生物工艺学简答题

一、发酵培养基选择的依据：答：1．根据微生物的特点选择培养基：要依据微生物的不同特性，来考虑培养基的组成，对典型的培养基配方需作必要的调整。

2．根据发酵方式选择培养基：工业上，利用液体培养基进行的深层发酵具有发酵效率高，操作方便，便于机械化、自动化，降低劳动强度，占地面积小，产量高等优点。

而固体培养基则常用于微生物菌种的保藏、分离、菌落特征鉴定、活细胞数测定等方面。

3．从生产实践和科学试验的不同要求选择：种子培养基主要是供微生物菌体的生长和大量增殖。

要求营养丰富、完全，氮源、维生素的比例应较高，所用的原料也应是易于被微生物菌体吸收利用。

而发酵培养基除需要维持微生物菌体的正常生长外，主要是要求合成预定的发酵产物，碳源物质的含量往往要高于种子培养基。

如果产物是含氮物质，应相应地增加氮源的供应量。

4．从经济效益方面考虑选择生产原料：必须以价廉、来源丰富、运输方便、就地取材以及没有毒性等为原则选择原料。

发酵培养基成分选择的原则：菌种的同化能力；代谢物的阻遏和诱导作用；合适的碳氮比。

氮源：过多——菌体繁殖旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累。

不足——菌体繁殖量少，影响产量；碳源：过多——较低的pH；不足——菌体衰老和自溶二、菌种衰退的原因？表现在哪些方面？措施有哪些？答：原因：A、菌种的保藏不当； B、菌种的生产的条件要求没有得到满足，或是遇到不利的条件，或是失去某些需要的条件；C、菌种连续传代是菌种发生退化的直接原因，由于连续传代使培养物经常处于旺盛的生长状态，且每次传代时营养和环境等培养条件都在不断的变化，与处于休眠状态的培养物相比，细胞的自发突变率要高得多；D、菌种自身突变引起的菌种衰退。

表现：所需产物的产率下降、营养物质的代谢和生长繁殖能力下降、发酵周期延长、康不良环境条件的性能减弱。

防止措施：1）尽量减少传代次数 2）菌种的分离：分离出其中未衰退的菌体3）菌种的复壮：这是指一种广义的复壮，在菌种的生产性能尚未衰退前就经常有意识地进行纯种分离测定，使之生产性能逐步提高 4）提供良好的环境条件：进行合理传代，只用三代内的菌种，采用培养条件有利于高产菌，不利于低产菌 5）用优良的保藏方法：尽可能采用斜面冰箱保藏，真空冷冻干燥，干孢子保藏等 6）定期纯化菌种，对菌种进行定期的分离纯化，可减少其中共存的自发突变或突变不完全株，保持原来的优良特性。

三、菌种性能的改变：答1）菌种遗传特性的改变的原因：a)异核现象导致微生物群体发生变异：邻近菌丝细胞间发生吻合，或个别核发生变异而产生 b)自发突变导致菌种遗传特性改变：DNA发生改变。

c)回复突变或产生分离子：使菌种群体中形成具有不同基因型的个体。

2）菌种生理状况的改变：a)菌种是一个不纯的群体，其中变异株所占的比例决定该菌种的特性。

b)菌种培养基可通过影响菌种的生理状况而影响发酵产量。

C)在某些情况下，菌种的基团处于活化状态或阻遏状态，而时菌种生理状态发生改变。

四、原生质体融合育种主要步骤如下：答:选择两个有特殊价值并带有选择性遗传标记的细胞作为亲本，在高渗透压溶液中，用适当脱壁酶去除细胞壁，剩下的是由细胞膜包裹的原生质体。

这时原生质体对溶液和培养基的渗透压非常敏感，必须在高渗透压或等渗透压的溶液或培养基中才能维持生存，在低渗透压溶液中将会破裂而死亡。

两种不同的原生质体在高渗透压条件下混合，在聚乙二醇和Ca2+作用下，发生细胞膜融合，PEG是一种脱水机，由于脱水作用，原生质体开始聚集收缩，相邻的原生质体融合的大部分面积紧密接触。

开始原生质体融合仅在接触部位的一小块区域，形成细小的原生质体，继而逐渐变大导致两个原生质体融合。

Ca2+可提高融合效率。

在融合时两亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组，再生的细胞菌落中就有可能获得具有理想状态的重组菌株。

五、诱变育种、原生质体融合技术、DNA重组技术三种育种方法的优缺点：答：诱变育种技术：优点：①能够提高突变频率和扩大变异谱②速度快、方法简便③不仅可以提高菌种的生产能力，还可以改进产品的质量，扩大品种，简化工艺缺点：①工作量大，要选出一个达到一定产量的高产菌往往要筛选数千个左右的突变株，经历多次诱变和筛选才可以达到②不能达到定向育种的目的，有一定盲目性原生质体融合技术的：优点：克服远缘杂交不融合的界限，实现远缘菌株基因重组②大大提高重组频率，扩大重组幅度、遗传物质更加完整③可与其他育种方式结合缺点：①基因组交换与重组仍然是非定向，属于一种半理性化筛选②在制备实验过程，对其操作有要求，比如温度要适当DNA重组技术：优点：①能使任何生物的DNA插入到某一细胞质复制因子中，进而引入寄主细胞成功表达②克服远缘杂交不亲和的界限③可以创造自然界从未有过的遗传修饰生物体③用于对未知功能基因的研究，实现人类疾病的基因治疗④可以进行定向育种六、放线菌发酵生产的工艺过程如下：答：菌种—母斜面（孢子）—子斜面（孢子）—摇瓶种子（菌丝）—种子罐—发酵罐七、影响种子质量的因素及其控制？答：种子质量主要受孢子质量，培养基，培养条件，种龄和接种量等因素的影响。

1、培养基：养其的营养成分要尽可能地和发酵培养基接近，以适合发酵需要，且PH值要求比较稳定；2．培养条件：应选择的最适温度，要适当进行通气搅拌，，应适当增大供氧量，通气充足常常可增加产量；3．种龄：以菌体处于生命力极为旺盛的对数生长期，且培养液中菌体量还未达到最高峰时，较为适宜；4．接种量：移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例，大接种量可以缩短发酵罐中菌体繁殖至高峰所需时间，是产物合成速度加快；5．种子质量标准：通过对菌体形态、培养液外观、生化指标、产物生成量已经酶活力等标准判断种子质量，还应保证种子无杂菌污染 6．种子异常的分析：种子异常主要表现为：菌种生长缓慢或过快，菌丝结团，菌丝粘壁三个方面，在生产过程中对这三种现象观察分析。

八、淀粉水解糖的制备方法：酸解法，以酸为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。

酶解法，用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。

酸酶结合法：酸酶法，先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解成葡萄糖的工艺酶酸法，将淀粉乳先用a—淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖的工艺九、双酶水解法制葡萄糖别的优点：①淀粉水解是在酶的作用条件下进行的，酶解反应条件比较温和看；②微生物酶作用的专一性很强，水解副反应少，因而水解糖液纯度高，淀粉转化率高；③可在较高淀粉乳浓度下水解，而且可采用粗原料；④由于微生物酶制剂中菌体的自溶，糖液营养物质较丰富，这就可使发酵培养基的组成简化；⑤用酶解法制的的糖液颜色浅、较纯净、无苦味、质量高，有利于糖液的精制。

双酶法制糖的工艺流程：淀粉乳→一次液化→二次液化→糖化→一次脱色→一次过滤→二次脱色→二次过滤→低糖→阳离子交换柱→阴离子交换柱→三次浓缩蒸发→高糖十、蒸汽喷射液化工艺及条件(1)工艺流程：调浆→配料→一次喷射液化→液化保温→二次喷射→高温维持→二次液化→冷却→（糖化）特点：利用喷色器将蒸汽喷入淀粉乳的薄膜，在短时间内通过喷色器快速升温至145℃完成糊化、液化，使形成的不溶性淀粉颗粒在高温下分散，从而使所得的液化液既透明又易于过滤，淀粉的出糖率也高，同时采用真空闪急冷却，提高了液化液的第浓度。

十一、对数残留定律：有一发酵罐，内装培养基80t ，在121℃的温度下进行实罐灭菌。

设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢1.8³107个，在121 ℃时的灭菌速率常数为0.0287s-1。

试求灭菌失败的机率为0.001所需的时间。

解：已知培养基m=80t ，水的密度：33=10kg/m ρ，10.0287K S -=，0.001Nt = ()33671508010/1010 1.810 1.4410N =⨯⨯⨯⨯=⨯ 又有()01/ln /T t K N N =⨯ 所以：()()151/0.0287ln 1.4410/0.0011457.1t s =⨯⨯=十二、间歇灭菌和连续灭菌的优缺点？答：连续灭菌优点：a.高温短时灭菌，培养基成分损失少b ．发酵罐占用时间短，利用率高。

缺点：a.设备复杂，操作麻烦，染菌机会多；b ．不适合含大量固体物料的灭菌；间歇灭菌：优点：a.操作要求低，适合小批量生产规模； b ．适合含大量固体物料的灭菌。

缺点：a.培养基的营养物质损失大，灭菌后培养基质量下降；b ．发酵罐利用率低； c ．不适合大规模生产的灭菌。

十三、空气净化的一般流程?答：空气吸气口→粗过滤器→空气压缩机→一级空气冷却器→二级空气冷却器→分水器→空气贮罐→旋风分离器→丝网除沫器→空气加热器→总空气过滤器→分空气过滤器→无菌空气设计空气净化流程并对其进行分析？流程：吸风塔→粗过滤器→空气压缩机→空气储罐→一级空气冷却器→旋风分离器→二级冷却器→丝网分离器→空气加热器→总空气过滤器→无菌空气分析：A 、选择正确的进风口与合适的采风位置，用吸风塔收集空气；B 、采用粗过滤是对空气进行预处理，对空气进行除杂质；C 、将空气送入无润滑油的空气压缩机，使之降低空气进入过滤器的相对湿度，以保证过滤介质在干燥状态下工作，同时对空气提供足够的能量。

D 、进入一级冷却器到30—35度，使大部分水，油都结成较大的雾粒，且其浓度较大，再用旋风分离器进行分离E 、进入二级冷却器冷却到20-25℃，进一步使空气冷却析出较小雾粒，此时宜采用丝网分离器F 、再用加热器加热口空气，使其相对湿度降低至50-60%，以保证过滤器的正常进行十四、酵母的酒精发酵机制？答：①在酵母体内，葡萄糖经糖酵解途径，历经三个阶段生成丙酮酸，总反应如下： 612634343202222222C H ADP H PO NAD C H O ATP NADH H H O +++++→++++ ②接在无氧条件下，由丙酮酸催化作用，丙酮酸脱羧酶催化作用，丙酮酸脱羧生成乙醛和CO2（丙酮酸脱羧酶需在焦磷酸硫胺素为辅酶，以及Mg2+存在下发挥作用） ③生成的乙醛不在乙醇脱氢酶作用下，作为受氢体，被还原成乙醇： NADH H NAD +++→ 乙醛乙醇 所以酵母菌在没有氧气的条件下，通过十几步反应，1分子葡萄糖可以分解成2分子乙醇、2分子CO2、2分子ATP总反应式：612634322022222C H ADP H PO CH CH OH CO ATP ++→++十五、酵母的酒精发酵中影响杂醇油形成的条件？答：①酵母菌种：在同样条件下，不同菌种的高级醇生成量相差很大。

酵母杂醇油生成量与醇脱氢酶活性关系密切，该酶活力大，杂醇油生成量大②培养基组成：培养基中支链氨基酸存在，通过埃尔利希反应增加相应的杂醇油的生成量。

培养基中氮水平升高也会使杂醇油生成量降低。