1、微生物工程復(fù)習(xí)提綱（2013.6.4）緒論1、 微生物工程？微生物工程是滲透有工程學(xué)的微生物學(xué)，是發(fā)酵技術(shù)工程化的發(fā)展。2、 生物工程包括：微生物工程，細(xì)胞工程，基因工程，酶工程。3、 簡述微生物工程的特點(diǎn)？（參考課件自己歸納總結(jié)）答：微生物工程是生物技術(shù)的重要組成和基礎(chǔ)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。它將微生物學(xué)、生物化學(xué)和化學(xué)工程的基本原理有機(jī)結(jié)合起來，廣泛而深入地揭示了發(fā)酵過程的本質(zhì)。4、 簡述微生物工程的主要內(nèi)容？（參考課件自己總結(jié)）答：生產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及產(chǎn)物的分離、提取與精制等。第一章 微生物基礎(chǔ)知識1、簡述微生物的五大共性？要點(diǎn)：體積小，面積大；吸收

2、多，轉(zhuǎn)化快；生長旺，繁殖快；適應(yīng)強(qiáng)，易變異；分布廣，種類多。2、 原核微生物主要有：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、立克次氏體和衣原體3、細(xì)菌的形態(tài)十分簡單，基本上只有球狀、桿狀和螺旋狀三大類。4、芽孢：某些細(xì)菌在其生長發(fā)育后期，可在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)圓形或橢圓形的抗逆性休眠體，稱為芽孢。5、微生物的六種營養(yǎng)素？答：碳源、氮源、能源、生長因子、無機(jī)鹽和水。6、 生長曲線？典型的生長曲線包括哪幾部分？各部分特點(diǎn)（結(jié)合第五章分批發(fā)酵動力學(xué)總結(jié)）答：（1）生長曲線：當(dāng)我們把少量純種單細(xì)胞微生物接種到恒容積的液體培養(yǎng)基中后，在適宜的溫度、通氣（厭氧菌則不能通氣）等條件下，它們的群體就會有規(guī)律地生長起來。如果

3、以細(xì)胞數(shù)目的對數(shù)值作縱坐標(biāo)，以培養(yǎng)時(shí)間作橫坐標(biāo)，就可以畫出一條有規(guī)律的曲線，這就是微生物的典型生長曲線。（2）典型的生長曲線包括：延滯期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等四個(gè)時(shí)期 。（3）各部分的特點(diǎn)：延滯期（lagphase）又稱停滯期、調(diào)整期或適應(yīng)期。指少量微生物接種到新培養(yǎng)液中后，在開始培養(yǎng)的一段時(shí)間內(nèi)細(xì)胞數(shù)目不增加的時(shí)期。該時(shí)期有幾個(gè)特點(diǎn)：生長速率常數(shù)等于零。細(xì)胞形態(tài)變大或增長：許多桿菌可長成長絲狀。細(xì)胞內(nèi)RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)呈嗜堿性。合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。對外界不良條件例如NaCl溶液濃度、溫度和抗生素等化學(xué)藥物的反應(yīng)敏感。指數(shù)期又稱對數(shù)

4、期，是指在生長曲線中，緊接著延滯期的一個(gè)細(xì)胞以幾何級數(shù)速度分裂的一段時(shí)期。指數(shù)期有以下幾個(gè)特點(diǎn)：生長速率常數(shù)R最大，因而細(xì)胞每分裂一次所需的代時(shí)G（增代時(shí)間）或原生質(zhì)增加一倍所需的倍增時(shí)間最短；細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，菌體內(nèi)各種成分最為均勻；酶系活躍，代謝旺盛。穩(wěn)定期又稱恒定期或最高生長期。其特點(diǎn)是生長速率常數(shù)R等于0，即處于新繁殖的細(xì)胞數(shù)與衰亡的細(xì)胞數(shù)相等，或正生長與負(fù)生長相等的動態(tài)平衡之中。這時(shí)的菌體產(chǎn)量達(dá)到了最高點(diǎn) 。在穩(wěn)定期時(shí)，細(xì)胞開始貯存糖原、異染顆粒和脂肪等貯藏物；多數(shù)芽孢桿菌在這時(shí)開始形成芽孢；有的微生物在穩(wěn)定期時(shí)還開始合成抗生素等次生代謝產(chǎn)物。衰亡期，在衰亡期中，個(gè)體死亡的速度超過新

5、生的速度，因此，整個(gè)群體就呈現(xiàn)出負(fù)生長（R為負(fù)值）。這時(shí)，細(xì)胞形態(tài)多樣，例如會產(chǎn)生很多膨大、不規(guī)則的退化形態(tài)；有的微生物因蛋白水解酶活力的增強(qiáng)就發(fā)生自溶；有的微生物在這時(shí)產(chǎn)生或釋放對人類有用的抗生素等次生代謝產(chǎn)物；在芽孢桿菌中，芽孢釋放往往也發(fā)生在這一時(shí)期。 第二章 工業(yè)微生物菌種選育和保藏1、微生物工程工業(yè)生產(chǎn)水平的三個(gè)決定要素: 生產(chǎn)菌種的性能，發(fā)酵和提取工藝條件，生產(chǎn)設(shè)備。2、分離與篩選菌種的具體做法一般分4個(gè)步驟：樣品采集、增殖培養(yǎng)、純種分離、生產(chǎn)性能測定3、誘變育種：誘變育種就是人為地利用物理或化學(xué)等因素，使誘變對象細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)發(fā)生變化，引起突變，并通過篩選獲得符合要求的變異菌株

6、的一種育種方法。4、說出幾種菌種保藏的方法。答：（1）、斜面冰箱保藏法 4 °C ； 3-6個(gè)月（2）、沙土管保藏法 產(chǎn)孢子或芽孢微生物，1年（3）、菌絲速凍 甘油或二甲基亞砜作為保護(hù)劑，-20 （4）、石蠟油封存法 1年左右（5）、真空冷凍干燥保藏法 任何微生物；一般5年以上（6）、液氮超低溫保藏法 -196 ；保護(hù)劑；保存期長第三章 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)1、簡述培養(yǎng)基的成分及類型？（p54）答：培養(yǎng)基類型：（1）根據(jù)來源可分為天然、合成和半合成培養(yǎng)基。（2） 按狀態(tài)分為：液體培養(yǎng)基、固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基。（3） 按用途分類孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基。（4）根據(jù)使用目的

7、可分為基礎(chǔ)培養(yǎng)基、增殖培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基。 培養(yǎng)基成分：碳源、氮源、無機(jī)鹽、微量元素、水和其他（生長因子，前體，產(chǎn)物合成促進(jìn)劑，消泡劑等）。2、 試述工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的原則？（p45）答：（1）、菌體的同化能力。（2）、代謝的阻遏和誘導(dǎo)。（3）、合適的碳氮比。（4）、pH的要求。3、 按發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)流程和在生產(chǎn)中的作用分為哪幾種類型？答：1）斜面培養(yǎng)基。2）種子培養(yǎng)基。3）發(fā)酵培養(yǎng)基。4、 例舉幾種工業(yè)上常用的碳源、氮源？答：碳源：糖類、脂類、有機(jī)酸、烴和醇類。氮源：花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、蛋白胨、玉米漿、尿素、廢菌體。氨水、銨鹽和硝酸鹽等。第四章 微生物的代謝

8、調(diào)控和代謝工程1、分解代謝產(chǎn)物阻遏（葡萄糖效應(yīng)）？（看課件及教材p75）答：葡萄糖常對分解利用其他底物的有關(guān)酶的合成有阻遏作用，因?yàn)槠咸烟堑姆纸獯x產(chǎn)物阻遏了分解利用其他底物的有關(guān)酶合成的結(jié)果。 分解代謝產(chǎn)物阻遏導(dǎo)致所謂“二次生長”，即先是利用葡萄糖生長，待葡萄糖耗盡后再利用另一種底物生長，兩次生長中間隔著一個(gè)短暫的停滯期。 2、 末端產(chǎn)物阻遏？答：由于終產(chǎn)物的過量積累而導(dǎo)致的生物合成途徑中酶合成的阻遏稱為終產(chǎn)物阻遏。常發(fā)生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等這些重要結(jié)構(gòu)元件生物合成的時(shí)候。正常情況下，當(dāng)微生物細(xì)胞中的氨基酸、嘌呤和嘧啶過量時(shí)，與這些物質(zhì)合成有關(guān)的許多酶就停止合成。 3、 分支途徑反饋調(diào)節(jié)方

9、式？（參考課件及教材p72圖4-9）簡單畫出反饋調(diào)節(jié)圖。答：（1）順序反饋抑制。（2）同工酶的反饋抑制。（3）協(xié)同反饋抑制。（4）累積反饋抑制。（5）增效反饋抑制。4、 初級代謝？例舉初級代謝產(chǎn)物；次級代謝，例舉次級代謝產(chǎn)物？（p70）答：（1）初級代謝是指微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝生成維持生命活動的物質(zhì)和能量的過程。初級代謝產(chǎn)物：微生物通過代謝活動所產(chǎn)生的、自身生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。不同種類的微生物細(xì)胞中，初級代謝產(chǎn)物的種類基本相同。 （2） 次級代謝是在一定的生長時(shí)期（一般是穩(wěn)定生長期），微生物以初級代謝產(chǎn)物為前體合成的對

10、微生物本身的生命活動沒有明確功能的物質(zhì)的過程。次級代謝產(chǎn)物：微生物通過次謝活動所大量積累的抗生素、生物堿、類萜、酚類、色素等。 第五章 微生物發(fā)酵培養(yǎng)1、簡述發(fā)酵過程的動力學(xué)分型？（p85）畫圖說明。答： .產(chǎn)物形成直接與碳源利用有關(guān)（與生長相關(guān)型）.產(chǎn)物形成間接與碳源利用有關(guān)（與部分生長相關(guān)型）.產(chǎn)物形成表面上與碳源利用無關(guān)（與生長不相關(guān)型）2、 理解速率（生長速率、產(chǎn)物生成速率、底物消耗速率）以及相應(yīng)的比速率；解釋比生長速率？ 答：生長速率(rX)：單位時(shí)間內(nèi)菌體濃度的增加量。比生長速率(µ)：單位時(shí)間內(nèi)單位菌體量所產(chǎn)生的菌體增加量。底物消耗速率 (rS)：單位體積發(fā)酵液在單位時(shí)

11、間內(nèi)所消耗的底物量。比底物消耗速率(qS)：單位菌體量在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的底物量。產(chǎn)物生成速率 (rP)：單位體積發(fā)酵液在單位時(shí)間內(nèi)所生成的產(chǎn)物量。比產(chǎn)物生成速率(qP)：單位量的菌體在單位時(shí)間內(nèi)所生成的產(chǎn)物量。3、 分批發(fā)酵（分批培養(yǎng)）？連續(xù)培養(yǎng)？答：分批培養(yǎng)指的是一次投料，一次接種，一次收獲的間歇式培養(yǎng)方式。在分批培養(yǎng)中細(xì)胞濃度X要經(jīng)歷延遲期、對數(shù)生長期、減速期、穩(wěn)定期和衰亡期五個(gè)階段。連續(xù)培養(yǎng)（連續(xù)發(fā)酵）是指在培養(yǎng)過程中，連續(xù)地向發(fā)酵罐中加入培養(yǎng)基，同時(shí)以相同流速從發(fā)酵罐排出含有產(chǎn)品的培養(yǎng)基。第六章 發(fā)酵過程控制1、論述溫度、pH、溶氧、二氧化碳、泡沫對發(fā)酵的影響及控制？(自己總結(jié))答：

12、1、溫度對發(fā)酵的影響和及其控制(1) 溫度對微生物生長的影響(2) 溫度對發(fā)酵過程的影響溫度對參與生長繁殖、呼吸和青霉素形成的各種酶的影響是不同的。(3) 溫度對發(fā)酵液物理性質(zhì)的影響影響氧在發(fā)酵液中的溶解度 溫度 溶氧影響基質(zhì)的分解速率 如菌體對硫酸鹽吸收在25時(shí)最小(4) 溫度對生物合成方向的影響溫度與微生物的調(diào)節(jié)機(jī)制關(guān)系密切。（5）影響發(fā)酵溫度的因素（6） 最適溫度的選擇2、溶氧對發(fā)酵的影響和及其控制（1）臨界氧發(fā)酵生產(chǎn)中用空氣飽和度百分?jǐn)?shù)來表示溶氧濃度。臨界氧：不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度，如對產(chǎn)物而言，便是不影響產(chǎn)物合成所允許的最低濃度。 （2）溶氧作為發(fā)酵異常的指標(biāo)（3）溶氧的控制

13、 微生物的“需氧” 可用耗氧速率或呼吸強(qiáng)度來表示3、 pH對發(fā)酵的影響和及其控制（1） pH對發(fā)酵過程的影響影響酶的活性、細(xì)胞膜的電荷狀態(tài)、對某些生物合成途徑有顯著影響（2） 發(fā)酵過程中pH的變化引起pH下降的因素：1）培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)，碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補(bǔ)糖過多加之溶解氧不足，致使有機(jī)酸大量積累2）消沫油加得過多3）生理酸性物質(zhì)的存在引起pH上升的因素：1）氮源過多2）生理堿性物質(zhì)存在3）中間補(bǔ)料中氨水或尿素等的堿性物質(zhì)加入過多（3） 最適pH的選擇和調(diào)節(jié)選擇最適pH的原則：既有利于菌體的生長繁殖，又要最大限度地使產(chǎn)物合成獲得高的產(chǎn)量。4、二氧化碳對發(fā)酵的影響及其控制

14、（1）CO2對細(xì)胞的作用機(jī)制：CO2 主要作用在細(xì)胞膜的脂肪酸核心部位影響磷脂的親水頭部帶電荷的表面及細(xì)胞膜表面上的蛋白質(zhì)（2） 呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系呼吸商：RQ值可以反映菌體的代謝情況。（3） 二氧化碳濃度的控制CO2濃度的控制：根據(jù)其對發(fā)酵的促進(jìn)或抑制作用，通過調(diào)節(jié)通氣量和攪拌速率，提高或降低其濃度。6、 泡沫對發(fā)酵的影響及控制（1）由外界引進(jìn)的氣流被機(jī)械地分散形成（2）由發(fā)酵過程產(chǎn)生的氣體聚結(jié)生成的發(fā)酵泡沫（3）發(fā)酵液中糖、蛋白質(zhì)和代謝物等的存在起到加強(qiáng)或穩(wěn)定泡沫的作用泡沫對發(fā)酵的危害：（1）使發(fā)酵罐的裝填系數(shù)減少（2）造成大量逃液，導(dǎo)致產(chǎn)物損失（3）增加了染菌的機(jī)會（4）增加了菌群的非均

15、一性（5）消泡劑的加入給提取工序帶來困難。2、 論述染菌防治措施。（看書p99-p100,總結(jié)）答： 書上有3、 RQ CER OUR？（p121）答：呼吸商（RQ）=CER/OUR菌體釋放二氧化碳的速率（CER）菌體的攝氧速率（OUR）第七章 發(fā)酵過程參數(shù)檢測1、例舉幾種主要的物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)、間接參數(shù)？（p122）答：（1）物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、空氣壓力、空氣流量、溶解氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等（2）化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等（3）間接參數(shù)：將直接參數(shù)經(jīng)過計(jì)算得到的參數(shù)，如攝氧率、KLa等。第八章 好氧發(fā)酵1、好氧發(fā)酵的方法？（p153

16、-154）答：固體發(fā)酵、淺盤發(fā)酵、深層液體發(fā)酵2、 畫出好氧發(fā)酵的工藝流程圖？（參考教材p154）答：書上有3、簡述械通風(fēng)發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)？（p156）答：1. 罐體2. 傳熱系統(tǒng)3. 攪拌器和擋板4. 消泡器5. 軸封6. 儀表4、 擋板的作用？答：改變液流的方向，將切向流改為軸向流，防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動，提高溶解氧。5、 攪拌器的三種類型？（p157）答：平直葉式、彎葉式和箭葉式。6、 檸檬酸生產(chǎn)菌種？工藝流程圖P170？鈣鹽法提取原理（P173）？答：7、 青霉素生產(chǎn)菌種？常用碳源？氮源？前體？（p188）答：1)  目前國內(nèi)青霉素生產(chǎn)菌按其在深層培

17、養(yǎng)中菌絲的形態(tài)分為絲狀菌和球狀菌兩種，根據(jù)絲狀菌產(chǎn)生孢子的顏色又分為黃孢子絲狀菌和綠孢子絲狀菌，常用菌種為綠孢子絲狀菌，如產(chǎn)黃青霉素。常用碳源：淀粉、葡萄糖和油脂類。發(fā)酵中常用乳酸或葡萄糖。乳糖最為便宜，但因貨源較少，多用葡萄糖代替。目前普遍采用淀粉的酶水解產(chǎn)物，葡萄糖化液流加，以降低成本。氮源：有機(jī)氮源和無機(jī)氮源。主要有機(jī)氮源為玉米漿、棉籽餅粉、花生餅粉、酵母粉、蛋白胨等。有機(jī)氮源還可以提供一部分有機(jī)磷，供菌體生長。無機(jī)氮如硝酸鹽、尿素、硫酸銨等可適量使用。前體：苯乙酸或苯乙酰胺。但苯乙酸對發(fā)酵有影響，一般以苯乙酰胺較好。第九章 厭氧發(fā)酵1、糊化、液化、糖化？（看課件）答：淀粉水解包括三個(gè)過

18、程，即糊化、液化、糖化。 糊化：熱水溶液中，水分子大量進(jìn)入淀粉分子中，體積膨脹，淀粉顆粒吸水膨脹到一定程度，顆粒破裂溶于水中，形成粘稠的溶液，此過程稱為糊化。 液化：由許多葡萄糖殘基組成的淀粉長鏈（支鏈淀粉和直鏈淀粉）被-淀粉酶迅速分解為許多短鏈（糊精）。因而使糊化醪液的粘度迅速下降，此過程即液化。 由于酶的存在，糊化和液化兩個(gè)過程幾乎同時(shí)發(fā)生。 糖化是利用麥芽中所含有的各種水解酶，在適宜的條件下將麥芽和輔助原料中的不溶性大分子物質(zhì)（淀粉、蛋白質(zhì)、半纖維素及其中間分解產(chǎn)物等）逐步分解為可溶性的低分子物質(zhì)的分解過程。2、 啤酒的生產(chǎn)原料及各自的作用？答：大麥發(fā)芽的作用：1】發(fā)芽大麥含有各種水解酶

19、和豐富的大分子物質(zhì)，且這些酶可以將大分子物質(zhì)分解，以供酵母生長。2】產(chǎn)生色香味物質(zhì)。酒花在啤酒釀造中的作用：1】賦予啤酒特有的香氣和清爽的苦味；2】形成啤酒優(yōu)良的泡沫，增加啤酒的泡沫性和穩(wěn)定性；3】使蛋白質(zhì)沉淀，有利于麥汁的澄清；4】酒花有抑菌作用，能增強(qiáng)麥芽和啤酒的防腐能力；5】酒花對啤酒釀造的不利影響是，酒花的花色苷能引起啤酒的非生物性渾濁。啤酒酵母：酵母菌可產(chǎn)生蛋白酶A，分解起泡蛋白。水：輔助原料：未經(jīng)發(fā)芽的谷物，如大米、玉米、小麥、黑麥、燕麥和大麥。用量20-30%。可發(fā)酵性糖，如蔗糖、糖漿等。用量10%左右。3、 畫出啤酒生產(chǎn)工藝流程圖？第十章 滅菌工程1、比較分批滅菌和連續(xù)滅菌。答：2、 微生物熱阻？答：熱阻：微生物對熱的抵抗力，即指微生物在某一特定條件下(主要是溫度)的致死時(shí)間。附加：相對熱阻：指某一條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死時(shí)間之比。致死溫度：殺死微生物的極限溫度。致死時(shí)間：在致死溫度下，殺死全部微生物所需要的時(shí)間。在致死溫度以上，溫度愈高，致死時(shí)間愈短。由于不同種類微生物細(xì)胞及微