發(fā)酵工程部分題庫及答案

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1、發(fā)酵工程??部分題庫及答案 1、舉出幾例微生物大規(guī)模表達的產(chǎn)品, 及其產(chǎn)生菌的特點？ A.蛋白酶　　表達產(chǎn)物一般分泌至胞外，能利用廉價的氮源，生長溫度較高，生長速度快,純化、分離及分析快速；安全性高，得到FDA的批準的菌種。 B.單細胞蛋白　　生長迅速，營養(yǎng)要求不高，易培養(yǎng)，能利用廉價的培養(yǎng)基或生產(chǎn)廢物。適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量高，質(zhì)量好。安全性高，得到FDA的批準的菌種。 C. 不飽和脂肪酸　　生長溫度較低，安全性高，能利用廉價的碳源，不飽和脂肪酸含量高， D.抗生素　　生產(chǎn)性能穩(wěn)定，產(chǎn)量高，不產(chǎn)色素，，能利用廉價原料 F. 氨基酸??? 代謝途徑比較清楚，代謝途徑比較簡單

2、2、工業(yè)化菌種的要求？ A能夠利用廉價的原料，簡單的培養(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單，或者說菌種改造的可操作性要強 C. 遺傳性能要相對穩(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（在分類學上最好與致病菌無關(guān)） F. 生產(chǎn)特性要符合工藝要求 4、討論：微生物（包括動、植物）可以生產(chǎn)我們所需的一切產(chǎn)品，但是涉及到工業(yè)化生產(chǎn)，對于某一種特定的產(chǎn)品，為何只有特定的微生物才具有大量表達的潛力？ 在不同的環(huán)境條件下，微生物細胞對遺傳信息作選擇性的表達，實現(xiàn)代謝的自動調(diào)節(jié)。代謝的協(xié)調(diào)能保證在任何特定時刻、特定的細胞空間，只合成必要的

3、酶系（參與代謝的多種酶）和剛夠用的酶量。一旦特定物質(zhì)的合成達到足夠的量，與這些物質(zhì)合成有關(guān)的酶就不再合成了。并且，已合成的酶的活力受到許多調(diào)節(jié)機制的控制，以確保新陳代謝全面協(xié)調(diào)，、為細胞的經(jīng)濟運行提供保證。因此，細胞固有的生產(chǎn)關(guān)系支持細胞自身的增殖（生產(chǎn)細胞），不支持（人的）目的產(chǎn)物的過量生產(chǎn)（生產(chǎn)特定的初級代謝產(chǎn)物）。而工業(yè)化生產(chǎn)要求特定表達某種或某類物質(zhì)，只有正常代謝被打破，代謝協(xié)調(diào)失常的微生物才能達到要求 5、自然界分離微生物的一般操作步驟？ 樣品的采取→預(yù)處理→培養(yǎng)→菌落的選擇→初篩→復(fù)篩→性能的鑒定→菌種保藏 6、從環(huán)境中分離目的微生物時，為何一定要進行富集培養(yǎng)？ 自然界中目

4、的微生物含量很少，非目的微生物種類繁多，進行富集培養(yǎng)， 使目的微生物在最適的環(huán)境下迅速地生長繁殖，數(shù)量增加，由原來自然條件下的劣勢種變成人工環(huán)境下的優(yōu)勢種，使篩選變得可能。 7、菌種選育分子改造的目的？ 防止菌種退化; 解決生產(chǎn)實際問題; 提高生產(chǎn)能力; 提高產(chǎn)品質(zhì)量; 開發(fā)新產(chǎn)品. 8、以目前的研究水平，土壤中能夠培養(yǎng)的微生物大概占總數(shù)的多少？什么是16sRNA同源性分析？ 目前能夠培養(yǎng)的微生物不到總數(shù)的1%。以16sRNA為靶基因，設(shè)計引物，建立pcr擴增體系，再通過DNA 測序進行細菌同源性分析。 9、什么叫自然選育？自然選育在工藝生產(chǎn)中的意義？ 自然選育就是不經(jīng)

5、人工處理，利用微生物的自然突變進行菌種選育的過程。 自然選育在工業(yè)生產(chǎn)上的意義：自然選育可以有效地用于高性能突變株的分離。然選育雖然突變率很低，但卻是工廠保證穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施。 10、什么是正突變？什么是負突變？什么是結(jié)構(gòu)類似物？ 生產(chǎn)上所不希望看到的，表現(xiàn)為菌株的衰退和生產(chǎn)質(zhì)量的下降，這種突變成為負突變。 生產(chǎn)上希望看到的，對生產(chǎn)有利，這種突變成為正突變。 結(jié)構(gòu)類似物：在化學和空間結(jié)構(gòu)上和代謝的中間物（終產(chǎn)物）相似，因而在代謝調(diào)節(jié)方面可以代替代謝中間物（終產(chǎn)物）的功能，但細胞不能以其作為自身的營養(yǎng)物質(zhì)。 《發(fā)酵工程與工藝學》試題庫及答案 10-202008-06-16 08:3

6、6:11?1 樓 11、什么是誘變育種？常用的誘變劑有哪些？ 誘變育種是指用物理、化學因素誘導植物的遺傳特性發(fā)生變異，再從變異群體中選擇符合人們某種要求的單株，進而培育成新的品種或種質(zhì)的育種方法。誘變劑有兩大類：物理誘變劑和化學誘變劑。 常用的物理誘變劑有紫外線、x射線、γ射線(如Co60等)、等離子、快中子、α射線、β射線、超聲波等。常用的化學誘變劑有堿基類似物、烷化劑、羥胺、吖定類化合物等。 12、什么是基因的重組？什么是基因的直接進化？二者有何區(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分子的過程 基因的直接進化：在分子水平

7、上，對目標基因直接處理，然后通過高通量的篩選方法，提高目標蛋白的性能?；虻闹苯舆M化，可使已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)用問題 13、什么是培養(yǎng)基?發(fā)酵培養(yǎng)基的特點和要求？ ?? 培養(yǎng)基：廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細胞生長繁殖所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)和原料。同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。 ①培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成。②發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。 ③培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運，適合大規(guī)模儲藏，能保證生產(chǎn)上的供應(yīng)。 ④/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

8、通氣、提取、純化及廢物處理等。必須提供合成微生物細胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。 ⑥有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。 ⑦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。⑧有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。 ⑨所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。 14、用的碳源有哪些？常用的糖類有哪些，各自有何特點？ 碳源:糖類（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（動、植物油）、有機酸（琥珀酸、檸檬酸、乳酸、乙酸等）和低碳醇（甲醇、乙醇等）。 葡萄糖，所有的微生物都能利用葡萄糖，但是會引起葡萄糖效應(yīng) 糖蜜，是制

9、糖生產(chǎn)時的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。主要含有蔗糖，總糖可達50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預(yù)處理。 淀粉、糊精，缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般>2.0%時加入一定的α-淀粉酶。成分比較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。優(yōu)點：來源廣泛、價格低，可以解除葡萄糖效應(yīng)。 15、什么是生理性酸性物質(zhì)？什么是生理性堿性物質(zhì)？ 經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的營養(yǎng)物叫生理酸性物質(zhì)，若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的營養(yǎng)物稱為生理堿性物質(zhì) 16、常用的無機氮源和有機氮源有哪些？有機氮源

10、在發(fā)酵培養(yǎng)基中的作用？ 常用的有機氮源有花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉、蛋白胨等；常用的無機氮源有氨水、銨鹽和硝酸鹽。 有機氮源在發(fā)酵培養(yǎng)基中的作用有：除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。誘導某些酶的產(chǎn)生。 17、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程中合成到產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。前體使用時普遍采用流加的方法。 18、什么是生長因子？生長因子的來源？ 凡是微生物生長不可缺少而細胞自身不能合成的微量的有機物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長

11、因子。 有機氮源是這些生長因子的重要來源 19、什么是產(chǎn)物促進劑？產(chǎn)物促進劑舉例？ 是指那些非細胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。 20、什么是理論轉(zhuǎn)化率？什么是實際轉(zhuǎn)化率？ 理論轉(zhuǎn)化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進行物料衡算，所得出的轉(zhuǎn)化率的大小。 實際轉(zhuǎn)化率是指實際發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)化率的大小 《發(fā)酵工程與工藝學》試題庫及答案 20-302008-06-16 08:51:03?2 樓 21、培養(yǎng)基設(shè)計的一般步驟？ ? ?1.根據(jù)前人的經(jīng)驗和培養(yǎng)基成分確定時一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分； 2.通過單因子實驗最終確定出最為適宜的培

12、養(yǎng)基成分； 3.當培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問題就是各成分最適的濃度，由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實驗次數(shù)常采用一些合理的實驗設(shè)計方法。 22、培養(yǎng)基成分選擇考慮的問題？ 1.菌種的同化能力 2.代謝的阻遏和誘導 3.合適的C、N比 4.pH的要求 23、讀書報告：舉例說明培養(yǎng)基設(shè)計的方法與步驟？ 24、討論：培養(yǎng)基優(yōu)化在發(fā)酵優(yōu)化控制中的作用與地位？ 發(fā)酵優(yōu)化控制分兩個階段： 第一階段控制菌體的生長，目的是使長好的菌體能處在最佳的產(chǎn)物合成狀態(tài)。培養(yǎng)基優(yōu)化應(yīng)該保證菌體快速生長，有利于產(chǎn)物合成和分泌的酶系開啟，而不利于產(chǎn)物合成酶系的關(guān)閉，處于最佳的產(chǎn)物合成狀態(tài)，并且副產(chǎn)物合成和分泌

13、的酶系盡可能的少開啟第二階段控控制產(chǎn)物的合成。該階段，培養(yǎng)基優(yōu)化應(yīng)使產(chǎn)物合成能較長時間保持在最大合成速度。副產(chǎn)物的的合成速率盡可能小。 25、什么是種子的擴大培養(yǎng)？ 種子擴大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、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)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養(yǎng),最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。 26.種子擴大培養(yǎng)的目的與要求？ 種子擴培的目的：接種量的需要，菌種的馴化，縮短發(fā)酵時間、保證生產(chǎn)水平 種子的要求：總量及濃度能滿足要求，生理狀況穩(wěn)定，個體與群體，活力強，移種至發(fā)酵后，能夠迅速生長，無雜菌污染 27、種子擴大培養(yǎng)的一般步驟？ 休眠孢子→母斜面活

14、化→搖瓶種子或茄子瓶斜面或固體培養(yǎng)基孢子→一級種子罐→二級種子罐→發(fā)酵罐 28、在大規(guī)模發(fā)酵的種子制備過程中，實驗室階段和生產(chǎn)車間階段在培養(yǎng)基和培養(yǎng)物選擇上各有何特點？ 實驗室階段培養(yǎng)物選擇的原則：種子能擴培到一定的量和質(zhì)，獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的孢子/菌體。培養(yǎng)基的選擇應(yīng)該是有利于菌體的生長，對孢子培養(yǎng)基應(yīng)該是有利于孢子的生長。在原料方面，實驗室種子培養(yǎng)階段，規(guī)模一般比較小，因此為了保證培養(yǎng)基的質(zhì)量，培養(yǎng)基的原料一般都比較精細。 生產(chǎn)車間階段培養(yǎng)物的選擇原則最終一般都是獲得一定數(shù)量的菌絲體。培養(yǎng)基選擇首先考慮的是有利于孢子的發(fā)育和菌體的生長，所以營養(yǎng)要比發(fā)酵培養(yǎng)基豐富。在原料方面：不如實驗

15、室階段那么精細，而是基本接近于發(fā)酵培養(yǎng)基，這有兩個方面的原因: 一是成本二是馴化 29、什么是接種量？對于細菌、放線菌及霉菌常用的接種量是多少？ 接種量＝移入種子的體積/接種后培養(yǎng)液的體積 細菌5℅、放線菌20℅ 霉菌10℅ 30 什么是發(fā)酵級數(shù)？發(fā)酵級數(shù)對發(fā)酵有何影響，影響發(fā)酵級數(shù)的因素有哪些？ 一般由菌絲體培養(yǎng)開始計算發(fā)酵級數(shù)，但有時，工廠從第一級種子罐開始計算發(fā)酵級數(shù) 發(fā)酵級數(shù)對發(fā)酵影響：1.種子級數(shù)少，可簡化工藝和控制，減少染菌機會 2.種子級數(shù)太少，接種量小，發(fā)酵時間延長，降低發(fā)酵罐的生產(chǎn)率，增加染菌機會 3.級數(shù)大，難控制、易染菌、易變異，管理困難，一般2-4級。

16、 4.在發(fā)酵產(chǎn)品的放大中，反應(yīng)級數(shù)的確定是非常重要的一個方面 影響發(fā)酵級數(shù)的因素：(1)菌種生長特性,孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度;(2) 發(fā)酵規(guī)模.（3）工藝要求.（4）接種量的影響. 《發(fā)酵工程與工藝學》試題庫及答案 30-402008-06-16 08:52:33?3 樓 31、什么是種齡？事宜種齡確定的依據(jù)？ 種齡是指種子罐中培養(yǎng)的菌體開始移入下一級種子罐或發(fā)酵罐時的培養(yǎng)時間。 原則：對數(shù)生長期末，細胞活力強，菌體濃度相對較大，但是最終由實驗結(jié)果定。 32、讀書報告：結(jié)合具體的產(chǎn)品理解種子質(zhì)量控制的方法，以及認識種子質(zhì)量對發(fā)酵的影響？ 影響斜面種子質(zhì)量的因素:(1)原材料質(zhì)量，

17、水質(zhì)，培養(yǎng)基pH.(2)滅菌條件，(3)接種量，(4)溫度，通風、(5)培養(yǎng)時間(6)有害氣體或揮發(fā)物(7) 冷藏條件 種子質(zhì)量好：1. 縮短發(fā)酵時間、保證生產(chǎn)水平. 2. 無雜菌污染. 3移種至發(fā)酵后，能夠迅速生長.4.泡末產(chǎn)生少. 5.產(chǎn)物生成速率大. 6.副產(chǎn)物合成少. 7.對下游分離純化有利 33、接種、倒種、雙種？ 接種：接入種子罐后直接移種到發(fā)酵罐。雙種：兩個種子罐種子接種到一個發(fā)酵罐中。倒種：一部分種子來源于種子罐，一部分來源于發(fā)酵罐。 34、什么是菌體的生長比速？產(chǎn)物的形成比速？基質(zhì)的消耗比速？維持消耗？ 菌體的比生長速率：單位重量的菌體瞬時增量 μ=（dx/dt）

18、/x；單位為1/h，其中x—菌體濃度（g/L ） 產(chǎn)物的形成比速：單位時間內(nèi)單位菌體形成產(chǎn)物（菌體）的量 π=（dp/dt）/x,；單位為1/h，其中p—產(chǎn)物濃度（g/L ） 基質(zhì)的比消耗速率:單位時間內(nèi)單位菌體消耗基質(zhì)的量 ? =（ds/dt）/x；單位為1/h，其中s—底物濃度（g/L ） 35、什么是Monod方程其使用條件如何？各參數(shù)的意義與求解？ 當培養(yǎng)基中不存在抑制細胞生長的物質(zhì)時，細胞的生長速率與基質(zhì)濃度關(guān)系（Monod方程式）如下： μ=μmax S/（Ks+ S） μ：菌體的生長比速. S：限制性基質(zhì)濃度. Ks：半飽和常數(shù). μmax: 最大比生長速度 M

19、onod方程的參數(shù)求解(雙倒數(shù)法)：將Monod方程取倒數(shù)可得： 1/μ=1/μmax+ Ks/μmax S或S/μ= S/μmax+ Ks/μmax 這樣通過測定不同限制性基質(zhì)濃度下，微生物的比生長速度，就可以通過回歸分析計算出Monod方程的兩個參數(shù)。 36、什么是初級代謝產(chǎn)物？什么是次級代謝產(chǎn)物？ 初級代謝產(chǎn)物是指微生物產(chǎn)生的，生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸等。 次級代謝產(chǎn)物是指由微生物產(chǎn)生的，與微生物生長、繁殖無關(guān)的一類物質(zhì)。 37、什么是一類發(fā)酵？二類發(fā)酵？三類發(fā)酵？ 一類發(fā)酵：產(chǎn)物形成與底物利用直接相關(guān)，為生長聯(lián)系型，又稱簡單發(fā)酵型，產(chǎn)物直接由碳源代謝而來,產(chǎn)

20、物生成速度的變化與微生物對碳源利用速度的變化是平行的，產(chǎn)物生成與微生物的生長也是平行的。在這些發(fā)酵過程中，菌體的生長、基質(zhì)的消耗、產(chǎn)物的生成三個速度都有一個高峰，三高峰幾乎同時出現(xiàn)。 二類發(fā)酵：產(chǎn)物形成與底物利用間接相關(guān)，為部分生長聯(lián)系型，又稱中間發(fā)酵型，產(chǎn)物不是碳源的直接氧化產(chǎn)物，而是菌體代謝的主流產(chǎn)物。它的特點是在發(fā)酵的第一時期碳源大量消耗用于菌體的迅速增長而產(chǎn)物的形成很少或全無，第二時期碳源大量消耗用于產(chǎn)物的高速合成及菌體的生長。 三類發(fā)酵：產(chǎn)物形成與底物利用不相關(guān)，為非生長聯(lián)系型，又稱復(fù)雜發(fā)酵型，產(chǎn)物的生成在菌體生長和基質(zhì)消耗完以后才開始，與菌體生長不相關(guān)，與基質(zhì)消耗無直接關(guān)系，所

21、形成的產(chǎn)物為次級代謝產(chǎn)物。 38、什么是連續(xù)培養(yǎng)？什么是連續(xù)培養(yǎng)的稀釋率？ 由于新鮮培養(yǎng)基不斷補充，所以不會發(fā)生營養(yǎng)物的枯竭，另一方面，發(fā)酵液不斷取出，發(fā)酵罐內(nèi)的微生物始終處于旺盛的指數(shù)生長期，罐內(nèi)細胞濃度X、比生長速率μ、以及t, pH等都保持恒定。 稀釋率(D):補料速度與反應(yīng)器體積的比值(h-1) 39、解釋連續(xù)培養(yǎng)富集微生物的原理？ 菌的積累速率=生長速率-流出速率,調(diào)節(jié)培養(yǎng)基,使目的菌的流出速率<生長速率,雜菌的流出速率>生長速率,就起到富集作用 40、何氧容易成為好氧發(fā)酵的限制性因素？ 氧是需氧微生物生長所必需的。氧往往容易成為控制因素，是因為氧在水中的溶解度很低，培養(yǎng)基因含有大量的有機和無機物質(zhì)，氧的溶解度比水中還要更低。在對數(shù)生長期即使發(fā)酵液中的氧濃度達到飽和，若此時終止供氧，發(fā)酵液中的溶氧可在幾分鐘內(nèi)全部耗盡，使溶氧成為控制因素。