生物工艺学试题(一)

1、1、 、工业常用微生物的种类：细菌酵母菌霉菌放线菌担子菌藻类病毒2、 复壮：狭义的复壮指菌种已经发生衰退后，再通过纯种分离和性能测定等方法，从衰退的群体中找到尚未衰退的少数个体，以达到回复该菌种原有典型性状的一种措施。广义的复壮指在菌种的生产性能尚未衰退前就经常有意识地进行纯种分离和生产性的测定工作，使菌种的生产性能逐步提高，所以，这实际上是一种利用自发突变从生产中不断进行选种的工作。方法：A、 纯种分离，通过纯种分离，可把退化菌种中的一部分仍保持原有典型性状的单细胞分离出来，经过扩大培养，就可以恢复原菌株的典型性；B、 通过寄主体进行复壮，对与寄生性微生物的退化菌株，可通过接种到相应昆虫或动

2、物寄主体内以提高菌种毒性；C、 淘汰已经衰退的个体。菌种的回复突变：指变异菌株因遗传组成的自身修复，使原有的遗传障碍解除，代谢途径发生变化，从而恢复原有的特性，表现出原育种过程已获得的优良性状的退化。3、 衰退：概念：群体中退化细胞在数量上占一定数值后，表现出菌种生产性能下降的现象，常表现为在形态上的分子、孢子减少或颜色改变，甚至变形，在生理上产量下降。原因：A菌种的保藏不当；B、菌种的生产的条件要求没有得到满足，或是遇到不利的条件，或是失去某些需要的条件；C、菌种连续传代是菌种发生退化的直接原因，由于连续传代使培养物经常处于旺盛的生长状态，且每次传代时营养和环境等培养条件都在不断的变化，与处

3、于休眠状态的培养物相比，细胞的自发突变率要高得多；D、菌种自身突变引起的菌种衰退。防止措施：要防止菌种的衰退，应该做好保藏工作是菌种的优良特性得以保存，尽量减少传代次数。如果菌种已经发生退化，产量下降，则要进行分离复壮。A、菌种的分离；日菌种的复壮；C提供良好的环境条件；D、用优良的保藏方法；E、定期纯化菌种。4、菌种的保藏：原理：根据菌种生理、生化特性，人工创造条件使菌种的代谢活动处于休眠状态。一般利用菌种的休眠体（孢子、芽孢），创造最有利于休眠状态的环境条件，如低温、干燥、隔绝空气或氧气、缺乏营养物质等，使菌体的代谢活动处于最低状态。方法：A、 斜面低温保藏；B、 液体石蜡封存保藏法；C、

4、 甘油保藏法；D、 固体曲保藏法；E、 砂土管保藏法；F、 冷冻干燥法；G、 液氮超低温保藏法。菌种选育：方法：1、自然选育采样增殖培养纯种分离（单菌落分离法和稀释分离法）生产性能的测定2、诱变育种3、杂交育种4、原生质体融合技术5、DNA重组技术（作业）诱变剂：物理诱变剂（紫外线，X射线，R射线，激光，快中子）化学诱变剂（与核酸碱基化学反应的诱变剂碱基类似物（回复突变率高，效果不大）移码突变的诱变剂）诱变育种的步骤：1、 、出发菌种的选择2、 菌悬液的制备3、 诱变处理4、 中间培养5、 分离和筛选影响种子质量的因素有哪些？如何控制种子质量？影响因素有：孢子质量培养基培养条件种龄接种量控制种

5、子质量的方式：1、 、培养基：种子培养基的营养成分应适合种子培养的需要且尽可能和发酵培养基相近，以适合发酵需要，同时要稳定培养基的pH值。2、 培养条件：种子培养应选择最适温度，培养过程通气搅拌控制，适当增大供氧量。3、 种龄：即种子培养时间，选择最适种龄即菌体处于生命力极旺的对数生长期且培养液中菌体量来达到最高峰的时间段进行培养。4、 接种量：移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例，称为接种量，大接种量可以缩短发酵罐中菌体繁殖至高峰所需的时间，使产物合成速度加快。5、 种子质量标准：通过对菌体形态、培养液外观，生化指标、产物生成量、酶活子等标准判断种子质量，还应保证种子无杂菌污染。6、 种

6、子异常分析：种子异常表现有生长发育缓慢或过快，菌丝结团，菌丝粘壁等，培养过程中对这现象观察分析。4、 种子的扩大培养又叫种子的制备：包括在固体培养基上生产大量孢子的孢子制备过程和在液体培养基中生产大量菌丝的种子制备过程。种子制备：是将固体培养基上培养的孢子或菌体转入到液体培养基中培养，使其繁殖成大量菌丝或菌体的过程。实验室阶段（摇瓶种子制备）和生产车间阶段（种子罐种子的制备）种子罐的级数主要取决于菌种的性质和菌体生长速率以及发酵设备的合理应用。5、 发酵培养基选择的依据：A、 根据微生物的特点来选择培养基；B、 根据不同用途选择培养基C、 根据生产实践和科学实验的不同要求选择培养基；D、 根据

7、经济效益分析选择培养基。发酵培养基成分选择的原则：A、 菌种的同化能力B、 代谢物的阻遏和诱导作用C、 合适的碳氮比。氮源：过多菌体繁殖旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累。不足菌体繁殖量少，影响产量碳源：过多较低的pH不足菌体衰老和自溶6、 前体：某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有发生多大变化，但产物的量却因加入而有较大的提高。糊化：淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，互相接触变成糊状液体，即使停止搅拌，淀粉也不会再沉淀的现象。老化：分子氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成的氢键的过程，也就是复结晶过程。生长因子：通常指那些微

8、生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。工业碳源来源：淀粉及其水解物糖蜜纤维素麸皮米糠工业氮源来源：有机氮（玉米浆、豆饼粉、花生饼粉等）7、 淀粉水解糖的制备方法：A、 酸解法，以酸为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。B、 酶解法，用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。C、 酸酶结合法，a、酸酶法，先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解成葡萄糖的工艺。b、酶酸法，将淀粉乳先用a淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖的工艺8、 灭菌：指利用物理和化学的方法杀灭或除去物料及设备中一切生命物质的过

9、程。消毒：指用物理或化学的方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物，一般只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢。灭菌的方法：A、干热灭菌（金属或玻璃器皿）B、火焰灭菌（接种针、玻璃棒、三角瓶口）C、电磁波、射线灭菌（无菌室、接种箱）D、湿热灭菌（生产设备及培养基）E、化学药剂（环境、皮肤、器械的表面灭菌）F、过滤除菌（制备无菌空气）热阻：微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻：某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。致死温度：杀死微生物的极限温度。致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间。9、 连续灭菌：优点：a.高温短时灭菌，培养基

10、成分损失少；b.发酵罐占用时间短，利用率高。缺点：a.设备复杂，操作麻烦，染菌机会多；B.不适合含大量固体物料的灭菌；间歇灭菌：优点：a.操作要求低，适合小批量生产规模；b.适合含大量固体物料的灭菌。缺点：a.培养基的营养物质损失大，灭菌后培养基质量下降；b.发酵罐利用率低；c.不适合大规模生产的灭菌。设计空气净化流程并对其进行分析：流程：吸风塔粗过滤器空气压缩机空气储罐一级空气冷却器旋风分离器二级冷却器丝网分离器空气加热器总空气过滤器无菌空气分析：A、选择正确的进风口与合适的采风位置，用吸风塔收集空气；B、采用粗过滤是对空气进行预处理，对空气进行除杂质；C、将空气送入五润滑油的空气压缩机，使

11、之降低空气进入过滤器的相对湿度，以保证过滤介质在干燥状态下工作，同时对空气提高足够的能量。D、进入一级冷却器到3035度，是大部分水，油都结成较大的雾粒，10、甲烷发酵：第一阶段：有机聚合物水解生成单体化合物，进而分解成各种脂肪酸、CO2和H2。第二阶段：各类脂肪酸进行分解，生成乙酸、CO2和H2;第三阶段：由乙酸和CO2及H2反应生成甲烷。意义：利用厌氧菌将工厂废水、下水污泥中等含有的有机物进行分解，有利于环境保护，同时产生了甲烷可以作为燃料能源，解决能源危机。11、柠檬酸发酵机制：A、 由锰缺乏抑制了蛋白质的合成，而导致细胞内的铵根离子浓度上升和一条呼吸性强的侧系呼吸链不产生ATP,这两方

12、面的因素分别解除了对磷酸果糖激酶的代谢调节，促进了EMP途径畅通。B、 由组成型的丙酮酸羧化酶源源不断的提供草酰乙酸。C、 在控制二价铁离子含量的情况下，顺乌头酸水合酶活性低，从而使柠檬酸积累。D、 丙酮酸氧化脱竣生成乙酰辅酶A和CO2固定两个反应平衡，以及柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸能力。E、 柠檬酸积累增多，pH低。在低pH时，顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活，从而进一步促进柠檬酸自身的积累。谷氨酸发酵机制：谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵通过控制生物素亚适量，使最后一代细菌细胞变形、拉长，改变了细胞膜的通透性，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。谷氨酸高产菌应丧失或仅有

13、微弱的a一酮戊二酸脱氢酶活力，使a一酮戊二酸不能继续氧化。而CO2固定反应的酶系强，使四碳二竣酸全部由CO2固定反应提供，而不走乙醛酸循环，以提高对糖的利用率。谷氨酸脱氢酶的活力很强，并丧失谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制和反馈阻遏，同时NADPH2再氧化能力弱。这样就使a一酮戊二酸到琥珀酸的过程受阻，再有过量镂离子存在的条件下，a一酮戊二酸经氧化还原共轭的氨基化反应而生成谷氨酸，生成的谷氨酸不形成蛋白质，而分泌泄露于菌体外。谷氨酸产生菌不利用体外的谷氨酸，谷氨酸成为最终的产物。12、微生物的发酵方式：分批式发酵、补料分批式发酵、连续发酵。初级代谢产物：指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁

14、殖所必需的物质如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。次级代谢产物：生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂，对该微生物无明显生理功能，或并非是该生物生长和繁殖所必须的物质。13、泡沫对发酵的影响：发酵罐的装料系数减少，氧传递系统减小，也会导致大量逃液，增加染菌机会，导致同期搅拌无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致代谢异常，菌体自溶。消泡方式：A、 调整培养基中的成分或改变某些物化参数，改变发酵工艺，以减少泡沫的形成机会；B、 采用机械消泡和消泡剂；C、 筛选不产生流态泡沫的菌种；14、发酵染菌：指在发酵过程，生产菌以外的其他微生物侵入了发酵系统，从而使发酵过程失去了真正意义的纯种培养。杂菌污染

15、的挽救和处理：发酵过程一旦发生染菌，应根据污染微生物的种类、染菌的时间或杂菌的危害程度等进行挽救或处理，同时对有关设备进行相应的处理。A、 种子培养期染菌处理一旦发生种子受到杂菌的污染，该种子不能再接入发酵罐中进行发酵，应经灭菌后弃之，并对种子罐、管道等进行仔细的检查和彻底的灭菌。同时采用备用的种子，选择生长正常无染菌的种子接入发酵罐，继续进行发酵生产。无备用种子，则可选择一个适合菌龄的发酵罐内的发酵液作为种子，进行“倒种“处理，接入新鲜的培养基中进行发酵，从而保证发酵生产的正常进行。B、 发酵前期的染菌处理当发酵前期发生染菌后，如培养基中的碳、氮源含量还比较高时，终止发酵，将培养基加热至规定

16、温度，重新进行灭菌处理后，再接入种子进行发酵；如果染菌易造成较大的危害，培养基中的碳、氮源消耗较多，可直接放掉料液，补充新鲜的培养基，重新进行灭菌处理后，再接种进行发酵。C、 发酵后期染菌发酵中后期的染菌可以加入适当的杀菌剂或抗生素以及正常的发酵液，以抑制杂菌的生长速率，也可采取降低温度、降低通风量、停止搅拌、少量补糖等其他措施进行处理。如果发酵过程的产物已经达到了一定水平，此时产品的含量若达到一定值，只要明确是染菌就可放罐。对于没有提取价值的发酵液，废弃之前应加热到120度，保持30分钟后才能排放。D、 染菌后对设备的处理染菌后的发酵罐再重新使用前，必须在放罐后进行彻底清洗，空罐加热灭菌后至

17、120度以上，30分钟后才能使用，也可在甲醛熏蒸或甲醛溶液浸泡12小时。15、固定化酶：是指经物理或化学的方面处理，使酶变成不易随水流失即运动受限制，而又能发挥催化作用的酶制剂。为什么要利用固定化酶：因为常规酶反应随着时间的延长，反应速率会逐渐的降低，反应后酶不能回收，另外也给产物的分离纯化带来了麻烦，将酶固定化后，酶仍具有催化活性，还能回收反复使用，并且生产可以连续化、自动化。优点：A极易将固定化酶与底物、产物分开。产物溶液中没有酶的残留，提纯工艺简化；8 能够在较长时间内进行反应，便于实现连续化、自动化；C大多数情况下，能够提高酶的稳定性；D酶反应过程能够进行严格控制；E酶的利用率提高，生产成本降低F能够进行多酶反应；G可以增加产物的收率，提高产物的质量。固定化细胞：细胞受物理化学等因素的约束或限制在一定的空间界限内，但细胞仍保留催化活性并能反复连续使用。优点：与固定化酶相比A、 保持了胞内酶系的原始状态和天然环境，因而更加稳定；B、 保持了胞内原有的多酶系统双乙酰合成