發(fā)酵調(diào)控學復習資料

1、發(fā)醉調(diào)控學復習題一、簡答題1 .發(fā)酵調(diào)控學的原理通過掌握微生物生命活動規(guī)律及其與環(huán)境的關(guān)系，設(shè)計、調(diào)控微生物的生活環(huán)境，使其產(chǎn)生期望的目的產(chǎn)物。掌握計算機在發(fā)酵控制方面的知識，通過對數(shù)據(jù)進行分析，判斷過程正常與否，制定優(yōu)化控制方案。同時掌握各類典型代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)與調(diào)節(jié)的參數(shù)。2 .檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)原理果提取法：檸檬酸從檸檬、橘子、蘋果等檸檬酸含量較高的水果中提取。生物發(fā)酵法：、表面發(fā)酵法。將原料先放入煮沸過內(nèi)加入水煮沸，一次加皇血鹽和EDTA二鈉鹽煮沸，配成培養(yǎng)基液，加入適量的硫酸錢、磷酸二氫鉀作為氮源和營養(yǎng)鹽，將培養(yǎng)基液在45-50度下送入發(fā)酵室，接入黑曲霉干抱，發(fā)酵，、固體表面發(fā)酵法：多以

2、海藻酸鈉為載體。將丙烯酰胺單體（ACAM）和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺（BIS）溶于水后與微生物細胞混合，加入四甲基乙二胺和過硫酸鉀，室溫下放置30min,得凝膠，提取，得檸檬酸。、深層發(fā)酵法定向培養(yǎng)，使其適應(yīng)以糖蜜為原料的深層發(fā)酵，并提高菌株的產(chǎn)酸率和轉(zhuǎn)化率，對蜜糖進行預處理、發(fā)酵、提取，得檸檬酸。3 .乳酸的生物發(fā)酵生產(chǎn)原理發(fā)酵法；糖在乳酸菌作用下，調(diào)pH5左右，保持50oC發(fā)酵三-五天得粗乳酸。同型發(fā)酵：微生物通過EMP代謝途徑發(fā)酵，乳酸是代謝唯一產(chǎn)物。異型發(fā)酵：微生物經(jīng)由Bifidus途徑和PK途徑生成乳酸、CO2和乙醇。合成法：合成方法制備乳酸有乳睛法、丙稀睛法、丙酸法、丙稀法等，用于

3、工業(yè)生產(chǎn)的僅乳睛法（也叫乙醛氫鼠酸法）和丙稀睛法。孚1月青法：乳睛法是將乙醛和冷的氫氟酸連續(xù)送入反應(yīng)器生成乳睛（或直接用乳睛作原料），用泵將乳睛打入水解釜，注入硫酸、水，使乳睛水解得到粗乳酸。然后再將粗乳酸送人酯化釜，加入乙醇酯化，經(jīng)精儲、濃縮、分解得精乳酸。4 .肌甘酸的生物發(fā)酵生產(chǎn)原理枯草桿菌通過HMP途徑提供合成喋吟、喀咤和芳香族氨基酸的基本前體物5-磷酸核糖。要積累肌昔合成的前體，就得盡可能抑制EMP途徑，增強HMP途徑。肌昔合成的直接前體IMP是喋吟核甘酸合成的核心，從它分出兩條環(huán)行路線：一條經(jīng)XMP合成GMP,再經(jīng)GMP還原酶作用生成IMP;另一條經(jīng)過SAMP合成AMP,再經(jīng)AMP

4、脫氨酶作用生成IMP。腺喋吟、黃喋吟雙重缺陷型、并對8-氮雜鳥喋吟有抗性的枯草桿菌變異株，肌昔產(chǎn)量達22.3g/L,添加1%次黃喋吟則產(chǎn)昔高達33.1g/L。5四環(huán)素的生物發(fā)酵生產(chǎn)原理四環(huán)素生產(chǎn)采用合成金霉素的金色鏈霉菌菌種，通過在特定的培養(yǎng)條件下，控制產(chǎn)生菌的生物合成方向，使其產(chǎn)生95%以上的四環(huán)素。金霉素在化學結(jié)構(gòu)上與四環(huán)素十分相似，區(qū)別僅在C-7位上，以Cl取代了H。所以，金霉素又稱為7-氯四環(huán)素。金霉素鏈霉菌是金霉素的產(chǎn)生菌，但當培養(yǎng)基中存在抑氯物質(zhì)時，由于氯的摻入受阻，而使得金霉素鏈霉菌的生物合成方向發(fā)生變化，并使四環(huán)素成為主要產(chǎn)物。本實驗以M-促進劑（硫醇苯駢曝唾）作為氯化霉的抑制

5、劑，以澳化鈉作為競爭性抑制劑進行四環(huán)素的定向發(fā)酵。6、尿昔的生物發(fā)酵生產(chǎn)原理從頭合成途徑（denovosynthesis）:體內(nèi)喋吟核甘酸的合成代謝中，利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成喋吟核甘酸稱為從頭合成途徑。補救合成途徑（salvagepathway）：利用體內(nèi)游離的喋吟或喋吟核音，經(jīng)過簡單的反應(yīng)過程，合成喋吟核甘酸。腺喋吟+PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）-AMP+PPi次黃喋吟+PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）-IMP+PPi鳥喋吟+PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）-GMP+PPi鳥昔的生物發(fā)酵生產(chǎn)原理抗黃氨月瓜突變株，產(chǎn)量得

6、到提高。其中枯草芽抱桿菌T104可以生成11.0g/I,對糖轉(zhuǎn)化率為13.8%。SAMP合成酶缺失株，于34c發(fā)酵70h,鳥昔產(chǎn)量達19g/L。酵過程中后期DO控制在20%,對鳥昔發(fā)酵最合適，最高產(chǎn)昔達到17.7g/L。7、紅霉素的生物發(fā)酵生產(chǎn)原理原料在V型高速混合機內(nèi)進行混合均勻后送入揉和機與純水混合后制成軟體。送入制粒機制成圓柱形顆粒后進入圓丸機制成濕潤的圓形顆粒，再進入高效硫化床干燥機進行干燥，干燥后進入篩分機，其中篩上物料進入包衣機噴灑一層包衣液，篩下物料回到高速混合機混合。包衣后物料送入干燥機干燥，過篩，篩上物料進入膠囊機裝囊，包裝成品。篩下物料回V型高速混合機。8、青霉素的生物發(fā)酵

7、生產(chǎn)原理天然青霉素：青霉素生產(chǎn)分菌種發(fā)酵和提取精制菌種發(fā)酵：將產(chǎn)青霉菌接種培養(yǎng)基上，在25c下培養(yǎng)，得青霉菌抱子培養(yǎng)物。抱子制成懸浮液接種到培養(yǎng)基中，通空氣攪拌，在27C下培養(yǎng)2428h,將種子培養(yǎng)液接種到含有苯乙酸前體的培養(yǎng)基中，通空氣，攪拌，在27c下培養(yǎng)7天。提取精制：將青霉素發(fā)酵液冷卻，過濾。濾液在pH22.5的條件下，進行逆流萃取，得丁酯萃取液，轉(zhuǎn)入pH7.07.2的緩沖液中，然后再轉(zhuǎn)入丁酯中，將此丁酯萃取液經(jīng)活性炭脫色，加入成鹽劑，經(jīng)共沸蒸福即可得。半合成青霉素：以6APA為中間體與多種化學合成有機酸進行?；磻?yīng)，可制得各種類型的半合成青霉素。9、谷氨酸的生物發(fā)酵生產(chǎn)原理由三竣酸循

8、環(huán)中產(chǎn)生的a-酮戊二酸，在谷氨酸脫氫酶和氫供體存在下進行還原性氨化作用而得到。淀粉的酸水解工藝1、調(diào)漿：干淀粉用水調(diào)成10-11缶x的淀粉乳，加鹽酸0.5-0.8%至pH1.5o2、糖化：蒸汽加熱、加壓糖化25min。3、中和：冷卻至80C,燒堿中和至pH4.0-5.0（避免產(chǎn)生焦糖又保證過濾，中和為沉淀膠體）。4、脫色：活性炭脫色和脫色樹脂?；钚蕴坑昧繛?.6-0.8%,在70c及酸性條件下攪拌后過濾。淀粉的酶法糖化工藝以大米或碎米為原料時采用大米浸泡磨漿，再調(diào)成15田x,pH6.0,加細菌a-淀粉酶在85C下液化30min,加糖化酶60C糖化24h,過濾后可供配制培養(yǎng)基。10、維生素C的生

9、物發(fā)酵生產(chǎn)原理萊氏法，這種方法是以葡萄糖媒促還原所制備D-山梨醇為原料，由生黑葡萄糖酸桿菌或醋酸桿菌屬的某些菌株發(fā)酵產(chǎn)生L-山梨糖，經(jīng)過酮化，化學氧化和水解幾步反應(yīng)過程即可得到VC的重要前體-2-酮基-L古龍酸，再經(jīng)轉(zhuǎn)化生成VC。11、發(fā)酵終點的判斷方法。要確定一個合理的放罐時間，須要考慮下列幾個因素：1 .考慮經(jīng)濟因素：要以最低的成本獲得最大生產(chǎn)能力的時間為最適發(fā)酵時間。2 .產(chǎn)品質(zhì)量因素：酵時間太短，勢必有過多的尚未代謝的營養(yǎng)物質(zhì)（如可溶性蛋白質(zhì)、脂肪等）殘留在發(fā)酵液中。發(fā)酵時間太長，菌體會自溶.故要考慮發(fā)酵周期長短對產(chǎn)物提取工藝的影響。3 .特殊因素：特殊情況下，如染菌、代謝異常.應(yīng)該及

10、時采取措施（如改變溫度或補充營養(yǎng)等），并適當提前或拖后放罐時間。確定放罐的指標有：產(chǎn)物的產(chǎn)量、過濾速度、氨基氮的含量、菌絲形態(tài)、pH值、發(fā)酵液的外觀和粘度等。發(fā)酵終點的掌握，就要綜合考慮這些參數(shù)來確定。12、厭氧代謝的特點能量代謝分解代謝合成代謝13、補料、分批發(fā)酵的特點與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，優(yōu)點在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。低基質(zhì)濃度的優(yōu)點:(1)可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；(2)克服養(yǎng)分的不足，避免發(fā)酵過早結(jié)束。補料-優(yōu)點：系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度，能減緩代謝有害物的不利影響。受發(fā)酵罐的體積限制，補料發(fā)酵雖補充養(yǎng)分或前體的不足，但有害

11、代謝物的不斷積累，產(chǎn)物合成最終難免受到阻遏。分批發(fā)酵-操作簡單，周期短，染菌的機會減少，生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量易掌握。存在基質(zhì)抑制問題，出現(xiàn)二次生長現(xiàn)象。如對基質(zhì)濃度敏感的產(chǎn)物，或次級代謝物抗生素用分批發(fā)酵不合適；因其周期較短，一般在1-3天，產(chǎn)率較低。養(yǎng)分易于耗竭，無法維持下去。14、連續(xù)發(fā)酵的特點又稱連續(xù)流動培養(yǎng)或開放型培養(yǎng)，即培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，并同時放出含有產(chǎn)品的發(fā)酵液的培養(yǎng)方法。在這樣的環(huán)境中培養(yǎng)，所提供的基質(zhì)對菌的生長就受到限制，培養(yǎng)液中的菌體濃度能保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)。與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，優(yōu)點：(1)維持低基質(zhì)濃度：可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當?shù)木w濃度，使不至于

12、加劇供氧的矛盾；(2)避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物；(3)可以提高設(shè)備利用率和單位時間的產(chǎn)量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產(chǎn)時間；(4)便于自動控制。(5)有利于多種碳源的利用以及目標產(chǎn)物的生產(chǎn)。生產(chǎn)率提高，設(shè)備利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。缺點：(1)長時間的連續(xù)培養(yǎng)難以保證純種培養(yǎng)；(2)菌種發(fā)生變異的可能性較大。(3)工藝復雜，易污染，菌種突變難預測。15、舉例說明溫度對發(fā)酵生產(chǎn)方向的影響例如，在四環(huán)類抗生素發(fā)酵中，金色鏈絲菌能同時產(chǎn)生四環(huán)素和金霉素，在30W,它合成金霉素的能力較強。隨著溫度的提高，合成四環(huán)素的比例提高。當溫度超過35W,金霉素的合成幾乎停止，只產(chǎn)生四環(huán)素。影響菌體生長-前高溫，后低溫。（復

13、雜回答）四環(huán)素，0-30h高溫，30-150h低溫，150h以后高溫。青霉素，0-5h,30C；5-40h,25C;40-125h,20C;125-165h,25C;比恒溫培養(yǎng)產(chǎn)量提高15%。產(chǎn)物合成方向-金色鏈霉菌，30c以下，合成金霉素能力強，35c下，只合成四環(huán)素。20C下，氨基酸合成途徑的終產(chǎn)物對第一個酶的反饋抑制作用比正常溫度37c下強。因此，在抗生素發(fā)酵后期，降低溫度，抑制蛋白質(zhì)、核酸的合成，促進終產(chǎn)物合成。16、舉例說明補料對發(fā)酵生產(chǎn)方向的影響在分批發(fā)酵過程中補人新鮮料液，以克服由于養(yǎng)分的不足而導致的發(fā)酵過早結(jié)束能在系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度，從而避免快速利用碳源的阻遏效應(yīng)和能夠按

14、設(shè)備的通氣能力去維持適當?shù)陌l(fā)酵條件，并且能減緩代謝有害物的不利影響。受發(fā)酵罐的體積限制，補料-分批發(fā)酵雖可通過補料補充養(yǎng)分或前體的不足，但由于有害代謝物的不斷積累，產(chǎn)物合成最終難免受到阻遏。二、論述題1.pH在發(fā)酵過程中的變化及調(diào)控特點微生物生長過程中機體內(nèi)發(fā)生的絕大多數(shù)的反應(yīng)是酶促反應(yīng)，而酶促反應(yīng)都有一個最適pH范圍，在此范圍內(nèi)只要條件適合，酶促反應(yīng)速率最高，微生物生長速率最大，因此微生物生長也有一個最適生長的pH范圍。此外微生物生長還有一個最低與最高的pH范圍，低于或高出這個范圍，微生物的生長就被抑制，微生物不同生長的最適、最低與最高的pH范圍也不同pH通過影響細胞質(zhì)膜的透性、膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定

15、性和物質(zhì)的溶解性或電離性來影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而影響微生物的生長速率。質(zhì)子是一種唯一不帶電子的陽離子，它在溶液里能迅速地與水結(jié)合成水合氫離子（H3O+等）。在偏堿性條件下，OH-占優(yōu)勢，水合氫離子和OH-對營養(yǎng)物質(zhì)的溶解度和離解狀態(tài)，細胞表面電荷平衡和細胞的膠體性質(zhì)等方面均會產(chǎn)生重大影響；在酸性條件下H+可以與營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合，并能從可交換的結(jié)合物或細胞表面置換出某些陽離子，從而影響細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；同時由于PH值較低，CO2溶解度降低，某些金屬離子如Mn2+、Ca2+、Mo2+等溶解度增加，導致它們在溶液中的濃度增加，從而對機體產(chǎn)生不利的作用。2、糖在發(fā)酵工程中的調(diào)控特點糖化酶從非還原性末端水

16、解a-1,6糖昔鍵。終點確定：DE值達最高時（DE值不再上升時），停止沒反應(yīng)（加熱至80°C,20min滅酶）。否則DE值將由葡萄糖經(jīng)a-1,6糖昔鍵起復合反應(yīng)而降低。糖化的溫度（50-60°C）和ph值（4.0-5.0）決定于所用糖化劑的性質(zhì)。琥珀酰CoA、“-酮戊二酸或草酰乙酸，為三竣酸循環(huán)運轉(zhuǎn)的限制因素。檸檬酸合成需要乙酰CoA、草酰乙酸，如草酰乙酸不足，便會積累乙酰CoA。若草酰乙酸過量，從丙酮酸轉(zhuǎn)化為蘋果酸的補給反應(yīng)便會受到抑制，從而避免它進一步積累，只有生成天冬氨酸，減少草酰乙酸的量，才能使抑制消失。3、OD對發(fā)酵過程影響的特點培養(yǎng)好氧微生物可以通過振蕩或通氣等

17、方式使之有充足的氧氣供它們生長；培養(yǎng)專性厭氧微生物則要排除環(huán)境中的氧，同時通過在培養(yǎng)基中添加還原劑的方式降低培養(yǎng)基的氧化還原電勢；培養(yǎng)兼性厭氧或氧的耐氧型微生物，可以用深層靜止培養(yǎng)的方式等。微生物類型最適生長的O2體積分數(shù)“氧等于或大于20%散好氧2%lO%，的忍耐型2%以下卜性厭氧有氧或無氧“性厭氧不需要氧、有氧時死亡4、微生物次級代謝物生物合成的原理（1）前體存在，在適當條件下它們便流向次級代謝物生物合成的專用途徑。（2）在某些情況下單體結(jié)構(gòu)單位被聚合，形成聚合物，如聚酮化物、寡肽和聚醍類抗生素等（3）這些特有的生物合成中間產(chǎn)物需作后幾步的結(jié)構(gòu)修飾，修飾的深度取決于產(chǎn)生菌的生理條件。（4）

18、這些特有的生物合成中間產(chǎn)物需作后幾步的結(jié)構(gòu)修飾，修飾的深度取決于產(chǎn)生菌的生理條件5、檸檬酸生產(chǎn)過程中黑曲霉長菌的最適PH為中性，而產(chǎn)酸的最適PH在2.02.5,菌蓋形成后，只是在菌蓋下面有一個低PH區(qū)域，菌體合成檸檬酸的活動都是在這低PH區(qū)域內(nèi)進行，所以不應(yīng)該攪動，避免低值區(qū)域的PH值上升而長菌不產(chǎn)酸，然而黑曲霉是好氧菌，談?wù)勀愕目捶?。要是淺盤發(fā)酵，表面發(fā)酵是氣相傳養(yǎng)，因此傳養(yǎng)效率高，所以只要保持室內(nèi)有適當空氣流通就可以滿足霉菌對氧的需求。但是要注意較高的CO2會影響菌體的生長和降低產(chǎn)酸能力，一般將CO2控制在3%以下即可。當時厚盤發(fā)酵時，在物料鋪攤厚度上，厚度發(fā)酵的曲霉厚度在50cm左右，比淺盤的15-20cm要大許多。為了給曲霉菌提供氧，在培養(yǎng)的過程中需要進行機械通風。6、舉例論述發(fā)酵過程調(diào)控的特點：檸檬酸、乳酸、Vc青霉素、四環(huán)素、紅霉素、鳥昔、肌甘酸、谷氨酸檸檬酸是微生物生長代謝過程中的一個中間性產(chǎn)物，在正常的微生物體內(nèi)不能夠積累的，如果有積累的話，與檸檬酸合成有關(guān)的各種酶的活性，則會受到抑制或阻遏，1、磷酸果糖激酶（PFR活性的調(diào)節(jié)從葡萄糖