發(fā)酵過程優(yōu)化原理復(fù)習(xí)剖析

1、1、發(fā)酵過程優(yōu)化的目標(biāo)答：建立生物反應(yīng)過程的數(shù)量化處理和動(dòng)力學(xué)模型。實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程優(yōu)化，以更好地控制發(fā)酵過程；規(guī)避生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，追求其經(jīng)濟(jì)效益；2、發(fā)酵過程優(yōu)化主要涉及的研究?jī)?nèi)容答：細(xì)胞生長(zhǎng)過程研究，了解微生物從非生物培養(yǎng)基中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的情況和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過代謝途徑轉(zhuǎn)化后的去向，確定不同環(huán)境條件下微生物的代謝產(chǎn)物分布根據(jù)微生物代謝反應(yīng)符合質(zhì)量守恒定律，對(duì)微生物反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量進(jìn)行研究，簡(jiǎn)化對(duì)發(fā)酵過程的質(zhì)量衡算研究生物反應(yīng)速率及其影響因素，建立生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，這也是是發(fā)酵過程優(yōu)化研究的核心內(nèi)容。生物反應(yīng)器工程，包括生物反應(yīng)器及參數(shù)的檢測(cè)與控制，它們是發(fā)酵過程優(yōu)化最基本的手段。3、Ha

2、sting（1954年）指出生化工程要解決的十大問題是哪些？答：深層培養(yǎng)、通氣、空氣除菌、攪拌、結(jié)構(gòu)材料、容器、冷卻方式、設(shè)備及培養(yǎng)基除菌、過濾、公害。其中通氣攪拌與放大是生化工程學(xué)科的核心，其中放大是生化工程的焦點(diǎn)。4、Cooney指出，要實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程的優(yōu)化與控制，必須解決好哪些問題？答：必須解決好5個(gè)問題：生物模型；傳感器技術(shù)；適用于生物過程的最優(yōu)化技術(shù)；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；計(jì)算機(jī)-監(jiān)測(cè)系統(tǒng)-發(fā)酵罐之間的接口技術(shù)5、流加發(fā)酵、分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較答：與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，流加發(fā)酵可以解除底物抑制、葡萄糖效應(yīng)和代謝阻遏等；與連續(xù)發(fā)酵相比，流加發(fā)酵則具有染菌可能性更小，菌種不易老化變異等

3、優(yōu)點(diǎn)。與流加發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵相比，分批發(fā)酵工藝操作簡(jiǎn)單，比較容易解決雜菌污染和菌種退化等問題，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的利用效率較高，產(chǎn)物濃度也比連續(xù)發(fā)酵要高。但其人力、物力、動(dòng)力消耗較大，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。連續(xù)發(fā)酵最大的優(yōu)點(diǎn)是，微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)速度、代謝活性處于恒定狀態(tài)，可達(dá)到穩(wěn)定高速培養(yǎng)微生物或產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物的目的，且便于進(jìn)行微生物代謝、生理生化和遺傳特性的研究，在工業(yè)上可減少分批培養(yǎng)中每次清洗、裝料、消毒、接種、放罐等操作時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。6、重組生物藥物生產(chǎn)過程的優(yōu)化包括哪6個(gè)方面答：適宜宿主的選擇；重組蛋白積累位點(diǎn)（如可溶的胞內(nèi)積累、胞內(nèi)聚合積累、周質(zhì)積累或胞外積累）的確定；

4、重組基因最大表達(dá)的分子策略；細(xì)胞生長(zhǎng)和生產(chǎn)環(huán)境的優(yōu)化；發(fā)酵條件的優(yōu)化；后處理過程的優(yōu)化。7、操作細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器時(shí)必須考慮哪兩個(gè)因素？為什么？答：稀釋率（流速/體積），因?yàn)橄♂屄实拇笮∮绊懠?xì)胞的生長(zhǎng)速率，不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?duì)稀釋率的要求也不同；循環(huán)速率（指通過過濾系統(tǒng)的培養(yǎng)基速率），因?yàn)楦叩难h(huán)速率可使組分混合均勻，但循環(huán)速率過高會(huì)使作用在細(xì)胞上的剪切力過高，也會(huì)導(dǎo)致過濾單元膜的迅速損壞。因此，很難同時(shí)確定合適的稀釋率與循環(huán)速率，這也是限制細(xì)胞循環(huán)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要因素。8、細(xì)胞生長(zhǎng)過程可以分為哪3個(gè)步驟，運(yùn)輸過程包括其中的兩個(gè)步驟，在細(xì)胞膜上的運(yùn)輸過程是研究者普遍關(guān)心的內(nèi)容，在細(xì)胞膜上可能存在

5、哪些運(yùn)輸機(jī)制？各有何特點(diǎn)？答：（1）細(xì)胞生長(zhǎng)過程的3個(gè)步驟：底物傳遞進(jìn)入細(xì)胞；通過胞內(nèi)反應(yīng)，將底物轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞質(zhì)和代謝產(chǎn)物；代謝產(chǎn)物排泄進(jìn)入非生物相；（2）研究表明在膜上存在3種不同的運(yùn)輸機(jī)制：自由擴(kuò)散；協(xié)助擴(kuò)散；主動(dòng)運(yùn)輸。特點(diǎn)：自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散只有存在濃度梯度時(shí)，由高濃度向低濃度的運(yùn)輸才可能發(fā)生，統(tǒng)稱被動(dòng)運(yùn)輸，在運(yùn)輸過程中不需要提供外部能量；自由擴(kuò)散分子擴(kuò)散的質(zhì)量通量遵守Fick第一定律，通過自由擴(kuò)散進(jìn)行運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)物質(zhì)主要有氧氣、二氧化碳、水、有機(jī)酸和乙醇等；協(xié)助擴(kuò)散是通過膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸?shù)模哂羞x擇性，其運(yùn)輸速率比自由擴(kuò)散又快又多，運(yùn)輸速率遵循典型的飽和型動(dòng)力學(xué)。主動(dòng)運(yùn)輸是逆著

6、濃度梯度進(jìn)行運(yùn)輸，需要輸入一定的吉布斯自由能，以特定的膜內(nèi)蛋白作為運(yùn)輸過程的媒介，可以逆著濃度梯度的方向進(jìn)行運(yùn)輸，因此是一個(gè)耗能的過程，根據(jù)運(yùn)輸動(dòng)力來源可以分為一級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸和次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸兩大類，還有一種特別的主動(dòng)運(yùn)輸過程為基團(tuán)轉(zhuǎn)移。9、發(fā)酵過程數(shù)量化處理包括哪些方面的內(nèi)容？常規(guī)的參數(shù)一般包括哪些？通常如何測(cè)量這些參數(shù)？發(fā)酵過程的數(shù)量化處理包括：發(fā)酵過程的速度；化學(xué)計(jì)量學(xué)和熱力學(xué)；生產(chǎn)率、轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率；參數(shù)測(cè)量方法測(cè)量方法生物量X細(xì)胞干重.注度.細(xì)胞教氧OP。專用電極分析底物S辱分析出、化學(xué)法、色語法二氧化碳Pc%專用電極分析產(chǎn)物P薛分析法.HPLC或特殊方法發(fā)時(shí)蒸HV溫度、穌平衡10、比速率和

7、速率有什么區(qū)另IJ?答：比速率是一個(gè)相對(duì)速度，表示細(xì)胞的個(gè)體行為，反應(yīng)了細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝能力，它與生物量（以細(xì)胞干重表示）或有催化活性物質(zhì)的量（如酶量）有密切的關(guān)系，各種比速率的單位均為h-1,定義類似于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中比速率r的定義速率：是絕對(duì)速率，所表示的是細(xì)胞的整體行為，不能代表系統(tǒng)的特征。11、生物反應(yīng)過程中有關(guān)的宏觀產(chǎn)率系數(shù)及定義答：宏觀產(chǎn)率系數(shù)（或稱得率系數(shù)）Y/j（i表示菌體或產(chǎn)物，j表示底物）是常用于對(duì)C源等底物形成菌體或產(chǎn)物的潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，將消耗的量同形成的量關(guān)聯(lián)起來，定量表示細(xì)胞或產(chǎn)物甚至熱量的產(chǎn)率，也能用于定量的表示不同消耗量之間或形成量之間的相互關(guān)系，最初是由Monod

8、以質(zhì)量單位和商的形式定義的：瓜xt-xodx/dtrxdx細(xì)胞形成的質(zhì)量Yx/s二-二二一一二一=，1一12、Yatp與其照率系數(shù)蛆比得軻靴點(diǎn)？rsds底物消耗的質(zhì)量答：yatp=p=SMS，是Bauchop以異化代謝中ATP的生長(zhǎng)量作為菌體產(chǎn)率的基準(zhǔn)而定義的。Yatp與微生物及底物種類無關(guān)，算,本為一常數(shù)。在復(fù)合培養(yǎng)基的厭氧培養(yǎng)中，不管微生物和環(huán)境的性質(zhì)如何，Yatp總是約為10.5g/mol。但該值對(duì)微生物生長(zhǎng)具有普遍性。在基本培養(yǎng)基中無論是厭氧還是需氧培養(yǎng)，單一碳源中一部分作為能源通過異化代謝分解，其余部分用于同化構(gòu)成菌體。假設(shè)用于同化的這部分碳源與ATP生成無關(guān)，則對(duì)于異化代謝的碳源亦

9、服從YAtp10g/mol。13、復(fù)合培養(yǎng)基厭氧培養(yǎng)過程中細(xì)胞的生物合成步驟及ATP的生成和利用途徑P2614、代謝產(chǎn)物理論產(chǎn)率系數(shù)和實(shí)際過程產(chǎn)率系數(shù)有何區(qū)別？影響實(shí)際過程產(chǎn)率系數(shù)的因素有哪些？答：假設(shè)發(fā)酵過程中完全沒有菌體生成，則Yp/s可以達(dá)到最高值，即為理論代謝產(chǎn)物產(chǎn)率，可以根據(jù)化學(xué)計(jì)量關(guān)系、生物化學(xué)計(jì)量關(guān)系計(jì)算。而在實(shí)際發(fā)酵過程中的義際產(chǎn).率是變化的，步以需對(duì)產(chǎn)率系數(shù)的概念進(jìn)行修正。實(shí)際產(chǎn)率值取決于各種生物和物理參數(shù)。¥="株、底物、口、腕3父。爾,式中科為比生長(zhǎng)速率；m為混合度；s為底物濃度；t為平均停留時(shí)間；tm為混合時(shí)間；OTR為氧傳遞速度15、微生物反應(yīng)動(dòng)力

10、學(xué)模型的類型及著眼點(diǎn)。Monod模型屬于什么模型？其使用的條件包括哪些？答：（1）類型：可分為概率論模型和決定論模型兩大類，其中決定論模型又可分為均相模型和生物相分離模型，或結(jié)構(gòu)模型與非結(jié)構(gòu)模型。著眼點(diǎn)：對(duì)底物、菌體和產(chǎn)物3個(gè)狀態(tài)變量進(jìn)行數(shù)學(xué)描述（2）非結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型（3）滿足的條件為：菌體生長(zhǎng)為均衡性非結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)；培養(yǎng)基中只有一種底物是生長(zhǎng)限制性底物；菌體產(chǎn)率系數(shù)恒定16、對(duì)于一個(gè)具體的發(fā)酵產(chǎn)品，需要使用哪些模型才能完整地對(duì)其進(jìn)行描述？為什么？答：（1）溫度和pH恒定時(shí)，科隨培養(yǎng)基組分濃度變化而變化。若著眼于某一特定培養(yǎng)基組分的濃度s,并假設(shè)其它培養(yǎng)基組分濃度不變，則得到Monod模型為：科=

11、max（2）延遲期動(dòng)力學(xué)模型MGUnamaxsu。e±tL）Kss（3）生長(zhǎng)穩(wěn)定期動(dòng)力學(xué)模型：rX=a.xK（1s-x/3）a和3是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，取a=科max和3=xmax,在微生物生長(zhǎng)停止時(shí)才出現(xiàn)產(chǎn)物形成的情況下，它具有較好的適用性。細(xì)胞的生長(zhǎng)、繁殖代謝是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程，該過程既包括細(xì)胞內(nèi)的生化反應(yīng)，也包括胞內(nèi)與胞外的物質(zhì)交換，還包括胞外物質(zhì)的傳遞及反應(yīng)。該體系具有多相、多組分、非線性的特點(diǎn)。同時(shí)，細(xì)胞的培養(yǎng)和代謝還是一個(gè)復(fù)雜的群體的生命活動(dòng)，每個(gè)細(xì)胞都經(jīng)歷著生長(zhǎng)、成熟直至衰老的過程，同時(shí)還伴有退化和變異。要對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜的體系進(jìn)行精確的描述，在各個(gè)發(fā)酵階段必須合適的發(fā)酵動(dòng)力

12、模型。為了優(yōu)化反應(yīng)過程，首先要進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，就必須在簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上建立過程的物理模型，再據(jù)此推導(dǎo)得出數(shù)學(xué)模型，對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行合理優(yōu)化。17、Gaden根據(jù)產(chǎn)物生成速率和細(xì)胞生長(zhǎng)速率之間的關(guān)系，將產(chǎn)物形成分成了哪幾種類型？除此之外,two還有哪兩種模型？答：類型I:也稱偶聯(lián)模型，即產(chǎn)物的形成與細(xì)胞的生長(zhǎng)相偶聯(lián)；或代謝產(chǎn)物的生成與微生物生長(zhǎng)完全同步。類型n：也稱部分偶聯(lián)模型，即產(chǎn)物的形成與底物的消耗存在部分偶聯(lián)。這類代謝產(chǎn)物通常是在能源代謝中間接生成的，代謝途徑較為復(fù)雜。類型出：也稱非偶聯(lián)模型，即產(chǎn)物的形成與細(xì)胞的生長(zhǎng)沒有直接關(guān)系，當(dāng)細(xì)胞處于生長(zhǎng)階段時(shí)，沒有產(chǎn)物積累，當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)停止以后，產(chǎn)物大量形

13、成。還有兩種模型：一種是qp與科負(fù)偶聯(lián)的模型，例如黑曲霉生產(chǎn)黑色素，其qp與科的關(guān)系可表示為：qp=qp,ma)-Yp/xw;另外一種是qp與科沒有關(guān)系的模型，一般只適用于休眠細(xì)胞中，此時(shí)細(xì)胞本身代謝僅利用少量底物，只起到酶載體的作用，有：rp=a.rx+3.x-kd.p18、發(fā)酵過程優(yōu)化一般包括哪些步驟？具體陳述答：簡(jiǎn)化、定量化、分離、建模型，最后把分離開的現(xiàn)象重新組合起來。反應(yīng)過程的簡(jiǎn)化：微生物反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，簡(jiǎn)化必須保證不損失基本信息，例如將微生物細(xì)胞當(dāng)作黑匣子，其簡(jiǎn)化的結(jié)果是從宏觀上通過分析、計(jì)算液相中各種濃度變化來間接地反應(yīng)細(xì)胞中發(fā)生的代謝反應(yīng)；定量化：分析方法的選擇必須要求可

14、以保證測(cè)定結(jié)果的可用性和代表性能夠滿足優(yōu)化的要求。分離：指在生物過程和物理過程的各種速度相互不影響的情況下，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以獲得關(guān)于生物和物理現(xiàn)象的數(shù)據(jù)，只能通過計(jì)算機(jī)模擬的方式，通過檢測(cè)液體培養(yǎng)基中的外部變化，才能來反應(yīng)代謝反應(yīng)的內(nèi)部變化。數(shù)學(xué)建模：是能以簡(jiǎn)化的形式表征過程行為，并實(shí)現(xiàn)特定目的的數(shù)學(xué)公式。數(shù)學(xué)模型可將特定結(jié)果通用化，并為推論系統(tǒng)的其它性質(zhì)提供基礎(chǔ)。19、系統(tǒng)優(yōu)化方法的基本原則，具體陳述答：(1)整體性原則：不能從系統(tǒng)的局部得出有關(guān)系統(tǒng)整體的結(jié)論；分系統(tǒng)的目標(biāo)必須服從于系統(tǒng)整體的目標(biāo)。(2)有序相關(guān)原則：凡是系統(tǒng)都是有序的，為獲得預(yù)期的整體功能，從方法論上應(yīng)把注意力集中于系統(tǒng)內(nèi)部

15、各要素(分系統(tǒng))之間的相互關(guān)聯(lián)上。(3)目標(biāo)優(yōu)化原則：是系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的指導(dǎo)思想和優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化問題是在不可控參數(shù)發(fā)生變化的情況下，根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，經(jīng)常、有效地確定可控參數(shù)的數(shù)值，使系統(tǒng)經(jīng)常處于最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)最優(yōu)化離不開系統(tǒng)模型化，先有模型化而后才有系統(tǒng)最優(yōu)化。(4)動(dòng)態(tài)性原則：應(yīng)把實(shí)施對(duì)象看作一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，分析系統(tǒng)內(nèi)外的各種變化，掌握變化的性質(zhì)、方向和趨勢(shì)，采取相應(yīng)的手段，改進(jìn)研究方法，在動(dòng)態(tài)變化中對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化。(5)分解綜合原則：分解對(duì)系統(tǒng)來說就是歸納出相對(duì)獨(dú)立、層次不同的分系統(tǒng)。綜合則是完成新系統(tǒng)的籌建過程，即選擇具有性能好、適用性強(qiáng)的分系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出它們的相互關(guān)系，形成具有更廣泛價(jià)值

16、的系統(tǒng)，以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。分解的原則是既要滿足系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求，又要便于進(jìn)行研究。一般可按結(jié)構(gòu)要素、時(shí)間要素、功能要素、空間狀態(tài)等方法進(jìn)行分解。(6)系統(tǒng)創(chuàng)造思維原則：其基本原則有兩條：第一、把陌生的事物看作熟悉的東西，用已有的知識(shí)加以辨識(shí)和解決。第二、把熟悉的對(duì)象看作陌生的東西，用新的方法、新的原則加以研究，從而創(chuàng)造出新的理論、新的技術(shù)?？傊?，對(duì)生物系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，首先是要構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)，然后使這一系統(tǒng)高效運(yùn)行。20、構(gòu)建ATP再生系統(tǒng)必須滿足那些條件？目前報(bào)道的ATP再生系統(tǒng)按底物不同可以分為哪幾類？根據(jù)酶源的不同，可分為哪幾類？各有何特點(diǎn)？答：(1)條件：用于合成產(chǎn)物的酶的活性必須足夠強(qiáng)且穩(wěn)定

17、；能夠大量提供廉價(jià)、穩(wěn)定的前體物質(zhì)；再生ATP的活性足夠強(qiáng)且穩(wěn)定，能與生物合成酶反應(yīng)成功耦合；提供廉價(jià)的能量底物和磷酸基團(tuán)供體以利于ATP再生；若有類似于分解反應(yīng)的有害副反應(yīng)，則必須對(duì)其加以控制；若底物或預(yù)定的產(chǎn)物不能透過細(xì)胞膜，則必須設(shè)法提高膜的通透性。(2)按底物不同來分類，目前所報(bào)道的ATP再生系統(tǒng)可以分為轉(zhuǎn)移高能磷酸基的反應(yīng)系統(tǒng)和用碳水化合物作基質(zhì)的反應(yīng)系統(tǒng)(3)根據(jù)酶源不同分的類型：自耦合ATP再生系統(tǒng)：在該系統(tǒng)中，生物合成酶反應(yīng)所消耗的ATP被具有ATP合成活性的同種微生物菌株再生，以后再用于生物合成反應(yīng)，故只需提供葡萄糖和目標(biāo)產(chǎn)物的前體，生物合成反應(yīng)便可以進(jìn)行下去。種間耦合ATP

18、再生系統(tǒng)：即一種微生物作為ATP合成活性的供體，另一種微生物作為于此相偶聯(lián)的生物合成酶活性的供體。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：合成酶活性供體可以自如地從多種微生物中選擇；采用重組DNA技術(shù)可顯著促進(jìn)特定酶的活性。21、ATP再生系統(tǒng)存在的問題答：第一、除了合成產(chǎn)物所需的關(guān)鍵酶以外，細(xì)胞內(nèi)還有許多種酶，其中一些具有分解活性，能將反應(yīng)的底物和預(yù)定的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物；第二、微生物細(xì)胞具有很強(qiáng)的自我保護(hù)功能，作為滲透屏障的細(xì)胞膜可防止胞內(nèi)物質(zhì)滲出。當(dāng)細(xì)胞用作酶源時(shí)，這種屏障就會(huì)阻礙底物和產(chǎn)物進(jìn)出細(xì)胞。因此，有必要尋求一種在不降低合成酶活性前提下提高細(xì)胞膜通透性的方法。22、采用ATP再生系統(tǒng)來生產(chǎn)有用物質(zhì)時(shí)，固

19、定化微生物細(xì)胞進(jìn)行這些有用物質(zhì)的生產(chǎn)具有什么優(yōu)點(diǎn)？答：優(yōu)勢(shì)：無需提取和純化酶的過程；細(xì)胞可重復(fù)利用；可實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作；反應(yīng)器占地??；反應(yīng)控制容易；處理的液體體積??；可獲得高純度產(chǎn)品；工廠污染減輕。23、E.colin-1是一株合成GSH的重組微生物，請(qǐng)分析有機(jī)溶劑和前體氨基酸對(duì)其合成GSH的影響答：細(xì)胞未經(jīng)有機(jī)溶劑處理，幾乎不能在胞外積累GSH而經(jīng)過一定濃度的甲苯（最好）、苯乙醇和甲醇處理后，胞外GSHB度明顯提高。主要是由于通過有機(jī)溶劑的處理，提高了細(xì)胞膜的通透性，使ATR其它底物及產(chǎn)物能夠自由出入細(xì)胞，從而促進(jìn)了GSH成反應(yīng)的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，隨L-Glu的濃度的增加，GSH的合成量相應(yīng)

20、增加；隨Gly濃度的增加，GSH的合成量很快增加至一高點(diǎn)，然后維持穩(wěn)定；隨L-Cys濃度的增加，GSH的合成量出現(xiàn)高點(diǎn)之后逐漸下降。上述結(jié)果表明，L-Glu很可能對(duì)GSH-I的活性具有促進(jìn)作用，而過高濃度的L-Cys很可能對(duì)GSH-I的活性有抑制作用。24、有機(jī)廢水處理如何與PHAs的合成耦合？分析影響耦合的有關(guān)因素答：該思路的具體實(shí)施包括5個(gè)方面合成廢水生產(chǎn)PHAs的初步條件；R.eutrophus發(fā)酵生產(chǎn)PHAs最佳有機(jī)酸種類，包括以有機(jī)酸為底物生產(chǎn)PHAs的代謝機(jī)理、理論產(chǎn)率和PHAs發(fā)酵的實(shí)際產(chǎn)率；高效厭氧酸化工藝，包括酸化率達(dá)100%時(shí)有機(jī)酸分布的工藝學(xué)條件等；在小型發(fā)酵罐中，以不同

21、濃度的酸化廢水為碳源進(jìn)行分批發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，在對(duì)PHAs發(fā)酵過程動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，建立較為合理的發(fā)酵過程動(dòng)力學(xué)模型；進(jìn)行有機(jī)廢水生產(chǎn)PHAs流加發(fā)酵的初步研究，比較分批和流加發(fā)酵過程中丁酸對(duì)PHAs產(chǎn)率的變化。影響耦合的因素：不同初始酸濃度對(duì)PHAs發(fā)酵過程的影響：產(chǎn)物分布影響因子的影響；HRT對(duì)酸化產(chǎn)物分布的影響；不同pH條件下UAS皈應(yīng)器出水產(chǎn)物分布的影響。25、在有機(jī)廢水酸化工藝中，HRT對(duì)酸化產(chǎn)物分布的影響？答：進(jìn)水葡萄糖濃度為30g/L,自然pH時(shí)，HRT對(duì)酸化產(chǎn)物的組成有明顯影響。HRT=3的，乳酸乙酸丁酸；隨著HRT的增加，酸化產(chǎn)物的組成發(fā)生變化，丁酸濃度大幅度增加，乳酸濃度下降，乙

22、酸和丙酸的濃度略有增加。因此，延長(zhǎng)HRT有可能使產(chǎn)酸相中丁酸成為主要產(chǎn)物。26、生物反應(yīng)與產(chǎn)物分離的組合系統(tǒng)具有什么特征？應(yīng)用該系統(tǒng)時(shí)，分離技術(shù)的選擇是關(guān)鍵，分離技術(shù)的選擇主要考慮哪些因素？?jī)?nèi)部隨程溶劑萃取和外部隨程溶劑萃取各有何特點(diǎn)？答：（1）3個(gè)特征：耦合過程是一種集成式單元操作，其生物反應(yīng)器具有特殊的結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物及時(shí)分離的方法必須考慮產(chǎn)物的特性及具體的生物反應(yīng)體系來合理選擇和設(shè)計(jì)；耦合過程作為一種新的反應(yīng)工程技術(shù)，可適用于各種生物反應(yīng)過程（2）分離技術(shù)的選擇主要基于4個(gè)方面的因素：分離技術(shù)應(yīng)當(dāng)具備生物相容性，適宜的分離技術(shù)對(duì)生物反應(yīng)不造成負(fù)面影響，不會(huì)造成生物催化劑或細(xì)胞的失活、變性和

23、死亡，也不會(huì)改變生物反應(yīng)的代謝和調(diào)節(jié)機(jī)制；應(yīng)當(dāng)考慮產(chǎn)物或副產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)特性；考慮系統(tǒng)的流體特性，因?yàn)榱黧w力學(xué)性質(zhì)決定并影響分離過程的傳質(zhì)，從而影響分離的容量和速度，如高粘度的非牛頓流體就不能用膜分離技術(shù)考慮工程及經(jīng)濟(jì)因素，理想的分離技術(shù)應(yīng)當(dāng)是操作費(fèi)用低、性能穩(wěn)定、工程上易于實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。3）內(nèi)部隨程萃取是指萃取劑在反應(yīng)器中與培養(yǎng)基直接接觸，以便將產(chǎn)物萃取到溶劑中去。內(nèi)部隨程萃取的特點(diǎn)是溶劑和液相混合均勻，因而有利于傳質(zhì)的進(jìn)行。但溶劑也可能在培養(yǎng)液中形成穩(wěn)定的乳化作用，這對(duì)溶劑和產(chǎn)物的分離不利。外部隨程萃取是指萃取劑和培養(yǎng)液在反應(yīng)器外的萃取裝谿中逆流接觸，從而萃取產(chǎn)物的過程。用這種方

24、法可以減輕內(nèi)部溶劑萃取中的乳化問題。27、流加發(fā)酵的分類答：（1）單一補(bǔ)料分批培養(yǎng)，特點(diǎn)是補(bǔ)料一直到培養(yǎng)液達(dá)到額定值為止，且在培養(yǎng)過程中不取出培養(yǎng)液。（2）重復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)，特點(diǎn)是在培養(yǎng)過程中每隔一定時(shí)間，取出一定體積的培養(yǎng)液，同時(shí)在同一時(shí)間間隔內(nèi)加入相等體積的培養(yǎng)液，如此反復(fù)。分五類：間歇補(bǔ)料操作流加發(fā)酵、連續(xù)補(bǔ)料操作流加發(fā)酵、循環(huán)補(bǔ)料操作流加發(fā)酵、循環(huán)連續(xù)補(bǔ)料操作流加發(fā)酵、循環(huán)間歇補(bǔ)料操作流加發(fā)酵。28、賴氨酸的生產(chǎn)方法有哪些？酶法生產(chǎn)賴氨酸的工藝有哪些？答：水解法（已淘汰）、合成法、酶法和直接發(fā)酵法。酶法（3種）：合成£-苯甲酰-a-乙酰-DL-賴氨酸，采用消旋酶處理制成e-苯

25、甲酰-L-賴氨酸，經(jīng)酸水解得產(chǎn)品；合成DL-4-氨基丁基乙內(nèi)酰月尿，采用微生物酶使其轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)-賴氨酸；由環(huán)己烯合成DL-氨基己內(nèi)酰胺，采用水解酶和消旋酶共同作用使其變成L-賴氨酸。29、目前通常采用哪些方法來保持高產(chǎn)菌株遺傳性能的穩(wěn)定，防止其回復(fù)突變？答：選育遺傳性能穩(wěn)定的菌株。經(jīng)誘變處理后，在易出現(xiàn)回復(fù)突變的培養(yǎng)基中反復(fù)傳代，選出不發(fā)生回復(fù)突變的菌株定向賦加生產(chǎn)菌的遺傳標(biāo)記。如選育雙缺菌株，增加抗回復(fù)突變性能；對(duì)于抗性株，盡量選育多重抗性突變株；在保藏過程中除選擇合理的保藏方法外，對(duì)于營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株要提供足夠的營(yíng)養(yǎng)物，抗性株可添加適量的抗性物質(zhì)必須定期進(jìn)行分離、純化工作，保持其遺傳性能的穩(wěn)定

26、。30、黃色短桿菌是我國(guó)賴氨酸發(fā)酵的常用菌株，請(qǐng)分析其產(chǎn)賴氨酸的合成途徑及調(diào)控機(jī)制，根據(jù)其賴氨酸合成途徑及代謝調(diào)控機(jī)制，可以采用哪些育種策略？這些問題與發(fā)酵過程優(yōu)化有什么關(guān)系？答：（1）如右圖：（2）切斷代謝支路：選育和應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株，切斷丙氨酸、蘇氨酸和蛋氨酸的分支途徑是積累賴氨酸的有效手段。解除反饋抑制：選育抗結(jié)構(gòu)類似物的突變株，可以得到對(duì)AK反饋抑制脫敏的菌株，代謝調(diào)節(jié)被遺傳性地解除，這是賴氨酸發(fā)酵育種的重要手段。特別是選育營(yíng)養(yǎng)缺陷型兼具結(jié)構(gòu)類似物抗性的突變株，極有希望獲得高產(chǎn)菌株。增加前體的生物合成：關(guān)鍵酶AK的催化反應(yīng)速度與底物天門冬氨酸濃度的之間的關(guān)系呈S型，隨著底物濃度的增加

27、，AK與天門冬氨酸的親和協(xié)同性增大。根據(jù)變構(gòu)酶的S型動(dòng)力學(xué)特性，為了提高賴氨酸的產(chǎn)量，應(yīng)設(shè)法增加前體物質(zhì)天門冬氨酸的濃度，以抵消變構(gòu)抑制劑的影響。因此選育丙氨酸缺陷型，抗天門冬氨酸結(jié)構(gòu)類似物的突變株。解除代謝互鎖：賴氨酸與亮氨酸的生物合成之間存在代謝互鎖，因此可以考慮選育亮氨酸缺陷型，抗亮氨酸結(jié)構(gòu)類似物的突變株。31、FB42（LeuThrAECrAHVrLysHxr是一株能大量合成賴氨酸的黃色短桿菌，在分批發(fā)酵中，初糖濃度、溶氧、pH對(duì)其發(fā)酵過程有什么影響？Thr、Leu、生物素對(duì)其分泌賴氨酸有何影響？為什么其發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型的建立需要首先進(jìn)行發(fā)酵過程的動(dòng)力學(xué)分析？應(yīng)當(dāng)如何評(píng)價(jià)所建立的動(dòng)力學(xué)模

28、型？答：（1）菌體濃度存在一個(gè)飽和值，只要滿足一定的初糖濃度，菌體的生長(zhǎng)都能達(dá)到這個(gè)飽和值。只是不同的初糖濃度時(shí)菌體達(dá)到飽和值的時(shí)間不一樣。隨著初糖濃度的逐漸升高，菌體濃度達(dá)到飽和值的時(shí)間將逐漸延長(zhǎng)，表明初糖濃度對(duì)FB42的生長(zhǎng)有抑制作用。對(duì)于菌體生長(zhǎng)來說，在滿足一定的溶氧水平前提下，菌體在不同的溶氧水平時(shí)其生長(zhǎng)量均能達(dá)到一個(gè)飽和值，但菌體的生長(zhǎng)速度不同。結(jié)合圖4-27和圖4-26發(fā)現(xiàn)，當(dāng)KLa=531.8h-1時(shí)，菌體的生長(zhǎng)比速最大，過高的（反而對(duì)菌體的生長(zhǎng)有抑制作用。綜合菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的結(jié)果表明，菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成所需的合適溶氧水平不一致。pH對(duì)許多酶的催化過程有很大的影響，pH變化能

29、改變體系酶的環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝流，使得誘導(dǎo)物和生長(zhǎng)因子在活性和非活性之間變化。pH的變化對(duì)賴氨酸的發(fā)酵影響很大：當(dāng)pH7.0時(shí)產(chǎn)酸最高，pH偏高或偏低，產(chǎn)酸均降低。pH對(duì)菌體生長(zhǎng)量總的來說影響不大，但進(jìn)一步的研究卻發(fā)現(xiàn)pH同時(shí)影響了菌體的生長(zhǎng)比速和產(chǎn)物的形成比速，偏低的pH對(duì)菌體生長(zhǎng)有利，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)pH6.0時(shí)菌體的生長(zhǎng)比速最高，而產(chǎn)物形成比速在pH7.0時(shí)最高。（2）當(dāng)蘇氨酸濃度150mg/L時(shí)，就能滿足菌體生長(zhǎng)的需求，且實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)過高的蘇氨酸濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)有抑制作用。對(duì)產(chǎn)酸而言，蘇氨酸濃度有一合適范圍（100350mg/L之間），過高對(duì)FB42產(chǎn)賴氨酸有抑制作用；亮氨酸對(duì)菌體生長(zhǎng)和

30、產(chǎn)酸的影響相似，即存在合適的生長(zhǎng)和產(chǎn)酸濃度（400600mg/L）,過高會(huì)抑制菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)酸；高生物素濃度將抑制谷氨酸的分泌而應(yīng)該有利于賴氨酸分泌。通過合成培養(yǎng)基進(jìn)行的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)表明，生物素濃度必須大于150pg/L。發(fā)酵中，添加3%勺玉米漿即可滿足要求。（3）建立和評(píng)價(jià)的一般規(guī)律：明確建模目的，主要從宏觀角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物最大生長(zhǎng)比速及最短生產(chǎn)周期，獲得滿意的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)要求動(dòng)力學(xué)模型盡量簡(jiǎn)單；對(duì)模型做出合理的假設(shè)，并確定模型應(yīng)用范圍；選擇合理的模型參數(shù)，模型中的參數(shù)最好容易測(cè)定，才能使控制容易進(jìn)行；建立模型來實(shí)施最佳工藝控制，建模才能夠通過優(yōu)化工藝和管理，將發(fā)酵控制在最佳工藝；模型的校驗(yàn)與

31、修改，模型是否合理，需要進(jìn)行試驗(yàn)和生產(chǎn)的檢驗(yàn)，以及進(jìn)行不要、合理的修改，修改從第步開始；對(duì)模型的評(píng)價(jià)主要考慮在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，模型是否符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果、是否簡(jiǎn)單、是否具有一定的通用性，參數(shù)是否恰當(dāng)，這些因素以生產(chǎn)中容易應(yīng)用為基本出發(fā)點(diǎn)。32、以賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)為例，請(qǐng)你結(jié)合發(fā)酵過程優(yōu)化的基本原理，談?wù)勀愕膬?yōu)化思路。33、以丙酮酸發(fā)酵生產(chǎn)為例，請(qǐng)你結(jié)合發(fā)酵過程優(yōu)化的基本原理，談?wù)勀愕膬?yōu)化思路。34、利用WSH-IP12菌株發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸時(shí)，氮源、碳氮比對(duì)其丙酮酸發(fā)酵有何影響？答：初始葡萄糖濃度為80g/L,當(dāng)培養(yǎng)基中蛋白月東濃度為15g/L時(shí)，丙酮酸產(chǎn)量較高，低于15g/L時(shí),葡萄糖消耗速度較慢，細(xì)胞干

32、重和丙酮酸產(chǎn)量也較低；而高于15g/L時(shí)，丙酮酸產(chǎn)量明顯下降。酵母粉是一種常用的氮源和生長(zhǎng)因子的來源，但隨著發(fā)酵培養(yǎng)基中酵母粉濃度的增大，細(xì)胞干重不斷增大而丙酮酸產(chǎn)量卻迅速降低”實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明酵母粉不適合研究菌株發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸。豆餅水解液濃度為5g/L時(shí)，發(fā)酵液中丙酮酸產(chǎn)量較高，但低于蛋白月東。不過，由于豆餅水解液來源廣、價(jià)格低，因而仍是一種有潛力的氮源。小型發(fā)酵罐的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：葡萄糖和蛋白月東的濃度按碳：氮=25:1的原則同時(shí)提高，丙酮酸的生產(chǎn)會(huì)得到促進(jìn)；若蛋白月東濃度保持不變，在此基礎(chǔ)上再提高葡萄糖濃度（即C:N增大），發(fā)酵后期（40h后）細(xì)胞生長(zhǎng)速度和葡萄糖消耗速度明顯下降，丙酮酸產(chǎn)率也

33、顯著降低。35、WSH-IP12與WSH-IP303相比主要有什么差異？維生素對(duì)WSH-IP303菌株過量合成丙酮酸中的影響答：（1）WSH-IP303可以以無機(jī)氮化合物為唯一氮源并大量積累丙酮酸，且WSH-IP303對(duì)氮源的需求量也有所下降；而WSH-IP12雖可利用硫酸鏤、氯化鏤、磷酸氫鏤和尿素為唯一氮源生長(zhǎng)，但其丙酮酸產(chǎn)量均不及以蛋白月東和豆餅水解液為氮源的情況。（2）培養(yǎng)基中若缺乏煙酸、硫胺素、口比哆醇和生物素中的任何一種，細(xì)胞生長(zhǎng)均很弱，丙酮酸產(chǎn)量也很低；細(xì)胞生長(zhǎng)不需要核黃素，但添加適量的核黃素對(duì)丙酮酸的生產(chǎn)有一定的促進(jìn)作用；細(xì)胞積累丙酮酸時(shí)，對(duì)不同維生素濃度變化的敏感程度不同。正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：硫胺素是影響細(xì)胞生長(zhǎng)、葡萄糖消耗及丙酮酸合成的最重要因素；增大毗哆醇、生物素和核黃素的濃度，對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和葡萄糖消耗沒有顯著影響，但對(duì)丙酮酸合成有一定的促進(jìn)作用；