的发酵条件主要有哪些？怎样对发酵条件进行控制？发酵培养基、温度、pH、氧、二氧化碳、泡沫。温度控制一般原则：接种后发酵温度有下降趋势，此时可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；待发酵温度开始上升后，应保持在菌体的最适生长温度；到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低些，即代谢产物合成的最适温度；到发酵后期，温度下降，此时适当升高温度可提高产量。温度控制的方法：冷却时主要的方法，利用发酵罐的热交换装置进行降温，若气温较高，冷却水温度也较高时，多采用冷盐水进行降温。pH的控制：调节好基础料的pH；在基础料中加入维持pH的

16、物质；通过补料调节pH；当补料与调pH 发生矛盾时，加酸碱调pH。采用合适的pH调节剂，发酵不同的阶段也应采取不同的pH值。pH控制不仅要考虑最佳pH值，而且要根据生长阶段考察对pH的要求。在pH控制中还要采用合适的调节方法。溶氧的控制：调节通风与搅拌；限制基础培养基的浓度，使发酵器内的生物体浓度维持于适当水平；并以补料方式供给某些营养成分而控制菌体生长率和呼吸率。CO2的控制：在发酵液中的CO2浓度变化不像溶解氧那样有一定的规律。它的大小受到许多因素的影响，如细胞的呼吸强度、发酵液的流变学特性、通气搅拌程度、罐压大小、设备规模等。在发酵过程中通常通过调节通风和搅拌来控制。泡沫的控制：目的在于

17、打碎泡沫液膜，使气相和液相分离。因此，可以通过化学方法，降低泡沫液膜的表面张力，使泡沫破灭；也可以用物理方法，使泡沫液膜的某些部分局部受力，打破液膜原来的受力平衡而破裂11. 补料分批发酵过程中补料控制的目的？所补物料的类型、补料的原则及控制策略。补料控制的目的：解除基质过浓的抑制；解除产物的反馈抑制；解除葡萄糖分解代谢阻遏效应。所补物料的类型：微生物能源和碳源；菌体所需要的氮源；微量元素或无机盐。补料的原则：控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物积累的方向进行。为实现这一目标，在中间补料控制时，必须选择恰当的反馈控制参数和补料速率。补料控制策略：大多数补料分批发酵均补加生长限制性基质。对补

18、料控制参数（反馈控制参数）的选择 & 补料速率的确定。12. 发酵过程中产生泡沫的原因，泡沫对发酵的危害，发酵过程中防止和消除泡沫的方法。泡沫产生的原因：由外界引进的气流被机械的分散形成（通风、搅拌）；发酵过程中产生的气体聚集生成（发泡性物质）。Ø 通气搅拌的强烈程度：通气大、搅拌强烈可使泡沫增多。发酵前期培养基营养成分消耗少且成分丰富，易起泡。应先开小通气量，再逐步加大；搅拌转速也是如此。也可在基础料中加入消泡剂。Ø 培养基配比与原料组成：培养基营养丰富，粘度大，产生泡沫多而持久。Ø 菌种、种子质量和接种量：菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，

19、泡沫产生几率就少。菌种生长慢的可以加大接种量。Ø 灭菌质量：培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效。起泡的危害：降低发酵设备的利用率；增加的菌群的非均一性；增加了染菌机会；导致产物的损失；消泡剂会给后提取工序带来困难。Ø 降低生产力：发酵罐中，为容纳泡沫，防止溢出而降低装量。Ø 引起原料浪费：若设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡会引起原料流失，造成浪费。Ø 影响菌的呼吸：若气泡稳定，不破碎，那么随着微生物呼吸，气泡中充满了CO2，而且不能与空气中的氧进行交换，这样就影响了菌的呼吸。Ø 引起

20、染菌：由于泡沫增多而引起逃液，在排气管中粘上培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入发酵罐而造成染菌。大量泡沫由灌顶进一步渗到轴封，轴封处的润滑油可起到消泡的作用，从轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。发酵过程中防止和消除泡沫的方法：可以通过化学方法，降低泡沫液膜的表面张力，使泡沫破灭；也可以用物理方法，使泡沫液膜的某些部分局部受力，打破液膜原来的受力平衡而破裂。13. 什么是生物反应动力学？研究各种环境因素与微生物代谢活动之间相互作用随时间变化的规律。14. 画图说明发酵过程动力学的三个类型及其特征。生长产物合成偶联型：Ø 特点：菌体生长、碳源利用和产物形成几乎都在相同时间出现高峰

21、。（直接相关）Ø 两种情况：菌体生长类型（产物就是菌体）；代谢产物类型（产物是碳源的直接氧化物）。生长产物合成半偶联型：Ø 特点：第一时期，菌体迅速增长，产物很少或无；第二时间，产物高速形成，生长可能有第二峰；碳源利用出现两个高峰。（部分相关）Ø 产物不是碳源的直接氧化产物，而是菌体代谢的主流产物，产量较高。Ø 分为两类：产物的形成是经过连锁反应过程；产物的形成不经过中间产物的积累。生长代谢产物非偶联型：Ø 多数次生代谢产物的发酵属这种类型。Ø 产物合成速率与碳源利用也不存在定量关系。Ø 产量远低于碳源耗量，无准量关系。15

22、. 说明分批培养过程中发酵液中细胞浓度、基质浓度和产物浓度的变化情况。微生物生长分为四个时期：延滞期、对数生长期、稳定期、死亡期。延滞期：菌体没有分裂只有生长，因为当菌种接种入一个新的环境后，细胞内的核酸、酶等稀释，这时细胞不能分裂；当细胞内与细胞分裂相关的物质浓度达到一定程度，细胞开始分裂，这时细胞生长很快，比生长速率几近常数，这个时期称为对数生长期；随着细胞生长，培养液中的营养物质减少，废物积累，导致细胞的生长速率下降，进入减速期和稳定期；最后当细胞死亡速率大于生成速率，进入死亡期。16. 连续培养的优点和缺点是什么？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

23、积维持恒定。达到稳定状态后，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。优点：有利于缩短发酵周期，提高劳动生产率；连续发酵生产过程比较稳定、均衡，各项参数也较恒定，便于自动化控制，产品质量稳定；由于连续发酵采用管道化合自动化生产，明显降低劳动强度。缺点：以中间代谢产物为发酵产品的发酵，在理论和实践上都没有完全解决；菌种不稳定的话，长期连续培养会引起菌种退化，降低产量；长时间连续发酵中队发酵设备和空气净化系统的无菌要求更高，长时间补料染菌机会大大增加；对于某些原材料价格昂贵的产品，由于连续发酵对基质利用率较低，往往造成生产成本的增加。17. 在发酵过程中污染杂菌会造成什么损失？可以采

24、取什么措施减少杂菌污染？发酵过程中夹杂杂菌的后果：Ø 生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；Ø 连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；Ø 杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难，杂菌会降解目的产物；Ø 杂菌会污染最终产品；Ø 发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。工业上具体措施包括：Ø 使用的培养基和设备须经过灭菌；Ø 好氧培养中使用的空气应经过除菌处理；Ø 设备应严密，发酵罐维持正压环境；Ø 培养过程中加入的物料应经过灭菌；Ø 使用无污染的纯粹种

25、子。18. 灭菌的方法有哪些？培养基灭菌主要用什么方法？化学法：化学药品灭菌法物理法：干热灭菌法、射线灭菌法、湿热灭菌、过滤除菌19. 什么是培养基的分批灭菌？说明分批灭菌的过程和注意事项。在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分批灭菌。包括升温、保温、降温三个过程。保证间歇灭菌成功的因素有：内部结构合理（无死角），焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象；压力稳定的蒸汽；合理的操作方法。培养基分批灭菌过程中注意事项：温度和压力的关系；泡沫问题；投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题；灭菌结束后应立即引入无菌空气保压。20. 发酵罐的结构要求。应具有严密的结构；良好的液体混合特性；好的传质和传

26、热效率；具有配套而又可靠的检测、控制仪表。结构：罐体；搅拌器和挡板；消泡器；联轴器及轴承；变速装置；空气分布装置；轴封；冷却装置。21. 发酵罐主要分为哪几个类型？各包括哪些结构？按微生物生长代谢需要分类 好氧：需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系数。 厌氧：不需要通气。按发酵罐设备特点分类 机械搅拌通风发酵罐：包括循环式以及非循环式的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。 非机械搅拌通风发酵罐：包括循环式的气提式、液提式发酵罐，以及非循环式的排管式和喷射式发酵罐。按容积分类 500L以下的是实验室发酵罐；5005000L是中式发酵罐；5000L以上是生产规模的发酵罐。密闭厌氧发酵罐：要

27、求能封闭；能承受一定压力；有冷却设备；罐内尽量减少装置；消灭死角；便于清洗灭菌。 罐的上、下部都是锥形的；上部有物料口、冷却水口、二氧化碳和气体出入口和压力表开口等；温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水喷淋相结合，排料管在罐的底部。机械搅拌发酵罐：均有适宜的径高比；能承受一定的压力；保证发酵液必需溶解的氧；具有足够的冷却面积；尽量减少死角，避免染菌；搅拌器的轴封应严密，防菌量减少泄露。 结构：罐体；搅拌器和挡板；消泡器；联轴器及轴承；变速装置；空气分布装置；轴封；冷却装置。22. 发酵染菌的原因及如何处理发酵染菌？种子带菌、接种时罐压跌零、培养基灭菌不透、空气系统带菌、搅拌轴密封泄露、泡沫冒顶、

28、夹套穿孔、蛇管穿孔、接种管穿孔、阀门泄露、罐盖漏、其他设备漏、操作问题。外界带入杂菌（取样、补料带入）、设备穿孔、空气系统带菌、停电罐压跌零、接种、蒸汽压力不够或蒸汽量不足、管理问题、操作违反规程、种子带菌。从染菌规模分析染菌原因：大批发酵罐染菌：空气系统；部分发酵罐染菌：前期可能是种子带杂菌，或灭菌不彻底，中后期则可能是中间补料系统发生问题所造成的；个别发酵罐连续染菌：设备问题、设备的腐蚀磨损所引起的染菌会出现每批发酵染菌时间向前推移的现象；个别发酵罐偶然染菌：原因比较复杂、因为各种染菌途径都可能引起。从染菌时间来分析：发酵早期染菌：种子带菌、培养基和设备灭菌不彻底、设备或管道有死角；中、后

29、期染菌：中间补料、设备渗漏、操作不合理；从染菌类型来分析：耐热性芽孢杆菌：死角或灭菌不彻底；球菌、酵母：可能是从蒸汽的冷凝水或空气总带来的；浅绿色菌落（革兰氏阴性杆菌）：发酵罐的冷却管或夹套渗漏；霉菌：灭菌不彻底或无菌操作不严格。种子带菌的原因及防止：原因：无菌室的无菌条件不符合要求、培养基灭菌不彻底、操作不当；防止：种子带菌是发酵前期染菌的原因之一。在每次接种后应留取少量的种子悬浮液进行平板、肉汤培养，借以说明是否是种子中带杂菌。种子培养的设备和装置有无菌室、灭菌锅和摇瓶机等。发酵设备、管件的渗漏与配置发酵罐与管件的死角染菌后的挽救措施种子培养或种子罐中发现污染：发酵早期染菌可以适当添加营养

30、物质，重新灭菌后再接种发酵；中后期染菌，如果杂菌的生长将影响发酵的正常进行或影响产物的提取时，应该提早放罐；有些发酵染菌后发酵液中的碳、氮源还较多，如果提早放罐，这些物质会影响后处理提取时产品取不出，此时应设法将碳、氮源消耗，再放罐提取。有时发酵罐偶尔染菌，原因一是又找不出，一般采取以下措施：连续灭菌系统前的料液贮罐在每年4-10月份（杂菌较旺盛生长的时间）加入0.2%甲醛，加热至80度，存放处理4小时，以减少带入培养液中的杂菌数；对染菌的罐，在培养液灭菌前先加甲醛进行进行空消处理，甲醛用量每立方米罐的体积升；对染菌的种子罐可以在罐内放水后进行灭菌，灭菌后水量占罐体的三分之二以上，这时因为细菌

31、的芽孢较耐干热而不耐湿热。感染噬菌体后采用的方法：选育抗性菌株；轮换使用专一性不同的菌株；加化学药物；将培养液重新灭菌后再接种；谷氨酸发酵在初期感染噬菌体，可以利用噬菌体只能在生长阶段的细胞中繁殖的特点，将发酵正常并已培养了16-18小时的发酵液加入感染噬菌体的发酵液中，以等体积混合后再分开发酵。相关内容微生物发酵生产的特点一步生产（由一系列极其复杂的生化反应组成，反应所需的各种酶均包含在微生物细胞内）、反应条件温和、原料纯度要求低、设备的通用性、对环境污染相对较小、反应液的流体力学性质不同。微生物工程对菌种的要求生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需代谢产物产量高，其它代谢物少；操作性：培

32、养条件简单，发酵易控制，产品易分离；稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，不易变异退化；安全性：非致病菌，不产有害生物活性物质或毒素。菌种的来源根据资料直接向科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种：采样、预处理、富集培养、筛选、鉴定。新菌种分离筛选的步骤定方案：查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性；采样：有针对性的采集样品；增殖：通过控制养分和培养条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势；分离：利用分离技术得到纯种；发酵性能测定：进行生产性能测定。包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最

33、适pH值、提取工艺等。代谢调节的方式细胞透性的调节、代谢途径区域化、代谢流向的调控、代谢速度的调控。代谢速度的调控（微生物细胞的代谢调节主要类型）酶合成调节：调节的是酶分子的合成量（在遗传水平上发生）；酶活性调节：调节的是已有酶分子的活性（在酶化学水平上发生）。代谢参数（按性质分为三类）物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等；化学参数：基质浓度（糖、N、P）、pH、产物浓度、核酸量等；生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等。无抑制作用的细胞生长动力学Monod方程Monod发现细菌的比生长速率与单一限制

34、性基质（growth limiting nutrient）之间存在着一定的模式关系（饱和双曲线函数），创建了生化工程中著名的Monod方程。=mS/(KS+S)连续灭菌的优缺点优点：保留较多的营养质量；容易放大；较易自动控制；糖受蒸汽的影响较少；缩短灭菌周期；某些情况下可使发酵罐的腐蚀减少；发酵罐利用率高；蒸汽负荷均匀。缺点：设备比较复杂，投资较大。空气除菌的方法辐射灭菌、加热灭菌、静电除菌、介质过滤比拟放大的内容：罐的几何尺寸、通风量、搅拌功率、传热面积和其他方面的放大问题，这些内容都有一定的相互关系。比拟放大的依据：单位体积液体的搅拌消耗功率；搅拌雷诺准数；溶氧系数；搅拌桨末端线速度；混合

35、时间；通过反馈控制条件，尽可能使重要环境因子一致。发酵染菌的危害发酵染菌能给生产带来严重危害，防止杂菌污染时任何发酵工厂的一项重要工作内容。尤其是无菌程度要求较高的液体深层发酵，污染防止工作的重要性更为突出。几乎所有的发酵工业，都有可能遭受杂菌的污染。染菌的结果，轻者影响产量或产品质量，重者可能导致倒罐，甚至停产。液体通气发酵：谷氨酸发酵味精制备的工艺流程谷氨酸 > 中和 > 脱色 > 除 > 浓缩 > 结晶 > 干燥 > 成品酒精生产原料：淀粉质原料、糖质原料、纤维质原料工艺流程：原料粉碎、蒸煮糊化、糖化酒母的扩大培养扩大流程：原菌 > 斜面试

36、管 > 液体试管 > 三角瓶培养 > 卡氏罐这一阶段培养是扩大酒母种子的开始。生产上希望在这一阶段培养得到细胞健壮、没有杂菌的种子酵母。因此，无菌条件要求较严，酒培养基的营养成分要求也较高。酒母罐培养流程：卡氏罐 > 小酒母罐 > 大酒母罐 > 成熟酒母送发酵车间从卡氏罐以后酒母的扩大培养属于酒母车间进行培养。微生物工程复习课1、什么是微生物工程？利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或者动植物细胞积累所需产品的一门技术学科。是生物技术的重要组成部分。2、（1）传统发酵：指描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的

37、现象，或者指酒的生产过程（2）生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下，分解各种有机物产生能量的一种方式。或者指以有机物作为电子受体的氧化还原反应。（3）工业发酵：泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程2、微生物工程的发展经过了哪几个时期？（1）传统的微生物发酵：天然发酵（2）第一代微生物发酵技术：纯培养技术的建立（3）第二代微生物发酵技术：深层培养技术（4）第三代微生物发酵技术：微生物工程2、发酵工程发展：自然发酵期奠基期发展期3、微生物发酵生产的特点（优点）？一步生产（由一系列极其复杂的生化反应组成，反应所需的各种酶均包含在微生物生物细胞内）、反应条件温和（酶的最适条件是常温常压）、原

38、料纯度要求低、设备的通用性、对环境污染相对较小、反应液的流体力学性质不同，是一类非牛顿流体，不符合牛顿力学规律。4、微生物工程可以应用在哪些方面？食品工业、医药卫生、轻工业、化工能源、农业、环境保护、细菌冶金、高技术研究5、常用的菌种分离方法有哪些？（1）施加选择性压力分离法：一般采用平板划线或平板稀释法进行纯种分离。为了增加分离成功率，通过富集培养增加待分离菌的数量。主要是利用不同种类的微生物其生长繁殖对环境和营养的要求不同，如温度、PH、渗透压、氧气、碳源、氮源等，人为控制这些条件，使之利于某类或某种微生物生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到使目的菌种占优势，而得以快速分离纯化的目的

39、。（2）随机分离方法5、新种分离筛选步骤：定方案采样增殖分离发酵性能测定5、工业菌种的选育：是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位改造，通过改造，使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状6、菌种的选育中对菌种的要求是什么？1）操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分离2）生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需的代谢产物产量高，其他代谢产物少3）稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，不易发生变异退化4）安全性：是非病源菌，不产生有害生物活性物质或毒素优良的生产菌种应具备的特性：（1）具有在较短的发酵周期内产生大量发酵产物的能力（2）在发酵过程中不产生或少产生

40、与目标产品性质相近的副产品及其他产物（3）生长繁殖能力强，有较强的生长速率，产生孢子的菌种应该具有较强的产孢子能力（4）能够高效地将原料转化为产品（5）有利用广泛来源原材料的能力，并对发酵原料成分的波动敏感性较小（6）对需要添加的前体物质有耐受能力，并且不能将这些前体物质作为一般碳源利用（7）在发酵过程中产生的泡沫要少（8）具有抗噬菌体感染的能力（9）遗传特性稳定6、菌种来源：（1）向有关单位索取或购买（2）从大自然中分离筛选新的微生物菌种：采样预处理富集培养筛选鉴定7、菌种选育的方法有哪些？其主要操作方式是什么？自然选育、诱变选育、杂交育种、原生质体融合育种、基因工程育种8、菌种保藏的主要方

41、法有哪些？菌种保藏中心主要采取哪些方法保藏菌种？斜面保藏法、穿刺保藏法、沙土管干燥保藏法、真空冷冻干燥保藏法（菌种保藏中心的普遍做法）、液氮保藏法、悬液保藏法、低温保藏法9、微生物代谢、代谢调节、代谢工程的概念。代谢：细胞内发生的各种化学反应的总和，合成代谢和分解代谢代谢调节：微生物的代谢速度和方向按照需要而改变的一种作用微生物的代谢控制：运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品10、微生物代谢的调节方式及各种调节类型。细胞透性调节、代谢途径区域化、代谢流向调控、代谢速度调控（酶合成调节、酶活性调节）11、初级代谢和次级代谢调节的异同。1

42、）存在范围及产物类型不同：初级：在微生物中普遍存在，产物一般恒定；次级：只存在于某些微生物中，并随着培养条件的不同，产物也不同2）对自身的重要性不同：初级：维持生命的基本活动次级：通常分泌到胞外，有些与机体的分化有一定关系，并在同其他微生物的竞争中起着重要作用3）同微生物生长过程的关系不同：初级：自始至终存在，同机体生长平行次级：对数期、稳定期、末期4）对环境条件的敏感性或遗传上的稳定性不同：初级：敏感性小，遗传稳定次级：敏感，易受环境影响5）相关酶的专一性不同：初级：强；次级：不强6）二者联系：初级代谢产物往往是次级代谢的前体；次级代谢是初级代谢的继续和发展12、在微生物代谢工程中如何提高发

43、酵产物产量？在实际生产中可以利用哪些方法提高发酵产物的产量？ 1）分批培养：一次投料，一次接种，一次收获的间歇性培养方式2）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3）半连续培养：在补料分批培养的基础上，间歇性地放掉部分发酵液的培养方式4）连续培养：发酵过程中一边补入新鲜料液，一边放出等体积的发酵液，使发酵罐内的体积维持恒定13、需要控制的发酵条件主要有哪些？怎样对发酵条件进行控制？14、影响发酵的主要因素有哪些？如何利用这些因素对发酵进行调节？15、发酵过程中为什么会产生泡沫？产生的泡沫对发酵有什么危害？发酵过程中怎样防止和消除泡沫？16、什么是

44、微生物反应动力学？画图说明发酵过程动力学的三个类型及其特征。研究各种环境因素与微生物代谢活动之间相互作用随时间变化的规律17、说明分批培养过程中发酵液中细胞浓度、基质浓度和产物浓度的变化情况。18、连续培养的优点和缺点是什么？单级连续培养时培养达到稳定状态时的主要特点是什么？优点：1）有利于缩短发酵周期，提高劳动生产率；2）生产过程比较稳定、均衡，各项参数比较恒定，便于自动化控制，产品质量稳定3）自动化生产，降低劳动强度缺点：1）以中间代谢产物为发酵产品的发酵，在理论和实践上都没有完全解决2）菌种若不稳定，长期培养会引起菌种的退化，降低产量3）对发酵设备和空气净化系统的无菌要求较高，长时间补料

45、使染菌的几率大大增加4）对基质利用率较低，成本增加稳定特点：菌浓度、产物浓度、限制性基质浓度达到恒定状态19、在发酵过程中污染杂菌会造成什么损失？可以采取什么措施减少杂菌的污染？20、灭菌的方法有哪些？培养基灭菌主要用什么方法？21、什么是培养基的分批灭菌？说明分批灭菌的过程和注意事项。分批灭菌：指将配制好的培养基放在发酵罐中，通入蒸汽进行灭菌的过程，也称实罐灭菌。优点：投资少，危险小，操作简，培养基流动性差时更适合 缺点：灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷大22、画图说明几种连续灭菌的流程。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

46、菌。优点：1）保留较多的营养质量2）容易放大3）易自动化控制4）糖受蒸汽的影响较小5）缩短灭菌周期6）在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少7）发酵罐利用率高8）蒸汽负荷均匀缺点：设备复杂，投资较大24、画图说明空气过滤除菌流程。入口粗过滤压缩储存冷却旋风分离丝网过滤加热过滤出口24、在空气除菌过程中介质对空气中微粒的阻拦作用原理有哪些：直接拦截；惯性撞击；吸附；扩散拦截。25、画图说明通用发酵罐的基本结构？26、发酵罐主要分为哪几个类型？各包括哪些结构？厌氧发酵罐、好氧发酵罐好氧发酵罐：（1）内部机械搅拌型（2）外部液体搅拌型（3）空气喷射提升式发酵罐机械搅拌发酵罐：罐身、搅拌器、挡板、冷却装置

47、、空气分布装置、轴封等空气带升环流式发酵罐：机械搅拌自吸式发酵罐：高位塔式发酵罐：27、发酵罐的比拟放大：使大型发酵的性能与小型发酵罐接近，以使大型发酵罐的生产效率与小型发酵罐相似。28、比拟放大方法：经验放大法、因次分析法、时间常数法、数学模拟法等29、比拟放大依据：1）单位体积液体的搅拌消耗功率2）搅拌雷诺准数3）溶氧系数4）搅拌桨末端线速度5）混合时间6）通过反馈控制条件，尽可能使重要环境因子一致微生物工程复习题型资料一、名词解释：1.微生物工程：微生物工程的主体是利用微生物生长代谢活动产生的各种生理活性物质来生产商业产品。它已成为微生物学、生物化学和化学工程学等多学科密切相关的交叉性学

48、科。2.诱变育种：就是利用各种被称为诱变剂的物理和化学试剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。3.酶活性调节:是以酶分子的结构为基础，在酶分子水平上的一种代谢调节。它是通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率，包括酶活性的激活和抑制两个方面。酶活性调节的机制有酶的变构理论和酶分子的化学修饰。4.末端产物阻遏：指由于某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻遏，如在嘌呤、嘧啶和氨基酸的生物合成。5.分解代谢产物阻遏：当微生物在含有两种能够分解底物的培养基中生长时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶的合成的现象。6.代谢工程:系指利

49、用基因工程技术，定向地对细胞代谢途径进行修饰、改造，以改变微生物的代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，构新的代谢途径，生产新的代谢产物的工程技术领域。7.前体：被加入培养基后，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变化，却能提高产物产量的一类小分子物质。8.促进剂：是一类刺激因子，它们并不是前体或营养，这类物质的加入或可以影响微生物的正常代谢，或促进中间代谢产物的积累，或提高次级代谢产物的产量。9.比耗氧速度或呼吸强度（QO2）：单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气。10.摄氧率：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。11.临界溶氧浓度：指不

50、影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。二、选择/填空：1.微生物工程的发展简史：传统的微生物发酵技术天然发酵，第一代微生物发酵技术纯培养技术的建立，第二代微生物发酵技术深层培养技术，第三代微生物发酵技术微生物工程。2.微生物工程工业生产水平的三个决定要素：生产菌种的性能，发酵及提纯工艺条件和生产设备。其中生产菌种是最重要的。3.微生物菌种分离纯化和筛选的步骤：标本采集标本材料的预处理富集培养菌种初筛菌种复筛性能鉴定菌种保藏。4.菌种分离的方法：施加选择性压力分离法（平板稀释法和平板划线法）、选择性培养基分离法（加入抗生素或试剂来增加选择性、摇瓶培养和连续培养）。5.优良菌种选育方法：自然选育、诱变选育

51、、抗噬菌体菌种的选育、杂交育种、原生质体融合技术育种、基因工程技术育种。6.突变菌株筛选中的种类：营养缺陷型突变菌株的筛选，抗性突变株的筛选、抗反馈遏和抗反馈抑制突变菌株的筛选、组成型突变株的筛选。7.杂交育种的目的:是将不同菌株的遗传物质进行交换、重组，使不同菌株的优良性状集中在重组体中，克服长期诱变引起的生活力下降等缺点。8.杂交育种的优点：扩大变异范围、改变产品的产量和质量、创造出新品种。9.原生质体融合的一般步骤：制备原生质体、原生质体融合、原生质体的再生、筛选优良性状的融合重组子。10.基因工程菌产生的程序：目的基因的克隆，DNA重组体的体外构建，重组DNA导入宿主细胞及基因工程菌的

52、选择。11.基因表达系统的分类：第一类为原核表达系统：包括大肠杆菌表达系统、芽胞杆菌表达系统、链霉菌表达系统和蓝藻表达系统等。第二类为真核生物表达系统：包括酵母表达系统、植物细胞表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统等。12.影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素：外源基因的拷贝数、外源基因的表达效率、表达产物的稳定性、细胞代谢负荷、工程菌的培养条件。13.真核基因在大肠杆菌中的表达形式：融合蛋白、非融合蛋白、分泌型表达蛋白。14.常用的菌种保藏方法：斜面保藏法、穿刺保藏法、液体石蜡法、沙土管干燥保藏法、真空冷冻干燥保藏法、液氮保藏法、悬液保藏法、低温保藏法。15.代谢调节的方式:主要有

53、反馈抑制、反馈阻遏、酶的诱导调节、酶的共价修饰等。16.微生物自我调节部位的三种控制方式：细胞膜对大多数亲水分子起一种屏障作用，但又存在着某些输送系统；原核生物有两种控制通量的方法，采用调节现有酶和改变酶分子活性；限制基质的有形接近。17.阻遏作用:有利于生物体节省有限的养料和能量，阻遏的类型主要有末端代谢产物阻遏和分解代谢产物阻遏两种。18.酶合成调节的机制根据操纵子的调节方式不同可分为:单一效应物调节、两种效应物的共同调节和弱化调节三种类型。19.分支生物合成途径的调节:有同功酶调节、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。20.发酵条件的控制可分为:各种发酵条件对微生物代谢的影响、使用诱导物、添加生物合成的前体、培养基成分和浓度的控制四种方式。21.次级代谢产物合成的调控类型有：诱导调节、碳分解产物调节、氮分解产物调节、磷酸盐调节、反馈调节、生长速度调节等。22.反馈调节：在次级代谢产物的生物合成中有着重要的作用，包括次级代谢产