北化生物工艺学问答题与答案1

一．简述微生物的特点及其应用于发酵的优势。

1.种类多，分布广。

目前微生物种类在10万种以上，具有多种代谢方式。

在生化过程中积累不同种类的代谢产物，用于多种发酵工业的生产，产品丰富，如（。

）。

营养谱极广，生长要求不高，繁殖快，自然界分布极广，适宜生产研究就地区取材。

2.高面积-体积比，代谢能力强。

其比表面积相当大，利于微生物与环境进行物质、能量、信息交换，具有高代谢速率。

其代谢强度高于高等动物千、万倍。

3.生长迅速，繁殖快。

微生物具有最快的繁殖速度，在工业上有重要意义。

适宜条件下能达到几何级数增殖。

4.适应性强，容易培养。

代谢灵活，酶系可受诱导，以适应环境变化。

其诱导酶可占蛋白的10%。

故其可耐高温、低温、盐高盐，高酸碱、干燥、辐射、毒物等极端环境。

5.易变性。

诱变剂容易使其遗传物质变异，改变代谢途径，产生新菌种。

而次特性对菌种保藏、发酵等过程产生不利影响。

用于发酵的优势：不需高温设备，利用原料比较粗放，主要采用低廉的农副产品，不需特殊催化剂、副产品少，无毒性。

二．常用工业微生物的种类有哪些？每种列举三个典型，并说明其主要产品。

1细菌，醋杆菌属有醋化醋杆菌（食醋），巴氏醋杆菌（食醋）。

弱氧化醋杆菌（山梨糖、酒石酸等）。

乳杆菌属：德式乳杆菌（左旋乳酸）芽孢杆菌属：枯草芽孢杆菌（α-淀粉酶，蛋白酶，诱变后生产肌苷，鸟苷）梭菌属：丙酮丁酸梭菌（丙酮丁醇）大肠杆菌：（天冬氨酸，缬氨酸，苏氨酸，）产氨短杆菌：（辅酶A）2放线菌，链霉菌属：灰色链霉菌（链霉素），金色链霉菌（金霉素），红霉素链霉菌（红霉素）小单孢菌属：绛红小单胞菌（庆大霉素），棘孢小单孢菌（庆大霉素）。

3霉菌，曲霉属：黑曲霉（酸性蛋白酶，淀粉酶，果胶酶）米曲霉（糖化淀粉酶，蛋白酶）。

黄曲霉（液化淀粉酶）青霉属：产黄青酶（青霉素，葡萄糖氧化酶，柠檬酸，维c），桔青霉（桔霉素，脂肪酶等），娄地青霉（干酪，天冬氨酸，谷氨酸，丝氨酸）根酶属：黑根霉（果胶酶），米根霉（酒曲，乳酸），华根酶（液化淀粉酶）红曲霉属：红曲霉（淀粉酶，麦芽糖酶）4酵母菌：酵母属：啤酒酵母（啤酒，面包，饮料）。

裂殖酵母属，发酵糊精，菌粉。

假丝酵母属：产朊假丝酵母（饲料、蛋白质），解脂假丝酵母（发酵煤油。

石油脱蜡）毕赤酵母（固醇、苹果酸、）汉逊氏酵母（乙酸乙酯）球拟酵母属（多元醇，氧化烃类）红酵母属（产脂肪）三．简要说明微生物诱变育种的操作步骤：1.出发菌株的选择：①自然界分离的野生菌株②通过生产选育，自发诱变的菌株③已经诱变的菌株。

高产菌可先进行杂交再作为出发菌株2.菌悬液制备：使细菌同步生长，悬液经玻璃珠打散，并用脱脂棉过滤。

处理细菌的营养细胞，对数期。

霉菌、放线菌用刚成熟的孢子悬浮液。

3.前培养：在添加嘌呤、嘧啶或酵母膏的培养基中培养20-60min。

4.诱变剂：物理诱变剂：各种射线，紫外线使DNA断裂，DNA分子经行交联。

化学诱变剂：EMS，亚硝基胍，亚硝酸，特异性与某些基团反应，引起物质损伤和代谢途径改变。

5.变异菌株的分离和筛选:1)初筛：①根据变异形态：菌落形态与生产能力有直接相关性，根据其性状与色泽与亲本的不同，作为定性指标，直接在培养基上筛选。

②根据平板直接反应：代谢产物与指示物作用后的透明圈或变色圈大小，常用的有：纸片显色、透明圈、琼脂片、浓度梯度法。

2）营养缺陷型筛选：诱变后，中间培养（减少分离子产生，完全培养基培养过夜），淘汰野生型（抗生素法，菌丝过滤，差别杀菌、饥饿法，浓缩缺陷菌株），检出营养缺陷型（逐个测定、夹层平板法，限量营养法，影印法），确定生长谱。

经筛选后，进行发酵实验，检查生产性状，再结合其他因素，可进行生产或进一步诱变。

四．比较传统诱变育种技术、原生质技术和重组DNA技术三种育种方法各自的优缺点。

传统诱变育种优点：提高菌株生产能力，改进产品质量，扩大品种，简化工艺。

速度快，收效显著，方法简便。

缺点：缺乏定向性，工作量大，诱变因素对菌种作用不明，进一步提高产量困难。

原生质技术优点：①没有细胞壁障碍，诱变效率高。

②融合两亲株基因组之间能发生多次交换，产生多种重组子③融合重组频率高，明显高于常规杂交④适于与其他育种技术结合，以获得最优菌株⑤可钝化一方亲株⑥细胞易于经行遗传转化。

体外DNA重组技术优点：①可以从复杂的DNA分子中获得单独的DNA片段②可以大量纯化基因片段及产物③可以在大肠杆菌中研究来自其他生物的基因④可以在高等动植物细胞中发展建立这种系统。

缺点：表达不稳定，基因易丢失，或不表达，且与宿主的影响关系不明确。

五菌种保藏的方法有哪些？简述冷冻干燥法的主要步骤。

菌种保藏的基本目的是使菌种不死亡,不被污染,不发生或少发生变异,更进一步可利用现代生物技术构建种质基因文库和DNA文库,对微生物种质资源进行分子水平的保护、保藏和研究。

其原理都是创造一个抑制细胞代谢的环境,如低温,干燥,缺氧,营养缺乏等。

至今保藏方法有20 多种,从总体上可分为4大类:传代法、干燥法、冷冻法及冷冻干燥法。

具体细分为：斜面保藏法，穿刺保藏法，干燥保藏法，悬液保藏法，冷冻干燥保藏法，液氮保藏法，低温保藏法，石蜡油封存保藏法，沙土管保藏法，菌丝速冻保藏法。

冷冻干燥法是目前保藏技术领域研究最多并应用最为广泛的一种方法。

其主要步骤：（1）安瓿管的准备：安管形状不一，内径一般为8~10mm，长度不小于100mm。

先用毛细管加入洗涤液浸泡过夜，第二天用蒸馏水洗净后干燥，瓶口加脱脂棉塞用纸包好，在121℃灭菌30分钟后，再在60℃烘箱中干燥。

（2）收集菌种：将少量分散剂加入斜面，轻轻刮下菌苔或孢子，注意不要划破斜面而带入培养基，制成均匀的悬液。

在无菌条件下，用毛细滴管加入到灭菌好的安管中，每个安管装量约为0.1~0.2ml，通常加入3或4滴即可。

（3）冷冻：装入悬液的安管应在-30℃立即冷冻。

（4）真空干燥：冷冻结束后，立即启动真空泵，在15min内使真空度达到66.661Pa。

随着真空度升至13.3322Pa以上，可以升高板箱的温度，使小箱内的温度升至25~30℃。

此时由于升华还在继续，样品不会融化而能达到干燥的目的。

干燥完毕后，关闭真空泵、排气、取出安管将管颈拉细，再装在多孔管道上抽真空和融封。

（5）安管的融封：在第二次抽真空情况下，在多孔管道上进行。

融封是在棉塞下部安管已拉细处。

（6）标签：可以在灭菌前加入有菌名、日期的小纸片。

（7）安管的保藏：置于4~5℃低温下保藏。

（8）安管的启封：启封时，在无菌条件下，将融封口处在火焰上稍加热，立即加上1~2滴无菌蒸馏水或用酒精棉球轻擦一下，使玻璃管产生裂缝，稍予轻击即可断落。

加入最适生长的液体培养基少量使管内干燥粉末溶解，即可接种在斜面或液体培养基内，一般使用经过复壮的第二代菌种。

六在菌种的扩大培养中，应当注意的主要事项有哪些？种子罐级数：指制备种子需逐级扩大培养的次数，一般根据菌种生长特性，孢子发芽及菌体繁殖速度以及采用发酵罐体积而定。

种龄：种子罐中培养的菌种开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

通常以菌体处于生长旺盛期为合适接种量：移入的种子液体积与接种后培养液体积的比例。

七请分析淀粉水解制糖过程的意义，列出可用于发酵工业制备糖液的方法。

发酵工业所用的碳源主要以淀粉或糖质为主，而许多微生物并不能直接利用淀粉，淀粉或糊精必须经过水解制成淀粉糖才能被微生物利用。

也有些微生物能直接利用淀粉，但这一过程必须在微生物分解出胞外淀粉酶类以后才能进行，过程非常缓慢，致使发酵过程周期过长，实际生产上无法被采用。

而且，若直接利用淀粉为原料，则可能会由于灭菌过程的高温导致淀粉变糊、结块，发酵液黏度剧增，从而导致发酵过程无法进行。

因此，发酵工业的原料大多是淀粉水解以后的淀粉糖，淀粉水解制糖过程是目前许多发酵过程普遍存在的一个重要环节。

淀粉酸水解工艺：是以酸作为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。

淀粉酶水解工艺：是利用专一性很强的淀粉酶或糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法。

酸酶结合法水解工艺：1）酸酶法：先将淀粉水解为糊精或低聚糖，然后再利用糖化酶进一步水解为葡萄糖。

2）酶酸法：将淀粉乳先用淀粉酶液化到一定程度后，再用酸水解成葡萄糖。

八比较酸解、酶解、酸酶结合水解方法的优缺点。

酸解：生产方便、设备要求简单、水解时间短、设备生产能力大。

但由于水解是在高温高压及一定酸浓度下进行的，故要求设备需耐腐蚀、耐高温、耐高压，同时，酸解法在酸催化水解过程中，存在一些副反应，导致淀粉转化率较低。

另外，酸解法对淀粉原料的要求严格，要求淀粉颗粒度均匀，颗粒过大会使水解不完全。

同样淀粉乳浓度不宜过高，过高会使淀粉转化率下降。

酶解法：酶解法反应条件温和，不需要耐高温高压或耐腐蚀的设备；酶作为催化剂，专一性强，副反应少，故水解糖液纯度高，淀粉转化率高；可在较高的淀粉乳浓度下水解，并且可采用粗原料；制得糖液较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，有利于糖液充分利用。

但酶解法反应时间较长，设备要求较多，且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。

酸梅结合法：1）酸酶法：适用于玉米、小麦等颗粒坚实、淀粉酶液化太慢的谷类淀粉，具有酸液化速度快，酶淀粉乳浓度较高的优点，同时酸用量少，产品颜色较浅、糖液质量较好。

2）酶酸法：适用于颗粒大小不均匀的淀粉，可采用粗淀粉，淀粉浓度较酸解法高，而且酸水解使PH可稍高，以减少副反应，使糖液色泽较浅。

九．简述酸水解淀粉制备糖液方法的基本原理，分析影响酸水解淀粉的因素答：淀粉是有数目众多的葡萄糖经糖苷键结合而成的多糖，在酸催化下，淀粉发生水解反应转变为葡萄糖，同时，在水解过程中由于酸和热的作用，一部分葡萄糖产生复合反应和分解反应，葡萄糖通过α-1,6糖苷键结合生成异麦芽糖，龙胆二糖等二糖或低聚糖，分解反应是部分葡萄糖会分解生成5’-羟甲基糖醛、有机酸和有色物质等小分子的非糖物质。

糖化过程中复合、分解、同时进行，水解是主要的，复合分解反应是次要的，对葡萄糖生产不利。

（1）淀粉水解所用酸种类、浓度、反应温度对水解反应速度有很大影响。

不可采用过浓的酸，常采用稀酸水解，温度可可加速水解过程。

淀粉水解除了与反应条件有关外，还与淀粉浓度、水浓度有关。

（2）葡萄糖复合反应和糖浓度、酸总类、温度等都有关，较高的淀粉乳浓度、较高的酸浓度、较高的温度、压力下，复合反应程度提高。

（3）葡萄糖的分解与其浓度呈正比，葡萄糖分解产生5’-羟甲基糖醛，是产生色素的根源。

色素的生成随葡萄糖浓度的增加而增加，随反应时间而增加。

十．列出酶水解制备糖液的工艺，分析其特点间歇液化法：设备要求低，操作容易，液化效果一般，糖化液过滤性差，糖浓度低。

半连续液化法：设备要求低，操作容易，料液容易溅出，安全性差，蒸汽用量大，液化温度未达到高温酶的最适温度，液化效果一般，糖化液过滤性差。