发酵工程课后题参考答案文档格式.doc
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3.扩大培养有活性的适量纯种，以一定的比例将菌种介入发酵罐中。
4.控制合适的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形成的三毁无知。
四.结合科学发展和国家的需要，讨论发酵工业的发展前景、
发酵工程未来的发展趋势主要有以下几大方面:
1.基因工程的发展为发酵工程带来了新的活力。
主要是以基因工程为龙头，对传统发酵工业进行改造，提高发酵单位，建立新型的发酵产业。
2.新型发酵设备的研制为发酵工程提供先进的工具。
新型发酵设备主要是指发酵罐，也可以称为生物反应器。
3.大型化，连续化，自动化控制技术的应用为发酵工程的发展提供了新空间。
这些技术的应用，大大提高了发酵的效率和质量，降低了能耗和成本，开拓了发酵原料的来源和用途，提高了设备的利用率。
4.强调代谢机理与调控的研究，使微生物的发酵技能得到进一步的开发。
5.生态型发酵工业的兴起开拓了发酵的新领域。
6.再生资源的利用给人们带来了希望。
对各种废弃物的处理和转化，变害为宝，实现无害化，资源化和产业化具有重大的意义。
五.简述发酵工程与生物技术和生物工程其它学科的区别和联系。
现代身无技术作为生命科学的核心备受重视，它可以解决可持续发展中的粮食，能源，资源，环境等各方面的问题。
通常身无技术可分为基因工程，细胞工程，发酵工程，酶工程，升华工程等五个方面，它们紧密相连，不可分割。
发酵工程和生化工程通常合称为中下游生物技术，是现代生物技术实验成果产业化的关键技术，发酵工程更具有连接生物技术上下游的纽带作用，学科地位显而易见。
第四章
一.试述消毒和灭菌的区别。
消毒是用物理或化学的方法杀死无聊和设备中所有生命无知的过程。
灭菌是用无力或化学的方法杀死空气，地表以及容器和器具表面的微生物。
消毒和灭菌的区别一方面在于消毒仅仅杀死生物体或非生物体表面的微生物，而灭菌是杀死所有的生命体。
另一方面在于消毒一般只能杀死营养细胞，而不能杀死细菌芽胞和真菌孢子等，适合于发酵车间的环境和发酵设备，器具的无菌处理。
二.染菌对发酵有什么危害，对产物有什么危害？
试从污染杂菌的种类分析发酵污染的原因，染菌以后应采取那些措施？
染菌对发酵及发酵产物的危害如下：
1.由于杂菌污染，使发酵培养基因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。
2.杂菌合成了一些新的代谢产物，或杂菌污染后改变了培养基的理化性质，使发酵产物的提取和分离变得困难，再成产物收率或产品质量的下降。
3.杂菌代谢会改变元反应体系的PH，使发酵发生一场的变化。
4.杂菌分解产物，是生产失败。
5.细菌发生噬菌体污染，卫生物细胞被破裂，导致整个发酵的失败。
三.如何避免菌种在移接过程中染菌？
为了避免军中在移接过程中的染菌，首先要严格无菌室制度，严格控制无菌室的洁净程度，根据生产工艺的要求，建立合理的无菌室，并交替使用各种灭菌手段对无菌室进行灭菌。
另外将种子的转移，接种等操作放在超净工作台上进行，严格按照无菌操作要求接种。
四.简述染菌的检验方法及染菌类型的判断。
生产上要求准确，迅速的方法来检查出污染杂菌的类型及其可能的染菌途径，目前有一下几种常用的方法。
1.显微镜检查法。
通常用简单的染色法或革兰氏染色法，将菌体染色后镜检。
对于霉菌，酵母发酵，先用低倍镜观察生产菌的特征，然后用高倍镜观察有无杂菌的存在。
根据生产菌与杂菌的不同特征来判断是否杂菌，必要时还可用芽胞染色或鞭毛染色。
2.平板划线培养检查法。
先将待检样品爱无菌平板上划线，根据可能的染菌类型分别置于37或27摄氏度下培养，8个小时后可观察到是否有杂菌污染。
对于噬菌体检查，可采用双层平板培养法。
3.肉汤培养检查法。
将待检样品介入无菌的肉汤培养基中，分别置于37或27摄氏度下进行培养，随时观察微生物的生长情况，并取样镜检，判读是否有杂菌污染及杂菌的类型。
4.发酵过程的异常现象观察法。
发酵过程出现的异常现象如溶解氧，PH，尾气中二氧化碳含量，发酵液的粘度等的异常变化，都可能产生染菌的重要信息，也根据这些异常现象来分析发酵是否染菌。
五.简述影响培养基灭菌效果和灭菌时间的因素有那些？
影响培养基灭菌效果和灭菌时间的因素有很多，主要有以下几种因素：
污染杂菌的种类，数量，灭菌的温度，压力和时间，培养基的成分，PH，物理状态，泡沫以及微生物德尔热阻等。
六.感染了噬菌体后应采取哪些措施？
在细菌或放线菌发酵过程中，由于噬菌体的感染力非常强，传播蔓延迅速，发酵体系容易受噬菌体的污染。
噬菌体易在空气中传播，因此环境污染是噬菌体染菌的主要根源。
目前最有效的防止噬菌体感染的方法是以净化环为中心的综合防治法，主要有净化生产环境，消灭污染源，提高空气的净化度，保证纯种培养，轮换使用同类型的菌种，使用抗噬菌体的军中，改进设备装置消灭死角，遵从操作规范等措施。
若在培养前期染菌，重新灭菌然后重新接种：
若培养中后期染菌，则要倒掉培养基，重新配制。
七.为提高空气过滤除菌效率可采取哪些有效措施？
提高空气过滤除菌效率生产上进场采用以下一些措施：
1.正确选择采气口，提高采气口的位置或安装前置粗过滤器，提高空压机进口空气的洁净度等。
2.根据发酵工厂地理气候条件，设计合理的空气预处理流程，尽可能的减少过滤空气的含油量和湿度，适当的提高空气的温度，降低空气的相当湿度，保持过滤的干燥状态。
此外，防止空气过滤器的渗漏，勿使冷却水进入空气处理系统。
3.设计和安装合理的空气过滤器，防止过滤器失效，选择除菌效率高的过滤介质。
（苏磊）
第二章
1发酵工业用菌种应具备哪些特点？
①能在廉价原料制成的培养基上生长，且生成的目的产物产量高、易于回收；
②生长较快，发酵周期短；
③培养条件易于控制；
④抗噬菌体及杂菌污染的能力强；
⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定；
⑥对放大设备的适应性强；
⑦菌种不是病原菌，不产生任何的生物活性物质和毒素。
2.什么是选择性培养基？
它在菌种筛选中有何应用价值？
试举例说明选择性培养基的筛选原理。
选择性培养基是用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。
根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长，提高所需微生物的分离效率。
一种类型选择培养基是依据某些微生物的特殊营养需求设计的，也可以称为富集培养基。
例如，利用以纤维素或石蜡油作为唯一碳源的选择培养基；
利用以蛋白质作为唯一氮源的选择培养基；
缺乏氮源的选择培养基等。
另一种类型选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用，对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物。
例如，在培养基中加入数滴10％酚可以抑制细菌和霉菌的生长，从而从混杂的微生物群体中分离出放线菌；
在培养基中加入亚硫酸铋，可以抑制革兰氏阳性细菌和绝大多数革兰氏阴性细菌的生长，而革兰氏阴性的伤寒沙门氏菌可以在这种培养基上生长；
在培养基中加入染料亮绿或结晶紫，可以抑制革兰氏阳性细菌的生长，从而达到分离革兰氏阴性细菌的目的。
现代基因克隆技术中也常用选择培养基，在筛选含有重组质粒的基因工程菌株过程中，利用质粒上具有的对某种（些）抗生素的抗性选择标记，在培养基中加入相应抗生素，就能比较方便地淘汰非重组菌株，以减少筛选目标菌株的工作量。
3.以氨基酸代谢为例，说明为什么有些突变菌株对末端代谢产物的结构类似物具有抗性？
正常情况下，代谢末端产物氨基酸A是菌体蛋白的必需组成成分，它能反馈阻遏或抑制合成它的有关酶。
它的结构类似物A’在空间结构上与之相似，也能象A一样与原阻遏物或调节酶的调节亚基结合，从而发生阻遏或抑制作用。
但A’不能正常参与蛋白质的合成，或只能合成无活性的蛋白质。
当结构类似物A’达到一定浓度后，一方面A’能起反馈控制作用，阻止A的正常合成，另一方面A’又无法代替A参与正常蛋白质的合成，从而造成正常的细胞因缺乏A而饥饿死亡。
但如果突变株解除了反馈控制，即末端产物氨基酸A无法与原阻遏物或调节亚基结合，那么A’也就无法起反馈调节作用，A’的毒害作用就表现不出来。
我们说该菌株对A’有抗性而得以生存下来。
根据以上原理，只要选取结构类似物抗性突变株，就有可能得到解除了反馈调节的突变株。
结构类似物抗性菌株不一定都是解除反馈调节的菌株。
4.防止菌种退化的方法有：
减少传代，创造良好的培养条件，用单细胞移植传代及科学保藏等措施
5．简述自然界分离微生物的一般步骤
自然界分离微生物主要是从土壤中采集具体步骤如下：
1.含微生物的样品的采集
采样时应注意的问题:
n土壤微生物的分布
n采土深度
n土壤植被情况
n采样季节
n土壤的酸碱度
对于分离筛选新菌种，还存在另两个选择标准：
n土壤来源广泛
n在已适应相当苛刻环境压力的微生物类群中寻找新菌种
2）样品的预处理
目的：
提高分离效率
方法：
n物理方法：
热处理；
膜过滤法；
离心法
n化学方法
n诱饵法
3）分离方法的选择
根据目的菌有无选择性特征来选择分离方法:
选择性分离
n菌种的营养特征独特
n生长特征独特
n无选择性特征:
根据产物的特征进行随机分离
选择性分离的关键：
生长培养条件的选择与控制，从而实现定向富集筛选。
6.菌种选育分子改造的目的是什么，具体方法有哪些？
来源于自然界中的微生物菌种，在长期进化过程中形成了一整套紧密的代谢机制，微生物细胞内具有反馈抑制阻遏代谢等代谢调控系统，不会过量生产超过其自身生长.代谢需要的酶或代谢产物。
所以，从自然界分离得到的野生菌株，不论在产量或质量上，都很难适合工业话生产的要求，因此需要进行菌种改良。
改良目的主要有以下四点：
1）。
提高目标产物的产量。
2）。
提高目标产物的纯度，减少副产物。
3）.改良菌种性状，改善发酵过程，4）改变生物合成途径，以获得高产的新产品。
改良方法：
1）代谢水平调节：
是只对生物的初级和次级代谢的酶合成和酶活性的调节。
2）常规育种，包括诱变和筛选。
3）细胞工程育种。
杂交育种和原生质体融和育种。
4）基因工程育种。
5）蛋白质工程育种6）代谢工程育种
7.自然选育在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，从而选育出优良菌种的过程，叫做自然选育
自然选育的主要作用是对菌种纯化以获得遗传背景较为均一的细胞群体。
一般菌种经过多次传代或长期保藏后，由于自然突变或异核体和多倍体的分离，使有些细胞的遗传性状发生改变，造成菌种不纯，严重者生产能力下降，称为菌种退化。
因此在工业生产和发酵研究中要经常进行菌种纯化。
微生物的自然突变率很低，因此通过自然选育来获得优良菌株的效果远不如诱变育种。
8.如何实现使微生物合成比自身需求多得多的产物？
试举例说明。
育种工作者的任务是设法在不损及微生物的基本活动的前提下，采用物理、化学或生物学以及各种工程学方法，改变微生物的遗传结构，打破其原有的代谢控制机制，使之成为“浪费型”菌种。
同时，按照人们的需要和设计安排，进行目的产物的过量生产，最终实现产业化的目的。
分为以下育种方法：
常规育种，细胞工程育种，基于代谢调节的育种技术，基因工程育种，蛋白质工程育种，代谢工程育种，组成生物合成育种，反向生物工程育种。
常规育种包括诱变和筛选，其理论基础是基因突变，新的诱变技术如：
低能离子束诱变，激光辐射诱变和微波电磁辐射诱变，原生质体诱变等。
细胞工程包括杂交育种和原生质体融合育种。
代谢工程育种是通过特定突变型的选育，达到改变代谢通路、降低支路代谢产物的生产或切断支路代谢途径及提高细胞膜的透性，使代谢流向目的产物积累的方向进行。
基因工程能创造新的物种，能赋予微生物新的机能，使微生物生产出自身本来不能合成的新物质，或者增强它原有的合成能力。
蛋白质工程主要是寻找新的物种，再从中分离筛选新的蛋白，或通过对天然功能蛋白进行改造。
9.设计一个从自然界中筛选高温淀粉酶产生菌的实验方案，说出主要步骤及基本原理。
欲从自然界中筛选高温淀粉酶产生菌，最好在温度较高的南方，或温泉，火山爆发及北方堆肥中采集样品。
将采集来的样品经过预处理（如高温加热），减少杂菌量，然后进行富集培养，富集培养以淀粉为唯一碳源，这样形成的优势菌种即为以为能产生淀粉酶的一类菌株，然后采用平板筛选，通过初筛与复筛，最终获得性能优越的高温淀粉酶产生菌。
10.如果纤维素酶的合成受反馈阻遏作用的调控，如何根据这一调控机制设计纤维素酶高产菌的选育方案？
将菌种经过紫外线照射或其他方式诱变后接种在纤维素基质培养基上，在筛选纤维素酶活高产菌时可通过刚果红染色透明圈法筛选、进行发酵产物酶活性
11.菌种保藏主要利用哪些原理，试举例说明。
菌种保藏的基本原理主要是根据微生物的生理、生化特点，人工地创造条件，使微生物的代谢处于不活泼、生长繁殖受抑制的休眠状态。
斜面低温保藏法的原理是低温；
矿油封藏法（液体石蜡保藏法）的原理是低温、缺氧、缺营养；
冷冻真空干燥法的原理是低温、干燥、缺氧；
液氮超低温保藏法的原理是在超低温（低于-130℃）状态下，所有的代谢活动暂时停止而生命延续，并且不会发生变异。
第四章发酵工业的无菌技术
1、答：
灭菌指用物理或化学方法杀死物料或设备中所有生命物质的过程；
消毒指用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器具表面的微生物；
消毒和灭菌的区别在于：
消毒仅仅是杀灭生物体或非生物体表面的微生物，而灭菌是杀灭所有的生命体。
2、答：
染菌对发酵的危害：
a、消耗营养；
b、杂菌合成新产物，改变发酵液的某些物化性质，造成产物分离困难；
c、改变pH；
d、分解产物；
e、噬菌体破坏极大，使微生物细胞裂解，导致整个发酵失败。
若污染耐热芽孢杆菌，则染菌原因通常为灭菌不彻底；
若污染球菌、无芽孢杆菌，则种子带菌、无菌空气带菌、设备渗漏和操作失误都有可能；
若污染浅绿色菌落的杂菌，则与水有关，通常为冷却盘管渗漏的原因。
染菌以后采取的措施：
种子扩大时期染菌，灭菌后弃去；
发酵前期染菌，应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种；
发酵中期染菌，挽救困难，应早发现，快处理，处理方法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定；
发酵后期污染，若染菌量不多，可继续发酵，若污染严重，则提前放罐。
3、答：
a、严格无菌室管理制度，严格控制无菌室的洁净程度；
b、交替使用各种灭菌手段对无菌室进行经常性的洁净处理；
c、将种子的转移、接种等操作放在洁净工作台上进行，严格按照无菌操作要求接种。
4、答：
染菌检验方法与判断：
a、显微镜检查；
b、平板划线培养或斜面培养检查法，噬菌体检查可采用双面平板法：
噬菌斑；
c、肉汤培养检查法；
d、发酵过程的异常现象观察。
5、因素有：
a、培养基成分；
b、培养基pH；
c、培养基的物理状态；
d、泡沫；
e、培养基中的微生物量。
6、答：
如果污染了噬菌体，通常采用甲醛、双氧水或高锰酸钾等灭菌剂处理。
（不是很有把握）
7、答：
可采用措施有：
a、提高空气吸气口的位置；
b、在空气吸入口处设置粗过滤器，以滤去空气中颗粒较大的尘埃。
8、解：
t=2.303/k*lg（105*30*106/0.001）=3.24min
由于连消塔不能保证先进先出，所以培养液至少需维持8min。
故维持体积为：
V=6/60*8*0.9=0.89m3（0.9为充满系数）
9、解：
由得：
查表得26℃，所以至少应冷却至26℃。
（曹雄文）
第三章史达生物技术0502班
1、什么是培养基？
简述发酵培养基的特点和要求。
培养基是指用于维持微生物生长繁殖和产物形成的营养物质。
发酵培养基的特点和要求：
单位培养基既能够产生最大量的目的产物；
能够使目的产物的合成速率最大；
能够使副产物合成的量尽可能少；
所采用的培养基应该质量稳定、价格低廉、易于长期获得；
所采用的培养基尽量不影响工业好气发酵中的通气搅拌性能以及发酵产物的后处理等。
2、什么是生长因子？
从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘧啶、嘌呤、维生素等均为生长因子。
生长因子不是对于所有微生物都必须的，它只是对于某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物。
3、简述培养基设计的一般步骤和应注意的问题。
培养基设计和优化过程一般步骤：
根据以前的经验以及在培养基成分确定前必须考虑的一些问题，初步确定可能的培养基组分；
通过单因子优化试验确定最为适宜的各个培养基组分及其最适浓度；
最后通过多因子实验，进一步优化培养基的各种成分及其最适浓度。
应注意的问题：
必须根据具体情况抓住主要环节，使其既能满足微生物的生长要求，又能获得优质高产的产品，同时也要符合增产节约、因地制宜的原则。
4、工业发酵常用的碳源有哪些？
常用的糖类有哪些，各自有何特点？
工业发酵中，常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低碳酸等。
其中，糖类是发酵培养基中应用最广泛的碳源，主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉。
葡萄糖是最容易利用的碳源之一，几乎所有的微生物都能利用葡萄糖。
葡萄糖是加速微生物生长的一种速效碳源，但过多的葡萄糖会抑制微生物的生长和产物的合成（加速呼吸、降低溶解氧、积累中间产物、降低ph、影响酶的活性）。
糖蜜是制糖生产时的结晶母液，是制糖工业的副产物。
其中含有丰富的糖、氮类化合物、无机盐和维生素等，是价廉物美的碳源。
淀粉等多糖作为碳源，可克服葡萄糖效应对次生代谢产物合成的影响，价格也比较低廉。
5、常用的无机氮源和有机氮源有哪些？
简述各类氮源在发酵培养基中的作用。
常用的有机氮源有黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉和酒糟等；
常用的无机氮源有铵盐、硝酸盐和氨水等。
氮源主要用于构成菌体细胞物质和合成含氮代谢物。
有机氮源含有丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸外往往还含有少量的糖类、脂肪、无机盐、维生素及某些生长因子，故其营养丰富；
有机氮源除了作为菌体生长繁殖的营养外，大多数发酵工业利用有机氮源来获得所需的氨基酸；
此外，某些有机氮源还是产物的前体。
无机氮源也称为速效氮源，微生物对他们的吸收利用一般较快；
此外，其作为生理酸、碱性物质，可以稳定和调节发酵过程的PH。
6、什么是理论转化率和实际转化率？
理论转化率：
理论状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，得出原材料的转化率大小。
实际转化率：
发酵实验中所得原材料的转化率大小。
由于实际发酵过程中，一般有副产物形成、原材料利用不完全等因素存在，实际转化率往往要小于理论转化率。
7、举例说明培养基设计的方法和步骤？
首先，做好调查研究工作，了解菌种的来源、生长规律、生理生化特征和一般的营养要求。
其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构，一般提炼方法和产品质量要求也需要有所了解，以便在选择培养基时心中有数。
最好先以一种较好的化学合成培养基为基础，先做一些摇床试验，然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对各种主要营养物质，如碳源和氮源的利用情况和生产代谢产物的能力。
注意培养过程中的PH变化，观察适合于菌种生长繁殖和适合于代谢产物形成的两种不同的PH，不断调整配比来适应上述情况和要求。
有了初步结果后，先确定培养基配比，再确定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元素的营养要求，试验其最佳范围和最佳用量。
在合成培养基上得出一定结果后，在做复合培养基实验；
最后通过实验确定各种发酵条件和培养基的关系。
8、简述培养基优化在发酵优化控制中的作用。
一个好的发酵培养基是一个发酵产品能否成功实现产业化和商业化的关键一环。
第五章韩玉玲生物技术0502班
1．简述种子扩大培养的目的与要求及一般步骤。
为每次工业规模的发酵生产提供相当数量的代谢旺盛的种子。
要求：
①菌种细胞的生活力强，转种之发酵罐后能迅速生长，延迟期短
②菌种生理壮大稳定，如菌丝形态、菌丝生长速率和种子培养液的特性等符合要求。
③菌种浓度及总量能满足大容量发酵罐接种量的要求。
④无杂菌污染，保证纯种发酵。
⑤菌种适应性强，能保持稳定的生产能力。
一般步骤;
：
①将沙土管或冷冻干燥管中的种子接种到斜面培养基中进行活化培养。
②将生长良好的斜面孢子或菌丝转种到扁瓶固体培养基或摇瓶液体培养基中扩大培养，完成实验室种子制备。
③将扩大的孢子或菌丝体接种到一级种子罐，制备生产用种子。
如有需要，可将一级种子再转种到二级种子罐进行扩大培养，完成生产车间种子制备。
④制备好的种子转
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