(141228)发酵工程复习参考题及答案

发酵工程工艺原理复习思考题第一章复习思考题1什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？次级代谢产物主要有哪些种类？初级代谢：指微生物的生长、分化和繁殖所必需的代谢活动而言的。初级代谢过程所生成的产物就是初级代谢产物。次级代谢：是指非微生物生命活动所必须的代谢活动而言，也就是说这种代谢对微生物的生长、分化和繁殖关系不大，生理功能也不十分清楚，但可能对微生物的生存有一定价值。次级代谢过程所生成的产物就是次级代谢产物。通常在细胞生成的后期形成。次级代谢产物有抗生素、生物碱、色素和毒素等。2典型的发酵过程由哪几个部分组成？发酵产物包含哪几类？发酵过程组成：（1）菌种活化与扩大培养；（2）发酵与酿造原料前处理及培养基制备；（3）发酵与酿造操作方式；（4）产物分离、提取与后加工。发酵产物：（1）菌体或菌体部分成分；（2）初级代谢产物如醇、酸、糖、蛋白质等；（3）次级代谢产物如抗生素、色素等第二章复习思考题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迅速生长，并能高产和稳产所需的代谢产物。（2）可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高。 （3）生长速度和反应速度快，发酵周期短。（4）副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。（5）菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。 （6）对于用作食品添加剂的发酵产品以及进行食品发酵，其生产所用菌种必须符合食品卫生要求。 2什么叫自然突变和诱发突变？诱变育种的实质是什么？（1）自然状况下发生的突变称为自然突变或自发突变；人为地用物力或化学因素诱发的突变叫诱发突变。（2）用各种物理、化学的因素人工诱变基因突变进行的筛选。3突变分为哪两种类型，举例说明。（1）点突变：碱基对置换和移码；（2）染色体畸变：在染色体上发生大的变化，如断裂、重复、缺失、易位和染色体数目变化等结构变化 。4何为转化、转导、DNA体外重组技术？举例说明在发酵工业中的应用。转化育种：从供体细胞中取出遗传物质，通过对受体细胞的培养处理，使供体的DNA片段进入受体细胞内，与受体细胞的DNA重新组合而获得变种的一种育种方法。转导育种：由噬菌体作为媒介，将一个细胞的遗传物质传递给另一个细胞，从而获得高产变种的一种育种方法。DNA体外重组技术：根据需要用人工方法取得供体DNA上的基因，在体外重组于载体DNA上，再转移入受体细胞，使其复制、转录和翻译表达出供体原有的遗传性状。5什么是选择性培养基？它在菌种筛选中有何应用价值？举例说明。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。6何为营养缺陷型？举例说明营养缺陷型的筛选方法。（1）营养缺陷型：指某一菌株丧失了合成某种营养物质的能力，在培养基中若不外加这种营养成分就不能正常生长的变异菌株。表示为“X-”。（2）营养缺陷型的检出（影印法）：是将经处理的细菌涂在完全培养基的表面，待出现菌落后，用灭菌丝绒将菌落影印接种到基本培养基上，经过培养出现菌落后比较两个培养皿，凡在完全培养基上出现菌落而在基本培养基上的同一位置上不出现菌落者，这一菌落便可初步断定是一个缺陷型，然后将在完全培养基上的菌落接种至完全培养基斜面培养保存作进一步的鉴定。7如何筛选抗性突变株？抗生素抗性突变：将菌种诱变处理，用含有某种药物的培养基挑选抗性突变体，野生的敏感菌不能在这种培养基上生长。用梯度平板法。抗噬菌体菌株选育：诱变后用高浓度噬菌体平板筛选抗性菌株。条件抗性突变：温度敏感突变。8设计一个从自然界中筛选高温淀粉酶产生菌的实验方案，并说明主要步骤。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。9菌种保藏的目的与核心是什么？产孢子的微生物适宜用何种保藏方法？（1）目的：保证菌种不发生遗传变异、无污染和保持活力。 核心：人工创造条件（如低温、干燥、缺氧、和缺乏营养物质），使菌种的代谢活动处于不活动状态。 （2）适宜用砂土保藏法。附：菌种保藏方法：斜面低温保藏法、石蜡油封保藏法、砂土保藏法、冷冻干燥法、液氮超低温冻结法1酵母菌：一般采用定期移植斜面低温保藏法，将酵母接种于麦芽汁琼脂斜面上，放置低温处，每隔几个月移植一次。也可采用石蜡油封藏法。2霉菌：采用砂土管保藏法。此法特别适宜于产孢子或芽孢的微生物。3细菌和放线菌：一般细菌采用冻干法为佳，放线菌可采用冻干法和砂土管法保藏。10造成菌种退化的原因是什么？生产中如何防止菌种的退化？（1）菌种退化的原因：保藏方法不妥、保藏操作不当、传代不当、培养基不适、回复突变（2）防止菌种退化的措施：从菌种选育方法上考虑：（1）进行充分的后培养及分离纯化；（2）增加突变位点，减少基因回复突变的几率。从菌种保藏方式上考虑：（1）尽量减少传代次数；（2）选择适宜的保藏培养基。从菌种培养适宜条件上考虑 ：（1）结构类似物抗性菌株在保藏培养基中应添加相应药物及时淘汰回复突变细胞。（2）基因工程菌添加抗生素于培养基中防止质粒的丢失。从菌种管理的措施上考虑 :复壮 （1）定期对保藏菌种分离纯化，淘汰已退化细胞；（2）定期对发酵液进行分离筛选。11何为菌种的复壮？狭义的复壮是指在菌种已经发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定典型性状、生产性能等指标，从已衰退的群体中筛选出少数尚未退化的个体，以达到恢复原菌株固有性状的相应措施。广义上的复壮是指在菌种的典型性状或生产性状尚未衰退前，就经常有意识地采取纯种分离和生产性状测定工作，以期从中选择到自发的正突变个体。12培养基有哪些类型？各有何种用途？发酵工业上使用最广的是哪种类型？（1）培养基的类型 状态：固体、半固体和液体培养基。 纯度：天然培养基、合成培养基和半合成培养基 生产工艺要求：孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。（2）各种培养基的用途：固体培养基：常用于微生物分离、鉴定、计数和菌种保存等方面。 液体培养基：适于作生理等研究，由于发酵率高，操作方便，发酵工业也常大规模使用。半固体培养基：用于鉴定菌种、观察菌种运动特征及噬菌体的效价测定等。天然培养基：营养丰富，适合于微生物的生长繁殖和目的产物的合成。合成培养基：适用于研究菌种基本代谢和过程的物种变化。半合成培养基：这类培养基能更有效地满足微生物对营养物质的需要，在生产上应用较多。斜面培养基：供菌种繁殖的一种常用的固体培养基。种子培养基：菌体的扩增。发酵培养基：供菌种生长、繁殖和合成产物用。（3）使用最广的是：液体培养基。13如何确定培养基的组成？生产中液体培养基的制备有哪些步骤？（1）通过单因子试验法、正交试验设计和均匀设计等试验方法来确定培养基的组成和配比。（2）液体培养基的制备：原料预处理（淀粉糖的制备、 糖蜜的预处理）、原料混溶（缓冲物质、主要元素原料、微量元素、生长素）、调节pH和灭菌。 14 淀粉糖的制备方法？哪种方法制备的淀粉糖质量好？（1）制备方法：1、酸解法优点：生产简易，设备简单，水解时间短，设备生产能力大。缺点：设备需耐腐蚀，高温高压；副反应复杂。对原料要求高，颗粒不能大，浓度不能高，否则转化率低。2、酶解法优点：反应条件较温和，不需耐高温、耐压、耐酸设备；酶作用专一性强，淀粉水解副反应少，糖液纯度高，淀粉转化率高；可在较高淀粉乳浓度下水解，可采用粗原料；糖液颜色浅，纯净，无苦味，质量高，有利于糖液的精制。缺点：反应时间较长，要求的设备较多，需专门培养酶的条件，由于酶本身是蛋白质，易造成糖液过滤困难。3、酸酶结合法酸酶法：先用酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解为葡萄糖。 酸液化速度快，且糖化是由酶来进行，对液化要求不高，可采用较高的淀粉乳浓度，提高生产效率。酶酸法：先用淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖。 能采用粗原料淀粉，淀粉浓度较酸法高，生产易控制，时间短，减少副反应，糖液颜色较浅。（2）酸酶结合法制备的淀粉糖质量好。15糖蜜可直接用作发酵原料吗？为什么？不可以。（1）糖蜜中生物素的含量，与糖蜜来源生产批次有关，而且其它营养成份也有变动（2）糖蜜含有黑褐色色素，影响成品色泽。（3）糖蜜含有胶体物质，粘度大，致使发酵中泡沫多，对于提取也带来困难。（4）糖蜜中含有较多的钙质物质,这对于谷氨酸的提取精制上，要增加糖蜜原料的脱钙操作。因此糖蜜要进行前处理。澄清，脱钙，水解胶体，除黑色素。第三章复习思考题1何谓消毒、灭菌？消毒可以达到灭菌的目的吗？（1）消毒：指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。灭菌：指用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物。（2）不可以。2灭菌的方法主要有哪几种？其灭菌原理何在？发酵工业中为何应用最广的是湿热灭菌？（1）工业生产上的灭菌方法有加热灭菌（干热灭菌：火焰灭菌、烘箱灭菌；湿热灭菌：巴氏灭菌、间歇灭菌、高压蒸汽灭菌）、化学药剂灭菌、射线灭菌化学药剂灭菌、射线灭菌用于无菌间、培养室及车间空气灭菌。等。 （2）湿热灭菌的原理：1微生物的热阻 致死温度：指杀死微生物的最低温度。致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所需要的时间。2微生物的热死规律对数残留定律3反应速度常数k在相同温度下，k值愈小，则此微生物愈耐热。同一种微生物在不同温度下，k值也不相同，灭菌温度愈低，k值愈小，温度愈高，k值愈大。（3）培养基灭菌温度的选择结论：温度升高，菌死亡速率大于培养基成分破坏的 速率。在实际生产中为了既达到灭菌目的又较好地保存营养成分，最好采用高温快速灭菌法。3何谓微生物的热阻？高温短时灭菌法（HTST）的理论基础是什么？（1）微生物的热阻：微生物对热的抵抗力；（2）19 世纪50 年代，法国人巴斯德（Pasteur）阐明了食品的微生物腐败机理，为灭菌技术的发展奠定了理论基础。4在工业生产中，影响培养基灭菌的因素有哪些？为什么？1培养基成分：在培养基成分中，糖、脂肪和蛋白质的存在对微生物有一定的保护作用。特别是浓度较高的有机营养物质，当其表面受热变性后能形成一层保护膜影响热的传导，从而提高微生物的耐热性。但这种耐热性同浓度（即基质中含水最）有关，相反；无机盐、碱、酸等则可以削弱微生物的耐热性，这同提高微生物细胞壁的导热性能有关系。2PH值 ：pH值高底pH6.08.0时,微生物最耐热;pH小于6.0时,氢离子易渗入细胞内,改变细胞的生理反应促使其死亡。所以培养pH值愈低,所需灭菌时间愈短。3培养基中的颗粒 4泡沫5比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点，两种灭菌方法各适用于何种场合？（1）连续灭菌（连消）（Continuous sterilization）: 是采用专一灭菌设备连消塔，在高温下对液体培养基进行短时间加热灭菌。优点：（1）培养基受热时间短（可在2030s达到预定灭菌温度），营养成分破坏少；（2）质量均匀；（3）适用于自动控制适用条件：大规模生产，培养基中不含有固体颗粒或泡沫较少。（2）分批灭菌（实消）: （Batch sterilization）指培养基在发酵罐中灭菌。优点：无需专一灭菌设备，但易发生局部过热而破坏营养成分的现象。适用条件：当培养基中含有固体颗粒或培养基有较多泡沫时，以采用分批灭菌为好。对于容积小的发酵罐，连续灭菌的优点不明显，而采用分批灭菌比较方便。 6工业上空气除菌所用过滤介质（如棉花、玻璃纤维、活性炭等）的滤孔远大于菌体，为何也能达到除菌的目的？空气流通过这种介质过滤层时，借助惯性碰撞、拦截滞流、静电吸附、扩散等作用，将其尘埃和微生物截留在介质层内，达到过滤除菌目的。介质过滤机理：（1）惯性碰撞作用：当微生物等颗粒随空气以一定速度流动，在接近纤维时，气流碰到纤维而受阻，空气就改变运动方向绕过纤维继续前进。由于微生物等颗粒具有一定质量，因而在以一定速度运动时具有惯性，当碰到纤维时，由于惯性作用而离开气流碰在纤维表面上，由于磨擦、粘附作用，被滞留在纤维表面，这叫做惯性碰撞滞留作用。 （2）拦截滞留作用：当气流速度降低时，微粒随低速气流慢慢靠近纤维，随主导气流绕过纤维前进，并在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞留区内气流速度更慢，进入滞留区的微粒缓慢接近纤维并与之接触，由于磨擦、粘附作用而被滞留。（3）布朗扩散作用：很小的微粒（1m）在流动速度很慢的气流中能产生一种不规则直线运动，称为布朗扩散运动。其结果使较小的微粒凝集成较大微粒，增加了微粒与纤维接触滞留的机会。（4）重力沉降作用：当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就会沉降。对于小颗粒，只有当气流速度很低时才起作用。（5）静电吸附作用：许多微生物和孢子都带有电荷。当具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于磨擦作用而产生诱导电荷，特别是纤维表面和用树脂处理的纤维表面产生电荷更显著。当菌体所带的电荷与介质的电荷相反时，就发生静电吸引作用。 7过滤效率受哪些因素影响？如何提高除菌效率？（1）=N0-NN0=1-NN0=1-P因素：过滤前空气中的微粒数、过滤后空气中的微粒数。（2）过滤效率是随滤层厚度的增加而提高的。 进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比（穿透率倒数）的对数是滤层厚度的函数。第四章复习思考题1如何在实验室实现好氧菌和兼性需氧菌的培养？好氧菌的培养：（1）可提供大量表面积的浅层培养瓶；（2）旋转式摇床。兼性需氧菌的培养：不论在有氧或无氧环境中都能生长，但以有氧时生长较好，无氧时仅维持生存。故在研究兼性厌氧菌时，可根据所需选择通氧量以获得相应结果。兼性厌氧菌在有氧的环境下进行有氧呼吸大量繁殖，在无氧的环境下进行无氧呼吸一般不繁殖，所以若提高兼性厌氧菌的生长量应通入适量的氧气。2实验室中培养好氧菌如何提高供氧效果？（1）可提供大量表面积的浅层培养瓶；（2）旋转式摇床。3在进行种子的扩大培养和发酵过程中，如何掌握培养基的碳氮比？微生物在不同的生长阶段，对碳氮比的最适要求也不一样。一般来讲，因为碳源既作为碳架参与菌体和产物合成，又作为菌体生长、代谢过程的能源，所以其比例也比氮源高。一般工业发酵培养基的碳氮比约为100：0.2-2.0。但在谷氨酸等含氮产物发酵中，因为产物中含氮多，所以碳氮比就要相对低些。另外，碳氮比也随碳水化合物及氮源的种类以及通气搅拌等条件而异，因此很难确定一个统一的比值。4举例说明种龄与接种量对发酵的影响。通常接种龄以菌丝处于生命力极为旺盛的对数生长期，且培养液中菌体量还未达到最高峰时为宜。若过于年轻的种子接入发酵罐后，往往会出现前期生长缓慢而使整个发酵周期延长，产物开始形成的时间推迟甚至会因菌量过少而在发酵罐内结球，造成异常发酵的情况。而过老的种子则会造成生产能力下降，菌体过早自溶。接种量的大小决定于生产菌种的发酵罐中的生产繁殖速度。若用较大的接种量，可以缩短发酵罐中菌丝繁殖到达高峰的时间，使产物的形成提前到来，且在生产菌迅速占据整个培养环境时，可减少杂菌生长机会。但是，如果接种量过多，往往是菌丝生长过快，培养液黏度增加，造成溶解氧不足而影响产物的形成。5判断种子质量的标准是什么？（1）108-109个/ml；（2）大小均匀，呈单个或八字排列；（3）PH 7.0-7.2时结束，6.8-8-7.0-7.2；（4）活力旺盛。第五章复习思考题1在分批发酵中，按细胞生长和产物生成的关系可分为哪几种类型？举例说明。分批培养中的产物形成： 型：生长偶联产物生成 菌体生长、碳源利用和产物形成几乎在相同时间出现高峰。产物形成直接与碳源利用有关。型：生长与产物生成部分偶联在生长开始后并无产物生成，在生长继续进行到某一阶段才有产物生成。产物形成间接与碳源利用有关。型：非生长偶联产物生成在生长停止后才有产物生成，产物形成与碳源利用无准量关系。2何为补料分批发酵？该法主要适用在哪些场合？（1）补料分批培养：指在分批发酵中间歇地或连续地补加（流加）新鲜培养基的方法。Fin0（Fout0，Fout0）（2）广泛用于液体发酵。附：补料分批培养的优点： a可避免一次投料过多，造成细胞大量生长，溶解氧不足，通气搅拌设备无法适应的弊病;b能控制营养缺陷型菌所需营养物量，使之高效率积累产物；c有利于前体的补充; d可实现细胞的高密度培养 e便于优化培养。3什么叫连续培养？提出连续培养的根据是什么？连续培养有何缺点？（1）连续培养：指在一开放系统中，以一定的速度向发酵罐内连续供给新鲜培养基，同时以相同速度将含有微生物和产物的培养液从发酵罐内放出，从而使发酵罐内液体量维持恒定，使培养物在近似恒定状态下生长和进行代谢活动的方法。Fin=Fout0（2）连续培养是一个开放系统，通过连续流加新鲜培养基并以同样的流量连续地排放出发酵液，可使微生物保持稳定的生长环境和生长状态。（3）缺点：菌种在长时间培养中易变异，且容易染菌。若操作不当，新加入的培养基与原有的培养基不易完全混合。 附：连续培养的优点：恒定状态可有效地延长分批培养中的对数期，达到稳定高速培养微生物或产生大量代谢产物的目的。避免分批培养所需的清洗、投料、灭菌、接种、放罐等各种操作，有利于提高生产率。发酵产品质量稳定。便于自动控制。4在单级连续培养中，D意味着什么？意味着连续培养达到了稳定条件。稀释率：进入容器的培养基流量与容器内培养液的体积的比值。D=F/V。代入上式在稳定状态时，dX/dt= 0（培养液中某一瞬间菌体浓度的变化为零） =D在稳定状态下，比生长速率等于稀释率。 连续培养的比生长速率可通过稀释速率来控制。 5补料分批发酵中的准恒定状态有何特点？补料分批发酵的重要特征：在准恒定状态下比生长速率与稀释率相等。分析：虽然存在D，但与连续培养中恒定状态下的D不同，在连续培养中D是常数，而在补料分批培养中，随着时间的延长，由于体积增加，即使补料速度不变，稀释率D和比生长速率都在变化，并以相同速度降低，因此两种状态实际不同。在补料分批培养过程中， V=V+Ft D=FV+Ft 6什么叫比生长速率？什么叫得率系数？（1）比生长速率（h-1），即单位重量菌体的瞬时增量g/（gh)与微生物种类、培养温度、PH、培养基成分及限制性基质浓度等因素有关。在对数生长阶段，细胞的生长不受限制，因此比生长速率达到最大值m（2）细胞得率系数：菌体的生长量相对于基质消耗量的收得率。用YX/S表示。产物得率系数：产物生成量相对于基质消耗量的收得率。用YP/S表示。7什么是Monod方程？请说明各参数的意义。当培养基中不存在抑制细胞生长的物质时，细胞的生长速率与基质浓度关系（Monod方程式）如下：=mSKS+S：菌体的生长比速S：限制性基质浓度Ks：半饱和常数max: 最大比生长速度Monod方程的参数求解(双倒数法)：=max SKs+S将Monod方程取倒数可得：1=1m+Ksm 1S或S=Sm+Ksm这样通过测定不同限制性基质浓度下，微生物的比生长速度，就可以通过回归分析计算出Monod方程的两个参数。8请用简图给出分批发酵过程中比生长速率随时间的变化曲线。第六章复习思考题1EMP途径中的关键酶有哪些，调节机制怎样？糖酵解代谢途径有三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶。 三个激酶是糖酵解途径的主要调节点。（1）糖代谢的调节主要是能荷的控制，即受细胞内能量水平的控制。（2）当体系中ATP含量高时，磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活性受到抑制，酵解减少。（3）当需能反应加强，ATP分解，减少，其抑制作用解除，同时ADP、AMP激活己糖激酶和磷酸果糖激酶，而这两个酶催化的产物同时又是丙酮酸激酶的激活剂，结果时糖酵解加快。2什么是巴斯德效应？在好氧条件下，酵母的发酵能力降低，即由于呼吸作用的进行使酒精产量大为降低。其机理是因为酵解过程的控制受末端产物ATP的反馈控制，即有氧时，由于酵解产生的NADH和丙酮酸进入线粒体而产生大量ATP，ATP控制酵解途径关键酶磷酸果糖激酶的活性，最后抑制葡萄糖进入细胞内，导致葡萄糖利用降低。同时在好氧条件下，丙酮酸激酶活性也由于磷酸果糖激酶活性降低而降低，从而降低糖的酵解速度。 3与传统的酵母酒精发酵相比，利用细菌生产酒精有何优缺点?优点：（1）代谢速率高（2）产物转化率高（3）菌体生成少（4）代谢副产物少（5）发酵温度较高（6）不必定期供氧等。细菌酒精发酵也有其缺点，主要是其生长PH为5，较易染菌（而酵母菌为PH3），其次碳源利用面较窄，仅限于葡萄糖、果糖和蔗糖，另外细菌耐乙醇力较酵母菌为低（前者约为7.0，后者则为810）。 4试述乳酸发酵的类型及其特点。（1）同型乳酸发酵C6H12O6+2ADP+2Pi+2NADH+2H+ 2CH3CHOHCOOH+2ATP+2NAD+ 主要微生物：乳酸链球菌、保加利亚乳杆菌、德氏乳杆菌，嗜酸乳杆菌。这种发酵对糖的理论转化率为100%。（2）异型乳酸发酵主要微生物:肠膜明串珠菌、短乳杆菌、真菌的根霉和双歧杆菌。异型乳酸发酵分、两种类型：型（对糖的理论转化率为50%）C6H12O6 CH3CHOHCOOH+C2H5OH+CO2型 2C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+3CH3COOH谷氨酸生物合成途径及调节机制5谷氨酸产生菌利用糖质原料合成谷氨酸的代谢途径中有哪些关键环节？（1）改造菌种使其-酮戊二酸脱氢酶缺失或催化能力减弱，使其积累大量的-酮戊二酸为谷氨酸生产提供原料。（2）生产前期有乙醛酸循环提供ATP用于菌体生长，NADPH+和谷氨酸脱氢酶作用使-酮戊二酸还原成谷氨酸。6作为谷氨酸产生菌，应具备哪些生理特征？（1）生物素缺陷型，细胞膜对谷氨酸的通透性好；（2）CO2固定酶活性强，丙酮酸脱羧酶活性不能太强；（3）-酮戊二酸脱氢酶的活性微弱或缺损；（4）谷氨酸脱氢酶活力高（此活性不被低浓度产物谷氨酸所抑制）；（5）NADPH+H+进入呼吸链能力弱；（6）异柠檬酸裂解酶活性不能太强，异柠檬酸脱氢酶活性强。7简述柠檬酸的积累机制，柠檬酸产生菌需具备什么特点？ 由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制，因此草酰乙酸的供应量充足。丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA和CO2固定两个反应的平衡，以及柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力。由于顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡：柠檬酸:顺乌头酸:异柠檬酸=90:3;7，使柠檬酸有一定积累，pH值逐渐降低，顺乌头酸酶及异柠檬酸脱氢酶活力降低甚至失活，更有利于柠檬酸的积累。8简述氨基酸的生产方法；天冬氨酸族氨基酸的发酵机制？氨基酸的生产方法：（1）抽提法（蛋白质水解法）: 将动物蛋白质原料用酸水解，经离子交换法处理，将所需氨基酸分离提取。 （2）化学合成法：采用化工原料合成生产氨基酸的方法。 （3）发酵法：利用微生物发酵生产L-氨基酸的方法。 （4）酶法：利用从菌体中提取的酶将有机物转变成所需要的L-氨基酸的方法。 （5）添加前体法：利用微生物发酵氨基酸的前体物质生产氨基酸的方法。天冬氨酸族氨基酸的发酵机制：1：天冬氨酸激酶；2：高丝氨酸脱氢酶3：二氢吡啶-2，6-二羧酸合成酶；4：高丝氨酸激酶；5：-琥珀酰-高丝氨酸转琥珀酰酶；6：半胱氨酸脱硫化氢酶；7：苏氨酸脱氢酶；8：天冬氨酸半醛脱氢酶；9：二氢吡啶-2，6-二羧酸还原酶第七章复习思考题1什么是发酵热、生物热？生物热的产生受哪些因素的影响？（1）发酵热：发酵过程中释放出来的净热量（发酵过程中随着菌体的生长以及机械搅拌的作用，将产生一定的热量；同时由于发酵罐壁的散热、水分的蒸发等将会带走部分热量）。生物热：在发酵过程中，由于菌体的生长繁殖和形成代谢产物，不断地利用营养物质，将其分解氧化获得能量，其中一部分能量用于高能化合物，供合成细胞物质和合成代谢产物所需要的能量。其余部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。（2）生物热随菌种和培养条件不同而不同。生物热与发酵类型有关：生物热的大小与呼吸作用强弱有关。2温度对发酵有哪些影响？发酵过程温度的选择有什么依据？温度通过影响微生物的酶反应速度、发酵液中溶解氧而影响发酵；温度还能影响酶系组成及酶的特性、以及生物合成方向。为了使微生物的生长速度最快和代谢产物的产率最高，在发酵过程中必须根据菌种的特性，选择和控制最合适的温度。在实际发酵过程中往往不能在整个发酵周期内仅选一个最适合培养温度。3在发酵过程中，引起pH改变的原因有哪些？pH对发酵的影响表现在哪些方面？引起pH改变的原因：1、基质代谢 （1）糖代谢：特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一。（2）氮代谢：当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。（3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降。2、产物形成 某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。 3、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。 pH对发酵的影响：（1）pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻（2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行 （3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用 （4）pH影响代谢方向 。pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。4何谓呼吸强度、耗氧速率和临界氧浓度？发酵过程中如何根据发酵需要控制溶解氧？呼吸强度：单位重量干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以 Qo2表示，单位 mmolO2 /（g干菌体h），亦称氧的比消耗速率。耗氧速率：单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r表示，单位为 mmolO2 /（Lh）。r=QO2X r微生物耗氧速率 mmolO2 /（Lh） QO2菌体呼吸强度 mmolO2 / （g干菌体h） X发酵液中菌体浓度，（g / L）临界氧浓度(C临界):各种微生物对发酵液中溶氧浓度的最低要求。发酵过程中溶氧的控制（1）发酵过程的控制一般策略：前期有利于菌体生长，中后期有利于产物的合成（2）溶氧控制的一般策略：前期大于临界溶氧浓度，中后期满足产物的形成。（3）一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所以有时发酵初期采用小通风，停搅拌，不但有利于降低能耗，而且在工艺上也是必须的。但是通气增大的时间一定要把握好。5氧从气相传递到液相的推动力是什么？传递过程的总推动力就是气相与细胞内的氧分压之差或浓度差。6影响供氧的因素有哪些？如何提高发酵液中的KLa？进行摇瓶培养时，如何增加氧传递速率？（1）氧传递的推动力和液相体积溶氧系数KLa。（2）搅拌，空气线速度，氧的分压，发酵罐体积，发酵液的物理性质。搅拌：搅拌能把大的空气气泡打成微小气泡，增加了气-液接触面积和接触时间；搅拌使液体作涡流运动，延长了气泡的运动路线，即增加了气液的接触时间；搅拌使发酵液呈湍流运动，从而减少气泡周围液膜的厚度，减少液膜阻力；搅拌使菌体分散，有利于固液传递中的接触面积的增加。但过度强烈的搅拌使产生的剪切作用过大，对细胞的损伤增加。空气线速度：机械搅拌过程中通气效率或溶氧系数KLa随空气量增多而增大。当增加通风量时，空气线速度相应增加，从而增大溶氧；但是，只增加风量，而转速不变时，功率会降低，又会使溶氧速率降低。同时，空气线速度过大时，会发生“过载”现象，这时浆叶不能打散空气，气流形成大气泡在轴的周围逸出，使搅拌效率和溶氧速率都大大降低。氧的分压：适当提高空气压力（提高罐压），有利于通风效果的提高，但过分提高罐压，会使设备投资增加（耐压），且因提高罐压后，产生的CO2溶解量也要增加，会使培养液的pH值发生变化，影响微生物的生理代谢。发酵罐体积：通常大罐氧的利用率高，小罐氧的利用率差。发酵罐大小不同，所需搅拌转数与通风量不同，大罐的转速低，通风量较小。发酵液的物理性质：发酵液的粘度、表面张力、离子浓度等会影响气泡的大小、气泡的稳定性和氧的传递效率。此外，发酵液的粘度的改变还影响液体的湍动性以及界面或液膜阻力，从而影响溶氧速率。通常当发酵液浓度增大，粘度增大时，Kla值降低。另外由于泡沫大量形成，菌体与泡沫形成稳定的乳浊液，影响了氧的传递。因而消除泡沫对溶氧有利。但消泡剂用量过多，消泡剂聚集在微生物细胞和气泡液膜表面，增加传质阻力，大大降低氧的传递速率。（3）进行摇瓶培养时，可通过以下措施增加氧传递速率：A 换纱布塞（8层）。B 增加摇床振荡速度（往复式摇床）。C减小装液系数（装液量/容器体积）。7以谷氨酸发酵为例，说明发酵温度、pH、通气量等环境条件对谷氨酸产生菌的影响。（1）温度：谷氨酸发酵前期长菌阶段和种子培养时应满足菌体生长最适温度。若温度过高，菌体容易老化。（2）PH：谷氨酸生产菌在中性和碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下形成谷氨酸和N-乙酰谷氨酰氨。（3）通气量：好氧性发酵通常需要供给大量的空气才能满足菌体对氧的需求。过高的溶解氧对次级代谢产物的合成未必有利，因为溶解氧不仅为代谢提供氧，同时也造成一定的微生物的生理环境，它可以影响培养基的电位，有时会称为逆向动力。过低的溶解氧会影响微生物的呼吸，进而造成代谢异常。8哪些因素会导致发酵过程中的泡沫产生？生产上如何控制泡沫的产生？泡沫产生的原因：（1）由外界引进的气流被机械地分散形式；（2）发酵过程中产生的气体聚结而成（发酵泡沫，代谢旺盛时明显）泡沫的产生与以下因素有关：通风、搅拌的剧烈程度；培养基所用原材料的性质；培养基的配比、浓度和粘度；发酵过程中培养液的性质及微生物的代谢。发酵工业上常用的消泡方法有两种：化学消泡和机械消泡。1化学消泡：是一种使用化学消泡剂进行消泡的方法。其优点是消泡效果好，作用迅速，用量少，不耗能，也不需要改造现有设备这是目前应用最广的消泡方法。消泡剂的使用：消泡剂用量以达到消泡效果为准，多加消泡剂不但增加成本，而且可能产生毒性，影响菌体生长和产物生成，还会造成提炼困难。2.机械消泡：是一种物理作用，它靠机械强烈振动及压力变化，促使气泡破裂，并将随气体排出的液体加以回收。优点：节省原料（消泡剂），减少由于加入消泡剂所引起的污染机会。缺点：效果不如化学消泡迅速可靠，需要一定的设备和消耗一定的动力，而且最重要的是不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素。机械消泡的方式有罐内消泡和罐外消泡两种。9如何确定补糖时机？一般要根据基础培养基中碳源的种类、用量和消耗速度、前期发酵条件、菌种特性和种子质量等因素判断。如根据残糖含量、pH值或菌丝形态来考虑补糖时机。第八章