10年发酵工程复习

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1、发酵工程复习第一部分微生物工程原理第一章 微生物工程概论一、发酵工程的定义和特点 发酵工程 : （定义 | 填空） 什么是发酵工程？利用微生物 生长速度快 、生长条件简单 以及代谢过程特殊 等特点, 在 合适条件下通过现代化工程技术手段 , 由微生物的某种特定功能生产出人类需要的产品。传统发酵： 生化和生理学意义的发酵： 工业上的发酵： 微生物的生物转化发酵 是指利用微生物细胞的一种或多种酶 ,作用于一些化合物的特定部位 （基因）, 使其转变成 结构相类似但经济价值更大的化合物的生化反应 .生物反应过程有那几个部分组成（ 4 个部分）：原材料预处理、生物催化剂的制备、生物 反应器及反应条件的选

2、择、产物的分离纯化。 （填空）发酵工程要实现发酵过程并获得发酵产品 , 必须具备那些条件？（简答 | 填空） 只有具备了这些条件，微生物工程才能顺利的进行。这些条件包括：1. 要具有某种 适宜 的微生物即必须要有好的菌种。2. 要保证或控制微生物进行代谢得各种条件 （培养基组成 ,温度 ,O2,PH 等） 适宜的工 艺条件。3. 具有进行微生物发酵的设备必要的发酵设备4. 具有将菌体或代谢产物提取出来，精制成产品得方法和设备一一具有完善的产品提取 技术。微生物工程特点（简答）1、严格的无菌生长环境： 包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各 种连接管道进行灭菌的技术； 在发酵过程中不

3、断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气 过滤技术；2、 在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；3、种子培养和生产培养的不同的工艺技术。4、 在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得 到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再 设计更大规模生产的动力学模型。5、由于生物反应的复杂性， 在从实验室到中试， 从中试到大规模生产过程中会出现许多 问题，这就是发酵工程工艺放大问题。二、微生物反应过程特点 微生物工程与化学工程相比，微生物反应过程具有那些化学工程优点？（简答）（1）作为生物化学反应，通常是在常温、常压下进行的；

4、其能耗低、选择性好、效率 高，无爆炸危险，无需考虑防爆问题。同时还有可能是一种设备具有多种用途。（2）主要以可再生资源作原料，原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主，加入少量 有机即或无机氮源，只要不含毒物，一般无精制必要，微生物本身能有选择地摄 取所需物质。(3) 反应是以生命体的自动调节方式进行，因此数十个反应过程能象单一反应一样， 在单一设备(发酵罐)内很容易进行。(4) 能容易生产复杂的高分子化合物，酶类的生产和光学活性体的有选择性生产等， 是发酵工业最有特色的领域。(5) 由于生命体的特有反应机制，能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的氧 化，还原，官能团导入等反应。(6) 生产发酵

5、产物的微生物菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用 物质。因此，除特殊情况外，发酵液通常对生物体无害。(7) 发酵生产在操作上最需要注意的是防止杂菌污染。因此进行设备的冲洗，灭菌， 空气过滤等，使全过程处于无菌状态下运转，是非常重要的。一旦失败损失将 非常惨重。(8) 通过微生物的菌种改良，能够利用原有生产设备使生产飞跃上升。(9) 环境污染较少(10) 投资较小微生物工程技术主要包括那些内容？(简答| 填空)1、提供高性能生产菌种的菌种技术；2、实现低成本大规模生产产品的发酵技术；3、最终获得合格产品的分离提取技术。三、微生物工程的发展简史微生物工程的发展简史主要经历了那几个阶段

6、？(简答|填空)(1) 传统的微生物发酵技术 - 天然发酵阶段(2) 第一代微生物发酵技术 - 纯培养技术的建立阶段(3) 第二代 ( 近代) 微生物发酵技术一 - 深层培养技术(通气搅拌技术)的建立阶段(4) 第三代微生物发酵技术 -微生物工程阶段四、发酵工程的范围发酵工程涉及到广泛的产业领域 ,按微生物发酵产品的性质分为哪几方面？ (简答 |填空):1. 微生物菌体发酵2. 微生物酶发酵3. 微生物代谢产物发酵4. 微生物的生物转化发酵5. 微生物特殊机能的利用七微生物工程发展趋势微生物工程的发展趋势是什么？(简答|填空)1. 提高现有微生物发酵工业水平2 利用重组 DNA 技术，人工选育

7、和改良菌种3开拓极端酶4采用发酵技术进行高等动植物细胞培养5随着酶工程的发展， 固定化(酶和细胞)技术被广泛应用第三章 菌种的选育微生物工程(发酵工程)的工业生产水平主要取决于那三个要素？(填空)生产菌种的性能 、 发酵及提纯工艺条件、生产设备 什么是菌种选育？菌种选育 是指应用微生物遗传和变异的理论，用人工方法造成变异，再经过筛选以得到 人们所需的菌种的过程。为了满足发酵工业的需要， 菌种选育的方向 ： 就是选育出能 吃“粗粮” 、耐高温 、生长 快、代谢旺、产量高、质量好、无毒性 的优良菌株。 （填空）因此菌种选育工作的重点 : 是从常温菌到高温菌 ，慢生菌到速生菌 ， 野生菌到变异菌 等

8、 方向进展。（填空）二、菌种的分离与筛选（一） . 分离的设计与要求 将生态学方法用于培养分离的一般思路要点是什么？（简答）1罗列出所要分离的微生物类群； 2根据所采集样本的各种生态参数，描述所要分离的微生物之生态系统或栖息地； 3将若干样本分成若干类型，如植物和植物各部，土壤（ 类型和土层 ） 、岩石、水、昆虫和发酵食品等；4 罗列出所要考察和测量的环境参数，如pH、盐分、水分、氧化还原电势及温度等；5列出生物系统中有用的自然底物，如森林土壤中的几丁质、葡萄表皮的果胶；6 根据上述 1-5 项中所获得的数据，设计分离方法，即选择适宜的稀释液、底物、试样、天然浸出汁和培养条件；7 用标准方法作

9、对照来评价生态学分离方法；8 根据待检材料的生态参数需要，修改已知的方法；9 运用特定的富集方法，富集那些可能具有筛选意义的微生物类群2 筛选目的菌株时必须考虑的 重要指标有那些？（简答）（ 1）菌的特征： 在发酵过程中， 一般要求采用廉价的培养基或使用来源丰富的原料 （如用 农副产品或甲醇等作能源） 。用含有这种成分的分离培养基可筛选出能适应这种养分的菌种。（2）菌的生长温度：应选择高于40 C的菌种，这可大大降低大规模发酵冷却的成本。因此 用这一温度来分离培养高温生产菌在经济上是有利的。（ 3）菌对所采用的设备和生产过程的适应性适应性好（ 4）菌的稳定性稳定性高（ 5）产物得率和产物在培养

10、液中得浓度。（ 6 ）产物是否容易从培养液中回收（ 3）（ 6）是用来衡量分离得到得菌种得生产性能，如能满足以上几条便有希望成为效益高得生产菌种。但对筛选出得高效菌种在投入生产之前必须对其产物得毒性和菌种得生产 性能作出评价。（二）施加选择性压力分离法（ 1 ）富集液体培养 什么是富集培养 ?是指能增加混合菌群中所需菌株数量得一种方法 , 其要领是提供一些有利与所需菌株生 长或不利与其它菌型生长条件；富集培养的具体方法？就是根据不同种类微生物的生长环境和营养的要求不同 , 通过人均控制这些条件 , 使之特 别有利于某种微生物的生长 , 而抑制其他种类微生物的生长 ,使目的菌株成为优势菌 ,达到

11、快 速分离纯化的目的。一些物理和化学条件都可以作为压力培养的选择因素。如 : 控制培养时的 氧, 可将好氧和厌氧微生物分离开来 ;控制pH条件,可将嗜酸、嗜碱和中性的微生协分离；控制 温度 , 可将嗜冷、嗜热和常温生活的微生物分离 ;培养基的 高糖、高盐 浓度, 可以获得耐高渗和嗜盐的微生物 ；而调节 营养物 的组成 , 以某种营养协作为唯一的碳氮源 , 则可富集分离到可以利用此营 养的微生物。另外，抗生素 也是个重要的选择压力因素。在分离细菌和放线菌的时候, 加入抗真菌的抗生素 ； 而在分离真菌时 , 则加入抗细菌的抗生素。在富集培养时，有些情况必须值得注意，因为有些所需菌型生长的结果有时会

12、改变了培 养基的性质，从而改变了选择压力。因此，对这类菌的富集培养，可以采用不同的培养方法 进行富集培养。富集培养的主要方法 :即分批式富集培养 ( 摇瓶培养 )和恒化式富集培养 ( 连续培养 )。 什么是分批式富集培养 ？是将富集培养物转移到新的同一种培养基中 , 重新建立选择性压力 , 如此重复转种几次后 再取此富集培养物接种到固体培养基上以获得遗传背景一致的单菌落。 这种富集培养方法中 , 转种的时间最为关键 , 必须在所需菌种占优势的时候转接。什么是恒化式富集培养 (连续培养 ) ？是通过改变限制性基质的浓度，来控制两类不同菌株的比生长速率卩,当基质浓度低于 y 时，菌株B将维持比菌株

13、 A高的比生长速率；而基质浓度高于 y时，菌株A有比菌株B高的比 生长速率 ， 因此可以通过改变稀释速率进行连续富集培养 ， 获得所需菌种。第二节自然选育和诱变选育优良的生产 菌种应具备那些 基本特性 ？(简答)(1) 高产 生产菌种应具有在较短的发酵周期内产生大量发酵产物的能力。高产菌株的 应用 ， 可以在不增加投入成本的情况下 ， 大幅度提高企业的产生能力。(2) 产物纯度高 在发酵过程中不产生或少产生与目标产品性质相近的副产品或其他产 物。这样不仅能提高营养物质的有效转化率 ， 同时也减少了分离纯化的难度 ， 降低成本 ， 提高产 品的质量。(3) 生长繁殖能力强、生长速率快产生孢子的菌

14、种具有较强的产孢能力。这样有利与缩短发酵周期 ，减少种子罐的级数 ，最终减少设备投资和运转费用。 同时，还可以减少在扩大 生产过程中发生菌种生产性能下降或杂菌污染的可能性。(4) 高转化率 能够高效地将原料转化为产品 ， 降低生产成本。(5) 可以利用广泛来源原材料 ， 并且菌种对发酵原料成分的波动敏感性小。(6) 对需要添加的 前体物质有耐受能力 ， 不会将这些前体物质作为一般的碳源来利用。(7) 发酵过程中产生的 泡沫要少 ，这对提高装料系数、单罐产量 ，降低成本有重要意义。(8) 具有 抗噬菌体感染的能力强 .(9) 遗传特性稳定 保证发酵过程能够长期、稳定地进行 ， 同时有利于使用最佳

15、的工艺 控制。微生物工程中工业菌种的育种方法主要有: 自然选育、诱交选育、杂交选育、原生质体融合技术 以及 基因工程 等。(填空)选择育种方法时综合考虑的因素 (简答)(1) 待改良性状的本质及与发酵工艺的关系 ( 如批式或连续发酵试验 ) ；(2) 对这一特定菌种的遗传和生物化学方面认识的明了程度；(3) 经济费用。如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少，则多半采用随机诱变、筛选及选育等 技术：如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识，则可选择基因重组等手段进 行定向育种。工业菌种改良方法 ：(简答 | 填空)(1) 解除或绕过代谢途径中的限速步骤：通过增加特定基因的拷贝数或增加相应基因 的表达能力来提高限速酶的含量； 在代谢途径中引伸出新的代谢步骤， 由此提供一个 旁路代谢途径。(2) 增加前体物的浓度。(3) 改变代谢途径， 减少无用副产品的生成以及提高菌种对高浓度的有潜在毒性的底 物、前体或产品的耐受力。(4) 抑制或消除产品分解酶。(5) 改进菌种外泌产品的能力。(6) 消除代谢产品的反馈抑制。如诱导代谢产品的结构类似物抗性。 诱变育种步骤(填空)1、出发菌株的选择2、处理菌悬液的制