浓缩复习题Word文档格式.docx
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2.阐述工业上重要的发酵类型有哪几类（从性质上来分），试举例说明。
生产生物量作为产品的发酵（压榨鲜酵母、活性干酵母，益生菌制剂、根瘤菌剂、SCP）；
生产微生物酶类的发酵；
生产微生物代谢产物的发酵；
生产微生物转化产物的发酵（黑根霉）
3.叙述微生物工程的涵义及其特征
涵义：
微生物工程就是研究和发展微生物产生的有用代谢产品和有益活动的科学。
特征：
具体地说，微生物工程是现代生物技术的重要组成和基础,是生物技术产业化的重要环节。
它将微生物学,生物化学和化学工程的基本原理有机地结合起来,广泛而深刻地揭示了发酵过程的本质,其生命力在于在促进生物技术产业化发展的基础上不断实行技术改造、创新,使其向高度自动化控制和高效合成代谢的发酵生产方面转移,在较短时间内获得更多高质量的产品.
面对21世纪市场经济发展的大潮，需要有更多掌握交叉学科知识的人才来参加微生物工程的研究、开发、生产和市场营销。
因而微生物工程已成为微生物学、生物化学和化学工程学等多学科密切相关的交叉性学科。
微生物工程具有比化工生产优越得多的优点：
一步法生产、条件温和、原料便宜、微生物易变异、设备通用和污染较少等.
4.从现代微生物工程发展史中，你认为哪几个阶段对本学科发展起着关键性作用？
理解现代微生物工程发展中的里程碑的几个关键问题（提示：
W.W.H.W.W）
抗生素工业生产带动了生化工程的建立；
生物转化的兴起；
微生物发酵生产氨基酸；
固定化技术；
蛋白酶及其他酶的抑制剂；
基因工程（重组DNA）技术
5、叙述微生物代谢产物的类型（从生源上考虑）。
初级代谢产物、次级代谢产物和转化产物
6、论述微生物工程面临的形势。
为了应对竞争及挑战，谈一谈微生物技术要如何应对或如何发展？
（论述微生物工程的未来发展趋势）。
面临形势：
1.微生物工程与化学合成工业的竞争
2.农业生物工程对微生物工程的冲击
应对：
1.提高现有微生物发酵工业水平
2.利用重组DNA技术
3.开拓极端酶
第三、四章
1.【名词解释】：
生境：
微生物在自然界存在的场所。
诱饵培养技术：
诱饵技术是将固体基质（如花粉、头发、石蜡棒或蛇皮等）加到待检土壤或水中，待某些特定的放线菌或真菌在其上或表面长成后再倒平板分离，以起到富集稀有微生物菌种的目的。
枯草菌溶血素（surfactin）：
脂蛋白性质的高效生物表面活性剂，又具有杀病毒和溶解某些细菌原生质体的作用。
活的但不能培养的微生物（VBNC）：
指的是有些微生物可以在它们的栖息地被检测到存在，但不能在实验室进行人工培养。
稀少放线菌：
指那些相对于链霉菌而言，生长缓慢、种群较小、生长需要特殊营养和特定生理条件的放线菌。
2.微生物选择性分离的原理及其步骤。
原理：
关键在于要根据以下三方面:
▪生产实际需要
▪目标代谢产物的性质
▪可能产生所需产物之菌种的分类地位
（即这类微生物的分布、生态环境以及相关特性）
步骤：
含微生物材料的选择（采样）
微生物材料的预处理
目标菌种的分离
目标菌种的培养
高效益目标菌落的选择和纯化
3.叙述诱变育种的原理。
为了达到高效率在操作时要注意哪些方面。
诱变育种的理论基础是基因突变，突变主要包括染色体畸变和基因突变两大类。
基因突变指的是DNA中的碱基发生变化即点突变。
染色体畸变是指染色体或DNA片段发生缺失、重复、易位、倒位等。
诱变育种就是利用各种诱变剂的物理、化学及生物因子处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。
注意：
1出发菌株的选择
2诱变剂的剂量选择
3诱变剂的合理使用方法
4.叙述杂交育种的意义并举例说明。
意义：
生产上长期使用诱变剂处理，会使菌种的生活能力逐渐下降，如生长周期延长，孢子数量减少，代谢速率减慢，产量增加缓慢，因此有必要利用杂交育种的方法，提高菌种的生产能力。
通过杂交还可以扩大变异范围，改变产品的产量和质量，甚至创造出新品种。
例子：
真核微生物的有性杂交
5.叙述细胞原生质体融合技术的操作步骤及其优越性。
讨论该技术在工业发酵上有哪些应用及其在育种上存在哪些问题。
1、遗传标记的选择
一般选择营养缺陷型或抗药性标记。
2、制备原生质体
需摸索的参数：
破壁酶的种类、酶源、酶浓，菌龄、渗透压稳定剂等因素。
3、融合
PEG：
PEG分子量、浓度（５０－５５％）、作用时间。
电融合：
脉冲电压/电流、两极间距、作用时间及周期。
4、融合子再生培养
在CM上再生。
需摸索再生培养基的种类及组成、菌龄、再生时间和条件。
5、融合子检出
采用影印接种法在MM上检出融合子；
或采用其他选择性条件，如抗药性或改变培养温度。
6、筛选出优良性状的融合子
检测融合子的酶活、代谢物的表达及稳定性。
优越性：
1、无供体和受体之分
受结合型或致育型的限制小，两亲本没有供体和受体之分，有利于不同种属微生物的杂交。
2、重组频率相对高
重组频率高于其他杂交方法。
有报道，放线菌原生质体融合频率达10-2--10-1，丝状真菌达10-3--10-2，细菌和酵母也可达10-6--10-5.
3、遗传物质传递充分与完善
遗传物质的传递相对前种方法更加充分、完善，既有质配又有核配。
原核微生物可以有两个以上完整基因组融合的机会。
真菌中也能形成暂时的或稳定的双倍体。
应用：
1、用于选育高产、具新性状的优质菌株
应用
（1）
酿酒酵母可以利用葡萄糖生产酒精，但不能利用淀粉和糊精，糖化酵母能利用淀粉和糊精，将这两个菌株进行原生质体融合，可得到直接利用淀粉和糊精产生酒精的融合子菌株。
应用
（2）
产生蛋白酶的地衣芽孢杆菌对噬菌体敏感，很容易被噬菌体感染；
为此，将产蛋白酶且对噬菌体敏感的菌株与抗噬菌体菌株进行融合，获得了抗噬菌体的高产蛋白酶双标记融合菌株。
2、产生新的产物
有效的菌种间原生质体融合，有可能发生不同菌种的调节基因和结构基因的重组，诱发原处于抑制状态的沉默基因的表达。
特别是在抗生素产生菌中可以产生新的杂种抗生素。
例如，庆丰霉素产生菌和井冈霉素产生菌的原生质体种间融合，得到的重组子中有的产生聚醚类抗生素，有的产生环状多肽类新的抗生素。
问题：
1、融合效果的认可和确认（即发表论文的要求）
必须做遗传分析，首先检测细胞倍数是否加倍，要求测融合后的细胞体积及重量、DNA含量是否加倍；
其次检测DNA上是否有基因结构和数量上的改变。
2、有关融合效果保持的方法与技巧
鉴于融合二倍体存在着稳定性长与短的问题（即融合二倍体在未来有分离的风险），可利用单倍体化试剂（例如，秋水仙素等）促进融合子单倍体化，使特定的优良性状长期保存。
3、减少了筛选工作量的方法与技巧
利用加热、UV处理灭活等手段，杀死一方标记的原生质体而后进行融合，有利于融合后的重组子菌种筛选，减少工作量。
4、遗传标记的获得问题
如没有合适的遗传标记菌株，则要采用生物技术的若干方法制备标记菌株，如筛选抗药性菌株，或人工诱变营养缺陷型菌株。
现在有人对原生质体做同位素或者荧光标记。
6.常见的菌种退化现象有哪些？
试分析工业菌种退化的原因。
并叙述防止退化的措施。
何谓菌种的复壮？
叙述常见的复壮方法。
现象：
菌种的细胞形态改变
生长（速度）缓慢
生产性能下降
对生长环境的适应能力减弱
原因：
有关基因的自发突变
育种后未经分离纯化
培养条件的改变
措施：
防止基因自发突变
防止退化细胞在群体中占优势
防止诱变处理后的退化
菌种复壮：
狭义的复壮仅是一种消极的措施，它指的是在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定生产性能等方法，从衰退的群体中找出少数尚未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的一种措施。
广义的复壮则应是一项积极措施，即在菌种的生产性能尚未衰退前就有意识地进行纯种分离和生产性能的测定工作，以期菌种的生产性能逐步有所提高。
这实际上是一种利用自发突变（正变）不断从生产中进行选种的工作。
复壮方法：
1、分离纯化
由于突变是随机的，既能产生负变，也会产生正变。
因此，对退化菌种进行分离纯化，通过筛选，找到少数高产菌种，是有可能的。
2、寄主复壮
一个杀虫菌种退化后，可把它重新接种到虫体上。
待虫体发病后，再从病虫体中分离出来，即可达到复壮的目的。
3、遗传育种
即把退化的菌种，重新进行遗传育种，从中再选出高产而不易退化的稳定性较好的生产菌种。
第五章
⒈工业发酵过程中有哪些单元操作，图示三级发酵中各个单元操作之间的关系？
六个单元操作：
1．
培养基的配制;
2．
培养基及其相关设备的灭菌；
3．
种子发酵；
4．
产物发酵；
5．
产物的提取和纯化；
6．
废液的处理（醪液的后处理）。
各单元间关系：
2.何谓“连续灭菌”，以图表示其流程，该灭菌方法有哪些特点？
连续灭菌：
培养基的连续灭菌，就是将配制好的培养基在向发酵罐输送的同时进行加热、保温和冷却的灭菌。
流程：
特点：
A、高温瞬时：
连续灭菌时能在短时间内加热到保温温度，并能很快被冷却。
因此，可在比分批灭菌更高的温度下进行灭菌，而保温时间则很短，这样就有利于减少营养物质的破坏。
B、设备利用率高，有利于仪表控制。
在培养基连续灭菌过程中，蒸汽用量平稳，蒸汽负荷均衡；
但蒸汽压力一般要求高于5*105Pa（表压）。
C、连续灭菌设备比较复杂，投资较大。
3.“无菌空气”的要求有哪些？
按孔隙大小可将过滤介质分为哪两类（各例举二个以上的实物）？
论述叙述深层过滤介质除菌的机理。
画出两种最简空气预处理流程图。
要求：
1）要求含菌量限制在一个极低的范围之内
无菌空气是指经过除菌后的空气要求在10-6～10-15个／m3。
大气中微生物大多附在空气中尘埃颗粒上，空气压缩机气口应放在较高位置。
一般认为，高度每上升10m，大气中微生物下降一个数量级。
2）具有一定的适宜温度
空气经压缩后，温度会显著上升；
压缩比愈高，温度也愈高。
若将高温压缩空气直接通入空气过滤器，不仅会引起过滤介质的炭化或燃烧，而且会增加培养装置或发酵罐的降温负荷和培养液水分的蒸发，对微生物生长和生物合成都不利，因此要将压缩空气降温冷却。
3）具有相对湿度低（以φ表示相对湿度）
经冷却降温后的空气相对湿度增大，空气中的水蒸气可冷凝为水滴（珠）析出，使过滤介质受潮，进而过滤功能失效；
同时由于空气经压缩机不可避免地会夹带润滑油。
故压缩后的湿空气要除水除油。
分类：
第一类：
过滤介质（φ）<
细菌和孢子直径
例如多孔性聚乙烯缩甲醛树脂（PVF），φ<
0.3μm的滤膜。
第二类：
过滤介质（φ）>
微生物直径
石棉滤板、玻璃纤维
两种空气预处理流程：
1：
粗过滤器；
2：
压缩机3：
冷却器
4：
空气过滤器5：
（油水）分离器6：
加热器
4.论述温度对发酵的影响，在选择最适温度（To）应考虑哪些因素的影响？
作图设计一个温度自动化控制系统并加以说明。
温度对发酵的影响
1．温度直接影响着菌种的生长及产物的形成
一定范围内，温度上升，菌体成分与产物的生物合成速度上升；
但过高时，则相反。
2.温度还会影响所产酶活力的稳定性
有报导说，嗜热芽孢杆菌在55℃发酵所产α-淀粉酶的稳定性比在35℃发酵时要好。
3．温度改变了发酵液的物理性质，间接影响着菌的生物合成
温度直接影响发酵过程中各种反应速率:
a）温度通过改变发酵液的物理性质，间接影响菌种的生物合成。
例如，温度会影响氧在发酵液中的溶氧和传递速率；
温度愈高，溶氧愈低。
b）温度还会影响菌种对某些基质的分解及吸收速度等。
4．温度会影响生物合成的方向
四环素发酵中金色链霉菌同时也能产生金霉素，当温度变化时，合成的产物也随着温度而变：
在低于30℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。
当温度提高（30～35℃），合成四环素的比例也提高。
在温度≧35℃只产生四环素而金霉素合成几乎停止。
最适温度的定义（To：
OptimalTemperature）：
所谓最适温度是指在该温度下最适合于菌种生长或产物的合成
影响To选择的因素：
1注意处理好微生物生长与产物形成的To
采用变温培养既有利于微生物生长又有利于产物量的提高。
<
例I>
：
枯草杆菌（AS1.398）进行中性蛋白酶发酵时，其生长繁殖温度要求经过前期升温阶段，即从31±
1℃开始，逐步升至40℃，然后再冷却至31±
1℃进行产物发酵，这样可大量积累蛋白酶，其蛋白酶活力比前期不升者可提高66%。
例II>
根据模拟计算机对发酵温度最佳点的计算，得到青霉素发酵的最适温度是起初5小时维持在30℃；
随后降到25℃，培养35个小时；
再降到20℃培养85个小时；
最后回升到25℃培养40小时放罐。
采用这种变温培养，在该实验条件下比25℃恒温培养所得青霉素产量提高14.7%。
②应考虑培养基的通气状况
温度的选择还要参考其它发酵条件应灵活掌握。
例如通气条件较差的情况下，最适的发酵温度也可能比在正常良好通气条件下低一些。
这是由于在较低的温度下，氧溶解度相对大些，同时菌体的生长速率相对小些，从而弥补了因通气不足而造成的代谢异常。
③选择温度时还应考虑培养基成分和浓度
在使用较稀薄或较易利用的培养基时，提高培养温度则养料往往过早耗竭，导致菌丝过早自溶，使抗生素产量降低。
例如，提高红霉素发酵温度在玉米浆培养基中的效果就不如在黄豆粉培养基中好，因后者相对难于利用。
提高温度有利于菌对黄豆粉的同化。
温度的自动化控制：
1、小型发酵罐的温度控制常由两个电动阀来完成。
冷水被用来降低温度。
恒温介质的加热通过蒸汽－水混合器、蒸汽换热器或电加热器来完成。
2、大型发酵罐除使用外层夹套外，罐内还可设热交换蛇管，来增加换热面积。
3、在蒸汽灭菌周期内，控制器的设定值可手工或自动改变为灭菌温度,之后再调整成正常发酵状态。
4、当使用地表水（如河水）作为冷却介质，而地表水本身的温度又变化较大时（例如在夏天），可使用阶式控制系统。
首先将冷却水温度控制在一定值。
5.论述监控溶解氧（DO值）对发酵生产有哪些现实意义（或指导作用）？
作图设计一个溶解氧自动化控制系统并加以说明。
阐述搅拌对DO值的影响
监控溶解氧对发酵生产的现实指导作用（意义）
1.溶解氧作为发酵中氧是否足够的度量
1）微生物对氧的需求---为什么发酵中氧容易变为主要矛盾？
迄今大多数应用的发酵微生物，都是好氧性微生物。
在好氧性的液体深层发酵中，通常需要供给大量的空气，才能满足菌体对溶解氧的需要。
2）通气量还随不同的工艺参数而变：
菌种特性
产物类型
培养阶段
培养基
设备性能
通气量的多少应根据培养基中所需要的溶解氧量而定，即以现在普遍采用自动测定和记录溶氧的仪表而定。
3）提高溶解氧的方法
要保持菌种的正常呼吸，必须迅速补充培养液中的溶解氧。
好氧发酵的通气比，即每分钟通入发酵罐的空气体积与液体培养基体积之比，通常为0.5～1.0。
同时，通过搅拌和在罐内设置挡板，来使气体分散，增加溶解氧浓度。
2.溶氧可作为了解菌种对氧利用规律的指证
通过发酵过程中对溶氧值和溶氧速率的变化的了解，不仅可以反映微生物对O2的利用规律；
还可以反映微生物发酵的程度。
3.溶氧可作为发酵异常情况的指示
4.溶氧作为发酵中间控制的手段之一
5.溶氧作为考查设备、工艺条件在发酵过程中对氧供需与产物形成影响指标之一
溶解氧自动化控制系统：
①搅拌速率增高时，要避免过分剪切（力）尤其是对于丝状真菌发酵过程中要注意该问题（如冬虫夏草液体发酵）。
2通气速率或通气量增加时，要适当控制。
通气量过大可能会引起泡沫。
搅拌对DO值的影响：
好氧性微生物的液体深层发酵，除需要通气外还需要搅拌,简单说，搅拌能将空气泡打碎，增加气液接触面积，加速氧的溶解速度。
搅拌对氧在发酵液的传递的促进如下：
▪由于搅拌使液体形成涡流，延长气泡在液体中停留时间，增加了气液接触时间。
▪又因搅拌增加液体湍流程度，减少气泡周围的液膜厚度，降低了溶氧的阻力，因而提高空气的利用率。
▪搅拌不仅能把大的空气泡分散成细小的气泡，同时又防止小气泡的凝聚，增加了氧与液体的接触面积。
▪搅拌使菌体分散，避免结团，有利于固液传递中的接触面积的增加，使推动力均一，同时也减少了菌体表面液膜的厚度，有利于氧的传递。
6.引起发酵过程中pH上升或下降的因素有哪些？
论述PH值对发酵产品（或生物合成）的影响？
如何调控（试以青霉素发酵为例进行说明）？
作图设计一个pH自动化控制系统并加以说明。
［引起发酵液中pH下降的具体因素有］：
*C／Ｎ过高，碳源过多（特别是葡萄糖过量），尤其是伴随供O2不足，造成有机酸大量积累，致使pH下降。
*中间补料中补糖过多加之溶解氧不足、或者中间补料中消沫油加得过多，致使有机酸大量积累而pH下跌；
*生理酸性物质的存在，例如，培养基中二羧基氨基酸较多，且氨又被利用，使pH下降；
又如，（NH4）2SO4中NH4+被选择性吸收。
［引起发酵液中pH上升的具体因素有］：
*C／Ｎ过低，氮源过多，氨基氮释放，使pH上升。
*中间补料中氨水或尿素等的碱性物质的加入过多，使pH上升；
*生理碱性物质的存在，例如，KNO3中NO3-被选择性吸收，使pH上升。
pH对生物合成或发酵产品的影响：
各种微生物，需在一定的pH环境中方能正常生长繁殖，如果pH值不适，不但妨碍微生物菌体的正常生长繁殖，而且会改变微生物的代谢途径和代谢产物的性质。
例1：
由黑曲霉（Asp.niger）产生的柠檬酸为例:
pH2.5－4：
柠檬酸合成的最适pH；
pH4－6.5：
以菌体生长为主；
pH7.0左右：
以合成草酸为主。
例2：
由Corynebacteriumglutamicum的谷氨酸发酵
在谷氨酸发酵中，如不用流加尿素或氨水，仅调至pH中性或偏碱性，则因NH4+不足，不产生谷氨酸而转入α－酮戊二酸发酵，同时培养液中有柠檬酸、琥珀酸和葡萄糖酸的积累
总而言之，确定发酵过程中的最佳pH值及采取有效措施是保证发酵产品的方向或提高产量的重要环节。
调控：
在青霉素发酵中，根据生产菌的代谢需要用改变加糖速率来控制pH，可采用按需补糖和恒速补糖两种方式来控制pH：
按需补糖是根据pH的变化来决定补糖速率的；
恒速补糖则采用恒速来补糖，pH由加酸、碱来控制。
7.论述发酵过程中泡沫形成的因素，发泡原理，对发酵生产的影响及其二类消泡方法的原理。
按发酵液的不同，泡沫可分为两大类：
（1）在发酵液面上的泡沫
这种泡沫中气相所占比例特别大，它与它下面的液体之间有较明显的界限。
（2）处于粘稠的菌丝发酵液中的泡沫
因为泡沫与液体间没有明显的液面界限，所以泡沫比较稳定，又称流态泡沫，这种泡沫分散很细，而且很均匀,也比较稳定。
泡沫的形成因素：
1.泡沫的多寡与搅拌及通风的强度有关，而搅拌比通风对泡沫的形成影响更大。
2.胶体物质为泡沫产生的最根本原因。
1）蛋白质本身为胶体物质的主体。
A.培养基中所含的蛋白质成分容易产生泡沫；
B.在发酵过程中，由于含有蛋白质高、衰老的酵母菌体自溶等均使泡沫增加，并且形成较稳定的泡沫。
2）糖蜜含有胶体，发酵时泡沫较多。
3）淀粉质原料对已形成的泡沫有稳定作用。
淀粉质原料水解不完全，糊精含量多，造成发酵液粘度较高，对已形成的泡沫有稳定作用。
3.泡沫也可由微生物代谢过程产生的气体聚集而成。
例如，CO2、NH3、H2S及S2O等等。
发泡原理：
在气液相的界面上外部气体分子（通常情况下是空气）的引力很小，表面上的分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势（这是内聚力所致，也是形成泡沫的趋势所在）。
一般来说，表面张力大，则液体表面分子克服（抗拒）液体内部的吸引的抗拒力大，所以不易形成气泡，反之亦然。
水分子的表面张力相对较大，故纯水难以形成气泡。
泡沫对发酵生产的影响：
1、降低了发酵罐的装料系数
大多数发酵罐的装料系数为0.6－0.7，余下的空间用于容纳泡沫。
一般充满这些空间的泡沫只占所需培养基的１０％。
2、增加了污染杂菌的机会
培养基随泡沫溅到轴封处，甚至从轴封处渗出，造成染菌危险；
另外泡沫传热差，导致灭菌不彻底。
3、妨碍菌体生长和代谢
泡沫的大量存在会干扰通气,同时也阻碍二氧化碳等废气的排除，直接影响到氧的溶解，因而影响微生物的生长繁殖和代谢产物的生成。
二类消泡方法的原理：
机械消泡沫原理：
依靠物理学的原理，即靠机械引起的强烈振动或压力变化，促使泡沫破裂。
化学消泡原理：
1．减低液膜的机械强度：
当泡沫的表层存在着有极性的表面活性物质形成的双电层时，可以加入另一种具有相反电荷的表面活性剂以降低泡沫的机械强度；
或加入某些具有强极性的物质与发泡剂争夺液膜上的空间，降低液膜强度，使泡沫破裂。
2．降低液膜的表面粘度：
当泡沫的液膜具有较大的表面粘度时，可以加入某些分子内聚力较小的物质，以提高表面张力、降低液膜的表面粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂。
8.叙述生物技术下游加工过程的特点、准则及工艺流程。
一般而言，它可以分为哪几个阶段。
下游工程：
生物化工产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或
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