發(fā)酵工程試題與答案-

1、一.名詞解釋發(fā)酵工程:利用微生物特定性狀和功能,通過現(xiàn)代化工程技術(shù)生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系,是將傳統(tǒng)發(fā)酵于現(xiàn)代的DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等新技術(shù)集合并發(fā)展起來的發(fā)酵技術(shù)。種子擴(kuò)大培養(yǎng):指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后,再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng),最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。同步培養(yǎng):指使細(xì)胞的分裂周期為同步的培養(yǎng)方法。同步化方法的原理是在使所有細(xì)胞都處于大體相同的分裂周期的處理后,才使增殖同時開始進(jìn)行。攝氧率:攝氧率即單位體積培養(yǎng)液每小時消耗的氧量基因重組:是由于不同DNA鏈的斷裂和連接

2、而產(chǎn)生DNA片段的交換和重新組合,形成新DNA分子的過程基因的直接進(jìn)化:在分子水平上,對目標(biāo)基因直接處理,然后通過高通量的篩選方法,提高目標(biāo)蛋白的性能。絮凝:在某些高分子絮凝劑的作用下,溶液中的較小膠粒聚合形成較大絮凝團(tuán)的過程。分批發(fā)酵:在發(fā)酵中,營養(yǎng)物和菌種一次加入進(jìn)行培養(yǎng),直到結(jié)束放出,中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出外,與外部沒有物料交換。補料發(fā)酵:又稱半連續(xù)發(fā)酵,是指在微生物分批發(fā)酵中,以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)不加一定物料的培養(yǎng)技術(shù)。攪拌熱:在機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐中,由于機(jī)械攪拌帶動發(fā)酵液作機(jī)械運動,造成液體之間,液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦,產(chǎn)生可觀的熱量。攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)。分批培養(yǎng):簡單

3、的過程,培養(yǎng)基中接入菌種以后,沒有物料的加入和取出,除了空氣的通入和排氣。整個過程中菌的濃度、營養(yǎng)成分的濃度和產(chǎn)物濃度等參數(shù)都隨時間變化。二.簡答題1.工業(yè)化菌種要求A能夠利用廉價的原料,簡單的培養(yǎng)基,大量高效地合成產(chǎn)物B有關(guān)合成產(chǎn)物的途徑盡可能地簡單,或者說菌種改造的可操作性要強C. 遺傳性能要相對穩(wěn)定D. 不易感染它種微生物或噬菌體E. 產(chǎn)生菌及其產(chǎn)物的毒性必須考慮(在分類學(xué)上最好與致病菌無關(guān)F. 生產(chǎn)特性要符合工藝要求2.什么是半連續(xù)培養(yǎng)?優(yōu)缺點答:在補料分批培養(yǎng)的基礎(chǔ)上間歇放掉部分發(fā)酵液(帶放稱為半連續(xù)培養(yǎng)。某些品種采取這種方式,如四環(huán)素發(fā)酵優(yōu)點放掉部分發(fā)酵液,再補入部分料液,使代謝有

4、害物得以稀釋有利于產(chǎn)物合成,提高了總產(chǎn)量。缺點代謝產(chǎn)生的前體物被稀釋,提取的總體積增大3.發(fā)酵液PH對發(fā)酵的影響有哪些方面?(1pH影響酶的活性。當(dāng)pH值抑制菌體某些酶的活性時使菌的新陳代謝受阻。(2pH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。(3pH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。(4pH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。例如黑曲霉在pH23時發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸,在pH近中性時,則產(chǎn)生草酸。谷氨酸發(fā)酵,在中性和微堿性條件下積累谷氨酸,

5、在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。(5pH在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響。4.微生物發(fā)酵的種子應(yīng)具備哪些條件?(1、菌種細(xì)胞的生長活力強,移種至發(fā)酵罐后能迅速生長,遲緩期短。(2、生理性狀穩(wěn)定。(3、菌體總量及濃度能滿足大量發(fā)酵罐的要就。(4、無雜菌污染。(5、保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。5.什么是誘變育種,誘變劑常用的有哪些?答:通過誘變劑處理就可以大大提高菌種的突變頻率,擴(kuò)大變異幅度,從中選出具有優(yōu)良特性的變異菌株,這種方法就稱為誘變育種。常用的誘變劑有:紫外線、亞硝酸、堿基類似物、亞硝基胍。6.優(yōu)良的發(fā)酵裝置具有的基本特征?(1避免將需蒸汽滅菌的部件與其它部件連接,因為即使閥

6、門關(guān)閉,細(xì)菌也可在閥門內(nèi)生長;(2盡量減少法蘭連接,因為設(shè)備震動和熱膨脹會引起連接處的移位,導(dǎo)致染菌,應(yīng)全部焊接結(jié)構(gòu),消除積蓄耐滅菌物質(zhì);(3防止死角、裂縫等一類情況,以避免固體物質(zhì)在此堆積,形成使雜菌獲得熱抗性的環(huán)境(4發(fā)酵系統(tǒng)的某些部分應(yīng)能單獨滅菌;(5與反應(yīng)器相同的任何連接應(yīng)采用蒸汽加以密封,取樣口在不取樣時也要一直通蒸汽7.發(fā)酵培養(yǎng)基的要求?培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成。發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜,價格低廉;且性能穩(wěn)定,資源豐富,便于采購運,適合大規(guī)模儲藏,能保證生產(chǎn)上的供應(yīng)。/所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求,如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理等

7、。必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗,即提高單位營養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度,以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。有利于提高產(chǎn)物的合成速度,縮短發(fā)酵周期。所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響,利于提高氧的利用率,降低能耗。8.補料分批發(fā)酵適用范圍(1高菌體濃度培養(yǎng)系統(tǒng);(2存在高濃度底物抑制的系統(tǒng),通過添加底物降低抑制;(3存在crabtree效應(yīng)的系統(tǒng);(4受異化代謝物阻遏的系統(tǒng);(5利用營養(yǎng)突變體的系統(tǒng);(6希望延長反應(yīng)時間或補充損失水分的系統(tǒng)。9.工業(yè)上常用的菌種保存方法斜面冰箱保藏法;沙土管保藏法;石蠟油封保藏法

8、;真空干燥冷凍保藏法;液氮超低溫保藏法10.什么是自然選育,在工業(yè)生產(chǎn)的意義?答:在生產(chǎn)過程中,不經(jīng)過人工誘變處理,根據(jù)菌種的自發(fā)突變而進(jìn)行菌種篩選的過程叫做自然選育。經(jīng)常進(jìn)行自然選育,淘汰衰退的菌株,保存優(yōu)良的菌株,可以達(dá)到純化菌種、純化菌種衰退、穩(wěn)定生產(chǎn)和提高發(fā)酵產(chǎn)量的目的。11.發(fā)酵過程PH改變原因?發(fā)酵過程中pH是不斷變化的1糖代謝特別是快速利用的糖,分解成小分子酸、醇,使pH下降。糖缺乏,pH上升,是補料的標(biāo)志之一2氮代謝當(dāng)氨基酸中的-NH2被利用后pH會下降;尿素被分解成NH3,pH上升,NH3利用后pH下降,當(dāng)碳源不足時氮源當(dāng)碳源利用pH上升。3生理酸堿性物質(zhì)利用后pH會上升或下

9、降4某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性,使發(fā)酵液pH變化。如有機(jī)酸類產(chǎn)生使pH下降,紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性,使pH上升。5菌體自溶 pH上升,發(fā)酵后期,pH上升6雜菌的污染,pH下降12.微生物發(fā)酵的種子,應(yīng)具備什么條件答:(1、菌種細(xì)胞的生長活力強,移種至發(fā)酵罐后能迅速生長,遲緩期短。(2、生理性狀穩(wěn)定。(3、菌體總量及濃度能滿足大量發(fā)酵罐的要就。(4、無雜菌污染。(5、保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。13.什么是基因的重組,基因的直接進(jìn)化,兩者的區(qū)別?基因的重組:是由于不同DNA鏈的斷裂和連接而產(chǎn)生DNA片段的交換和重新組合,形成新DNA分子的過程基因的直接進(jìn)化:在分子水平上,對目標(biāo)基因直接處理

10、,然后通過高通量的篩選方法,提高目標(biāo)蛋白的性能。基因的直接進(jìn)化,可使已有基因獲得新的特性,可獲得自然界中不存在的基因,可解決許多新的理論和應(yīng)用問題14.什么是前體?前體添加的方式?前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中,能直接彼微生物在生物合成過程中合成到產(chǎn)物物分子中去,而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化,但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。前體使用時普遍采用流加的方法。15.發(fā)酵生產(chǎn)染菌的影響?發(fā)酵:造成大量原材料的浪費,在經(jīng)濟(jì)上造成巨大損失;擾亂生產(chǎn)秩序,破壞生產(chǎn)計劃;遇到連續(xù)染菌,特別在找不到染菌原因往往會影響人們的情緒和生產(chǎn)積極性;影響產(chǎn)品外觀及內(nèi)在質(zhì)量發(fā)酵染菌對提煉的影響:染菌發(fā)酵液中含

11、有比正常發(fā)酵液更多的水溶性蛋白和其它雜質(zhì)。采用有機(jī)溶劑萃取的提煉工藝,則極易發(fā)生乳化,很難使水相和溶劑相分離,影響進(jìn)一步提純。采用直接用離子交換樹脂的提取工藝,如鏈霉素、慶大霉素,染菌后大量雜菌黏附在離子交換樹脂表面,或被離子交換樹脂吸附,大大降低離子交換樹脂的交換容量,而且有的雜菌很難用水沖洗干凈,洗脫時與產(chǎn)物一起進(jìn)入洗脫液,影響進(jìn)一步提純16.什么是生長因子?來源凡是微生物生長不可缺少而細(xì)胞自身不能合成的微量的有機(jī)物質(zhì),如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。有機(jī)氮源是這些生長因子的重要來源三.問答題1.論述液體深層發(fā)酵生產(chǎn)有哪些優(yōu)點,發(fā)酵方式分為幾類?優(yōu)點:是很多微生物的最適生長環(huán)境

12、;菌體及營養(yǎng)物、產(chǎn)物易于擴(kuò)散,使在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進(jìn)行,便于控制,易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模;液體輸送方便,易于機(jī)械化操作;廠房面積小,生產(chǎn)效率高,易自動化控制,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定;產(chǎn)品易于提取、精制等。方式:(1分批發(fā)酵:營養(yǎng)物和菌種一次加入進(jìn)行培養(yǎng),直到結(jié)束放罐,中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出,與外部沒有物料交換。(2連續(xù)發(fā)酵是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基,同時以相同的速度流出培養(yǎng)液,從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定,微生物在穩(wěn)定狀態(tài)下生長?？梢杂行У匮娱L分批培養(yǎng)中的對數(shù)期。(3補料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵,是介于分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種發(fā)酵技術(shù),是指在微生物分批發(fā)酵中,以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)補加一定

13、物料的培養(yǎng)技術(shù).可以使培養(yǎng)液中的營養(yǎng)物濃度較長時間地保持在一定范圍內(nèi),既保證微生物的生長需要,又不造成不利影響,從而達(dá)到提高產(chǎn)率的目的。2.現(xiàn)代發(fā)酵工程的發(fā)酵罐應(yīng)具備哪些特征?答:(1、發(fā)酵罐應(yīng)有適宜的徑高比。罐身較長,氧的利用率較高;(2、發(fā)酵罐應(yīng)能承受一定的壓力。因為發(fā)酵罐在滅菌和正常工作時,要承受一定的壓力(氣壓和液壓和溫度;(3、發(fā)酵罐的攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合,實現(xiàn)傳質(zhì)傳熱作用,保證微生物發(fā)酵過程中所需的溶解氧;(4、發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角,避免藏污納垢,保證滅菌徹底,防止染菌;(5、發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積;(6、攪拌器的軸封要嚴(yán)密,以減少泄露。3.如何提高高產(chǎn)菌的穩(wěn)定性?1

14、.首先在菌種選育中應(yīng)把菌株產(chǎn)量分布中的穩(wěn)度作為評價菌株的條件之一。不僅以產(chǎn)量高低為基準(zhǔn);2.菌株選育中避免使用含有多核的包子和菌絲片斷;3.用單倍化試劑處理高產(chǎn)菌株,有提高菌株穩(wěn)定性的作用;4.在培養(yǎng)基中加入某些金屬離子可增加菌株的穩(wěn)定性;5.利用營養(yǎng)缺陷型和原養(yǎng)型在生理和抗性上的不同,在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入抗生素也會有防止回復(fù)突變發(fā)生的效果;6.在生產(chǎn)過程中應(yīng)盡力減少菌種傳代次數(shù),這是發(fā)酵工業(yè)中普遍遵循的原則4.發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)特點是什么?一般操作條件比較溫和； 以淀粉、糖蜜等為主，輔以少量有機(jī)、無機(jī)氮源為原料； 過程反應(yīng)以生命體的自動調(diào)節(jié)方式進(jìn)行； 能合成復(fù)雜的化合物如酶、光學(xué)活性體等； 能進(jìn)行

15、一些特殊反應(yīng)，如官能團(tuán)導(dǎo)入； 生產(chǎn)產(chǎn)品的生物體本身也是產(chǎn)物，含有多種物質(zhì)； 生產(chǎn)過程中，需要防止雜菌污染； 菌種性能被改變，從而獲得新的反應(yīng)性能或提高生產(chǎn)率。 四填空 1. 過濾介質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)，顆粒大小的不同，過濾可分為，粗濾，微濾、超濾和反滲透 2._人工誘變_的方法有意識的改變微生物的_代謝途徑_，最大限度的積累產(chǎn)物。這 種發(fā)酵形象的稱為代謝控制發(fā)酵，最早在_氨基酸發(fā)酵_中得到成功應(yīng)用。 3.發(fā)酵培養(yǎng)基按其用途可分為孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基 4.微生物的育種方法主要有誘變法，細(xì)胞融合法，基因工程法 5.工業(yè)上常用的糖類_ 葡萄糖、糖蜜_，_淀粉_和糊精。 6.用專門的滅菌設(shè)備，進(jìn)行連續(xù)滅菌，稱為_連消_，用高壓蒸汽進(jìn)行空罐滅菌稱為 _空消_ 7.前體使用時，普遍采用_流加_的方法，流加有利于提高前體的_轉(zhuǎn)化率_。前體相 對價格較高，加的過多容易引起_揮發(fā)_和_氧化_ 8.對于發(fā)酵工廠來說，水源的質(zhì)量主要考慮參數(shù)包括 ph，_溶解氧_，_可溶性固體_， _污染程度_，_礦物質(zhì)組成和含量_ 9.發(fā)酵工程主要內(nèi)容包括_生產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制、反應(yīng)器的設(shè)計及產(chǎn) 物的分離、提取與精制。 10.氧飽和度等于_發(fā)酵液中氧的濃度_比上_臨界溶氧溶度_，所以對微生物的生長， 只要控制發(fā)酵過程中氧飽和度_>1_ 11.發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)上，常用的微生物主要有