发酵工程与设备习题答案

第一章

1．简述发酵工程的概念及其主要内容。

发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和工程技术学的原理，大规模（工厂化）培养动植物和微生物细胞，生产生物量或产物的科学。发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。

生产微生物细胞（或生物量）；生产微生物的酶；生产微生物的代谢产物；生产基因重组产物；将一个化合物经过发酵改造其化学结构——生物转化。

2.什么叫次级代谢产物次级代谢产物是微生物在哪些生长时期形成的其与初级代谢产物有什么关系

以初级代谢产物为原料通过次级代谢合成的，对自身无明确生理作用的代谢产物叫次级代谢产物。关系：先产生初级代谢产物，后产生次级代谢产物；初级代谢是次级代谢的基础；次级代谢是初级代谢在特定前提下的继续与发展。

3.发酵过程有哪些组成部分

用于菌种扩大培养和发酵生产用的培养基配方；培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌；

足量的高活性、纯培养的接种物；在适宜条件的发酵罐中培养菌体生产产物；产物的提取和纯化；生产过程的废物的处理。

第二章

1.发酵工程菌株的选育方法有哪些各有何特点

自然选育：自发突变率低，变异程度较轻微，变异过程十分缓慢；自发突变不定向，负向变异可能性大，正向变异可能性小

诱变育种：方法简单，快速，收效显著。

原生质体融合：打破种属间的界限，提高重组频率，扩大重组幅度。

杂交育种：使不同菌株的优良性状集中在重组体中，扩大变异范围，具有更强的方向性和目的性。

基因工程育种：按人们的愿望使生物体的遗传性状发生定向变异。

2.发酵工程对菌种有何要求菌种的分离和筛选基本流程是怎样的

要求：能大量高效合成产物；发酵培养基原料廉价；培养条件容易控制；易于液中提取产物；不易污染其它杂菌和噬菌体；无毒无害；性能稳定，不易退化

3.菌种退化的主要表现，并分析原因和防治的方法。

表现：菌种的退化可以是形态上的，也可以是生理上的，如原有细胞形态性状变得不典型，菌种生长速度变慢，产生的孢子变少，代谢产物生产能力下降等。

原因：一是菌种保藏不当；二是菌种生长的要求没有得到满足。

方法：1）减少传代次数；2）创造良好的培养条件；3）经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；4）采用有效的菌种保藏方法；

最有效的方法是菌种复壮，具体是

采用纯种分离技术选出优良菌株；寄生性菌株通过在寄主体内生长恢复寄生性；淘汰衰退的个体。

4.说明菌种保藏的基本原理和方法，并指出国内的菌种的主要保藏机构。

原理：根据菌种特性，创造有利于其休眠的环境（如干燥、低温、缺氧、缺乏营养、加保护剂等）保存孢子、芽孢等的休眠体。

方法：斜面低温保藏法；液体石蜡封存保藏法；砂土管保藏法；悬液保藏法；真空冷冻干燥保藏法；低温保藏法；液氮超低温保藏法。

CGMCC 普通微生物菌种保藏管理中心

CCTCC 中国典型培养物保藏中心

ACCC 中国农业微生物菌种保藏管理中心

AS-IV 中国科学院武汉病毒研究所

CFCC 中国林业微生物菌种保藏管理中心

CICC 中国工业微生物菌种保藏管理中心

CMCC 中国医学细菌保藏管理中心

CVCC 兽医微生物菌种保藏管理中心

GIMCC 广东省微生物研究所微生物菌种保藏中心

SH 上海市农业科学院食用菌研究所

BCRC 台湾生物资源保存及研究中心

5.常用的工业微生物种类有哪些每种举3个典型代表并说明其主要发酵产品。

细菌: 枯草芽孢杆菌；乳酸杆菌；醋酸杆菌；棒状杆菌；短杆菌。淀粉酶；蛋白酶；乳酸；氨基酸；肌苷酸

放线菌：常用的放线菌：链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等。

能产生多种抗生素。如链霉素、红霉素、金霉素、庆大霉素等

酵母菌：啤酒酵母；假丝酵母；类酵母；酿酒；面包；低凝固点石油；脂肪酶；酵母菌体蛋白

霉菌：根霉、毛霉、犁头霉，红曲霉，曲霉、青霉，酶制剂；抗生素；有机酸；甾体激素等

6.采取什么方法能够分离到能分解并利用苯作为碳源和能源物质的细菌纯培养物

(1)取样：从苯含量较高的环境中采集土样或水样；(1)配制培养基，制备平板：一种仅以苯作为唯一碳源(A)，另一种不含任何碳源作为对照(B)；(3)稀释：将样品适当稀释(十倍稀释法)，涂布入平板；(4)培养：将平板置于适当温度条件下培养，观察是否有菌落产生；(5)选择培养：将A平板上的菌落编号并分别转接至B平板，置于相同温度条件下培养(在B平板上生长的菌落是可利用空气中CO2的自养型微生物)；(6)筛选培养：挑取在A乎板上生长而不在B平板上生长的菌落，在一个新的A平板上划线、培养．获得单菌落，初步确定为可利用苯作为碳源和能源的微生物纯培养物；(7)将初步确定的目标菌株转接至以苯作为惟一碳源的液体培养基中进行摇瓶发酵实验，利用相应化学分析方法定量分析该菌株分解利用苯的情况。

第三章

1.简要说明工业发酵培养基的选择依据。

① 满足产物最经济的合成。② 发酵后所形成的副产物尽可能的少。③ 培养基的原料应因地制宜，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，能保证生产上的供应。④ 应能满足总体工艺的要求，如不影响通气、提取、纯化及废物处理等。

2．发酵过程中泡沫形成的原因是什么有何危害如何消除泡沫

原因：与培养基的组分或微生物产生的一些因子有关，主要是培养基中的蛋白质在气液界面处形成稳定薄膜所致。泡沫会导致培养基中的细胞逃逸进而自溶，释放出胞内蛋白，进一步增加泡沫的稳定性。

危害：①导致发酵罐工作容积减小；②传质传热速率降低；③干扰传感器使发酵过程的监控失效；④空气过滤器受潮易污染杂菌；⑤发酵液逃逸导致产物损失。

消泡沫方法：①改用合成培养基，改进某些物理参数（如pH 、温度、通风和搅拌）；②利用机械消泡器；③利用消泡剂（会降低传氧速率）。

3.种子培养基和发酵培养基有何异同

① 种子培养基的糖分较少，氮源较多

② 种子培养基应和发酵培养基成分相近

③ 对于连续发酵，种子培养基和发酵培养基应当相同

④ 对抗生素发酵，种子培养基应含有充足的碳源和氮源

4.在设计某一发酵培养基时应当了解哪些知识

① 根据前人的经验和培养基成分确定一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基成分 ② 通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；

③ 培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法

第四章

1.什么叫对数残留定律在应用对数残留定律进行培养基灭菌工艺条件计算是灭菌度一般选多少 对数残留定律：培养基中的微生物受热的死亡速率与残存的微生物数量成正比，即 通常生产中取培养基的灭菌要求即灭菌度为N=10-3个/罐

2.选用什么灭菌工艺条件既能达到灭菌要求，又能减少营养物质的破坏。为什么

连续灭菌。高温短时，当灭菌温度上升时，微生物杀灭速度的上升，超过培养及成分的速度，根据这一理论，培养基灭菌采用高温短时间的方法，以减少营养成分的破碎，营养成分虽因温度增加，破坏也增加，但因灭菌温度大为缩短，总的破坏量因此减少。

3.过滤除菌的机理有哪些纤维介质过滤除菌起作用的是哪几个机理

①惯性作用；②扩散作用；③静电吸附；④拦截作用

1> 惯性冲击（捕集）作用 2>拦截捕集作用 3>扩散作用 4>重力沉降作用 5>静电吸引作用

4.一台连续灭菌器的灭菌温度是129.5℃，要求在40min 内对30m 3的培养基进行灭菌,培养

基的原始污染度是105个菌/cm 3,要求灭菌后30m 3培养基中只有一个菌，试计算灭菌时间应为

多长（已知129.5℃下枯草杆菌芽孢比热死速率常数是）。

解：根据对数残留定律

kN dt dN =-