发酵工程考题集锦济宁学院生物工程样本.doc

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一、 名称解释
1、 前体 指某些化合物加入到发酵培养基中, 能直接彼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, 可是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。

2、 发酵生长因子 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

3、 菌浓度的测定 是衡量产生菌在整个培养过程中菌体量的变化, 一般前期菌浓增长很快, 中期菌浓基本恒定。补料会引起菌浓的波动, 这也是衡量补料量适合与否的一个参数。

4、 搅拌热 : 在机械搅拌通气发酵罐中, 由于机械搅拌带动发酵液作机械运动, 造成液体之间, 液体与搅拌器等设备之间的摩擦, 产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关

5、 分批培养 : 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浓度等参数都随时间变化。

6、 接种量 : 移入种子的体积
接种量＝ —————————
接种后培养液的体积

7、 比耗氧速度或呼吸强度 单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气, mmol O2•g菌-1•h-1

8、 次级代谢产物 是指微生物在一定生长时期, 以初级代谢产物为前体物质, 合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质过程, 这一过程的产物, 即为次级代谢产物。

9、 实罐灭菌 实罐灭菌( 即分批灭菌) 将配制好的培养基放入发酵罐或其它装置中, 通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间, 在冷却到接种温度, 这一工艺过程称为实罐灭菌, 也叫间歇灭菌。

10、 种子扩大培养 : 指将保存在砂土管、 冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后, 再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。

11、 初级代谢产物 是指微生物从外界吸收各种营养物质, 经过分解代谢和合成代谢, 生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。这一过程的产物即为初级代谢产物。
12、 倒种 : 一部分种子来源于种子罐, 一部分来源于发酵罐。
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13、 维持消耗( m) 指维持细胞最低活性所需消耗的能量, 一般来讲, 单位重量的细胞在单位时间内用于维持消耗所需的基质的量是一个常数。

14、 产物促进剂 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
15、 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。
在此过程中只有料液的加入没有料液的取出, 因此发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在工厂的实际生产中采用这种方法很多。

16、 发酵热 : 所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢? 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, 而罐壁散热、 水分蒸发、 空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大, 温度上升快, 发酵热小, 温度上升慢。

17、 染菌率 总染菌率指一年发酵染菌的批( 次) 数与总投料批( 次) 数之比的百分率。染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌, 又再次染菌的批次数在内

18、 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。

19、 临界溶氧浓度 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度

20、 回复突变 由突变型回到野生型的基因突变

21、 种子 见种子扩大培养

22、 培养基 广义上讲培养基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除营养外的其它所必须的条件。

23、 发酵工程: 利用微生物特定性状和功能, 经过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系, 是将传统发酵于现代的DNA重组、 细胞融合、 分子修饰和改造等新技术集合并发展起来的发酵技术。

二、 填空题
1、 微生物发酵培养( 过程) 方法主要有 分批 培养、 补料分批 培养、 连续 培养、 半连续 培养四种。
2、 微生物生长一般能够分为: 调整期、 对数期、 稳定期和衰亡期。
3、 发酵过程工艺控制的只要化学参数 溶解氧、 PH、 核酸量等.
4、 发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。
5、 菌种分离的一般过程 采样、 富集、 分离、 目的菌的筛选。
6、 富集培养目的就是让 目的菌 在种群中占优势, 使筛选变得可能。
7、 根据工业微生物对氧气的需求不同, 培养法可分为 好氧培养 和 厌氧培养 两种。
8、 微生物的培养基根据生产用途只要分为 孢子 培养基、 种子 培养基和发酵培养基。
9、 常见灭菌方法: 化学灭菌、 射线灭菌、 干热灭菌、 湿热灭菌
10、 常见工业微生物可分为: 细菌、 酵母菌、 霉菌、 放线菌四大类。
11、 发酵过程工艺控制的代谢参数中物理参数 温度、 压力、 搅拌转速、 功率输入、 流加数率和质量 等
12、 环境无菌的检测方法有: 显微镜检查法、 肉汤培养法、 平板培养法、 发酵过程的异常观察法等
13、 染菌原因: 发酵工艺流程中的各环节漏洞和发酵过程管理不善两个方面。
14、 实验室中进行的发酵菌液体发酵方式主要有四种: 试管液体培养、 浅层液体培养、 摇瓶培养、 台式发酵罐
15、 发酵高产菌种选育方法包括 ( 自然选育) 、 ( 杂交育种) 、 ( 诱变育种) 、 ( 基因工程育种) 、 ( 原生质体融合) 。
16、 发酵产物整个分离提取路线可分为: 预处理、 固液分离、 初步纯化、 精细纯化和成品加工加工等五个主要过程。
17、 发酵过程主要分析项目如下 : pH、 排气氧、 排气CO2和呼吸熵、 糖含量、 氨基氮和氨氮、 磷含量、 菌浓度和菌形态。
18、 微生物调节其代谢采用 酶活性、 酶合成量、 细胞膜的透性。
19、 工业微生物菌种能够来自 自然分离, 也能够来自从微生物 菌种保藏机构 单位获取。
20、 发酵工业上常见的糖类主要有 葡萄糖、 糖蜜。
21、 工业发酵方式根据所用菌种是单一或是多种能够分为 单一纯种 发酵和 混合 发酵。
22、 种子及发酵液进行无菌状况控制常见的方法 显微镜检测法、 酚红肉汤培养基法、 平板画线培养法、 发酵过程的异常观察法。
23、 菌种的分离和筛选一般分为 采样、 富集、 分离、 目的菌的筛选步骤。
24、 菌种的分离和筛选一般可分为＿＿＿＿＿＿＿＿。
25、 常见灭菌方法有: 化学灭菌、 射线灭菌、 干热灭菌、 湿热灭菌
三、 问答题
1、 发酵工程的概念是什么? 发酵工程基本可分为那两个大部分, 包括哪些内容?
答: 发酵工程是利用微生物特定性状好功能, 经过现代化工程技术生产有用物质或其直接应用于工业化生产的技术体系, 是将传统发酵与现代的DNA重组、 细胞融合、 分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。也能够说是渗透有工程学的微生物学, 是发酵技术工程化的发展, 由于主要利用的是微生物发酵过程来生产产品, 因此也称为微生物工程。
一.发酵部分:§ 1.菌种的特征和选育
§ 2.培养基的特性, 选择及其灭菌理论
§ 3．发酵液的特性
§ 4.发酵机理。
§ 5.发酵过程动力学
§ 6.空气中悬浮细菌微粒的过滤机理
§ 7.氧的传递。溶解。吸收。理论。
§ 8.连续培养和连续发酵的控制
二.提纯部分§
§ 1.细胞破碎, 分离
§ 2.液输送, 过滤. 除杂
§ 3.离子交换渗析, 逆渗透, 超滤
§ 4.凝胶过滤, 沉淀分离
§ 5溶媒萃取, 蒸发蒸馏结晶, 干燥, 包装等过程和单元操作

2、 现代发酵工程所用的发酵罐应具备那些特征?
答: ( 1) 、 发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长, 氧的利用率较高;
( 2) 、 发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时, 要承受一定的压力( 气压和液压) 和温度;
( 3) 、 发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合, 实现传质传热作用, 保证微生物发酵过程中所需的溶解氧;
( 4) 、 发酵罐内应尽量减少死角, 避免藏污纳垢, 保证灭菌彻底, 防止染菌;
( 5) 、 发酵罐应具有足够的冷却面积;
( 6) 、 搅拌器的轴封要严密, 以减少泄露。

3、 微生物发酵的种子应具备那几方面条件?
答:( 1) 、 菌种细胞的生长活力强, 移种至发酵罐后能迅速生长, 迟缓期短。
( 2) 、 生理性状稳定。
( 3) 、 菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要就。
( 4) 、 无杂菌污染。
( 5) 、 保持稳定的生产能力。

4、 发酵工业上常见的氮源有那些, 起何作用?
答: 氮源主要用于构成菌体细胞物质( 氨基酸, 蛋白质、 核酸等) 和含氮代谢物。常见的氮源可分为两大类: 有机氮源和无机氮源。
1、 无机氮源
种类: 氨盐、 硝酸盐和氨水
特点: 微生物对它们的吸收快, 因此也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化如:
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
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, 如硫酸胺, 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。正确使用生理酸碱性物质, 对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
因此选择合适的无机氮源有两层意义:
满足菌体生长
稳定和调节发酵过程中的pH
2、 有机氮源
来源: 工业上常见的有机氮源都是一些廉价的原料, 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、 废菌丝体和酒糟。
成分复杂: 除提供氮源外, 有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。
有机氮源成分复杂能够从多个方面对发酵过程进行影响, 而另一方面有机氮源的来源具有不稳定性。因此在有机氮源选取时和使用过程中, 必须考虑原料的波动对发酵的影响

5、 发酵产品的生产特点是什么, 什么是种子扩大培养, 其任务是什么?
答: ( 2) 、 种子扩大培养是指将保存在砂土管、 冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后, 再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。
( 3) 、 种子扩大培养的任务: 现代的发酵工业生产规模越来越大, 每只发酵罐的容积有几十立方米甚至几百立方米, •要使小小的微生物在几十小时的较短时间内, 完成如此巨大的发酵转化任务, 那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。
( 1) 发酵和其它化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下:
1, 发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应, 反应安全, 要求条件也比较简单。
2, 发酵所用的原料一般以淀粉、 糖蜜或其它农副产品为主, 只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别能够有选择地去利用它所需要的营养。基于这—特性, 能够利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。
3, 发酵过程是经过生物体的自动调节方式来完成的, 反应的专一性强, 因而能够得到较为单—的代谢产物。
4, 由于生物体本身所具有的反应机制, 能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、 还原等化学转化反应, 也能够产生比较复杂的高分子化合物。
5, 发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外, 反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌, 生产上就要遭到巨大的经济损失, 要是感染了噬菌体, 对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。
6, 微生物菌种是进行发酵的根本因素, 经过变异和菌种筛选, 能够获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用, 也能够因此获得按常规方法难以生产的产品。
7, 工业发酵与其它工业相比, 投资少, 见效快, 开能够取得显著的经济效益。
基于以上特点, 工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比, 现代发酵工程除了上述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外, 还能够用动植物细胞和酶, 也能够用人工构建的”工程菌’来进行反应; 反应设备也不只是常规的发酵罐, 而是以各种各样的生物反应器而代之, 自动化连续化程度高, 使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。
发酵产品的生产特点:
①一般操作条件比较温和;
②以淀粉、 糖蜜等为主, 辅以少量有机、 无机氮源为原料;
③过程反应以生命体的自动调节方式进行;
④能合成复杂的化合物如酶、 光学活性体等;
⑤能进行一些特殊反应, 如官能团导入;
⑥生产产品的生物体本身也是产物, 含有多种物质;
⑦生产过程中, 需要防止杂菌污染;
⑧菌种性能被改变, 从而获得新的反应性能或提高生产率。

6、 培养成分用量的确定有什么规律?
答: ( 1) 、 参照微生物细胞内元素的比例确定。培养基的成分配比虽然千差万别, 但都是用来培养某种微生物的, 而不同类型的微生物细胞的成分比例其实是有一定规律的。这些规律能够在很大程度上知道培养基的基本成分配比的选择。
不同种类的微生物内某种成分的含量其实是比较稳定的。培养基最终会被微生物吸收利用, 因此其成分比例能够参考该种微生物的成分比例, 至少能够作为一个重要依据。另外, 尽管不同种类的微生物的成分比例有一定的差异, 但还是有一定共性的。因此培养基中这集中营养成分不论由什么具体物质提供, 其用量基本上也符合这种关系。
( 2) 参照碳氮比确定。如果培养基中碳源过多, 不利产物的合成。同样碳源过少或氮源过少对发酵的影响也是不利的。不同种微生物碳氮比差异很大, 既是同种微生物在其不同生理时期对碳氮比要求也有不同, 因此最适碳氮比要经过试验确定, 一般在100: ( 1—20) 之间。
( 3) 、 其它因素。培养基中一些用量极少的物质一般要严格控制, 不能过量。例如, 维生素、 微量元素、 某些生长因子、 前体等。具体用量要经过试验确定。培养基中的一些成分的比例会影响培养基的某些理化性质, 这时要引起重视。

7、 叙述防止发酵菌种退化的具体条件措施有那些?
答: ( 1) 控制传代次数: 尽量避免不必要的移种和传代, 并将必要的传代降低到最低限度, 以减少细胞分裂过程中所产生的自发突变几率。
( 2) 创造良好的培养条件: 如在赤霉素生产菌G.fujikuroi的培养基中, 加入糖蜜、 天冬酰胺、 谷氨酰胺、 5‘-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时, 有防止衰退效果。
( 3) 利用不易衰退的细胞传代: 对于放线菌和霉菌, 菌丝细胞常含有几个细胞核, 因此用菌丝接种就易出现衰退, 而孢子一般是单核的, 用于接种就可避免这种现象。
( 4) 采用有效的菌种保藏方法
( 5) 合理的育种: 选育菌种是所处理的细胞应使用单核的, 避免使用多核细胞;合理选择诱变剂种类或增加突变位点, 以减少分离回复突变; 在诱变处理后及分离提纯化, 从而保证保藏菌种的纯度。
( 6) 、 选用合适的培养基 在培养基中添加某种化学物质能够防止菌种退化。或者选取营养相对贫乏的培养基在菌种保藏培养基, 限制菌株的生长代谢减少变异反而发生从而防止菌种的退化。

8、 如何选择最适发酵温度?
答: 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。在发酵前期由于菌量少, 发酵目的是要尽快达到大量的菌体, 取稍高的温度, 促使菌的呼吸与代谢, 使菌生长迅速; 在中期菌量已达到合成产物的最适量, 发酵需要延长中期, 从而提高产量, 因此中期温度要稍低一些, 能够推迟衰老。发酵后期, 产物合成能力降低, 延长发酵周期没有必要, 就又提高温度, 刺激产物合成到放罐。
2、 根据培养条件选择。
温度选择还要根据培养条件综合考虑, 灵活选择。
通气条件差时可适当降低温度, 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。总的来说, 温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要经过重复实践来定出最适温度。

9、 不同时间染菌对发酵有什么影响, 染菌如何控制?
答: ( 1) 种子培养期染菌: 由于接种量较小, 生产菌生长一开始不占优势, 而且培养液中几乎没有抗生素( 产物) 或只有很少抗生素( 产物) 。因而它防御杂菌能力低, 容易污染杂菌。如在此阶段染菌, 应将培养液全部废弃。
( 2) 发酵前期染菌: 发酵前期最易染菌, 且危害最大。
原因 发酵前期菌量不很多, 与杂菌没有竞争优势; 且还未合成产物( 抗生素) 或产生很少, 抵御杂菌能力弱。
在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。
染菌措施 能够用降低培养温度, 调整补料量, 用酸碱调pH值, 缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌, 且培养基养料消耗不多, 能够重新灭菌, 补加一些营养, 重新接种再用。
( 3) 发酵中期染菌 : 发酵中期染菌会严重干扰产生菌的代谢。杂菌大量产酸, 培养液pH下降; 糖、 氮消耗快, 发酵液发粘, 菌丝自溶, 产物分泌减少或停止, 有时甚至会使已产生的产物分解。有时也会使发酵液发臭, 产生大量泡沫。
措施 降温培养, 减少补料, 密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平能够提前放罐, 或者抗生素生产中能够将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐, 抑制杂菌。
( 4) 发酵后期染菌: 发酵后期发酵液内已积累大量的产物, 特别是抗生素, 对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。因此如果染菌不多, 对生产影响不大。如果染菌严重, 又破坏性较大, 能够提前放罐。
发酵染菌后的措施:
染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。灭菌方法: 可通蒸汽灭菌, 也可加入过氧乙酸等化学灭菌剂搅拌半小时, 才放下水道。否则由于各罐的管道相通, 会造成其它罐的染菌, 而且直接放下水道也会造成空气的污染而导致其它罐批染菌。
凡染菌的罐要找染菌的原因, 对症下药, 该罐也要彻底清洗, 进行空罐消毒, 才可进罐。l
染菌厉害时, 车间环境要用石灰消毒, 空气用甲醛熏蒸。特别, 若染噬菌体, 空气必须用甲醛蒸汽消毒l

10、 发酵级数确定的依据是什么?
答:
一般由菌丝体培养开始计算发酵级数, 但有时, 工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数
谷氨酸: 三级发酵
一级种子( 摇瓶) →二级种子 ( 小罐) →发酵
青霉素: 三级发酵
一级种子 ( 小罐) →二级种子( 中罐) →发酵
1、 发酵级数确定的依据: 级数受发酵规模、 菌体生长特性、 接种量的影响。
2、 级数大, 难控制、 易染菌、 易变异, 管理困难, 一
般2-4级。
3、 在发酵产品的放大中, 反应级数的确定是非常重要
的一个方面

11、 发挥菌种的最大生产潜力主要考虑那几点?

12、 什么是半连续培养, 说明其优缺点。
答: 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。某些品种采取这种方式, 如四环素发酵
优点 放掉部分发酵液, 再补入部分料液, 使代谢有害物得以稀释有利于产物合成, 提高了总产量。
缺点 代谢产生的前体物被稀释, 提取的总体积增大

13、 发酵工程主题微生物有什么特点?
答: 发酵工程所利用的微生物主要是细菌、 放线菌, 酵母菌和霉菌
特点: (1)对周围环境的温度、 压强、 渗透压、 酸碱度等条件有极大的适应能力
(2)有极强的消化能力
(3)有极强的繁殖能力