微生物工程期末试题

PAGE微生物工程试卷一、填空题：影响发酵的因素主要有：温度、PH、溶氧量、泡沫高度。发酵过程中补料通常补充：碳源、氮源、微量元素和无机盐。常见的过滤设备有：板框过滤机、真空过滤机等。小型发酵罐的采用夹套加热和冷却，大型发酵罐的采用蛇形管加热和冷却。微生物生长曲线包括延滞期、对数生长期、稳定期、衰亡期。下游加工过程常用分离设备有：过滤设备、离心分离设备、膜分离设备。发酵模型有：第Ⅰ型、第Ⅱ型、第Ⅲ型。二、名词解释：发酵工程：给微生物提供最适宜的生长条件，利用微生物的某种特定功能，通过现代化技术手段生产出人类需要的产品的工程。化学消泡：向发酵液中添加一定量的消泡剂，利用消泡剂的特殊性质消除泡沫的方法。双水相体系：当两种聚合物、一种聚合物与一种亲液盐或是两种盐(一种是离散盐且另一种是亲液盐)在适当的浓度或是在一个特定的温度下相混合在一起时就形成了双水相系统。发酵周期：在发酵过程中，上一次投料发酵开始时到下一次投料之前的时间段。Ⅰ型发酵模型（发酵类型）：又称生长产物合成偶联型，即产物的合成与碳源的利用完全相关的曲线。机械消泡：利用物理作用，靠机械的强烈振动或压力的变化促使泡沫破碎的方法。双节线：在双水相体系的相图中，可以把均匀区域和两相区域分隔开来的曲线称作双节线。絮凝：在高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使细胞、胶粒等聚集成粗大的絮凝团的过程。萃取：利用物质在两种互不相容的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂里提取到另一种溶剂里使溶质和溶剂分离的方法。补料：在发酵过程中，当发酵罐中基质不足时，需要添加一定量的基质于发酵罐中，而添加基质的过程被称为补料。三、简答题解释温度对发酵的影响，并从理论上分析在中试（发酵罐体积小于2m3）及工业化生产（发酵罐体积大于10m3）中，如何控温P97影响：微生物生长速率、呼吸强度、产物的生成率，从而影响发酵产物的形成（①.随着温度的上升，细胞中依靠酶的生物化学反应速率加快，导致微生物生长速度加快。②.组成细胞的物质如蛋白质、核酸等都对温度较敏感，随着温度的升高，这些物质的立体结构受到破坏，使得依靠酶的化学反应失活，从而引起微生物生长的抑制，甚至死亡。）控温：工业上使用大体积发酵罐的发酵过程，一般不需要加热，因为释放的发酵热常常超过微生物的最适温度，所以需要冷却的情况较多。通常是利用发酵罐的热交换装置进行降温，如果气温较高，冷却水的温度也较高时，多采用冷盐水进行降温。发酵过程中泡沫产生的原因是什么？泡沫对发酵过程的影响及其如何消泡？P127发酵液泡沫产生原因：在通气过程中，伴随机械搅拌、空气被分成细小的气泡，这些气泡升到发酵液面形成泡沫。发酵液内部的微生物在进行发酵活动时，往往产生一些气体，如CO2，这些代谢气体凝结形成气泡，冒出到发酵液面，成为发酵泡沫，菌体代谢越旺盛，这部分泡沫的产生量越多。影响：过多的泡沫形成，若不加以控制，会引起逃液，造成损失。增加了杂菌污染的机会，使部分菌体粘附到罐顶或罐壁上，不能再回到发酵液中，使发酵液中的菌体量减少。泡沫中的代谢气体不容易被带走，从而使菌体的生活环境发生了改变，妨碍了菌体的呼吸，造成了代谢异常，导致菌体提前自溶，菌体自溶会促使更多的泡沫形成。减少设备利用率。消泡的基本方法：化学消泡、机械消泡。其中机械消泡法有多种，一种是罐内消泡：在发酵罐内将泡沫消除；另一种是罐外消泡：将泡沫引出发酵罐外，泡沫消除后，液体再返回发酵罐内。什么是下游加工技术，以及下游加工过程的特点P193下游加工技术：发酵液、动植物细胞培养液、酶反应和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的技术。特点：代谢产物浓度低稳定性低，对热、酸、碱、有机溶剂、酶敏感易失活培养液杂质含量高代价昂贵，回收率低。什么是絮凝和什么是凝聚，比较其区别。并举例常用的絮凝剂及凝聚剂。P201凝聚：在中性盐作用下，胶粒间双电层电排斥作用降低，电位下降，使胶体体系不稳定的现象。絮凝：在高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使细胞、胶粒等聚集成粗大的絮凝团。区别：

1、凝聚是由压缩双电层机理作用,胶体脱稳引起的聚集。

2、絮凝是吸附架桥作用,由天然高分子物质吸附架桥作用使微粒相互黏结常用的絮凝剂：聚丙烯酰胺常用的凝聚剂：明矾为什么要进行发酵液预处理？P199微生物经过适当条件培养后，菌体大量生长繁殖，并合成和积累了相当浓度的代谢产物，而所需要的目标产品在发酵液这一复杂的多相体系中往往浓度很低，并与大量可溶的和悬浮的杂质混合在一起，所以在进行固液分离之前，必须进行预处理。试述发酵过程中影响供氧的因素有哪些？工业上主要通过哪些方法控制溶氧浓度？P114影响因素：搅拌速率空气流量培养液性质微生物的生长离子强度消泡剂的影响方法：添加酸或碱调节通气量添加缓冲溶液解释PH值对发酵的影响，引起发酵液的PH值波动的主要原因有些，发酵过程pH值的调节及控制P100影响：PH能够影响菌体的生长速率、形态、产物的生成率，从而影响发酵产物的形成。发酵液的pH值的改变，影响了微生物细胞原生质膜的电荷发生改变;发酵液的pH值直接影响酶的活性，在不适宜的pH值下，微生物细胞中某些酶的活性受到抑制，从而影响微生物的生长繁殖和新陈代谢;发酵液的pH值影响培养基某些重要的营养物质和中间代谢产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用。原因：pH值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。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，当氨基酸中的-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生理酸碱性物质利用后PH会上升或下降。2.产物形成，某些产物本身呈酸性或碱性，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。4.消泡剂加得过多，PH下降调节：1.调整培养基的组分2.在发酵过程中进行控制①添加CaCO3②氨水流法③尿素流加法3.通过补料调PH4.当补料与调PH发生矛盾时，加酸碱调PH调节及控制：调整培养基的组分在发酵过程中进行控制①添加CaCO3②氨水流法③尿素流加法通过补料调PH当补料与调PH发生矛盾时，加酸碱调PH影响双水相萃取的因素有哪些？双水相萃取技术有什么优越性？P244因素：静电作用、疏水作用及界面张力等各种相互作用因素双水相系统的聚合物组成（包括聚合物类型、平均分子量）盐类（包括离子的类型和浓度、离子强度、PH值）溶质的物理化学性质（包括分子量、等电点）体系的温度等优越性：萃取条件比较温和产品活性损失少，无有机溶剂残留、污染萃取体系具有较好的可控性设备投资少，简单操作含水量高，适宜提取水溶性的蛋白质、酶等生物活性物质且不易引起蛋白质的变性失活易于放大，各种参数可按比例放大而产物收率并不降低。不用分离细胞碎片，可直接从细胞破碎悬浮液中萃取得到蛋白质补料的意义及内容p92意义：发酵中途补料起到了重要的作用，丰富了培养基，避免了菌体过早衰老；使产物合成的旺盛期延长；控制了PH值和代谢的方向；改善了通气效果，避免了菌体生长可能受到的抑制；发酵过程中因通气和蒸发，使发酵液体积减小，因此补料还能补足发酵液的体积。内容：补充微生物需要的能源和碳源补充菌体所需要的氮源加入某些微生物生长或合成所需要的微量元素或无机盐加入某些诱导酶的作用底物四、计算题用乙酸乙酯萃取发酵液中的放线菌素D(ActinomycinD),已知pH4.0时分配系数m=50，发酵液总体积为500L,每次萃取剂用量为50L。计算萃取率达到95%时，需要操作的萃取次数。解：已知：分配系数m=50，发酵液体积VF=500L，萃取剂体积VS=50L所以萃取因素E=mVS/VF=50*50/500=5当萃取率为95%时，萃余率φ=5%，而φ=1/(E+1)n=5%把E=5代入上式得，当n=1时，φ>5%，萃取率小于95%；当n=2时，φ<5%，萃取率大于95%故要萃取率达到95%时，需要萃取2次。五、设计题：对某抗生素发酵液进行产品提纯，该产品必须通过两步双水相萃取操作方可提纯，设计其提纯工艺（注：要考虑PEG的循环以及无机盐的循环）请说明下面的结构示意图为何种设备？并指出部件11、18、16、12的名称。11.轴18.挡板16.通风管12.搅拌器请设计出青霉素从实验室到工厂生产的种子培养工艺流程六、思考题：某发酵过程中，氮源及碳源种类对发酵均无影响，但是不同类别的磷酸盐对发酵的影响如下图所示中试发酵周期为10小时，发酵过程中补料方式的选择为等时间间距分批3补料。对发酵过程的实时监测发现，发酵0.5小时，菌体浓度0.04g/L，产物浓度0，发酵2小时菌体浓度0.08g/L，产物浓度0，发酵3小时菌体浓度0.09g/L，产物浓度0.02g/L，发酵4小时菌体浓度0.08g/L，产物浓度0.04g/L，发酵6小时菌体浓度0.08g/L，产物浓度0.12g/L，发酵8小时菌体浓度0.08g/L，产物浓度0.21g/L，发酵9小时菌体浓度0.75g/L，产物浓度0.22g/L，发酵10小时菌体浓度0.72g/L，产物浓度0.22g/L确定补料过程中，应采用何种磷酸盐？磷酸钠盐根据发酵过程中实时监测，确定发酵类型，并以时间为横坐标，浓度