微生物工程期末試題

PAGE微生物工程試卷一、填空題：影響發(fā)酵的因素主要有：溫度、PH、溶氧量、泡沫高度。發(fā)酵過(guò)程中補(bǔ)料通常補(bǔ)充：碳源、氮源、微量元素和無(wú)機(jī)鹽。常見(jiàn)的過(guò)濾設(shè)備有：板框過(guò)濾機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)等。小型發(fā)酵罐的采用夾套加熱和冷卻，大型發(fā)酵罐的采用蛇形管加熱和冷卻。微生物生長(zhǎng)曲線(xiàn)包括延滯期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、穩(wěn)定期、衰亡期。下游加工過(guò)程常用分離設(shè)備有：過(guò)濾設(shè)備、離心分離設(shè)備、膜分離設(shè)備。發(fā)酵模型有：第Ⅰ型、第Ⅱ型、第Ⅲ型。二、名詞解釋?zhuān)喊l(fā)酵工程：給微生物提供最適宜的生長(zhǎng)條件，利用微生物的某種特定功能，通過(guò)現(xiàn)代化技術(shù)手段生產(chǎn)出人類(lèi)需要的產(chǎn)品的工程?；瘜W(xué)消泡：向發(fā)酵液中添加一定量的消泡劑，利用消泡劑的特殊性質(zhì)消除泡沫的方法。雙水相體系：當(dāng)兩種聚合物、一種聚合物與一種親液鹽或是兩種鹽(一種是離散鹽且另一種是親液鹽)在適當(dāng)?shù)臐舛然蚴窃谝粋€(gè)特定的溫度下相混合在一起時(shí)就形成了雙水相系統(tǒng)。發(fā)酵周期：在發(fā)酵過(guò)程中，上一次投料發(fā)酵開(kāi)始時(shí)到下一次投料之前的時(shí)間段。Ⅰ型發(fā)酵模型（發(fā)酵類(lèi)型）：又稱(chēng)生長(zhǎng)產(chǎn)物合成偶聯(lián)型，即產(chǎn)物的合成與碳源的利用完全相關(guān)的曲線(xiàn)。機(jī)械消泡：利用物理作用，靠機(jī)械的強(qiáng)烈振動(dòng)或壓力的變化促使泡沫破碎的方法。雙節(jié)線(xiàn)：在雙水相體系的相圖中，可以把均勻區(qū)域和兩相區(qū)域分隔開(kāi)來(lái)的曲線(xiàn)稱(chēng)作雙節(jié)線(xiàn)。絮凝：在高分子絮凝劑存在下，基于架橋作用，使細(xì)胞、膠粒等聚集成粗大的絮凝團(tuán)的過(guò)程。萃?。豪梦镔|(zhì)在兩種互不相容的溶劑中的溶解度不同，將物質(zhì)從一種溶劑里提取到另一種溶劑里使溶質(zhì)和溶劑分離的方法。補(bǔ)料：在發(fā)酵過(guò)程中，當(dāng)發(fā)酵罐中基質(zhì)不足時(shí)，需要添加一定量的基質(zhì)于發(fā)酵罐中，而添加基質(zhì)的過(guò)程被稱(chēng)為補(bǔ)料。三、簡(jiǎn)答題解釋溫度對(duì)發(fā)酵的影響，并從理論上分析在中試（發(fā)酵罐體積小于2m3）及工業(yè)化生產(chǎn)（發(fā)酵罐體積大于10m3）中，如何控溫P97影響：微生物生長(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度、產(chǎn)物的生成率，從而影響發(fā)酵產(chǎn)物的形成（①.隨著溫度的上升，細(xì)胞中依靠酶的生物化學(xué)反應(yīng)速率加快，導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)速度加快。②.組成細(xì)胞的物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核酸等都對(duì)溫度較敏感，隨著溫度的升高，這些物質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)受到破壞，使得依靠酶的化學(xué)反應(yīng)失活，從而引起微生物生長(zhǎng)的抑制，甚至死亡。）控溫：工業(yè)上使用大體積發(fā)酵罐的發(fā)酵過(guò)程，一般不需要加熱，因?yàn)獒尫诺陌l(fā)酵熱常常超過(guò)微生物的最適溫度，所以需要冷卻的情況較多。通常是利用發(fā)酵罐的熱交換裝置進(jìn)行降溫，如果氣溫較高，冷卻水的溫度也較高時(shí)，多采用冷鹽水進(jìn)行降溫。發(fā)酵過(guò)程中泡沫產(chǎn)生的原因是什么？泡沫對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響及其如何消泡？P127發(fā)酵液泡沫產(chǎn)生原因：在通氣過(guò)程中，伴隨機(jī)械攪拌、空氣被分成細(xì)小的氣泡，這些氣泡升到發(fā)酵液面形成泡沫。發(fā)酵液內(nèi)部的微生物在進(jìn)行發(fā)酵活動(dòng)時(shí)，往往產(chǎn)生一些氣體，如CO2，這些代謝氣體凝結(jié)形成氣泡，冒出到發(fā)酵液面，成為發(fā)酵泡沫，菌體代謝越旺盛，這部分泡沫的產(chǎn)生量越多。影響：過(guò)多的泡沫形成，若不加以控制，會(huì)引起逃液，造成損失。增加了雜菌污染的機(jī)會(huì)，使部分菌體粘附到罐頂或罐壁上，不能再回到發(fā)酵液中，使發(fā)酵液中的菌體量減少。泡沫中的代謝氣體不容易被帶走，從而使菌體的生活環(huán)境發(fā)生了改變，妨礙了菌體的呼吸，造成了代謝異常，導(dǎo)致菌體提前自溶，菌體自溶會(huì)促使更多的泡沫形成。減少設(shè)備利用率。消泡的基本方法：化學(xué)消泡、機(jī)械消泡。其中機(jī)械消泡法有多種，一種是罐內(nèi)消泡：在發(fā)酵罐內(nèi)將泡沫消除；另一種是罐外消泡：將泡沫引出發(fā)酵罐外，泡沫消除后，液體再返回發(fā)酵罐內(nèi)。什么是下游加工技術(shù)，以及下游加工過(guò)程的特點(diǎn)P193下游加工技術(shù)：發(fā)酵液、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)液、酶反應(yīng)和動(dòng)植物組織細(xì)胞與體液等中提取、分離純化、富集生物產(chǎn)品的技術(shù)。特點(diǎn)：代謝產(chǎn)物濃度低穩(wěn)定性低，對(duì)熱、酸、堿、有機(jī)溶劑、酶敏感易失活培養(yǎng)液雜質(zhì)含量高代價(jià)昂貴，回收率低。什么是絮凝和什么是凝聚，比較其區(qū)別。并舉例常用的絮凝劑及凝聚劑。P201凝聚：在中性鹽作用下，膠粒間雙電層電排斥作用降低，電位下降，使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。絮凝：在高分子絮凝劑存在下，基于架橋作用，使細(xì)胞、膠粒等聚集成粗大的絮凝團(tuán)。區(qū)別：

1、凝聚是由壓縮雙電層機(jī)理作用,膠體脫穩(wěn)引起的聚集。

2、絮凝是吸附架橋作用,由天然高分子物質(zhì)吸附架橋作用使微粒相互黏結(jié)常用的絮凝劑：聚丙烯酰胺常用的凝聚劑：明礬為什么要進(jìn)行發(fā)酵液預(yù)處理？P199微生物經(jīng)過(guò)適當(dāng)條件培養(yǎng)后，菌體大量生長(zhǎng)繁殖，并合成和積累了相當(dāng)濃度的代謝產(chǎn)物，而所需要的目標(biāo)產(chǎn)品在發(fā)酵液這一復(fù)雜的多相體系中往往濃度很低，并與大量可溶的和懸浮的雜質(zhì)混合在一起，所以在進(jìn)行固液分離之前，必須進(jìn)行預(yù)處理。試述發(fā)酵過(guò)程中影響供氧的因素有哪些？工業(yè)上主要通過(guò)哪些方法控制溶氧濃度？P114影響因素：攪拌速率空氣流量培養(yǎng)液性質(zhì)微生物的生長(zhǎng)離子強(qiáng)度消泡劑的影響方法：添加酸或堿調(diào)節(jié)通氣量添加緩沖溶液解釋PH值對(duì)發(fā)酵的影響，引起發(fā)酵液的PH值波動(dòng)的主要原因有些，發(fā)酵過(guò)程pH值的調(diào)節(jié)及控制P100影響：PH能夠影響菌體的生長(zhǎng)速率、形態(tài)、產(chǎn)物的生成率，從而影響發(fā)酵產(chǎn)物的形成。發(fā)酵液的pH值的改變，影響了微生物細(xì)胞原生質(zhì)膜的電荷發(fā)生改變;發(fā)酵液的pH值直接影響酶的活性，在不適宜的pH值下，微生物細(xì)胞中某些酶的活性受到抑制，從而影響微生物的生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝;發(fā)酵液的pH值影響培養(yǎng)基某些重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的離解，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用。原因：pH值的變化決定于所用的菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件。1.基質(zhì)代謝①糖代謝，特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使PH下降。糖缺乏，PH上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一；②氮代謝，當(dāng)氨基酸中的-NH2被利用后PH會(huì)下降；尿素被分解成NH3，PH上升，NH3利用后PH下降，當(dāng)碳源不足時(shí)氮源當(dāng)碳源利用PH上升。③生理酸堿性物質(zhì)利用后PH會(huì)上升或下降。2.產(chǎn)物形成，某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液PH變化。如有機(jī)酸類(lèi)產(chǎn)生使PH下降，紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使PH上升。3.菌體自溶，PH上升，發(fā)酵后期，PH上升。4.消泡劑加得過(guò)多，PH下降調(diào)節(jié)：1.調(diào)整培養(yǎng)基的組分2.在發(fā)酵過(guò)程中進(jìn)行控制①添加CaCO3②氨水流法③尿素流加法3.通過(guò)補(bǔ)料調(diào)PH4.當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)PH發(fā)生矛盾時(shí)，加酸堿調(diào)PH調(diào)節(jié)及控制：調(diào)整培養(yǎng)基的組分在發(fā)酵過(guò)程中進(jìn)行控制①添加CaCO3②氨水流法③尿素流加法通過(guò)補(bǔ)料調(diào)PH當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)PH發(fā)生矛盾時(shí)，加酸堿調(diào)PH影響雙水相萃取的因素有哪些？雙水相萃取技術(shù)有什么優(yōu)越性？P244因素：靜電作用、疏水作用及界面張力等各種相互作用因素雙水相系統(tǒng)的聚合物組成（包括聚合物類(lèi)型、平均分子量）鹽類(lèi)（包括離子的類(lèi)型和濃度、離子強(qiáng)度、PH值）溶質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)（包括分子量、等電點(diǎn)）體系的溫度等優(yōu)越性：萃取條件比較溫和產(chǎn)品活性損失少，無(wú)有機(jī)溶劑殘留、污染萃取體系具有較好的可控性設(shè)備投資少，簡(jiǎn)單操作含水量高，適宜提取水溶性的蛋白質(zhì)、酶等生物活性物質(zhì)且不易引起蛋白質(zhì)的變性失活易于放大，各種參數(shù)可按比例放大而產(chǎn)物收率并不降低。不用分離細(xì)胞碎片，可直接從細(xì)胞破碎懸浮液中萃取得到蛋白質(zhì)補(bǔ)料的意義及內(nèi)容p92意義：發(fā)酵中途補(bǔ)料起到了重要的作用，豐富了培養(yǎng)基，避免了菌體過(guò)早衰老；使產(chǎn)物合成的旺盛期延長(zhǎng)；控制了PH值和代謝的方向；改善了通氣效果，避免了菌體生長(zhǎng)可能受到的抑制；發(fā)酵過(guò)程中因通氣和蒸發(fā)，使發(fā)酵液體積減小，因此補(bǔ)料還能補(bǔ)足發(fā)酵液的體積。內(nèi)容：補(bǔ)充微生物需要的能源和碳源補(bǔ)充菌體所需要的氮源加入某些微生物生長(zhǎng)或合成所需要的微量元素或無(wú)機(jī)鹽加入某些誘導(dǎo)酶的作用底物四、計(jì)算題用乙酸乙酯萃取發(fā)酵液中的放線(xiàn)菌素D(ActinomycinD),已知pH4.0時(shí)分配系數(shù)m=50，發(fā)酵液總體積為500L,每次萃取劑用量為50L。計(jì)算萃取率達(dá)到95%時(shí)，需要操作的萃取次數(shù)。解：已知：分配系數(shù)m=50，發(fā)酵液體積VF=500L，萃取劑體積VS=50L所以萃取因素E=mVS/VF=50*50/500=5當(dāng)萃取率為95%時(shí)，萃余率φ=5%，而φ=1/(E+1)n=5%把E=5代入上式得，當(dāng)n=1時(shí)，φ>5%，萃取率小于95%；當(dāng)n=2時(shí)，φ<5%，萃取率大于95%故要萃取率達(dá)到95%時(shí)，需要萃取2次。五、設(shè)計(jì)題：對(duì)某抗生素發(fā)酵液進(jìn)行產(chǎn)品提純，該產(chǎn)品必須通過(guò)兩步雙水相萃取操作方可提純，設(shè)計(jì)其提純工藝（注：要考慮PEG的循環(huán)以及無(wú)機(jī)鹽的循環(huán)）請(qǐng)說(shuō)明下面的結(jié)構(gòu)示意圖為何種設(shè)備？并指出部件11、18、16、12的名稱(chēng)。11.軸18.擋板16.通風(fēng)管12.攪拌器請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出青霉素從實(shí)驗(yàn)室到工廠(chǎng)生產(chǎn)的種子培養(yǎng)工藝流程六、思考題：某發(fā)酵過(guò)程中，氮源及碳源種類(lèi)對(duì)發(fā)酵均無(wú)影響，但是不同類(lèi)別的磷酸鹽對(duì)發(fā)酵的影響如下圖所示中試發(fā)酵周期為10小時(shí)，發(fā)酵過(guò)程中補(bǔ)料方式的選擇為等時(shí)間間距分批3補(bǔ)料。對(duì)發(fā)酵過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵0.5小時(shí)，菌體濃度0.04g/L，產(chǎn)物濃度0，發(fā)酵2小時(shí)菌體濃度0.08g/L，產(chǎn)物濃度0，發(fā)酵3小時(shí)菌體濃度0.09g/L，產(chǎn)物濃度0.02g/L，發(fā)酵4小時(shí)菌體濃度0.08g/L，產(chǎn)物濃度0.04g/L，發(fā)酵6小時(shí)菌體濃度0.08g/L，產(chǎn)物濃度0.12g/L，發(fā)酵8小時(shí)菌體濃度0.08g/L，產(chǎn)物濃度0.21g/L，發(fā)酵9小時(shí)菌體濃度0.75g/L，產(chǎn)物濃度0.22g/L，發(fā)酵10小時(shí)菌體濃度0.72g/L，產(chǎn)物濃度0.22g/L確定補(bǔ)料過(guò)程中，應(yīng)采用何種磷酸鹽？磷酸鈉鹽根據(jù)發(fā)酵過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確定發(fā)酵類(lèi)型，并以時(shí)間為橫坐標(biāo)，濃度