微生物学思考题

第一章的复习思考题

1，发酵及发酵工程的定义

狭义“发酵”的定义在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。

广义“发酵”的定义工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品有菌体细胞、酶，细胞代谢产物，生物转化产品等。

Fermentation Engineering应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。

2，发酵工程的特点

发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。

1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。

2，发酵所用的原料简单粗放。通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这一特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。

3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。

4，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。

5，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。

6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。

7，工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得显著的经济效益

3，发酵的分类

1，按发酵原料来区分糖类物质发酵石油发酵废水发酵

2，按发酵产物区分酒精发酵有机酸发酵氨基酸发酵酶制剂发酵抗生素发酵维生素发酵

3，按发酵形式来区分固态发酵深层液体发酵

4，按发酵工艺流程区分分批发酵连续发酵流加发酵

5，按发酵过程中对氧的不同需求来分厌氧发酵通风发酵

4，发酵产品的类型

菌体细胞，酶，细胞代谢产物，生物转化产品等

5，微生物代谢产物的类型及其之间的关系

代谢产物的类别

?初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。

?次级代谢产物：有些微生物的稳定期培养物中所含有的化合物，并不在营养期时出

现，而且未见到对细胞代谢功能有明显的影响。例如，抗生素。

6，发酵过程的组成

?繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份确定；

?培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；

?培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；

?微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；

?产物提取和精制；

?过程中排出的废弃物的处理

7，发酵生产成立的条件

某种适宜的微生物

保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧pH等）

进行微生物发酵的设备

提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备

8，发酵工业发展的阶段及大致年代

（国外）发酵工业发展的阶段：

?天然发酵阶段（古代~1900年）

?纯培养技术的建立（1905年~）

?通气搅拌发酵技术的建立（1940年~）

?开拓发酵原料时期（1960年~）

?基因工程阶段（1979~）

9，和国际先进水平相比较，我国发酵工业的不足之处主要表现在哪些方面

1，多数工厂规模小、效益低

2，生产技术水平比较低

3，产品品种单一，结构不合理

4，应用的深度和广度不够

5，技术装备和检测手段落后，自动化水平低

6，综合利用和环境治理差

第二章的复习思考题

1，微生物代谢调节和微生物代谢调控的概念

代谢调节(regulation of metablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。

酶量的调节

酶活性的调节

微生物代谢的控制是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。

2，为何要进行微生物的代谢调控

3，微生物代谢调节的方式

细胞透性的调节

代谢途径区域化

代谢流向的调控

代谢速度的调控

4，从本质上来说，微生物的代谢是通过哪两种方式来进行的

微生物代谢是通过酶量调节和酶活性调节两种方式来调节的。5，酶合成调节的方式及其定义、机制

?酶合成的诱导

?酶合成的阻遏

6，酶活性调节的定义、方式

酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率

调节方式激活已有酶的活性抑制已有酶的活性

7，有分支代谢途径的调节方式有哪些

顺序反馈抑制（sequential feedback inhibition）

同工酶的反馈抑制（isoenzyme feedback inhibition）

协同反馈抑制（concerted feedback inhibition）

累积反馈抑制（cumulative feedback inhibition）

超相加反馈抑制（cooperative feedback inhibition）

8，酶活性的调节机制可用什么理论来解释

别构调节理论(其核心是酶分子构象的改变)

酶分子的化学修饰理论(其核心是酶分子结构的改变)。

9，初级代谢的调节有哪几种方式

产能代谢的调节：能荷调节(Energy Charge Regulation)

核蛋白体合成的调节（Regulation of Ribosome Synthesis）

氨基酸、核苷酸合成代谢的调节（Regulation of amino acids and nucleotide metabolism）

10，次级代谢的调节方式

初级代谢对次级代谢的调节

碳代谢物的调节作用

氮代谢物的调节作用

磷酸盐的调节作用

次级代谢中的诱导作用及产物的反馈作用

次级代谢中细胞膜透性调节

11，提高初级和次级代谢产物产量的方法

提高初级代谢产物产量的方法

1，使用诱导物

2，除去诱导物——选育组成型产生菌

3，降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生

4，解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株

5，解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株

6，防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株

7，改变细胞膜的通透性

8，筛选抗生素抗性突变株

9，选育条件抗性突变株

10，调节生长速率

11，加入酶的竞争性抑制剂

提高次级代谢产物产量的方法

1，补加前体类似物

2，加入诱导物

3，防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生

4，防止氮代谢阻遏的发生

5，筛选耐前体或前体类似物的突变株

6，选育抗抗生素突变株

7，筛选营养缺陷型的回复突变株

8，抗毒性突变株的选育

12，高浓度细胞培养的目的、原理、优点、方法及存在的问题目的

微生物液体发酵大都采用分批培养，这种培养方式的缺点是：发酵液中最终细胞浓度不高。如果通过改进工艺技术，使发酵液中微生物细胞增殖很高的浓度，那么，高浓度的细胞将会产生高浓度的发酵产物，便于下游操作，提高发酵设备的利用率，节约能源，降低生产成本。基于这种目的，人们开始研究微生物高细胞浓度的培养技术。采用高细胞浓度培养技术，发酵液中菌体浓度比分批式培养可高10倍以上。例如用高细胞浓度连续培养技术，培养大肠杆菌HBl01(pPAKS2)，可得到95g／L的菌体。用同样的方法培养酒精酵母可得到219g ／L的菌体。而一般用分批法培养酵母和细菌，得到的菌体浓度仅为10g／L左右。

原理

采用一定的工艺技术，保证微生物生长的适宜条件，延长微生物的指数增殖过程，从而得到高浓度的细胞。

优点

便于下游操作，提高发酵设备的利用率、节省能源

方法

流加培养、连续培养

存在的问题

受（培养基流加控制与其他条件控制、菌体分离装置的效能、菌种退化）的影响

第三章的复习思考题

1，次级代谢和次级代谢产物的概念

次级代谢：是指微生物在一定的生长时期(一般是稳定生长期)，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质的过程。微生物在这一过程产生的产物即为次级代谢产物

2，次级代谢产物的分类

?根据产物合成途径，我们可将次级代谢分为与糖代谢有关的类型、与脂肪酸代谢有关的类型、与氨基酸代谢有关的类型、与萜烯和甾体化合物有关的类型、与TCA环有关的类型五种类型。2，根据产物的作用区分类型抗生素激素生物碱毒素维生素色素

3，次级代谢产物的生物合成模式

次级代谢产物的合成是以初级代谢产物为前体，进入次级代谢产物合成途径后，大约经过三个步骤，合成次级代谢产物。

?前体聚合：前体单元在合成酶催化下进行聚合。

?结构修饰：聚合后的产物再经过修饰反应如环化、氧化、甲基化、氯化等。

?不同组分的装配

4，在微生物的氢代谢过程中，关键的酶是什么酶，它有哪些类型?氢化酶是氢细菌进行无机化能营养方式生长的关键酶，在多数氢细菌中，有两种氢化酶，其结构和功能各不相同

?颗粒状氢化酶(particulate hydrogenase

?可溶性氢化酶(so1uble hydrogenase)

5，氢效应的概念及产生的原因

当氢细菌以无机化能营养方式生长时，H2的存在能阻抑菌体对有机物(如对果糖)的利用，这种现象称为氢效应。其原因有两方面：

–果糖的利用是通过ED途径进行的。当有氢存在时，分子氢使ED途径中酶合成的诱导受到抑制，因而不能利用ED途径分解有机物，包括果糖。

–果糖经ED途径分解的关键是进行脱氢氧化。在氢细菌体内NAD(P)+是有限的，当有O2和H2时，氢化酶催化生成NAD(P)H，菌体内NAD(P)+减少。由

于果糖分解脱下的氢不能交给NAD(P)+(因消耗于环境中氢的还原)故在这种

情况下不能利用果糖等有机物。其实质是氢细菌中的氢化酶与ED途径的关

键酶，脱氢酶争夺体内有限的NAD(P)+，而使生长停止。

6，二氧化碳固定的概念、方式、生理意义

将空气中的CO2同化成细胞物质的过程称为CO2固定作用。

CO2的固定方式有自养型和异养型两种。

自养微生物（包括光能自养和化能自养）固定CO2的途径

异养型CO2固定异养型C02的固定主要是合成TCA环的中间产物

生理意义（？） CO2是自养微生物的唯一碳源。异养微生物也能利用CO2作为补助的碳源。异养微生物依靠固定C02生成四碳二羧酸，补充TCA环的中间产物。

7，什么是卡尔文循环，它由哪几个部分组成

二磷酸核酮糖环这个途径最初是由卡尔文(Calvin)等研究绿藻的光合作用时查明的，所以又称为卡尔文环。二磷酸核酮糖环是所有光能自养和化

能自养微生物所共有的途径。

卡尔文循环固定CO2的过程可分为三个阶段：羧化、还原、再生。

卡尔文环中包括了BMP和HMP途径中的某些反应，但是卡尔文环有自身

的关键酶系，而且这些酶系所催化的反应都是不可逆的，它们是1,5-二磷

酸核酮糖羧化酶，1,7-二磷酸景天庚酮糖磷酸酯酶和5-磷酸核酮糖激酶。

由于这些酶存在，保证卡尔文环能沿合成方向运行。

8,Metabolic engineering

?Targeted improvement of cellular activities by manipulation of enzymatic, transport, and regulatory functions of the cell with the use of rDNA

technology.

?代谢工程设计改变代谢流扩展代谢途径构建新的代谢途径

代谢工程的基本思路

9,

系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。

系统生物学的目标就是要得到一个理想的模型，使其理论预测能够反映出生物系统的真实性。

第四章的复习思考题

1，原料的定义及选择原则

原料的定义从工艺角度来看，凡是能被生物细胞利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产的原料。

选择原则

?原料价格低廉；

?因地制宜，就地取材；

?原料资源要丰富，容易收集；

?原料要容易贮藏；

?对人体无害，影响发酵过程的杂质含量因应当极少，或者几乎不含；

?适合微生物的需要和吸收利用。

?对生产中除发酵以外的其他方面，如通气、搅拌、精制、废弃物的处理等所带来的困难最少。

在确定原料选择原则时需注意的问题

所选用的培养基与所使用的发酵器的结构有关。

从实验室规模放大到实验工厂规模，以至于放大到工业生产规模，都要考虑培养基的组份的变化。

培养基的组成，除了考虑到菌体生长和产物的形成的需要外，还要考虑到培养基的pH 变化、泡沫的形成、氧化还原电位和微生物的形态等，而且还有前体和代谢抑制剂的需要

2，培养基设计的基本原则及如何进行培养基的设计

基本原则培养基的组成必需满足细胞的生长和代谢产物所需的元素，并能提供生物合成和细胞维持活力所需要的能量。

如何进行培养基的设计

（1）作出细胞生长和产物形成的化学计算的平衡

碳源和能源+氮源+其他需要→细胞+产物+CO2+H2O+热量

（2）组成微生物的元素包括C、H、O、N、S、P、Mg和K（见下表），这些元素都要在方程式中予以平衡

（3）有些微生物无力的合成特定营养物，如氨基酸、维生素或核苷酸。一旦测出其中一种是生长因子，就要在培养基中加入适量的纯净的化合物或含有该物质的混合物。

（4）碳源具有生物合成的底物和能源的双重作用，在需氧条件下，对碳源的需要量可以从菌体对底物的产率系数(Yx/s)推算而得。

3，为何要进行原料预处理及原料预处理的方法

预处理的必要性

1，发酵工厂在进行生产前，必须先将原料中混杂的小铁钉、杂草、泥快和石头等杂质除去，保证后续工序生产的正常和顺利进行。

2，为保证后续工序生产的正常和顺利进行，还需对原料进行适当加工。

3，为保证生产环境的清洁，必须采用适当的输送方式将原料从仓库运送至配料罐或反应器。原料预处理的方法

1，原料除杂

?筛选

?风选

?磁力除铁

2，原料的粉碎

粉碎方法：干粉碎湿粉碎

常用的粉碎机械锤式粉碎机辊式粉碎机

3，原料的输送

?机械的输送：为了是物料能起到混合搅拌和输送作用，固体输送主要是采用机械输送

?气流输送：是在输送管道中，空气以高速流动，借助气流的动能，使物料在气流中被悬浮输送

（1）机械的输皮带输送机斗式提升机螺旋输送机

（2）气流输送垂直管中的悬浮输送水平管中的悬浮输送

4，原料粉碎的目的和方法

粉碎的目的：

?增加原料受热面积

?粉末状原料加水混合后容易流动输送

原料粉碎的力学分析挤压粉碎冲击粉碎研磨粉碎剪切粉碎劈裂粉碎

粉碎方法干粉碎湿粉碎

常用的粉碎机械锤式粉碎机辊式粉碎机

5，垂式粉碎机生产能力的计算

6，干法粉碎和湿法粉碎工艺的比较

干法粉碎粗碎：原料过磅称重后，进入输送带，电磁除铁后进行粗碎。粗碎后的物料应能通过6~10mm的筛孔，然后再送去进行细粉碎。粗砰常用的设备是轴向滚筒式粗碎机，也有用锤式粉碎机进行粗碎的例子细碎：经过粗碎的原料进入细碎机，细碎后的原料颗粒一般应通过1.2~1.5mm的筛孔。也有采用1.8~2.0mm筛孔的。常用的细碎设备是锤式粉碎机

风选送料部分湿法除尘部分破碎部分预热部分

湿法粉碎工艺优点

?彻底消除了粉尘的危害，改善了劳动条件，降低了原料的损耗

?提高了原料的粉碎细度

?节省了蒸煮时所消耗的蒸气

?粉碎机部件（特别是刀片）的磨损减少

?设备简单，对厂房要求不高

7，原料输送的方法

（1）机械的输送皮带输送机斗式提升机螺旋输送机

（2）气流输送垂直管中的悬浮输送

水平管中的悬浮输送

8，气流输送的原理、流程和优点

气流输送方法，是借助气流的动能，使管道中的物料被悬浮输送。可见物料在气流中的悬浮问题是很重要的。颗粒在垂直管中和水平管中的悬浮机理及运动状态是不一样的。

垂直管中的悬浮输送

水平管中的悬浮输送

气流输送的流程

?吸引式流程（真空输送）

?压送式流程（压力输送）

?混合式气流输送流程（真空、压力输送）

优点

设备简单

占地面积小

费用少

连续化自动化改善了劳动条件

输送能力和距离有较大的变动范围

在气流输送的同时，还可对物料进行加热、冷却、干燥等操作

9，颗粒在垂直管道和水平管道中悬浮输送的机理

垂直管中的悬浮输送机理

?设物料小颗粒，在静止的空气中自由降落，颗粒上作用力有三：颗粒重力Ws，浮力Wa，及空气阻力fs。

?当Ws = Wa + fs时颗粒在空气中以不变的速度μt作匀速降落，称为颗粒的

自由沉降。

?根据相对运动的原理，当空气以颗粒的沉降速度自下而上流过颗粒时，颗粒必将自由悬浮在气流中。这时的气流速度称为颗粒的悬浮速度。

?如果气流速度大于颗粒的悬浮速度，则在气流中悬浮的颗粒，必将为气流带走，而发生了气流输送。这时的气流速度又称气流的输送速度。

水平管中的悬浮输送机理

?颗粒在水平管中的悬浮，较为复杂。颗粒所以能克服重力而悬浮在气流中，是由于下列几种力作用的结果

–气流为湍流运动状态

–湍流状态的气流，沿管截面上的气速分布

–颗粒在气流中，除随同气流一道运动外，还有颗粒的自身旋转运动

–由于颗粒形态不规则而产生的气流推力的垂直分力

–由于颗粒间的碰撞或颗粒与管壁间碰撞而产生的垂直方向的反作用分力

颗粒在垂直管中的运动状态

?气流速度=粒子的悬浮速度时，颗粒在气流中呈流态化状态，自由悬浮在气流中；

?气速大于悬浮速度，进行气流输送，颗粒基本上是均匀分布于气流中。

颗粒在水平管中的运动状态

?当气流速度很大时，颗粒全部悬浮，均匀分布于气演中，呈现所谓悬浮流状态。

?当气流速度降低时，一部分颗粒沉积管下部，但没有降落在管壁上，整个管截面上出现上部颗粒稀薄，下部颗粒密集的所谓两相流动状态，这种状态为悬浮输送的极

限状态。

?当气速进一步降低，将有颗粒从气流中分离出来沉于管底，沿管底滑动或停止移动产生堆积。而上部悬浮的颗粒愈来愈少，大部颗粒堆积底部，形成“小砂丘”向前

推移，产生所谓团块流

10，气流输送中常用除尘装置有哪几种

?常用的除尘器

–离心式除尘器

–袋滤器

–湿式除尘器

11，淀粉原料水-热处理的定义及目的

1）水-热处理的概念

?将淀粉质原料与水一起，在高温高压或低温低压的条件下进行处理的过程。

（2）水-热处理的目的

?淀粉原料经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用，这就是原料水-热处理的主要目的。

12，淀粉的膨胀、糊化和液化

?膨胀：淀粉是一种亲水胶体，遇水加热后，水分子渗入淀粉颗粒的内部，使淀粉分子的体积和重量增加，这种现象称为膨胀。

?糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。

?溶解或液化：淀粉糊化后，如果提高温度至 130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状结构彻底破坏，淀粉溶液的粘度迅速下降，变为流动性较好的醪液，这种现象称为淀粉的溶解或液化。

13，在淀粉的水-热处理过程中有哪些反应（变化）是我们所不希望的

?淀粉的变化

–自糖化：在50～60℃预煮时，原料自身的淀粉酶系统活化，并分解淀粉生成糖和糊精

–酸水解：在微酸条件（pH5.6～6.3），淀粉的局部酸水解现象

–在70℃以下，水解的产物是糖，75～80℃产物是糊精。

?糖的变化

①己糖的变化（葡萄糖和果糖）：果糖在酸性介质中不稳定，由于容易开

链，所以较易分解。部分的 5-羟甲基糖醛缩合生成黄棕色色素。

②戊糖的变化：蒸煮过程中戊糖和己糖一样脱水生产糠醛，但是后者比羟

甲基糠醛稳定。

③焦糖化：当温度达到糖的熔点时（185℃），糖分脱水形成黑色无定形

物，统称焦糖。焦糖不仅不能被发酵利用，而且还会阻碍糖化酶对淀粉

的糖化作用，影响微生物的生长。焦糖化反应在高浓度醪液中比低浓度

中较易进行。在不易与溶液接触的地方（如蒸煮锅的死角），或锅壁局

部过热处都容易发生。

④氨基糖反应：还原糖与氨基酸之间产生的呈色反应称为氨基糖反应。氨

基糖反应不是一个简单的聚合反应，而是一个过程相当复杂的反应

14，淀粉的酶法液化和糖化工艺常用到的酶有哪些及各自的作用专一性

?α-淀粉酶：其作用是将淀粉迅速水解为糊精及少量麦芽糖，对淀粉的作用，可将长链从内部分裂成若干短链的糊精，所以也称内切淀粉酶。淀粉受到α-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反应，如下表现：

蓝→紫→红→浅红→不显色(即碘原色)

?糖化酶：作用于淀粉的l，4键结合，能从葡萄糖键的非还原性末端起将葡萄糖单位一个一个的切断，因为是从链的一端逐渐地一个个地切断为葡萄糖，所以称为外切淀粉酶。

?β-淀粉酶：β-淀粉酶能水解α-1，4糖苷键，不能水解α- 1，6糖苷键，遇此键水解停止，也不能越过继续水解。水解由淀粉分子的非还原末端开始，水解相隔的α- 1，4键麦芽糖，届于β-构型。故叫β-淀粉酶，β-淀粉酶届于外切酶，水解

产物只有麦芽糖。

?异淀粉酶：异淀粉酶能水解支链淀粉和糖原分子中支叉地位的α- 1，6糖苷键，使支叉结构断裂。但对于直链结构中的α- 1，6糖苷键却不能水解。

?普鲁蓝酶能水解支叉结构和直链结构的α- 1，6糖苷键、支链淀粉、糖原和其β-极限糊精及普鲁蓝分子中的β- 1，6键。异淀粉酶或普鲁蓝酶与β-淀粉酶合并水解，能使支叉开裂，使β-淀粉酶继续水解，大大提高麦芽糖的产率?

15，酶法液化的工艺有哪几种及各自的优缺点

间歇（升温）液化法

优点：此方法简便

缺点：效果较差，能耗大，原料利用率低，过滤性能差。

半连续（高温）液化法（喷淋连续进出料液化法）

优点：设备和操作简单，效果比间歇液化好。

缺点：不安全，蒸汽耗量大，温度无法达到最佳温度，液化效果差，糖液过滤性能也差。

连续（喷射）液化法

优点：设备小，便于连续操作，原料利用率高，转化率高，蛋白质凝聚好。

缺点：但要求一定压力的蒸汽，进出料的速度要稳定。

16，淀粉液化效果的标准

液化效果的标准

?液化要均匀

?蛋白絮凝效果好

?液化彻底（60?C时液化液要稳定，不出现老化现象，不含不溶性淀粉颗粒，液化液透明、清亮）

液化程度的控制

?I2试

?测定DE值

–DE值高，糊精太小，不利于糖化酶作用，影响催化效率，终点DE值低。

–DE值低，液化不彻底，糖化速度慢，酶用量大，时间长，过滤性能差。

?透光率和澄清度

17，淀粉糖化的定义和目的

?糖化：以无机酸或酶为催化剂，在一定温度下使淀粉水解，将淀粉全部或部分转化为葡萄糖等可发酵性糖的过程。

?糖化剂：糖化过程中所用的催化剂。包括无机酸和酶。

?糖化的目的：将淀粉转化为可发酵性糖

18，淀粉糖化的理论收率、实际收率和淀粉转化率的定义及计算?理论收率（111.11%)

（C6H10O5)n + H2O nC6H12O6

162 18 180

?实际收率（105%~108%）

19，DE值的定义

DE值：糖化液中还原糖含量（以葡萄糖计）占干物质的百分率，用以表示淀粉糖的糖组成。

还原糖用斐林法或碘量法测定，干物质用阿贝折光仪测定。

20

，淀粉糖化的工艺有哪几种，比较各自的优缺点

（1）酸解法（酸糖化法）

?定义：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。

?优点：

–工艺简单，设备较单一

–水解时间短，设备周转快

?缺点：

–需耐高温、高压和耐腐蚀的设备

–副产物多，淀粉的转化率低

–对原料要求高

–废水难处理

（2）酶解法

?定义：以酶为催化剂，在常温常压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。包括液化和糖化两个过程，故又称双酶水解法。

?优点：

–反应条件温和

–副反应少，淀粉质量高

–可在较高淀粉浓度下水解，对预料要求不高

–糖液的质量高、营养物质较丰富

?缺点：

–水解时间长，夏天糖液容易变质

–设备较多

酶法糖化的工艺流程

液化→糖化→灭酶→过滤→贮糖计量→发酵

糖化方法的比较

?水解时间：酸法短，酶法长

?水解程度：酶法高

?糖液杂质：酶法低，酸法高

?综合

21，糖蜜原料的来源、特点及常用的处理方法

1，来源甘蔗糖厂的副产物甜菜糖厂的副产物

2，特点

糖蜜中干物质的浓度很大，约在80-90 Bx，

糖蜜中一般含有大量杂菌，主要为产酸细菌；

重金属离子，主要是钙，铅等离子，对微生物会有抑制；

糖蜜中除了糖之外，还含有含N化合物，氨基酸，维生素。

3,糖蜜前处理的方法

1，加酸通风沉淀法

2，加热加酸沉淀法

3，添加絮凝剂澄清处理法

22，在发酵培养基中添加前提物质、抑制剂和促进剂为何能提高产物的产量

一、生物合成的前体物质

?指某些化合物加入到发酵培养基中，能被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，其自身结构并无多大变化，但产量却因前体的加入有较大提高

二、抑制剂

?加入后会抑制某些代谢途径的进行，使另一途径活跃，从而获得人们所需要的某种代谢产物，或使正常代谢的某一代谢中间物积累。

?最初应用于甘油发酵，抗生素工业应用最多。

三、促进剂

?指那些既不是营养物，又不是前体，但能提高产量的添加剂，如酶生产中的诱导物或表面活性剂等。

?诱导剂能增加细胞的产酶速度，提高产酶量，但不能从根本上改变细胞原有的蛋白质模板，包括酶的底物，底物类似物，及被转化为诱导物的前替

物质。

?表面活性剂

?改变了细胞膜的通透性

?同时增强了氧的传递速度，改变了菌体对氧的有效利用。

(22,糖化的过程检测)

?检验液化：是否有淀粉，用碘液，是否呈兰色；

?检验糖化：是否水解完全

–测定还原糖；

–用无水酒精。

第五章的复习思考题

1，何谓培养基的灭菌，它和消毒有和区别

培养基灭菌的定义是指从培养基中杀灭所有细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。

灭菌与消毒的区别

?灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子

?消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。

2，常用的灭菌方法

?化学法

–化学药品灭菌法

?物理法

–干热灭菌法

–湿热灭菌法

–射线灭菌法

3，致死温度、微生物热阻的定义

?杀死微生物的极限温度称为致死温度。在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间；在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。

?微生物的热阻：是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件

下的致死时间的比值

4，湿热灭菌的原理和优点

每一种微生物都有一定的最适生长温度范围。当微生物处于最低温度以下时，代谢作用几乎停止而处于休眠状态。当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质胶体和酶起了不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡，加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。

?蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；

?蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底；

?蒸汽有很大的潜热；

?操作方便，易管理。

5，从工程角度看，设计一个培养基的湿热灭菌过程首先要解决的问题是什么

6，根据微生物的热死灭动力学方程和温度对微生物热死灭常熟（K）

的影响，论述为什么采用高温短时间灭菌既有利于杀灭微生物又有利于减少营养物质的破坏

实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即：

N ：任一时刻的活细菌浓度（个/L ）

t ：时间（min ）

微生物的热死灭动力学接近一级反应动力学，它的比热死灭速率常数K 与灭菌温度T 的关系可用阿累尼乌斯方程表征 A ：频率因子（min -1）

ΔE ：活化能（J/mol ）

R ：通用气体常数[J/（mol.k ）]

从方程（4）可以看出：

（1）活化能ΔE 的大小对K 值有重大影响。其它条件相同时，ΔE 越高，K 越低，热死速率越慢。

（2）不同菌的孢子的热死灭反应ΔE 可能各不相同。

K 是ΔE 和T 的函数，K 的对T 的变化率与有关，对方程（5）两边对T 取导数，得方程（6）。由方程（6）可得出结论：反应的ΔE 越高，lnK 对T 的变化率越大，即T 的变化对K 的影响越大。试验表明，细菌孢子热死灭反应的ΔE 很高，而某些有效成分热破坏反应的ΔE 较低。将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间。由于有效成分的ΔE 很低，温度的提高只能稍微增大营养物质破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少。

7， 间歇灭菌的成功的要素及注意事项\

成功的要素

? 内部结构合理(主要是无死角)，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象 ? 压力稳定的蒸汽

? 合理的操作方法。

注意事项

? 温度和压力的关系

? 泡沫问题

? 投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题

()

1N k dt

dN

?=-()

4/RT E e A K ?-?=()

62ln T R E dT K

d ??=

?灭菌结束后应立即引入无菌空气保压

8，常用的连续灭菌工艺有哪几种

常用的连续灭菌工艺有喷射加热、薄板换热器和喷淋冷却。

9，连续灭菌和间歇灭菌的比较

1，连续灭菌的优缺点

?优点

–保留较多的营养质量

–容易放大

–较易自动控制；

–糖受蒸汽的影响较少；

–缩短灭菌周期；

–在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少；

–发酵罐利用率高；

–蒸汽负荷均匀。

?缺点

–设备比较复杂，投资较大。

2，分批灭菌的优缺点

?优点

–设备投资较少

–染菌的危险性较小

–人工操作较方便

–对培养基中固体物质含量较多时更为适宜

?缺点

–灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。

10，影响灭菌的因素

?培养基成分对灭菌的影响

–油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。

?培养基的物理状态对灭菌的影响

?培养基中微生物数量对灭菌的影响

?培养基中氢离子浓度对灭菌的影响

–培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。

?微生物细胞中水分对灭菌的影响

–细胞含水越多，蛋白质变性的温度越底

?微生物细胞菌龄对灭菌的影响

–老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高

?空气排除情况对灭菌的影响

?搅拌对灭菌的影响

?泡沫对灭菌的影响

第六章的复习思考题

1，何谓无菌空气，发酵工业对空气无菌程度的要求

无菌空气的概念

发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。此种空气称为“无菌空气”。

不同的发酵过程，对空气无菌程度的要求也不同。影响因素是比较复杂的，需要根据具体情况而订出具体的工艺要求。

一般按染菌机率为10-3。来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1~2次染菌。

2，空气含菌量的测定方法

?培养法：微生物学中已介绍过

?光学法：用粒子计数器通过微粒对光线的散射作用来测量粒子的大小和含量

3，空气除菌的方法有哪些、这些方法的原理和优缺点

?辐射灭菌

?加热灭菌

?静电除菌

?介质过滤

一、辐射灭菌

1，原理

?α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波等从理论上讲都能破坏蛋白质，破坏生物活性物质，从而起到杀菌作用。

2，应用范围

?通常用于无菌室和医院手术室。

3，缺点

?杀菌效率较低，杀菌时间较长。一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。

三、静电除菌

1，原理

?利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘、除菌的目的。

2，优点

?阻力小，约1.01325×104Pa

?染菌率低，平均低于10-15％

?除水、除油的效果好

?耗电少

3，缺点

?设备庞大、一次性投资较大、捕集率尚嫌不够，需要采取其它措施。

4，介质过滤除菌的定义，机理；过滤介质的类型

利用有孔介质从气体中除去微生物

过滤机理直接拦截惯性撞击扩散拦截

表面过滤介质:编织网粉末烧结

深度过滤介质:纤维材料结构棉花活性炭或玻璃纤维有机合成纤维

浇铸膜结构

5，常见的空气过滤除菌工艺流程的分析计算

6， 过滤效率、对数穿透律

力的指标。

即

7， 传统空气过滤除菌工艺中的主要设备有哪些

1，深层棉花、活性炭过滤器

2，滤纸过滤器

3，金属过滤器