生物催化复习题答案版.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生物催化复习题答案版.精品文档.生物催化复习题一、基本概念、技能题1、合成培养基原料（包括微量元素）其化学成分明确、稳定的培养基。适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律；培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产。2、鉴别培养基根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种类的微生物。3、斜面培养基作用这是供微生物细胞生长繁殖用的，包括细菌，酵母等的斜面培养基以及霉菌、放线菌生孢子培养基或麸曲培养基等。这类培养基主要作用是供给细胞生长繁殖所需的各类营养物质。4、种子培养基特点l 必须有较完全和丰富的营养

2、物质，特别需要充足的氮源和生长因子。l 种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。l 种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。 5、氮源使用的一些相关问题l 有机氮源和无机氮源应当混合使用l 早期：容易利用易同化的氮源无机氮源l 中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质l 有些产物会受氮源的诱导和阻遏l 例如蛋白酶的生产l 有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力l 开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣的课题6、pH的具体控制方法n 1. 可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流加某些营养物质调节培养基的pH，但更应在配制培养基时考虑所用营养物质的组成成分，使其pH值适合该微生物生

3、长或合成代谢产物的需要。n 2. 还要注意有些营养物质被利用后培养基的pH变化情况.n 3. 控制pH最常用的方法是在培养基中添加具有一定缓冲能力的物质作为营养物，如以磷酸盐作为磷的成分；或者避免使用容易产生生理酸性或碱性使培养基pH波动太大的物质。7、金属离子的影响n 有些种类的发酵生产对金属离子相当敏感，因为有些金属离子是中间代谢酶的抑制剂或激活剂。n 因此对于有重大影响的金属离子必须严格控制。如柠檬酸发酵中铁、锰和锌离子都能明显影响产量，钙离子对细菌淀粉酶的生产有促进作用，而钴离子对葡萄糖异构酶的发酵是必需的，这些在培养基配制时都必须予以注意。8、培养基确定方法 n （1）首先必须做好调

4、查研究工作，了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。n （2）其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提炼方法和产品质量要求等也需要有所了解，以便在选择培养基时做到心中有数。n （3）最好先选择一种较好的化学合成培养基做基础，开始时先做一些摇瓶试验;然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对各种主要有机碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。注意培养过程中的pH变化，观察适合于菌种生长繁殖和适合于代谢产物形成的两种不同pH，不断调整配比来适应上述各种情况。n （4）注意每次只限一个变动条件。有了初步结果以后，先确定一个培养基配比。其次再确

5、定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元素的营养要求，试验其最高、最低和最适用量。在合成培养基上得出一定结果后，再做复合培养基试验。最后试验各种发酵条件和培养基的关系。培养基内pH可由添加碳酸钙来调节，其他如硝酸钠、硫酸铵也可用来调节。n （5） 有些发酵产物，如抗生素等，除了配制培养基以外，还要通过中间补料法，一面对碳及氮的代谢予以适当的控制，一面间歇添加各种养料和前体类物质，引导发酵走向合成产物的途径。n 6）根据生产和科学研究的需要选择培养基n (7)根据经济效益选择培并基原料9、深层培养基本操作的3个控制点 n 灭菌：发酵工业要求纯培养，因此在发酵开始前必须对培养基进行

6、加热灭菌。所以发酵罐具有蒸汽夹套，以便将培养基和发酵罐进行加热灭菌，或者将培养基由连续加热灭菌器灭菌，并连续地输送于发酵罐内。 n 温度控制：培养基灭菌后，冷却至培养温度进行发酵，由于随着微生物的增殖和发酵会发热、搅拌产热等，所以为维持温度恒定，须在夹套中以冷却水循环流过。n 通气、搅拌：空气进入发酵罐前先经空气过滤器除去杂菌，制成无菌空气，而后由罐底部进人，再通过搅拌将空气分散成微小气泡。为了延长气泡滞留时间，可在罐内装挡板产生涡流。搅拌的目的除了溶解氧之外，可使培养液中微生物均匀地分散在发酵罐内，促进热传递，以及为调节pH而使加入的酸和碱均匀分散等。10、厌氧培养的方法 n (1)深层穿刺

7、分离培养：用一根18-20mm直径的玻璃管，截成180-200mm长，洗净烘干。一头塞入橡皮塞，加入2/3管长的营养琼脂，塞上胶塞或塑料帽，灭菌，凉至凝固。穿刺接|种或待分离物。培养后可见到生长的厌氧微生物菌落。此时拔出橡皮塞，用无菌刀切割，分离再培养。此法对于一般厌氧微生物适用。 n (2)深层穿刺与化学吸氧相结合：深层穿刺后，在培养基上部加一层非脱脂棉，再加一层脱脂棉，上面加入焦性没食子酸和Na2O3粉末的混合物，用胶塞或塑料帽盖紧。焦性没食子酸和Na2O3在有湿气(即水分)存在的条件下缓慢作用吸氧和放出CO2，造成厌氧状态，强化了厌氧条件。 n (3)液体培养基法：液体培养基法主要是在培

8、养基中加入一定的还原物质并隔绝空气。常见的有庖肉培养基法、硫乙醇酸钠法、牛心脑浸液培养基法等。n (4)厌氧罐培养法：碱性焦性没食子酸法：焦性没食子酸与Na2O3反应可释放出O2并吸收环境中的氧。 n 厌氧箱培养法：厌氧培养箱由厌氧环境操作箱、恒温培养箱、高度真空传递箱、气路控制系统、箱架、瓶架等部分组成。培养箱的温度能自行调节控制，气路安排合理，能任意输入所需气体和准确调节流量。箱内备有紫外灯，可消毒操作室内空气。使用厌氧培养箱进行厌氧微生物分离培养时，整个操作过程可在正压O2或氮气下进行，使整个接种过程在无氧状态。因此，厌氧培养箱在分离，研究极端专性厌氧菌时更有其优势。 11、HMP途径在

9、微生物生命活动中有着极其重要的意义n （1）为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。n （2）产生大量的NADPH2形式的还原剂，它不仅为合成脂肪酸、固醇等重要细胞物质之需，而且可通过呼吸链产生大量能量，这些都是EMP途径和TCA循环所无法完成的。n （3）如果微生物对戊糖的需要超过HMP途径的正常供应量时，可通过EMP途径与本途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处的连接来加以调剂。n （4）反应中的赤藓糖-4-磷酸可用于合成芳香氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸。n （5）由于在反应中存在着C3C7的各种糖，使具有HMP途径的微生物的碳源利用范围更广，例如它们可以利用戊糖作碳

10、源。n （6）通过本途径而产生的重要发酵产物很多，例如核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。12、回补顺序n 所谓回补顺序，又称补偿途径或添补途径，就是指能补充兼用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的反应。n 这样，当重要产能途径中的关键中间代谢物必须被大量用作生物合成的原料时，仍可保证能量代谢的正常进行。 13、微生物细胞的代谢调节方式n 可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力；n 通过酶的定位以限制它与相应底物的接近；n 调节代谢流。n 其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量，二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者往往密切配

11、合和协调，以达到最佳调节效果。14、竞争性抑制有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心，亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况称为酶的竞争性抑制。 15、分支代谢途径中的反馈抑制n 在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂。n 为避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物已发展出多种调节方式。 （1）同功酶调节2）协同反馈抑制（3）合作反馈抑制（4）累积反馈抑制（5）顺序反馈抑制16、代谢调控在发酵工业中的应用n （一）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节在直线式的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积最终代

12、谢物。但在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末端产物得到累积。n （二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节 抗反馈调节突变菌株，就是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型菌株，或兼而有之的菌株。在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是反馈抑制和阻遏已同时解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。 n （三）控制细胞膜的渗透性 微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。细胞内的代谢产物常常以很高的浓度累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，可以改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。这种解除末端产物反馈抑制

13、作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。 17、次级代谢产物及特征n (1)次级代谢产物是由微生物产生的，不参与微生物的生长和繁殖。n (2)次级代谢产物的生物合成最少也要有一部分是不参与次级代谢产物生物合成的遗传物质(质粒plasmid)，但参与与质粒有关的代谢途径。n (3)它的生产大多数是基于菌种的特异性来完成的。n (4)次级代谢产物发酵经历两个阶段，即营养增殖期和生产期。如在菌体活跃增殖阶段几乎不产生抗生素。接种一定时间后细胞停止生长，进入到恒定期才开始活跃地合成抗生素，称为生产期。n (5)一般都同时产生结构上相类似的多种副组分。n (6)生产能力受微量金属离子(Fe2+、Fe3+、Z

14、n2+、Mn2+、Co2+、Ni2+等)和磷酸盐等无机离子的影响。n (7)在多数情况下，增加前体是有效的。n (8)次级代谢酶的特异性不一定比初级代谢酶高，次级代谢酶的底物特异性在某种程度上说是比较广的。因此，如果供给与底物结构类似的物质，则可以得到与天然物不同的次级代谢产物。n (9)培养温度过高或菌种移植次数过多，会使抗生素的生产能力下降，其原因可能是参与抗生素合成的菌种的质粒脱落之故。n (10)次级代谢在其一个系列当中与一个酶相对应的底物和产物也可以成为其他酶的底物。也就是说，在代谢过程中不一定非按每个阶段正确的顺序，一个生产物可由多种中间体和途径来取得，因此也可通过所谓“代谢纲目”

15、或叫“代谢格子”这一系列途径来完成。总之，微生物次级代谢，其目的产物的生物合成途径取决于微生物的培养条件和菌种的特异性。18、抗生素产生菌的主要代谢调节机制n 受DNA控制的酶合成的调节机制，包括酶的诱导和酶的阻遏(有终点产物的阻遏和分解产物的阻遏)。n 酶活性的调节机制，包括终点产物的抑制或活化，利用辅酶的酶活调节、酶原的活化和潜酶的活化。n 细胞膜透性的调节。19、研究发酵动力学的步骤n 1. 为了获得发酵过程变化的第一手资料，要尽可能寻找能反映过程变化的各种理化参数。n 2. 将各种参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，找出它们之间的相互关系和变化规律。n 3. 建立各种数学模型以描述各

16、参数随时间变化的关系。n 4. 通过计算机的在线控制，反复验证各种模型的可行性与适用范围。 20、分批补料培养技术n 所谓分批补料培养技术，就是指在分批培养伊始，投入较低浓度的底物，然后在发酵过程中，当微生物开始消耗底物后，再以某种方式向培养系统中补加一定的物料，使培养基中的底物浓度在较长时间内保持在一定范围内，以维持微生物的生长和产物的形成，并避免不利因素的产生，从而达到提高容积产量、产物浓度和产物得率的目的。21、连续加压灭菌法优点 n 因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率，比“实罐灭菌”（120，30分钟）提高产量510；n 由于总

17、的灭菌时间较分批灭菌注明显减少，所以缩短了发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率；n 由于蒸汽负荷均匀，故提高了锅炉的利用率；n 适宜于自动化操作；n 降低了操作人员的劳动强度。 22、空气深层过滤原理n 深层过滤所用的过滤介质棉花的纤维直径一般为1620微米。n 充填系数为8%时，棉花纤维所形成网格的孔隙为2050微米，微粒大小为(0.5-2微米)。n 微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流出现无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤维前进；n 这些改变引起微粒以对滤层纤维产生惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面上。 23、发酵罐的放大

18、原则（1）几何相似 即按小的与大的装置各部分几何尺寸比例大致相同放大。但是，为了避免设备直径过大，大设备的高径比往往大一些。（2）恒定等体积功率放大 由Pg/V恒定而确定搅拌转速。（3）恒定传氧系数kLa放大 这个方法抓住了传氧这一关键因素，目前应用很多。具体应用中要注意几个问题。 1.小试中要测得准确的kLa值，选择合适的计算公式。 2.注意各计算kLa公式在放大中参数的变化及适用范围。 3.按照计算P0/Pg选择通气比，计算Vs求kL来计算（4）恒定剪切力恒定叶端速度放大 剪切力与搅拌桨叶端速度成正比，在恒定体积功率放大时一般维持n3d2不变（n为搅拌桨转速、d为搅拌桨直径）（5）恒定的混

19、合时间tM放大24、抗生素生产工艺过程菌种 种子制备 发酵 发酵液预处理 提取及精制 成品包装25、测量体积溶氧系数的方法 （一）亚硫酸盐氧化法 （二） 溶氧电极法 26、影响氧溶解效果的因素n 发酵罐结构如高径比n 挡板安置情况n 罐内压与发酵液深度n 搅拌器型式n 搅拌转速n 通风量n 培养基组成。n 主要是搅拌转速与通风量。27、转化率 往往是指投入的原料与合成产物数量之比。 28、基质比消耗速率n 系指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。它表示细胞对营养物质利用的速率或效率。29、产物比生产速率n 系指每克菌体在一小时内合成产物的量，它表示细胞合成产物的速度或能力，可以作为判断微生物合

20、成代谢产物的效率。30、产物形成的比速率计算产率时，不仅应把合成产物所用时间考虑进去，还应计入与生产相关的其他时间，即发酵罐的维修、清洗、准备所用时间，灭菌时间，以及接种后的延滞期时间，这样才能全面、客观地评估出工艺过程的成本效益二、思考、简答题1、微生物菌种自然筛选法的过程。2、微生物菌种的保藏方法及其各自特点。3、发酵工艺中五大培养条件及其作用分别是什么？n 温度 温度直接影响酶反应，对于微生物来说，温度直接影响其生长和合成酶。 机体的重要组成如蛋白质、核酸等都对温度较敏感，随着温度的增高有可能遭受不可逆的破坏。n pH值 发酵过程中，控制发酵液的pH值是控制生产的指标之一，pH值过高、过

21、低都会影响微生物的生长繁殖以及代谢产物的积累。控制pH值不但可以保证微生物良好的生长，而且可以防止杂菌的污染。 n 氧 微生物对氧的需要不同，是由于依赖获得能量的代谢方面的差异。好气性菌主要是有氧呼吸或氧化代谢，厌气菌为厌气发酵(分子间呼吸)，兼性厌气菌则两者兼而有之。n 种龄 种子培养期应取菌种的对数生长期为宜，菌种过嫩或过老，不但延长发酵周期，而且会降低产量。n 接种量 接种量的大小直接影响发酵周期。4、种子罐的级数是如何确定的？n 菌种的性质(如菌种传代后的稳定性)n 孢子瓶中的孢子数，孢子发芽及菌丝繁殖速度n 发酵罐中种子培养液的最低接种量n 种子罐与发酵罐的容积比。n 随产物的品种及

22、生产规模而定n 随着工艺条件的改变作适当的调整。5、什么是连续发酵？它的优缺点各是什么？n 从系统外部予以调整，使菌体维持在衡定生长速度下进行连续生长和发酵。n 要维持这一衡定的速度，必须使发酵罐中发酵液的稀释度，恰恰等于该微生物的生长速度。n 大大提高了发酵的生长效率和设备利用率。优点：n 高效，它简化了装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等许多单元操作，从而减少了非生产时间和提高了设备的利用率；n 自控，便于利用各种仪表进行自动控制；n 产品质量较稳定；n 生长与代谢产物形成的两种类型节约了大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、电的负荷均匀合理。 缺点：n 特别是以中间代谢产物为发酵产品的发酵，在

23、理论和实践上都没有完全解决，如发酵过程中微生物生理生化特性变化，发酵动力学等并未充分了解。n 在生产上要保持在连续发酵的整个过程中，生产菌株不发生退化也十分不容易。n 长时间的连续发酵中对发酵设备和空气净化系统的无菌要求更高。不能保持长时间的无菌操作是导致连续发酵失败的主要原因。n 对于某些原材料价格昂贵的产品，由于连续发酵对基质利用率较低，往往造成生产成本的增加。n 菌种易于退化。n 其次是易遭杂菌污染。所谓“连续”是有时间限制的，一般可达数月至一、二年。n 在连续培养中，营养物的利用率一般亦低于单批培养。 6、麸曲白酒的生产工艺流程。混烧法：清蒸法：7、影响培养基灭菌的因素有哪些？n 1、

24、pH值的影响 n pH值对微生物的耐热性影响很大，pH为6.0-8.0时微生物最不易死亡， pH 6.0时氢离子易渗入微生物的细胞内。 n 2、培养基成分 n 培养基的成分中，油脂、糖类、蛋白质都是传热的不良介质，会增加微生物的耐热性，使灭菌困难。n 浓度较高的培养基相对需要较高温度和较长时间灭菌。n 高浓度的盐类，色素则削弱其耐热性，故较易灭菌。n 3、培养基中的颗粒物质 n 培养基中的颗粒物质大，灭菌困难，反之，灭菌容易。一般说来，含有颗粒对培养基灭菌影响不大，但在培养基混有较大颗粒，特别是存在凝结成团的胶体时，会影响灭菌效果，必须过滤除去。 8、提高溶氧速率的措施有哪些？n 在进行液体培

25、养时，一般可通过增加液体与氧的接触面积或提高氧分压来提高溶氧速率，n 具体措施有：n 浅层液体培养；n 利用往复式或旋转式摇床（shaker）对三角瓶培养物作振荡培养；n 在深层液体培养器的底部通入加压空气，并用气体分布器使其以小气泡形式均匀喷出；n 对培养液进行机械搅拌，并在培养器的壁上设置阻挡装置。 9、什么是自吸式发酵罐 ？它的优点是什么？ 它与通用发酵罐的主要区别是：有一个特殊的搅拌器，搅拌器由转子和定子组成；没有通气管。 具有转子和定子的搅拌器的吸气原理： 浸在发酵液中的转子迅速旋转，液体和空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘。这时，转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈

26、大。由于转子的空膛与大气相通，发酵罐外的空气通过过滤器不断地被吸入，随即甩向叶轮外缘，再通过异向叶轮使气液均匀分布甩出。转子的搅拌，又使气液在叶轮周围形成强烈的混合流，空气泡被粉碎，气液充分混合。 优点：（1）节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐、总过滤器等设备，减少厂房占地面积。 （2）减少工厂发酵设备投资约30%左右，例如应用自吸式发酵罐生产酵母，每升容积酵母的产量可高达3050克。 （3）设备便于自动化，连续化，降低劳动强度，减少劳动力。 （4）酵母发酵罐周期短，发酵液中酵母浓度高，分离酵母后的废液量少。 （5）设备结构简单，溶氧效果高，操作方便。10、什么是发酵

27、罐的比拟放大 ？其放大原则是什么？比拟放大:是把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大， 而是以相似论的方法进行放大。（1）几何相似 即按小的与大的装置各部分几何尺寸比例大致相同放大。但是，为了避免设备直径过大，大设备的高径比往往大一些。 （2）恒定等体积功率放大 由Pg/V恒定而确定搅拌转速。（3）恒定传氧系数kLa放大 这个方法抓住了传氧这一关键因素，目前应用很多。具体应用中要注意几个问题。 1.小试中要测得准确的kLa值，选择合适的计算公式。 2.注意各计算kLa公式在放大中参数的变化及适用范围。 3.按照计算P0/Pg选择通气比，计算Vs求kL来计算（4）恒定剪切力恒定叶端速度放大 剪切力与搅拌桨叶端速度成正比，在恒定体积功率放大时一般维持n3d2不变（n为搅拌桨转速、d为搅拌桨直径）（5）恒定的混合时间tM放大