发酵工程复习题

生物工程课后习题1、传统发酵工程与现代发酵工程的区别？为什么说发酵工程处于生物技术的核心地位？传统发酵工程：利用微生物的生长和代谢活动来大量生产人们所需产品的过程理论与工程技术体系。该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术集成。现代发酵工程：是将DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化与放大技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术体系（新一代工业生物技术）。生物技术：应用自然科学和工程学的原理，依靠生物及其细胞的催化作用，将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。发酵工程是酶工程和基因工程的表达，大部分生物技术的产品均要通过发酵工程来完成，所以说发酵工程处于生物技术的核心地位。2、发酵工程上、中、下游技术分别主要包括哪些内容？上游技术：优良种株的选育和保藏（包括菌种筛选、改造，菌种代谢路径改造等）中游技术：发酵过程控制，主要包括发酵条件的调控，无菌环境的控制，过程分析和控制等下游技术：分离和纯化产品。包括固液分离技术、细胞破壁技术、产物纯化技术，以及产品检验和包装技术等3、微生物发酵过程优化技术五大目标是什么？可以在哪些水平实现过程优化的目的？高产量：微生物生理、遗传、营养及环境因素高转化率：微生物代谢途径和过程条件高效率：微生物反应动力学和系统优化低成本：技术综合及产业化技术集成环境友好：开发清洁生产技术4、发酵工业的特点及应用范围？1、发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。2、可用较廉价原料生产较高价值产品。3、反应专一性强。4、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的生物转化修饰。5、发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。6、菌种是关键。7、发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制。5、发酵工业的基本生产过程？1.用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制2.培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌3.扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中4.控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物5.将产物提取并精制，以得到合格的产品6.回收或处理发酵过程中所产生的三废物质1、常用的工业微生物种类？细菌：醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌、乳酸杆菌、乳链球菌、枯草芽孢杆菌、丙酮丁醇梭菌、大肠杆菌、谷氨酸棒状杆菌酵母菌：酿酒酵母、假丝酵母属（产朊假丝酵母、解脂假丝酵母、热带假丝酵母）、毕赤酵母属、汉逊酵母属霉菌：曲霉属（米曲霉、黑曲霉）、青霉属（青霉菌、桔青霉）、根霉属（德氏根霉、米根霉、小麦曲根霉）、红曲霉属（紫红曲霉）放线菌：链霉菌属、小单孢菌属、地中海诺卡氏菌2、发酵工业菌种选择的总趋势？野生菌→变异菌自然选育→代谢控制育种诱发基因突变→基因重组的定向育种3、菌种选择的要求？A、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，且生成的目的产物产量高、易于回收；B、生长速度和反应速度较快，发酵周期较短；C、培养条件易于控制；D、抗噬菌体及杂菌污染的能力强；E、菌种不易变异退化；F、对放大设备的适应性强；G、菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。4、工业菌种来源途径？从被污染的生产及科研用菌中分离目的菌；生产中长期使用的菌种的定期分离筛选；从各种育种方法处理的微生物材料中分离筛选适于工业目的的优良菌株；从保藏机构获取菌种；从已知菌种和大自然中分离新菌株；寻找新的发酵产品的产生菌；寻找老产品的新的优良菌株5、工业用新菌株分离、筛选的步骤？调查研究→设计实验方案→含微生物样品采样→样品预处理→菌种分离→菌种纯化→复筛→纯化→再复筛→选出较优菌株→保藏1、工业上对菌种选择有何要求？A菌种不能是病原菌，不能产生任何有害的生物活性物质或毒素，确保其安全性。B在较短的发酵周期内产生大量的发酵产物C在发酵过程中不产生或少量产生余目标产品性质相近的副产物及其他产物，可提高营养物质的转化率，减少分离纯化的难度，降低成本，提高产品的质量。D生长繁殖能力强，生长、反应速度快，发酵周期短，产孢菌应具有较强的产孢子能力E原料来源广，价格低廉，菌种能高效地将原料转化为产品F对需要添加的前体物质有耐受能力，并不能将前体作为一般碳源利用G菌种纯，遗传特性稳定，抗噬菌体能力强，以保证生产的稳定性2、新菌种的分离、筛选的步骤及注意事项？步骤：调查定方案、采样、样品预处理、分离（选择性分离和随机分离）、发酵性能测定、筛选：预处理、初筛、平板培养找到目的菌落、筛选产物高菌株3、选择性分离法和随机分离法的原理及应用对象举例？选择性分离：根据菌种选择性特征（营养特征或生长特征）独特进行分离。控制营养成分控制培养基酸碱度、添加抑制剂、控制培养温度、控制通气条件。随机分离：无选择性特征。从产物入手，通过设计高产培养基和建立快速灵敏专一的筛选方法，从随机分离的菌落中筛选出所需的目的菌。（抗生素产生菌的筛选、生长因子产生菌的筛选）4、简述平板复印法和铺菌法分离微生物的原理？？？？5、发酵工业菌种改良的目的及常用方法？目的：提高目标产物的产量；提高目标产物的纯度，减少副产物；改良菌种性状，改善发酵过程；改变生物合成途径，以获得高产的新产品。常用方法：常规育种(诱变育种)、细胞工程育种、基因工程育种、代谢工程育种6、诱变育种的主要流程及应注意的问题？注意问题：A选择合适的出发菌株，合适的出发菌株就是通过育种能有效地提高目标产物产量的菌株。B复合诱变剂的使用，C诱变剂剂量的选择D变异菌株的筛选7、诱变育种中淘汰野生型菌株和检出营养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、菌丝过滤法、差别杀菌法和饥饿法等。抗生素法：A青霉素法（细菌），其基本原理是青霉素能抑制细菌细胞壁的生物合成，因而能杀死生长繁殖的细菌，但不能杀死处于休止状态的细菌。将诱变后的细菌培养在含有青霉素的基本培养基中，可淘汰大部分生长繁殖活跃的野生型细胞，从而达到“浓缩”营养缺陷型细胞的目的。B制霉菌素法（真菌），制霉菌素可与真菌细胞膜上的甾醇作用，从而引起细胞膜的损伤，因为它只能杀死生长繁殖着的酵母菌或霉菌，所以也可用于淘汰相应的野生型菌株和“浓缩”营养缺陷型菌株。菌丝过滤法:适用于丝状生长的真菌或放线菌。其原理是：在基本培养基中，野生型的孢子能发芽成菌丝，而营养缺陷型的孢子则不能。因此，可将诱变剂处理后的孢子在基本培养基中培养一段时间后，再用擦镜纸等合适滤纸过滤。重复数次后，就可去除大部分野生型个体，达到了“浓缩”营养缺陷型的目的。营养缺陷型菌株的检出方法有：逐个测定法、夹层平板法、限量营养法和影印接种法等。夹层培养法：先在培养皿上倒一薄层不含菌的基本培养基，待冷凝后加上一层混有经过诱变处理的菌液的基本培养基，其上再浇一薄层不含菌的基本培养基，使之成为“三明治”状。经培养后，对首次出现的菌落用记号笔一一标在皿底上。然后，再在皿内倒上一薄层第四层培养基--完全培养基。再经培养后所出现的形态较小的新菌落，多数是营养缺陷型。限量补充培养法：把诱变处理后的细胞接种在含有微量（0.01％以下）蛋白胨的基本培养基上，野生型细胞就迅速长成较大的菌落；而营养缺陷型则在生长缓慢，并只能形成微小的菌落。同样，如果想得到某一特定缺陷型菌株，也可直接在基本培养基上加入微量的相应物质。逐个检出法：把经诱变处理后的细胞涂布在平板上，待长成单个菌落后，用接种针或灭过菌的牙签把这些单个菌落逐个依次的分别接种到基本培养基和另一完全培养基上。经培养后，如果在完全培养基的某一部位上长出菌落，而在基本培养基的相应位置却不长，说明这是一个营养缺陷型突变株。8、菌种退化的原因及控制措施？菌种的衰退是由于微生物细胞内的DNA结构发生了变化，从而使由DNA决定的性状发生相应的变化，引起退化主要有原因：A、营养与环境条件引起的退化，菌种连续传代是菌种发生衰退的直接原因；B、自身突变（负突变）引起的退化，菌种的自身突变和回复突变是引起菌种自身退化的主要原因。控制措施：A控制传代次数B选择合适的培养条件C利用不同类型的细胞进行传代D选择有效的菌种保藏方法9、常用的菌种保藏方法及应用对象斜面低温保藏法：细菌、酵母菌、霉菌、放线菌液体石蜡油封保藏法：酵母菌、霉菌、放线菌、好氧细菌载体吸附保藏法：耐干燥菌种如产孢子的丝状真菌、放线菌或产芽孢的细菌真空冷冻干燥保藏法：除不产孢子的丝状真菌外的绝大部分微生物液氮超低温保藏法：各种微生物的保藏，尤适用于其他方法不理想、不产孢子的菌丝体第三章1、培养基的分类：孢子培养基：供制备孢子用种子培养基：满足菌种生长发酵培养基：满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代谢产物积累2、培养基的组成：碳源：凡能提供微生物营养所需碳素的物质即为碳源（糖类、油脂、有机酸、烃类戒低碳醇）。功能：为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分；为合成目的产物提供所需的碳成分。氮源：凡能提供微生物生长繁殖及产物合成所需氮元素的营养物质即为氮源（有机氮源：黄豆饼粉、花生饼粉、蛋白胨、玉米浆等；无机氮源：铵盐、硝酸盐、氨水）。功能：构成菌体细胞物质和含氮代谢物。无机盐和微量元素：微生物在生长繁殖和产物合成过程中，需要某些无机盐和微量元素（如镁、磷、钾、钠、铁等）作为微生物的生理活性物质的组成或活性作用的调节物。功能：生理活性物质的组成或生理活性作用的调节物，通常低浓度促进，高浓度抑制。水：功能，A作为溶剂，起到运输介质作用；B参与细胞内一系列生化反应；C维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定度天然构象；D控制细胞内的温度；E维持细胞自身正常形态；F微生物通过脱水作用与水合作用控制由多压机组成的结构生长调节物：（一）生长因子：广义说，凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质都称为生长因子(又称生长素)，包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等；狭义说，生长素仅指维生素。玉米浆、麸皮水解液、糖蜜、酵母等（二）前体：指加到发酵培养基中的某些化合物，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因其加入而有较大的提高。（三）促进剂：细胞生长非必需，但加入后却能提高产量的添加剂,称为促进剂。※3、培养基成分选择的原则A菌体的同化能力,B代谢的阻遏和诱导C合适的C、N比D合适的Ph第四章1、连续灭菌的流程与设备设备：（1）配料预热罐，将配制好的料液预热到，以免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声；（2）连消塔：用高温蒸汽使料液温度很快升高到灭菌温度（1）；3）维持罐：使料液在灭菌温度下保持。因为：连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的；（4）冷却管：使料液冷却到后（冷水喷淋），输送到预先灭菌过的罐内。流程：※2、对数残留定律对数残留定律：在一定温度下，微生物受热死亡的速率与任何瞬间残留的活菌数成正比3、湿热灭菌的原理及缺点？原理：由于蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。缺点：会破坏培养基中的营养成分，甚至会产生不利于菌体生长的物质。因此，在工业培养过程中，除了尽可能杀死培养基中的杂菌外，还要尽可能减少培养基中营养成分的损失。4、培养基在使用湿热灭菌时，灭菌温度与灭菌时间及对培养基营养成分的影响关系？结论1：当灭菌温度上升时，微生物杀死速率的提高要超过培养基成分的破坏速率的增加结论2:在灭菌时选择较高的温度、较短的时间，这样便既可达到需要的灭菌程度，同时又可减少营养物质的损失。5、湿热灭菌时，培养基灭菌时间的计算方法㏑(Ct/C0)=－ktt=2.303/k[lg(C0/Ct)]式中：C0、Ct分别为单位体积培养基灭菌前、后的含菌数。6、分批灭菌、连续灭菌优缺点？连续灭菌优点：1.高温短时灭菌，培养基营养成分损失少。2.发酵罐占用时间缩短，利用率高。缺点：1.设备复杂，操作麻烦,染菌机会多。2.不适合含大量固体物料的灭菌。配料罐连消泵连消塔维持罐冷却罐蒸汽蒸汽放汽冷却水无菌培养基进发酵罐分批灭菌：优点：1.设备要求