微生物工程工艺原理思考题

菌种与种子扩大培养

1.生长过程中如何保持菌种优良特性？如何判断和处理菌种过程中污染和衰退问题？

通过菌种保藏。保藏方法主要有斜面低温保藏法、石蜡油封保藏法、砂土保藏法、硅胶保藏法、冷冻干燥法、液氮超低温冻结法等。

判断方法：镜检；划线分离。

防止菌种衰退的方法：（1）尽可能满足其营养条件、培养条件，避免有害因素引起菌种衰退（2）尽量减少转代次数（3）采用幼龄菌接种。

菌种复壮方法：（1）分离复壮（2）若单菌落分离不行，可改变培养条件，或两者结合进行复壮（3）诱变因素处理，再进行单菌落分离。

2.扩大培养分级要求（包括原则）

种子罐级数的确定取决于菌种的性质（如菌种传代后的稳定性）；孢子数、孢子发芽及菌体繁殖速度；所采用发酵罐的容积。

要求与原则：

（1）种子罐级数越小越好，有利于简化工艺，便于控制，减少染菌机会；减少消毒、值班工作量和因种子罐生长异常而造成的波动。

（2）种子级数太少，接种量小，发酵时间延长，降低发酵罐的生产率，增加染菌机会

（3）虽然种子罐级数随产物的品种及生产规模而定，但也随着工艺条件改变而适当调整，如改变种子罐的培养条件，加速了孢子发芽及菌体的繁殖，也可相应地减少种子罐的级数。

3.成熟种子一般有哪些要求和影响因素

种子的要求：总量与浓度能满足要求；生理状况稳定，个体与群体；活力强，移种至发酵后，能够迅速生长；无杂菌污染。

影响因素：培养基（提高产量，组成简单，来源丰富，价格便宜，取材方便等）；种龄与接种量（菌种的对数生长期为宜）；温度；pH值；通气与搅拌；泡沫；染菌的控制；种子罐级数。

4.种子连续培养和分批培养主要优缺点

连续培养（发酵）：发酵过程中一边补入新鲜的料液，一边以相同的流速放料，维持发酵液原来的体积。优点：

（1）设备体积可减小，能合理地按照发酵阶段实行连续化

（2）操作时间可缩短，总体操作管理方便

（3）中间产物和最终产物稳定；生产系统化；节约生产成本

（4）对微生物的生理、生态和反应机制较易分析

缺点：

（1）营养成分的利用较分批发酵差，产物浓度较分批发酵低

（2）杂菌污染机会大

（3）存在菌种变异问题

（4）设备操作上须与工艺系统中其它工段保持连续一致

分批培养：在一密闭系统内加入限量营养物质，接入少量菌种培养，在特定条件下只完成一个生长周期。优点：

（1）对温度的要求低，操作工艺简单

（2）染菌机率较低，比较容易解决染菌和衰退问题

（3）不会产生菌种老化和变异等问题，对营养物利用率较高，产物浓度较连续发酵高

缺点：

（1）人力、物力、动力消耗较大

（2）生产周期长

（3）生产效率低

培养基的制备与灭菌

1.生产上用的菌种培养和发酵培养基有何要求

（1）单位培养基能生产最大量的目的产物，且使目的产物的合成速率最大

（2）发酵副产物尽可能少

（3）原料应因地制宜，价格低廉，且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产的供应

（4）能满足总体工艺的要求，如不应影响通气、提取、纯化及废物处理等。

2.各种成分的功能

（1）碳源：用于供给菌种生命活动所需的能量，和构成菌体细胞以及代谢产物的物质基础。

（2）氮源：用于构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质及氨基酸之类的含氮代谢物。

（3）无机盐：构成菌体的成分，作为酶的组成部分或维持酶的活性，调节渗透压、pH值、氧化还原电位等，是微生物生命活动不可缺少的物质。

（4）特殊生长因子：构成辅酶的组成部分，促进生命活动进行。

（5）水：是微生物生长所必需的，微生物所需要的营养物质及代谢产物必须溶解于水中，才能通过细胞膜而被吸收或排出；体内各种生化反应必须在水溶液中才能进行。

3.淀粉水解糖的制备方法有哪几种，特点如何

（1）酸解法：以酸为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖。特点是a.生产方法简单b.对设备要求简单c.水解时间短d.设备生产能力大e.要求耐腐蚀、耐高温高压的设备f.对淀粉原料要求严格g.存在副反应

（2）酶解法：用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖。特点是a.糖化程度高，糖液杂质少，水解液葡萄糖纯度高b.

反应条件温和，不需要耐腐蚀、耐高温高压的设备c.酶作用专一性强，淀粉水解副反应少d.可在较高淀粉浓度下水解e.可简化发酵培养基的组成f.产物糖液颜色浅，较纯净，无苦味，质量高，利于精制

g.反应时间较长h.要求设备较多，需具备专门培养酶的条件，且糖液过滤困难

（3）酸酶结合水解法：根据原料淀粉性质分为酸酶法和酶酸法。

酸酶法：先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解为葡萄糖。特点是a.酸液化速度快b.糖化由酶进行，对液化液要求不高，可采用较高的淀粉乳浓度c.用酸量较少，产品颜色浅，糖液质量高

酶酸法：将淀粉乳先用α—淀粉酶液化到一定程度，再用酸水解成葡萄糖。特点是 a.水解较酸法均匀，出糖高，可采用粗原料淀粉及高浓度淀粉b.副反应较少，糖液色泽较浅。

4.糖蜜原料的特点和用于发酵时要注意哪些问题

糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂的一种副产物，又称桔水；特点是干物质浓度大，含糖量高，本身含相当数量的发酵性糖，无须糖化，胶体物质与灰分多，产酸细菌多。

用于发酵时应注意：

由于糖蜜中干物质的浓度很大，为80~90°Bx，含糖分50%以上，含5%~12%的胶体物质以及10%~12%的灰分，如果不进行预处理则微生物无法生长和发酵，故糖蜜的发酵前处理很重要。

酒精发酵糖蜜前处理的方法：

（1）加酸通风沉淀法（冷酸通沉淀风法）

（2）加热加酸沉淀法（热酸通风沉淀法）

（3）添加絮凝剂澄清处理法。

谷氨酸发酵糖蜜前处理：

（1）一般处理法：①活性炭处理法②树脂处理法③亚硝酸处理法

（2）添加化学药剂处理法：①添加青霉素法②添加表面活性剂③添加抗氧剂法

（3）追加糖蜜法（先用处理的糖蜜培养菌种后再流加不处理的糖蜜）

（4）营养缺陷型变异株法（选育油酸缺陷型变异株）。