发酵工程与设备习题答案
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发酵工程与设备实验1.决定摇瓶溶氧量的因素有哪些?它们如何影响摇瓶溶氧量?答:⑴摇瓶的透气性:8层纱布,纱布透气性越好,摇瓶溶氧量越大。
⑵摇瓶的转速:转速越大,培养基流动越剧烈,增大与气体接触面积。
⑶培养基的粘稠度:粘稠度越大,氧气越难进入,溶氧量越低。
2.采用磷钼蓝法测定发酵液中的植酸酶活性实验中,空白对照中并未发生酶和底物的水解反应,但经过显示后,颜色却呈较深的蓝色,试解释其原因。
答:①磷钼蓝受热,易被氧化成蓝色还原物。
②植酸钠中含杂质磷太多。
3.红曲米发酵实验中,为何要添加酸水?无菌酸水如何制得?答:是为了洗脱菌种,同时为红曲霉生长创造酸性环境。
制备:取一烧杯的蒸馏水,往水中加入乳酸并调PH至4.0.然后取10ml配制好的溶液于干净的试管中,密封包扎后,放入高压灭菌锅灭菌,即可得到无菌酸水。
4.产植酸酶黑曲霉的分离实验中,为何选用植酸钙而不选用植酸钠?答:钠盐易溶解、钙盐难容,易形成透明圈,从而筛选。
5.产植酸酶黑曲霉的分离实验中,为什么不将脱氧胆酸钠溶液和氯霉素眼药水加入到筛选培养基中一起灭菌?答:①脱氧胆酸钠会与铁盐高温时反应。
②细菌性抗生素、自身就是杀菌的,且本身无菌,也不能灭菌。
6.请详细说明产植酸酶黑曲霉的分离实验的实验原理。
答:以植酸钙为唯一磷来源的选择培养基,同时以透明圈法,从土壤中分离筛选产植酸酶的黑曲霉7.产植酸酶黑曲霉的摇瓶发酵实验中,摇瓶的作用有哪些?答:①气体和营养分布均匀②温度保持恒定③代谢产物分散④避免影响其他菌丝生长⑤防止细胞沉淀8.植酸酶酶活力测定实验中,若显色后的反应体系测定吸光度值为2.23,说明什么问题?该如何调整实验方案?答:浓度过大,该稀释。
9.植酸酶活力测定时做标线的目的是什么?答:标线是反应吸光度与无机磷浓度之间的关系,待我们测的样品吸光度后即可在标线上读出对应无机磷浓度,从而进行酶活计算。
10.简述灭菌锅的使用方法及步骤。
答:①向锅内注入水至三脚架上边缘、预热。
发酵设备试卷库一、名词解释持气率通气生物反应器流动床反应器光照生物反应器气流干燥沸腾干燥贴壁依赖性细胞蒸发膜生物反应器恒压过滤通气强度嫌气生物反应器膜生物反应器悬浮培养喷雾干燥流化干燥膜生物反应器恒速过滤非贴壁依赖性细胞结晶植物细胞氧饱和浓度临介氧浓度氧饱培养间歇发酵动物细胞培养连续发酵呼吸强度Qo2和浓度 VVM二、填空题1.对流干燥的实质是、的过程。
2.喷雾干燥一般采用、、三种喷雾方式使物料雾化。
3.碟片式离心机按除渣方式不同主要有、、三种。
4.管式薄膜蒸发器按液体的流动方向可分、、为三种类型。
5.常用的通风发酵设备有、、和等。
6.气升式发酵设备主要有、和等几种形式。
7.固体物料干粉碎主要采用、二种粉碎机。
8.过滤设备可按过滤时的压力分为、、三种类型。
9.常见的发酵液按流变学特性类型分为和两类10.固体物料干粉碎主要采用、二种粉碎机。
11.固体物料粉碎按其受力情况可分为、、、、五种。
12.水的软化和脱盐的区别是_____________________________。
13.生物工业中常用的干燥方法有______________、________________、__________________和_____________ 。
其中低温干燥有___________和___________________。
14.在供氧耗氧平衡时,根据公式的分析,提高发酵罐的操作压力相应提高了_______________________,即是说对传氧是有利的。
但在生产实践中,人们发现对于产生CO2的发酵系统,适当降低罐压,产物得率有明显提高,这是因为当降低罐压时,更易溶于醪液的 _________________________在醪液中浓度降低,发酵过程受到抑制减轻的结果。
15.空气过滤除菌机理包括________ ________ 、______ ___ ____________、___________ _____、_________ __________和_______ ____________。
发酵工程部分题库及答案1、举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点?A.蛋白酶表达产物一般分泌至胞外,能利用廉价的氮源,生长温度较高,生长速度快,纯化、分离及分析快速;安全性高,得到FDA的批准的菌种。
B.单细胞蛋白生长迅速,营养要求不高,易培养,能利用廉价的培养基或生产废物。
适合大规模工业化生产,产量高,质量好。
安全性高,得到FDA的批准的菌种。
C. 不饱和脂肪酸生长温度较低,安全性高,能利用廉价的碳源,不饱和脂肪酸含量高,D.抗生素生产性能稳定,产量高,不产色素,,能利用廉价原料F. 氨基酸代谢途径比较清楚,代谢途径比较简单2、工业化菌种的要求?A能够利用廉价的原料,简单的培养基,大量高效地合成产物B有关合成产物的途径尽可能地简单,或者说菌种改造的可操作性要强C. 遗传性能要相对稳定D. 不易感染它种微生物或噬菌体E. 产生菌及其产物的毒性必须考虑(在分类学上最好与致病菌无关)F. 生产特性要符合工艺要求4、讨论:微生物(包括动、植物)可以生产我们所需的一切产品,但是涉及到工业化生产,对于某一种特定的产品,为何只有特定的微生物才具有大量表达的潜力?在不同的环境条件下,微生物细胞对遗传信息作选择性的表达,实现代谢的自动调节。
代谢的协调能保证在任何特定时刻、特定的细胞空间,只合成必要的酶系(参与代谢的多种酶)和刚够用的酶量。
一旦特定物质的合成达到足够的量,与这些物质合成有关的酶就不再合成了。
并且,已合成的酶的活力受到许多调节机制的控制,以确保新陈代谢全面协调,、为细胞的经济运行提供保证。
因此,细胞固有的生产关系支持细胞自身的增殖(生产细胞),不支持(人的)目的产物的过量生产(生产特定的初级代谢产物)。
而工业化生产要求特定表达某种或某类物质,只有正常代谢被打破,代谢协调失常的微生物才能达到要求5、自然界分离微生物的一般操作步骤?样品的采取→预处理→培养→菌落的选择→初筛→复筛→性能的鉴定→菌种保藏6、从环境中分离目的微生物时,为何一定要进行富集培养?自然界中目的微生物含量很少,非目的微生物种类繁多,进行富集培养,使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖,数量增加,由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种,使筛选变得可能。
《发酵工程与设备》课程复习题《发酵工程与设备》课程复习题一、名称解释1、前体指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接彼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。
2、发酵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3、菌浓度的测定是衡量产生菌在整个培养过程中菌体量的变化,一般前期菌浓增长很快,中期菌浓基本恒定。
补料会引起菌浓的波动,这也是衡量补料量适合与否的一个参数。
4、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。
搅拌热与搅拌轴功率有关5、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。
整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。
6、接种量:移入种子的体积接种量=—————————接种后培养液的体积7、比耗氧速度或呼吸强度单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气,mmol O2?g菌-1?h-18、次级代谢产物是指微生物在一定生长时期,以初级代谢产物为前体物质,合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质过程,这一过程的产物,即为次级代谢产物。
9、实罐灭菌实罐灭菌(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,也叫间歇灭菌。
10、种子扩大培养: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。
11、初级代谢产物是指微生物从外界吸收各种营养物质,通过分解代谢和合成代谢,生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。
这一过程的产物即为初级代谢产物。
发酵课后题参考答案第一章一.发酵工程技术的发展大致可分为那几个阶段?每个阶段的技术特点是什么?答:发酵工程技术大致可分为六个发展阶段分别为:1.自然发酵阶段,在这一阶段人们对微生物的性质尚未认知,只是利用自然接种方法进行发酵制品的生产。
此阶段的技术特点是多数产品属嫌气发酵,且非纯种培养,凭经验传授技术和产品的质量不稳定的特点。
2.转折阶段,这一阶段又可分为三个阶段。
第一个阶段以纯种培养和无菌操作技术为转折点,这一阶段的技术特点发酵过程避免了杂菌污染,发酵效率逐步提高,生产规模逐渐扩大,产品质量稳定提高。
第二个转折点是深层液体通气搅拌纯种培养的采用,这一阶段的技术特点是深层液体通气搅拌纯种培养技术解决了大量培养基和生产设备的灭菌以及大量无菌扛起的制备问题,,且在提取精制中采用离心萃取机,冷冻干燥器等新型高效化工设备,是生产规模,产品质量和收效稳步提高。
第三个转折点是利用代谢调控进行微生物菌种选育和发酵条件的控制,技术特点是采用遗传育种方法进行微生物人工右边,选育出某种营养缺陷株或者抗代谢类似物菌株,在控制营养条件的情况下发酵生产大量积累所预期的氨基酸。
3.发酵放大技术的进一步发展阶段,技术特点是发酵罐的容积发展到前所未有的规模,发酵时氧耗大,对发酵设备提出了新的要求,并逐步运用计算机以及自动化控制技术进行灭菌和发酵过程的PH,溶解氧等发酵参数的控制,使发酵生产向连续化,自动化前进了一大步。
4.以基因工程为中心的时代。
技术特点是定向的改变生物性状与功能,创造新物种的目的,赋予微生物细胞具有生产较高等生物细胞所产生的和化合物的能里。
扩大了微生物的范围,大大丰富了发酵产业的内容,使发酵工业发生了革命性的变化。
二.简述工业发酵的应用范围?答:发酵工业的应用范围很广,按其产品可以分为四大类:11.微生物菌体。
工业生产的微生物菌体可分为两种,一种是供制面包用的酵母,另一种是作为人类或者动物使用的微生物细胞。
2.酶制剂。
《发酵工程设备》课程考试试卷(A )一、单项选择题: (每题1分,共10分)1、典型的细菌生长曲线中指数生长期和减数生长期比生长速率为 。
A.max μ,S K S S +maxμ B.max 2ln μ,max μ C. max μ max μ/2 D.max μ/2, SK SS +max μ 2、在细胞活动热释放过程中,基质氧化态越 ,耗氧量越 ,热释放越 。
A.高,少,多 B.低,少,少 C.高,少,少 D.低,少,多 3、机械搅拌发酵罐内以下装置不具有防止液面中央形成漩涡流动,增强湍动和溶氧传质作用的是 。
A 树立的列管 B.挡板 C. 树立的蛇管 D.涡轮式搅拌器 4、以下可以用于杂交瘤细胞培养(生产单克隆抗体)的生物反应器有 。
①笼式通气搅拌器②气升式细胞培养反应器③中空纤维细胞培养反应器④大载体细胞培养反应器A. ①、②B. ③、④C. ①、③、④D. ①、②、③、④ 5、罐式连续蒸煮糖化设备中,为了使真空冷却器达到一定的真空度,除了________之外都可以选用。
A.真空泵B.蒸汽喷射泵C.水力喷射泵D.高压水泵 6、动物细胞培养的操作方式中,哪一种细胞不是始终留在反应器中? A.流加式操作 B.分批式操作 C.连续操作 D.灌注培养 7、对黏度较高的液体的蒸发浓缩最好应采用 。
A.管式升膜蒸发器B.套筒式升膜蒸发器C.套管式升膜蒸发器D. 降膜蒸发器8、管道式光培养反应器最适合以下哪类细胞培养? 。
A.酵母菌 B.长春花细胞 C.Hela 细胞 D.海藻细胞。
9、以下设备需要装设搅拌器的是 。
A.喷射自吸式发酵罐B. 酒精发酵罐C.流化床生物反应器D.啤酒多罐式连续发酵设备10、从多个地方向较远处运送玉米采用哪种气流输送方式最好? 。
A.吸引式 B.压送式 C. 真空、压力输送 D.螺旋输送二、 判断题(对的打“√” ,错的打“×”每题1分,共10分)1、气升环流式发酵罐的高径比一般为1.7~3.5。
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。
《发酵工程设备》课程试卷B答案一、单项选择题: (每题1分)1、B2、B3、A4、A5、B二、判断题(对的打“√”,错的打“×”)(1×10=10分)1、×2、×3、×4×、 5、√三、填空题(共14空,每空1分,共14分)1、生长偶联、有2、蒸发水分、凝固蛋白质、煮出酒花中有效成分3、加热器、蒸发室、薄膜蒸发4、往空气中通入直接蒸汽、喷水、空气混合增湿5、离心卸料、适用干燥松散且磨损小的物料、重力卸料四、名词解释(共5小题,每小题3分,共15分)1实罐灭菌:将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热,达到预定灭菌温度后,维持一定时间,再冷却到发酵温度,然后接种发酵,又称分批灭菌。
2装料系数:发酵罐中的装液量与发酵罐体积的比值,称为装料系数。
3绝对过滤:是介质之间的孔隙小于被滤除的微生物,当空气流过介质层后,空气中的微生物被滤除。
4 Yx/s:细胞对基质的得率系数,等于生成的细胞质量除以消耗基质的质量。
5、喷雾干燥:是利用不同的喷雾器,将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状,形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交换,迅速排除本身的水分,在几秒至几十秒内获得干燥。
五、简答题(共6小题,每小题6分,共36分)1.答:筒锥底啤酒发酵罐出现真空主要是发酵罐在密闭条件下转罐或进行内部清洗时造成的。
由于大型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快,有可能造成一定的负压。
另外,即便罐内留存一部分CO2气体,在进行清洗时,由于清洗溶液中含有碱性物质,与CO2进行中和反应,除去了CO2也可能使罐内形成真空。
所以大型发酵罐应设防止真空装置。
真空安全阀的作用是当罐内出现真空时,阀门开启,允许空气进入罐内,以建立罐内外压力的平衡。
2、答:自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器(转子)和导轮(定子),空气管与定子相连接,在转子启动前,先用液体将转子浸没,然后启动马达使转子转动,由于转子高速旋转,液体或空气在离心力的作用下,被甩向叶轮外缘,在这个过程中,流体便获得能量,若转子的转速愈快,旋转的线速度也愈大,则流体的动能也愈大,流体离开转子时,由动能转变为压力能也愈大,排出的风量也越大。
发酵工程与设备选择题1.第一个证明发酵现象是由微小的生命体引起的化学反应的科学家是()[单选题]*A.BuchnerB.HansenC.KochD.Pasteur(正确答案)2.供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体,并使菌体生长得粗壮的培养基是()[单选题]*A种子培养基(正确答案)B斜面培养基C发酵培养基D基本培养基3.比生长速率为零;细胞内含物积累,芽孢形成;代谢活跃,次级代谢产物开始合成;该时期与菌种、培养条件有关。
根据这些特点判断该时期属于()[单选题]*A延滞期B对数生长期C稳定期(正确答案)D衰亡期4.不属于杂菌污染检测方法的是()[单选题]*A基因重组法(正确答案)B肉汤培养法C平板培养法D发酵过程的异常观察法5.大批发酵罐在前期染菌,最有可能的原因是()[单选题]*A.种子带菌或培养基灭菌不彻底(正确答案)B.空气过滤系统失效C.补料系统染菌D.发酵设备渗漏6.生产菌在生长繁殖的过程中所产生的大量热称为()[单选题]*A生物热(正确答案)B搅拌热C蒸发热D辐射热7.发酵过程控制的参数有物理参数、化学参数和生物参数,属于化学参数的是()[单选题]*A.温度B.菌丝形态C.搅拌速度D.pH值(正确答案)8.发酵工业菌种管理中,应进行复壮工作的时机是()[单选题]*A.种子培养后检测发现退化时(正确答案)B.发酵后发现菌种生产能力下降时C.保藏中发现有退化现象时D.在发现退化前定期进行复壮9.直接将指示剂掺入固体培养基中,进行待筛选菌悬液的单菌落培养的方法是()[单选题]*A生长圈法B透明圈法C抑制圈法D变色圈法(正确答案)10.乳酸菌的拉丁名称为()[单选题]*AStrptococcusBLactobacteriaceae(正确答案)CLeuconostocDLeuconostoc11.下列培养基中,按照培养基用途分类的是()[单选题]*A合成培养基B液体培养基C孢子培养基(正确答案)D天然培养基12.属于微生物初级代谢产物的是()[单选题]*A.谷氨酸(正确答案)B.红曲色素C.四环素D.青霉素13.传统啤酒前发酵设备采用的是()[单选题]*A.圆柱体锥底发酵罐B.卧式密闭发酵罐C.敞开式发酵槽(正确答案)D.联合罐14.为了方便清洗和配料,中型和大型发酵罐罐顶上一般开有()[单选题]*A.手孔B.进料管C.接种口D.人孔(正确答案)15.危害最大,最难挽救的发酵污染是发生是()[单选题]*A.种子培养期B.发酵前期C.发酵中期(正确答案)D.发酵后期16.下面几种过滤介质中,过滤效率最高的是()[单选题]*A.棉花B.玻璃纤维C.活性炭D.超细玻璃纤维(正确答案)17.能降低发酵罐中二氧化碳的方法是()[单选题]*A.提高罐压B.增大通风量(正确答案)C.补糖D.降低pH值18.发酵生产用菌株退化的根本原因是()[单选题]*A.连续传代B.基因突变(正确答案)C.保藏条件欠佳D.培养基不适19.工业上常用的以淀粉质为原料发酵生产柠檬酸的菌种是()[单选题]*A.黑曲霉(正确答案)B.啤酒酵母C.米根霉D.枯草芽孢杆菌20.下列蒸发器中属于非膜式蒸发器的是()[单选题]*A板式B旋转式C旋液式D盘管式真空浓缩锅(正确答案)21.下列关于发酵工程的说法,错误的是()[单选题]*A发酵工程产品主要是指微生物的代谢产物、酶和菌体本身B可以通过人工诱变选育新菌株C培养基、发酵设备和菌种必须经过严格的灭菌(正确答案)D环境条件的变化既影响菌种的生长繁殖又影响菌体代谢产物的形成22.当培养基pH发生变化时,应该()[单选题]*A加酸B加碱C加缓冲液(正确答案)D加无机盐23.甘油生物合成主要由下列哪种物质引起()[单选题]* A尿素B硫酸铵C酶D亚硫酸盐(正确答案)24.对谷氨酸发酵的叙述正确的是()[单选题]*A菌体是异养厌氧型微生物B生物素对谷氨酸生成无影响C谷氨酸的形成与搅拌速度无关D产物可用离子交换法提取(正确答案)25.为使淀粉和纤维素进行代谢而提供能量()[单选题]* A它们必须第一步变成脂肪分子B它们的葡萄糖单位必须被释放(正确答案)C环境中必须有游离氧存在D遗传密码必须起促进作用26.关于微生物代谢产物的说法中不正确的是()[单选题]* A初级代谢产物是微生物生长和繁殖所必须的B次级代谢产物并非是微生物生长和繁殖所必须的C初级代谢产物在代谢调节下产生D次级代谢产物的合成无需代谢调节(正确答案)27.在发酵中有关氧的利用正确的是()[单选题]*A微生物可直接利用空气中的氧B微生物只能利用发酵液中溶解氧(正确答案)C温度升高,发酵液中溶解氧增多D机械搅拌与溶氧浓度无关28.某药厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸,结果代谢产物没有谷氨酸而产生乳酸及琥珀酸,其原因可能是()[单选题]*A温度控制不适B通气量过多(正确答案)CpH呈酸性D溶氧不足29.下列可用于生产谷氨酸的菌种是()[单选题]*A谷氨酸棒状杆菌、金黄色葡萄球菌B链球菌、大肠杆菌C谷氨酸棒状杆菌,黄色短杆菌(正确答案)D大肠杆菌、乳酸菌30.酵母菌培养液中常含有一定浓度的葡萄糖,但当葡萄糖浓度过高时,反而会抑制微生物的生长,原因是()[单选题]*A.碳源供应太充足B.细胞会发生质壁分离(正确答案)C.改变了酵母菌的pH值D.葡萄糖不是酵母菌的原料31.下列有关大肠杆菌的叙述,正确的是()[单选题]*A、大肠杆菌以复制方式进行繁殖,其拟核是一个环状DNA分子B、在含葡萄糖和乳糖的培养基上,大肠杆菌首先利用乳糖作碳源C、用大肠杆菌工程菌生产干扰素时,应及时添加核酸等生长因子D、处于对数期的大肠杆菌,常作为生产用的菌种和科研的材料(正确答案)32.下列对根瘤菌的叙述,正确的是()[单选题]*A根瘤菌在植物根外也能固氮B根瘤菌离开植物根系不能存活C土壤浸水时,根瘤菌固氮量减少(正确答案)D大豆植株生长所需的氮都来自根瘤菌33.发酵工程的第一个重要工作是从混杂的微生物群体中选择优良的单一纯种,获得纯种的方法不包括:()[单选题]*A.根据微生物对碳源需要的差别,使用含不同碳源的培养基B.根据微生物缺乏生长因子的种类,在培养基中增减不同的生长因子C.利用高温高压消灭不需要的杂菌(正确答案)D.根据微生物对抗生素敏感性的差异,在培养基中加入不同的抗生素34.下面关于微生物最适生长温度判断,正确的是()[单选题]*A.微生物群体生长繁殖速度最快的温度(正确答案)B.发酵的最适温度C.积累某一代谢产物的最适温度D.无法判断35.发酵法生产酵母菌时,正确的措施是()[单选题]*A、密闭隔绝空气B、用萃取、离子交换获得产品C、在稳定期获得菌种(正确答案)D、D、使菌体生长长期处于稳定期36.下表为某培养基的配方,有关叙述正确的是()成分蛋白胨葡萄糖K2HPO4伊红美蓝蒸馏水含量10g10g2g0.4g0.065g1000mL[单选题]*A、从化学成分看该培养基属于合成培养基,从用途看该培养基属于鉴别培养基B、培养基中属于碳源的物质主要是葡萄糖,属于氮源的物质是蛋白胨(正确答案)C、该培养基缺少能提供生长因子的物质D、该培养基PH调好后就可以接种菌37.属于细菌细胞特殊结构的为()[单选题]*A、荚膜(正确答案)B、细胞壁C、细胞膜D、核质体38.下列关于几种微生物的营养代谢和生长繁殖的描述,正确的是()[单选题]*A.根瘤菌通过生物固氮,制造了含氮养料和含碳有机物B.接种到培养基上的青霉菌,进入对数期能大量积累青霉素C.培养液中溶解氧量的变化,会影响酵母菌的生长繁殖和代谢途径(正确答案)D.用32P标记的噬菌体感染细菌,在新形成的噬菌体中都能检测到32P39.下列关于通过发酵工程生产谷氨酸的叙述,错误的是()[单选题]*A.发酵时需不断通入无菌空气,否则会积累乳酸B.发酵时常采用的培养基为液体天然培养基C.从自然界分离的野生型菌株可直接用于生产(正确答案)D.当菌体生长进入稳定期时,补充营养物可提高谷氨酸产量40.生产实践中配制微生物发酵所需要的培养基时,一般遵循“经济节约”的原则。
《发酵工程与设备》习题一、名词解释VVM;Yx/s;q s ;Y P/S;μ;K L;k L a;k d;D;D crit;Ks;Km;Y P/X;μmax;q CO2;q O2;t d;Y A TP;补料分批发酵;临界氧浓度;呼吸商;过滤效虑;雷诺准数;比热死速率常数(K);活塞流反应器(PF);连续式全混流型反应器(CFSTR);返混;连续培养;高密度培养;补料培养;生产强度;固定化酶;固定化细胞;传氧效率二、思考题1、举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点?2、工业化菌种应具备哪些特点?3、什么是培养基?发酵培养基的特点和要求?4、什么是前体?前体添加的方式?5、什么是生长因子?生长因子的来源?6、培养基设计的一般步骤?7、什么是种子的扩大培养?8、种子扩大培养的目的与要求及一般步骤?9、在大规模发酵的种子制备过程中,实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点?10、什么是接种量?对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少?11、什么时发酵级数?发酵级数对发酵有何影响,影响发酵级数的因素有哪些?12、比较接种、倒种和双种三者之间的区别。
13、影响微生物需氧的因素有哪些?如何调节摇瓶发酵的供氧水平?如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平?14、测定Kla的方法有哪些?发酵液中Kla的调节可以采取哪些措施?15、氧的供需研究与反应器设计与放大的关系?16、准确判断发酵终点有什么好处?依据哪些参数来判断?17、 pH对发酵的影响表现在哪些方面?发酵过程的pH控制可以采取哪些措施?18、发酵过程温度的选择有什么依据?19、染菌对发酵有什么危害,对提炼有什么危害?有哪些原因会引起染菌?染菌以后应采取什么措施?20、为什么会感染噬菌体?感染了噬菌体后应采取哪些措施?21、泡沫对发酵有哪些有益之处,哪些有害之处?22、发酵中泡沫形成的原因是什么?常用的消泡剂有哪几类?对于黏稠的发酵液应选怎样的消泡剂,对于较稀的发酵液应选怎样的消泡剂?23、用于在线检测的传感器必须符合哪些要求?24、 pH电极的指示电极能测定pH值的原理是什么?25、 pH电极的测量范围有没有限制?使用时应注意哪些问题?26、溶氧电极能够测定液体中溶氧浓度的原理是什么?影响溶氧电极测定的灵敏度和准确性的因素有哪些?27、高密度培养的意义是什么?难以实施的原因是什么?28、试回答什么是生物反应过程中的直接参数和间接参数,并各举5个实例。
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28.7min -1)。
解:根据对数残留定律kN dt dN =-5.某发酵罐的通风量为103/min,发酵周期100h,要求倒罐率为0.1%,原始空气含菌量为5000个/m3,试计算过滤器过滤介质的厚度(选用直径为16μm的棉花纤维,当空气的流速为0.1m/s时过滤常数是0.135cm-1)。
第五章1.单细胞微生物分批培养过程分为哪几个时期?各个时期的比生长速率分别是多少?细胞生长可分为迟滞期、加速期、对数生长期、减速期、稳定生长期和衰亡期6个阶段。
①迟滞期,将少量的单细胞接种到一定体积的固定培养基中,开始阶段细胞并不分裂,细胞数目不增加这一阶段称为迟滞期。
②.加速期,经过迟滞期后,细胞开始大量繁殖,进入一个短暂的加速期并很快到达对数生长期。
③对数生长期,微生物经过迟滞期的调整后,进入快速生长阶段,使细胞数目和菌体质量的增长随培养时间成直线上升,这一时期称为对数生长期。
④.减速期,分批培养中,微生物群体不会长时间保持指数增长这是由于营养物质的缺乏代谢产物的积累,从而导致生长速率下降。
进入减速期⑤稳定生长期,微生物在对数生长后期,随着基质的消耗,即当限制性基质浓度S=Ks时,基质则不能支持微生物的下一集细胞分裂。
⑥.衰亡期,稳定生长期后,随着基质的严重缺乏,代谢产物得更多积累,细胞的能量储备消耗完毕以及环境条件的恶劣变化使细胞生长进入衰亡期。
2.何为分批式培养与发酵、连续式培养与发酵、分批补液式培养与发酵?试比较三者的优缺点及其在发酵工业中的应用情况。
分批培养与发酵法:采用单罐液体深层发酵法,即液体培养基一次性投入发酵罐,灭菌、冷却、接种后,进行一次性培养与发酵,最后一次性收获的培养与发酵的方法。
连续培养:指在以一定的速度向发酵罐内连续供给新鲜培养基,同时以相同速度将培养液从发酵罐内放出,从而使发酵罐内液体量维持恒定,使培养物在近似恒定状态下生长和进行代谢活动的方法。
优点:恒定状态可有效地延长分批培养中的对数期,达到稳定高速培养微生物或产生大量代谢产物的目的。
避免分批培养所需的清洗、投料、灭菌、接种、放罐等各种操作,有利于提高生产率。
发酵产品质量稳定。
便于自动控制。
缺点:菌种在长时间培养中易变异,且容易染菌。
若操作不当,新加入的培养基与原有的培养基不易完全混合。
分批补料培养;指在分批式培养液体深层培养至中后期时,通过间歇或连续向发酵罐中补加灭菌的新鲜液体培养基,增加发酵液的总量,以维持较高的发酵产物的增长幅度最后一次性收获的发酵方式。
与分批培养方式比较①.可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应;②.对于耗氧过程,可以避免在分批培养过程中因一次性投糖过多造成的细胞大量生长、耗氧过多以至通风搅拌设备不能匹配的状况;在某种程度上可减少微生物细胞的生成量、提高目的产物的转化率;③.微生物细胞可以被控制在一系列连续的过渡态阶段,可用来控制细胞的质量;并可重复某个时期细胞培养的过渡态,可用于理论研究。
与连续培养方式比较①不需要严格的无菌条件;②2.不会产生微生物菌种的老化和变异;③.最终产物浓度较高,有利于产物的分离;④.使用范围广3.何谓Monod方程?简述Monod方程的指导意义、试用范围以及在可逆性抑制剂作用下主要参数变化。