陕西科技大学生物工艺原理试卷6

陕西科技大学 试题纸（1）生物工艺原理参考答案与评分标准一、名词解释（共10分）每一题2分，意思正确，但叙述不完全一样适当扣分。

1．precursor ：前体：指某些化合物加入到培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。

2．oxygen uptake rate ：耗氧速率：指单位体积的培养液在单位 时间的耗氧量。

单位为 mmol O 2/(L · h)，用 r表示3．fed-batch fermentation ：半分批发酵是指先将一定量底物装入罐内，在适宜条件下接种使反应开始。

反应过程中，将特定的限制性底物送入反应器，以控制罐内限制性底物浓度在一定范围，反应终止将全部反应物取出。

4．high throughput screening ：高通量筛选是将许多模型固定在各自不同的载体上，用机器人加样，培养后用计算机记录结果，并进行分析，使筛选从繁重的劳动中解脱出来，实现大规模筛选。

5．Yx/s ：以机质的消耗为基准的菌体的得率系数。

二、下列各空中填入适当的词（每空一分）1．菌种保藏的原理主要根据菌种的 生理生化 特点，人为地创造条件，使菌种的代谢活动处于 休眠状态 。

生产使用时，需进行 活化和扩培 ，其操作可分为 实验室扩培 和 生产车间扩培 。

目前，工业微生物使用菌种的趋势是从 野生菌到变异菌 ，从 自然选育转向代谢育种 ，从 从诱发基因突变转向基因重组的定向育种 。

２．制备发酵培养基时，首先应注意 慢速利用碳源 和 快速利用碳源 的相互配合，其次，还要考虑适当的 碳氮比 比；还要注意生理 酸性盐 和 生理碱性盐 的加入和搭配，从而保证整个发酵过程p Ｈ能维持在 稳定 的状态。

３．在淀粉的水解方法中， 酶法 法水解糖的质量最好，因为该法是在 酶的 作用下完成的，其反应条件 温和 。

而 酸法 生产淀粉水解糖时易发生葡萄糖的复合 和 分解 反应，该反应的发生影响菌体的生长和代谢产物的形成。

４．在酿造酒的生产中，需要控制 适当 的通风，使生成 足够 的酵母细胞，能够在 一定 的时间内，将糖转化为 酒精 和 二氧化碳 。

否则由于酵母的 好氧生活 而损失 酒精 。

５．甲烷发酵可分为 产酸 阶段和 产甲烷 阶段。

参与甲烷发酵的微生物有 产酸菌 和非产酸菌/产气菌 ，发酵液中，这两种菌的数量 相当 ，达 106 个/毫升。

６．在batch fermentation 中，基质比消耗速率（ν）为)(/X c Y v s X X-或dt S dc X c )()(1，产物的比形成速率（Q p ）为 dt X dc X c Qp )()(1= 。

在特定条件下，比生长速率（μ）与限制性营养物质的浓度的关系符合Monod 方程，即 S K SS m +=μμ ，当μ=1/2 μm 时，k s 的物理意义 与底物浓度相等 。

若产物的生成与菌体生长偶联，则与生长有关的产物形成可用 X dt dXdt dPβα+=或（μx p Y /C （X ））表示。

７．在发酵过程中，菌体的生长速率与二氧化碳的释放率成 正比 关系，从测定排气CO 2的浓度的变化，采用控制流加基质的方法来实现对菌体的 生长速率 和 补料速度 的控制。

8．呼吸商为 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=菌耗氧速率释放率2CO OUR CRR RQ ，它反映菌体的代谢情况，不同的菌体，呼吸商不同，实际测定值低于理论值，说明发酵过程中存在着 不完全氧化的中间代谢物和除葡萄糖以外的其他碳源。

9．在啤酒的风味物质中，影响其质量的一个重要指标是 双乙酰 ，它的风味阈植为 0.1ppm ，它的过量存在，会使啤酒产生馊味。

它是在 缺少氨基氮 情况下产生的。

在啤酒中的含量取决于 生成 与 消除 的平衡。

三、回答问题：（共30分）1．种子扩大培养的目的何在？种子培养基与发酵培养基有何不同？（6分）每一问3分，答不全适当扣分。

种子扩大培养的目的在于为发酵罐的投料提供足够数量的代谢旺盛的种子。

因为发酵时间的长短和接种量的大小有关，接种量大，发酵时间则短。

将较多数量的成熟菌体接入发酵罐中，就有利于缩短发酵时间，提高发酵罐的利用率，并且也有利于减少染菌的机会。

（3分）对于不同产品的发酵过程来说，必须根据菌种生长繁殖速度快慢决定种子扩大培养的级数。

种子培养基主要是满足菌体的生长，而发酵培养基的即要满足菌体的生长，还要考虑满足最终产品形成所需的营养。

（3分）2．试根据对数残存规律,说明如何确定灭菌时间？影响培养基灭菌的因素有那些？工业生产中采用高温瞬时灭菌的依据是什么？（9分）答：每一问3分，高温瞬时灭菌的依据必须根据公式推倒得出结果，写不出公式仅仅说明扣两分。

微生物热死速率可以用分子反应速度来表示，即微生物个数减少的速度与任一瞬间残存的菌数成正比。

kN dt dN-= （4-1）式中：N ——培养基中残留活菌数（个）；t ——受热时间（min ）；k ——反应速度常数（min -1），也可称比死亡速率。

灭菌的时间根据芽孢细菌和细胞的芽孢数之和；灭菌的程度和k 值确定。

（3分）影响培养基灭菌的因素有1）培养基成分；2）pH 值 ：3）培养基中的颗粒等。

（2分）根据阿累尼呜氏公式，推导在温度由T1上升到T2时，营养成分的破坏速度与微生物死亡速度的比较确定。

在热灭菌的过程中，同时发生微生物死亡和培养基成分破坏两个过程。

温度均能加速其过程进行的速度，当温度升高时，微生物死亡的速度更快。

因此，可以采用较高的温度，较短的灭菌时间，以减少培养基营养成分的破坏，这就是通常所说的“高温瞬时灭菌法”。

（4分）。

3．什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？两者有何关系？（6分）每一问2分。

初级代谢产物： 由微生物产生的，是微生物生长繁殖所必需的物质。

如蛋白质、氨基酸、核酸等。

（2分） 次级代谢产物：由微生物生产，但与微生物的生长、繁殖无关的一类物质。

如抗生素、色素、毒素等。

（2分） 初级产物是次级产物形成的基础。

初级产物和次级产物同样都受到核内DNA 的调节控制的。

所不同的是次级代谢产物还受到“与初级代谢产物合成无关的遗传物质”的控制，即受核内遗传物质（染色体遗传物质）和核外遗传物质（质粒）的控制。

因此，两者在遗传上既有相同的部分，又有不同的部分。

（2分）4．单罐连续发酵实现系统稳定的条件是什么？若一个条件发生变化会不会影响另一个条件？为什么？（9分） 每一问三分，写不出平衡式扣2分。

（1）细胞的物料平衡为了描述恒定状态下恒化器的特性，必须求出细胞和限制性营养物质的浓度与培养基流速之间的关系方程。

对发酵反应器来说，细胞的物料平衡可表示为：流入的细胞—流出的细胞+生长的细胞—死去的细胞=积累的细胞（3分）即： dt dXkX X X V FV FX =-+-μ0（2分）（2）限制性营养物质的物料平衡对生物反应器（发酵罐）而言，营养物的物料平衡可表示为：流入的营养物—流出的营养物—生长消耗的营养物—维持生命需要的营养物—形成产物消耗的营养物=积累的营养物（2分）即： dt dS Y X Q mX Y XS V F S V FS P P S X =----//0μ （3分）两个平衡紧密相连，互相影响，因为均与菌体浓度、比生长速度、稀释率有关。

（3分）四．计算题满分6分，写出灭菌速率方程式，可得2分，代入数据计算，可得两分，初始菌体浓度考虑错误扣1分，仅最后得数错误扣1分。

t N N k t 0lg 303.2=发酵液开始的菌体浓度：0N =2⨯106⨯80⨯106杀菌结束的菌体浓度：t N =0.001比死亡速率常数：k=1.9 ，代入公式计算可得t=21分。

五、讨论题（10分）溶解氧对发酵有何影响？临界溶氧浓度是什么？如何进行生产过程的控制？在好氧发酵中，微生物对氧有一个最低要求，满足微生物呼吸的最低氧浓度叫临界溶氧浓度（critical value of dissolved oxygen concentration）。

用C临界表示，在临界氧浓度以下，微生物的呼吸速率随溶解氧浓度降低而显著下降。

（2分）需氧发酵并不是溶氧愈大愈好。

溶氧高虽然有利于菌体生长和产物合成，溶氧太大有时反而抑制产物的形成。

因为，为避免发酵处于限氧条件下，需要考查每一种发酵产物的临界氧浓度（critical value of dissolvd oxygen concentration）和最适氧浓度（optimal oxygen concentration），并使发酵过程保持在最适浓度。

最适溶氧浓度的大小与菌体和产物合成代谢的特性有关，这是由实验来确定的。

据报道，青霉素发酵的临界氧浓度为5%~10%之间，低于此值就会对青霉素合成带来的损失，时间愈长，损失愈大。

而初级代谢的氨基酸发酵，需氧量的大小与氨基酸的合成途径密切相关。

（2分）溶氧是需氧发酵控制最重要的参数之一。

由于氧在水中的溶解度很小，在发酵液中的溶解度亦如此，因此，需要不断通风和搅拌，才能满足不同发酵过程对氧的需求。

好氧发酵主要解决需氧与耗氧的矛盾。

溶氧的大小对菌体生长和产物的形成及产量都会产生不同的影响。

如谷氨酸发酵，供氧不足时，谷氨酸积累就会明显降低，产生大量乳酸和琥珀酸。

（4分）。