生物工程原理习题集2014

《生物工程工艺原理》

一、名词解释（共5题，每题3分，共15分）

1、诱变选育：诱变育种是指用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新的品种或种质的育种方法。诱变剂有两大类：物理诱变剂和化学诱变剂。

2、自然选育: 自然选育就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。

3、生理碱性物质：若菌体代谢后能产生碱性物质的营养物称为生理碱性物质

4、生理酸性物质：经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的营养物叫生理酸性物质

5、前体：前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。前体使用时普遍采用流加的方法。

6、生长因子：凡是微生物生长不可缺少而细胞自身不能合成的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。有机氮源是这些生长因子的重要来源

7、产物促进剂：是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。常用的促进剂有各种表面活性剂（洗净剂、吐温80、植酸、洗衣粉等）、二乙胺四乙酸、大豆精油抽提物、黄血盐、甲醇等

8、代谢控制发酵：人为地改变微生物的代谢调控机制，使有用的中间代谢产物过量积累，这种发酵称为代谢控制发酵。

9、P 55 巴斯德效应：在好气条件下，酵母菌发酵能力下降（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能力的其他细胞中。

10、葡萄糖效应：又称葡萄糖阻遏。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻 遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。 如大肠埃希氏菌培养在含葡萄糖和乳糖的培 养基上，在葡萄糖没有被利用完之前，乳糖操纵子就一直被阻遏，不能被利用。这是因 为葡萄糖的分解物引起细胞内 cAMP 含量降低， 启动子释放 cAMP –CAP 蛋白质,RNA 聚 合酶不能与乳糖的启动基因结合，以致转录不能发生，直到葡萄糖被利用完，乳糖操纵 子才能被转录，形成利用乳糖的酶。

11、初级代谢产物：初级代谢产物是指微生物产生的，生长和繁殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。

12、次级代谢产物：次级代谢产物是指由微生物产生的，与微生物生长、繁殖无关的一类

质。

13、P 164临界溶氧浓度：CCr 临界氧浓度：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。

14、发酵热： 发酵过程中释放出来的净热量

二、填空题（，共20空，每空0.5分，共10分）

1． 自然界分离微生物的一般操作是

2． 环境中分离目的微生物时，进行富集的目的是变得可能。

3． 菌种选育分子改造的目的是__防止菌种退化、解决生产实际问题、提高生产能力、 提高产品质量、开发新产品.

4． 培养基成分选择的原则是. .

5． 种子扩大培养的目的是_____________、_______________________、_______________________与要求__________________、_________________、

_________________、____________________________。

6． 种子扩大培养的一般步骤__________________、_________________、

_______________________、_____________________________________。

7． P 57在酿酒过程中影响杂醇油生成的原因是___________________、

____________________、_______________________________________。

8． P 81谷氨酸发酵的三个关键点是______________________、

________________________________、___________________________________。

9． 发酵过程温度选择的依据有________________、__________________________、

____________________________、____________________________________________。

10. _________________________、__________________________、___________________、____________________、______________________________是引起杂菌污染的原因。

11. 发酵中泡沫生成的原因是____________________、__________________________、_______________________________和___________________________________。

12. 采用___________________、__________________、________________和______________进行空气除菌。

13. 发酵醪中获得产物分为__________________、________________________和_______________________________三大类。

三、问答题（共5题，每题12分，共60分）

第二章 菌种的来源

1. 举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点

A. 蛋白酶 表达产物一般分泌至胞外，能利用廉价的氮源，生长温度较高，生长速度快, 纯化、分离及分析快速；安全性高，得到FDA 的批准的菌种。

B. 单细胞蛋白 生长迅速，营养要求不高，易培养，能利用廉价的培养基或生产废物。适合大规模工业化生产，产量高，质量好。安全性高，得到FDA 的批准的菌种。

C. 不饱和脂肪酸 生长温度较低，安全性高，能利用廉价的碳源，不饱和脂肪酸含量高，

D. 抗生素 生产性能稳定，产量高，不产色素，，能利用廉价原料

F. 氨基酸 代谢途径比较清楚，代谢途径比较简单

2. 工业化菌种的要求？

A 能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物

B 有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强

C. 遗传性能要相对稳定

D. 不易感染它种微生物或噬菌体

E. 产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）

F. 生产特性要符合工艺要求

3. 自然界分离微生物的一般操作步骤？

样品的采取→预处理→培养→菌落的选择→初筛→复筛→性能的鉴定→菌种保藏

4. 从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集富集

自然界中目的微生物含量很少，非目的微生物种类繁多，进行富集培养，

使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，使筛选变得可能。

5. 菌种选育分子改造的目的？

防止菌种退化;

解决生产实际问题;

提高生产能力;

提高产品质量;

开发新产品

6. 什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？

自然选育就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。

自然选育在工业生产上的意义：自然选育可以有效地用于高性能突变株的分离。然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。

7. 什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？

诱变育种是指用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新的品种或种质的育种方法。诱变剂有两大类：物理诱变剂和化学诱变剂。

常用的物理诱变剂有紫外线、x 射线、γ射线(如Co60等) 、等离子、快中子、α射线、β射线、超声波等。常用的化学诱变剂有碱基类似物、烷化剂、羟胺、吖定类化合物等。

第三章 发酵培养基

8. 什么是培养基? 发酵培养基的特点和要求？

培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。

①培养基能够满足产物最经济的合成。

②发酵后所形成的副产物尽可能的少。

③培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运，适合大规模储藏，能保证生产上的供应。

④/所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。

⑥有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。 ⑦有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。

⑧有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。

⑨所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗

9. 常用的碳源有哪些？常用的糖类有哪些，各自有何特点？

碳源:糖类（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（动、植物油）、有机酸（琥珀酸、柠檬酸、乳酸、乙酸等）和低碳醇（甲醇、乙醇等）。

常用糖类

① 葡萄糖，所有的微生物都能利用葡萄糖，但是会引起葡萄糖效应

②糖蜜，是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。

③淀粉、糊精，缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶。成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应.

10、什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？11. 什么是前体？前体添加的方式？

12. 什么是生长因子？生长因子的来源？13. 什么是产物促进剂？产物促进剂举例？

14. 培养基成分选择的原则是什么？

1. 菌种的同化能力

2. 代谢的阻遏和诱导

3. 合适的C 、N 比

4.pH 的要求

第四章培养基及设备的灭菌

15. 加热灭菌的原理

每一种微生物都有一定的最适生长温度范围。（当微生物处于最低温度以下时，代谢作用几乎停止而处于休眠状态。）当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质体和酶起了不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡，（加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的）

第五章 种子的扩大培养

16. 什么是种子的扩大培养？

种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养, 最终获得一定数量和质量的纯种过程。

17. 种子扩大培养的目的与要求？

种子扩培的目的：接种量的需要，菌种的驯化，缩短发酵时间、保证生产水平

种子的要求：总量及浓度能满足要求，生理状况稳定，个体与群体，活力强，移种至发 酵后，能够迅速生长，无杂菌污染

18. 种子扩大培养的一般步骤？

休眠孢子→母斜面活化→摇瓶种子或茄子瓶斜面或固体培养基孢子→一级种子罐→二级种子罐→发酵罐

19. 在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？

实验室阶段培养物选择的原则：种子能扩培到一定的量和质，获得一定数量和质量的孢子/菌体。培养基的选择应该是有利于菌体的生长，对孢子培养基应该是有利于孢子的生长。在原料方面，实验室种子培养阶段，规模一般比较小，因此为了保证培养基的质量，培养基的原料一般都比较精细。

生产车间阶段培养物的选择原则：最终一般都是获得一定数量的菌丝体。培养基选择首先考虑的是有利于孢子的发育和菌体的生长，所以营养要比发酵培养基丰富。在原料方面：不如实验室阶段那么精细，而是基本接近于发酵培养基，这有两个方面的原因: 一是成本二是驯化

第六章 糖兼气性发酵产物积累机制

20. P51 什么是代谢控制发酵？代谢控制发酵的研究内容是什么？

人为地改变微生物的代谢调控机制，使有用的中间代谢产物过量积累，这种发酵称为代谢控制发酵。

研究内容：

1. 微生物的生理代谢规律（就是各种代谢产物合成途径及代谢调节机制）；

2. 环境因素（营养条件、培养条件等）对代谢的影响及改变代谢的措施；

3. 代谢控制发酵

21 .P52.54 简述糖酵解的调节机制

调节点主要是三个激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。而激酶的活性是受细胞能荷调节的。 (ATP+½ADP)∕(ATP+ADP+AMP) 为一定比例，该比例叫能荷。

无机磷也是调节者，它能解除6-磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解。

22. 什么是巴斯德效应？巴斯德效应的机制是什么？

P 55 巴斯德效应：在好气条件下，酵母菌发酵能力下降（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能力的其他细胞中。

糖代谢进入TCA 循环 → 柠檬酸↑、ATP ↑ → 抑制磷酸果糖激酶的活性 → 6-P-葡萄糖↑（积累）→ 反馈抑制己糖激酶 → 抑制葡萄糖进入细胞内 → 葡萄糖利用降低。 1,6二磷酸果糖↓→丙酮酸激酶↓→磷酸稀醇丙酮酸积累→反馈抑制己糖激酶↓→糖的酵解速度降低

？23. 在酿酒过程中影响杂醇油生成的原因是什么？

P 57 影响杂醇油形成的条件

① 菌种

② 培养基组成

③ 发酵条件

第七章 柠檬酸发酵机制

？24. 简述柠檬酸生物合成的代谢调节P 64

一、糖酵解及丙酮酸代谢的调节

1. 磷酸果糖激酶（PFK ）是第一调节点

在正常情况下，柠檬酸、A TP 对磷酸果糖激酶（PFK ）有抑制作用，而AMP 、无机磷、铵离子对该酶则有激活作用，NH 4+能解除柠檬酸、ATP 对磷酸果糖激酶的抑制作用 研究表明:NH+与柠檬酸生产速度有密切关系，正是细胞内NH +浓度升高，使PFK 对细胞内积累的大量柠檬酸不敏感

比较底物锰充足、锰缺乏时分批培养物的最大活力时发现，锰缺乏时黑曲霉的组成（合2+对PFK 的抑制，NH 42+缺乏使蛋白质和核酸合成受阻

2. 丙酮酸激酶是EMP 途径的第2个调节点，在某些真菌得到证实，但黑曲霉未被证实。

3. 丙酮酸重要分叉点

丙酮酸羧化酶不被乙酰CoA 抑制，该酶的调节性差，从而保证了草酰乙酸的提供。

二、三羧酸循环的调节

1. TCA 循环的起始酶：柠檬酸合成酶是一种调节酶。但在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用，这是黑曲霉TCA 循环的第一个特点

2. 顺乌头酸水合酶、NAD 和NADP-异柠檬酸脱氢酶活性在pH2.0情况下，三种酶均不呈现活性。发酵中柠檬酸正是在该酸度下积累。

黑曲霉中一种单纯的，位于线粒体上的顺乌头酸水合酶，它在催化时能建立如下平衡： 柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7

3. 第二个特点：黑曲霉菌体内α-酮戊二酸脱氢酶缺失或活力很低（TCA 环被阻断）。 α-酮戊二酸脱氢酶受葡萄糖和NH 4+的抑制，在柠檬酸生成期，菌体内不存在α-酮戊二酸脱氢酶或活力很低。

此酶是TCA 循环中唯一不可逆反应步骤。这时苹果酸、富马酸、琥珀酸由草酰乙酸生成，这种现象称为TCA 循环的马蹄形表达形式。

4. 氧和pH 值对柠檬酸发酵的影响很大

25. 柠檬酸积累机制是什么？P 67

① Mn 2+缺乏→抑制蛋白合成→NH 4+↑及形成一条呼吸活动强的不产生ATP 的侧呼吸

链解除磷酸果糖激酶的代谢调节，促进EMP 途径畅通

② 由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制

③ 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 和CO 2的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

④ 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同时控制Fe 2+含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累

⑤ 随着柠檬酸积累，pH 降低到一定程度时，使顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更

有利于柠檬酸的积累及排出细胞外

第八章 谷氨酸发酵

26. 谷氨酸发酵的三个关键点是什么？P 81

① α-酮戊二酸脱氢酶活性极低或缺失；

② 谷氨酸脱氢酶活性很高，不被低浓度的谷氨酸抑制；

③细胞膜对谷氨酸的通透性高

27. 简述谷氨酸菌种选育模型与控制方法。P 81

选育模型：1. 选育生物素缺陷型

2. 选育油酸缺陷型

3. 选育甘油缺陷型

4. 选育温度敏感型突变株

5. 其他，如营养缺陷型；药物抗性突变株；敏感型突变株等

控制方法：提高细胞膜的谷氨酸通透性：控制磷脂的合成

使细胞膜受损（如表面活性剂）

青霉素损伤细胞壁，间接影响细胞膜

控制磷脂含量:通过控制油酸的合成

通过控制甘油合成

直接控制磷脂合成

第九章 天冬氨酸族氨基酸发酵机制

28. 简述黄色短杆菌赖氨酸生物合成的调节机制 P 85

黄色短杆菌赖氨酸生物合成调节机制：1-天冬氨酸激酶；2-DDP 合成酶；3-高丝氨酸脱氢酶；4-琥珀酰高丝氨酸合成酶；5-苏氨酸脱氨酶

黄色短杆菌中谷氨酸、天冬氨酸生物合成机制：1-磷酸烯醇丙酮酸羧化酶；2-柠檬酸合成酶；3-谷氨酸脱氢酶

其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两个 变构部位，可以与终产物结合，当只有一种终产物（赖氨酸或苏氨酸）与酶结合，酶活 性不受影响。当两种终产物（赖氨酸和苏氨酸）同时过量时，与酶的两个变构部位结合， 该酶活性受 到抑制，这种终产物的反馈抑制称为协同反馈抑制。

？29、简述赖氨酸生产菌的选育原则 P 88

出发菌株的选择：要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌等）

1. 优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。

降低高丝氨酸脱氢酶活性，使代谢流转向优先合成赖氨酸。

高丝氨酸脱氢酶渗漏缺陷型

2. 切断支路代谢：营养缺陷型的选育。

黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌，对天冬氨酸激酶的反馈抑制是赖氨酸+苏氨酸的协同作用，通过诱变使高丝氨酸脱氢酶缺失，切断通向苏氨酸、蛋氨酸的代谢流，控制培养基高丝氨酸（或苏氨酸+蛋氨酸）量，降低苏氨酸浓度，解除协同反馈作用，过量积累赖氨酸

3. 抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。

优点：突变株遗传性地解除了终产物对自身合成途径的酶的调节控制，不受培养基中所要求物质浓度的影响，生产较稳定。

通过诱变使天冬氨酸激酶编码的结构基因发生突变，对赖氨酸及结构类似物不敏感，即使有过量苏氨酸存在，该酶也不与赖氨酸或结构类似物结合，但酶活性中心不变

4. 解除代谢互锁

①选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AEC 的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变

得到抗AEC 兼抗亮氨酸缺陷型菌株。

2选育抗亮氨酸结构类似物的突变株，从遗传上解除亮氨酸对DDP 合成酶的阻遏。 3 选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是一种寻找亮氨酸渗漏缺陷型菌株的有效方法

5. 增加前体物的生物合成和阻塞副产物的生成：

方法：

①选育丙氨酸缺陷型；

② 选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；

③ 选育适宜的CO 2固定酶/TCA循环酶活性比突变株

6. 改变细胞膜的透过性

7. 选育温度敏感突变株

8. 应用细胞工程和遗传工程育种

9. 防止高产菌株回复突变

第十章 抗生素的生物合成与调节机制

？30．简述抗生素生物合成的代谢调节机制P 128

调节模型：

1、由产生菌生成一种诱导剂或激活剂，或把其加入启动生物合成。

2、由小分子物质作为一种辅助阻遏剂或抑制剂，阻遏或抑制抗生素合成酶形成，这些阻遏剂或抑制剂必须在抗生素合成前耗尽或中和，这种调节机制，如碳分解调节、氮分解调节、磷酸盐调节等

一、细胞生长期到抗生素产生期的过渡

解除某些抗生素合成酶的阻遏，包括蛋白质合成阻遏作用的解除

二、酶的诱导作用

抗生素的合成是在微生生长达到平衡后，由特定营养成分减少而停止急剧生长，进入有限的生长期，此时次级代谢开始，在营养期一般不出现催化次级代谢的酶，在转换期发生了次级代谢酶的诱导或解阻遏

三、分解代谢产物的调节控制

1. 包括分解产物阻遏和分解产物抑制。

2. 解除分解代谢产物阻遏的方法：

• 选育对葡萄糖类似物抗性突变型

在培养过程中逃避分解产物阻遏

四、磷酸盐的调节

抗生素的合成只有在磷酸盐含量为生长的“亚适量”时才能合成。

磷酸盐抑制抗生素合成的机制：

1. 抑制或阻遏抗生素合成途径中有关酶的活力和合成

2. 改变代谢途径

五、NH 4+的抑制作用

六、初级代谢调节对次级代谢的作用

七、次级代谢的反馈抑制

许多抗生素能阻止自身的合成。

八、次级代谢的能荷调节

能荷以A TP+1/2ADP/（ATP+ADP+AMP）表示

第十一章 发酵动力学

？31. 什么是菌体生长的得率？

又称生长产量常数，简写为Y . 。指的是菌体产量和营养物的消耗的比值。Y=(X—X o )/(Co —C ）

其中X 表示生长到某阶段的菌体干重，X o 表示接种时菌体干重，C o 表示初始某种限制性营养物的质量，C 表示生长到一阶段剩下的质量。

也就是说每消耗一定的营养物能产生多少细菌

32. 什么是菌体的生长比速？产物的形成比速？基质的消耗比速？维持消耗？

菌体的比生长速率：单位重量的菌体瞬时增量

μ=（dx/dt）/x；单位为1/h，其中x —菌体浓度（g/L ）

产物的形成比速：单位时间内单位菌体形成产物（菌体）的量

π=（dp/dt）/x,；单位为1/h，其中p —产物浓度（g/L ）

基质的比消耗速率:单位时间内单位菌体消耗基质的量

=（ds/dt）/x；单位为1/h，其中s —底物浓度（g/L ）

33. 什么是Monod 方程其使用条件如何？各参数的意义与求解？

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：μ=μmax S/（Ks+ S）

μ：菌体的生长比速. S：限制性基质浓度. Ks：半饱和常数. μmax: 最大比生长速度 Monod 方程的参数求解(双倒数法) ：将Monod 方程取倒数可得：

1/μ=1/μmax+ Ks/μmax S或S/μ= S/μmax+ Ks/μmax

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。

34. 什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？

35. 什么是连续培养？什么是连续培养的稀释率？

由于新鲜培养基不断补充，所以不会发生营养物的枯竭，另一方面，发酵液不断取出，发酵罐内的微生物始终处于旺盛的指数生长期，罐内细胞浓度X 、比生长速率μ、以及t, pH等都保持恒定。

稀释率(D):补料速度与反应器体积的比值(h-1)

36. 解释连续培养富集微生物的原理？

菌的积累速率=生长速率-流出速率, 调节培养基, 使目的菌的流出速率生长速率, 就起到富集作用

第十二章 传质与通气

37. 为何氧容易成为好氧发酵的限制性因素？

氧是需氧微生物生长所必需的。氧往往容易成为控制因素，是因为氧在水中的溶解度很低，培养基因含有大量的有机和无机物质，氧的溶解度比水中还要更低。在对数生长期即使发酵液中的氧浓度达到饱和，若此时终止供氧，发酵液中的溶氧可在几分钟内全部耗尽，使溶氧成为控制因素。

38. 比耗氧速度和呼吸强度的概念？

比耗氧速度或呼吸强度 （QO2） ： 单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气， mmol O2• g 菌 -1• h-1

39. 临界溶氧浓度的概念？

40. 影响微生物需氧的因素有哪些？

细胞浓度直接影响培养液的摄氧率，在分批发酵中摄氧率变化很大，不同生长阶段需氧不同，对数生长后期达最大值。培养基的成分和浓度显著影响微生物的摄氧率，碳源种类对细胞的需氧量有很大影响，一般葡萄糖的利用速度比其他的糖要快。

41. 发酵液中的体积氧传递方程？其中KLa 的物理意义是什么？

以单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为 a (m2/m3)

OTR=KLα (C* –CL ） KL α以氧浓度为推动力的容积氧传递系数，反映了设备的供氧能力

42. 发酵过程中溶氧浓度监控的意义？P 181

1、考察工艺控制是否满足要求 2、其它异常情况的表征，染菌、噬菌体、设备和操作 故障 3、间接控制的措施

第十三章 空气除菌

43. 空气除菌方法有哪些？P 183

① 加热灭菌

② 电除尘

③ 介质过滤除菌

44. 介质过滤的机理是什么？P 186

介质过滤是以大孔隙的介质过滤层出去较小颗粒，这显然不是面积过滤，而是一种滞留现象。这种滞留现象包含多种作用机制，主要有惯性碰撞、阻截、布朗扩散运动、重力沉降和静电吸附等。而以哪一种作用为主，随条件不同而异。

45. 影响介质过滤效率的因素有哪些？P188

① 介质填充厚度

② 介质填充密度

③ 空气流速

第十四章 发酵的中间控制(温度控制）

46. 微生物对温度要求不同的原理是什么？

1、根据细胞膜脂质成分分析表明，不同最适温度生长的微生物，其膜内磷脂组成有很大区别。嗜热菌只含饱和脂肪酸，而嗜冷菌含有较高的不饱和脂肪酸。

2、蛋白质结构差异

3、蛋白质合成温度

嗜冷菌具有在0℃合成蛋白质的能力。这是由于其核糖体、酶类以及细胞中的可溶性因子等对低温的适应，蛋白质翻译的错误率最低。

许多中温菌不能在O 0C 合成蛋白质。

• 是由于其核糖体对低温的不适应，翻译过程中不能形成有效的起始复合物， • 是由于低温下细胞膜的破坏导致氨基酸等内容物的泄露。

4、合成冷休克蛋白

低温微生物适应低温的另一机制是合成冷休克蛋白。耐冷菌由于生活在温度波动的环境中，它们必须忍受温度的快速降低，这与它们产生的冷休克蛋白是密切相关的

47. 发酵热的定义P 195

发酵热是引起发酵过程温度变化的原因，所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量，在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。 48. 发酵过程温度的选择有什么依据？ 1、根据菌种及生长阶段选择：微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求 的温 根据菌种及生长阶段选择 度范围也不同。 在发酵前期由于菌量少， 发酵目的是 要尽快达到大量的菌体， 取稍高的温度， 促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；在中 期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长 中期，从而提高产量，因此中期温度 要稍低一些，可以推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸 合成蛋白质和核酸的正常途径 关闭得比较严密有利于产物合成。 发酵后期， 产物合成能力降 低， 延长发酵周期没 有必要， 就又提高温度， 刺激产物合成到放罐。 如四环素生长阶段 280C ， 合成期 260C 后期再升温； 黑曲霉生长 370C ， 产糖化酶 32～340C 。 但也有的菌种产物形成比 生 长温度高。如谷氨酸产生菌生长 30～320C ，产酸 34～370C 。最适温度选择要根据菌种 与 发酵阶段做试验。

2、根据培养条件选择 温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌 呼吸 速率降低些，溶氧浓度也可髙些。培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营 养利用快， 会使菌过早自溶。

3、根据菌生长情况 菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条 件适 宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。总的来 说，温度的 选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适 温度。

第十四章 发酵的中间控制（pH 控制） 49. pH 对发酵的影响表现在哪些方面？

（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 影响微生物细胞膜所带电荷。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 值影响代谢方向。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。例如黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在pH 近中性时，则产生草酸。谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。

（5）pH 在微生物培养的不同阶段有不同的影响。

50. 发酵过程的pH 控制可以采取哪些措施？

基础培养基调节 pH 、在基础料中加入维持 pH 的物质、通过补料调节 pH 、当补料与 调 pH 发生矛盾时，加酸碱调 pH 、选择合适的 pH 调节剂、发酵的不同阶段采取不 同的 pH 值

第十四章 发酵的中间控制(泡沫控制）

51. 泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？ 益处：气体分散、增加气液接触面积

害处：降低生产能力；引起原料浪费；影响菌的呼吸；引起染菌 52. 发酵中泡沫形成的原因是什么？ （1）通气搅拌的强烈程度

通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分丰富，易起泡。应先开小通气量，再逐步加大。搅拌转速也如此。也可在基础料中加入消泡剂

（2）培养基配比与原料组成

培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，前期难开搅拌。 （3）菌种、种子质量和接种量

菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可以加大接种量 （4）灭菌质量

培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效

53. 罗氏假说对泡沫稳定的条件作了如何假释？ 在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状态的溶质，当浸入系数与铺展系数均为正 值时即是消泡剂。

54. 植物油的消泡机理是什么？

当其溶入泡沫液, 会显著降低该处的表面张力。 因为这些物质一般对水的溶解度较小, 表面 张力的降低仅限于泡沫的局部, 而泡沫周围的表面张力几乎没有变化。表面张力降 低的部分 被强烈地向四周牵引、延伸, 最后破裂。 55. 对消泡剂有哪些要求？

（1）在起泡液中不溶或难溶（2）表面张力低于起泡液（3）与起泡液有一定程度的亲 和性（4）与起泡液不发生化学反应（5）挥发性小，作用时间长

第十五章 工业发酵染菌的防治P 220-231

56．染菌对发酵有什么危害，对提炼有什么危害？

染菌对发酵的危害：干扰生产菌的正常代谢，降低产量、改变 pH ，降解某些产物、污 染不同的微生物，不同阶段染菌危害

染菌对提炼的危害：过滤困难而大幅度降低过滤收率、有机溶剂萃取时发生乳化 57．有哪些原因会引起染菌？P 225

设备渗漏、无菌空气带菌、种子带菌、灭菌不彻底、操作失误技术管理不善 58．染菌以后应采取什么措施？

发酵液必须灭菌后才可放下水道、寻找染菌的原因、染菌厉害时，车间环境要用石灰消 毒 59．为什么会感染噬菌体？感染了噬菌体后应采取哪些措施？P 230

产生噬菌体的原因、活菌体随意排放，造成噬菌体的感染源、建立工厂环境清洁卫生制 度、感染噬菌体的培养物不得带入菌种室、摇瓶间、发现噬菌体停搅拌、小通风，将发 酵液加热到 70--80℃杀死噬菌体，才可排放、环境用漂白粉消毒、选育抗噬菌体的菌种

第十六章 发酵产物的提取与精制概论

59. 简述发酵醪中获得产物分为哪几大类？ 60. 简述发酵醪的特征及预处理要求。

第十七章 发酵产物的提取与精制

61. 何谓双水相萃取? 常见的双水相构成体系有哪些？ 62. 何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？ 63. 离子树脂交换的原理是什么？

64. 简述膜分离法在发酵工业中的应用 65. 凝胶层析的基本原理是什么？ 66. 过饱和溶液形成的方法有哪些？

67. 物料中所含水分的种类有哪些？平衡水分和自由水分的概念? 68. 绘图说明电渗析原理及应用。

四、计算题（1题，15分）

1. 有一发酵罐内装60 m3培养基，在121℃温度下进行实罐灭菌。原污染程度为每1ml 有

3*105个耐热菌芽孢，121℃时灭菌速度常数为2.0min -1，求灭菌失败几率为10-3时所需要的灭菌时间

2. 上题中，灭菌过程的升温阶段，培养基从100℃上升至121℃，共需10min 。求升温阶段

结束时，培养基中芽孢数和保温所需时间。 3. 若题2中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度为131℃，此温度下灭菌速度常数为10min -1，

求灭菌所需的维持时间。

4. 例：在一表达人血管生长抑制素的毕赤酵母（Pichia pastoris) 高密度发酵的生长阶段（分

批发酵阶段）中，经17h 培养，菌体浓度由1.02g/L增加为29.45g/L，甘油由初始浓度47g/L降为0.7g/L，已知酵母菌体含碳量为0.4296g/g，甘油的含碳量为0.3913g/g，计算该阶段异化代谢的比例。

5. 例如 大肠杆菌DH5α及其耐乙酸突变株DA19分别在含葡萄糖2g/L的基本培养基中分

批厌氧培养，结果见表1。元素分析表明， DH5α及DA19的菌体含碳量分别为44.5%和45.38%，菌体燃烧热取22.2 kJ/g，葡萄糖燃烧热673.0kJ/mol、乙酸的燃烧热208.6kJ/mol。试分别计算YC 和YkJ 。

6. 在大肠杆菌DH5α培养中, 测得在比生长速率0.069h-1时, 葡萄糖的比消耗速率3.22mmol/(g.h) ,

代谢产物乙酸的比生长速率为0.895mmol/(g.h), CO2的比生长速率为15.4mmol/(g.h),菌体的含碳量α2为0.456g/g,葡萄糖的含碳量α1为6mmol/mmol,乙酸的含碳量α4为2mmol/mmol, CO2的含碳量为α3为1mmol/mmol。计算碳元素的回收率。

7. 酿酒酵母在以乙醇为唯一碳源的基本培养基中好气培养，当酵母菌的比生长速率为0.119h-1时, 乙醇和氧的比消耗速率分别为6.43mmol/(g.h)和3.60mmol/(g.h) ,二氧化碳的比生长速率为1.71mmol/(g.h),请根据需氧量平衡判断是否有代谢产物生成。 对于乙醇 A=3 mol/mol、B=47.5 mol/mol

9. 例：在一定条件下培养大肠杆菌，得如下数据： S(mg/l) 6 33 64 153 221 μ(h-1) 0.06 0.24 0.43 0.66 0.70 求在该培养条件下，求大肠杆菌的μmax ，Ks 和t d ?