发酵题目(1)

名词解释1、发酵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。广义地说，凡是培养细胞（动、植物和微生物细胞）来制得产物的过程。2、生理酸性物质：物质在体内经消化吸收，进入代谢途径，最后的残留物呈酸性的物质。3、灭菌用化学的和物理的方法杀灭或除掉物料或设备中所有的有生命的有机体的工艺过程。4、防腐是通过采取各种手段，保护容易被腐蚀的物品，来达到延长其寿命的目的方法。5、前体在微生物代谢产物的生物合成过程中，有些化合物能直接被微生物利用构成产物分子结构的一部分，而化合物本身的结构没有大的变化，这些物质称为前体。维持活细胞群体在没有实质性的生长和没有胞外代谢产物合成情况下的生命活动7、自然选育在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行的菌种筛选过程。8、内源代谢由于基质浓度很低或其它原因，生物利用自身的贮藏物质、酶等进行新陈代谢，来取得营养物质、维持生存的方式。9、FBC作用在分批培养过程中，间接或连续补加一种或多种成分的新鲜培养基的方法FBC的作用:1.控制抑制性底物的浓度2.解除或减弱分解产物阻遏3.使发酵过程最佳化10、接种量：移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。11、种龄：种子培养时间12、微生物摄氧率：单位体积培养液每小时消耗的氧量。13、合成培养基：所用的物质的化学成分明确、稳定的培养基14、复合培养基：是由指化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然或有机物组成的培养基。15、杂交育种一般指两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。16、代谢曲线根据发酵过程中菌体生长、发酵参数、产物形成速度随时间变化的过程绘制成的曲线。17、Cl：溶解氧浓度，在一定条件下，溶解在液相中的氧的浓度。18、C*：即溶解氧的饱和浓度，外界条件如温度，压力等不再变化时，氧在液相中的浓度不再随时间而变化，此时的浓度即为该条件下氧在溶液中的饱和度。19.热阻：微生物在某一特定条件下（主要指温度和加热方式）的致死时间。简答或问答1、原生质体再生比较困难原因有哪些影响其再生的因素1.有菌体的生理状态一般来说年轻菌丝制备的原生质体和由菌丝顶端释放出的原生质体细胞的再生能力比较强，因此用于制备原生质体的菌体会影响其再生。2稳定剂原生质体对渗透压比较敏感，在低渗溶液中比较容易破碎，所以再生培养基必须是高渗的。3.酶的作用浓度及作用时间酶的浓度不宜过高，酶解的时间不宜过长，否则会降低原生质体的再生，因此需要控制好酶解浓度及时间。4.再生培养基的组成再生培养基的成分对再生有很大影响，需通过试验确定培养基中碳源种类和浓度及其他一些物质的浓度。5.培养基中水分再生培养基制备好后须使其表面水分蒸发掉才能涂布制备好的原生质体2、影响培养基灭菌质量的因素有哪些，怎样才算是彻底灭菌a灭菌温度和时间，用湿热灭菌方法对培养基灭菌，在杀灭微生物的同时，也会对营养成分造成破坏。采用高温快速灭菌方法，既可以杀死培养基中的全部有生命的有机体，又可以减少营养成分的破坏，（在升温过程中杀死细菌芽孢的反应和杀灭微生物营养体反应的速度都在增加，但微生物的死亡速度增加值超过培养基营养成分破坏的速度增加值）。b培养基的成分（油脂、糖类及一定浓度的蛋白质会增加微生物的耐热性，高浓度的有机物会在细胞周围形成一层薄膜，阻碍热量的传入，这是灭菌温度应高些）c培养基的pH环境pH对微生物的耐热性影响很大，pH为6~8时微生物的耐热能力最强。培养基pH越低，灭菌所需时间越短。d培养基的物理状态固体培养基灭菌时间长于液体培养基灭菌时间。e泡沫泡沫中的空气会形成隔热层，是传热困难，对灭菌极为不利。f培养基的微生物数量数量越多，达到无菌要求的灭菌时间越长。（天然基质培养基所含菌量远比化工原料的含菌多）g灭菌方式工业生产中对打了培养基及设备的灭菌，最有效常用的方法-蒸汽灭菌（湿热灭菌）；彻底灭菌，即以把热阻大的芽孢杆菌杀死作为彻底灭菌的指标。3、种子质量标准是什么，影响种子质量的因素有哪些种子质量标准：A.细胞或菌体：菌体形体、浓度及培养液外观；B.生化指标C.产物生成量D.酶活力影响因素：1.培养基2.培养条件3.种龄4.接种量5..种子质量标准6.种子异常4、种子的异常状况有哪些，是什么引起的异常状况：菌种生长发育缓慢或过快、菌丝结团、菌丝贴壁3个方面。原因：1、菌种生长发育缓慢或过快菌种在种子罐生长发育缓慢或过快和孢子质量以及种子罐的培养条件有关。生产中，通入种子罐的无菌空气的温度较低或者培养基的灭菌质量较差是种子生长、代谢缓慢的主要原因。（生产中，培养基灭菌后需要取样测定其pH，以判断培养基的灭菌质量）2、菌丝结团在液体培养条件下，繁殖的菌丝并不分散舒展而聚成团状称为菌丝团。菌丝结团和搅拌效果差、接种量小有关。（此时培养液的外观可见白色的小颗粒，菌丝聚集成团会影响菌的呼吸和对营养物质的吸收。如果较少，进入发酵罐后，在良好的条件下，可以逐渐消失，不会对发酵造成显著影响。如果较多，种子也移入发酵罐后往往形成更多的菌丝团，影响发酵的正常进行。）3、菌丝贴壁菌丝贴壁是种子培养过程中，由于搅拌效果不好、泡沫过多以及种子罐装料系数过小等原因，是菌丝逐步黏附在罐壁上，造成培养液中菌丝浓度减小。（以真菌为产生菌的种子培养过程，产生菌丝贴壁的机会较多）。5、接种量越大越好？不是越大越好，接种量过大或过小均对种子质量产生影响。发酵罐接种量的大小与菌种特性，种子质量和发酵条件有关，不同微生物其接种量是不同的，过大的接种量往往使菌体生长过快，过稠，造成营养基质缺乏或溶氧不足而不利于发酵。制备孢子的接种量要适中，因为接种量的大小影响到在一定培养基中孢子个体数量的多少，接种量过大则斜面上菌落密集一片，一般传代用的斜面孢子要求菌落分布较稀，接种摇瓶或进罐用的斜面孢子，要求菌落密度适中或稍密。6、空气流速和搅拌对发酵有何影响A.空气流速：单位时间内向发酵罐中通入空气的量，是需氧发酵中重要的控制参数之一。空气流量的大小影响液相体积氧传递系数KLa，也影响微生物产生的代谢废气的排出，此外还与发酵液中泡沫的生成有关。B.搅拌搅拌功率即搅拌器搅拌时消耗的功率，常指没立方米发酵液所消耗的功率。搅拌功率的大小与液相体积氧传递系数KLa有关。7、菌体浓度对发酵的影响A、菌体浓度的大小与生长速度密切相关在菌体浓度较低的情况下，由于供氧速率大于需氧速率，菌体的呼吸不受影响，此时菌体能够维持一定的比生长速率；当菌体浓度超过一定的浓度后，由于需氧速率大于供氧速率，菌体的呼吸受到抑制，此时菌体合成代谢产物的能力显著降低，菌体的比生长速率显著下降。B、菌体浓度与发酵产物的产率密切相关在菌体浓度较低的情况下，由于供氧速率大于需氧速率，菌体的呼吸不受影响，此时菌体能够维持一定的比生长速率，此时随着菌体浓度的增加，生产速率也不断增加，当菌体浓度超过一定一定数值后，此时的生长速率也达到了最大值；当菌体浓度超过一定数值后，由于需氧速率大于供氧速率，菌体的呼吸受到抑制，此时菌体合成代谢产物的能力显著降低，菌体的比生长速率显著下降，此时虽然菌体浓度还在逐渐增加，但由于比生长速率显著下降，使得生产速率下降。8、微生物的生长繁殖过程包括哪几个时期，各个时期的特点有哪些延迟期、对数生长期、稳定期、衰亡期。1延迟期：细菌的代谢活跃，体积增长快，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP以及其他细胞成分，延迟期的长短与菌种，培养条件等因素有关.(或：生长速率常熟为零、菌体粗大、RNA含量增加、代谢活力强、对不良环境的抵抗能力下降)2对数期：细菌进入快速分裂阶段，细胞数目以等比数列的形式增加，处于对数期的细胞代谢旺盛，个体的形态和生理特性比较稳定，常作为生产用的菌种(也叫种子)和科研的材料。（或：生长速率最快、代谢旺盛、酶系活跃、活细菌数和总细菌数大致接近、细胞的化学组成形态理化性质基本一致）3稳定期：有害代谢产物积累，PH变化，细菌的分裂速率下降，死亡细胞的数目增加，整个培养基中新增加的细胞数和死亡的细胞数达到动态平衡，在稳定期，细菌数目达到最高峰，细胞内大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物大量积累，稳定期也是种内斗争最激烈的时候。（或：活细菌数保持相对稳定、总细菌数达到最高水平、细胞代谢产物积累达到最高峰、是生产的收获期、芽孢杆菌开始形成芽孢）4衰亡期：衰亡期是生物与外界环境斗争最激烈的时候，细菌的死亡率超过繁殖数率，细胞出现多种形态，甚至畸形，有些细胞开始解体，释放出代谢产物。(或：细菌死亡速度大于新生成的速度、整个群体出现负增长、细胞开始畸形、细胞死亡出现自溶现象)9、简述培养基设计的基本原则根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基注意个营养物质的浓度和配比调节适宜的物理化学条件根据培养微生物的目的配制尽量使用价廉易得的原料10、影响液相体积氧传递系数Kla的因素有哪些1.搅拌a.搅拌的作用使罐内的温度和营养物质浓度达到均一，是组成发酵液的三相系统充分混合；把引入发酵液的空气分散成小气泡，增加了气-液间的传质面积，提高KLa值；增强发酵液的湍流程度，降低气泡周围的液膜厚度和流体扩散阻力，从而提高氧的传递速率减少菌丝结团，降低菌丝丛内扩散阻力和菌丝丛周围的液膜阻力；可延长空气气泡在发酵罐中的停留时间，增加氧的溶解量b搅拌的功率当流体处于湍流状态时，单位体积发酵液所消耗的搅拌功率才能作为衡量搅拌程度的可靠指标。2空气流速空气流速增大，可提高KLa，但过大则不利于空气在罐内的分散与停留，在发酵过程中应使搅拌轴附近的液面没有大气泡逸出3发酵液的理化性质发酵液的粘度与KLa成反比，是影响KLa的主要因素之一。发酵液由营养物质、生长的菌体细胞和代谢产物组成。任意组成的改变将使得发酵液粘度发生变化。4泡沫的影响泡沫的产生浆影响微生物的呼吸、气体的交换和传递，可使用适量的消泡剂。5空气分布器形式于发酵罐结构a现在的生产中多采用多孔环形鼓泡器来分散空气提高通气效率。b通常发酵罐体积越大，氧的利用率越高。11、引起溶氧异常下降或上升的原因是什么，该如何处理、下降原因：1污染需氧杂菌，大量的溶解氧被杂菌消耗掉，使溶解氧在较短时间内下降到零附近2.菌体代谢异常导致需氧量增加3.某些设备或工艺控制发生异常。上升原因：在供养条件没有发生变化的情况下，耗氧量显著减少，如菌体代谢发生异常，耗氧能力下降，特别是污染烈性噬菌体等。处理方式：需要从供氧和需氧两方面着手，要提高供氧能力，主要是设法提高氧传递的推动力和液相体积氧传递系数，提高供氧能力主要靠提高氧传递系数来实现，通过提高搅拌速或通气流速，降低发酵液粘度等来提高氧传递系数，可以提高供氧能力。供氧量大小必须与需氧量相协调，也就是要有适当的工艺条件来控制需氧量，使生产菌的需氧量不超过设备的供养能力。发酵过程的需氧量受菌体浓度，营基质的种类与浓度及培养条件等因素的影响，可以通过控制菌体的比生长速率控制菌体浓度，还可通过控制补料速度来控制菌体浓度，工业上还可采用适当调节发酵温度，液化培养基，中间补水，添加表面活性剂等来改善溶解氧状况。12、简述连续发酵的缺点连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。连续发酵可分为单罐连续发酵和多罐串联连续发酵等方式。在单罐连续发酵中，由于发酵液在不断搅拌，一部分刚流入的发酵基将随发酵液一起流出。其优点是：①设备的体积可以减小；②操作时间短，总的操作管理方便，便于自动化控制；③产物稳定，人力物力节省，生产费用低。缺点是：①对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高；②营养成分的利用较分批发酵差，产物浓度比分批发酵低；③杂菌污染的机会较多，菌种易因变异而发生退化。13、简述温度对发酵的影响，如何进行温度控制1.温度影响酶的活性2.影响发酵液的物理性质3.影响代谢物合成的方向工业化发酵过程中，发酵罐以产热为主，因此发酵过程中一般不需要加热，需采取有效的冷却方式来降低发酵温度。可通过人工或自动控制过程，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇形管中，通过热交换来降温，温度较高的的情况下可采用冷冻盐水进行循环式降温14、如何正确的确定发酵终点、a经济因素提高发酵生产率，降低成本b产品提炼质量因素c特殊原因A有利于提高经济效益：在取得一定经济效益的情况下，尽可能延长发酵时间。在生产速率较小的情况下，单位体积发酵液每小时产物的增长量很小，如果继续延长发酵时间，虽然总的产量还在增加，但动力消耗、管理费用支出、设备磨损等费用也在增加，所以要权衡总的经济效益，如果各项消耗的费用大于产物增加所带来的效益时，就要立刻结束发酵过程。B有利于提高产品质量发酵时间长短对提取工艺和产品质量哟很大的影响。如果发酵时间短，就会有过多的尚未代谢的营养物质（如可溶性蛋白、脂肪、无机盐等）残留在发酵液中。这些物质对发酵后的提取过程，如溶剂萃取或离子交换过程产生不利影响。如果发酵时间过长，菌体会自溶，放出菌体蛋白或体内的酶，改变发酵液的性质，增加过滤工序的困难，影响产物质量。C在异常情况下，如染菌、代谢异常（糖耗缓慢等），就应根据不同情况进行适当处理，此时为了得到更多的产物，应该及时采取措施，并适当提前或拖后放罐时间。15、提高饱和溶氧浓度的方法有哪些，生产中可行的方法有哪些降低发酵培养温度、改变发酵液性质、提高氧分压等，最可行的就是采用富集氧的方法。16、Ph值对发酵的影响是什么发酵过程中如何对其进行控制a对菌种生长代谢活动的影响，b对产物稳定性的影响。测定控制A对微生物菌体的生长及产物的合成具有重要的影响B影响酶的活性。细胞内的H+或OH-离子能够影响蛋白的解离度和电荷情况，改变酶的结构和功能，引起酶活性的改变。培养基中的H+或OH-离子间接改变酶的结构和活性。C影响基质或中间产物的解离状态。受pH值影响，不同解离状态的基质或中间产物透过细胞膜的速度不同，因而代谢速度也不同。D发酵产物的稳定性。许多代谢产物的化学性质不稳定，对溶液中的酸碱性很敏感。（如抗生素产量在pH为6.7~7.5时稳定）控制：a调整发酵培养基的组成（调整发酵培养基的基础配方，使各种成分配比适当，发酵过程中的pH维持在合适的范围内）b补料c在发酵培养基中加入pH缓冲剂（如碳酸钙）d改变发酵条件（如提高空气流量加速脂肪酸的氧化以纠正由此导致的pH降低）e直接补加酸、碱（要求较大时）17、影响微生物需氧量的因素有哪些1.微生物种类和生长阶段2.培养基组成3.溶解氧浓度的影响4.培养条件5.有毒产物的形成与积累6.挥发性中间产物的损失18、淀粉浆属于哪种流变学液体，从流变学角度来看液体分为哪个种流体动力粘度（μ）：剪切力T与剪切速度之间的比值。μ=T/ν1.牛顿型流体（满足牛顿黏性定律，即流体的应力和应变率成正比的流体称为牛顿流体。其中包括水和空气）2.平汉塑性流体3.拟塑性流体和涨塑性流体19、种子制备和发酵级数如何确定种子制备所使用的培养基和其他工艺条件都要有利于孢子发芽和菌体繁殖1.摇瓶种子制备摇瓶进罐，常采用母瓶与子瓶两极培养。2.种子罐种子制备其工艺过程，因菌种不同而异，一般可分为一级种子与多级种子，种子罐的级数主要决定于菌种的性质，接种时孢子数量，孢子发芽及菌丝生长的速度，发酵培养基的体积以及发酵罐的接种量。种子罐级数的确定是以保证发酵罐中非产物合成时间降至最低为前提20、发酵罐结构对通气效果的影响发酵罐结构，特别是发酵罐的高与直径的比值，对氧的吸收、利用和传递有较大的影响。此外，搅拌和鼓泡器，可以将空气分散成小气泡，提高通气效率。现在的生产中多采用多孔环型鼓泡器原生质体融合步骤和控制条件1.遗传标记的选择：两个亲株要求性能稳定并带有选择性的遗传标记2.两亲本原生质体的制备：根据亲株的类型将俩亲株分别用适合的酶处理，处理之前常在培养基中添加EDTA，甘氨酸，青霉素等，还要注意酶解的温度，时间及酶的用量对原生质体制备和再生的影响。3.原生质体的融合：加入PEG助溶剂，PEG浓度的控制很关键，还要加入一定浓度的二价阳离子4.原生质体的再生：原生质体必须涂布在再生培养基上，再生培养基须具有高的渗透压5.融合子的选择：通过两个亲本的遗传标记挑选出融合子，要获得真正的融合子必须在融合体再生后，进行几代自然分离，选择，才能最后确定三计算题1、根据质量平横原理，发酵过程中C平衡可以有效的进行精确计算如何计算（？？）参见课本P622、灭菌过程灭菌时间的计算a分批灭菌的总时间：t总=t1+t2+t3（加热时间+维持时间+冷却时间）b例题(cuan144)有一发酵罐，内装培养基40米3，在121℃的条件下进行实罐灭菌。设没毫升培养基中含有耐热菌的芽孢2×107个，在121℃时的灭菌速度常数为0.0287（1/s）。设灭菌失败的机率为0.001，则试求灭菌所用的时间。解：N0=40×106×2×107=8×1014（个）-------灭菌开始是存在的活菌数Ns=0.001（个）K=0.0287(1/s)-------------灭菌速度常数Nt=N0*Ns（个）=-------------------灭菌时间t时残留的活菌数