发酵调控学复习题

1、发酵调控学复习题2011年一、简答题1. 发酵调控学的原理通过掌握微生物生命活动规律及其与环境的关系，设计、调控微生物的生活环境，使其产生期望的目的产物。掌握计算机在发酵控制方面的知识，通过对数据进行分析，判断过程正常与否，制定优化控制方案。同时掌握各类典型代谢产物的生产与调节的参数。2. 柠檬酸的发酵生产原理果提取法：柠檬酸从柠檬、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取。 生物发酵法：、表面发酵法。将原料先放入煮沸过内加入水煮沸，一次加皇血盐和EDTA二钠盐煮沸，配成培养基液，加入适量的硫酸铵、磷酸二氢钾作为氮源和营养盐，将培养基液在45-50度下送入发酵室，接入黑曲霉干孢，发酵， 、固体表

2、面发酵法：多以海藻酸钠为载体 。将丙烯酰胺单体（ACAM）和N,N-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）溶于水后与微生物细胞混合，加入四甲基乙二胺和过硫酸钾，室温下放置30min，得凝胶，提取，得柠檬酸。、深层发酵法 定向培养，使其适应以糖蜜为原料的深层发酵，并提高菌株的产酸率和转化率，对蜜糖进行预处理、发酵、提取，得柠檬酸。3. 乳酸的生物发酵生产原理发酵法；糖在乳酸菌作用下，调pH 5左右，保持50ºC发酵三-五天得粗乳酸。 同型发酵：微生物通过EMP代谢途径发酵，乳酸是代谢唯一产物，异型发酵：微生物经由Bifidus途径和PK途径生成乳酸、CO2和乙醇。合成法：合成方法制备乳酸有乳腈法、

3、丙稀腈法、丙酸法、丙稀法等，用于工业生产的仅乳腈法(也叫乙醛氢氰酸法)和丙稀腈法。乳腈法：乳腈法是将乙醛和冷的氢氰酸连续送入反应器生成乳腈（或直接用乳腈作原料），用泵将乳腈打入水解釜，注入硫酸、水，使乳腈水解得到粗乳酸。然后再将粗乳酸送人酯化釜，加入乙醇酯化，经精馏、浓缩、分解得精乳酸。4. 肌苷酸的生物发酵生产原理枯草杆菌通过HMP途径提供合成嘌呤、嘧啶和芳香族氨基酸的基本前体物5-磷酸核糖。要积累肌苷合成的前体，就得尽可能抑制EMP途径，增强HMP途径。 肌苷合成的直接前体IMP是嘌呤核苷酸合成的核心，从它分出两条环行路线：一条经XMP合成GMP，再经GMP还原酶作用生成IMP；另一条经过

4、SAMP合成AMP，再经AMP脱氨酶作用生成IMP。 腺嘌呤、黄嘌呤双重缺陷型、并对8-氮杂鸟嘌呤有抗性的枯草杆菌变异株，肌苷产量达22.3g/L，添加1次黄嘌呤则产苷高达33.1gL。5四环素的生物发酵生产原理四环素生产采用合成金霉素的金色链霉菌菌种，通过在特定的培养条件下，控制产生菌的生物合成方向，使其产生95%以上的四环素。金霉素在化学结构上与四环素十分相似，区别仅在C-7位上，以Cl取代了H。所以，金霉素又称为7-氯四环素。金霉素链霉菌是金霉素的产生菌，但当培养基中存在抑氯物质时，由于氯的掺入受阻，而使得金霉素链霉菌的生物合成方向发生变化，并使四环素成为主要产物。本实验以M-促进剂（硫

5、醇苯骈噻唑）作为氯化霉的抑制剂，以溴化钠作为竞争性抑制剂进行四环素的定向发酵。6、尿苷的生物发酵生产原理从头合成途径（denovo synthesis）：体内嘌呤核苷酸的合成代谢中，利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸称为从头合成途径。补救合成途径（salvage pathway）：利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸。腺嘌呤 + PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸 ） AMP + PPi次黄嘌呤 + PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸 ） IMP + PPi鸟嘌呤 + PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸 ）

6、 GMP + PPi鸟苷的生物发酵生产原理抗黄氨胍突变株，产量得到提高。其中枯草芽孢杆菌T104可以生成11.0g/I，对糖转化率为13.8。SAMP合成酶缺失株，于34发酵70h，鸟苷产量达19g/L。酵过程中后期DO控制在20，对鸟苷发酵最合适，最高产苷达到17.7gL。7、红霉素的生物发酵生产原理原料在V型高速混合机内进行混合均匀后送入揉和机与纯水混合后制成软体。送入制粒机制成圆柱形颗粒后进入圆丸机制成湿润的圆形颗粒，再进入高效硫化床干燥机进行干燥，干燥后进入筛分机，其中筛上物料进入包衣机喷洒一层包衣液，筛下物料回到高速混合机混合。包衣后物料送入干燥机干燥，过筛，筛上物料进入胶囊机装囊，

7、包装成品。筛下物料回V型高速混合机。8、青霉素的生物发酵生产原理天然青霉素：青霉素生产分菌种发酵和提取精制菌种发酵：将产青霉菌接种培养基上，在25下培养，得青霉菌孢子培养物。孢子制成悬浮液接种到培养基中，通空气搅拌，在27下培养2428h，将种子培养液接种到含有苯乙酸前体的培养基中，通空气，搅拌，在27下培养7天。提取精制：将青霉素发酵液冷却，过滤。滤液在pH22.5的条件下，进行逆流萃取，得丁酯萃取液，转入pH7.07.2的缓冲液中，然后再转入丁酯中，将此丁酯萃取液经活性炭脱色，加入成盐剂，经共沸蒸馏即可得。半合成青霉素：以6APA为中间体与多种化学合成有机酸进行酰化反应，可制得各种类型的半

8、合成青霉素。9、谷氨酸的生物发酵生产原理由三羧酸循环中产生的a-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶和氢供体存在下进行还原性氨化作用而得到。淀粉的酸水解工艺1、调浆：干淀粉用水调成10-11Bx的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8至pH1.5。2、糖化：蒸汽加热、加压糖化25min。3、中和：冷却至80，烧碱中和至pH4.0-5.0（避免产生焦糖又保证过滤，中和为沉淀胶体）。4、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8，在70及酸性条件下搅拌后过滤。淀粉的酶法糖化工艺以大米或碎米为原料时采用大米浸泡磨浆，再调成15Bx，pH6.0，加细菌-淀粉酶在85 下液化30min，加糖化酶60 糖化24h，

9、过滤后可供配制培养基。10、维生素C的生物发酵生产原理莱氏法,这种方法是以葡萄糖媒促还原所制备D - 山梨醇为原料,由生黑葡萄糖酸杆菌或醋酸杆菌属的某些菌株发酵产生L - 山梨糖,经过酮化,化学氧化和水解几步反应过程即可得到VC 的重要前体- 2 - 酮基- L 古龙酸,再经转化生成VC。11、发酵终点的判断方法。要确定一个合理的放罐时间，须要考虑下列几个因素：1.考虑经济因素:要以最低的成本获得最大生产能力的时间为最适发酵时间2.产品质量因素:酵时间太短，势必有过多的尚未代谢的营养物质（如可溶性蛋白质、脂肪等）残留在发酵液中。发酵时间太长，菌体会自溶.故要考虑发酵周期长短对产物提取工艺的影响

10、.3.特殊因素:特殊情况下，如染菌、代谢异常.应该及时采取措施（如改变温度或补充营养等），并适当提前或拖后放罐时间。确定放罐的指标有：产物的产量、过滤速度、氨基氮的含量、菌丝形态、pH值、发酵液的外观和粘度等。发酵终点的掌握，就要综合考虑这些参数来确定。12、厌氧代谢的特点能量代谢 分解代谢 合成代谢13、补料、分批发酵的特点与传统的分批发酵相比，优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点：（1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；（2）克服养分的不足，避免发酵过早结束。补料-优点：系统中维持很低的基质浓度，能减缓代谢有害物的不利影响。受

11、发酵罐的体积限制，补料发酵虽补充养分或前体的不足，但有害代谢物的不断积累，产物合成最终难免受到阻遏。分批发酵-操作简单，周期短，染菌的机会减少，生产过程、产品质量易掌握。存在基质抑制问题，出现二次生长现象。如对基质浓度敏感的产物，或次级代谢物抗生素用分批发酵不合适；因其周期较短，一般在1-3天，产率较低。 养分易于耗竭，无法维持下去。14、连续发酵的特点又称连续流动培养或开放型培养，即培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。在这样的环境中培养，所提供的基质对菌的生长就受到限制，培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态。与传统的分批发酵相比，连续培养有以下优点：（1）维持低

12、基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；（2）避免培养基积累有毒代谢物；（3）可以提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间；（4）便于自动控制。（5）有利于多种碳源的利用以及目标产物的生产。生产率提高，设备利用率高，产品质量稳定。但连续培养也有缺点：（1）长时间的连续培养难以保证纯种培养；（2）菌种发生变异的可能性较大。（3）工艺复杂，易污染，菌种突变难预测。15、举例说明温度对发酵生产方向的影响例如，在四环类抗生素发酵中，金色链丝菌能同时产生四环素和金霉素，在30时，它合成金霉素的能力较强。随着温度的提高，合成四环素的比例提高。当

13、温度超过35时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。影响菌体生长-前高温，后低温。（复杂回答）四环素，0-30h高温，30-150h低温，150h以后高温。青霉素，0-5h，30；5-40h，25；40-125h，20；125-165h，25；比恒温培养产量提高15%。产物合成方向-金色链霉菌，30以下，合成金霉素能力强，35下，只合成四环素。20下，氨基酸合成途径的终产物对第一个酶的反馈抑制作用比正常温度37下强。因此，在抗生素发酵后期，降低温度，抑制蛋白质、核酸的合成，促进终产物合成。16、举例说明补料对发酵生产方向的影响在分批发酵过程中补人新鲜料液，以克服由于养分的不足而导致的发酵过早结

14、束 能在系统中维持很低的基质浓度，从而避免快速利用碳源的阻遏效应和能够按设备的通气能力去维持适当的发酵条件，并且能减缓代谢有害物的不利影响。受发酵罐的体积限制，补料-分批发酵虽可通过补料补充养分或前体的不足，但由于有害代谢物的不断积累，产物合成最终难免受到阻遏。二、论述题（如果出现在简答题部分，按简答题要求答）1. pH在发酵过程中的变化及调控特点微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适pH范围，在此范围内只要条件适合，酶促反应速率最高，微生物生长速率最大，因此微生物生长也有一个最适生长的pH范围。此外微生物生长还有一个最低与最高的pH范围，低于或高出这个范

15、围，微生物的生长就被抑制，微生物不同生长的最适、最低与最高的pH范围也不同 pH通过影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定性和物质的溶解性或电离性来影响营养物质的吸收，从而影响微生物的生长速率。质子是一种唯一不带电子的阳离子，它在溶液里能迅速地与水结合成水合氢离子(H3O+等)。在偏碱性条件下，OH-占优势，水合氢离子和OH-对营养物质的溶解度和离解状态，细胞表面电荷平衡和细胞的胶体性质等方面均会产生重大影响；在酸性条件下H+可以与营养物质结合，并能从可交换的结合物或细胞表面置换出某些阳离子，从而影响细胞结构的稳定性；同时由于PH值较低，CO2溶解度降低，某些金属离子如Mn2+、Ca2+、Mo2+等

16、溶解度增加，导致它们在溶液中的浓度增加，从而对机体产生不利的作用。2、糖在发酵工程中的调控特点糖化酶从非还原性末端水解a-1,6糖苷键。终点确定：DE值达最高时（DE值不再上升时），停止没反应（加热至80°C，20min灭酶）。否则DE值将由葡萄糖经a-1,6糖苷键起复合反应而降低。糖化的温度（50-60°C）和ph值（4.0-5.0）决定于所用糖化剂的性质。琥珀酰CoA、-酮戊二酸或草酰乙酸，为三羧酸循环运转的限制因素。柠檬酸合成需要乙酰CoA、草酰乙酸，如草酰乙酸不足，便会积累乙酰CoA。若草酰乙酸过量，从丙酮酸转化为苹果酸的补给反应便会受到抑制，从而避免它进一步积累，

17、只有生成天冬氨酸，减少草酰乙酸的量，才能使抑制消失。2. OD对发酵过程影响的特点培养好氧微生物可以通过振荡或通气等方式使之有充足的氧气供它们生长；培养专性厌氧微生物则要排除环境中的氧，同时通过在培养基中添加还原剂的方式降低培养基的氧化还原电势；培养兼性厌氧或氧的耐氧型微生物，可以用深层静止培养的方式等。3. 微生物次级代谢物生物合成的原理（1）前体存在，在适当条件下它们便流向次级代谢物生物合成的专用途径。（2）在某些情况下单体结构单位被聚合，形成聚合物，如聚酮化物、寡肽和聚醚类抗生素等 （3）这些特有的生物合成中间产物需作后几步的结构修饰，修饰的深度取决于产生菌的生理条件。（4）这些特有的生物合成中间产物需作后几步的结构修饰，修饰的深度取决于产生菌的生理条件4. 柠檬酸生产过程中黑曲霉长菌的最适PH为中性，而产酸的最适PH在2.02.5，菌盖形成后，只是在菌盖下面有一个低PH区域，菌体合成柠檬酸的活动都是在这低PH区域内进行，所以不应该搅动，避免低值区域的PH值上升而长菌不产酸，然而黑曲霉是好氧菌，谈谈你的看法。要是浅盘发酵，表面发酵是气相传养，因此传养效率高，所以只要保持室内有适当空气流通就可以满足霉菌对氧的需求。但是要注意较高的CO2会影响菌体的生长和降低产酸能力，一般将CO2控制在3%以下即可。当时厚盘发酵时，在物料铺摊厚度上，厚度发酵的曲霉厚度在50cm左右，比浅盘的1