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1、发酵工程与设备复习题发酵工程与设备 1.怎么利用目标特性来分离发酵工程菌种？ 通过两种方法：液体富集培养，固体富集培养 液体富集培养通常在摇瓶中进行。从环境中所取的样品中含有多种微生物，由于目标菌种的生长会改变培养基的条件，从而改变选择压力，使那些不需要的微生物不能生长。再将经过富集的培养物转接种到相同的新鲜培养基上，选择压力又重新确立。经过几次这样的转接培养后，将少量的富集培养液涂布到平板上。 固体富集培养：固体培养基常用于一些酶产生菌的分离，这些技术通常包括选择性培养基，这种培养基含有这种酶的底物，酶作用底物后刺激产生菌的生长。或利用鉴别培养基原理或其他途径，把原先肉眼无法观察的生理性状或
2、产量性状转化为可见的形态性状。 2.发酵工程菌株的选育及改造有哪几种方法？ 一、 诱变育种 诱变育种是利用物理或化学等诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，使其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选出少量符合育种目的的突变株，以供生产实践和科研用。 二、杂交育种 杂交育种是指两个基因型不同的菌株通过接合，使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。一般是指人为利用真核微生物的有性或准性生殖，或原核微生物的接合、F因子转导、转化等过程，促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组，获得优良的生产菌株。 三、原生质体融合 是指先用酶分别酶解两个出发菌株的细胞壁，在高渗环境
3、中释放出原生质，将它们混合，在助融剂或电场的作用下，使它们互相融合，促使两套基因组之间的接触、交换、遗传重组，在适宜的条件下使细胞壁再生，在再生的细胞中获得重组体。 四、基因工程育种 是运用体外DNA各种操作或修改手法获得目的基因，再借助于病毒、细菌质粒或其他载体，将目的基因转移至新的宿主细胞并使其在新的宿主细胞系统内进行复制和表达，或者通过细胞间的相互作用，使一个细胞的优秀性状经其遗传物质的交换而转移给另一个细胞的方法。 3.什么是营养缺陷性？什么是代谢的反馈调节机制？ 营养缺陷性：指微生物等不能在无机盐类和碳源组成的合成培养基中增殖，必须补充一种或二种以上的营养物质才能生长。 代谢的反馈调
4、节机制： 反馈抑制：是生物化学途径的末端产物抑制反应途径中某个催化酶的活性的现象。 反馈阻遏：是生物化学途径的末端产物阻止反应途径中某个催化酶的合成。 4.怎样选育代谢调节突变株 1、细胞膜渗透性的改造 通过生物素水平的调节，改变其细胞膜渗透性。 2、不能产生反馈抑制或阻遏的突变株的筛选 利用营养缺陷型突变株可以获得高浓度的产物，这类菌株可以通过降低或消除末端产物浓度，在代谢控制中解除反馈抑制或阻遏，而使代谢途径中间产物或分支合成途径中末端产物积累。 3、不能识别抑制和阻遏现象的突变株的筛选 可以通过将菌株变异来实现。改变对抑制因子识别的突变株的选育，可应用以下两个技术：结构类似物抗性突变株的
5、选育；回复突变株的选育。 5.什么是生长因子？什么是前体？它们有什么作用？举例说明 生长因子：凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质 作用：构成细胞成分，促进生命活动的正常进行。 如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子。 前体 ：能够加入到发酵培养基中，能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，但产物的产量却有较大提高的化合物。如在青霉素的生产中加入苯乙酸可生产青霉素G，而用苯氧乙酸作为前体则可生产青霉素V。 8.发酵工厂的灭菌分哪几大类？有什么特点? 灭菌的方法主要有：干热灭菌法、湿热灭菌法、化学药品灭菌法、过滤除菌法 干热灭菌
6、法 是指在干燥高温条件下，将微生物杀死。干热对微生物有氧化、蛋白质变性和电解质浓缩引起中毒的作用，其中氧化作用是主要的。干热灭菌必须高温，工业生产中采用的条件是摄氏160，1h。主要使用于需要保持干燥的器械、容器的灭菌。 湿热灭菌 是借助蒸汽释放的热能和水的参与，能使微生物细胞中蛋白质、酶、核酸分子内部的化学键受破坏，特别是蛋白质发生不可逆的凝固性变性，使微生物死亡。蒸汽在冷凝时释放出大量潜热，具有强大的穿透力，尤其适用于大量培养基及发酵设备的灭菌。 化学药品灭菌法 一些化学药品易与微生物细胞中的某种成分产生化学反应，如使蛋白质变性、酶类失活，破坏细胞膜透性而杀死微生物。根据灭菌对象不同有浸泡
7、、添加、擦拭、喷洒、气态熏蒸等。 10.现代的糖化工艺由哪几种设备完成?共有什么特点和作用？ 现代糖化基本都采用五器组合，即糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅和回旋沉淀槽 糊化锅 糊化锅是用来加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。 糖化锅 啤酒糖化锅的用途是使麦芽粉与水混合，并保持在一定的温度下进行蛋白质分解和淀粉糖化。 麦汁煮沸锅 麦汁煮沸锅又称煮沸锅或浓缩锅，用于麦汁的煮沸和浓缩，并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质。还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。 糖化醪过滤槽 糖化醪过滤槽是啤酒厂获得澄清麦汁的一个关键设备。国内糖化醪过滤主要是平底筛过滤槽。此外还有一种快速过滤器。
8、 13.空气除菌有哪几种方法？原理是什么？ 辐射灭菌 高能射线、超声波等从都能破坏蛋白质等生物活性物质，从而起到杀菌作用。 热灭菌 利用空气被压缩时所产生的热量进行部分杀菌，能够减少过滤器的过滤负荷。 静电除菌 静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘的目的。 过滤除菌 利用过滤介质阻截流过空气中的微生物，以达到除菌目的的方法，其所使用的过滤介质必须定期灭菌。 14.过滤器根据其结构分为哪两大类？各有怎样的除菌机理？ 过滤器的类型可分为两种类型： 1、非固定孔径过滤器 主要通过惯性作用、扩散作用、静电吸附而不是拦截作用来滞留颗粒。填充的介质有数不清的曲折路径。这种滞留颗粒是一种统计学现象，于是产品灭
9、菌效果需根据失败的可能性进行预测。因此用纤维介质过滤器过滤除去微生物不可能完全去除，因为总会有菌可能通过滤层。另外一个重要的原因是填充的介质不是固定在某一位置上的，一旦过滤器承受的压力增大则可能造成介质发生位移，在滤层中产生大的通道，而丧失过滤功能。另外增大压力也可能造成已被捕获的颗粒逃离。 2、固定孔径过滤器 由于其结构在过滤操作时过滤介质不会发生位移，通过过滤器的流体的流动型不会由于介质产生裂缝而发生改变。过滤器的孔径在制造过程中是严格控制的，因此可保证去除某一尺寸的颗粒。拦截作用是其去除颗粒的主要机制。具有绝对过滤效率。另外固定孔径的过滤器也有一定的深度，所以其他过滤机制同样可除去比孔径
10、小的颗粒。 15.单根纤维过滤除菌的机理是怎样的？ 惯性捕集作用 当微粒随气流以一定速度垂直向纤维方向运动时，因障碍物的出现，空气流线由直线变成曲线，即当气流突然改变方向时，沿空气流线运动的微粒由于惯性作用仍然继续以直线前进。惯性使它离开主导气流。气流宽度以内的粒子，与介质碰撞而被捕集。这种捕集由于微粒直冲到纤维表面，因摩擦黏附，微粒就滞留在纤维表面上。 拦截捕集作用 微生物微粒直径很小，质量很轻，它随低速气流流动慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流流线受纤维所阻，从而改变流动方向，绕过纤维前进，而在纤维的周边形成一层边界滞留区。滞留区的气流速度更慢，进到滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附滞
11、留。 扩散捕集作用 直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的运动，称为布朗扩散。在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机会，从而被捕集。 17、常用的空气过滤除菌流程是什么？特点如何？ 1、空气压缩冷却过滤流程 压缩机 储罐 空气冷却器 过滤器 特点：简单 2、两次冷却、分离、加热除菌流程 粗过滤器 空压机 储罐 一级冷却器 旋风分离器 二级冷却器 丝网分离器 加热器 过滤器 特点：两次冷却、两次分离、适当加热。提高传热系数，节约冷却用水，油、水、雾分离得比较完全。 3、高效前置过滤除菌流程 高效过滤器 空压机 储罐 冷却器 丝网分离器 加热器 过滤器 特
12、点：经高效前置过滤后，空气的无菌程度已达到99.99%。 4、DH公司空气除菌工艺流程 前置采风系统 空压机 缓冲罐 冷却器 WS气水分离器 OIL-X除水除油预过滤器 OIL-X除水除油精过滤器 夹套加热器 除菌过滤器 至使用点。 特点： 采用专利设计的WS高效气水分离器，除菌率由58-80%上升至95%。 OIL-X除水除油预过滤器 微粒直径：1微米 油雾含量：0.5mg/kg 过滤效率：100% OIL-X除水除油精过滤器 微粒直径：0.01微米 油雾含量：0.01mg/kg 过滤效率：100% 18.分批培养与发酵的微生物生长动力学模型是怎样的？P115 迟滞期：体积增大，代谢活跃，蛋
13、白质DNA、RNA含量增高。通过自身代谢机能的调节，合成并完善内酶系统，进行DNA复制，为细胞生长做准备。 、加速期：细胞大量繁殖，时间短暂，并迅速达到对数生长期。 、对数生长期：细胞数目和菌体质的以指数形式增长。 、减速期：微生物的比生长速率从最大下降为零。进入稳定期。 原因：营养消耗、产物积累。 、稳定生长期 (6)、衰亡期：基质缺乏，产物积累，环境恶劣，能量消耗，菌体开始衰亡。 19.菌体的比生长速率与限制性基质浓度之间有什么关系？如何求的特定的微生物在特定的培养条件下最大比生长速率和饱和常数？P117-118 20根据产物生成与细胞生长的关系可将产物生成动力学类型分为那几类？各有什么特
14、点？P121 生长偶联型 部分生长偶联型 非生长偶联型 21，什么是菌体细胞的生长得率？什么是代谢产物得率？对它们的研究有什么意义？二者常用的表示方法是什么？P123-124 菌体细胞的生长得率指菌体细胞的生长量与营养基质的消耗量或与营养基质氧化释放的能量之间的比例关系。 代谢产物得率指代谢产物的生成量与营养基质消耗量或与营养基质氧化释放的能量之间的比例关系。 意义：生长得率与产物得率是分批培养与发酵生产中选择并确定发酵培养基基质组成以及浓度比例的理论基础，也是判断微生物将底物转化为细胞物质或代谢产物收得率的重要指标 生长得率是yx/s：消耗单位基质所生成的菌体细胞的质量 产物得率是yp/s：
15、消耗单位基质所生成的产物的质量 22机械通风搅拌发酵罐的设计有什么要求？其中最重要的是什么？P142 一发酵罐应具有适宜的高径比。发酵罐的高度与直径比为2.54：1。罐身长，则氧的利用率较高。 二发酵罐应能承受一定压力。由于发酵罐在消毒及正常工作时，罐内有一定的压力和温度，因此罐体各部件要有一定的强度，能承受一定的压力。罐体加工完成后，必须进行水压试验，一般水压试验压力为工作压力的1.5倍。 三发酵罐的搅拌通风装置要能使气泡分散细碎，气液充分混合，以保证发酵液溶氧量，提高氧的利用率。 四发酵罐应具有足够的冷却面积。微生物生长代谢过程放出大量的热量，不同产品的发酵放出热量也有不同，为了控制发酵过
16、程不同阶段所需的温度，发酵罐应装有足够的冷却面积。 五发酵罐内应抛光，尽量减少死角，避免藏垢积污，使灭菌彻底，避免染菌。 六搅拌器的轴封应严密，近量减少泄露。 发酵罐的基本要求：1、发酵期内保持无菌状态2、能提供充足的空气和充分的搅拌满足微生物生产代谢的需要 23.机械通风搅拌发酵罐的主体机构有哪些？ 罐体、搅拌器和挡板、消泡器、搅拌轴、变速装置、空气分布装置、轴封、换热装置。 26.二氧化碳对发酵有什么影响？如何控制？P206-207 溶解在发酵液中的二氧化碳对微生物的生长和代谢有刺激和抑制作用。 二氧化碳对菌体生长通常有抑制作用，当排气中的二氧化碳浓度高于4%时，菌体的糖代谢及呼吸速率下降
17、。发酵液中的二氧化碳浓度达 时，会严重影响酵母菌生长。二氧化碳还会对菌体的形态产生影响。 二氧化碳也影响代谢产物的积累，一些发酵需要一定量的二氧化碳。 二氧化碳对许多发酵也产生抑制作用，如对肌苷、组氨酸和抗生素发酵，特别是对抗生素的发酵的影响明显。 二氧化碳浓度的控制 根据对发酵的影响而定。如果二氧化碳对产物合成有促进作用，则应提高其浓度；如果有抑制作用，则应设法降低其浓度。通气搅拌是控制二氧化碳浓度的一种方法。降低通气量和搅拌速率，有利于增加二氧化碳在发酵液中的浓度；提高通气量和搅拌速率，降低二氧化碳在发酵液中的浓度。 (2）二氧化碳与呼吸商 根据菌的好氧速率(OUR)和二氧化碳释放率可求出
18、菌的呼吸商RQ(RQ=CER/OUR)，RQ值可以反映菌的代谢情况。如酵母发酵过程中RQ=1，表示糖代谢走有氧分解代谢途径，仅生成菌体，无产物生成；如RQ1.1，表示求EMP途径，生成乙醇；RQ=0.93，生成柠檬酸，RQ0.7表示生成的乙醇被当做基质利用。 27.在发酵过程中如何防治杂菌和噬菌体的污染？P211-212 防止染菌的措施： 一、无菌检查 灭菌后尚未接种的培养基、种子液和发酵过程中的培养液都需要接受严格的无菌检查，目的是检查培养基灭菌是否彻底、种子液和发酵液是否染菌。检查可从3方面进行：无菌试验、显微镜检查和培养液生化指标检查，其中无菌试验和显微镜检查是主要的判断依据。 二、发酵设备的定期检查 定期检查和维护设备，是预防染菌的重要措施。 三、严格按要求进行操作 生产操作应严格按要求进行，千万不要主观判断是否有问题。
