名词解释

名词解释
1、菌种的扩大培养：菌种的扩大培养就是把保藏的菌种，即砂土管，冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化，再经过扁瓶或药瓶和种子罐，逐级扩大培养后达到一定的数量和质量的纯种培养过程。

2、生长因子：从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。

如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子,生长因子对发酵的调控起到重要的作用。

3、临界氧浓度：指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。

对产物而言，便是不影响产物合成所需的最低浓度。

4、诱变育种：用各种物理、化学、生物的因素人工诱发基因突变进行的筛选，称为诱变育种。

5、培养基：广义上讲培养基是人工配制的提供微生物或动、植细胞的生长、繁殖、代谢和合成人们所需产物的营养物质和原料，同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件
6、前体：前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，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。

7、反复补料培养：随着补料的进行,培养液体积不断增大,达到一定程度时,将部分培养液从反应器中放出,剩下部分继续进行补料分批培养，如此反复进行。

8、呼吸商：指生物体在同一时间内，释放二氧化碳与吸收氧气的体积之比或摩尔数之比，即指呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子比。

9、临界稀释率：
10、空气的相对湿度：空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比
11、补料分批培养：一种介于分批培养和连续培养之间的操作方式,在进行分批培养的时候,向反应器内加入培养基的一种或多种成分,以达到延长生产期和控制培养过程的目的.
12、竞争性抑制：若在反应体系中存在着与底物结构相类似的物质，该物质也能在酶的活性部位上结合，从而阻碍了酶与底物的结合，使酶催化底物的反应速率下降，这种抑制为竞争性抑制。

13、培养基的分批灭菌：将配好的培养基放在发酵罐或者其他的容器中，通入
少量的蒸汽将培养基和所有设备仪器灭菌的过程，也称实罐灭菌。

是中小型发酵罐常采用的一种培养基灭菌方法。

14、发酵：是微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经特定的代谢转变成所需产物的过程.
15、Ks：相当于μ= μmax/2时的基质浓度,g/L,是菌体对基质对亲和力的一种度量.
16、空气湿含量：每千克干空气中所含水蒸气的千克数。

17、合适诱变剂量：凡既能够增加变异幅度又能促进使变异向正向范围移动的诱变剂量就是合适的诱变剂量。

但到达合适的剂量后，再增加剂量反而会降低使诱变率下降。

18、倒种：一部分种子来源种子罐，一部分种子来源于发酵罐即一适宜的发酵液倒出适量给另一发酵罐做种子。

19、自然选育:在生产过程中,不经过人工处理,利用菌种的自然突变而进行菌种的筛选的过程.
20、生物反应动力学：以生物反应过程的物料平衡为基础,研究生物反应过程中
细胞生长、底物消耗和产物生产率之间的关系和特点。

21、VVM：
简答题
1.以下三种酶反应抑制的双倒数图，根据分别判断各为什么性质的抑制，并说明抑制剂对Kma和V ma有什么影响？(说明i , s ,v 分别表示抑制剂浓度、底物浓度、反应速度)
2.pH是微生物生长和产物合成的非常重要的状态参数是代谢活动的综合指标。

因此，必须掌握发酵过程中pH变化规律 .请你谈谈pH对发酵的影响。

答：pH是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，所以是十分重要的
参数。

发酵过程中pH是不断变化的，因此必须掌握pH 的变化规律,通过观察pH变化规律可以了解发酵的正常与否,所以要及时监控,使它处于生产的最佳状态.
（1）pH影响酶的活性。

当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻
（2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行
（3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用
（4）pH影响代谢方向
pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。

例如黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。

谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺
3、22.大规模发酵一般都要进行种子的扩大培养，那么作为种子有那些要求？
答：①菌种细胞的生长活力强，接种后在发酵罐中能迅速生长
②生理性状稳定
③菌体总量和浓度能满足大容量发酵罐的要求
④无杂菌污染（不带杂菌）
⑤生产能力稳定
4、14.请你简单谈谈对于一个分批发酵的两个控制阶段研究的重点和目的。

答：分批发酵是一种准封闭式系统，种子接种到培养基后除了气体流通和酸、碱、油等外发酵液始终留在生物反应器内。

第一阶段：控制菌体的生长
保证菌体大量形成，利于产物合成和酶系的开启，不利于产物的酶系关闭，菌体处于最佳的产物合成状态。

第二阶段：控制产物的合成
保证底物合适的浓度（例前体物质）水平，控制合成速度，使产物合成最经济。

培养基的优化是发酵过程的瓶颈。

5、16.培养基分批灭菌和连续灭菌各自的优缺点是什么？
答：分批灭菌：将配好的培养基放在发酵罐或者其他的容器中，通入少量的蒸汽将培养基和所有设备仪器灭菌的过程，也称实罐灭菌。

优点：无需专门的灭菌设备，设备投资少，灭菌效果可靠，对灭菌蒸汽要求低（0.2-0.3MPa表压）。

缺点：灭菌温度低，时间长对培养基成分破坏大，起操作难以实现自动控制。

连续灭菌：将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加热、保温、降温的灭菌过程。

也称连消。

优点：加热时间短，热利用率高，设备利用率高；对培养基营养成分损害小。

缺点：对加热蒸汽的压力要求比较高，一般不小于0.45MPa，同时灭菌时要附加一组设备，设备投资大。

6、17.简要说明在发酵过程中引起pH变化的原因。

答:1)、基质代谢
（1）糖代谢特别是可快速利用糖的代谢，分解成小分子酸、醇，使pH下降。

糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一
（2）氮代谢当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。

（3）生理酸碱性物质利用后pH会下降或上升
(4).消泡油添加过多
2)、产物形成
某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。

如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。

3)、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。

7.简要回答溶氧在发酵过程中进行时时监控的作用？
答：溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。

在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素
溶氧作为发酵异常的指示：
1).操作故障或事故引起的现象可以从溶氧变化反映出来：例如搅拌出现事故或加油过多。

2).中间补料是否得当可可以从溶氧变化反映出来；例如赤霉素发酵过程出现“发酸”现象，过几小时溶氧上升。

3).污染杂菌
4).污染了噬菌体
5).作为质量控制的指标；例如天冬氨酸发酵。

8、23.请简述在重要工业微生物的分离中，要求获得高产菌株的同时，还需考虑哪些重要指标利于推广到生产过程中？
9.连续灭菌的流程是什么？并简要说明各操作单元作用。

答：流程：配料——预热——加热——保温——降温
配料：在配料罐中进行配制
预热：预热桶作用一是定容，二是预热。

预热的目的：减少震动和噪音；培养基在后续加热过程中能迅速升温；减少冷凝水带入培养基。

70-90℃加热：预热好的培养基打入加热器，使培养基与蒸汽混合并迅速达到灭菌温度
保温：将培养基维持灭菌温度一段时间，杀灭微生物。

降温：快速降温避免培养基成分受到破坏。

10.简述诱变育种工作中应注意的几个事项
答：（1）选择好出发菌株（2）复合诱变剂因素的使用（3）剂量的选择（4）变异菌株的筛选（5）高产菌株的获得需要筛选条件的配合
11.请你会制出产物的比生产速率和比生长速率的关系图来表示产物形成和菌体生长之间的三种关系。

12、20.请你设计一个测定菌体生长临界氧的测定方法，并绘制图从中指出临界氧。

答：Cr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。

对产物而言，便是不影响产物合成所需的最低浓度。

溶氧电极法
停止供气：
dt
dC L = -r , r= QO 2 .X
摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。

按照上述方法在各批发酵中维持溶氧在一定范围，考察不同浓度对生产的影响，便可求出合成的临界氧值。

呼吸临界氧值不一定和产物合成临界氧值浓度值相同。

13.孢子培养基配置的基本要求是什么？
答：①营养不要太丰富（特别是有机氮源），否则不宜产生孢子
②所用无机盐的浓度要适量，不然也会影响孢子量和孢子颜色
③要注意培养基的PH和湿度。

15.补料分批发酵适用的范围
答：在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。

18.在发酵过程中温度对发酵有哪些影响？
答：（1）温度直接影响发酵过程中各种反应速率.
（2）通过改变发酵液的物理物理性质,间接影响菌的生物合成.
（3）温度会影响生物合成的方向.
（4）温度影响菌的调节机制.
19.在好氧培养过程中是否溶解氧越高越好？
答：培养过程中并不是维持溶氧越高越好，过高的溶氧对生长可能不利。

这是因为氧的有害作用是通过形成新生O,超氧化物基O2-和过氧化物基O22-，或羟基自由基OH-，破坏许多细胞组分体现的。

21.请简要谈谈在发酵过程中污染杂菌的不良后果
24.空气预处理有那些设备，各设备的作用是什么（以往复式空气压缩机为例）？
25. 利用不同限制性基质进行分批发酵，在不考虑抑制情况下培养时间和比生长速率及底物浓度关系见图，请用Ks解释为什么比生长速率下降的趋势不同？
论述题
1、4.无论从自然界或诱发突变所得到的抗噬菌体菌株，在用于生产之前都要进行反复验证才能使用。

请你阐述需要做那些特性实验进行反复验证，并加以说明。

2.通过对生物工艺学这门课程的学习你认为污染杂菌的途径有那些并对其进行
分析。

3．海洋资源的开发日益受到重视，现欲从海水（温度为15℃）中筛选一种能够合成抗癌类药物菌株。

该物质具有以下特性（1）该物能够明显的抑制肿瘤细胞的生长；（2）微量的该物质能够和0.2%美蓝发生颜色反应；（3）和对抗癌药物敏感的溶源性噬菌体能够形成噬菌斑。

请你设计一个分离能够合成该物质的微生物方法，并予以说明。

5. 举例试述补料分批发酵的意义和列举3种以上流加补料的依据指标并以其中一种详细阐述意义。

6．通过对生物工艺学的学习，请阐述影响发酵因素，并加以说明。

答：1）基质浓度对发酵的影响
（1）对产率的影响
培养基过于丰富,菌体生长过盛,发酵液变的粘稠,传质状况差.细胞要花费许多能量来维持其生存环境,即用于非生产的能量倍增,对产物合成不利.
（2）对产物合成代谢的影响
例如:碳源浓度对酵母菌的crabree效应. 谷氨酸发酵碳源浓度对产物谷氨酸的调节控制作用.
2）灭菌情况
灭菌的温度和时间对培养的成分的营养价值有显著的影响,尤其是葡萄糖一般不宜和其他营养物质在一起灭菌,否则会影响葡萄糖氧化酶的活性.
3）种子质量
（1）接种龄
一般,接对数期后期的种子.太年轻的种子前期生长缓慢,整个发酵周期延长,产物形成时间推迟.过老的种子会导致生产能力下降,菌体过早自溶
接种量
（2）接种量的大小由发酵菌的生长速度决定的.接种量对发酵会产生有利和不利两种影响.具体接种量的大小要通过实验来决定,同时要考虑种龄.
4）温度对发酵的影响
温度是保证酶活性的重要条件.一般菌体生长和产物形成最适温度不同.控制发酵过程中的温度对菌体生长和产物形成有着重要的作用.
（1）温度直接影响发酵过程中各种反应速率.
（2）通过改变发酵液的物理物理性质,间接影响菌的生物合成.
（3）温度会影响生物合成的方向.
（4）温度影响菌的调节机制
5）pH的影响
pH是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，所以是十分重要的参数。

6）溶氧的影响
溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。

在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。

溶氧作为发酵异常的指示
7）二氧化碳和呼吸商
二氧化碳对菌体生长和产物合成的影响.
CO2对以其为唯一碳源加以利用的无机化能异养来说是有利的,对大多菌体生长和产物合成是不利的。

7.液态发酵过程气泡对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？
8.泡沫的控制方法可分哪两大类？它们作用机理和使用方法是什么？
答：泡沫控制方法可分为机械和消泡剂两大类.
A. 机械消泡剂:借助机械引力引起强烈震动或者压力变化,促使泡沫破裂.
机械消泡的优点:不需要引进外界物质,如消泡剂,可以减少培养液性质复杂化的程度,也可以节省原料,减少污染机会.缺点:不能根本消除引起稳定泡沫的因素.
使用方法：
B.消泡剂消沫
消沫机理；发酵过程中形成泡沫的原因很多,消泡的机理也有多种.
1)表面表面张力的作用:由于消泡剂的表面张力相对于发酵液的表面张力低,一旦接触到气泡的表面,将会使气泡膜局部的表面张力降低,力的平衡受到破坏,因而使气泡破裂或合并,最后导致泡沫破裂.
2)相反电荷的作用:对于泡沫的表面层存在存在着极性的表面活性物质而形成的双电子层时,加入相反电荷的表面活性剂,可以降低液膜的弹性或加入某些具有强极性的物质与起泡剂争夺液膜上的空间,降低液膜机械强度,达到消泡的目的.
3)降低表面黏度:加入一些分子内聚力较弱的物质,可以降低膜的表面黏度,促使液膜的液体流失从而是液膜破裂.
由此可见一种良好的消泡剂应具备:能同时具备降低液膜的机械强度和表面黏度的能力.同时还要考察它的毒性、来源、价格等多方面因素。

使用方法：
9.泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？
答：有益：增加气液接触面积，有利于氧的传递。

有害：⑴降低了发酵罐的填料系数。

一般的发酵过程，填料系数0.6～0.7，其余部分容纳泡沫，而通常的情况，泡沫只占培养基的10％左右。

⑵泡沫的存在增加了微生物菌群的非均一性。

由于泡沫液位的变化，以及不同生长周期微生物随泡沫漂浮，粘在罐壁，影响了菌体浓度以及整体效果。

⑶增加了污染杂菌的机会，培养基随泡沫溅到轴封处容易染菌。

⑷导致产物损失。

大量起泡引起“逃液”，如降低通气量或加消泡剂，将干扰工艺过程，尤其是加消泡剂会给提取工艺带来困难。

10.请你说明下图溶氧和pH控制系统工作原理并分析它的优缺点。