發(fā)酵工程復習資料

1、1、傳統(tǒng)發(fā)酵工程與現(xiàn)代發(fā)酵工程的區(qū)別？為什么說發(fā)酵工程處于生物技術的核心地位？傳統(tǒng)發(fā)酵工程：利用微生物的生長和代謝活動來大量生產人們所需產品的過程理論與工程技術體系。該技術體系主要包括菌種選育與保藏、菌種擴大生產、代謝產物的生物合成與分離純化制備等技術集成?，F(xiàn)代發(fā)酵工程：是將DNA重組及細胞融合技術、酶工程技術、組學及代謝網絡調控技術、過程工程優(yōu)化與放大技術等新技術與傳統(tǒng)發(fā)酵工程融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術水平，拓展傳統(tǒng)發(fā)酵應用領域和產品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物技術體系（新一代工業(yè)生物技術）生物技術：應用自然科學和工程學的原理，依靠生物及其細胞的催化作用，將物料進行加工以提供產品或為社會服務的技術

2、。發(fā)酵工程是酶工程和基因工程的表達，大部分生物技術的產品均要通過發(fā)酵工程來完成，所以說發(fā)酵工程處于生物技術的核心地位。2、發(fā)酵工程上、中、下游技術分別主要包括哪些內容？上游技術：優(yōu)良種株的選育和保藏（包括菌種篩選、改造，菌種代謝路徑改造等）中游技術：發(fā)酵過程控制，主要包括發(fā)酵條件的調控，無菌環(huán)境的控制，過程分析和控制等下游技術：分離和純化產品。包括固液分離技術、細胞破壁技術、產物純化技術，以及產品檢驗和包裝技術等3、微生物發(fā)酵過程優(yōu)化技術五大目標是什么？可以在哪些水平實現(xiàn)過程優(yōu)化的目的？高產量：微生物生理、遺傳、營養(yǎng)及環(huán)境因素高轉化率：微生物代謝途徑和過程條件高效率：微生物反應動力學和系統(tǒng)優(yōu)化

3、低成本：技術綜合及產業(yè)化技術集成環(huán)境友好：開發(fā)清潔生產技術4、發(fā)酵工業(yè)的特點及應用范圍？1、發(fā)酵過程一般是在常溫常壓下進行的生化反應,反應安全，要求條件較簡單。2、可用較廉價原料生產較高價值產品。3、反應專一性強。4、能夠專一性地和高度選擇性地對某些較為復雜的化合物進行特定部位的生物轉化修飾。5、發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關重要。6、菌種是關鍵。7、發(fā)酵生產不受地理、氣候、季節(jié)等自然條件限制。5、發(fā)酵工業(yè)的基本生產過程？1 .用作種子擴大培養(yǎng)及發(fā)酵生產的各種培養(yǎng)基的配制2 .培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設備的消毒滅菌3 .擴大培養(yǎng)出有活性的適量純種，以一定比例接種入發(fā)酵罐中4 .控制最適發(fā)酵條件使

4、微生物生長并形成大量的代謝產物5 .將產物提取并精制，以得到合格的產品6 .回收或處理發(fā)酵過程中所產生的三廢物質1、常用的工業(yè)微生物種類？細菌：醋桿菌屬的醋化醋桿菌、弱氧化醋桿菌、乳酸桿菌、乳鏈球菌、枯草芽抱桿菌、丙酮丁醇梭菌、大腸桿菌、谷氨酸棒狀桿菌酵母菌：釀酒酵母、假絲酵母屬（產骯假絲酵母、解脂假絲酵母、熱帶假絲酵母）、畢赤酵母屬、漢遜酵母屬霉菌：曲霉屬（米曲霉、黑曲霉）、青霉屬（青霉菌、桔青霉）、根霉屬（德氏根霉、米根霉、小麥曲根霉）、紅曲霉屬（紫紅曲霉）放線菌：鏈霉菌屬、小單抱菌屬、地中海諾卡氏菌2、發(fā)酵工業(yè)菌種選擇的總趨勢？野生菌-變異菌自然選育-代謝控制育種誘發(fā)基因突變-基因重組的

5、定向育種3、菌種選擇的要求？A、能在廉價原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長，且生成的目的產物產量高、易于回收；B、生長速度和反應速度較快，發(fā)酵周期較短；C、培養(yǎng)條件易于控制；D、抗噬菌體及雜菌污染的能力強；E、菌種不易變異退化；F、對放大設備的適應性強；G、菌種不是病原菌，不產生任何有害的生物活性物質和毒素。4、工業(yè)菌種來源途徑？從被污染的生產及科研用菌中分離目的菌；生產中長期使用的菌種的定期分離篩選從各種育種方法處理的微生物材料中分離篩選適于工業(yè)目的的優(yōu)良菌株；從保藏機構獲取菌種；從已知菌種和大自然中分離新菌株；尋找新的發(fā)酵產品的產生菌；尋找老產品的新的優(yōu)良菌株5、工業(yè)用新菌株分離、篩選的步驟？調查

6、研究-設計實驗方案-含微生物樣品采樣-樣品預處理-菌種分離-菌種純化-復篩-純化-再復篩-選出較優(yōu)菌株-保藏1、工業(yè)上對菌種選擇有何要求？A菌種不能是病原菌，不能產生任何有害的生物活性物質或毒素，確保其安全性。B在較短的發(fā)酵周期內產生大量的發(fā)酵產物C在發(fā)酵過程中不產生或少量產生余目標產品性質相近的副產物及其他產物，可提高營養(yǎng)物質的轉化率，減少分離純化的難度，降低成本，提高產品的質量。D生長繁殖能力強，生長、反應速度快，發(fā)酵周期短，產抱菌應具有較強的產抱子能力E原料來源廣，價格低廉，菌種能高效地將原料轉化為產品F對需要添加的前體物質有耐受能力，并不能將前體作為一般碳源利用G菌種純，遺傳特性穩(wěn)定，

7、抗噬菌體能力強，以保證生產的穩(wěn)定性2、新菌種的分離、篩選的步驟及注意事項？步驟：調查定方案、采樣、樣品預處理、分離（選擇性分離和隨機分離）、發(fā)酵性能測定、篩選：預處理、初篩、平板培養(yǎng)找到目的菌落、篩選產物高菌株3、選擇性分離法和隨機分離法的原理及應用對象舉例？選擇性分離：根據菌種選擇性特征（營養(yǎng)特征或生長特征）獨特進行分離?？刂茽I養(yǎng)成分控制培養(yǎng)基酸堿度、添加抑制劑、控制培養(yǎng)溫度、控制通氣條件。隨機分離：無選擇性特征。從產物入手，通過設計高產培養(yǎng)基和建立快速靈敏專一的篩選方法，從隨機分離的菌落中篩選出所需的目的菌。（抗生素產生菌的篩選、生長因子產生菌的篩選）4、簡述平板復印法和鋪菌法分離微生物的

8、原理？?5、發(fā)酵工業(yè)菌種改良的目的及常用方法？目的：提高目標產物的產量；提高目標產物的純度，減少副產物；改良菌種性狀，改善發(fā)酵過程；改變生物合成途徑，以獲得高產的新產品。常用方法：常規(guī)育種（誘變育種卜細胞工程育種、基因工程育種、代謝工程育種6、誘變育種的主要流程及應注意的問題？原種（出發(fā)函件）完全培養(yǎng)整同步培養(yǎng)離心洗滲玻嵇珠最薪分散過濾單細胞或抱子懸浮液F白蟋分離（對照液活菌t十數(shù)蕃變處理一講變處理預備試驗廣處理液活演計數(shù)板分闌L形態(tài)變異并計算其變異率斜面培養(yǎng)-初篩斜面培養(yǎng)廣復蹄斜面培養(yǎng)產自燃分離和再夏篩保版及擴大試驗圖2-2璘變荷種的程序注意問題：A選擇合適的出發(fā)菌株，合適的出發(fā)菌株就是通過

9、育種能有效地提高目標產物產量的菌株。B復合誘變劑的使用，C誘變劑劑量的選擇D變異菌株的篩選7、誘變育種中淘汰野生型菌株和檢出營養(yǎng)缺陷型菌株的主要方法及原理淘汰野生型菌株的方法有：抗生素法、菌絲過濾法、差別殺菌法和饑餓法等?？股胤ǎ篈青霉素法（細菌），其基本原理是青霉素能抑制細菌細胞壁的生物合成，因而能殺死生長繁殖的細菌，但不能殺死處于休止狀態(tài)的細菌。將誘變后的細菌培養(yǎng)在含有青霉素的基本培養(yǎng)基中，可淘汰大部分生長繁殖活躍的野生型細胞，從而達到“濃縮”營養(yǎng)缺陷型細胞的目的。B制霉菌素法（真菌），制霉菌素可與真菌細胞膜上的管醇作用，從而引起細胞膜的損傷，因為它只能殺死生長繁殖著的酵母菌或霉菌，所以

10、也可用于淘汰相應的野生型菌株和“濃縮”營養(yǎng)缺陷型菌株。菌絲過濾法：適用于絲狀生長的真菌或放線菌。其原理是：在基本培養(yǎng)基中，野生型的抱子能發(fā)芽成菌絲，而營養(yǎng)缺陷型的抱子則不能。因此，可將誘變劑處理后的抱子在基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間后，再用擦鏡紙等合適濾紙過濾。重復數(shù)次后，就可去除大部分野生型個體，達到了“濃縮”營養(yǎng)缺陷型的目的。營養(yǎng)缺陷型菌株的檢出方法有：逐個測定法、夾層平板法、限量營養(yǎng)法和影印接種法等。夾層培養(yǎng)法：先在培養(yǎng)皿上倒一薄層不含菌的基本培養(yǎng)基，待冷凝后加上一層混有經過誘變處理的菌液的基本培養(yǎng)基，其上再澆一薄層不含菌的基本培養(yǎng)基，使之成為“三明治”狀。經培養(yǎng)后，對首次出現(xiàn)的菌落用記號筆

11、一一標在皿底上。然后，再在皿內倒上一薄層第四層培養(yǎng)基-完全培養(yǎng)基。再經培養(yǎng)后所出現(xiàn)的形態(tài)較小的新菌落，多數(shù)是營養(yǎng)缺陷型。限量補充培養(yǎng)法：把誘變處理后的細胞接種在含有微量（0.01%以下）蛋白月東的基本培養(yǎng)基上，野生型細胞就迅速長成較大的菌落；而營養(yǎng)缺陷型則在生長緩慢，并只能形成微小的菌落。同樣，如果想得到某一特定缺陷型菌株，也可直接在基本培養(yǎng)基上加入微量的相應物質。逐個檢出法：把經誘變處理后的細胞涂布在平板上，待長成單個菌落后，用接種針或滅過菌的牙簽把這些單個菌落逐個依次的分別接種到基本培養(yǎng)基和另一完全培養(yǎng)基上。經培養(yǎng)后，如果在完全培養(yǎng)基的某一部位上長出菌落，而在基本培養(yǎng)基的相應位置卻不長，說

12、明這是一個營養(yǎng)缺陷型突變株。8、菌種退化的原因及控制措施？菌種的衰退是由于微生物細胞內的DNA結構發(fā)生了變化，從而使由DNA決定的性狀發(fā)生相應的變化，引起退化主要有原因：A、營養(yǎng)與環(huán)境條件引起的退化，菌種連續(xù)傳代是菌種發(fā)生衰退的直接原因；B、自身突變（負突變）引起的退化，菌種的自身突變和回復突變是引起菌種自身退化的主要原因?？刂拼胧篈控制傳代次數(shù)B選擇合適的培養(yǎng)條件C利用不同類型的細胞進行傳代D選擇有效的菌種保藏方法9、常用的菌種保藏方法及應用對象斜面低溫保藏法：細菌、酵母菌、霉菌、放線菌液體石蠟油封保藏法：酵母菌、霉菌、放線菌、好氧細菌載體吸附保藏法：耐干燥菌種如產抱子的絲狀真菌、放線菌或

13、產芽抱的細菌真空冷凍干燥保藏法：除不產抱子的絲狀真菌外的絕大部分微生物液氮超低溫保藏法：各種微生物的保藏，尤適用于其他方法不理想、不產抱子的菌絲體第三章1、培養(yǎng)基的分類：胞子培養(yǎng)基：供制備池子用種子培養(yǎng)基:滿足菌種生長發(fā)酵培養(yǎng)基：滿足大生產中大量菌體生長和繁殖以及代謝產物積累2、培養(yǎng)基的組成：碳源：凡能提供微生物營養(yǎng)所需碳素的物質即為碳源（糖類、油脂、有機酸、燒類戒低碳醇）。功能：為微生物菌種的生長繁殖提供能源和合成菌體所必需的碳成分；為合成目的產物提供所需的碳成分。氮源：凡能提供微生物牛長繁殖及產物合成所需氮元素的營養(yǎng)物質即為氮源（有機氮源：黃豆餅粉、花生餅粉、蛋白月東、玉米漿等；無機氮源：

14、錢鹽、硝酸鹽、氨水）。功能：構成菌體細胞物質和含氮代謝物。無機鹽和微量元素：微生物在牛長繁殖和產物合成過程中,需要某些無機鹽和微量元素（如鎂、磷、鉀、鈉、鐵等）作為微生物的生理活性物質的組成或活性作用的調節(jié)物。功能：生理活性物質的組成或生理活性作用的調節(jié)物，通常低濃度促進，高濃度抑制。水：功育歸，A作為溶劑，起到運輸介質作用；B參與細胞內一系列生化反應；C維持蛋白質、核酸等生物大分子穩(wěn)定度天然構象；D控制細胞內的溫度；E維持細胞自身正常形態(tài)；F微生物通過脫水作用與水合作用控制由多壓機組成的結構牛長調節(jié)物：（1） 生長因子:上義說，凡是微生物生長不可缺少的微量有機物質都稱為生長因子（又稱生長素）

15、，包括氨基酸、喋吟、喀嚏、維生素等；狹義說，生長素僅指維生素。玉米漿、款皮水解液、糖蜜、酵母等（2） 前體：指加到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物，能直接被微生物在生物合成過程中結合到產物分子中去，而其自身的結構并沒有多大變化，但是產物的產量卻因其加入而有較大的提高。（三）促進劑：細胞生長非必需，但加入后卻能提高產量的添加劑，稱為促進劑。X3、培養(yǎng)基成分選擇的原則A菌體的同化能力，B代謝的阻遏和誘導C合適的C、N比D合適的Ph第四章1、連續(xù)滅菌的流程與設備設備：（1）配料預熱罐，將配制好的料液預熱到6070°C以免連續(xù)滅菌時由于料液與蒸汽溫度相差過大而產生水汽撞擊聲；（2）連消塔：用高溫蒸汽

16、使料液溫度很快升高到滅菌溫度（126132°C；57min。因為：連消塔加熱的時間很短，光靠3)維持罐：使料液在滅菌溫度下保持這段時間的滅菌是不夠的；(4)冷卻管：使料液冷卻到4050°后(冷水噴淋)，輸送到預先滅菌過的罐內。流程:配料罐連消泵連消塔無國培養(yǎng)基進發(fā)酵罐冷卻罐X2、對數(shù)殘留定律對數(shù)殘留定律：在一定溫度下，微生物受熱死亡的速率與任何瞬間殘留的活菌數(shù)成正比3、濕熱滅菌的原理及缺點？原理：由于蒸汽具有很強的穿透能力，而且在冷凝時會放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白質凝固而殺死各種微生物。缺點：會破壞培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，甚至會產生不利于菌體生長的物質。因此，在工業(yè)培養(yǎng)過程

17、中，除了盡可能殺死培養(yǎng)基中的雜菌外，還要盡可能減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的損失。4、培養(yǎng)基在使用濕熱滅菌時，滅菌溫度與滅菌時間及對培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的影響關系？結論1:當滅菌溫度上升時，微生物殺死速率的提高要超過培養(yǎng)基成分的破壞速率的增加結論2:在滅菌時選擇較高的溫度、較短的時間，這樣便既可達到需要的滅菌程度，同時又可減少營養(yǎng)物質的損失。5、濕熱滅菌時，培養(yǎng)基滅菌時間的計算方法In(Ct/C0)=ktt=2.303/klg(C0/Ct)式中：C0、Ct分別為單位體積培養(yǎng)基滅菌前、后的含菌數(shù)。6、分批滅菌、連續(xù)滅菌優(yōu)缺點？連續(xù)滅菌優(yōu)點：1.高溫短時滅菌，培養(yǎng)基營養(yǎng)成分損失少。2.發(fā)酵罐占用時間縮短，利用率

18、高。缺點：1.設備復雜，操作麻煩，染菌機會多。2.不適合含大量固體物料的滅菌。分批滅菌:優(yōu)點：1.設備要求低，不需另外加熱、冷卻裝置。2.操作要求低，適合小批量生產規(guī)模3,適合含大量固體物料的滅菌缺點：1,培養(yǎng)基的營養(yǎng)物質損失大，滅菌后培養(yǎng)基質量下降2,發(fā)酵罐的利用率較低3,不適合大規(guī)模生產的滅菌7、影響滅菌的主要因素有哪些？雜菌的種類與數(shù)量滅菌溫度與時間培養(yǎng)基成分pH值培養(yǎng)基中的顆粒泡沫1、簡述空氣兩級冷卻、加熱除菌凈化的流程及相關設備1-粗過濾器；2-空壓機；3-貯罐；4,6-冷卻器；5-旋風分離器；7-絲網分離器；8-加熱器；9-過濾器2、簡述介質過濾除菌的原理及介質過濾除菌的必要性深層

19、介質過濾的原理：微粒隨氣流通過濾層時，由于濾層纖維的層層阻礙，使氣流出現(xiàn)無數(shù)次改變運動速度和方向的繞流運動，引起微粒與濾層纖維間產生慣性沖擊、攔截、布朗擴散、重力沉降、靜電引力等作用把微粒滯留在纖維表面上，實現(xiàn)過濾的目的。3、空氣壓縮后壓力與溫度的關系T2=T1(P2/P1)(k-1)/k式中T1,T2壓縮前后空氣的絕對溫度，KP1,P2壓縮前后空氣的絕對壓強，Pak絕熱指數(shù)，空氣為1.4若壓縮為多變過程，則可用多變指數(shù)m(對于空氣m=1.2-1.3)代替絕熱指數(shù)k。第五章1、什么種子？優(yōu)良種子應具有哪些特點？種子是指進入發(fā)酵罐之前的純的微生物。優(yōu)良種子應具備的條件：生長活力強，延遲期短；生理狀態(tài)穩(wěn)定；濃度及總量能滿足發(fā)酵罐接種量的要求；無雜菌污染，保證純種發(fā)酵；適應性強，生產能力穩(wěn)定。2、簡述工業(yè)發(fā)酵生產中種子制備的流程步驟：A斜面培養(yǎng)基中活化；B扁瓶固體培養(yǎng)基或搖瓶培養(yǎng)基中擴大培養(yǎng)，完成實驗室種子制備C一級種子罐，制備生產用種子；視情況確定擴大級數(shù)，完成生產車間種子制備；D種子轉種至發(fā)酵罐3、如何確定種子擴大培養(yǎng)級數(shù)及發(fā)酵