运动发酵单胞菌 碳源
工业微生物 chap10 微生物与现代发酵工业
工业微生物 chap10 微生物与现代发酵工业第十章微生物与现代发酵工业发酵现象，具有与地球上生命体的诞生同样长的历史，有史以来就被人类所认识。
几千年来，微生物一直被用来生产面包、啤酒和葡萄酒等产品。
第二阶段的传统发酵技术开始于第一次世界大战期间，发展了丙酮-丁醇和甘油发酵技术。
随着生物化学的进展以及对发酵机理和代谢调控理论研究的深入，发酵产品扩展到柠檬酸、苹果酸等有机酸、氨基酸、核苷酸等食品添加剂、酶制剂、维生素和抗生素等药品。
在20世纪70年代初期，传统的工业微生物学与分子生物学结合起来，制造出40多种生物制药产品，例如红细胞生成素、人体生长激素、干扰素等。
今天，微生物学在全球工业中扮演重要的角色，尤其在制药、食品和化学工业中，微生物是主要的参与者。
第一节微生物发酵生产酒精一、发酵法酒精生产的传统技术酒精发酵是最重要的发酵工业之一。
酒精是由多糖降解成可发酵性的糖后，酿酒酵母或假单胞菌属细菌再将六碳糖，或是脆壁克鲁维酵母、假丝酵母等将乳糖或戊糖酵解而得到的。
如果是由淀粉质原料制造酒精，先将原料蒸煮后，冷至60℃左右，加麸曲或液曲进行糖化制成糖化醪，送入发酵槽加酒母醪进行发酵，再行蒸馏出酒精。
而由糖蜜发酵生产酒精时，用制备酵母醪的稀糖蜜在纯粹培养器中进行灭菌、冷却，再接种酵母菌进行发酵，最后经蒸馏产出酒精。
1. 与酒精发酵有关的微生物由淀粉质原料发酵生产酒精，第一步将淀粉通过糖化剂的作用，转变为可发酵糖。
糖化剂所用霉菌有曲霉与根霉两大类。
第二步将发酵糖通过酵母菌或细菌的作用转变为酒精。
曲霉属中用于酿酒的种属主要有：米曲霉、泡盛曲霉、甘薯曲霉、宇佐美曲霉、黑曲霉NRRL330、NRRL337、臭曲霉、海枣曲霉和黑曲霉AS3.4309。
常用的根霉有鲁氏毛霉、日本根霉、东京根霉及爪哇根霉。
国外酒精工厂常用的酵母菌，以德国Lindner氏发现的RasseⅡ及RasseⅫ最为著名。
我国使用淀粉质原料制造酒精的工厂所用的酵母菌多为酿酒酵母K。
习题库——精选推荐
第一章 绪论1.什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2.生化反应工程研究的主要内容是什么？3.生化反应工程的研究方法有那些？4.解释生物反应工程在生物技术中的作用？5.为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6.何为系统生物学？7.简述生化反应工程的发展史。
8.如何理解加强“工程思维能力”的重要性。
9.为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？第二章生物反应工程的生物学与工程学基础1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。
生物工程与生物科学、发酵工程与生物工程、速率和速度、反应速率与传质速率2. 何为准数和雷诺准数？并解释后者的物理意义3. 工程思维的具体含义是什么？4. 简述酶的催化特性与调节功能。
5. 在一个实际的生物催化过程中如何确保生物催化剂（如酶）的稳定性，并提高催化效率？6. 酶在应用过程中有哪些不同于化学催化剂和微生物作为生物催化剂的地方？7. 微生物培养过程中微生物的世代时间与倍增时间是否是同一概念。
8. 在生物工业中，微生物细胞的量一般采用干重表示，为什么？9. 为什么要固定化酶或微生物细胞？10. 进行生物催化剂（酶或微生物细胞）催化机理研究时，采用固定化酶或微生物细胞是否更有利于清楚了解催化过程机理？11. 何为生物分子工程？ 12. 在微生物培养过程中，操作工人观察到发酵罐上的压力表中的读数为0.025MPa,罐中的发酵液深度为10米，试问在罐底处的微生物细胞承受多大压力？在发酵液表面呢？ 13. 如果在2小时完成生物反应器中70m 3的装液量，请计算物料输入管的管径。
如果要求50分钟将反应液排空，请计算物料输出管的管径。
第三章 酶促反应动力学1. 简述酶促反应的特征及其与化学反应的主要区别是什么？。
2 .应用直线作图法（Lineweaver —Burk 法；Haneswoolf 法；Eadie —Hofstee 法和积分法）求取米氏方程中的动力学参数K s 和r max ，并比较由各种方法所得结果的误差大小。
酵母菌工作原理
酵母菌工作原理酵母菌是一类单细胞真菌，广泛存在于自然界中，其工作原理是通过发酵作用来完成一系列生物化学反应。
酵母菌可以利用碳源进行代谢，产生能量和各种有机物质。
酵母菌主要通过两种代谢途径来产生能量：有氧呼吸和乳酸发酵。
有氧呼吸是指在充足氧气的条件下，将碳源完全氧化为二氧化碳和水，同时产生大量的能量。
而乳酸发酵则是在缺氧条件下进行，将碳源转化为乳酸和少量能量。
酵母菌的工作原理可以分为两个主要步骤：酵母菌的生长和代谢产物的生成。
酵母菌进行生长。
酵母菌在适宜的环境条件下，通过吸收水分和养分，进行细胞分裂和生长。
酵母菌的细胞壁由纤维素、蛋白质和多糖组成，能够保护细胞免受外界环境的损害。
酵母菌的细胞质含有细胞器，如线粒体、内质网和高尔基体等，这些细胞器参与了细胞内的代谢反应和物质转运。
酵母菌进行代谢产物的生成。
酵母菌通过对碳源的代谢，产生一系列有机物质。
在有氧呼吸的过程中，酵母菌将碳源氧化为二氧化碳和水，并产生大量的能量。
这些能量可以用于酵母菌的生长和细胞分裂。
而在乳酸发酵过程中，酵母菌将碳源转化为乳酸，同时产生少量能量。
乳酸发酵是在缺氧条件下进行的，当环境中氧气供应不足时，酵母菌会通过乳酸发酵来维持生存。
酵母菌的工作原理在许多领域中具有重要应用。
在食品工业中，酵母菌可以用于制作面包、啤酒和葡萄酒等发酵食品，通过发酵作用产生二氧化碳和酒精，使食品具有特殊的风味和口感。
在医药领域，酵母菌可以被用作生产药物和生物制剂的工具，如人胰岛素和疫苗等。
此外，在环境保护中，酵母菌可以被用来处理废水和废弃物，通过吸收和分解有害物质，起到净化环境的作用。
总结起来，酵母菌的工作原理是通过发酵作用来完成代谢反应。
酵母菌可以利用碳源进行有氧呼吸和乳酸发酵，产生能量和有机物质。
酵母菌的工作原理在食品工业、医药领域和环境保护中具有广泛的应用前景。
通过深入研究酵母菌的工作原理，可以进一步探索其在生物工程和生物技术中的潜力，并为人类社会的可持续发展做出贡献。
纤维素生产酒精
天然纤维素生产酒精的研究进展秸杆的主要成分是木质纤维素。
是纤维素、半纤维素和木质素混合在一起的材料。
用木质纤维素作为糖源生产燃料酒精，目前糖的利用和转化率还很低，通常只有百分之十几。
在秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的木质纤维，占秸杆总重量的约70-90 ％左右。
植物中三者各占的比例随不同来源的植物或植物的不同部分而有所区别，大概的比例数字为：纤维素30-50%半纤维素20-35%木质素20-30%灰份0-15%其实纤维素的非结晶结构是很容易被打破的，它可以完全降解成葡萄糖，后者是发酵乙醇的原料。
目前遭遇的主要问题是，纤维素的结晶结构难以被破坏，致使人们无法完成后续处理。
纤维素和半纤维素被难以降解的木质素包裹，使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物，这构成了木质纤维素利用的重大障碍。
只有经过有效的预处理方法，破坏了木质纤维素的高级结构，实现纤维素酶和半纤维素酶对纤维素的可及性，才能使木质纤维素作为自然界里最大宗的资源，像淀粉一样被人和动物完全利用。
纤维素被纤维素酶水解的反应通常又称为糖化反应，水解的主要产物是单糖。
植物细胞壁中，纤维素被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹，不利于纤维素酶对纤维素的进攻。
木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质。
由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-0-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价键结合，形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面。
所以，要彻底降解纤维素，必须首先降解木质素。
未经预处理的植物纤维原料的天然结构存在许多物理和化学的屏障作用，纤维素酶水解得率低，仅为10%- 20%禾本科植物秸秆含有的半纤维素一般为木聚糖，占干重的25－30％。
半纤维素能被木聚糖酶(xylanase , EC3 2. 1. 8)――半纤维素酶，降解成木糖。
天然半纤维素水解产物的85-90%是木糖。
以植物纤维素原料中的木糖发酵生产酒精，能使纤维素原料的酒精发酵的产量在原有的基础上增加25%。
第五章 微生物的新陈代谢习题及答案
第五章微生物的新陈代谢习题及答案一、名词解释1.生物氧化：发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。
2.P/O比：每消耗1mol氧原子所产生的ATPmol数，用来定量表示呼吸链氧化磷酸化效率的高低。
3.无氧呼吸：又称厌氧呼吸，指一类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化。
4.延胡索酸呼吸：以延胡索酸作为末端的氢受体还原产生琥珀酸的无氧呼吸。
5.发酵：指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交某一内源中间代谢物接受，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。
6.异型乳酸发酵：凡葡萄糖经发酵后除主要产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO2等多种产物的发酵，称异型乳酸发酵。
7.Stickland 反应：以一种氨基酸作底物脱氢（即氢供体），另一种氨基酸作氢受体而实现生物氧化产能的发酵类型，称为Stickland 反应。
8.循环式光合磷酸化：可在光能驱动下通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能的反应，是一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制。
9.非循环式光合磷酸化：电子循环途径属非循环式的光合磷酸化反应，是各种绿色植物、藻类和蓝细菌所共有的利用光能产生ATP的磷酸化反应。
10.生物固氮：是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。
生物界中只有原核生物才具有固氮能力。
12.反硝化作用：又称硝酸盐呼吸。
是指在无氧条件下，某些兼性厌氧微生物利用硝酸盐作为呼吸链的最终氢受体，把它还原成亚硝酸、NO、N2O直至N2的过程，称为异化性硝酸盐还原作用，又称硝酸盐呼吸或反硝化作用。
13.同型酒精发酵：丙酮酸经过脱羧生成乙醛，以乙醛为氢受体生成乙醇，若发酵产物中只有乙醇一种有机物分子称为同型酒精发酵。
14.次生代谢物：指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物作前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化合物。
微生物发酵碳源和氮源
微生物营养要求看，所有微生物都需要碳源，氮源，无机元素，水及生长物质。
如果是好氧微生物还需要氧气。
在实验室规模上配制含有纯化合物的培养基非常简单，但在大规模生产上是不合适的。
第一节工业发酵培养基发酵培养基的作用：-满足菌体的生长-促进产物的形成一、工业上常用的碳源（carbon source）1. 应用最广的是谷物淀粉（玉米、马铃薯、木薯淀粉），淀粉水解后得葡萄糖。
使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类。
缺点：a.难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶。
b.成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。
优点：来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。
2. 葡萄糖-所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡萄糖效应。
-工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质量指标。
3.糖蜜制糖工业上的废糖蜜waste molasses或结晶母液包括：甘蔗糖蜜（cane molasses）——糖高，氮少甜菜糖蜜（beet molasses）两者成分见P226糖蜜使用的注意点：除糖份外，含有较多的杂质，对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。
二、工业上常用的氮源（nitrogen source）1.无机氮(迅速利用的氮源)种类：氨水、铵盐或硝酸盐、尿素特点：吸收快，但会引起pH值的变化选择合适的无机氮源有两层意义：-满足菌体生长-稳定和调节发酵过程中的pH无机氮源的影响：硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素2.有机氮：来源：一些廉价的原料，如玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、酵母浸出膏等。
其中玉米浆（玉米提取淀粉后的副产品）和豆饼粉既能做氮源又能做碳源。
成分复杂：除提供氮源外，还提供大量的无机盐及生长因子。
微生物早期容易利用无机氮，中期菌体的代谢酶系已形成——有机氮源。
有机氮源来源不稳定，成份复杂，所以利用有机氮源时要考虑到原料波动对发酵的影响。
三、无机盐（inorganic mineral）硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。
第三章 微生物反应动力学习题答案
第三章 微生物反应动力学习题答案1. 微生物反应的特点，其与化学反应的主要区别有那些？ 答：微生物反应与化学反应相比，具有以下特点：1）微生物反应属于生化反应，通常是在常温常压下进行；2）反应原料来源相对丰富；3）易于生产复杂的高分子化合物和光学活性物质；4）通过菌种改良，可大大提高设备的生产能力；5）副产物多，提取有一定难度；6）生产微生物受外界环境影响比较大；7）开发成本较大；8）废水BOD较大2．简要回答微生物反应与酶促反应的最主要区别？答：微生物反应与酶促反应的最主要区别在于，微生物反应是自催化反应，而酶促反应不是。
此外，二者还有以下区别：（1）酶促反应由于其专一性，没有或少有副产物，有利于提取操作，对于微生物反应而言，基质不可能全部转化为目的产物，副产物的产生不可避免，给后期的提取和精制带来困难，这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。
（2）对于微生物反应，除产生产物外，菌体自身也可是一种产物，如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时，可用于提取这些物质。
（3）与微生物反应相比，酶促反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制。
微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产，因此，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞因素的影响，并且微生物会发生遗传变异，因此，实际控制有一定难度。
（4）酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程，与微生物反应相比，在经济上有时并不理想。
4. 答：Monod 方程建立的基本假设：微生物生长中，生长培养基中只有一种物质的浓度（其他组分过量）会影响其生长速率，这种物质被称为限制性基质，并且认为微生物为均衡生长且为简单的单一反应。
Monod 方程与米氏方程的主要区别如下表所示：Monod 方程：SK SS +=max μμ米氏方程：SK Sr r m +=max方程中各项含义： μ：生长比速 μmax ：最大生长比速 S: 单一限制性基质浓度 K S : 半饱和常数 方程中各项含义： r：反应速率 r max ：最大反应速率 S：底物浓度 K m ：米氏常数 微生物生长动力学方程酶促反应动力学方程经验方程 理论推导的机理方程适用于单一限制性基质的情况 适用于单底物、无抑制的情况5、答：由于细胞的组成是复杂的，当微生物细胞内部所含有的蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、维生素等的含量随环境条件的变化而变化时，建立起的动力学模型称为结构模型。
《生化反应工程专论》复习题 (1)
《生化反应工程专论》复习题一、名词解释 1、能量生长偶联型当有大量合成菌体材料存在时，微生物生长取决于ATP 的供能，这种生长就是能量生长偶联型。
2、固定化酶的位阻效应是载体的遮蔽作用（如载体的空隙大小、固定化位置或方法不当）给酶的活性中心或调节中心造成空间障碍，使底物和效应物无法与酶接触等引起的。
3、Y ATP消耗1摩尔ATP 所获得的干菌体克数，g/mol.4、微生物生长动力学的非结构模型不考虑细胞结构，每个细胞之间无差别，即认为细胞为单一成分。
这种理想状态下建立起来的动力学模型称为非结构模型。
5、搅拌器轴功率是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。
6、搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。
也称搅拌器的轴功率7、深层过滤的对数穿透定律进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。
21lnN KL N =- 8、搅拌雷诺准数雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比,即Re du ρμ=,而在搅拌容器中,液体的代表速度 u= n Di ,并以搅拌器直径 Di 代替管径 d,此时的雷诺准数称为搅拌雷诺准数2Re i nD m ρμ=9、全挡板条件是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。
要达到全挡板条件必须满足下式要求：(0.1~0.12)0.5b Dn n D D⋅=⋅= D-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数10、气体截留率在通风液体中由于充气而导致的体积增加率。
通风前液体体积为 V L ,通风时体积的增加量为 V g ,则气体截留率为g L gV V V ε=+二、简答题1、简述生化反应工程中涉及到的工程学基本概念（1）恒算概念：通过质量衡算、热量衡算、动量衡算达到物料和能量有效集成。
质量、热量和动量衡算概念是保证技术上可行性和经济上合理性的重要工程措施和环节。
（2）速率概念：速率问题是理论上正确性和技术上可行性的一个重要衡量标志和判断标准，也是技术先进性的反映，更是生物反应工艺、工程探索结果的表现。
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运动发酵单胞菌碳源
运动发酵单胞菌可以利用多种碳源进行生长和代谢，包括但不限于：1. 葡萄糖：葡萄糖是最常见的碳源之一，可以通过糖酵解途径被运动发酵单胞菌利用为能量和碳源。
2. 淀粉：运动发酵单胞菌具有分泌淀粉酶的能力，可以分解淀粉为可利用的简单糖分子。
3. 果糖：果糖是一种单糖，可以被运动发酵单胞菌利用为碳源。
4. 蔗糖：蔗糖是一种二糖，经过酶解可以被运动发酵单胞菌利用。
5. 麦芽糖：麦芽糖是由两个葡萄糖分子组成的二糖，可以被运动发酵单胞菌利用。
6. 玉米糖浆：玉米糖浆是一种由淀粉水解得到的碳源，其中含有多种简单糖分子，可以被运动发酵单胞菌利用。
运动发酵单胞菌还可以利用其他碳源，如木糖、半乳糖、乳糖等。
不同的运动发酵单胞菌株可能对碳源的利用能力有所差异。