復(fù)習(xí)題及答案 生物工藝 發(fā)酵 期末 考試

1、對數(shù)殘留公式p93 式中：t-滅菌時(shí)間（秒） ；k-反應(yīng)速度常數(shù)，與菌的種類和加熱溫度有關(guān)（s）No-滅菌開始時(shí)，污染的培養(yǎng)基中雜菌個(gè)數(shù)（個(gè)） Nt-經(jīng)過滅菌時(shí)間t后，殘存活菌個(gè)數(shù)（個(gè) ） 連續(xù)發(fā)酵p161是指以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)培養(yǎng)液的量維持恒定，使培養(yǎng)物能在近似恒定狀態(tài)下生長的培養(yǎng)方式。各速率p144菌體生長速vx：單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞重量的變化； 式中： X-細(xì)胞濃度，g/L; t-時(shí)間，h； -比生長速率，h-1 基質(zhì)消耗速率vs：單位時(shí)間內(nèi)基質(zhì)的變化量。 -菌體生長速率 -菌體得率系數(shù)產(chǎn)物生成速率：單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的變化量 。

2、Vp=各比速率比生長速率：是菌體濃度除菌體的生長速率和菌體濃度除菌體的繁殖速率。在平衡條件下， 比生長速率的定義為：, X-菌體濃度，t-時(shí)間。比生長速率除受細(xì)胞自身遺傳信息支配外，還受環(huán)境因素的影響?；|(zhì)比消耗速率(，gg菌體·h)qs：指每克菌體在一小時(shí)內(nèi)消耗營養(yǎng)物質(zhì)的量。它表示細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)利用的速率或效率。產(chǎn)物比生成速率(，gg菌體·h)：,單位質(zhì)量細(xì)胞在單位時(shí)間內(nèi)生成產(chǎn)物的速率，它表示細(xì)胞合成產(chǎn)物的速度或能力，可以作為判斷微生物合成代謝產(chǎn)物的效率。微生物耗氧速率p188指單位體積培養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量，以r表示，單位mmol O2/(L.h)。微生物在發(fā)酵過程

3、中的耗氧速率取決于微生物的呼吸強(qiáng)度和單位體積菌體濃度。r=式中r-微生物耗氧速率，mmol O2/(L.h)； -菌體呼吸強(qiáng)度，mmol O2/(g.h) X-發(fā)酵液中菌體的濃度,g/L攝氧率p188攝氧率(OUR)：單位體積的發(fā)酵液在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量，mmol O2/(L.h)，攝氧率（耗氧速率）取決于微生物的呼吸強(qiáng)度和單位體積菌體濃度。 r = QO2 .X供氧與耗氧的動(dòng)態(tài)關(guān)系：OUR= r呼吸強(qiáng)度p188呼吸強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)單位重量的細(xì)胞所消耗的氧氣，mmol O2/(g干菌體-h) ，表示微生物的相對吸氧量。kLa p187即體積溶氧系數(shù)或液相體積氧傳遞系數(shù)。代表氧由氣相至液相傳遞的

4、難易程度，它與發(fā)酵過程控制、放大和反應(yīng)器設(shè)計(jì)密切相關(guān)?？梢杂脕砗饬堪l(fā)酵罐的通氣效率。 kL a受通氣量、通氣速率、攪拌軸功率等設(shè)備條件影響。OTR ：氧傳遞速率，mmol O2 /(L.h)，氧由氣相向液相的傳遞速率,表征發(fā)酵罐設(shè)備的供氧能力。各得率系數(shù)p157生長得率系數(shù)：是指每消耗1mo1基質(zhì)所產(chǎn)生的菌體重量(g) 。 為菌體增加量，為基質(zhì)消耗量，即消耗的基質(zhì)生成的菌體（此為實(shí)際的率）產(chǎn)物得率系數(shù)：每消耗1mol基質(zhì)所生成的產(chǎn)物質(zhì)量（g）。為代謝產(chǎn)物生成量，即表示消耗的基質(zhì)生成的產(chǎn)物?；谘醯募?xì)胞得率系數(shù)：是指每消耗1mo1基質(zhì)所產(chǎn)生的菌體重量(g)產(chǎn)物生成理論得率系數(shù)：YP=即表示理論時(shí)

5、可以生成產(chǎn)物的量。菌體生長理論得率系數(shù)：YG=即表示理論消耗一定基質(zhì)可以使菌體生長得量臨界氧濃度 在好氧發(fā)酵中，微生物對氧有一個(gè)最低要求，滿足微生物呼吸的最低氧濃度叫臨界溶氧濃度。用Cr表示。在臨界氧濃度以下，微生物的呼吸速率隨溶解氧濃度降低而顯著下降。呼吸商(RQ) P195RQ(呼吸商)=。RQ可以反映菌的代謝情況.。酵母發(fā)酵RQ=1，糖有氧代謝，僅生成菌體，無產(chǎn)物生成；RQ>1.1，糖經(jīng)EMP生成乙醇。Monod方程p1621942年，Monod首先提出分批發(fā)酵中比生長速率與限制性營養(yǎng)物濃度之間的關(guān)系符合方程：式中：S限制性營養(yǎng)物質(zhì)濃度，g/L；max 最大比生長速率；Ks底物利用

6、常數(shù)。微生物培養(yǎng)種子異常表現(xiàn)p58（1）生長發(fā)育緩慢或過快：與孢子質(zhì)量或種子罐培養(yǎng)條件有關(guān)。生產(chǎn)中，通入種子罐的無菌空氣的溫度較低或者培養(yǎng)基的滅菌質(zhì)量較差是種子生長代謝緩慢的主要原因。（2）菌絲結(jié)團(tuán)：在液體培養(yǎng)條件下，菌絲聚集成團(tuán)，影響氧及營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。原因和攪拌效果差、接種量小有關(guān)。（3）菌絲粘壁：種子培養(yǎng)過程中，由于攪拌效果不好或泡沫過多及種子罐裝料系數(shù)過小等原因使菌絲逐步粘在罐壁上。其結(jié)果使培養(yǎng)液中的菌絲減少，可能形成菌絲團(tuán)。味精生產(chǎn)主要工序p289 味精生產(chǎn)全過程分為4個(gè)部分：a.谷氨酸的中和 b.中和液的除鐵、除鋅 c.谷氨酸中和液的脫色 d.中和液的濃縮和結(jié)晶。亞硫酸鹽法及堿法甘

7、油發(fā)酵p115亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵:正常情況酵母菌在無氧條件下：丙酮酸乙醛乙醇。當(dāng)加入NaHSO3, 乙醛+ NaHSO3, CH3C（OH）HOSO2Na(難溶結(jié)晶狀加成物），乙醛不能作為受氫體，而迫使磷酸二羥丙酮作為受氫體，生成-磷酸甘油，-磷酸甘油經(jīng)脫磷酸而有甘油累積。1mol葡萄糖只產(chǎn)生1mol甘油，不產(chǎn)生ATP，整個(gè)過程無ATP結(jié)余，可見在甘油發(fā)酵過程中亞硫酸氫鈉不能加太多，否則會(huì)使酵母菌因得不到能量而終止發(fā)酵，必須留一部分酒精發(fā)酵，以便獲得一些能量，供生命活動(dòng)所需。堿法甘油發(fā)酵：正常情況酵母菌在無氧條件下：丙酮酸乙醛乙醇。酒精酵母，發(fā)酵液保持堿性，pH7.6以上，發(fā)酵產(chǎn)生的乙醛不能作

8、為受氫體，而是2分子乙醛之間發(fā)生歧化反應(yīng)，相互氧化還原，生成等量的乙醇和乙酸。此時(shí)，由3-磷酸甘油醛脫氫生成的NADH2用來還原磷酸二羥丙酮，并進(jìn)而生成甘油。不產(chǎn)生ATP。雜菌污染途徑p233一、種子帶菌 二、空氣帶菌； 三、操作失誤導(dǎo)致染菌四、設(shè)備滲漏或“死角”造成的染菌； 五、噬菌體污染影響種子質(zhì)量的因素p56a. 孢子質(zhì)量:溫度、濕度,培養(yǎng)時(shí)間、冷藏時(shí)間（總的原則是冷藏時(shí)間宜短不宜長）b.培養(yǎng)基： 營養(yǎng)成分適合種子、PH要穩(wěn)定適合菌的生長發(fā)育。c.種齡: 種子培養(yǎng)時(shí)間稱為種齡。在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，一般都選在生命力極為旺盛的對 數(shù)生長期，菌體量尚未達(dá)到最高峰時(shí)移種。d.接種量: 接種量大小與

9、菌種特性、種子質(zhì)量和發(fā)酵條件有關(guān)。e.培養(yǎng)條件: 影響因素為溫度、pH值、攪拌速度、通氣量等。氧的傳遞方程p187在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，單位接觸面氧的傳遞速率為：OTR=KG（p-p*）=KL（c*-cL）式中：KG-以氧分壓差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2.h.MPa) KL-以氧濃度差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，m/h P*-與液相中氧濃度cL相平衡時(shí)氧的分壓，MPa C*-與氣相中氧分壓平衡時(shí)的液相氧的濃度，kmol/m3正交試驗(yàn)p64嘌呤核苷酸的生物全合成途徑（主要途徑）p130從磷酸核糖開始，和谷氨酰胺、甘氨酸、CO2、天冬氨酸等代謝物質(zhì)逐步結(jié)合，最后將環(huán)閉合起來形成肌苷酸（IMP），

10、IMP繼續(xù)向下代謝轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷一磷酸（AMP）及鳥嘌呤核苷一磷酸（GMP）。從IMP轉(zhuǎn)化為AMP及GMP的途徑，在枯草芽孢桿菌中，分出兩條環(huán)形路線：一條是經(jīng)過XMP（黃嘌呤核苷一磷酸）合成GMP，在經(jīng)過GMP還原酶扥作用生成IMP；另一條經(jīng)過SAMP（腺苷琥珀酸）合成AMP，再經(jīng)過AMP脫氨酶的作用生成IMP。恒化法控制恒定的流速，使由于細(xì)菌生長而耗去的營養(yǎng)及時(shí)得到補(bǔ)充，培養(yǎng)室中營養(yǎng)物濃度基本恒定，從而保持細(xì)菌的恒定生長速率，故稱恒化連續(xù)培養(yǎng)。（培養(yǎng)基速率固定）恒濁法不斷調(diào)節(jié)流速而使細(xì)菌培養(yǎng)液濁度保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法叫恒濁連續(xù)培養(yǎng)。（菌體密度固定）連續(xù)發(fā)酵中為什么=D，單級連續(xù)發(fā)酵稀釋率

11、公式p162 對發(fā)酵反應(yīng)系統(tǒng)來說，細(xì)胞的物料平衡可表示為：流入的細(xì)胞流出的細(xì)胞+生長的細(xì)胞死去的細(xì)胞=積累的細(xì)胞，即式中：:流入發(fā)酵罐的細(xì)胞濃度，g/L ; :流出發(fā)酵罐的細(xì)胞濃度，g/L. ;:比生長速率，h-1 ; F:培養(yǎng)基流速，L/h ; V:發(fā)酵罐內(nèi)液體的體積，L; k;比死亡速率，h-1： t;時(shí)間，h對普通單級連續(xù)發(fā)酵而言，=0，在多數(shù)連續(xù)培養(yǎng)中>>k,所以方程簡化為定義稀釋率D=,單位為h-1 在恒定狀態(tài)時(shí)，=0，所以 = 即在恒定狀態(tài)時(shí)，比生長速率等于稀釋率。即 = D.雙酶法（噴射法）工藝流程p81 及液化與糖化檢驗(yàn)方法及原因調(diào)漿->配料->一次噴射

12、液化->液化層流罐保溫 ->二次噴射液化->高溫維持罐->二次液化->冷卻->糖化1測定液化反應(yīng)終點(diǎn)(碘反應(yīng))取淀粉液化液數(shù)滴，滴加碘液進(jìn)行檢測。淀粉在 -淀粉酶 的作用下，隨著水解程度的加深，其碘色反應(yīng)發(fā)生如下變化：藍(lán)紫紅淺紅不顯色(即碘原色)。2糖化終點(diǎn)測定(無水乙醇檢驗(yàn))取糖化液數(shù)滴，滴入無水乙醇中，看是否生成白色絮狀物。若無白色絮狀物生成，表明糖化比較徹底。用公式說明微生物生長代謝中碳源用途及理論得率p165微生物生長代謝中碳源用途:a.滿足菌體生長的消耗，可用 表示， b.維持菌體生存的消耗，用 表示。 C.代謝產(chǎn)物積累的消耗，用 表示。 = +

13、+ 設(shè)YG表示用于生長的碳源對菌體的得率常數(shù)，則有 設(shè)m表示微生物的碳源維持常數(shù)，則有 設(shè)Ym表示碳源對代謝產(chǎn)物的得率常數(shù)，則有 所以 谷氨酸等電點(diǎn)提取流程及工藝參數(shù)，工業(yè)上如何結(jié)合使用離子交換法，理由p2881.流程：將發(fā)酵液加鹽酸調(diào)PH至谷氨酸的等電點(diǎn)PH=2.33,使谷氨酸沉淀析出。 原因：谷氨酸分子中有兩個(gè)酸性羧基和一個(gè)堿性氨基，pk1=2.91、pk2=4.25、pk3=9.67,其等電點(diǎn)為3.22.2. 先將發(fā)酵液稀釋到一定濃度，用鹽酸將發(fā)酵液調(diào)至一定PH，采用陽離子交換樹脂吸附谷氨酸，然后用洗脫劑將谷氨酸從樹脂上洗脫下來，得到濃縮與提純的谷氨酸。貼壁依賴型動(dòng)物細(xì)胞需要用何種方法培

14、養(yǎng)，支持物有哪些p259 2641. 動(dòng)物細(xì)胞無論是貼壁培養(yǎng)或是懸浮培養(yǎng)，均可用分批式、流加式、半連續(xù)式、連續(xù)式等培養(yǎng)方式。2. 支持物：玻璃、塑料制品、微載體。植物細(xì)胞培養(yǎng)基的組成及植物細(xì)胞培養(yǎng)方法 p270 植物細(xì)胞培養(yǎng)與動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)是植物細(xì)胞能在簡單的合成培養(yǎng)基上生長。其培養(yǎng)基的成分有碳源、有機(jī)氮源、無機(jī)鹽類、維生素、植物生長激素和有機(jī)酸等其他物質(zhì)。 植物細(xì)胞培養(yǎng)的方法有單倍體細(xì)胞培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)、固體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)和固定化培養(yǎng)。發(fā)酵過程中為什么要對pH值進(jìn)行控制,p182 pH對發(fā)酵的影響（1）pH影響酶的活性。當(dāng)pH值抑制菌體某些酶的活性時(shí)使菌的新陳代謝

15、受阻。（2）pH影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷。從而改變細(xì)胞膜的透性，影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進(jìn)行。（3）pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對這些物質(zhì)的利用。（4）pH值影響代謝方向。pH不同，往往引起菌體代謝過程不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。（5）pH在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響，因此應(yīng)該按發(fā)酵過程的不同階段分別控制不同的PH范圍，使產(chǎn)物的產(chǎn)量達(dá)到最大。影響發(fā)酵溫度的因素，p180發(fā)酵過程中既有產(chǎn)生熱量的因素，又有散失熱能的因素，因而引起發(fā)酵溫度的變化。發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的主要原因。所謂發(fā)酵熱:發(fā)酵過程中釋放出來的

16、凈熱量。 Q發(fā)酵 = Q生物+ Q攪拌-Q蒸發(fā)- Q輻射產(chǎn)生熱量的因素：a.生物熱：由于菌體的生長繁殖和形成代謝產(chǎn)物，不斷地利用營養(yǎng)物質(zhì)，將其分解氧化獲得能量，其中一部分能量用于合成高能化合物，供合成細(xì)胞物質(zhì)和合成代謝產(chǎn)物所需要的能量。其余部分以熱的形式散發(fā)出來，這就是生物熱。 b.攪拌熱：機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒峁Ξ?dāng)量 ,是由于攪拌帶動(dòng)發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動(dòng),造成液體之間,液體和設(shè)備之間的摩擦產(chǎn)生的,數(shù)量可觀。散失熱能的因素 ： a.蒸氣熱：通氣時(shí)，引起發(fā)酵液水分蒸發(fā)，發(fā)酵液因蒸發(fā)而被帶走的熱量稱為蒸發(fā)熱。 b. 輻射熱：因發(fā)酵過程溫度與周圍環(huán)境溫度不同，發(fā)酵液的部分熱量通過罐體向外輻射?？陀^存在的大

17、小，取決于罐內(nèi)外溫度差，冬天大些，夏天小些。一般不超過5%溫度的控制（降溫），p182a.利用自動(dòng)控制或手動(dòng)調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇形管中，通過熱交換來降溫，保持恒溫發(fā)酵。b.如果氣溫較高，冷卻水的溫度又高，致使冷卻效果很差，達(dá)不到預(yù)定的溫度，就可采用冷凍鹽水進(jìn)行循環(huán)式降溫，以迅速降到最適溫度。供氧與微生物代謝的關(guān)系，p1861.好氧微生物的生長發(fā)育、繁殖和形成代謝產(chǎn)物都需要消耗氧氣以完成生物氧化、菌體生長和代謝產(chǎn)物生成的作用。2.氧是構(gòu)成細(xì)胞本身和代謝產(chǎn)物的組分之一（如氧作為受氫體形成水）3.氧直接參與一些生物反應(yīng)如何控制溶氧, 溶氧濃度決定因素：供氧和需氧兩方面。供氧方面：

18、設(shè)法提高氧傳遞的推動(dòng)力和液相體積溶氧傳遞系數(shù)Kla值。1. 改變通氣速率（增大通氣量），在低通風(fēng)量情況下，增大通風(fēng)量對提高溶氧效果顯著。2. 改變攪拌速度，氣泡可充分破碎，增大有效氣液接觸面積；液流滯留增加，液膜厚度減小，提高供氧能力。3. 改變氣體組成中的氧分壓，通入純氧，可提高c*值，提高供氧能力。4. 改變罐壓，增加罐壓。5. 改變發(fā)酵液的理化性質(zhì)，如溫度，培養(yǎng)基的物理性質(zhì)。（二）需氧方面：發(fā)酵液的攝氧速率隨菌體濃度增加而按比例增加，但氧的傳遞速率是隨菌體濃度的對數(shù)關(guān)系減少的，因此可以控制菌的比生長速率比臨界值略高一點(diǎn)的水平達(dá)到最適濃度。（三）還可采用調(diào)節(jié)溫度、中間補(bǔ)水、添加表面活性劑等

19、工藝措施來改善溶氧水平。固定化細(xì)胞在基因工程菌中應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，原因p2451. 質(zhì)粒的不穩(wěn)定性對基因工程菌的培養(yǎng)和產(chǎn)物的生產(chǎn)有著極大的影響，將基因工程菌株固定化后培養(yǎng)可增加基因工程菌的穩(wěn)定性。提高生物量和提高克隆基因產(chǎn)物的產(chǎn)量。2. 非生長的基因工程菌的固定化，可提高其半衰期并能穩(wěn)定操作較長時(shí)間。3. 基因工程提供了改良的微生物，在利用這些微生物的時(shí)候，人們自然地考慮到使用具很多優(yōu)勢的固定化技術(shù)，基因工程菌的固定化研究推動(dòng)了固定化技術(shù)的發(fā)展。生物素缺陷型對工業(yè)發(fā)酵中谷氨酸大量積累起到哪些作用？生物素是如何影響細(xì)胞膜的通透性的？說明生產(chǎn)中如何控制工藝使谷氨酸大量積累（具體）p288生物素缺陷型對工業(yè)

20、發(fā)酵中谷氨酸能大量積累起到哪些作用生物素缺陷型菌種不能合成生物素，抑制不飽和脂肪酸的合成。磷脂合成量減少，細(xì)胞膜的通透性增大，提高谷氨酸的產(chǎn)量?？刂萍?xì)胞膜通透性生物素充足的條件下：合成完整的細(xì)胞膜，積累的谷氨酸不能及時(shí)轉(zhuǎn)到胞外，引起反饋抑制，不利于谷氨酸的合成。生物素不足的條件下：谷氨酸生產(chǎn)菌大多為生物素缺陷型，谷氨酸發(fā)酵時(shí)通過控制生物素亞適量，使最后一代細(xì)菌細(xì)胞變形、拉長，改變了細(xì)胞膜的通透性，引起代謝失調(diào)，使谷氨酸得以積累。為了提高谷氨酸的產(chǎn)率一般可采取以下幾種途徑：p288 P125(1)對數(shù)生長期：隨著氨被利用，PH值又下降，溶氧濃度急劇下降，然后又維持在一定水平上。為了及時(shí)供給菌體生

21、長必需的氮源及調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的PH值至7.58.0，必須流加尿素。（2）谷氨酸合成階段：為了提供谷氨酸合成所必須的氨及維持谷氨酸合成最適的PH=7.27.4，必須及時(shí)流加尿素，又為了促進(jìn)谷氨酸的合成需加大通氣量，并將發(fā)酵溫度提高到谷氨酸合成最適的溫度3437度；（3）發(fā)酵后期：菌體衰老，糖耗緩慢，此時(shí)流加尿素必須相應(yīng)減少，當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)耗盡酸度不再增加時(shí)，需及時(shí)放罐。損耗。檸檬酸生物合成途徑。檸檬酸的積累機(jī)制？如何控制檸檬酸發(fā)酵使之大量積累？p2851.檸檬酸生物合成途徑 葡萄糖經(jīng)EMP途徑生成丙酮酸，丙酮酸在有氧條件下，一方面氧化脫羧生成乙酰CoA，另一方面經(jīng)丙酮酸羧化生成草酰乙酸，草酰乙酸與乙酰CoA在檸檬酸合成酶的作用下縮合生成檸檬酸。2.檸檬酸積累機(jī)制是:p122