微生物工程复习

1、发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。

发酵工程的内容包括菌种选育、培养基的配置、灭菌、种子扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯（生物分离工程）等方面。

2、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
3、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
4、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
5、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？
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。

6、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.
7、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。

8、什么是正突变？什么是负突变？什么是结构类似物？
生产上所不希望看到的，表现为菌株的衰退和生产质量的下降，这种突变成为负突变。

生产上希望看到的，对生产有利，这种突变成为正突变。

结构类似物：在化学和空间结构上和代谢的中间物（终产物）相似，因而在代谢调节方面可以代替代谢中间物（终产物）的功能，但细胞不能以其作为自身的营养物质。

9、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。

10、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。

（5）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。

11、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）。

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
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。

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。

12、什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？
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，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
13、常用的无机氮源和有机氮源有哪些？有机氮源在发酵培养基中的作用？
常用的有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、蛋白胨等；常用的无机氮源有氨水、铵盐和硝酸盐。

有机氮源在发酵培养基中的作用有：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。

诱导某些酶的产生。

14、什么是前体？前体添加的方式？
前体指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。

15、什么是产物促进剂？产物促进剂举例？
是指那些非细胞生长所必须的营养物，如非前体，但加入后却能提高产量的添加
剂。

16、培养基设计的一般步骤？
1.根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基成分；
2.通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；
3.当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。

17、培养基成分选择考虑的问题？
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
18、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。

19、什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？
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。

次级代谢产物是指由微生物产生的，与微生物生长、繁殖无关的一类物质。

20、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)
21、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,杂菌的流出速率>生长速率,就起到富集作用
22\比耗氧速度和呼吸强度的感念？
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
23、临界溶氧浓度、氧饱和度的概念？
临界氧浓度：CCr临界氧浓度：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。

氧饱和度：发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度
饱和溶氧浓度：在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解度。

(mol/m3) 24、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。

25、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 ）KLα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。