微生物发酵简答题

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1、简答题1、请简述发酵工程发展史上的四个转折点。答：第一个转折点：非食品工业；第二个转折点：青霉素抗菌素发酵工业； 第三个转折点：切断支路代谢:酶的活力调控,酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏),解除菌体自身的反馈调节,突变株的应用,前体、终产物、副产物等；近代转折点：基因、动物、海洋2、请简述20世纪70年代现代生物技术取得的标志性进展有哪些？答：细胞融合技术、基因操作技术等生物技术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有用的微生物；基因组与基因组功能；细胞大规模培养微生物、动植物细胞、藻类细胞等。3、请简述工业化生产对菌种的要求有哪些？答：能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成

2、产物；有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强；遗传性能要相对稳定；不易感染它种微生物或噬菌体；生产菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）；生产特性要符合工艺要求。4、请简述菌种选育与分子改造的目的与方法。答：目的：防止菌种退化；解决生产实际问题；提高生产能力；提高产品质量；开发新产品。方法：基因突变：自然选育、诱变育种；基因重组：杂交、原生质体融合、基因工程；基因的直接进化：点突变、易错PCR、同序法DNAShuffling等.5、请简述工业生产对发酵培养基的要求。答：1.培养基能够满足产物最经济的合成。2.发酵后所形成的副产物尽可能的少。3.培养基的原料

3、应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的供应。4.所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。6、请解释在发酵培养基中添加产物促进剂为什么能够提高产量？答：促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的。有些促进剂本身是酶的诱导物；有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产；也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。7、请简述培养基设计的步骤。答：根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基

4、成分；通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适；的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。9、请简述生产车间种子制备阶段培养基选择的原则。答：目的：获得一定数量和质量的菌体，因此培养基的选择应首先考虑的是有利于孢子的发育和菌体的生长，所以营养要比发酵培养基丰富。在原料方面：不如实验室阶段那么精细，而是基本接近于发酵培养基，这有两个方面的原因:一是成本,二是驯化.10、请简述发酵过程自动控制过程对传感器有何特殊要求？答：由于微生物培养过程

5、是纯培养过程，无菌要求高，因此对传感器有特殊要求：插入罐内的传感器必须能经受高压蒸汽灭菌（材料、数据）传感器结构不能存在灭菌不透的死角，以防染菌（密封性好）传感器对测量参数要敏感，且能转换成电信号。（响应快、灵敏）传感器性能要稳定，受气泡影响小。11、请简述pH对林可霉素发酵的影响。答：林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发酵液pH下降，待有机酸被生产菌利用，pH上升。若不及时补糖、(NH4)2SO4或酸，发酵液pH可迅速升到8.0以上，阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停止。对照罐发酵66小时pH达7.93，以后维持在8.0以上至115小时，菌丝浓度降低，NH2-N升高

6、，发酵不再继续。发酵15小时左右，pH值可以从消后的6.5左右下降到5.3，调节这一段的pH值至7.0左右，以后自控pH，可提高发酵单位。12、请简述发酵过程中污染不同种类和性质的微生物的影响。答：（1）污染噬菌体：噬菌体的感染力很强，传播蔓延迅速，也较防治，故危害极大。污染噬菌体后，可使发酵产量大幅度下降，严重的造成断种，被迫停产。（2）污染其它杂菌：有些杂菌会使生产菌自溶产生大量泡沫，即使添加消泡剂也无法控制逃液，影响发酵过程的通气搅拌。有的杂菌会使发酵液发臭、发酸，致使pH下降，使不耐酸的产品破坏。特别是染芽孢杆菌，由于芽孢耐热，不易杀死，往往一次染菌后会反复染菌。13、为什么蒸汽灭菌时

7、会产生大量泡沫呢？答：培养基和水的传热系数比空气的传热系数大，如果灭菌时升温太快，培养基急剧膨胀，发酵罐内的空气排出较慢，就会产生大量泡沫，泡沫上升到发酵罐顶，泡沫中的耐热菌就不能与蒸汽直接接触，未被杀死。14、为什么工程菌存在生长障碍？答：重组菌携带外源基因，加重代谢负担，生长缓慢重组蛋白不能分泌到胞外，外源蛋白在菌体内合成后就会造成积累。高表达的外源蛋白尤其是高度疏水性蛋白对菌体有害，对细胞生长有抑制作用，甚至会导致细胞中毒或死亡,因此工程菌的比生长速率往往远小于宿主菌。15、试简述发酵工艺优化技术的类别。答：发酵工艺优化技术可归纳为如下几类：基于微生物反应原理的培养环境优化技术；基于微生

8、物代谢特性的分阶段培养技术；基于反应动力学和人工智能的优化和控制技术；基于代谢通量分析的过程优化技术；基于系统观点的生物反应系统优化技术；基于胁迫条件下微生物生理应答特性的发酵过程优化技术。16、简述造成不利于发酵的菌种生理状况改变的原因有哪些？答：基因突变；变异菌株性状分离；诱变的单菌落是由个以上孢子或细胞形成；菌落由个孢子或单个细胞形成，但它是多核细胞；单核孢子发生突变时，双链DNA上仅条链上某个位点发生变化，连续传代；其它因素；菌种保藏不当；生长条件不满足（培养基组成、培养条件）。17、请简述补料分批发酵的优点有哪些？答：在这样一种系统中可以维持低的基质浓度，避免快速利用碳源的阻遏效应；

9、可以通过补料控制达到最佳的生长和产物合成条件；还可以利用计算机控制合理的补料速率，稳定最佳生产工艺。18、作为理想消泡剂应具有哪些条件？答：答：在起泡液中不溶或难溶；表面张力低于起泡液；与起泡液有一定程度的亲和性；与起泡液不发生化学反应；挥发性小，作用时间长.19、简述对微生物生长过程进行优化的一般原理。答：简化、定量化、分离、建模型，最后把分离开的现象重新组合起来。反应过程的简化：微生物反应是一个复杂的过程，简化必须保证不损失基本信息，例如将微生物细胞当作黑匣子，其简化的结果是从宏观上通过分析、计算液相中各种浓度变化来间接地反应细胞中发生的代谢反应；定量化：分析方法的选择必须要求可以保证测定

10、结果的可用性和代表性能够满足优化的要求。分离：指在生物过程和物理过程的各种速度相互不影响的情况下，精心设计实验以获得关于生物和物理现象的数据，只能通过计算机模拟的方式，通过检测液体培养基中的外部变化，才能来反应代谢反应的内部变化。数学建模：是能以简化的形式表征过程行为，并实现特定目的的数学公式。数学模型可将特定结果通用化，并为推论系统的其它性质提供基础。20、用于在线检测的传感器必须满足哪些特殊要求？答：插入罐内的传感器必须能经受高压蒸汽灭菌（材料、数据）传感器结构不能存在灭菌不透的死角，以防染菌（密封性好）传感器对测量参数要敏感，且能转换成电信号。（响应快、灵敏）传感器性能要稳定，受气泡影响

11、小21、发酵过程泡沫产生的危害有哪些？答：降低生产能力、引起原料浪费、影响菌的呼吸、引起染菌。三、问答题1、发酵工程的概念是什么？发酵工程基本可分为那两个大部分，包括哪些内容?答：发酵工程是利用微生物特定性状好功能，通过现代化工程技术生产有用物质或其直接应用于工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。也可以说是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工程化的发展，由于主要利用的是微生物发酵过程来生产产品，因此也称为微生物工程。 一.发酵部分: 1.菌种的特征和选育 2.培养基的特性，选择及其灭菌理论 3发酵液的特性 4.发酵机理。

12、 5.发酵过程动力学 6.空气中悬浮细菌微粒的过滤机理 7.氧的传递。溶解。吸收。理论。 8.连续培养和连续发酵的控制 二.提纯部分 1.细胞破碎，分离 2.液输送，过滤. 除杂 3.离子交换渗析，逆渗透，超滤 4.凝胶过滤，沉淀分离 5溶媒萃取，蒸发蒸馏结晶，干燥，包装等过程和单元操作 2、现代发酵工程所用的发酵罐应具备那些特征？答：（1）、发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率较高；（2）、发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时，要承受一定的压力（气压和液压）和温度；（3）、发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧；（4

13、）、发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污纳垢，保证灭菌彻底，防止染菌；（5）、发酵罐应具有足够的冷却面积；（6）、搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。3、微生物发酵的种子应具备那几方面条件？答:（1）、菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。（2）、生理性状稳定。（3）、菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要就。（4）、无杂菌污染。（5）、保持稳定的生产能力。4、发酵工业上常用的氮源有那些，起何作用？答：氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。 1、无机氮源种类：氨盐、硝酸盐和氨水特点：微生物对它们的吸收快，所以也称

14、之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。 所以选择合适的无机氮源有两层意义： 满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的pH2、有机氮源来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼粉、黄豆饼粉

15、、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响，而另一方面有机氮源的来源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和使用过程中，必须考虑原料的波动对发酵的影响5、发酵产品的生产特点是什么，什么是种子扩大培养，其任务是什么？答： （2）、种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。（3）、种子扩大培养的任务： 现代的发酵

16、工业生产规模越来越大，每只发酵罐的容积有几十立方米甚至几百立方米，要使小小的微生物在几十小时的较短时间内，完成如此巨大的发酵转化任务，那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。（1）发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下： 1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。 2，发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 3，发酵过程是通过生物体的自动调节

17、方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单的代谢产物。 4，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。 5，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品

18、。 7，工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。 基于以上特点，工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比，现代发酵工程除了上述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的“工程菌来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样的生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。发酵产品的生产特点： 一般操作条件比较温和；以淀粉、糖蜜等为主，辅以少量有机、无机氮源为原料；过程反应以生命体的自动调节方式进行；能合成复杂的化合物如酶、光学活性体等；能进行一些特殊反应，如官能团导入；生产产品

19、的生物体本身也是产物，含有多种物质；生产过程中，需要防止杂菌污染；菌种性能被改变，从而获得新的反应性能或提高生产率。6、培养成分用量的确定有什么规律？答： （1）、参照微生物细胞内元素的比例确定。培养基的成分配比虽然千差万别，但都是用来培养某种微生物的，而不同类型的微生物细胞的成分比例其实是有一定规律的。这些规律可以在很大程度上知道培养基的基本成分配比的选择。 不同种类的微生物内某种成分的含量其实是比较稳定的。培养基最终会被微生物吸收利用，因此其成分比例可以参考该种微生物的成分比例，至少可以作为一个重要依据。另外，尽管不同种类的微生物的成分比例有一定的差异，但还是有一定共性的。所以培养基中这集

20、中营养成分不管由什么具体物质提供，其用量基本上也符合这种关系。（2）参照碳氮比确定。如果培养基中碳源过多，不利产物的合成。同样碳源过少或氮源过少对发酵的影响也是不利的。不同种微生物碳氮比差异很大，既是同种微生物在其不同生理时期对碳氮比要求也有不同，所以最适碳氮比要通过试验确定，一般在100：（120）之间。（3）、其他因素。培养基中一些用量极少的物质一般要严格控制，不能过量。例如，维生素、微量元素、某些生长因子、前体等。具体用量要通过试验确定。培养基中的一些成分的比例会影响培养基的某些理化性质，这时要引起重视。 7、叙述防止发酵菌种退化的具体条件措施有那些？答：（1）控制传代次数：尽量避免不必

21、要的移种和传代，并将必要的传代降低到最低限度，以减少细胞分裂过程中所产生的自发突变几率。（2）创造良好的培养条件：如在赤霉素生产菌G.fujikuroi的培养基中，加入糖蜜、天冬酰胺、谷氨酰胺、5-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时，有防止衰退效果。（3）利用不易衰退的细胞传代：对于放线菌和霉菌，菌丝细胞常含有几个细胞核，因此用菌丝接种就易出现衰退，而孢子一般是单核的，用于接种就可避免这种现象。（4）采用有效的菌种保藏方法（5）合理的育种：选育菌种是所处理的细胞应使用单核的，避免使用多核细胞;合理选择诱变剂种类或增加突变位点，以减少分离回复突变；在诱变处理后及分离提纯化，从而保证保藏菌种的纯度。（6

22、）、选用合适的培养基 在培养基中添加某种化学物质可以防止菌种退化。或者选取营养相对贫乏的培养基在菌种保藏培养基，限制菌株的生长代谢减少变异反而发生从而防止菌种的退化。8、如何选择最适发酵温度？答：1、根据菌种及生长阶段选择。微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。2、根据培养条件选择

23、。温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。3、根据菌生长情况菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。9、不同时间染菌对发酵有什么影响，染菌如何控制？答：（1）种子培养期染菌：由于接种量较小，生产菌生长一开始不占优势，而且培养液中几乎没有抗生素（产物）或只有很少抗生素（产物）

24、。因而它防御杂菌能力低，容易污染杂菌。如在此阶段染菌，应将培养液全部废弃。（2）发酵前期染菌：发酵前期最易染菌，且危害最大。原因 发酵前期菌量不很多，与杂菌没有竞争优势；且还未合成产物（抗生素）或产生很少，抵御杂菌能力弱。在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。染菌措施 可以用降低培养温度，调整补料量，用酸碱调pH值，缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。（3）发酵中期染菌 ：发酵中期染菌会严重干扰产生菌的代谢。杂菌大量产酸，培养液pH下降；糖、氮消耗快，发酵液发粘，菌丝自溶，产物分泌减少或停止，有时甚至会使已产生的产物分解。有

25、时也会使发酵液发臭，产生大量泡沫。措施 降温培养，减少补料，密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平可以提前放罐，或者抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐，抑制杂菌。（4） 发酵后期染菌：发酵后期发酵液内已积累大量的产物，特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。因此如果染菌不多，对生产影响不大。如果染菌严重，又破坏性较大，可以提前放罐。发酵染菌后的措施：染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。灭菌方法：可通蒸汽灭菌，也可加入过氧乙酸等化学灭菌剂搅拌半小时，才放下水道。否则由于各罐的管道相通，会造成其它罐的染菌，而且直接放下水道也会造成空气的污染而导致其它罐批染菌。 凡染菌

26、的罐要找染菌的原因，对症下药，该罐也要彻底清洗，进行空罐消毒，才可进罐。l 染菌厉害时，车间环境要用石灰消毒，空气用甲醛熏蒸。特别，若染l噬菌体，空气必须用甲醛蒸汽消毒10、发酵级数确定的依据是什么？答：一般由菌丝体培养开始计算发酵级数，但有时，工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数谷氨酸：三级发酵一级种子（摇瓶）二级种子 （小罐）发酵青霉素：三级发酵一级种子 （小罐）二级种子（中罐）发酵1、发酵级数确定的依据：级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响。2、级数大，难控制、易染菌、易变异，管理困难，一般2-4级。3、 在发酵产品的放大中，反应级数的确定是非常重要 的一个方面11、发挥菌种的最大生

27、产潜力主要考虑那几点？12、什么是半连续培养，说明其优缺点。答：在补料分批培养的基础上间歇放掉部分发酵液（带放）称为半连续培养。某些品种采取这种方式，如四环素发酵优点 放掉部分发酵液，再补入部分料液，使代谢有害物得以稀释有利于产物合成，提高了总产量。缺点 代谢产生的前体物被稀释，提取的总体积增大13、发酵工程主题微生物有什么特点？答：发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力 (2)有极强的消化能力 (3)有极强的繁殖能力14、什么叫染菌，对发酵有什么影响，对提炼有什么危害？答：染菌：发酵过程中除了生产菌以外，

28、还有其它菌生长繁殖染菌的影响：发酵过程污染杂菌，会严重的影响生产，是发酵工业的致命伤。 造成大量原材料的浪费，在经济上造成巨大损失l 扰乱生产秩序，破坏l生产计划。 遇到连续染菌，特别在找不到染菌原因往往会影响人们的情绪和生产积极性。l 影响产品外观及内在质量l发酵染菌对提炼的影响：染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯15、结合所学微生物发酵工程课程论述某个工业发酵产品的生产工艺流程（可画图说明），越详细越好。 答：培养基制备 、无菌空气制备 、菌种与种子扩大培养 、发酵培养 、通过化学工程技术分离、提取、精制。