發(fā)酵工程試題與答案

1、1 名詞解釋發(fā)酵工程:利用微生物特定性狀和功能，通過(guò)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(lái)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(guò)扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng), 最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)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(shí)開始進(jìn)行。 攝氧率：攝氧率即單位體積培養(yǎng)液每小時(shí)消耗的氧量基因重組：是由于不同D

2、NA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(guò)程 基因的直接進(jìn)化：在分子水平上，對(duì)目標(biāo)基因直接處 理，然后通過(guò)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(guò)程。 分批發(fā)酵:在發(fā)酵中，營(yíng)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(méi)有物料交換。 補(bǔ)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(dòng)發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動(dòng)， 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

3、的熱量。 攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)。分批培養(yǎng)：簡(jiǎn)單的過(guò)程，培養(yǎng)基中接入菌種以后，沒(méi)有物料的加入和取出， 除了空氣的通入和排氣。整個(gè)過(guò)程中菌的濃度、營(yíng)養(yǎng)成分的濃度和 產(chǎn)物濃度等參數(shù)都隨時(shí)間變化。2 簡(jiǎn)答題 1.工業(yè)化菌種要求 A能夠利用廉價(jià)的原料，簡(jiǎn)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(jiǎn)單，或者說(shuō)菌種改造的可操作性要強(qiáng)  C. 遺傳性能要相對(duì)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(wú)關(guān)）  F. 生產(chǎn)特性要符合工藝要求 2

4、.什么是半連續(xù)培養(yǎng)？?jī)?yōu)缺點(diǎn) 答：在補(bǔ)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(diǎn) 放掉部分發(fā)酵液，再補(bǔ)入部分料液，使代謝有害物得以稀釋有 利于產(chǎn)物合成，提高了總產(chǎn)量。 缺點(diǎn) 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(duì)發(fā)酵的影響有哪些方面？ （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(duì)營(yíng)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(duì)這些物質(zhì)的 利用。（

5、4）pH值影響代謝方向。pH不同，往往引起菌體代謝過(guò)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(shí)發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸，在pH近中性時(shí)，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，在酸性條件下則容易形 成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 （5）pH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(zhǎng)活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長(zhǎng)，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(wú)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(guò)誘變劑處理就

6、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?yàn)榧词归y門關(guān)閉，細(xì)菌也可在閥門 內(nèi)生長(zhǎng)；  （2）盡量減少法蘭連接，因?yàn)樵O(shè)備震動(dòng)和熱膨脹會(huì)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(dú)滅菌；  （5）與反應(yīng)器相同的任何連接應(yīng)

7、采用蒸汽加以密封，取樣口在不取樣時(shí)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(jià)格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購(gòu)運(yùn)，適合 大規(guī)模儲(chǔ)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。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(yíng)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(duì)發(fā)酵過(guò)程中通氣攪拌的

8、影響，利于提高氧的利用率，降低能 耗。 8.補(bǔ)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(guò)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(yíng)養(yǎng)突變體的系統(tǒng)；  （6）希望延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間或補(bǔ)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； 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(guò)程中，不經(jīng)過(guò)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(guò) 程

9、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(guò)程PH改變?cè)颍?發(fā)酵過(guò)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(bǔ)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(huì)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(shí)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(huì)上升或下降 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。

10、 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(zhǎng)活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長(zhǎng)，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(wú)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(guò)程  基因的直接進(jìn)化：在分子水平上，對(duì)目標(biāo)基因直接處理，然后通過(guò)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

11、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(wèn)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(guò)程中合成到產(chǎn) 物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)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(shí)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(fèi)，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(jì)劃； 遇到連續(xù)染菌，特別在找不到染菌原因往往會(huì)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(duì)提煉的影響：染菌發(fā)酵液中含有比正常發(fā)酵液更多的水溶性蛋 白和其它雜質(zhì)。采

12、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(shí)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(zhǎng)因子？來(lái)源 凡是微生物生長(zhǎng)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(zhǎng)因子。  有機(jī)氮源是這些生長(zhǎng)因子的重要來(lái)源3 問(wèn)答題 1.論述液體深層發(fā)酵生產(chǎn)有哪些優(yōu)點(diǎn)，發(fā)酵方式分為幾類？ 優(yōu)點(diǎn)： 是很多微生物的最適生長(zhǎng)環(huán)境； 菌體及

13、營(yíng)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(dòng)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(yíng)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(méi)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(shí)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(zhǎng)。 可以有效地延長(zhǎng)分批 培養(yǎng)中的對(duì)數(shù)期。 （3）補(bǔ)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

14、種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)補(bǔ)加一定物料的培 養(yǎng)技術(shù).可以使培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)物濃度較長(zhǎng)時(shí)間地保持在一定范圍內(nèi)，既保證 微生物的生長(zhǎng)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(zhǎng)，氧的利用率較高； （2）、發(fā)酵罐應(yīng)能承受一定的壓力。因?yàn)榘l(fā)酵罐在滅菌和正常工作時(shí)， 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(shí)現(xiàn)傳質(zhì)傳熱作用， 保證微生物發(fā)酵過(guò)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）、

15、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.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(píng)價(jià)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(yíng)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(huì)有 防止回復(fù)突變發(fā)生的效果； 6.在生產(chǎn)過(guò)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(diǎn)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(wú)機(jī)氮源為原料； 過(guò)程

16、反應(yīng)以生命體的自動(dòng)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(guò)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。4 填空 1. 過(guò)濾介質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)，顆粒大小的不同，過(guò)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(shí)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

17、.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(shí)，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(duì)價(jià)格較高，加的過(guò)多容易引起_揮發(fā)_和_氧化_ 8.對(duì)于發(fā)酵工廠來(lái)說(shuō)，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(jì)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(duì)微生物的生長(zhǎng)，只要控制發(fā)酵過(guò)程中氧飽和度_>1_ 11.