复习题1-南开大学微生物发酵工程复习题(有答案)

第一章前言

1.微生物发酵工程的概念

是利用微生物的生长繁殖和代谢活动以及特定功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系。是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代发酵技术。

2.微生物发酵产物的类型（初级代谢产物，次级代谢产物的含义）

a.产物是微生物菌体本身, SCP 菌体蛋白?PHB?趋磁细菌

b. 产品是微生物的初级代谢产物或次级代谢产物；

c. 产品是微生物代谢的转化产物；

d. 微生物作用下完成一个生物过程。

@ 初级代谢产物: 将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的物质和能量的工程，称为初级代谢?这一过程的产物如：氨基酸等。

@次级代谢产物：是指微生物在一定的生长时期、以初级代谢产物为前体、合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程?这一过程的产物即为次级代谢产物。有人把超出生理需求的过量初级代谢产物也称为次级代谢产物。有人把超出生理需求的过量初级代谢产物旷也称为次级代谢产物。次级代谢产物包括：抗生素、激素、生物碱、色素、维生素等。

3.微生物发酵工程的特点

1) 微生物的生化反应是在常温常压下进行的?

2) 原料无需精制即可使用?

3) 反应是以生物体的自动调节方式进行，多个反应过程能在同一反应器进行?

4) 能生产化工方法无法合成的高分子物质及酶类?

5) 能选择性地进行复杂化合物的转化反应?

6) 通过菌种改良能利用原设备增加产量?

7) 发酵生产易被杂菌或噬菌体污染，菌种易变异，影响生产?

8) 底物不能完全转化成目的产物，副产物不可避免?

9) 原料以农副产品居多，价格波动较大?

10) 生产前准备工作量大反应器效率低，有的废物需处理?

第二章发酵工程中常用的微生物

1.工业中常用的微生物

（一）细菌：

1）醋酸杆菌○1醋酸杆菌: 发育适温在30 0C以上，氧化乙醇为醋酸?

○2葡萄糖氧化杆菌:发育适温在300C以下?氧化葡萄糖为葡萄糖酸。

2）乳酸菌○1链球菌亚属，其中有些菌发酵结果只能产生乳酸，称为同型发酵；另一类菌种除生成乳酸外还生成醋酸, 乙醇以及CO2称为异型乳酸发酵。

○2乳杆菌亚属，细胞杆状?常常生成链?多不运动?能运动者有周生鞭毛?G+?无芽孢?发酵碳水化合物?产物85%以上为乳酸。

常用菌种:德氏乳酸杆菌和巴氏乳酸杆菌。广泛的应用于乳制品工业生产和生产乳酸，医药上用来生产乳酶生?

3）芽孢杆菌高产淀粉酶和蛋白酶的产生菌，在铵盐溶液中发酵各种糖类生成酸，是生产中性蛋白酶的和制造日本风味食品纳豆的主要菌种。还可以用来生产多肽类抗生素、氨基酸、维生素B12 以及2?3-丁二醇果胶酶等?

解淀粉芽孢杆菌可合成γ-聚谷氨酸和果聚糖

4）短杆菌不具鞭毛，产色素、不形成芽孢、好气菌、此属菌有谷氨酸发酵能力，在利用糖质原料的谷氨酸发酵中需要生物素作为生长因子。

5）棒状杆菌细胞杆状、直或弯曲?常一端膨大、折断分裂、成“八”字排列或栅状排列。不运动、无芽孢、G+?好氧。

北京棒状杆菌，细胞通常为端杆状或小棒状，不分枝、呈多型态、培养6h 后细胞有延长现象。单个或成对或呈“八”字排列。 26 - 37 0C生长良好?pH 5 - 10 均能生长?最适pH 6 - 7.5 ?必须生长因子为生物素，硫胺素或氨基酸有促进生长的作用?6）真氧产碱杆菌是生产生物降解材料----聚羟基脂肪酸酯的常用微生物?

7）黄单胞菌液体培养形成黄色粘稠的胶状物---- 夹膜多糖，色素是一种非水溶性色素。

野油菜黄单胞菌，通气条件下?pH 6.8 - 7.0 28 - 30 0 C?以淀粉为碳源发酵生产黄原胶。

8）丙酮丁醇梭菌能发酵各种糖类包括淀粉、糊精等。用来进行丙酮丁醇的生产。发酵最适30 - 32 0C,生长温度 37 0C,最适pH 6.0 - 7.0?

9）大肠杆菌工业上利用大肠杆菌的Glu脱羧酶, 进行Glu定量分析?还可利用大肠杆菌制取Asp, Thr等?医药工业用大肠杆菌制造治疗白血症的天冬酰胺酶; 常用作实验材料。10）假单胞菌恶臭假单胞菌，可降解多种有毒有害环境污染物。

门多萨假单胞菌，可胞内合成聚羟基脂肪酸酯，胞外分泌褐藻寡糖。（二）放线菌

是一类单细胞有分枝的丝状微生物，以孢子繁殖，分布广泛大多是腐生菌，少数是动植物寄生菌，引起人动植物的病害。放线菌是抗生素的主要产生菌，2/3以上抗生素有放线菌产生。1）放线菌属本属放线菌所产抗生素约占抗生素的50%?

灰色链霉菌，发育温度37 0C，产生链霉素温度 26.5 - 27.5 0C ?

龟列霉菌，菌落灰白色表面后期成龟裂，产生氧四环素（土霉素）?

金霉素链霉菌，基内菌丝产生金黄色色素，气生菌丝无色、产生氯四环素（金

霉素）。如培养基中 NaCl被NaBr替代则产生四环素

红霉素链霉菌，最合温度25度?产生红霉素?

2）小单胞菌属无气生菌丝，基内菌丝长出孢子梗?

棘孢小单胞菌，产庆大霉素

3）游动放线菌无气生菌丝，孢囊在基内菌丝上形成。囊内为孢囊孢子，成熟后释放?

济南游动放线菌属，我国发现，产生创新霉素?

4）诺卡氏菌属基内菌丝有横隔，在横隔处断裂后成为不同长度的杆状?

地中海诺卡氏菌，产生利福霉素?

（三）真菌

是真核细胞型微生物。主要特征是细胞内有完整的细胞核。核有DNA和蛋白质组成并形成数条染色体，个别为单细胞外，大多数为多细胞并呈现出发达的菌体，大多数真菌有无性繁殖和有性繁殖两个阶段。无叶绿素，化能异养，多数腐生，少数寄生。

真菌门

1）鞭毛菌亚门：无性生殖、产鞭毛的游动孢子而得名。大多习居水中：霜霉和白锈菌2）接合菌亚门：菌丝无隔，无性孢子为孢囊孢子，有性孢子为接合孢子。如：毛霉，根霉等?

3 ）子囊菌亚门：原始子囊无菌丝呈单细胞，菌丝有隔，无性孢子为分生孢子，有性孢子为子囊孢子。如酵母菌，赤霉菌等。

4）担子菌亚门：有分隔菌丝，有性孢子为担孢子，是高等真菌。许多是食用或药用真菌。如:银耳、香菇、灵芝、虫草等?

5）半知菌亚门：有性期不明，实际是子囊菌的无性世代，菌丝有隔，无性孢子为分生孢子，如：曲霉、青霉等?

酵母菌

1）啤酒酵母

a)长 : 宽 = 1 - 2 一般小于2?除用酿造饮料和制造面包外，俗称为德国2号和德国12

号 ( Rasse 2 才 Rasse12 ) ?的是啤酒酵母中有名的酒精生产菌。但不耐高浓度盐类，只适于糖化淀粉质原料生产酒精和白酒。

b)b) 长：宽= 2?葡萄酒酿造业将其称为葡萄酒酵母?主要用于酿造葡萄酒和果酒，也有的

用于啤酒业，蒸馏酒业和酵母工厂。

c)长: 宽大于 2 ?这组酵母俗名为台湾396号, 耐高渗环境?可以甘蔗、糖蜜生产酒精。

菌体维生素，蛋白质含量高可食用，药用和饲料可提取核酸，麦角醇，谷胱甘肽，细胞色素C, 凝血质，辅酶A, ATP等?

2）白地霉同化能力强能同化甘油、乙醇、梨醇、甘露醇、能分解果胶，油脂等。菌体细胞含有丰富的蛋白质，脂肪、维生素、和大量的核酸具有适应性强，生长快，产量大，培养方法简单。白地霉蛋白营养价值高，可食用，可作饲料、也可用来提取核酸，废料和废水的综合利用上有价值。但污染能力强，降低糖化率，是白酒生产中有害菌。发酵工业对微生物菌种的要求。

3）葡萄汁酵母葡萄汁酵母与酿酒酵母区别在于它能发酵棉子糖和蜜二糖。

葡萄汁酵母常用于啤酒酿造底层发酵，也可用于食用，药用、饲料用麦角醇含量较高，也是维生素测定菌，可测泛酸、硫胺素和肌醇。

4)假丝酵母

a 产假丝酵母:蛋白和VB含量高啤酒酵母，能以糖蜜，土豆淀粉，木材水解液等为原料生产人，畜可食用的蛋白质?

ｂ解脂假丝酵母：分解脂肪和蛋白质的能力强，能利用煤油等正烷烃是石油发酵脱腊和制取菌体蛋白的优良菌种?

C. 热带假丝酵母：氧化烃类能力强。在高温石油馏分的培养其中经过22 h培养后可得到相当于烃类重量92%的菌体是石油蛋白生产的重要酵母。

5)红酵母细胞圆形，卵形或长形，有明显的红色，粉色或黄色色素。荚膜的形成使菌落成粘质状。可由某些种菌体中提取大量脂肪。某些种可合成Bata-胡萝卜素。某些种能分解有毒物质。

6)毕赤氏酵母椭圆形，长园形，蜡肠形。单个或成链。异形接合形成子囊孢子在麦芽汁中培养，培养液表面有白而皱的粗糙的菌醭，底内有菌体沉淀。能氧化酒精能耐高或较高浓度酒精，使酒类发酵产生白花形成浮膜，是酿造工业中的有害菌。

7) 阿氏假囊酵母是工业上最常用来生产核黄素(B2)的酵母菌。菌丝发达，有横隔但较少，多核，孢子囊通常生在菌丝中间。孢子较短且粗。一端尖细弯曲，细胞中有黄色色素晶体。产生核黄素(B2)的能力强。核黄素主要存在于菌体中，部分存在于培养液中。

霉菌

不是分类学上的名词,是一些丝状真菌的通称.分布极广在工业上利用霉菌可以生产有机酸(柠檬酸,乳酸,衣康酸等) 、抗菌素(青霉素、灰黄霉素)、植物生长激素(赤霉素)、杀虫农药(白僵菌剂)和除莠剂(鲁保一号). 还可以利用霉菌发酵生产糖化酶、蛋白酶、纤维素酶和果胶酶等酶制剂。副作用:发生霉变、导致疾病(动植物及人)、少数还产生毒素如：黄曲霉素等。1）根霉属接合菌亚门、毛霉目根霉属、有假根而得名.单细胞生物(菌丝无隔)、有匍匐菌丝、一定阶段在假根相反方向长出孢囊梗(单生或成簇)顶端形成孢子囊(内生孢囊孢子）。

米根霉最适温度370C、淀粉酶活力强、多作糖化菌、也具酒精发酵和蛋白质的分解能力。

华根霉最适温度为30 0C?发酵温度达45 0C时也能生长。淀粉液化力

强。有溶胶性、能产酒精、芳香脂为物质。酒曲中大量存在。

2）毛霉菌丝无隔、菌丝分枝（单轴式、假轴式）。分解蛋白能力强。因其糖化能力强、可用于酒精和有机酸发酵原料的糖化和发酵。引起食物腐败。

鲁氏毛霉，能产生蛋白酶和淀粉酶、有分解大豆蛋白的能力、制作腐乳、生产酒精。

总状毛霉，四川豆豆支用此菌制成。

高大毛霉，能产生脂肪酸、琥珀酸、对甾体化合物有转化作用。

3）梨头酶分布广、大多为污染菌。

蓝色梨头霉，对甾体化合物有转化作用。

4）曲霉

米曲霉，有较强的蛋白分解能力、又具有糖化能力、在酿酒中作为糖化菌。

蛋白酶和淀粉酶的生产菌。

黄曲霉，培养温度370C。产生液化型淀粉酶蛋白分解能力次于米曲霉；能分

解DNA。

由于某些黄曲霉产生黄曲霉素（牲畜中毒死亡、对人致癌）。现在禁止使用其作生产菌种。

黑曲霉，具有多种酶系。如：淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶和葡萄糖

氧化酶等。还能产生多种有机酸，如：抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖酸和没食

子酸等

5）青霉

产黄青霉，工业生产上用其变种生产青霉素、也能生产葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸。

桔青霉，可产脂肪酶、葡萄糖氧化酶。有的可分解核酸产生5‘-核苷酸(分泌5’-磷酸二酯酶)。

6）木霉分布广、是腐烂菌。木霉是目前生产纤维素酶的主要菌。

2．发酵工业微生物菌种的要求

当前发酵工业用微生物的总趋势是从发酵菌转向氧化菌、从野生菌转向变异菌、从低温菌转向高温菌、从自然选育菌转向代谢控制种、从诱发基因突变转向基因重组的定向育种?尽管工业菌种多种多样，但作为大规模生产选择菌种应遵循以下原则

1. 能在廉价原料制成的培养基条件上迅速生长，并生成所需的代谢产物、产量高;

2. 可以在易于控制的培养条件下( 糖浓度?pH?温度?溶解氧?渗透压等)迅速生长和发酵?且所需酶活力高;

3. 生长速度和反应速度较快、发酵周期短;

4. 根据代谢控制的要求，选择单产高的营养缺陷型突变株或调节突变菌种或野生菌种;

5. 选育抗噬菌体能力强的菌种，使其不易感染噬菌体;

6. 菌种不易退化变异，保证发酵生产和产品质量的稳定;

7. 菌种不是病原菌不产生任何有害的生物活性物质和毒素（包括抗生素、激素、毒素等), 以保证安全?

3.工业中常用的微生物（知道某种工业产物对应某种产生菌）

4.工业微生物的特点

1.体积小、表面积大；

2.吸收快、转化快；

3.生长旺、繁殖快；

4.易变异、适应性强；

5.种类多、分布广。

第三章生产菌种的选育（1）

1.对生产菌种的基本要求

1) 菌种应为“纯种培养”；2) 具有稳定的遗传性；3) 能生长出营养细胞、孢子或其它可再生的单位；4) 在逐级放大培养、生长迅速而强健；5) 应在短时间内合成目的产物；6)