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微生物工程复习题)


一、名称解释 前体 指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接在生物合成过程中合成到产物分子中去, 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。 这类小分 子物质被称为前体。 搅拌热 :在机械搅拌通气发酵罐中,由于机械搅拌带动发酵液作机械运动,造成液体之间, 液体与搅拌器等设备之间的摩擦,产生可观的热量。 分批培养 :简单的过程,培养基中接入菌种以后,没

有物料的加入和取出,除了空气的通 入和排气。整个过程中细胞的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。 实罐灭菌(即分批灭菌)将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中,通入蒸汽将培养基和 所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间, 在冷却到接种温度, 这一工艺过程称为实罐灭菌。 产物促进剂 是指那些非细胞生长所必须的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添 加剂 补料分批培养 :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。 在此过程中只有料液的加入没有料液的取出, 所以发酵结束时发酵液体积比发酵 开始时有所增加。在工厂的实际生产中采用这种方法很多。 发酵热 : 所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 净热量:在发酵过程中产生菌分解 基质产生热量,机械搅拌产生热量,而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产 生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。 发酵热引起发酵液的温度上升。 发酵热 大,温度上升快,发酵热小,温度上升慢。 发酵单位是衡量发酵液中目的产物的含量高低的指标,属于技术指标。一般用 u/ml,u 就 是 μg,也用 mg/L 的。发酵单位可以横向比较,如不同厂家同一品种的比较。 单一个发酵单位不能完全反应发酵水平, 尤其是针对一个具体的工厂。 衡量一个具体工厂更 准确的指标是罐批十亿。罐批十亿=发酵单位*发酵体积/1000,式中发酵单位用 mg/L, 发酵体积用立方。由于一般发酵产物采用质量单位,故一个十亿=1kg。罐批十亿同样也是 技术指标。罐批十亿只能内部比较,因为这个指标与罐的体积直接相关。 二、填空题 、 菌种分离的一般过程 采样、富集、分离、目的菌的筛选。 、 富集培养目的就是让 目的菌 在种群中占优势,使筛选变得可能。 、 微生物的培养基根据生产用途只要分为 孢子 培养基、种子 培养基和发酵培养基。 、 常用灭菌方法:化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌 过滤除菌 、 染菌原因: 发酵工艺流程中的各环节漏洞和发酵过程管理不善两个方面。 、 发酵高产菌种选育方法包括 (自然选育)、(杂交育种)、(诱变育种)、(基因工程 育种)、(原生质体融合)。 、 发酵产物整个分离提取路线可分为:预处理、固液分离、初步纯化、高度纯化和成品加 工等五个主要过程。

、 工业发酵方式根据所用菌种是单一或是多种可以分为 单一纯种 发酵和 混合 发酵。 三、问答题 1、现代发酵工程所用的发酵罐应具备那些特征? 答:(1)、发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长,氧的利用率较高; (2)、发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时,要承受一定的压力 (气压和液压)和温度; (3)、发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合,实现传质传热作用,保证微生物发酵过 程中所需的溶解氧; (4)、发酵罐内应尽量减少死角,避免藏污纳垢,保证灭菌彻底,防止染菌; (5)、发酵罐应具有足够的冷却面积; (6)、搅拌器的轴封要严密,以减少泄露。 2、微生物发酵的种子应具备那几方面条件? 答:(1)、菌种细胞的生长活力强,移种至发酵罐后能迅速生长,迟缓期短。 (2)、生理性状稳定。 (3)、菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要求。 (4)、无杂菌污染。 (5)、保持稳定的生产能力。 3、发酵工业上常用的氮源有那些,起何作用? 答:氮源主要用于构成菌体细胞物质(氨基酸,蛋白质、核酸等)和含氮代谢物。常用的氮 源可分为两大类:有机氮源和无机氮源。 1、无机氮源 种类:氨盐、硝酸盐和氨水 特点:微生物对它们的吸收快,所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会 引起 pH 的变化如: (NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH 无机氮源被菌体作为氮源利用后, 培养液中就留下了酸性或碱性物质, 这种经微生物生理作 用(代谢)后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质,如硫酸胺,若菌体代谢后能产生 碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质,如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质,对稳 定和调节发酵过程的 pH 有积极作用。 所以选择合适的无机氮源有两层意义: 满足菌体生长

稳定和调节发酵过程中的 pH 2、有机氮源 来源:工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料,花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米 浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。 成分复杂:除提供氮源外,有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。 有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响, 而另一方面有机氮源的来源具有不 稳定性。所以在有机氮源选取时和使用过程中,必须考虑原料的波动对发酵的影响 4、发酵产品的生产特点是什么,什么是种子扩大培养,其任务是什么? 答: (2)、种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接 入试管斜面活化后,再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的 纯种过程。这些纯种培养物称为种子。 (3)、种子扩大培养的任务: 现代的发酵工业生产规模越来越大,每只发酵罐的容积有 几十立方米甚至几百立方米, 要使小小的微生物在几十小时的较短时间内, 完成如此巨大的 发酵转化任务,那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。 (1) 发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。 其主要特点如下: 1,发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应,反应安全,要求条件也比较 简单。 2,发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主,只要加入少量的有机和无机氮 源就可进行反应。 微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。 基于这—特性, 可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 3,发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的,反应的专一性强,因而可以得到较为 单—的代谢产物。 4,由于生物体本身所具有的反应机制,能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化 合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应,也可以产生比较复杂的高分子化合物。 5,发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤 外,反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌,生产上就要遭到巨大的经济损失,要是 感染了噬菌体,对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 6,微生物菌种是进行发酵的根本因素,通过变异和菌种筛选,可以获得高产的优良菌株并 使生产设备得到充分利用,也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。 7,工业发酵与其他工业相比,投资少,见效快,开可以取得显著的经济效益。 基于以上特点,工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比,现代发酵工程除了上 述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外,还可以用动植物细胞和酶,也可以用 人工构建的“工程菌’来进行反应;反应设备也不只是常规的发酵罐,而是以各种各样的生物 反应器而代之,自动化连续化程度高,使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。 5、叙述防止发酵菌种退化的具体条件措施有那些?

答: (1)控制传代次数:尽量避免不必要的移种和传代,并将必要的传代降低到最低限度, 以减少细胞分裂过程中所产生的自发突变几率。 (2)创造良好的培养条件:如在赤霉素生产菌 G.fujikuroi 的培养基中,加入糖蜜、天冬 酰胺、谷氨酰胺、5‘-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时,有防止衰退效果。 (3)利用不易衰退的细胞传代:对于霉菌,菌丝细胞常含有几个细胞核,因此用菌丝接种 就易出现衰退,而孢子一般是单核的,用于接种就可避免这种现象。 (4)采用有效的菌种保藏方法 (5)合理的育种:选育菌种是所处理的细胞应使用单核的,避免使用多核细胞;合理选择 诱变剂种类或增加突变位点,以减少分离回复突变;在诱变处理后及分离提纯化,从而保证 保藏菌种的纯度。 (6)、选用合适的培养基 在培养基中添加某种化学物质可以防止菌种退化。 6、如何选择最适发酵温度? 答:1、根据菌种及生长阶段选择。 微生物种类不同,所具有的酶系及其性质不同,所要求的温度范围也不同。在发酵前期由于 菌量少,发酵目的是要尽快达到大量的菌体,取稍高的温度,促使菌的呼吸与代谢,使菌生 长迅速;在中期菌量已达到合成产物的最适量,发酵需要延长中期,从而提高产量,因此中 期温度要稍低一些, 可以推迟衰老。 发酵后期, 产物合成能力降低, 延长发酵周期没有必要, 就又提高温度,刺激产物合成到放罐。 2、根据培养条件选择。 温度选择还要根据培养条件综合考虑,灵活选择。 通气条件差时可适当降低温度,使菌呼吸速率降低些,溶氧浓度也可髙些。 培养基稀薄时,温度也该低些。因为温度高营养利用快,会使菌过早自溶。 3、根据菌生长情况 菌生长快,维持在较高温度时间要短些;菌生长慢,维持较高温度时间可长些。培养条件适 宜,如营养丰富,通气能满足,那么前期温度可髙些,以利于菌的生长。总的来说,温度的 选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。 7、不同时间染菌对发酵有什么影响,染菌如何控制? 答:(1)种子培养期染菌:由于接种量较小,生产菌生长一开始不占优势,而且培养液中 几乎没有抗生素(产物)或只有很少抗生素(产物)。因而它防御杂菌能力低,容易污染杂 菌。如在此阶段染菌,应将培养液全部废弃。 (2)发酵前期染菌:发酵前期最易染菌,且危害最大。 原因 发酵前期菌量不很多,与杂菌没有竞争优势;且还未合成产物(抗生素)或产生很 少,抵御杂菌能力弱。 在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。

措施 可以用降低培养温度,调整补料量,用酸碱调 pH 值,缩短培养周期等措施予以补 救。如果前期染菌,且培养基养料消耗不多,可以重新灭菌,补加一些营养,重新接种再用。 (3)发酵中期染菌 :发酵中期染菌会严重干扰产生菌的代谢。杂菌大量产酸,培养液 pH 下降;糖、氮消耗快,发酵液发粘,菌丝自溶,产物分泌减少或停止,有时甚至会使已产生 的产物分解。有时也会使发酵液发臭,产生大量泡沫。 措施 降温培养,减少补料,密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平可以提 前放罐,或者抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐,抑制杂菌。 (4) 发酵后期染菌:发酵后期发酵液内已积累大量的产物,特别是抗生素,对杂菌有一 定的抑制或杀灭能力。 因此如果染菌不多, 对生产影响不大。 如果染菌严重, 又破坏性较大, 可以提前放罐。 发酵染菌后的措施: 染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。灭菌方法:可通蒸汽灭菌,也可加入过氧乙酸等 化学灭菌剂搅拌半小时,才放下水道。否则由于各罐的管道相通,会造成其它罐的染菌,而 且直接放下水道也会造成空气的污染而导致其它罐批染菌。 凡染菌的罐要找染菌的原因,对症下药,该罐也要彻底清洗,进行空罐消毒,才可进罐。 染菌厉害时,车间环境要用石灰消毒,空气用甲醛熏蒸。特别,若染噬菌体,空气必须用甲 醛蒸汽消毒。 9、青霉素生产过程中如何控制发酵条件? 参考答案: 发酵条件控制: 补糖:残糖降至 0.6%(PH 上升); 补氮:氨氮 0.05%,补硫铵、氨水或尿素; PH:6.4—6.6,加糖、加酸、加碱调节; 温度:前期,25-26℃;后期, 23℃; 通气比:1:0.8;溶氧:﹥氧饱和溶解度的 30%; 消沫剂:玉米油、豆油或化学合成消 沫剂。 前体:适当时候添加。 10、试述抗生素杀菌作用主要有 4 种机制。 抑制细菌细胞壁的合成: 抑制细胞壁的合成会导致细菌细胞破裂死亡, 以这种方式作用 的抗菌药物包括青霉素类和头孢菌素类, 哺乳动物的细胞没有细胞壁, 不受这些药物的影响。 与细胞膜相互作用: 一些抗菌素与细胞的细胞膜相互作用而影响膜的渗透性, 这对细胞 具有致命的作用。以这种方式作用的抗生素有多粘菌素和短杆菌素。 干扰蛋白质的合成: 干扰蛋白质的合成意味着细胞存活所必需的酶不能被合成。 干扰蛋 白质合成的抗生素包括氨基糖苷类、四环素类等。 抑制核酸的转录和复制:抑制核酸的功能阻止了细胞分裂和/或所需酶的合成。以这种方式 作用的抗生素如萘啶酸等。


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