1、發(fā)酵工程思考題1.（1）孢子培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基的基本配制要求是：第一，營養(yǎng)不要太豐富(特別是有機(jī)氮源)，否則不易產(chǎn)孢子；第二，所用無機(jī)鹽的濃度要適量，不然也會影響孢子量和孢子顏色；第三，要注意孢子培養(yǎng)基的pH和濕度。（2）種于培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分要求比較豐富和完全，氮源和維生素的含量也要高些，但總濃度以略稀薄為好，這樣時(shí)達(dá)到較高的溶解氧，供大量菌體生長繁殖。（3）發(fā)酵培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成除有菌體生長所必需的元素和化合物外，還要有產(chǎn)物所需的特定元素、前體和促進(jìn)劑等。3.反饋調(diào)節(jié)：反饋調(diào)節(jié)有兩種主要的調(diào)節(jié)作用反饋抑制和反饋?zhàn)瓒簟?反饋抑制作用是末端代謝產(chǎn)物抑制其合成途徑中參與前幾步反應(yīng)的

2、酶（通常是第一步反應(yīng)的酶）活性的作用； 反饋?zhàn)瓒糇饔檬悄┒舜x產(chǎn)物阻止整個(gè)代謝途徑酶的合成作用.菌種衰退：指菌種整體在多次接種傳代過程中逐漸造成生產(chǎn)能力降低，表現(xiàn)為發(fā)酵力（如對培養(yǎng)基的利用）或繁殖力（如孢子的產(chǎn)生）下降或發(fā)酵產(chǎn)物得率降低的現(xiàn)象。 結(jié)構(gòu)類似物：在化學(xué)和空間結(jié)構(gòu)上和代謝的中間物（終產(chǎn)物）相似，因而在代謝調(diào)節(jié)方面可以代替代謝中間物（終產(chǎn)物）的功能，但細(xì)胞不能以其作為自身的營養(yǎng)物質(zhì)。前體：指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中合成到產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。4.分解代謝降解物阻遏：幾種底物同時(shí)存在時(shí)，

3、易利用對難利用或利用快對利用慢底物分解的抑制作用。調(diào)節(jié)機(jī)制：原因是分解代謝物抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，使環(huán)狀3,5腺苷三磷酸（cAMP）濃度較低。cAMP促進(jìn)可誘導(dǎo)酶的大量合成，是操縱子轉(zhuǎn)錄所必須的，提高轉(zhuǎn)錄的頻率。5.種子擴(kuò)大培養(yǎng)的概念: 種子擴(kuò)大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng),最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。種子擴(kuò)培的目的：接種量的需要菌種的馴化縮短發(fā)酵時(shí)間、保證生產(chǎn)水平種子的要求：總量及濃度能滿足要求生理狀況穩(wěn)定，個(gè)體與群體活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵后，能夠迅速生長無雜菌污染6.酶共價(jià)修飾調(diào)

4、節(jié)：指蛋白質(zhì)分子中的一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基與一化學(xué)基團(tuán)共價(jià)連接或解開，使其活性改變的作用，從而引起酶活性的激活或抑制。變構(gòu)調(diào)節(jié)：指小分子化合物與酶蛋白分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)像變化、從而改變酶的活性。7.（1）發(fā)酵工程主要參數(shù)分類：代謝參數(shù)按性質(zhì)分可分三類： 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； 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； 生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體比生長速率、呼吸強(qiáng)度、基質(zhì)消耗速率、關(guān)鍵酶活力等。 （2）9.誘變育種的一般步驟：10. 菌種衰退產(chǎn)生的原因 1.保藏不恰當(dāng)

5、 2.傳代次數(shù)過多 3.發(fā)生回復(fù)突變 4.培養(yǎng)條件不適合 防止菌種衰退的方法 1.作好菌種保藏工作 2.盡可能使每次培養(yǎng)條件適合而一致 3.盡量減少傳代次數(shù) 4.應(yīng)使用幼齡菌培養(yǎng)12.碳源 提供微生物菌種的生長繁殖所需的能源和合成菌體所必需的碳成分 提供合成目的產(chǎn)物所必須的碳成分（1）葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖 但是會引起葡萄糖效應(yīng)（2）糖蜜 除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。（3）淀粉、糊精使用條件：微生物必須能分泌水解淀粉、糊精的酶類缺點(diǎn)：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般2.0%時(shí)加入一定的-淀粉酶成分比較復(fù)雜，有直鏈淀粉和支鏈

6、淀粉等等。優(yōu)點(diǎn)：來源廣泛、價(jià)格低 難利用，可以解除葡萄糖效應(yīng)氮源氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：有機(jī)氮源和無機(jī)氮源。 （1）無機(jī)氮源 種類：氨鹽、硝酸鹽和氨水 特點(diǎn)：微生物對它們的吸收快，所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機(jī)氮源的迅速利用常會引起pH的變化（2）有機(jī)氮源成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無機(jī)鹽及生長因子。13.比耗氧速度或呼吸強(qiáng)度（QO2）：單位時(shí)間內(nèi)單位體積重量的細(xì)胞所消耗的氧氣，mmol O2g菌-1h-1 15.（1）CCr: 臨界溶氧濃度,：指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度（2）一般對于微生物： C

7、Cr: 115%飽和濃度（3）氧飽和度發(fā)酵液中氧的濃度/臨界溶氧溶度（4）一般微生物的臨界溶氧濃度很小，是不是發(fā)酵過程中氧很容易滿足。例：以微生物的攝氧率0.052 mmol O2L-1S-1 計(jì)， 0.25/0.052=4.8秒注意：由于產(chǎn)物的形成和菌體最適的生長條件，常常不一樣：頭孢菌素 卷須霉素生長 5% (相對于飽和濃度） 13%產(chǎn)物 13% 8%16.影響需氧的因素（1）菌體濃度（2）QO2 遺傳因素 菌齡 營養(yǎng)的成分與濃度 有害物質(zhì)的積累 培養(yǎng)條件18. 酶活力的度量單位：1個(gè)酶活力單位是指在特定條件（25，其它為最適條件）下，在1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1微摩爾底物的酶量，或是轉(zhuǎn)化底物中1微

8、摩爾的有關(guān)基團(tuán)的酶量。19.（1）發(fā)酵過程pH變化原因 基質(zhì)代謝 產(chǎn)物形成 菌體自溶（2）pH對發(fā)酵的影響 pH影響酶的活性 pH值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的改變 pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離 pH影響代謝方向 20.發(fā)酵過程pH上升或下降的原因（1）基質(zhì)代謝 糖代謝：特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一。 氮代謝：當(dāng)氨基酸中的-NH2被利用后pH會下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，當(dāng)碳源不足時(shí)氮源當(dāng)碳源利用pH上升。 生理酸堿性物質(zhì)利用后pH會上升或下降。（2）產(chǎn)物形成 某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液

9、pH變化。 （3）菌體自溶，pH上升，發(fā)酵后期，pH上升。 21.（1）最佳pH的確定配制不同初始pH的培養(yǎng)基，搖瓶考察發(fā)酵情況（2）pH的控制方式 基礎(chǔ)培養(yǎng)基調(diào)節(jié)pH 在基礎(chǔ)料中加入維持pH的物質(zhì) 通過補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH 當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)pH發(fā)生矛盾時(shí)，加酸堿調(diào)pH 選擇合適的pH調(diào)節(jié)劑 發(fā)酵的不同階段采取不同的pH值22.（1）根據(jù)微生物生長對溫度的要求不同大致可分為四類： 嗜冷菌適應(yīng)于026攝氏度生長 嗜溫菌適應(yīng)于1543攝氏度生長 嗜熱菌適應(yīng)于3765攝氏度生長 嗜高溫菌適應(yīng)于65攝氏度以上生長 （2）微生物對溫度的要求不同與它們的膜結(jié)構(gòu)物理化學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系根據(jù)細(xì)胞膜的液體鑲嵌模型，細(xì)胞在正常生

10、理?xiàng)l件下，膜中的脂質(zhì)成分應(yīng)保持液晶狀態(tài)，只有當(dāng)細(xì)胞膜處于液晶狀態(tài)，才能維持細(xì)胞的正常生理功能，使細(xì)胞處于最佳生長狀態(tài)（3）發(fā)酵過程引起溫度變化的因素發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的原因Q發(fā)酵Q生物Q攪拌Q蒸發(fā)Q輻射（4）溫度對發(fā)酵的影響 溫度影響酶的活性，進(jìn)而影響代謝產(chǎn)物的合成 溫度還影響基質(zhì)溶解度（5）最適溫度的選擇 根據(jù)菌種及生長階段選擇在發(fā)酵前期由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達(dá)到大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長迅速；在中期菌量已達(dá)到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長中期，從而提高產(chǎn)量，因此中期溫度要稍低一些，可以推遲衰老。因?yàn)樵谏缘蜏囟认掳被岷铣傻鞍踪|(zhì)和核酸的正常途徑關(guān)閉

11、得比較嚴(yán)密有利于產(chǎn)物合成。發(fā)酵后期，產(chǎn)物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。 根據(jù)培養(yǎng)條件選擇通氣條件差時(shí)可適當(dāng)降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。培養(yǎng)基稀薄時(shí)，溫度也該低些。因?yàn)闇囟雀郀I養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。23.（1）雜菌：發(fā)酵過程中除了生產(chǎn)菌以外生長的其它的菌體。（2）染菌的影響：發(fā)酵過程污染雜菌，會嚴(yán)重的影響生產(chǎn) 造成大量原材料的浪費(fèi)，在經(jīng)濟(jì)上造成巨大損失 擾亂生產(chǎn)秩序，破壞生產(chǎn)計(jì)劃。 遇到連續(xù)染菌，特別在找不到染菌原因往往會影響人們的情緒和生產(chǎn)積極性。 影響產(chǎn)品外觀及內(nèi)在質(zhì)量（3）總?cè)揪?=（4）發(fā)酵染菌對提煉和產(chǎn)品質(zhì)量的影響 發(fā)酵

12、染菌對過濾的影響染菌的發(fā)酵液一般發(fā)粘，菌體大多數(shù)自溶，所以在發(fā)酵液過濾時(shí)不能或很難形成濾餅，導(dǎo)致過濾困難。 發(fā)酵染菌對提煉的影響染菌發(fā)酵液中含有比正常發(fā)酵液更多的水溶性蛋白和其它雜質(zhì)。采用有機(jī)溶劑萃取的提煉工藝，則極易發(fā)生乳化，很難使水相和溶劑相分離，影響進(jìn)一步提純。采用直接用離子交換樹脂的提取工藝，染菌后大量雜菌黏附在離子交換樹脂表面，或被離子交換樹脂吸附，大大降低離子交換樹脂的交換容量，而且有的雜菌很難用水沖洗干凈，洗脫時(shí)與產(chǎn)物一起進(jìn)入洗脫液，影響進(jìn)一步提純。24.雜菌： 是指在發(fā)酵培養(yǎng)中侵入了除菌種外，有礙生產(chǎn)的其他微生物。雜菌的危害 1.浪費(fèi)大量原料，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失 2.擾亂生產(chǎn)秩序

13、，破壞生產(chǎn)計(jì)劃 3.遇到連續(xù)染菌又找不到原因，影響生產(chǎn)積極性 4.降低發(fā)酵產(chǎn)率、提取得率、產(chǎn)品質(zhì)量 5.提高三廢治理難度25.（1）造成染菌的主要原因1、設(shè)備滲漏 2、空氣帶菌3、種子帶菌4、滅菌不徹底5、技術(shù)管理不善（2）發(fā)酵染菌后的措施l 發(fā)酵液必須滅菌后才可放下水道l 尋找染菌的原因l 染菌厲害時(shí)，車間環(huán)境要用石灰消毒26.（1）產(chǎn)生噬菌體的原因活菌體隨意排放，造成噬菌體的感染源（2）危害：造成斷種，無法生產(chǎn)（3）噬菌體的防治 建立工廠環(huán)境清潔衛(wèi)生制度 感染噬菌體的培養(yǎng)物不得帶入菌種室、搖瓶間 發(fā)現(xiàn)噬菌體停攪拌、小通風(fēng)，將發(fā)酵液加熱到70800C殺死噬菌體，才可排放。 環(huán)境用漂白粉消毒

14、選育抗噬菌體的菌種27.泡沫的產(chǎn)生及其益處 發(fā)酵過程中因通氣攪拌、發(fā)酵產(chǎn)生的CO2以及發(fā)酵液中糖、蛋白質(zhì)和代謝物等穩(wěn)定泡沫物質(zhì)的存在，使發(fā)酵液含有一定量的泡沫，這是正常現(xiàn)象，泡沫的存在可以增加氣液接觸表面，有利于氧的傳遞。泡沫過多的危害 1、造成發(fā)酵罐裝料系數(shù)減少，降低生產(chǎn)能力。 2、嚴(yán)重時(shí)造成排氣管大量逃液。3、升到罐頂可能從軸封滲出，增加染菌機(jī)會。 4、部分菌絲黏附在罐蓋或罐壁上而損失。5、影響通氣攪拌正常進(jìn)行，妨礙菌體呼吸，造成代謝異常，終產(chǎn)物產(chǎn)量下降或菌體提早自溶，進(jìn)而促使更多泡沫生成。因此，必須對泡沫進(jìn)行控制。28.化學(xué)消泡機(jī)理 消泡劑是一些表面活性劑，其表面張力較低（相對于發(fā)泡體系

15、而言），接觸到氣泡膜表面時(shí)，氣泡膜局部表面張力降低，破壞了力的平衡，造成氣泡破裂，產(chǎn)生氣泡合并，最后導(dǎo)致泡沫破裂。機(jī)械消沫 機(jī)械消沫是藉機(jī)械引力起劇烈振動(dòng)或壓力變化起消沫作用。29. （1）.糖化：淀粉質(zhì)原料在微生物或酶的作用下將淀粉轉(zhuǎn)化為糖的過程。糖化劑：糖化中采用的催化劑，為由微生物制成的糖化曲，也可以是酶制劑。糖化菌主要是曲霉和根霉n 米曲霉黃曲霉黑曲霉As3.4309(uv-11)或其變異株n 根霉和毛霉（2）淀粉的糊化和液化l 糊化淀粉在常溫下不溶于水，當(dāng)水溫至53以上時(shí)，淀粉的物理性能發(fā)生明顯變化。淀粉在高溫下溶脹、分裂形成均勻糊狀溶液的特性，稱為淀粉的糊化Gelatinizati

16、on）。 淀粉顆粒變成糊精（淀粉分解的中間產(chǎn)物，能溶于水成膠體溶液，多用作漿糊）的過程。 糊化率（%）=糊精/總糖100%l 液化發(fā)生糊化之后的淀粉，如果繼續(xù)升溫，支鏈淀粉也開始溶解，膠體狀態(tài)破壞，形成黏性較低的流動(dòng)性醪液，這種現(xiàn)象稱為淀粉的溶解，或稱為液化。（3）酒精生產(chǎn)中常用酵母菌:啤酒酵母及其變種30.大曲的制備： 小麥磨碎：要求小麥顆粒整齊、無霉變、干燥。磨碎前加入5-10%水拌勻，潤料3-4h后，用鋼磨粉碎，粉碎度要求，未通過20目篩的粗粒及麥片占50-60%，通過20目篩的細(xì)粉占40-50%。 拌曲料：通過定量粉器和定量供水器，穩(wěn)定比例將曲母和水連續(xù)進(jìn)入攪拌機(jī)，攪勻后送入原曲設(shè)備進(jìn)

17、行成型。加水量一般為麥粉重量的37-40%；曲母的用量夏季為麥粉的4-5%，冬季為5-8%，曲母一般選用上一年度生產(chǎn)的含菌種類和數(shù)量較雜的白色曲為好。 踩曲（曲胚成型）：用壓曲機(jī)壓成磚狀形（2-3kg松而不散）。 曲的堆積培養(yǎng)：可分堆曲、蓋草灑水、翻曲、拆曲四步。l 堆曲：壓制好的曲胚放置2-3hr，待表面略干移入曲室培養(yǎng)，先在曲室地面上鋪一層稻草（15cm厚），曲胚三橫三豎相同排列，胚之間約2cm距離，可用草隔開，促進(jìn)霉菌生長，排滿一層后，在曲胚上再鋪一層稻草，厚約7cm，橫豎排列應(yīng)與下層錯(cuò)開，以便空氣流通，一直排到4-5層為止，再排第二行。l 蓋草及灑水：用草蓋在表面進(jìn)行保溫，以后應(yīng)適時(shí)灑水，便于保持溫度和濕度。l 翻曲：蓋草灑水后，關(guān)閉門窗，微生物開始在表面繁殖，品溫升高，夏季經(jīng)5-6天，冬季經(jīng)7-9天，曲胚堆內(nèi)溫度達(dá)60左右，曲胚表面出土霉斑，可進(jìn)行第一次翻曲，再過一周左右，翻第二次，目的調(diào)節(jié)曲塊的溫、濕度。l 拆曲：在翻曲后15天左右，可略開門窗，進(jìn)行換氣，到40天后（冬季至50天），曲溫會降到接近空氣溫度時(shí)，曲塊也大部份已經(jīng)干燥，即可搬出曲室。成品曲的貯藏：制成的高溫曲，分黃、白、黑三種顏色，以金黃色曲為最好，在曲塊搬出后，應(yīng)貯存3-4個(gè)月（陳曲），然后再使用。31.啤酒的釀造工藝：（1）麥芽汁的制備：麥芽的糖化麥芽汁的過濾麥芽汁的