发酵工程2017-2018学年期末考试复习题

1、发酵和发酵工程的概念

发酵狭义：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动，来制备微生物菌体或其代谢产物的过程。

发酵广义：凡是培养细胞（动、植物和微生物细胞）来制得产品的过程。

发酵工程：利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系。具体地说它是研究发酵工业生产过程中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。

2、发酵工程研究的内容

发酵工业用生产菌种的选育

◆自然选育

◆诱变育种

◆基因工程育种

发酵条件的优化与控制

生物反应器的设计

发酵产物的分离、提取和精制

3、按不同分类方法，发酵可分为哪些类型？

按发酵过程中培养基的状态,可将发酵分为:固态发酵和液态发酵；按发酵过程中需氧与否，可将发酵分为:厌氧发酵和通风发酵；按不同发酵工艺，液态深层发酵可分为：分批发酵、分批补料发酵和连续发酵。

4、分批发酵，分批补料发酵和连续发酵三种发酵类型定义及优缺点

分批发酵

在生物反应器内投入限量培养基后，接入微生物菌种进行培养，完成一个生长周期，获得产品的微生物培养方法。

补料分批发酵

在发酵的开始投入一定量的培养基，在发酵过程的适当时期，开始连续补加碳或（和）氮源或（和）其他必需基质，直至发酵液体积达到发酵罐最大操作容积后，将发酵液一次放出。

连续发酵

在向反应器中添加培养基的同时，从容器中放出等体积的培养液，就可以形成一个生产细胞的连续过程，即在培养器中所形成的新细胞数量与从容器中流失的细胞数目相等。

5、分批发酵工艺过程的主要步骤

1）原料预处理。

2）用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制。

3）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌。

4）无菌空气的制备。

5）微生物菌种制备和扩大培养，并以一定比例将菌种转接到发酵罐中。

6）控制合适的微生物生长和发酵条件，使微生物生长并形成大量的代谢产物。

7）发酵产物分离、提取与精制，以得到合格的产品。

8）成品检查与包装。

9）回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。

1、发酵工业常用的微生物的种类及其主要的发酵产品

细菌：

1、枯草杆菌与中性蛋白酶和α-淀粉酶；

2、乳酸杆菌、双歧杆菌与酸奶、微生态剂；

3、醋酸杆菌与醋酸；

4、棒状杆菌与谷氨酸

放线菌：

目前应用于临床的由放线菌产生的抗生素主要有：链霉素、卡那霉素、新霉素、四环素

酵母菌：

提取核酸、麦角固醇、细胞色素C、凝血质和辅酶A等；同时，还可用作食用、药用和饲料用酵母。

霉菌：

根霉、毛霉、曲霉、青霉

2、菌种、菌种分离与筛选的概念

发酵工业所用微生物称为菌种。只有具备了优良的菌种，通过改进发酵及提纯工艺条件和生产设备，才能获得理想的发酵产品。

菌株分离就是将一个混杂着各种微生物的样品通过分离技术区分开，并按照实际要求和菌株的特性采取快速、准确、有效的方法进行分离(separation) 、筛选(screening)，进而得到所需微生物菌株的过程。

3、微生物纯种分离方法有哪些？

固体稀释平皿倾注法、涂布分离法、平板划线分离法、单细胞挑取法

4、从自然界中分离和筛选微生物菌种的步骤

1.定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。

2.采样：有针对性地采集样品。

3.增殖目标菌：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。

4.分离：利用分离技术得到纯种。

5.发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。

5、诱变育种的步骤和注意事项。

步骤：

1）出发菌株的选择

2）单细胞（或单孢子）悬液制备

3）诱变剂和使用剂量的选择

4）变异株的初筛

5）变异株的复筛

6）变异株稳定性试验

7）菌种特性考察

8）中试验证

9）大型投产试验

6、原生质体融合定义及主要步骤

用脱壁酶（细菌和放线菌用溶菌酶，酵母和霉菌用蜗牛酶和钎维素酶）去除微生物的细胞壁，制成原生质体，用聚乙二醇促进原生质体融合，从而获得异核体的这一技术叫原生质体融合。

①标记菌株的筛选:营养缺陷型和抗药性标记

②原生质体的制备：脱壁酶脱壁

③原生质体的融合：聚乙二醇促进融合

④原生质体的再生：再生培养基培养再生壁

⑤融合子的选择：选择性培养基上划线生长，分离验证，挑取融合子进一步试验、保藏。

⑥生产性能筛选。

7、试述柠檬酸菌种分离和诱变育种的主要过程

（一）从土壤中筛选产柠檬酸的黑曲霉菌株

1、查阅资料，确定筛选产柠檬酸的菌种种类

2、采集样品：取霉腐土层，筛选黑曲霉菌株。

3、选择合适的培养和纯种分离的方法：

固体稀释平皿倾注法分离土壤中的黑曲霉，在平板培养基中添加抗生素和碳酸钙，待培养长出菌落后，挑取透明圈大的菌落于斜面。

3、挑选产酸的单菌落斜面菌种，进行生产性能的测定：确定所筛选的黑曲霉菌株产的是柠檬酸。

（二）菌种的诱变育种

1、将黑曲霉接种于斜面活化；

2、制备出发菌孢子悬液并进行活菌计数；

3、诱变剂处理：

可先单一，后复合处理：

1）物理因子：紫外线诱变和γ射线诱变处理；

2）化学因子：硫酸二乙酯、亚硝基胍处理；

3、用加碳酸钙的平板分离诱变处理后的孢子，待菌落长出后，挑取平板上透明圈较大的单菌落200个于斜面培养基，300C培养长出孢子后，进行摇瓶初筛。

4、摇瓶初筛：

5、摇瓶复筛：

若产率不高，还必须进行第二轮诱变育种。

（三）变异株稳定性试验：

转接10代，考察传代后，各代菌株柠檬酸生产率是否有较大的变化；

（四）菌种特性考察，菌落特征、菌丝形态及产生孢子的情况进行考察；

（五）中试验证菌种是否适合工业化生产；

（六）大型投产试验，进行工业化生产。

8、核糖体工程育种的定义及原理

向微生物核糖体或RNA 聚合酶中引入特定的突变有助于其次级代谢产物产量的提高。建立一种简单易行的微生物定向育种新方法——核糖体工程。

9、菌种衰退的含义及菌种复壮的方法。

衰退

生产菌株几乎都是人工诱变变异株，都是代谢调控失控菌株，遗传特性很不稳定，极易发生自然变异。因此，在使用和保藏过程中，生产菌株会逐渐向不利于生产方向发生变化，这种变化称为菌种的衰退

菌种的复壮方法

A、纯种分离：选取典型性状的单菌落

B、淘汰衰退个体

C、选择合适的培养条件