发酵工程复习资料
1.（选择）生物材料包括来自自然界的微生物、基因重组微生物，各种来源的动植物细胞。
2.（概念）初级代谢产物：是指微生物产生的，生长和繁殖所必需的物质。如蛋白质、核酸等。
3.（判断/选择/概念）次级代谢产物：是指微生物产生的，与微生物生长和繁殖无关的一类物质。其生物合成至少有一部分是和初级代谢产物无关的遗传物质（包括核内和核外的遗传物质）有关，同时也与这类遗传信息产生的酶所控制的代谢途径有关。抗生素是从糖代谢和氨基酸合成代谢途径中分支出来形成的（许多抗生素的基本结构是由少数几种初级代谢产物构成的，所以次级代谢产物是以初级代谢产物为母本衍生出来的，次级代谢途径并不是独立的，而是与初级代谢途径有密切关系的）。
4.工艺类型：分批发酵/间歇发酵；连续发酵；半连续发酵/半分批发酵/流加发酵；反复分批发酵；反复半分批发酵/反复半连续发酵。
5.（概念）分批发酵/间歇发酵法：基质一次性装入罐内，在适宜条件下接种进行反应，经过一定时间后，将全部反应物取出的方法。
6.（概念）连续发酵法：反应开始后，一方面把基质连续地供给到反应器中，同时又把反应液连续不断地取出，使反应过程处于动态稳定状态，反应条件不随时间变化。
7.（概念）半连续发酵法/半分批发酵法/补料分批发酵法/流加发酵法：是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基。即先将一定量的基质装入罐内，在适宜条件下接种使反应开始，反应过程中，将限制性基质送入反应器，以将罐内限制性基质浓度控制在一定范围。反应终止将全部反应物取出。
8.（概念）反复分批发酵法：分批操作完成后取出部分反应系，剩余部分再加入基质，按分批式操作进行。
9.（概念）反复半分批发酵法/反复半连续发酵法：流加操作完成以后，取出部分反应系，剩余部分重新加入一定量的基质，再按流加式的操作进行的方法。
10.（概念）代谢控制发酵技术：是利用遗传学或其他生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用的代谢产物大量生成、积累的发酵技术。
11.（论述）发酵工程技术的发展趋势：现代发酵工程技术是基因工程、酶工程、细胞工程技术等实现产业化的桥梁，具有巨大的发展空间，体现在：
①利用基因工程等先进技术，人工选育和改良菌种，实现发酵产品产量和质量的提升；
②采用发酵技术进行高等动植物细胞培养，具有诱人的前景；
③随着酶工程的发展，固定化（酶和细胞）技术被广泛应用；
④不断开发和采用大型节能高效的发酵装置，计算机自动控制将成为发酵生产控制的主要手段；
⑤发酵法产生单细胞蛋白，将是产量最大、最具广阔前景的产业，寄希望于解决人类未来粮食问题。
⑥应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸、核苷酸；
⑦将生物技术更广泛地用于环境工程。
12.（概念）生物催化剂（biocatalyst）：指传统发酵所利用的微生物外，还包括现在生物技术所利用的动植物细胞或细胞中的酶。
13.（选择/判断）游离
细胞（微生物、动物或植物细胞）活细胞（增殖细胞）
生物催化剂固定化
游离灭活细胞（休止细胞）
酶
固定化
14.（判断/选择）转化（Transformation）：是指质粒DNA或以它为载体构建的重组DNA导入细菌的过程。转化只适合原核生物，是裸DNA本身，不是通过其他媒介（如病毒）转移到原核生物里面。在自然情况下，某些细菌溶解以后释放的DNA被其他细菌吸收而发生转化，这种自然发生的转化虽然是微生物遗传学的一个重大发现，但是实际意义可能并不太大。现在我们说到转化，一般都是指实验室内从细菌里面纯化的DNA分子直接导入遗传性状相异的细菌，比如质粒转化，我们用的是纯化的质粒DNA本身，没有任何媒介帮助。从这个概念的内涵来说，只要DNA进入细菌，就完成了转化过程，所以这里不涉及转化的DNA是否复制，是否改变细菌的遗传性状以及蛋白是否表达等等。（在真核生物中，与原核生物转化完全相同的过程被称为转染。）
15.（判断/选择）转导（Transduction）：是指通过病毒将一个宿主的DNA转移到另一个宿主的细胞中而引起的基因重组现象。如果供体DNA未与受体DNA发生重组则称此转导过程为流产转导。获得新遗传性状的受体细胞，称转导子。转导这个概念有三个关键词：病毒、宿主DNA、整合（integrate）。首先，转导一般用于描述通过病毒而发生的基因转移；其次，转移的必须是宿主的DNA，病毒感染的时候，不少病毒DNA都可能整合到受体基因组，如果没有病毒以外的宿主DNA，这个过程就不能叫做转导。自然情况下，一些病毒与宿主DNA发生重组，形成新的病毒基因组，包装以后感染其他细胞，就产生转导。实验研究中，常用基因重组的办法把目的DNA插入病毒基因组，实现目的基因的转导。最后，这个DNA必须整合到新宿主细胞基因组才算实现转导。（区别转化和转导）
16.（概念/其他）前体：有些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。（前体物质有的是菌体本身能够合成的，如合成青霉素分子所需的缬氨酸和半胱氨酸，合成链霉素的肌醇等。有的是菌体不能合成或合成的很少，需从外界加入的。如合成青霉素V的苯氧乙酸等，因此这些物质就必须是培养基的成分之一。前体的使用浓度要适当，因此许多前体物质浓度大对菌体有毒害作用，一般采用流加的方式，减少一次加入量。）
17.（概念/其他）生长因子：是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的，需要量一般很少的有机物。（狭义的生长因子一般仅指维生素，广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4-C6的分支或直链脂肪酸、以及需要量较大的氨基酸。）生长因子异养型、生长因子自养型、生长因子过量合成型。
18.诱变：
(1)诱变的关键包括出发菌株的选择，诱变剂种类和剂量的选择以及合理的使用。
(2)出发菌株的选择：出发菌株要有一定的目标产物的生产能力。其它最好能：生长繁殖快，营养要求低，产孢子多而早，对诱变剂敏感，变异幅度大等。（考点）可以选择已经诱变处理的菌株，因为其对诱变剂的敏感性会有所提高。
(3)一般突变率随诱变剂剂量的增加而提高，但达到一定的程度以后，再提高剂量反使突变率下降。
19.营养缺陷型
(1)定义：某些菌株发生突变（自然突变或人工诱变）后，失去合成某种（或某些）对该菌株生长必不可少的物质（通常是生长因子如氨基酸，维生素）的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型。
(2)筛选：
①首先：淘汰野生型，浓缩缺陷型。（经诱变处理后，缺陷型还是相当少的，必须设法淘汰野生型细胞，提高营养缺陷型细胞所占比例，以达到浓缩缺陷型的目的。）
1)（简答题）抗生素法：有青霉素法和制霉菌素法等数种。青霉素法适用于细菌，青霉素能抑制细菌细胞壁的生物合成，杀死正在繁殖的野生型细菌，但无法杀死正处于休止状态的营养缺陷型细菌。制霉菌素法则适合于真菌，制霉菌素可与真菌细胞膜上的甾醇作用，从而引起膜的损伤，也是只能杀死生长繁殖着的酵母菌或霉菌。在基本培养基中加入抗生素，野生型生长被杀死，营养缺陷型不能在基本培养基中生长而被保留下来得以浓缩。
②然后：检出缺陷性。
1)（简答题）夹层培养法：先在培养皿底部倒一薄层不含菌的基本培养基，待凝，添加一层混有经诱变剂处理菌液的基本培养基，其上再浇一薄层不含菌的基本培养基，经培养后，对首次出现的菌落用记号笔一一标在皿底。然后再加一层完全培养基，培养后新出现的小菌落多数都是营养缺陷型突变株。
20.（概念）组成型突变株：如果调节基因发生突变，以致产生无效的阻遏物而不能和操纵基因结合；或操纵基因突变，不能和阻遏物结合，从而造成结构基因不受控制的转录，酶的生成将不再需要诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，这样的突变株称为组成型突变株。
21.（概念）条件抗性突变：条件致死突变株指菌株突变后在特定条件（许可条件）下能生长，而在原来条件下（非许可条件）不能生长或微弱生长的突变。
22.（简答题）砂土管保藏法：选取过40目筛的黄砂，酸洗，再水洗至中性，烘干备用；过目筛子的黄土备用；按一份土加四份砂的比例均匀混合后，装入小试管，装量1cm左右。℃蒸汽灭菌1～1.5h，间歇灭菌3次。50℃烘干后经检查无误后备用。将待保藏的菌株制成菌悬液或孢子悬液（3ml），取0.1ml滴入砂土管中，放线菌和霉菌也可直接刮下孢子与载体混匀，而后真空干燥约2～4h，用火焰熔封管口（或用石蜡封住棉花塞），置于干燥器中，在室温或4℃冰箱内保藏。
23.菌种保藏的方法：斜面低温保藏法、液体石蜡封存保藏法、固体曲保藏法、沙土管保藏法、冷冻干燥法、液氮超低温保藏法。
24.实验室常用长期保存法：甘油保存、液氮保存。
25.（概念）微孔接种法：利用注射器在罐的接种口橡皮膜上注入罐内进行接种。
26.单种法：一个种子罐接种一只发酵罐的接种方法。
27.双种法：用两只种子罐接种一只发酵罐的接种方法。
28.（概念）倒种法：从一支发酵罐中倒出适宜的，适量的发酵液给另一发酵罐做种子的方法。
29.pH变化与碳氮比直接有关。
30.酸水解的原理：淀粉在高温加酸作用下，首先是颗粒结晶结构被破坏，然后酸作用于α-1，4糖苷键及α-1，6糖苷键，使之断裂，水解前者的速度要快于后者。
31.酶水解法/双酶水解法：第一步是利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚糖等，使黏度大为降低，流动性增高，所以工业上称为液化。第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解为葡萄糖，在生产上称为糖化。
32.葡糖糖复合反应：pH是3时，分解反应最少，葡萄糖最稳定。
33.葡萄糖的复合反应：在淀粉的糖化水解中，生成的一部分葡萄糖受酸和热的催化作用，能通过糖苷键相聚合失掉水分子，生成二糖、三糖和其他低聚糖。
34.（选择）葡萄糖复合反应影响条件：
①葡萄糖浓度。
②淀粉乳化程度。
③酸度和酸的种类。
35.对葡萄糖的复合反应的催化作用：HCl最强，其次H2SO4，草酸，且随酸度浓度的增加，复合糖的量不断增加。
36.α-淀粉酶/液化酶/糊精化酶：内切型淀粉酶，从淀粉分子内部任意切开α-1，4糖苷键，不能水解α-1，6糖苷键。水解速度受底物分子大小和结构的影响，分子越小越难水解，分枝越多越难水解，离α-1，6糖苷键越近的键越难水解。α-淀粉酶分为耐热型（最适温度92℃）、非耐热型（最适温度50～55℃）。一般α-淀粉酶不耐酸，当pH低于4.5时迅速失活。
37.淀粉葡萄糖苷酶/糖化酶/糖化型淀粉酶：它是外切型淀粉酶，从底物的非还原性末端依次水解α-1,4糖苷键，切下葡萄糖单位，产生β-葡萄糖。糖化酶也能水解麦芽糖和支链淀粉分支的α-1,6糖苷键，其中水解α-1,4键比水解α-1,6键快，水解前者的速率10倍于后者。糖化酶对淀粉水解速率也同样受到底物分子大小的影响。当水解聚合度10到20的糊精时速率最快，而水解淀粉、低聚糖时速率较慢。
38.淀粉糊化：淀粉颗粒由于受热吸水膨胀，晶体结构消失，变成糊状液体。
39.淀粉的老化
(1)定义：分子间氢键断裂的糊化淀粉重新排列形成新氢键的过程。也就是一个复结晶的过程。
(2)老化的影响因素：
①直链淀粉易老化，支链淀粉不易老化。
②DE值越小越易老化。
③酸碱条件可以抑制淀粉老化（pH4以下也不易老化）。
④高温条件下不易老化，一般高于60℃不老化，2～4℃极易老化。
⑤快速升温或快速降温不易老化。
40.淀粉糖化终点的控制：把无水乙醇滴入糖化液中，无白色沉淀则达到糖化终点，加热到80℃保温20min灭酶。
41.淀粉液化终点的控制：碘反应呈红棕色。
42.灭菌方法主要有：干热灭菌法、湿热灭菌法、射线灭菌法、化学药品灭菌法、过滤除菌法
43.培养基的灭菌法：
（1）分批灭菌/实罐灭菌：培养基和发酵设备同时灭菌。将配制好的培养基输入发酵罐内，直接蒸汽加热，达到灭菌要求的温度和压力后维持一段时间，再冷却至发酵要求的温度。
（2）连续灭菌：高温短时灭菌操作，培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续加热灭菌，冷却后送入已灭菌的发酵罐内的工艺过程。
（3）空消：指清除空间内不好的或不需要的杂质，使之达到无害化的洁净程度。
44.化学药剂灭菌法：高锰酸钾、漂白粉、75%酒精、过氧乙酸、新洁尔灭、甲醛、戊二醛、焦碳酸二乙酯
45.戊二醛是广谱、高效的化学灭菌法，使用范围逐渐扩大，在酸性条件下，不具有杀死芽孢的能力，只有在碱性条件下才具有杀死芽孢的能力。
46.焦炭酸二乙酯：在pH8的水溶液中，杀死细菌和真菌的浓度是0.01%～0.1%（化学药剂灭菌法）。
47.（填空）空气过滤除菌的原理：
(1)布朗扩散截留作用
(2)惯性撞击截留作用
(3)拦截截留作用
(4)重力沉降作用
(5)静电吸附吸引作用
48.（填空）空气预处理的目的：提高压缩前空气的洁净度；去除压缩后空气中所带的油和水。
49.（填空）反应器设计目标：获得高质量、低成本（增效节能）的产品。
50.冷却的作用：有利于酵母沉降和保存，防止自溶和退化。
51.露天式锥底发酵罐（啤酒发酵）：发酵罐的冷却装置一般分为2-4段，根据罐体高度而定，锥底部分最好也能冷却。
52.锥形罐可单独用于发酵前发酵和后发酵，也可合并在一个罐里进行。
53.（填空）朝日罐的特点：利用离心机回收酵母，利用薄板换热器控制发酵温度，利用循环泵把发酵液抽出又送回去。
朝日罐54.（概念）全挡板条件：是指在发酵罐内在增加挡板或其他附件时，搅拌功率保持不变，而漩涡基本消失。
55.（简答题）挡板的作用：
(1)防止液面中心产生漩涡。
(2)促使液体激烈翻动，增加溶解氧。
(3)改变液流的方向，由径向流改为轴向流。
56.（选择）气升式发酵罐的特点：
(1)反应溶液混合均匀
(2)较高的溶氧速率和溶氧效率（比机械搅拌高）
(3)剪切力小，对生物细胞损伤小
(4)能耗低
(5)传热良好
(6)结构简单，易于加工制造，操作和维修方便
气升式发酵罐气升式发酵罐57.工业上常用的酵母菌有：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等。
58.如果外界不能及时地供给氧，这些溶解氧只能维持微生物菌体15~20秒的正常呼吸，随之就会被耗尽，微生物的呼吸就会受到抑制。
59.发酵过程中形成的泡沫，按发酵液的性质的不同有两种类型：
（1）一种是发酵液液面上的泡沫，气相所占比例特别大，与它下面的液体有较明显的界限
（2）另一种是出现在粘稠的菌丝发酵液当中的泡沫，又称液态泡沫，这种泡沫分散很细，而且很均匀，也较稳定，泡沫与液体间没有明显的液面界限，在鼓泡的发酵液中气体分散相占比例由下而上地逐渐增加。
60.泡沫的生成原因有两种：一种是由外界引进的气流被机械地分散形成；另一种是由发酵过程中产生的气体聚结生成。后一种方式生成的泡沫被称为发酵泡沫(概念），它只有在代谢旺盛时才比较明显。
61.泡沫的稳定性与高的表面黏度和低的表面张力有关。细菌本身具有稳定泡沫的作用，可溶性蛋白质增加，利于泡沫的产生。
62.大多数细菌最适pH6.3-7.5，霉菌pH4.0-5.8，酵母菌pH3.8-6.0，放线菌pH6.5-8.0。
63.发酵过程中pH的变化：生长阶段：上升或下降；生产阶段：比较平稳；自溶阶段：上升。
64.菌体自溶前的迹象：氨基氮升高、pH升高、菌丝碎片增多、粘度增大、过滤速度降低
65.发酵污染噬菌体后的症状：pH逐渐上升，温度停止上升然后逐渐下降，排除CO2量急剧下降；代谢异常，糖耗、氨耗缓慢或停止，产物合成停止；发酵液产生大量泡沫，颜色发红、发灰，有时发酵液呈现黏胶状，可拔丝。（烈性噬菌体）
66.（选择）经验放大法（举例发酵情形，选择方法）：
(1)几何相似放大（优先牺牲）
(2)以单位体积液体中搅拌功率相同放大（针对连续发酵和需要补料的分批发酵，不通气的发酵罐）
(3)以单位体积培养液的通气搅拌功率相等的原则放大（通气）
(4)按搅拌器末端线速度相等放大（不能改变末端线速度，剪切力末端最大，剪切力敏感）
(5)空气量的放大
67.（简答题）生物反应器的放大，到底以什么为基准？
答：首先要从大量实验材料中把握和找出影响生产过程的主要矛盾，在着重解决主要矛盾的同时，不要使次要矛盾激化。
68.显微镜检查不易检出早期染菌。
69.检测染菌方法：
①显微镜检查
②肉汤培养检查法（只能检出细菌、杂菌）
③平板划线培养或斜面培养检查法
④双层平板培养法（噬菌体检查）
70.种子培养期染菌灭菌后丢弃。
71.各种酸的效能
α为催化活性，HCl是一种良好的催化剂，其催化动力比H2SO4大一倍（因为HCl中的H+可全部游离，而H2SO4的H+只游离一半）。HBr、HI的H+也是全部游离且游离后Br-、I-也能发生催化作用，故比HCl高1-2倍，但其价格昂贵。
72.痒传递系数随离子强度增大而增大，在盐溶液中，气泡细小且难以聚合成大气泡。
73.表面活性剂增大了痒传递的阻力。
74.通常一种好的化学消泡剂应同时具有降低液膜的机械强度和表面黏度的双重性能。
75.培养方法可分为分批式富集培养（摇瓶培养）和恒化式富集培养。
①分批式富集培养：将富集培养物转接到新的同一培养基中，重复建立选择性压力，如此重复转种几次后，再取此富集培养物接种到固体培养基上，以获得单菌落。
②恒化式富集培养：通过改变限制性基质的浓度，来控制两类不同菌株的比生长速率。
76.载体具有的共同点：
①本身是一个单独的复制子。
②对某些限制酶来说只有一个切口，并在酶作用后不影响其自主繁殖能力。
③从细菌核酸中分离与纯化容易。
④在宿主中能从多拷贝形式存在。
77.微生物分为：光能无机自养型，化能无机自养型，光能有机异养型，化能有机异养型。
78.培养基的类型：
①天然培养基：是利用动、植物或微生物或其提取物制成的一种培养基，其化学成分不清楚。（牛肉膏蛋白胨）
②合成培养基：化学成分明确的物质配置而成。（细菌——葡萄糖铵盐、放线菌——高氏一号、真菌——聚式培养基）
③半合成培养基：既含有天然成分又含有纯化学试剂。
79.磷酸盐在培养基中有缓冲作用，磷是某些蛋白质和核酸的组成成分，ATP、ADP是重要的能量传递物质。
80.随着温度增高，杀死微生物速率提高超过培养基成分破坏速率增加，因此高温短时灭菌效果好。
81.谷氨酸发酵的菌种为细菌：谷氨酸棒状杆菌，黄色短杆菌。
82.（判断）接合是原生动物纤毛虫类的有性生殖方法。
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