發(fā)酵工藝學(xué)原理思考題及答案文經(jīng)學(xué)院

1、第二章 思考題1. 比較固體培養(yǎng)與液體培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)固體培養(yǎng)基：酶活力高；無菌程度要求不嚴(yán)；產(chǎn)物濃度大，易分離，有效降低產(chǎn)品分離成本。勞動(dòng)強(qiáng)度大，占地面積大，不宜自動(dòng)化生產(chǎn)；周期長；環(huán)境條件難控制；菌種菌類不純；生物量檢測不易，盲目性大。液體培養(yǎng)基：生產(chǎn)效率高，便于自動(dòng)化管理；生產(chǎn)參數(shù)可全面控制；通常生產(chǎn)液體種子，生產(chǎn)周期短。 無菌程度要求高，相對生產(chǎn)設(shè)備投資較大；某些發(fā)酵，因投資大和生產(chǎn)密度大而難以實(shí)現(xiàn)。2. 說明菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件。培養(yǎng)基：搖瓶用的培養(yǎng)基原料精細(xì)，C源濃度較低且易被利用。種子罐用培養(yǎng)基原料接近大生產(chǎn)所用的原材料，N源濃度高，利于菌體增殖。溫度：從試管到三角瓶到種子罐，溫度逐步

2、調(diào)整，最后接近大生產(chǎn)的溫度，使菌種逐漸適應(yīng)。氧的供給：需提供足夠的氧氣利于菌體增殖。PH：為菌體最適生長PH，往往與發(fā)酵最適PH不同。滅菌后，PH值下降0.51個(gè)單位，應(yīng)調(diào)整（三角瓶不行，不宜無菌操作）。3. 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的和意義是什么？提供大量而新鮮的、具有較高活力的菌種，而達(dá)到提高發(fā)酵罐利用率，縮短發(fā)酵周期，降低能耗，減少染菌的機(jī)會(huì)及使培養(yǎng)菌在數(shù)量上取得絕對優(yōu)勢，而抑制雜菌生長。使菌種逐漸適應(yīng)大生產(chǎn)的環(huán)境。提高生產(chǎn)的成功率，減少“倒灌”現(xiàn)象。4. 工業(yè)生產(chǎn)用菌種的基本要求有什么？具有穩(wěn)定的遺傳學(xué)特性。微生物的生長和產(chǎn)物的合成對于基質(zhì)無嚴(yán)格的要求。生長條件易于滿足。對于細(xì)菌，希望具有抗P

3、hage的能力。有較高酶活力，可在一定范圍內(nèi)提高生長速率和反應(yīng)速度，進(jìn)而縮短發(fā)酵周期，降低生產(chǎn)成本。目標(biāo)產(chǎn)物易分離得到。5微生物發(fā)酵常用菌種有哪些？（細(xì)菌：短桿菌，枯草芽孢桿菌，地衣芽孢桿菌，蘇云金芽孢桿菌；酵母：啤酒酵母，酒精酵母，漢遜酵母，假絲酵母；霉菌：黑曲霉，黃曲霉，青霉菌，紅曲霉。第三章 思考題1. 微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源主要有哪幾種？碳酸；淀粉及其水解糖；化工石油產(chǎn)品（醋酸，甲醇，乙醇）2. 微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源主要有哪幾種？無機(jī)：氨水，尿素（有脲酶的M,流加）；銨鹽。有機(jī)：豆粕，玉米漿，酵母粉，酵母浸出物，魚粉；菌體蛋白，玉米蛋白粉。3. 淀粉的水解方法主要有什么？試進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)

4、比較？酸解法:簡單易行，對設(shè)備要求簡單，設(shè)備生產(chǎn)能力大，用時(shí)短。反應(yīng)劇烈，副產(chǎn)物多；生產(chǎn)環(huán)境惡劣；設(shè)備需耐腐蝕，耐高溫高壓；對淀粉原料要求嚴(yán)；淀粉濃度不宜過高。雙酶水解法：反應(yīng)條件溫和；副產(chǎn)物少；淀粉的水解產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率較高；原料可直接是糧食；使用的淀粉濃度較高；制得的糖液顏色淺，質(zhì)量高，利于精制。 酶解反應(yīng)時(shí)間較長，要求的設(shè)備較多，需具備專門培養(yǎng)酶的條件，酶的存在使糖液過濾困難。酸酶結(jié)合水解法：酸酶法（酸液化速度快，可采用較高濃度的淀粉乳）。酶酸法（可用粗淀粉，較酸法水解度高，減少了副反應(yīng)。）4.雙酶法淀粉的水解通常使用哪2種酶？其作用特點(diǎn)分別是什么？（1）-淀粉酶（淀粉液化酶）：只作用于淀粉

5、-1,4葡萄糖苷鍵，快速將長鏈淀粉水解為短鏈糊精，水解速度隨淀粉鏈長度的降低而減慢。終產(chǎn)物：短鏈糊精，少量葡萄糖。淀粉-1,4；1,6葡萄糖苷酶（糖化酶）：水解淀粉的-1,4或-1,6葡萄糖苷鍵，從淀粉的非還原性末端開始，淀粉鏈越短水解速度越快。終產(chǎn)物：葡萄糖。（2）酸法水解的主要副產(chǎn)物是什么？復(fù)合二糖：異麥芽糖（不利于產(chǎn)物的結(jié)晶提出），龍膽二糖（抑制菌體的生長）；一分子G脫水形成5-羥甲基糠醛（抑制菌體的生長）；美拉德反應(yīng)，G與-NH2, 形成氨糖，有顏色，不利于精制。5.培養(yǎng)基工業(yè)滅菌的方法主要是采用蒸汽滅菌，其滅菌的原理是什么？使用高壓蒸氣滅菌，利用加熱產(chǎn)生蒸氣，隨著蒸氣壓力不斷增加，溫

6、度隨之升高，高壓蒸汽滅菌具有穿透力強(qiáng)，傳導(dǎo)快，能使微生物的蛋白質(zhì)較快變性或凝固，作用可靠，操作簡便，水蒸汽含有潛熱熱壓滅菌溫度與時(shí)間的關(guān)系如下：115 （ 68kPa ） /30min ，121 （ 98kPa ） /20min ，126 （ 137kPa ） /15min 。可殺滅包括芽胞在內(nèi)的所有微生物。 滅菌過程符合對數(shù)殘留定律，寫出理論滅菌時(shí)間的計(jì)算公式。t=(2.303/K ）×LNN0/NS6.生物反應(yīng)器滅菌的操作要點(diǎn)有什么，繪圖說明操作過程。（1）定期檢查設(shè)備、管道有無滲漏。培養(yǎng)基升溫時(shí)，打開所有的排氣閥門。升溫時(shí)開動(dòng)攪拌系統(tǒng)，使培養(yǎng)基內(nèi)部傳熱均勻。溫度達(dá)100時(shí)，停止

7、攪拌。注意輔助設(shè)備的滅菌。保溫期間，要求罐壓：0.09-0.10MPa；溫度：118-121；時(shí)間：30min。滅菌結(jié)束，立即通入無菌空氣，保證罐內(nèi)壓力后方可冷卻。配制培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)充分考慮培養(yǎng)基滅菌時(shí)的稀釋。（2）簡：升溫階段，保溫階段，冷卻階段。7以化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，說明高溫短時(shí)滅菌可以減少培養(yǎng)基營養(yǎng)成分損失的原因。lg(k2/k1)/lg(k2/k1)=E/E>18 理論滅菌時(shí)間：理論滅菌時(shí)間的計(jì)算t=1/k×lnN0/Nt=2.303/K×lgN0/Nt 式中：N0開始滅菌（t=0）時(shí)原有活菌數(shù)；Nt-經(jīng)時(shí)間t后殘存活菌數(shù)。K滅菌速度常數(shù)（s-1）

8、，也稱反應(yīng)速度常數(shù)或比死亡速度常數(shù)，此常數(shù)的大小與微生物的種類與加熱溫度有關(guān)；t ：表示理論滅菌時(shí)間k=（2.303/t）logNt/N0；比死亡速率常數(shù)K，K值大，表明微生物容易死亡。對數(shù)殘留定律: 微生物的濕熱滅菌過程，其本質(zhì)上就是微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性的過程。因此，可以把滅菌過程看成是蛋白質(zhì)的變性的過程，從這個(gè)意義上講，滅菌過程應(yīng)遵循單分子反應(yīng)的速度理論，那么，則有下列方程：         -dN/dt = k * N式中，N殘存的活菌數(shù)；t滅菌時(shí)間（s）；K滅菌速度常數(shù)（s-1），也稱反應(yīng)速度常數(shù)或比死

9、亡速度常數(shù)，此常數(shù)的大小與微生物的種類與加熱溫度有關(guān)；dN/dt活菌數(shù)瞬時(shí)變化速率，即死亡速率。該方程稱為對數(shù)殘存定律，表示微生物的死亡速率與任一瞬時(shí)殘存的活菌數(shù)成正比。實(shí)消: 實(shí)消，就是分批滅菌，就是將配制好的培養(yǎng)基放入發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進(jìn)行滅菌的操作過程，也稱實(shí)罐滅菌。實(shí)消流程：放罐-清洗-檢修-空消-進(jìn)料-預(yù)熱-實(shí)消-冷卻-接種發(fā)酵 實(shí)消的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、設(shè)備成本低；2、染菌風(fēng)險(xiǎn)低，連續(xù)滅菌過程需要將滅菌發(fā)酵液無菌輸送至無菌發(fā)酵罐； 3、易于人工控制； 4、易于處理含有高比例固體物質(zhì)的培養(yǎng)基。缺點(diǎn)：1、對于培養(yǎng)基的營養(yǎng)成份破壞大； 2、蒸氣用量波

10、動(dòng)大?？障?用蒸汽對單純的生物反應(yīng)器及其附屬設(shè)備滅菌。由于空消時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的死角少，蒸汽的傳熱效率高，對于反應(yīng)器滅菌效果好，通常在較長時(shí)間沒有使用的反應(yīng)器、染菌的反應(yīng)器、更換菌種時(shí)都要進(jìn)行空消。采用培養(yǎng)基連續(xù)滅菌的工藝，需要空消。連消: （連續(xù)滅菌）將配制好的培養(yǎng)基向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時(shí)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻等滅菌操作過程。優(yōu)點(diǎn)：1、 能實(shí)現(xiàn)高溫短時(shí)滅菌，能極大地保持培養(yǎng)基的營養(yǎng)； 2、易于放大；3、易于自動(dòng)化控制；4、減少蒸氣的用量；5、降低蒸氣量的波動(dòng)；6、在一定程度上減少發(fā)酵罐的腐蝕。缺點(diǎn)：1、設(shè)備成本高； 2、染菌風(fēng)險(xiǎn)高； 3、不適合處理含有高比例固體物質(zhì)的培養(yǎng)基。波美度: （

11、76;Bé）表示溶液濃度的一種方法。把波美比重計(jì)浸入所測溶液中，得到的度數(shù)就叫波美度。第四章 思考題1. 能荷：能荷=（ATP+1/2ADP)/(ATP+ADP+AMP)，大小在01之間。定量表示細(xì)胞能量狀態(tài)。糖酵解：葡萄糖或糖原在組織中進(jìn)行類似發(fā)酵的降解反應(yīng)過程。最終形成乳酸或丙酮酸，同時(shí)釋出部分能量，形成ATP供組織利用。TCA循環(huán)：三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle，TCA），Krebs循環(huán)。是用于將乙酰CoA中的乙酰基氧化成二氧化碳和還原當(dāng)量的酶促反應(yīng)的循環(huán)系統(tǒng)。磷酸五糖途徑：HMP磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway）由6-

12、磷酸葡萄糖（G6P）開始，故亦稱為己糖磷酸旁路。在胞漿中進(jìn)行，分兩個(gè)階段。第一階段由G6-P脫氫生成6-磷酸葡糖酸內(nèi)酯開始，然后水解生成6-磷酸葡糖酸，再氧化脫羧生成5-磷酸核酮糖。NADP+是所有上述氧化反應(yīng)中的電子受體。第二階段是5-磷酸核酮糖經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)酮基及轉(zhuǎn)醛基反應(yīng)，經(jīng)過磷酸丁糖、磷酸戊糖及磷酸庚糖等中間代謝物最后生成3-磷酸甘油醛及6-磷酸果糖，后二者還可重新進(jìn)入糖酵解途徑而進(jìn)行代謝。甘油發(fā)酵: 在酒精發(fā)酵中，如果通過依姆登-邁爾霍夫途徑，則中間形成磷酸甘油醛。在正常反應(yīng)中它的氧化是和它前面的反應(yīng)即乙醛的還原有關(guān)。但是通過加入亞硫酸鹽等將后者捕捉，就會(huì)代之以磷酸甘油醛的還原形成磷酸

13、甘油。磷酸甘油經(jīng)脫磷酸而有甘油累積。這種反應(yīng)稱為甘油發(fā)酵。DCA 循環(huán)：乙醛酸循環(huán)，在異檸檬酸裂解酶的催化下，異檸檬酸被直接分解為乙醛酸，乙醛酸又在乙酰輔酶A參與下，由蘋果酸合成酶催化生成蘋果酸，蘋果酸再氧化脫氫生成草酰乙酸的過程。側(cè)系呼吸鏈：NAD(P)H經(jīng)過該呼吸鏈，可以正常傳遞H+,將其氧化成H2O,但并沒有氧化磷酸化生成ATP。酶系強(qiáng)烈需氧，缺氧可使酶不可逆失活。 標(biāo)準(zhǔn)呼吸鏈：能夠正常產(chǎn)生ATP的呼吸鏈。二氧化碳固定化反應(yīng)：通過CO2的固定反應(yīng)來補(bǔ)充草酰乙酸，酶：磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶，蘋果酸酶。二氧化碳在酶的作用下轉(zhuǎn)化為還原性有機(jī)化合物的過程。初級(jí)代謝：一般將微生物從外界吸收

14、各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過程。次級(jí)代謝：在一定的生長時(shí)期（一般是穩(wěn)定生長期），微生物以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體合成的對微生物本身的生命活動(dòng)沒有明確功能的物質(zhì)的過程。分叉中間體：可用來合成初級(jí)代謝產(chǎn)物，又可合成次級(jí)代謝產(chǎn)物，處于代謝分叉點(diǎn)上的物質(zhì)。發(fā)酵逆轉(zhuǎn)：在正常的發(fā)酵過程中，微生物群體從完成了生長型到產(chǎn)物積累型的轉(zhuǎn)變后，大量的產(chǎn)物開始生成，底物源源不斷地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，但是當(dāng)培養(yǎng)基中存在易引起分解代謝阻遏的物質(zhì)時(shí)，菌體可能出現(xiàn)二次生長，微生物群體又回到了生長狀態(tài)的現(xiàn)象。反饋抑制：是指最終產(chǎn)物抑制作用，即在合成過程中有生物合成途徑的終點(diǎn)產(chǎn)物對該途徑的酶的活性調(diào)節(jié)，

15、所引起的抑制作用。阻遏：指基因的表達(dá)轉(zhuǎn)錄階段為特異的調(diào)節(jié)因子（阻遏物）所抑制，使細(xì)胞內(nèi)特定的酶或酶系合成率降低的現(xiàn)象。優(yōu)先合成機(jī)制：在生物合成分支點(diǎn)處，通過酶活性的調(diào)節(jié)，使某種產(chǎn)物優(yōu)先合成。同工酶：催化相同反應(yīng)而分子結(jié)構(gòu)不同的酶。協(xié)同反饋抑制：由兩個(gè)或多個(gè)終產(chǎn)物產(chǎn)生的對一種酶的反饋抑制。在分支代謝途徑中，幾種末端產(chǎn)物同時(shí)都過量，才對特定的酶具有抑制作用。若某一末端產(chǎn)物單獨(dú)過量則無抑制作用營養(yǎng)缺陷型：對某些必需的營養(yǎng)物質(zhì)或生長因子的合成能力出現(xiàn)缺陷的變異菌株或細(xì)胞。必須在基本培養(yǎng)基(如由葡萄糖和無機(jī)鹽組成的培養(yǎng)基)中補(bǔ)加相應(yīng)的營養(yǎng)成分才能正常生長。抗性突變株：是指野生型菌株因發(fā)生基因突變，而產(chǎn)生

16、的對某化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性變異類型。組成型突變株：通過物理、化學(xué)或生物方法，使調(diào)節(jié)基因發(fā)生變異，阻遏蛋白無法合成或合成后無活性，或突變發(fā)生在操縱基因上，最終使誘導(dǎo)作用解除，酶的合成暢通無阻的突變株。分解代謝阻遏：當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)存在多種可供利用的底物時(shí)，分解利用某些底物的酶往往被最容易利用的底物所阻遏。代謝控制發(fā)酵：用人工誘變的方法，有意識(shí)地改變微生物的代謝途徑，最大限度地積累產(chǎn)物。偶聯(lián)：氧化還原反應(yīng)或分解反應(yīng)與磷酸化反應(yīng)相偶聯(lián)。在生物體內(nèi)酶反應(yīng)中可看到放能反應(yīng)的進(jìn)行與由ADP和正磷酸生成ATP（吸能反應(yīng)）相偶聯(lián)。調(diào)節(jié)基因，regulatiopn gene：能產(chǎn)生阻抑物的基因，通過阻抑物

17、與操縱基因的結(jié)合與否來控制操縱基因的關(guān)閉和開啟。P-啟動(dòng)子，Promotor：有與RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)，可識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的核苷酸序列。O-操縱基因，operation gene: 對結(jié)構(gòu)基因起著“開關(guān)”的作用的核苷酸序列，可直接控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。S-結(jié)構(gòu)基因，structure gene: 決定合成某一種蛋白質(zhì)或RNA分子結(jié)構(gòu)相應(yīng)的一段DNA。2.厭氧甘油發(fā)酵和好氧甘油發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)比較。(甘油厭氧發(fā)酵的缺點(diǎn)：   a.菌體死亡率較高，堿性條件；無能量產(chǎn)生；b.轉(zhuǎn)化率較低，按照上述能量平衡計(jì)算，糖與甘油的轉(zhuǎn)化率不可能超過50%，加上酵母增殖需要消耗一部分糖，發(fā)酵

18、液中殘留一部分糖，實(shí)際轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)低于50%。這一轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致了厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甘油的成本較高。好氧發(fā)酵： 優(yōu)點(diǎn)：在適當(dāng)（或者說有限的好氧）好氧的條件下，酵母細(xì)胞進(jìn)行有限的好氧呼吸，糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸可以通過TCA循環(huán)來增加其產(chǎn)能水平，一方面減少3磷酸甘油醛向乙醛方向進(jìn)行，增加底物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的比例；另一方面，增加了細(xì)胞能量水平，減少了細(xì)胞的死亡率，有利于提高發(fā)酵的速率，縮短發(fā)酵周期。 缺點(diǎn)：這種有限的好氧發(fā)酵，使得丙酮酸進(jìn)行TCA循環(huán)的同時(shí)，也增加了TCA循環(huán)過程中的許多中間性產(chǎn)物的產(chǎn)生，這對于甘油的提取帶來了不利的影響）3.檸檬酸發(fā)酵過程中有哪幾個(gè)控制要點(diǎn)，如何控制？（1）EMP

19、暢通無阻：控制Mn+ NH4+濃度，解除檸檬酸對PFK的抑制?？刂迫苎?，防止側(cè)系呼吸鏈?zhǔn)Щ?#160;（2）強(qiáng)化CO2固定反應(yīng)生成C4二羧酸：添加輔酶生物素。  （3）檸檬酸后述的酶的酶活性喪失或很低: 控制培養(yǎng)基中的Fe2+的濃度4.說明檸檬酸發(fā)酵過程中氧的重要性。(檸檬酸產(chǎn)生菌體內(nèi)側(cè)系呼吸鏈中的酶系強(qiáng)烈需氧，如果在檸檬酸的發(fā)酵過程中，發(fā)酵液的溶氧濃度在很低的水平維持一段時(shí)間，或者在這期間中斷供氧一段時(shí)間（20分鐘，根據(jù)處理情況如：緊急保壓等）則這一側(cè)系呼吸鏈不可逆的失活，其結(jié)果是菌體不再產(chǎn)酸，而是產(chǎn)生了大量的菌體。因?yàn)?，?biāo)準(zhǔn)呼吸鏈的存在使得菌體在代謝過程中產(chǎn)生了大量的A

20、TP，用于菌體自身的生長上，即只長菌不產(chǎn)酸 ，大量的葡萄糖被消耗了，卻沒有生產(chǎn)出檸檬酸，生產(chǎn)失敗。)5.簡述二氧化碳固定反應(yīng)對于提高檸檬酸產(chǎn)率的意義。（葡萄糖經(jīng)過EMP途經(jīng)生成丙酮酸后，丙酮酸在丙酮酸脫羧酶的作用下生成了乙酰輔酶A(CH3CO-CoA)，則合成一分子檸檬酸需要3分子的CH3CO-CoA，也就是需要1.5分子的葡萄糖；如果其中一分子的丙酮酸通過CO2固定反應(yīng)生成一分子的C4二羧酸，那么合成一分子的檸檬酸需要1分子的葡萄糖，產(chǎn)率得以提高。）6.比較細(xì)菌發(fā)酵和酵母發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)。（優(yōu)點(diǎn)：（1）菌體體積較小，相對增殖所用的底物較少，產(chǎn)率高。 （2）細(xì)菌的繁殖速度快，在

21、合適的生長條件下，其繁殖速度只有幾分鐘，而酵母的增殖速度最少在一個(gè)小時(shí)以上，這就為細(xì)菌發(fā)酵縮短發(fā)酵周期創(chuàng)造了條件。 （3）細(xì)菌的細(xì)胞膜的通透性易于調(diào)節(jié)，對于胞外產(chǎn)品，可以通過其細(xì)胞膜的通透性控制來促進(jìn)產(chǎn)物的分泌，例如，GA的發(fā)酵；對于胞內(nèi)產(chǎn)物，其細(xì)胞壁比酵母的細(xì)胞壁易于破碎。 缺點(diǎn)：（1）細(xì)菌菌體較小，當(dāng)需要從發(fā)酵液中把菌體分離出來（有利于產(chǎn)物的結(jié)晶提出，或產(chǎn)物就是菌體或菌體內(nèi)的胞內(nèi)物），細(xì)菌比酵母菌難以分離。（2）細(xì)菌發(fā)酵過程中的無菌程度要求非常嚴(yán)格，發(fā)酵過程中大部分的細(xì)菌對于溶氧的要求也很高，這就增加了細(xì)菌發(fā)酵的生產(chǎn)成本。（3）細(xì)菌發(fā)酵易感染噬菌體。 

22、0; 7.寫出大腸桿菌中Lys代謝途徑，說明利用大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)Lys的菌種特性和控制要點(diǎn)。大腸桿菌賴氨酸代謝特點(diǎn)：關(guān)鍵酶是天冬氨酸激酶是一個(gè)同功酶，分別受三個(gè)代謝產(chǎn)物（Lys、Met和Thr）的抑制，只有當(dāng)這三個(gè)代謝產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)，Asp激酶的活性才能完全被抑制。 控制要點(diǎn)：要使菌體合成并積累Lys，可以選育Hos-，這樣的話，既可以解除天冬氨酸的代謝支路，使代謝流向Lys的方向進(jìn)行，提高了從底物葡萄糖到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率；更重要的是由于Hos-，使得代謝過程中不可能產(chǎn)生過量的Met、Thr，盡管產(chǎn)生了大量的Lys，Lys可以抑制關(guān)鍵酶天冬氨酸激酶1，但是天冬氨酸激酶2、3的活

23、性由于Met、Thr的限量，并沒有受到抑制，也就是說，天冬氨酸半醛，仍可以大量的生成，這就保證了Lys的生物合成途徑的暢通無阻。 8.寫出黃色短桿菌中Lys代謝途徑，說明利用大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)Lys的菌種特性和控制要點(diǎn)。特點(diǎn)：（1）天冬氨酸激酶（AK），在黃色短桿菌中是一個(gè)變構(gòu)酶，并有兩個(gè)活性中心，分別受Lys、Thr的協(xié)同反饋抑制。 （2）黃色短桿菌中，存在兩個(gè)分支點(diǎn)的優(yōu)先合成機(jī)制，即優(yōu)先合成Hos，然后再優(yōu)先合成Met，當(dāng)Met過量時(shí)，阻遏：催化Hos琥珀酰高絲氨酸所需要的酶的合成（即琥珀酰高絲氨酸合成酶），使代謝流向合成Thr的方向進(jìn)行，當(dāng)Thr過量時(shí)，反饋抑制：Asp

24、-半醛Hos所需要的酶的的活性（即高絲氨酸脫氫酶），使代謝流向Lys的合成。 控制要點(diǎn)：根據(jù)以上代謝特點(diǎn)，利用黃色短桿菌生產(chǎn)Lys，需要選用Hos-，盡管，從理論上講，選育Hos-進(jìn)行賴氨酸發(fā)酵，如果在其培養(yǎng)基中限量供給Thr，則AK酶的活性不會(huì)受到Lys的反饋抑制，實(shí)際上Lys對AK酶的活性存在一定的抑制作用。因此，對于黃色短桿菌的Lys發(fā)酵，僅僅選育Hos-是不夠的，但是為了高效率的轉(zhuǎn)化Lys，可以選育結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株：S-L-半胱氨酸抗性突變株AECr-甲基賴氨酸抗性突變株MLrL-賴氨酸氧肟酸鹽抗性突變株LysHxr蘇氨酸氧肟酸鹽抗性突ThrHxr使用黃色短桿菌進(jìn)行賴氨酸

25、的發(fā)酵，還可以選育具有雙重標(biāo)記的營養(yǎng)缺陷型突變株（Met- + Thr-）,其本質(zhì)上和Hos-是一樣的，但雙重標(biāo)記的營養(yǎng)缺陷型突變株的優(yōu)點(diǎn)是：遺傳性質(zhì)穩(wěn)定，恢復(fù)突變的幾率少。Glucose丙酮酸草酰乙酸Asp (AK)天冬氨酸磷酸天冬氨酸-半醛二氫吡啶羧酸Lys高絲氨酸o-琥珀酰高絲氨酸o-磷酸高絲氨酸ThrEMPMot9谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)過程中，主要出現(xiàn)哪些異常現(xiàn)象？其危害是什么？產(chǎn)生的原因是什么？如何處理？（1）初期PH下降（菌體生長緩慢）：初脲不夠。應(yīng)提前酌情流加;跑尿出現(xiàn)，可能是因?yàn)闇囟冗^高，尿素形成雙縮脲?；蚺囵B(yǎng)液中的NH4+分解成NH3跑出?；騈H4+被結(jié)合成其他物

26、質(zhì)；培養(yǎng)基中磷酸鹽濃度過高，代謝平衡打破，酸性產(chǎn)物積累；供氧不足?？赡苁且?yàn)橥L(fēng)不足，泡沫塞住尾氣管，壓強(qiáng)升高，使進(jìn)氣管的空氣流速下降?；驍嚢杵鬓D(zhuǎn)速較低，KLa較小，特別是當(dāng)菌體處在對數(shù)生長期時(shí)?；虬l(fā)酵罐壓力過低?；虬l(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如擋板結(jié)構(gòu)，攪拌槳T/D值，兩檔的距離。（2）接種后菌體生長不良，OD值偏低，耗糖速度慢。（使發(fā)酵周期變長，菌體活力低，糖酸轉(zhuǎn)化率偏低）：菌體感染Phage；培養(yǎng)基缺VH, 缺磷酸鹽，或存在抑制性物質(zhì)如淀粉水解產(chǎn)生：龍膽二塘，5·-羥甲基糠醛?；驕缇鷷r(shí)尿素變成雙縮脲；通風(fēng)量過大，氧氣溶解水平反而不高，菌體耗糖速度低（能荷）；菌種不良，種子衰老或接種

27、溫度過高，菌體被燙死；前期通風(fēng)少，PH偏小，累積酸性代謝物，不利菌體生長。（3）中后期，OD值上升，耗糖快，產(chǎn)酸低（只長菌不產(chǎn)酸）：VH（玉米漿）過高，生長型到產(chǎn)物型轉(zhuǎn)變不利，應(yīng)維持亞適量；可能是感染雜菌（鏡檢可初步判斷）。（4）中后期，耗糖快，產(chǎn)酸低或不產(chǎn)酸：感染雜菌；供氧不足，酸產(chǎn)物積累；VH過高，磷酸鹽過高。（5）泡沫太多因此發(fā)酵罐裝液量在 70以下，酶制劑在50（影響傳熱，易跑液染菌，損失發(fā)酵液等：淀粉質(zhì)量差，雜質(zhì)多（Pr）；糖化不完全，糖化液含有糊精（泡沫穩(wěn)定劑）：酶劑添加量不合理或PH調(diào)節(jié)不合理；糖化工藝不合理，形成的復(fù)合物（焦糖，美拉德反應(yīng)物）多；感染雜菌，雜菌生長速度快，產(chǎn)生的

28、大量CO2與其他物質(zhì)形成復(fù)合物；感染Phage，菌體破裂，Pr等物質(zhì)釋放；消泡劑選擇不合理或用量過少。（6）菌體產(chǎn)酸后，GA產(chǎn)量又下降：PH過高，GLn合成酶活性加強(qiáng)，使GA+NH4+>谷氨酰胺 的反應(yīng)右移，谷氨酰胺的存在不利于GA的沉淀分離；感染雜菌，GA被作為C源、N源分解利用。（7）GA濃度急劇增加（在分離提純時(shí)，雜質(zhì)多，等電點(diǎn)法，離心法難以結(jié)晶）：感染phage,菌體裂解。 PI=3.22，冷凍沉淀 離子交換柱。10.說明微生物細(xì)胞內(nèi)NH+4參與分解與合成代謝的途徑。在抗生物的發(fā)酵過程中，培養(yǎng)基中如果存在容易被利用的無機(jī)氨態(tài)氮，例如：（NH4）2SO4、NH4CL等，或其他可以被

29、迅速利用的氮源，則對抗生素的合成有強(qiáng)烈的抑制作用；NH4+可以強(qiáng)烈的刺激菌體的生長，進(jìn)而影響了菌體從生長型到產(chǎn)物積累性的轉(zhuǎn)變，影響了抗生素的生物合成。發(fā)酵中期當(dāng)微生物群體進(jìn)入產(chǎn)物合成期時(shí)，如果向發(fā)酵液中流加氮源，則可以造成發(fā)酵逆轉(zhuǎn)。11.寫出谷氨酸發(fā)酵的最理想途徑，說明CO2固定化反應(yīng)的重要性。GlucoseEMP丙酮酸丙酮酸CO2CO2乙酰輔酶AC4二羧酸草酰乙酸草酰乙酸羧化酶蘋果酸蘋果酸激酶檸檬酸DCA循環(huán)封閉谷氨酸+體系不存在CO2固定反應(yīng)： 3/2 C6H12O6 + NH4+  =  C5H9O4 

30、60;+ 4 CO2 產(chǎn)率：147 /（180*3/2） =  54.4% 體系存在CO2固定反應(yīng)： C6H12O6   +   NH4+  =  C5H9O4  +  CO2 產(chǎn)率：147 / 180 = 81.7% 可見，在GA的生物合成過程中，CO2固定反應(yīng)對于產(chǎn)率的提高有著多么重要的作用。12.谷氨酸

31、產(chǎn)生菌之所以能夠合成、積累并分泌大量的GA，其菌種內(nèi)在的原因有哪些？ KGA脫氫酶酶活性微弱或喪失。 這是菌體生成并積累KGA的關(guān)鍵，KGA是菌體進(jìn)行TCA循環(huán)的中間性產(chǎn)物，很快在KGA脫氫酶的作用下氧化脫羧生成琥珀酸輔酶A，在正常的微生物體內(nèi)他的濃度很低，也就是說，由KGA進(jìn)行還原氨基化生成GA的可能性很少。只有當(dāng)體內(nèi)KGA脫氫酶活性很低時(shí)，TCA循環(huán)才能夠停止，KGA才得以積累。  GA產(chǎn)生菌體內(nèi)的NADPH的再氧化能力欠缺或喪失。（1）NADPH是KGA還原氨基化生成GA必須物質(zhì)，而且該還原氨基化所需要的NADPH是與檸檬酸氧化脫羧相偶聯(lián)的。（2）由于NADPH的在氧

32、化能力欠缺或喪失，使得體內(nèi)的NADPH有一定的積累，NADPH對于抑制KGA的脫羧氧化有一定的意義。  產(chǎn)生菌體內(nèi)必須有乙醛酸循環(huán)（DCA）的關(guān)鍵酶異檸檬酸裂解酶。該酶是一種調(diào)節(jié)酶，或稱為別構(gòu)酶，其活性可以通過某種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過該酶酶活性的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)DCA循環(huán)的封閉，DCA 循環(huán)的封閉是實(shí)現(xiàn)GA 發(fā)酵的首要條件。  菌體有強(qiáng)烈的L谷氨酸脫氫酶活性。KGA + NH4+NADPH = GA + NADP   L谷氨酸脫氫酶，實(shí)質(zhì)上GA產(chǎn)生菌體內(nèi)該酶的酶活性都很強(qiáng)，

33、該反應(yīng)的關(guān)鍵是與異檸檬酸脫羧氧化相偶聯(lián)13.谷氨酸產(chǎn)生菌之所以能夠在10%以上的葡萄糖培養(yǎng)基上，生產(chǎn)大量的GA,除了上述谷氨酸產(chǎn)生菌的內(nèi)在本質(zhì)外，其需要的外在條件有什么？ 供氧濃度。 過量：NADPH的再氧化能力會(huì)加強(qiáng)，使KGA的還原氨基化受到影響，不利于GA 的生成。 供氧不足：積累大量的乳酸，使發(fā)酵液的pH值下降，不利于GA的產(chǎn)生，同時(shí)，一部分葡萄糖轉(zhuǎn)成了乳酸，影響了糖酸轉(zhuǎn)化率，降低了產(chǎn)物的提出率。  NH4+濃度。 （1）影響到發(fā)酵液的pH值（2）與產(chǎn)物的形成有關(guān)：過低，不利于KGA的還原氨基化 過高，產(chǎn)生固安酰胺 &

34、#160; NH4+的供給方式：（1）液氨  （2）流加尿素 磷酸鹽過量。 （1）促進(jìn)EMP途徑，打破EMP與TCA之間的平衡，積累丙酮酸，產(chǎn)生乳酸等（2）產(chǎn)生并積累Val。Val可以抑制 葡萄糖>丙酮酸，使GA的生物合成受到阻止消耗了丙酮酸，降低了糖酸轉(zhuǎn)化率發(fā)酵液中的Val存在，嚴(yán)重的影響GA的結(jié)晶、提出。14.谷氨酸發(fā)酵過程中，生物素（VH）作用表現(xiàn)在那幾個(gè)方面？（1）生物素對糖代謝的影響生物素對于糖酵解有促進(jìn)作用，對丙酮酸的有氧氧化乙酰輔酶A的生成 也有促進(jìn)作用，但兩者的促進(jìn)作用不一樣，對前者大一些，這樣培養(yǎng)基中如果有較豐富的VH，就會(huì)打破糖

35、酵解與丙酮酸氧化之間的平衡，導(dǎo)致丙酮酸的積累，丙酮酸積累則可能導(dǎo)致乳酸的形成，乳酸聲稱，則使得碳源利用率降低，而且?guī)淼氖前l(fā)酵液的pH值下降。可以通過控制生物素的濃度，以實(shí)現(xiàn)對于乙醛酸循環(huán)的封閉。 （2）生物素對氮代謝的影響 當(dāng)VH缺乏時(shí)，異檸檬酸裂解酶的活性減弱，那么相反，當(dāng)VH豐富時(shí)，異檸檬酸裂解酶的活性必然加強(qiáng)，則DCA 循環(huán)正常進(jìn)行，DCA循環(huán)的進(jìn)行，一方面提供了大量的“中間性產(chǎn)物”，另一方面，菌體的能和水平得到提高。前者是菌體增殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，后者則是菌體增殖的能量的保證。這樣的結(jié)果是，有利于菌體的增殖和生長，則GA的生物合成就會(huì)受到影響，甚至停止，這在生

36、產(chǎn)上，就是通常我們說的“只長菌，不產(chǎn)酸”的現(xiàn)象。以上分析說明，GA發(fā)酵過程中，前期，菌體的增殖期，一定的量的生物素是菌體增殖所必需的；而在產(chǎn)物合成期，則要限制生物素的濃度，以保證產(chǎn)物的正常合成。（3） 生物素對菌體細(xì)胞膜通透性的影響 細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié)對于GA 發(fā)酵時(shí)非常重要的，正如前述，當(dāng)菌體進(jìn)入產(chǎn)物合成期時(shí)，開始有GA的產(chǎn)生，這是如果能夠大量的把產(chǎn)物及時(shí)的排泄到細(xì)胞膜外，可以解除GA對L谷氨酸脫氫酶活性的抑制作用，從而使現(xiàn)由Glucose到GA的高效率轉(zhuǎn)化，物素對細(xì)胞膜合成的影響主要是通過對細(xì)胞膜的主要成分磷脂中的脂肪酸的生物合成來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)限制了菌體脂肪酸的

37、合成時(shí)，細(xì)胞就會(huì)形成一個(gè)細(xì)胞膜不完整的菌體。其中，將乙酰輔酶A羧化生成丙二酰輔酶A的酶是乙酰輔酶A羧化酶，該酶的輔酶是VH，VH在此反應(yīng)過程中起到傳遞CO2的作用。當(dāng)培養(yǎng)基中VH的濃度較低時(shí)，細(xì)胞膜的合成就會(huì)受影響。15.生物素（VH）如何封閉乙醛酸循環(huán)的？DCA循環(huán)的關(guān)鍵酶是異檸檬酸裂解酶，受以下幾個(gè)因素的影響：為醋酸誘導(dǎo)受琥珀酸的阻遏，其活性受琥珀酸的抑制。當(dāng)VH缺乏時(shí)：（1）丙酮酸的有氧氧化就會(huì)減弱(由于VH對TCA循環(huán)的促進(jìn)作用)，則：乙酰輔酶A的生成量就會(huì)少，醋酸濃度降低，它的誘導(dǎo)作用降低。（2）VH對TCA循環(huán)的促進(jìn)作用的降低，使得其中間產(chǎn)物琥珀酸的氧化速度降低，其濃度得到積累，這

38、樣它的阻遏和抑制作用加強(qiáng)。兩者綜合的作用使得，異檸檬酸裂解酶的活性喪失，DCA循環(huán)得到封閉。16.微生物群體當(dāng)實(shí)現(xiàn)從生長型到產(chǎn)物積累性的轉(zhuǎn)變后，從外觀上通常會(huì)有哪些變化？這些變化的本質(zhì)是由什么引起的？慶大霉素的發(fā)酵（放線菌）在菌體的增殖期，菌絲體細(xì)長，而進(jìn)入慶大霉素的合成期，菌絲體變得粗短；地衣芽孢桿菌由原來生長期的粗短型轉(zhuǎn)變成細(xì)長。這與同樣是細(xì)菌發(fā)酵的谷氨酸發(fā)酵不同，后者當(dāng)菌體從生長型轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物積累型后，其形態(tài)由細(xì)長變?yōu)榇侄獭?#160;外觀：菌體停止生長但形態(tài)發(fā)生變化，一般變得粗短，OD值變大。本質(zhì)：某些營養(yǎng)成分成為限制性因子17.細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié)方式都有那幾種？調(diào)節(jié)的意義是什么？（1）

39、改變細(xì)胞膜的組成與結(jié)構(gòu)，使之成為不完整的膜。破壞細(xì)胞壁的合成，細(xì)胞膜由于缺少壁的機(jī)械保護(hù)作用可以改變其滲透性。通透性酶活性的調(diào)節(jié)與控制，以有利于提高M(jìn)的代謝產(chǎn)物的過量生產(chǎn)。（2）過量排出產(chǎn)物，解除產(chǎn)物對酶系的抑制作用，進(jìn)而提高底物轉(zhuǎn)化率。18. 簡述磷酸鹽在抗生素發(fā)酵過程中的調(diào)節(jié)作用。  磷酸鹽對抗生素發(fā)酵的影響具有雙重性，主要表現(xiàn)在： （1）高濃度的磷酸鹽對抗生素的生物合成具有抑制和阻遏作用 抑制或阻遏抗生素合成途經(jīng)中的某些關(guān)鍵酶。已有許多研究證明：當(dāng)磷酸鹽的濃度10mmol/L時(shí)，菌體內(nèi)與抗生素合成有關(guān)的酶的活性將受到抑制。高濃度的磷酸鹽可以改變菌體

40、的代謝途徑。 高濃度的磷酸鹽改變MEP，HMP，不利于HMP的進(jìn)行，當(dāng)然也不利于以HMP途經(jīng)中的中間產(chǎn)為前提的次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成。 （2）磷酸鹽濃度低時(shí)，菌體生長速度緩慢，生長量（菌體濃度）也不夠，不利于抗生素的生物合成。19. 從能荷的角度解釋檸檬酸發(fā)酵過程中，“只長菌，不產(chǎn)酸”的原因。 菌體要大量合成檸檬酸，從葡萄糖經(jīng)過EMP到檸檬酸整個(gè)代謝途徑需要暢通，在這個(gè)過程中，有一步反應(yīng)：丙酮酸氧化脫羧，每分子丙酮酸可產(chǎn)生一分子的NADH，在有氧的條件下，每分子的NADH經(jīng)過呼吸鏈徹底氧化成H2O，并氧化磷酸化產(chǎn)生3分子的ATP，造成了微生物體內(nèi)能荷的增加，能荷增

41、加則抑制PFK等關(guān)鍵酶的酶活性，使得從葡萄糖到檸檬酸的代謝停止。如果NADH（還原型）不能夠快速的被氧化轉(zhuǎn)變成NAD（氧化型），則整個(gè)反應(yīng)就會(huì)因?yàn)槿狈ψ鳛橥苿?dòng)力的氧化型的NAD而停止，仍然不能夠合成檸檬酸。而實(shí)際上，檸檬酸產(chǎn)生菌可以在有氧的條件下大量生成檸檬酸，即NADH即被氧化了，又沒有產(chǎn)生ATP。該菌體內(nèi)存在一條側(cè)系呼吸鏈，NAD(P)H經(jīng)過該呼吸鏈，可以正常的傳遞H+，將其氧化為H2O，但是并沒有氧化磷酸化生成ATP，該側(cè)系呼吸鏈中的酶系強(qiáng)烈需氧，如果在檸檬酸的發(fā)酵過程中，發(fā)酵液的溶氧濃度在很低的水平維持一段時(shí)間，或者在這期間中斷供氧一段時(shí)間（20分鐘，根據(jù)處理情況如：緊急保壓等）則這一

42、側(cè)系呼吸鏈不可逆的失活，其結(jié)果是菌體不再產(chǎn)酸，而是產(chǎn)生了大量的菌體，因?yàn)?，?biāo)準(zhǔn)呼吸鏈的存在使得菌體在代謝過程中產(chǎn)生了大量的ATP，用于菌體自身的生長上，這種現(xiàn)象，在生產(chǎn)上通常稱之為：只長菌不產(chǎn)酸 。第五章 思考題1. 發(fā)酵熱: 發(fā)酵過程中，由于菌體對培養(yǎng)基利用而發(fā)生的生物反應(yīng)及攪拌時(shí)產(chǎn)生的摩擦等等，都會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。同時(shí)罐壁的散熱、水分的蒸發(fā)等也帶走了一部分熱量，發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量稱為發(fā)酵熱。Q發(fā)酵熱 = Q生物熱 + Q攪拌熱 + Q蒸發(fā)熱 + Q輻謝熱生物熱: 微生物在生長過程中，由于培養(yǎng)基

43、中的營養(yǎng)性物質(zhì)：糖、蛋白質(zhì)、脂肪等被氧化，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量一部分用于合成高能物質(zhì)（ATPGTP）等，這些高能物質(zhì)用于菌體自身的生長、繁殖上；剩余的另一部分，則以熱的形式散發(fā)出來，其表現(xiàn)在外觀上，就是使培養(yǎng)基的溫度升高，這一部分熱量稱之為生物熱。生長相關(guān)性發(fā)酵: 產(chǎn)物生成速率與細(xì)胞生長速率有緊密聯(lián)系，合成的產(chǎn)物通常是分解代謝的直接產(chǎn)物?；旌仙L相關(guān)性發(fā)酵: 生長與產(chǎn)物生成相關(guān)(如乳酸、檸檬酸、谷氨酸等的發(fā)酵)。非生長相關(guān)性發(fā)酵: 在生長和產(chǎn)物無關(guān)聯(lián)的發(fā)酵模式中，細(xì)胞生長時(shí)，無產(chǎn)物，但細(xì)胞停止生長后，則有大量產(chǎn)物積累，產(chǎn)物的形成速率只與細(xì)胞積累量有關(guān)。微生物的比生長速率: 以單位細(xì)胞濃

44、度為基準(zhǔn)的細(xì)胞生長速率。=r/c   r：細(xì)胞生長絕對速率   c：細(xì)胞濃度攪拌軸功率: 攪拌器輸入攪拌流體的功率，即用以克服流體阻力所需用的功率。氧傳遞動(dòng)力學(xué)方程: dc/dt = kLa×(c* - c)  也可以寫成以（P*-P）為推動(dòng)力的氧傳遞方程式：dc/dt = kLa×（P*-P）  式中：dc/dt溶氧速率，mol/m3.h  kLa體積溶氧系數(shù)，1/h  c*

45、與氣相中氧的分壓呈平衡的液相中的氧的濃度，也就是一定體系下的液相中的最大的溶氧濃度，mol/ m3 c液相中氧的實(shí)際濃度，mol/ m3 氧傳遞的雙膜理論: 溶氧過程存在一個(gè)界面，這個(gè)界面的厚度可以忽略不計(jì)。在這個(gè)界面上，氣相中氧的分壓與溶于液相中氧的濃度呈平衡關(guān)系，既Pi與Ci呈平衡關(guān)系，符合亨利定律：Ci=K*Pi。 傳質(zhì)過程是一個(gè)穩(wěn)定的過程，各點(diǎn)氧的濃度不是時(shí)間的函數(shù)。 氣膜、液膜都以層流狀態(tài)存在。泡沫: 泡沫是指氣體分散在少量液體中的一種體系。在這個(gè)體系中，分散相是氣體 連續(xù)相是液體?；瘜W(xué)消泡: 向發(fā)酵液中流加一定量

46、的消泡劑，利用消泡劑的特殊性質(zhì)消除掉泡沫的方法。 機(jī)械消泡：一種物理消泡方法，靠機(jī)械強(qiáng)烈震動(dòng)，壓力的變化促使氣泡破裂或借機(jī)械力將排出氣體中的液體加以分離回收。2.計(jì)算酵母菌在厭氧條件下代謝葡萄糖的發(fā)酵熱？計(jì)算在好氧條件下的發(fā)酵熱？兩者比較說明什么？ 在有氧的的條件下Glucose經(jīng)過MEP途經(jīng)生成丙酮酸，丙酮酸進(jìn)TCA循環(huán)被氧化成CO2和H2O，并有38分子的ATP生成，總反應(yīng)式如下：   C6H12O6 + 38ADP + 38Pi = 38ATP  + 

47、;6H2O + 6CO2 + Q生物熱  -10×38×4.18KJ/mol  根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的基本原理，對于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，可以看成是一個(gè)平衡過程，則有下式： O生物熱 = O可逆 = TS = H - G = -674-(-380) = - 294kcol/mol 式中：H為反應(yīng)的焓差，可以計(jì)算如下：    

48、  H = HG,C298 - HCO2,C298 - HH2O,C298       HG,C298葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，-674×4.18KJ/mol HCO2,C298，HH2O,C298 分別表示CO2和H2O的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱0.  G 為反應(yīng)的焓差，即自由能，其值為 -10×38×4.18KJ/mol 則： O生物熱 =&#

49、160;-294kcol/mol = - 294×4.18KJ/mol 這就意味著，酵母菌在有氧的條件下，每氧化1mol的葡萄糖則可以產(chǎn)生： - 294×4.18KJ/mol，用于使發(fā)酵液的溫度升高。 （2）酵母菌在無氧的條件下     Glucose經(jīng)過MEP途徑生成2分子的丙酮酸，在無氧的條件下完全氧化生成乙醇、CO2。   C6H12O6 + 2ADP + 2Pi =&#

50、160;2ATP  +  2 C2H5OH+  2CO2 + Q生物熱  -10×2×4.18KJ/mol 同樣，有下列方程： Q生物熱 = Q可逆 = TS = H-G  =-674 - 2(-315 ) = - 20kcol/mol 式中：H為反應(yīng)的焓差，可以計(jì)算如下： H 

51、= HG,C298 - HCO2,C298 - HH2O,C298 - H C2H5OH,C298           HG,C298葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，-674×4.18KJ/mol           H C2H5OH,C298乙醇的標(biāo)準(zhǔn)然熱，-315×4.18KJ

52、/mol     HCO2,C298，HH2O,C298 分別表示CO2和H2O的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，0     G 為反應(yīng)的焓差，即自由能，其值為 -10×2×4.18KJ/mol 則： O生物熱 = -20kcol/mol = - 20×4.18KJ/mol 這就意味著，酵母菌在無氧的條件下，每氧化1mol的葡萄糖則可以產(chǎn)生： - 20×4.18KJ/mol，用于使發(fā)酵液的溫度升高。 以上計(jì)算表明：有氧代謝和無氧代謝，其生物熱差別是很大的。這一計(jì)算結(jié)果本質(zhì)上是由于在不同的代謝條