发酵工程复习题 第一章 绪论

发酵工程：利用微生物特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用

于工业化生产的技术体系，是将传统发酵于现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术集合并发展起来的发酵技术。 二 简答题

1. 简述发酵工业的特点 2. 简述发酵的一般工艺流程

（菌种制备、培养基的制备、 灭菌、 接种、 控制发酵条件、 产物的提取与精制、 回收处理三废物质)。

3．上游技术：优良种株的选育和保藏（包括菌种筛选、改造，菌种代谢路径改造等）。基因工程和细胞工程（上游生物技术）

中游技术：发酵过程控制，主要包括发酵条件的调控，无菌环境的控制，过程分析和控制等

下游技术：分离和纯化产品。包括固液分离技术、细胞破壁技术、产物纯化技术，以及产品检验和包装技术等

4．发酵工程的发展

1) 1900年前，自然发酵阶段。

2) 1900-1940年，纯培养技术的建立—第一转折点

3) 1940年后，深层液体通气搅拌纯种培养—第二转折点 4) 代谢控制发酵工程技术的建立—第三转折点 5) 开拓发酵原料,发展发酵放大技术 6) 采用基因工程菌生产新产物

5．发酵工业的研究范畴：发酵食品，微生物菌体，酶制剂，微生物特殊机能利用，代谢产物，生物转化。

6．工业发酵的类型

对氧的需求：需氧发酵，厌氧发酵，兼性厌氧发酵

培养基物理性状：液体发酵，固体发酵（浅盘固体发酵和深层固体发酵） 发酵的工艺流程：分批发酵，连续发酵，补料分批连续发酵

第二章 发酵工业菌种

要求

一 名词解释

菌落，芽孢，荚膜，鞭毛，富集培养，比生长速率，连续培养，诱变育种，菌种退化，菌种的复壮。 二 简答题

1. 简述酵母菌的形态结构及繁殖方式；2. 菌种分离筛选步骤。

一 名词解释

菌落 芽孢 荚膜 鞭毛 富集培养

比生长速率：单位菌体在单位时间内生长所增加的菌体量。 连续培养 诱变育种 菌种退化

菌种的复壮：在菌种的生产性能未衰退前，有意识的进行纯种的分离和性能的测定，以期菌种的性能逐步提高；

方法：1、纯种分离；2、在宿主体内生长进行复壮；3、淘汰衰退的个体。 营养菌丝： 生长于培养基内，具有吸收营养功能的放线菌或真菌

气生菌丝：放线菌或真菌的营养菌丝长到一定程度长出培养基，向空气中伸展。

孢子丝（繁殖菌丝）：放线菌或真菌气生菌丝发育到一定程度，上端分化成产生孢子的菌丝。

野生型菌株：直接从自然界的样品中分离得到的具有一定生产性能的菌株. 二 简答题

1. 简述酵母菌的形态结构及繁殖方式

2.菌种的分离和筛选一般步骤

答：菌种的分离和筛选一般步骤分为 采样、富集、分离、目的菌的筛选四个步骤。

3.发酵工业的主题微生物的各自特点（细菌，放线菌，霉菌，酵母菌）

答：发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌，其共同特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力；(2)有极强的消化能力 ；(3)有极强的繁殖能力 。

4.发酵工业对菌种的要求

1、在廉价原料制成培养基上生长，目的产物产量高，易回收 2、生长速度快，发酵期短 3、培养条件易控制

4、抗噬菌体和杂菌污染能力强 5、菌种质量稳定，不易变异退化 6、对放大设备的适应性强

7、菌种不是病原菌，无有害的生物活性物质和毒素产生 5.富集培养概念及方法

答：概念 使混合微生物群体中某特定微生物比例激增的培养方法。

方法：一可用促进某特定微生物生长繁殖的选择性培养基或培养条件；二可用抑制其他微生物生长繁殖的选择性培养基或培养条件。 用于增殖好氧性自生固氮菌的Ashby无氮培养基；增殖土壤真菌用的Martin培养基等。其三可用连续培养法，在一定稀释率下，使比生长速率小的细胞溢出培养器，而比生长速率大的细胞留在培养器中。 6诱变育种的概念、优点及基本环节

答：概念：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。

优点：提高代谢产物的产量，改进产品品质、 扩大品种和简化生产工艺； 简单易行、工作进度快、收效显著

基本环节：出发菌株 诱变处理 筛选优良性状菌株 7.防止菌种退化的措施

答：1、控制传代次数：避免不必要的移种和传代，将必要的传代降低到最低限度。

2、经常纯化

3、创造良好的培养条件 4、利用单细胞移植传代 5、采用有效的菌种保藏方法 8.发酵工业菌种保藏

原理：根据微生物的生理生化特点，创造条件，使其处于休眠态 方法：斜面低温保藏；矿油封藏；冷冻真空干燥；液氮超低温保藏

第三章 发酵工业培养基设计

要求

一 名词解释

培养基，基础培养基，选择培养基，加富培养基，鉴别培养基，斜面培养基，种子培养基，发酵培养基。 二 简答题

1. 培养基设计的基本原则

一 名词解释

培养基：人工配制的，能够维持微生物生长繁殖和产物形成的营养物质。

工业培养基：提供工业微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，按照一定比例配制而成的多种营养物质的混合物

生长因子：微生物生长不可缺少的微量有机物质

前体：某些化合物加入到发酵培养基，能被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，其自身结构并无多大变化，产量却因前体的加入有较大提高。大多数前体对微生物的生长有毒性，少量多次加入

产物合成促进剂：既不是营养物，又不是前体，是提高产量的添加剂，如酶生产中的诱导物或表面活性剂等。 基础培养基 选择培养基

加富培养基:也称营养培养基，即在培养基中加入有利于某种微生物生长繁殖所需的营养物质，使这类微生物的增殖速度比其他微生物快，从而使这类微生物能够在混有多种微生物的情况下占优势地位的培养基。

鉴别培养基;在培养基中加入某种试剂或化学药品，使培养后会发生某种变化，从而区别不同类型的微生物

斜面培养基:固体培养基的一种形式；制作时应趁热定量分装于试管内，并凝固成斜面的称为斜面培养基，用于菌种扩大转管及菌种保藏。

种子培养基:供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”

发酵培养基:供菌种生长、繁殖和合成产物之用。它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物。 二 简答题

1. 培养基设计的基本原则

答：目的明确、营养协调、经济节约、物理化学条件适宜

适宜于大规模工业微生物发酵的培养基应具有以下几点共性：①单位培养基能够产生最大量的目的产物。②能够是目的产物的合成速率最大。③能够使副产物的合成量最少④所采用的培养基应该质量稳定、价格低廉、易于长期获得⑤所采用的培养基尽量不影响工业好气发酵中的通气搅拌性能以及发酵常务的后期处理

一般设计适宜于工业大规模发酵的培养基应遵循以下原则：①必须提供合适微生物细胞和发酵产物的基本成分②有利于减少培养基原料的单耗③有利于提高产物的浓度，以及提高单位容积发酵罐的生产能力④有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期⑤尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化，并尽可能减少产生“三废”物质⑥原料价格低廉，质量稳定，取材容易⑦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。

2.发酵工业培养基的基本要求

答：1、提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分

2、有利于提高产物的浓度 3、提高产物的合成速度 4、减少副产物的生成

5、提高单位营养物质的转化率 6、原料价格便宜

7、有利于提高对氧的利用率

8、有利于产品的分离纯化，减少三废物质 3.水

答：1、比热大（1千克每度：×103 焦耳），吸收代谢过程中产生的热量，避免细胞的温度骤然升高；热的良导体，有利于调节菌体温度。 2、微生物机体的重要组成成分 3、直接参与代谢

4、代谢的内部介质,为微生物的生长繁殖和目的产物的合成提供必需的生理环境

完全培养基：组成物能满足一般微生物生长繁殖所需要的营养物，可供培养一般微生物，一般由牛肉膏、蛋白胨、琼脂等

选择培养基：培养基中加入某些化学药品，抑制不需要的微生物生长，促进需要微生物的生长。一般指含有抑菌剂或杀菌剂的培养基，加入的物质没有营养作用。

加富培养基：按照某种微生物营养要求，配制适合这种微生物生长而不适合其他微生物生长的培养基，达到分离这种微生物的目的。培养出来的是营养要求相同的一类微生物

鉴别培养基：根据微生物能否利用培养基中的某些成分，依靠指示剂的颜色变化来鉴别不同种类微生物的培养基

第四章 发酵工业的无菌技术

要求

一 名词解释

灭菌，消毒，除菌，防腐，分批灭菌，连续灭菌。 二 简答题

1. 发酵过程污染的危害；2. 发酵过程染菌的检查方法；3. 发酵工业常用的无菌技术；

4. 湿热灭菌的原理及优缺点。

一 名词解释

灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。 消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外微生物。环境和设备器具等 除菌：用过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子 防腐：用物理或方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖

分批灭菌:将配置好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通过蒸汽将培养基和所用设备仪器进行灭菌的操作过程，也称实罐灭菌

连续灭菌:将配置好的培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却等灭菌操作过程

空罐灭菌：给空置的发酵罐中通入蒸汽，将其和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为空罐灭菌。

实罐灭菌：将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。

二 简答题

1. 发酵过程污染的危害；

答：①使发酵培养基因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降

②杂菌合成一些新的代谢产物，或杂菌污染后改变了发酵液的某些理化性质，使 发酵产物的提取和分离变得困难，造成产物收率降低后产品质量下降

③杂菌代谢会改变原反应体系的pH，使发酵发生异常 ④杂菌分解产物，使生产失败

⑤细菌发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，导致整个发酵失败

2. 发酵工业常用的无菌技术；

答：①干热灭菌法 ②湿热灭菌法 ③射线灭菌法 ④化学药剂灭菌法 ⑤过滤除菌法 ⑥火焰灭菌法

3. 湿热灭菌的原理及优缺点。 答：湿热灭菌的原理是使微生物的蛋白质及核酸变形导致其死亡。这种变形首先是分子中的氢键分裂，当氢键断裂时，蛋白质及核酸内部结构被破坏，进而丧失了原有功能。蛋白质及核酸的这种变形可以使可逆的，也可以是不可逆的。虽然无所谓动能行结构被破坏，若氢键破裂的数量未达到微生物死亡的临界值，则其分子很可能恢复到它原有的形式，微生物就没有被杀死。为有效地使蛋白质变形，如采用高压蒸汽灭菌时，就需要水蒸气有足够的温度和持续时间，这对灭菌效果十分重要。高温饱和水蒸气可迅速使蛋白质变形，在规定操作条件下，蛋白质发生变形的过程即微生物死亡的过程，是可预见和重复的。微生物的灭活符合一级动力学方程，微生物死亡速率是微生物耐热参数D和杀灭时间的函数。即在给定的时间下被灭活的微生物与仍然存活数成正比。

LgNt=lgNo-F(T,Z) /DT

Nt：t分钟后微生物计数值； No：初始微生物计数值；

DT：在T温度下的微生物降低一个对数单位所需要的时间，分钟； F（T，Z）：灭菌程序在确定温度系数Z的T温度的等效灭菌时间。 湿热灭菌原理及优缺点

蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒； 蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底； 蒸汽有很大的潜热；操作方便，易管理。 4.分批灭菌及优缺点

配制好的培养基放入发酵罐和其他装置中，通入蒸汽将培养基和设备一起灭菌的过程。 分批灭菌的特点 优点:

1、设备投资较少 2、染菌的危险性较小 3、人工操作较方便

4、对培养基中固体物质含量较多时更适宜 缺点:

1、灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。 2、冷却水用量大

第五章 发酵工业的种子制备

一 名词解释

接种龄，接种量

二 简答题 1. 种子制备过程。

一 名词解释

种子扩大培养：是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的工业菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。

接种龄:指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。通常接种龄是以处于生命力极旺盛的对数生长期，菌体量还未达到最大值时的培养时间较为合适。时间太长，菌种趋于老化，生产能力下降，菌体自溶；种龄太短，造成发酵前期生长缓慢。

不同菌种或同一菌种工艺条件不同，种龄是不一样的，一般需经过多种实验来确定。 接种量:指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中生长繁殖的速度，采用较大的接种量可以缩短发酵罐中菌丝繁殖达到高峰的时间，使产物的形成提前到来，并可减少杂菌的生长机会。但接种量过大或者过小，均会影响发酵。过大会引起溶氧不足，影响产物合成；而且会过多移入代谢废物，也不经济；过小会延长培养时间，降低发酵罐的生产率。