(141228)发酵工程复习参考题及答案

《发酵工程工艺原理》复习思考题

第一章复习思考题

1．什么是初级代产物？什么是次级代产物？次级代产物主要有哪些种类？

初级代：指微生物的生长、分化和繁殖所必需的代活动而言的。初级代过程所生成的产物就是初级代产物。

次级代：是指非微生物生命活动所必须的代活动而言，也就是说这种代对微生物的生长、分化和繁殖关系不大，生理功能也不十分清楚，但可能对微生物的生存有一定价值。次级代过程所生成的产物就是次级代产物。通常在细胞生成的后期形成。

次级代产物有抗生素、生物碱、色素和毒素等。

2．典型的发酵过程由哪几个部分组成？发酵产物包含哪几类？

发酵过程组成：（1）菌种活化与扩大培养；（2）发酵与酿造原料前处理及培养基制备；（3）发酵与酿造操作方式；（4）产物分离、提取与后加工。

发酵产物：（1）菌体或菌体部分成分；（2）初级代产物如醇、酸、糖、蛋白质等；（3）次级代产物如抗生素、色素等

第二章复习思考题

1．发酵工业用菌种应具备哪些特点？

（1）能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能高产和稳产所需的代产物。

（2）可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高。

（3）生长速度和反应速度快，发酵周期短。

（4）副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。

（5）菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。

（6）对于用作食品添加剂的发酵产品以及进行食品发酵，其生产所用菌种必须符合食品卫生要求。

2．什么叫自然突变和诱发突变？诱变育种的实质是什么？

（1）自然状况下发生的突变称为自然突变或自发突变；

人为地用物力或化学因素诱发的突变叫诱发突变。

（2）用各种物理、化学的因素人工诱变基因突变进行的筛选。

3．突变分为哪两种类型，举例说明。

（1）点突变：碱基对置换和移码；

（2）染色体畸变：在染色体上发生大的变化，如断裂、重复、缺失、易位和染色体数目变化等结构变化。

4．何为转化、转导、DNA体外重组技术？举例说明在发酵工业中的应用。

转化育种：从供体细胞中取出遗传物质，通过对受体细胞的培养处理，使供体的DNA片段进入受体细胞，与受体细胞的DNA重新组合而获得变种的一种育种方法。

转导育种：由噬菌体作为媒介，将一个细胞的遗传物质传递给另一个细胞，从而获得高产变种的一种育种方法。

DNA体外重组技术：根据需要用人工方法取得供体DNA上的基因，在体外重组于载体DNA上，再转移入受体细胞，使其复制、转录和翻译表达出供体原有的遗传性状。

5．什么是选择性培养基？它在菌种筛选中有何应用价值？举例说明。

选择性培养基是用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长，提高所需微生物的分离效率。

一种类型选择培养基是依据某些微生物的特殊营养需求设计的，也可以称为富集培养基。例如，利用以纤维素或石蜡油作为唯一碳源的选择培养基；利用以蛋白质作为唯一氮源的选择培养基；缺乏氮源的选择培养基等。

另一种类型选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用，对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物。例如，在培养基中加入数滴10％酚可以抑制细菌和霉菌的生长，从而从混杂的微生物群体中分离出放线菌；在培养基中加入亚硫酸铋，可以抑制革兰氏阳性细菌和绝大多数革兰氏阴性细菌的生长，而革兰氏阴性的伤寒沙门氏菌可以在这种培养基上生长；在培养基中加入染料亮绿或结晶紫，可以抑制革兰氏阳性细菌的生长，从而达到分离革兰氏阴性细菌的目的。

现代基因克隆技术中也常用选择培养基，在筛选含有重组质粒的基因工程菌株过程中，利用质粒上具有的对某种（些）抗生素的抗性选择标记，在培养基中加入相应抗生素，就能比较方便地淘汰非重组菌株，以减少筛选目标菌株的工作量。

6．何为营养缺陷型？举例说明营养缺陷型的筛选方法。

（1）营养缺陷型：指某一菌株丧失了合成某种营养物质的能力，在培养基中若不外加这种营养成分就不能正常生长的变异菌株。表示为“X-”。

（2）营养缺陷型的检出（影印法）：是将经处理的细菌涂在完全培养基的表面，待出现菌落后，用灭菌丝绒将菌落影印接种到基本培养基上，经过培养出现菌落后比较两个培养皿，凡在完全培养基上出现菌落而在基本培养基上的同一位置上不出现菌落者，这一菌落便可初步断定是一个缺陷型，然后将在完全培养基上的菌落接种至完全培养基斜面培养保存作进一步的鉴定。7．如何筛选抗性突变株？

抗生素抗性突变：将菌种诱变处理，用含有某种药物的培养基挑选抗性突变体，野生的敏感菌不能在这种培养基上生长。用梯度平板法。

抗噬菌体菌株选育：诱变后用高浓度噬菌体平板筛选抗性菌株。

条件抗性突变：温度敏感突变。

8．设计一个从自然界中筛选高温淀粉酶产生菌的实验方案，并说明主要步骤。

欲从自然界中筛选高温淀粉酶产生菌，最好在温度较高的南方，或温泉，火山爆发及北方堆肥中采集样品。将采集来的样品经过预处理（如高温加热），减少杂菌量，然后进行富集培养，

富集培养以淀粉为唯一碳源，这样形成的优势菌种即为以为能产生淀粉酶的一类菌株，然后采用平板筛选，通过初筛与复筛，最终获得性能优越的高温淀粉酶产生菌。

9．菌种保藏的目的与核心是什么？产孢子的微生物适宜用何种保藏方法？

（1）目的：保证菌种不发生遗传变异、无污染和保持活力。

核心：人工创造条件（如低温、干燥、缺氧、和缺乏营养物质），使菌种的代活动处于不活动状态。

（2）适宜用砂土保藏法。

附：菌种保藏方法：斜面低温保藏法、石蜡油封保藏法、砂土保藏法、冷冻干燥法、液氮超低温冻结法

1．酵母菌：一般采用定期移植斜面低温保藏法，将酵母接种于麦芽汁琼脂斜面上，放置低温处，每隔几个月移植一次。也可采用石蜡油封藏法。

2．霉菌：采用砂土管保藏法。此法特别适宜于产孢子或芽孢的微生物。

3．细菌和放线菌：一般细菌采用冻干法为佳，放线菌可采用冻干法和砂土管法保藏。10．造成菌种退化的原因是什么？生产中如何防止菌种的退化？

（1）菌种退化的原因：保藏方法不妥、保藏操作不当、传代不当、培养基不适、回复突变（2）防止菌种退化的措施：

从菌种选育方法上考虑：（1）进行充分的后培养及分离纯化；（2）增加突变位点，减少基因回复突变的几率。

从菌种保藏方式上考虑：（1）尽量减少传代次数；（2）选择适宜的保藏培养基。

从菌种培养适宜条件上考虑：（1）结构类似物抗性菌株在保藏培养基中应添加相应药物及时淘汰回复突变细胞。（2）基因工程菌添加抗生素于培养基中防止质粒的丢失。

从菌种管理的措施上考虑 :复壮

（1）定期对保藏菌种分离纯化，淘汰已退化细胞；（2）定期对发酵液进行分离筛选。11．何为菌种的复壮？

狭义的复壮是指在菌种已经发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定典型性状、生产性能等指标，从已衰退的群体中筛选出少数尚未退化的个体，以达到恢复原菌株固有性状的相应措施。

广义上的复壮是指在菌种的典型性状或生产性状尚未衰退前，就经常有意识地采取纯种分离和生产性状测定工作，以期从中选择到自发的正突变个体。

12．培养基有哪些类型？各有何种用途？发酵工业上使用最广的是哪种类型？

（1）培养基的类型

状态：固体、半固体和液体培养基。

纯度：天然培养基、合成培养基和半合成培养基

生产工艺要求：孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。

（2）各种培养基的用途：

固体培养基：常用于微生物分离、鉴定、计数和菌种保存等方面。

液体培养基：适于作生理等研究，由于发酵率高，操作方便，发酵工业也常大规模使用。

半固体培养基：用于鉴定菌种、观察菌种运动特征及噬菌体的效价测定等。

天然培养基：营养丰富，适合于微生物的生长繁殖和目的产物的合成。

合成培养基：适用于研究菌种基本代和过程的物种变化。

半合成培养基：这类培养基能更有效地满足微生物对营养物质的需要，在生产上应用较多。

斜面培养基：供菌种繁殖的一种常用的固体培养基。

种子培养基：菌体的扩增。

发酵培养基：供菌种生长、繁殖和合成产物用。

（3）使用最广的是：液体培养基。

13．如何确定培养基的组成？生产中液体培养基的制备有哪些步骤？

（1）通过单因子试验法、正交试验设计和均匀设计等试验方法来确定培养基的组成和配比。

（2）液体培养基的制备：原料预处理（淀粉糖的制备、糖蜜的预处理）、原料混溶（缓冲物质、主要元素原料、微量元素、生长素）、调节pH和灭菌。

14．淀粉糖的制备方法？哪种方法制备的淀粉糖质量好？

（1）制备方法：

1、酸解法

优点：生产简易，设备简单，水解时间短，设备生产能力大。

缺点：设备需耐腐蚀，高温高压；副反应复杂。对原料要求高，颗粒不能大，浓度不能高，否则转化率低。

2、酶解法

优点：反应条件较温和，不需耐高温、耐压、耐酸设备；酶作用专一性强，淀粉水解副反应少，糖液纯度高，淀粉转化率高；可在较高淀粉乳浓度下水解，可采用粗原料；糖液颜色浅，纯净，无苦味，质量高，有利于糖液的精制。

缺点：反应时间较长，要求的设备较多，需专门培养酶的条件，由于酶本身是蛋白质，易造成糖液过滤困难。

3、酸酶结合法

酸酶法：先用酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解为葡萄糖。

酸液化速度快，且糖化是由酶来进行，对液化要求不高，可采用较高的淀粉乳浓度，提高生产效率。

酶酸法：先用淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖。

能采用粗原料淀粉，淀粉浓度较酸法高，生产易控制，时间短，减少副反应，糖液颜色较浅。

（2）酸酶结合法制备的淀粉糖质量好。

15．糖蜜可直接用作发酵原料吗？为什么？

不可以。

（1）糖蜜中生物素的含量，与糖蜜来源生产批次有关，而且其它营养成份也有变动

（2）糖蜜含有黑褐色色素，影响成品色泽。

（3）糖蜜含有胶体物质，粘度大，致使发酵中泡沫多，对于提取也带来困难。

（4）糖蜜中含有较多的钙质物质,这对于谷氨酸的提取精制上，要增加糖蜜原料的脱钙操作。

因此糖蜜要进行前处理。澄清，脱钙，水解胶体，除黑色素。

第三章复习思考题

1．何谓消毒、灭菌？消毒可以达到灭菌的目的吗？

（1）消毒：指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具外的病原微生物。

灭菌：指用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物。

（2）不可以。

2．灭菌的方法主要有哪几种？其灭菌原理何在？发酵工业中为何应用最广的是湿热灭菌？

（1）工业生产上的灭菌方法有加热灭菌（干热灭菌：火焰灭菌、烘箱灭菌；湿热灭菌：巴氏灭菌、间歇灭菌、高压蒸汽灭菌）、化学药剂灭菌、射线灭菌化学药剂灭菌、射线灭菌用于无菌间、培养室及车间空气灭菌。等。

（2）湿热灭菌的原理：

1．微生物的热阻

致死温度：指杀死微生物的最低温度。

致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所需要的时间。

2．微生物的热死规律——对数残留定律

3．反应速度常数k

在相同温度下，k值愈小，则此微生物愈耐热。同一种微生物在不同温度下，k值也不相同，灭菌温度愈低，k值愈小，温度愈高，k值愈大。

（3）培养基灭菌温度的选择

结论：温度升高，菌死亡速率大于培养基成分破坏的速率。在实际生产中为了既达到灭菌目的又较好地保存营养成分，最好采用高温快速灭菌法。

3．何谓微生物的热阻？高温短时灭菌法（HTST）的理论基础是什么？

（1）微生物的热阻：微生物对热的抵抗力；

（2）19 世纪50 年代，法国人巴斯德（Pasteur）阐明了食品的微生物腐败机理，为灭菌技术的发展奠定了理论基础。

4．在工业生产中，影响培养基灭菌的因素有哪些？为什么？

1．培养基成分：在培养基成分中，糖、脂肪和蛋白质的存在对微生物有一定的保护作用。特别是浓度较高的有机营养物质，当其表面受热变性后能形成一层保护膜影响热的传导，从而提高微生物的耐热性。但这种耐热性同浓度（即基质中含水最）有关，相反；无机盐、碱、酸等则可以削弱微生物的耐热性，这同提高微生物细胞壁的导热性能有关系。

2．PH值：pH值高底pH6.0～8.0时,微生物最耐热;pH小于6.0时,氢离子易渗入细胞,改变细胞的生理反应促使其死亡。所以培养pH值愈低,所需灭菌时间愈短。

3．培养基中的颗粒

4．泡沫

5．比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点，两种灭菌方法各适用于何种场合？

（1）连续灭菌（连消）（Continuous sterilization）: 是采用专一灭菌设备——连消塔，在高温下对液体培养基进行短时间加热灭菌。

优点：（1）培养基受热时间短（可在20～30s达到预定灭菌温度），营养成分破坏少；（2）质量均匀；（3）适用于自动控制

适用条件：大规模生产，培养基中不含有固体颗粒或泡沫较少。

（2）分批灭菌（实消）: （Batch sterilization）指培养基在发酵罐中灭菌。

优点：无需专一灭菌设备，但易发生局部过热而破坏营养成分的现象。

适用条件：当培养基中含有固体颗粒或培养基有较多泡沫时，以采用分批灭菌为好。对于容积小的发酵罐，连续灭菌的优点不明显，而采用分批灭菌比较方便。

6．工业上空气除菌所用过滤介质（如棉花、玻璃纤维、活性炭等）的滤孔远大于菌体，为何也能达到除菌的目的？

空气流通过这种介质过滤层时，借助惯性碰撞、拦截滞流、静电吸附、扩散等作用，将其尘埃和微生物截留在介质层，达到过滤除菌目的。

介质过滤机理：

（1）惯性碰撞作用：当微生物等颗粒随空气以一定速度流动，在接近纤维时，气流碰到纤维而受阻，空气就改变运动方向绕过纤维继续前进。由于微生物等颗粒具有一定质量，因而在以一定速度运动时具有惯性，当碰到纤维时，由于惯性作用而离开气流碰在纤维表面上，由于磨擦、粘附作用，被滞留在纤维表面，这叫做惯性碰撞滞留作用。

（2）拦截滞留作用：当气流速度降低时，微粒随低速气流慢慢靠近纤维，随主导气流绕过纤维前进，并在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞留区气流速度更慢，进入滞留区的微粒缓慢接近纤维并与之接触，由于磨擦、粘附作用而被滞留。

（3）布朗扩散作用：很小的微粒（＜1μm）在流动速度很慢的气流中能产生一种不规则直线运动，称为布朗扩散运动。其结果使较小的微粒凝集成较大微粒，增加了微粒与纤维接触滞留的机会。

（4）重力沉降作用：当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就会沉降。对于小颗粒，只有当气流速度很低时才起作用。

（5）静电吸附作用：许多微生物和孢子都带有电荷。当具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于磨擦作用而产生诱导电荷，特别是纤维表面和用树脂处理的纤维表面产生电荷更显著。当菌体所带的电荷与介质的电荷相反时，就发生静电吸引作用。

7．过滤效率受哪些因素影响？如何提高除菌效率？

（1）

因素：过滤前空气中的微粒数、过滤后空气中的微粒数。

（2）过滤效率是随滤层厚度的增加而提高的。

进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比（穿透率倒数）的对数是滤层厚度的函数。