发酵工程试卷及答案

一、名词解释（共10小题，每题2分，共计20分）

1、葡萄糖效应：1942年Monod在研究大肠杆菌利用混合碳源生长时，发现葡萄糖会抑制其它碳源的利用，例如大肠杆菌在含乳糖和葡萄糖的培养基中，优先利用葡萄糖，并只有当葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，这就形成了在两个对数生长期中间的第二个生长停滞期，即出现了“二次生长现象”，用山梨醇或乙酸代替乳糖，也有类似的结果。

2、次级代谢：微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前提物质，合成一些对微生物生命活动无明确功能的物质的过程，产物即为次级代谢产物。如抗生素、毒素、激素、色素等。

3、组成酶：在正常培养条件下，不管有无诱导物，能合成的酶。如参与新陈代谢和生长繁殖的酶类。

4、微囊化：是固定化的一种，通常用一层亲水性的半透膜将酶、辅酶、蛋白质或细胞包围在微珠状的微囊内，实现固定化的目的。

5、抗生素：是生物在其生产活动过程中所产生，并能在低微浓度下有选择性地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的有机物。

6、实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫做实罐灭菌，又称分批灭菌。

7、单细胞蛋白：主要指酵母、细菌、真菌等微生物蛋白质资源。是具有应用前景的蛋白质新资源之一。

8、协同反馈抑制：指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶抑制反馈调节方式。例如多粘芽孢杆菌在合成天门冬氨酸族氨基酸时，天门冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。如果仅是苏氨酸或赖氨酸过量，并不能引起抑制作用。

9、固体发酵：是利用各种植物性原料，按生产的要求和菌种的特性进行适当的配比，经过灭菌接入预先培养好的菌种，在曲室或发酵池进行发酵。

10、恒化培养

保持培养液的流速不变，使培养罐内的营养物质浓度基本恒定，并使微生物始终在低于其最高生长速度的条件下进行繁殖，这种连续培养方式称为恒化培养。

二、填空题（共5小题，每空1分，共计20分）

1、按操作方式的不同，可将发酵分成三种主要类型，有分批发酵、连续发酵和半连续发酵。

2、氧气从气泡传给发酵液的速率：OTR=k L a?( C* - C ) ，其中，OTR是供氧速率，C*是与气泡中的氧成平衡的液相氧浓度，C是发酵液中氧的浓度，k L a是传氧系数，即液膜传氧系数与气液两相比界面的乘积。

3、固液分离的主要方式包括：离心、微孔膜过滤、双水相萃取和泡沫分离。

4、菌种保藏的方法一般有下面几种：斜面保藏法、石蜡油封存法、沙土管保藏法、真空冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法。

5、连续加压灭菌法在发酵行业里也称“连消法”，主要灭菌设备有配料预热罐、连消塔、维持罐、冷却管。

三、简答题（共5小题，每题6分，共计30分）

1、请说明气体提升式发酵罐的特点，并指出其相对于机械搅拌罐的优点是什么？

答：气体提升式发酵罐的特点：

气体从罐的下部通入，借气体的上升力带动流体在整个反应器内循环流动造成良好的混合，使反应器内整体混合均匀，而且由于不用机械搅拌桨，减少了剪切作用对细胞的伤害。同时由于液体循环流动速度较快，因此反应器内供氧及传热都较好。

优点：能耗低，液体中的剪切作用小，结构简单，且由于省去了机械搅拌而不需机械密封，避免了因机械密封不良造成的杂菌污染。但它不适用于高粘度或含大量固体的培养液。

2、什么是发酵“放大”？发酵“放大”的原则有那些？

答：发酵“放大”：指在生产规模和生产能力上的增加，其目的是在更大的规模上重现某个生产过程并实现预期实验结果。

发酵“放大”原则有：

（1）几何相似，即按照小的与大的装置各部分几何尺寸比例大致相同进行放大。（2）恒定体积功率放大：即P g / V恒定。

（3）恒定传氧系数k L a放大。

（4）恒定剪切力、恒定叶端速度放大。

（5）恒定的混合时间t M放大。

3、氨基酸发酵的代谢控制的方法有哪些？

答：（1）控制发酵的环境条件。

（2）控制细胞渗透性。

（3）控制旁路代谢。

（4）降低反馈作用物的浓度。

（5）消除终产物的反馈抑制和阻遏作用。

（6）促进ATP 的积累，以利于氨基酸的生物合成。

上述氨基酸发酵的代谢控制方法，是氨基酸发酵工艺控制和选育氨基酸高产菌株的

依据。

4、菌种选育对发酵工程非常关键，请说明新种分离与筛选的基本步骤？

答：（1）采样：有针对性地采集样品。

（2）增殖培养：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上

占优势。

（3）分离筛选：采用选择性培养基利用分离技术得到纯种目的菌。纯种分离的方法

有划线分离法、稀释分离法。筛选分初筛、复筛。

（4）菌种鉴定：根据生理生化特征、遗传和分子生物学特性等。

（5）毒性试验：根据毒理学分析，选择无毒性菌株。

5、Monod 提出细胞的比生长速率与限制性基质浓度的关系方程的内容是什么？

答：细胞的比生长速率与限制性基质浓度的关系可用下式表示：

其中，S 为限制性基质浓度(g/L)；Ks 为饱和常数(g/L)，其值等于比生长速率为最大

比生长速率一半时的限制性基质浓度。

四、问答题（共2小题，每题15分，共计30 分）

1、在发酵工业中使用到的培养基有斜面培养基、孢子培养基、种子培养基、发酵培养基等种类，对这些培养基的原料各有何要求？

答：对发酵培养基的原料要求分别是：

（1）斜面培养基：供菌种繁殖、扩大之用，对这种培养基的要求是能够使菌体长

S

K S s +=max μμ

得快而健壮，而且不易引起菌种变异。一般斜面培养基中碳源和氮源含量不宜过多，特别是碳源，多了会引起pH波动，无机盐浓度也要控制适当，以免影响菌种特性。

（2）孢子培养基：供菌种繁殖孢子的一种固体培养基，要求使菌体生长迅速，产生数量较多的优质孢子，并且不引起菌种的变异，因此在配置上要求：①营养不能太丰富，否则不易产孢。②无机盐浓度要适当，不然会影响孢子量和孢子的颜色（质量）。

③注意pH和湿度。常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基等。它们含氮量低，疏松、表面积大，是较好的产孢子培养基。

（3）种子培养基：有摇瓶种子和种子罐用的种子培养基等。对种子培养要求做到纯种、健壮、活力旺盛，并有足够的数量，以满足下一级菌种生长繁殖需要。因此，种子培养基要求营养物质适当的丰富和完全，培养基成分易于被菌体吸收，但浓度不宜过高，控制碳氮比，保持培养过程中pH稳定在适当范围内。另外种子培养基的主要成分和培养条件应尽可能同发酵培养基保持一致，以缩短延迟期，使菌种迅速转入旺盛生长。

（4）发酵培养基：发酵培养基是要求最严格的培养基，它具有双重任务，一是供菌体生长繁殖，二是使菌种能够大量产生发酵产品。因此发酵培养基的营养成分即要丰富和完全，有要求严格控制，尤其是那些对发酵产物的形成有严重影响的成分。

2、微生物发酵的工艺过程可分成哪几个主要阶段，各阶段的具体内容和要求是什么？答：微生物发酵的工艺过程可分为四个阶段：菌种阶段、种子扩大培养阶段、发酵阶段、分离提取阶段。

（1）菌种阶段

主要是菌种的保藏，使其达到: 不衰退、不污染、不死亡。

在做种子菌时，注意菌种要活化，再进一步扩大培养。

（2）种子扩大培养阶段

将斜面或摇瓶培养好的种子接入种子罐。根据发酵罐的大小，所需种子的数量，可采用一级，也可采用二级。采用三级时即在种子罐和发酵罐之间加入一只繁殖罐。一般接种量是发酵液的5～10％。种子扩大培养阶段的目的是繁殖大量的菌体而不是生产目的产物，因此，①要求种子培养基的营养成分要丰富，有利于菌体的生长繁殖。②种子培养基中要加入生产培养基中的一些成分。

（3）发酵阶段

在此阶段，前期进行菌体的生长繁殖；后期主要是产生和积累所需的微生物产物。

（4）分离和提取阶段

根据发酵产物的不同，采用不同分离提取方法，如盐析法、离子交换法、过滤法、膜分离法、蒸馏喷雾干燥法、分子筛法等。选择方法的原则是简便、价廉、分离提取率高，产品质量好。