发酵工程期末复习题

发酵工程期末复习题---发酵工程期末复习题一、绪论：发酵工程的定义、发展与应用1.请阐述发酵工程的定义，并简述其主要特点。*（答案要点：定义应包含微生物、培养基、适宜条件、代谢产物或菌体本身、工业化生产等核心要素。特点如：以微生物为核心、反应条件温和、原料来源广泛、产物专一、可进行复杂化合物合成等。）2.回顾发酵工程的发展历程，列举几个关键的里程碑事件及其对学科发展的意义。*（答案要点：古代发酵、纯培养技术的建立、青霉素的大规模生产、代谢调控理论的提出、基因工程技术的应用等。意义需结合具体事件说明。）3.简述发酵工程在现代工业生产中的主要应用领域，并举例说明其重要性。*（答案要点：医药（抗生素、疫苗、干扰素）、食品（酒类、酱油、味精、酸奶）、化工（有机酸、酶制剂、生物燃料）、农业（生物农药、生物肥料）等。）二、微生物菌种的选育与保藏1.优良的发酵菌种应具备哪些基本特性？*（答案要点：高产稳产、遗传性状稳定、易于培养和控制、生长迅速、产物易于分离、抗逆性强等。）2.比较自然选育、诱变育种、杂交育种和基因工程育种在菌种改良中的原理、特点及应用范围。*（答案要点：分别阐述各方法的核心原理，优点如操作简便、突变率高、定向性强等，缺点如随机性大、工作量大、技术要求高等。应用范围结合方法特点说明。）3.什么是菌种的退化？简述引起菌种退化的可能原因及防止菌种退化的措施。*（答案要点：退化定义：生产性能下降、形态特征改变等。原因：基因突变、培养条件不适、传代次数过多等。措施：控制传代次数、创造适宜保藏条件、定期纯化复壮等。）4.常用的菌种保藏方法有哪些？各有何优缺点及适用范围？*（答案要点：斜面低温保藏法、液体石蜡保藏法、砂土管保藏法、冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法。分别简述其原理、优缺点和适用情况。）5.简述种子扩大培养的目的、一般工艺流程及其在发酵生产中的重要性。*（答案要点：目的：提供数量足够、活力旺盛、遗传特性稳定的种子。流程：斜面菌种→一级种子→二级种子→发酵罐。重要性：缩短发酵周期、提高发酵效率、保证生产稳定性。）三、发酵培养基的制备与灭菌1.发酵培养基的主要营养成分有哪些？各成分的主要作用是什么？*（答案要点：碳源（能源、碳架）、氮源（构成菌体和产物的氮素来源）、无机盐（酶活性中心、调节渗透压等）、生长因子（维生素、氨基酸等，补充营养缺陷）、水、前体、促进剂、抑制剂等。）2.简述培养基设计的基本原则和方法。*（答案要点：原则：目的明确、营养协调、理化适宜（pH、渗透压、氧化还原电位）、经济节约、来源广泛、无菌。方法：参照文献、单因子试验、正交试验、响应面法等。）3.培养基灭菌的目的是什么？常用的灭菌方法有哪些？比较其适用对象和灭菌效果。*（答案要点：目的：杀灭所有微生物（包括芽孢）。方法：湿热灭菌（高压蒸汽灭菌）、干热灭菌、过滤除菌、射线灭菌、化学灭菌等。比较其优缺点和适用情况，重点阐述湿热灭菌的原理和优势。）4.试述影响培养基灭菌效果的主要因素，并分析灭菌温度和灭菌时间对灭菌效果及培养基成分的影响。*（答案要点：因素：微生物种类与数量、培养基成分与性质、灭菌温度与时间、pH值、泡沫等。灭菌温度和时间遵循对数残留定律，高温短时灭菌可减少营养成分破坏。）5.空气除菌在好氧发酵中的意义是什么？常用的空气除菌流程和方法有哪些？*（答案要点：意义：防止杂菌污染，保证纯种培养。流程：粗过滤→压缩→冷却→除水除油→精过滤。方法：介质过滤（深层过滤、绝对过滤）、加热灭菌、静电除菌等。）四、发酵工艺控制1.发酵过程主要包括哪些基本阶段？各阶段的主要特点是什么？*（答案要点：延迟期、对数生长期、稳定期、衰亡期。简述各期菌体生长、产物合成、基质消耗的特点。）2.试述发酵过程中温度对微生物生长和产物合成的影响，以及发酵温度的选择依据和控制方法。*（答案要点：影响：对酶活性、细胞膜流动性、代谢途径的影响。选择依据：菌种最适生长温度、产物最适合成温度、发酵阶段、经济效益。控制：加热（蒸汽）、冷却（水）。）3.阐述发酵过程中pH值的变化原因，以及pH值对微生物生长和产物合成的影响，如何进行pH值的调控？*（答案要点：变化原因：基质代谢（碳源消耗产酸/产碱，氮源代谢产氨）、产物积累、生理酸性/碱性物质利用。影响：酶活性、细胞膜透性、营养物质解离。调控：培养基配方（缓冲剂、生理酸性/碱性物质）、补料（氨水、酸、糖）、通气。）4.溶氧是好氧发酵过程中的关键参数，请分析影响发酵液中溶氧浓度的主要因素，并阐述如何提高溶氧传质速率。*（答案要点：影响因素：搅拌速率、通气量、培养基性质、菌体浓度和活性、温度、罐压。提高溶氧：提高搅拌转速、增大通气量、通入纯氧、优化搅拌桨结构、降低培养基黏度、分批补料控制菌体浓度等。）5.发酵过程中泡沫产生的原因是什么？泡沫对发酵有何危害？常用的消泡方法有哪些？*（答案要点：原因：培养基成分（蛋白、糖）、通气搅拌、菌体代谢。危害：逃液、染菌风险、降低传质效率、影响测定。消泡方法：机械消泡（消泡桨）、化学消泡（消泡剂如植物油、聚醚类）。）6.简述发酵过程中CO₂浓度对微生物生长和产物合成的影响。*（答案要点：低浓度CO₂可能刺激生长，高浓度CO₂抑制生长和产物合成（影响细胞膜结构、pH、酶活性等）。）7.什么是发酵动力学？发酵动力学主要研究哪些内容？简述Monod方程的意义及其应用条件。*（答案要点：定义：研究发酵过程中菌体生长、产物合成、基质消耗速率与环境因素之间的关系。内容：生长动力学、产物生成动力学、基质消耗动力学。Monod方程描述微生物比生长速率与限制性基质浓度的关系，应用条件：单一限制性基质、无抑制、恒化器稳态。）8.比较生长关联型和非生长关联型产物合成动力学的特点，并举例说明。*（答案要点：生长关联型：产物合成与菌体生长同步，如乙醇、柠檬酸。非生长关联型：产物合成在菌体生长稳定期，如青霉素。）五、生物反应工程基础1.简述生物反应器的基本功能和设计原则。*（答案要点：功能：提供适宜环境、实现物质转化、便于控制和操作。设计原则：满足微生物生长和产物合成需求、传质传热性能好、结构合理、易于放大、经济可行、安全可靠、易于清洁灭菌。）2.比较分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的特点、优缺点及其适用范围。*（答案要点：从操作方式、产物浓度、生产效率、染菌风险、对设备要求、产物稳定性等方面比较。）3.什么是发酵罐的放大？发酵罐放大的基本思路和主要挑战是什么？*（答案要点：定义：从实验室规模到中试再到工业生产规模的过程。思路：相似放大法（几何相似、动力学相似、传质相似）、经验放大法、数学模型法。挑战：传质、传热、混合效果差异，流体力学性质变化，难以完全模拟小试条件。）4.简述气升式生物反应器与机械搅拌式生物反应器的主要结构特点和适用场合。*（答案要点：机械搅拌式：有搅拌桨，靠机械搅拌实现混合和传质，适用于高黏度、需高溶氧的体系。气升式：无机械搅拌，靠气体提升形成循环，剪切力小，能耗低，适用于对剪切敏感的细胞或高密度培养。）六、发酵产物的分离与纯化1.简述发酵产物分离纯化的一般工艺流程，并说明各单元操作的主要目的。*（答案要点：发酵液预处理（去除菌体、固形物，调节pH等）→初步分离（过滤、离心、萃取等，去除大量杂质）→高度纯化（层析、结晶等，获得高纯度产物）→成品加工（干燥、制剂等）。）2.常用的固液分离方法有哪些？比较其原理和适用条件。*（答案要点：过滤（常压、加压、真空）、离心（高速、超速）、膜分离（微滤、超滤）。）3.阐述溶剂萃取法、离子交换层析法和凝胶过滤层析法分离纯化发酵产物的基本原理和特点。*（答案要点：溶剂萃取：利用分配系数差异。离子交换层析：利用电荷吸引力。凝胶过滤层析：利用分子大小差异（分子筛效应）。）4.结晶的原理是什么？影响结晶的主要因素有哪些？*（答案要点：原理：过饱和溶液中溶质以晶体形式析出。因素：过饱和度、温度、搅拌速率、pH、晶种等。）5.简述干燥的目的和常用的干燥方法。*（答案要点：目的：去除水分，便于保存、运输和使用。方法：常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等。）七、发酵工程的应用与发展趋势1.选择一种你熟悉的发酵产品（如抗生素、氨基酸、酶制剂、乙醇等），简述其生产的主要工艺流程和关键控制点。*（答案要点：以具体产品为例，如青霉素：菌种→种子培养→发酵（控制溶氧、pH、温度、补料）→过滤→萃取→脱色→结晶→干燥。）2.简述发酵工程在医药、食品、能源和环境保护等领域的典型应用案例。*（答案要点：医药：青霉素、胰岛素、干扰素；食品：啤酒、酱油、味精、益生菌；能源：燃料乙醇、生物柴油；环保：微生物降解污染物、处理废水。）3.谈谈你对发酵工程未来发展趋势的看法，如合成生物学、代谢工程、智能发酵等新技术对发酵工程的影响。*（答案要点：可围绕合成生物学构建高效细胞