生物工艺学作业题14级

生物工艺学作业题

一、填空题

1、酒精原料在蒸煮之前加α-淀粉酶的作用是降低蒸煮压力，缩短蒸煮时间，用量为粉碎原料的0.1%-0.2% 。

2、乳酸细菌以葡萄糖为原料进行乳酸发酵的代谢途径有三条：属于同型发酵的_糖酵解途径、属于异型发酵的双歧途径、属于异型发酵的 HMP途径。

3、米根霉属于好氧真菌，其发酵类型属混合型发酵，L-乳酸的转化率能达

到75%以上。

4、生物素影响谷氨酸发酵主要是影响细胞渗透性和代谢途径。

5、谷氨酸发酵过程中，使用生物素含量高的糖蜜作为碳源时，在适当时间加入 _青霉素、头孢霉素或表面活性剂，也可积累大量谷氨酸。

6、乳酸发酵一般要在厌氧条件下进行 , 它可分为同型和异型乳酸发

酵。

7、壳聚糖酶降解部分乙酰化壳聚糖时，能得到一定聚合度的具有某些功能性的_

壳寡糖。

8、ω-3不饱和脂肪酸包括 EPA 、 DPA/DHA ；ω-6不饱和脂肪酸包括亚油酸

_、γ-亚麻酸和花生四烯酸。

9、大曲酒生产操作工艺一般可分为清渣法、续渣法、清蒸混烧法。

10、α—淀粉酶任意水解淀粉分子内的α-1,4-糖苷键，不能水解α-1,6-糖苷键，作用于支链淀粉时，生成葡萄糖、麦芽糖、α-界限糊精。

11、β—淀粉酶作用于淀粉时，从淀粉分子非还原性末端的第2个α-1,4-糖苷键开始，依次水解麦芽糖分子，并发生转位反应，将麦芽糖转变为β-型麦芽糖。

12、β—淀粉酶作用于支链淀粉时，遇到α-1,6-糖苷键分支点即停止作用，最终产物为麦芽糖和β-界限糊精。

13、麦芽β—淀粉酶的最佳作用温度是 62-65 ℃。

14、麦芽α—淀粉酶的最佳作用温度是 72-75 ℃。

15、在麦汁煮沸、发酵、过滤过程中添加单宁的作用主要是沉淀蛋白质，以提高啤酒的非生物稳定性。

16、双乙酰的前驱体是α-乙酰乳酸，双乙酰被还原，经过乙偶姻，最终还

原成 2,3-丁二醇。

17、双乙酰含量超过口味界限值 0.1 mg/L，会使啤酒产生馊饭味。

18、己醛是酵母代谢的中间产物，在醛类中，它对啤酒风味的影响是比较重

要的。

19、啤酒中的高级醇，其含量最高、对啤酒风味影响最大的是异戊醇。

20、啤酒生产中最有害的四种污染菌是野生酵母、足球菌、果胶杆菌和乳酸菌。

21、啤酒的无菌过滤常用孔径为 0.45 μm薄膜过滤机。

22、啤酒发酵一般以双乙酰在发酵醪中的含量低于0.1 mg/mL 作为发酵成熟的标志。

23、葡萄洒酿造中，一般认为椭圆酵母是主发酵酵母，在主发酵期起主要作

用，而球拟酵母是产酯酵母，在发酵结束后仍发挥作用。

24、啤酒花的品质与啤酒的质量密切相关，其用于啤酒酿造的主要作用成分有：

苦味物质、酒花精油、多酚物质。

25、葡萄酒酵母与啤酒酵母的主要区别是啤酒酵母能利用蜜二塘，但是葡萄酒

酵母不行。

26、导致啤酒浑浊沉淀的原因主要有：氧化浑浊、酵母浑浊、受寒浑浊、

细菌浑浊。

27、葡萄酒发酵温度一般控制在 25-30℃，在此范围内，温度越高，发酵开始

越早，成品一般为甜型酒，温度越低，酒精产量越高，成品一般为干型

酒。

28、我国传统酿造常用到曲，种曲作用是提供大量的孢子，而曲通常用来提

供大量的菌体或酶。

29、葡萄酒酿造中所采用的降酸方式生物降酸、化学降酸、物理降酸。

30、由于SO

具有杀菌、澄清、增酸，溶解与改善风味等作用，而

被广泛用于葡萄酒生产中。

31、维生素C二步发酵中的第二步采用混合发酵法，将L-山梨糖转化为2-酮基

-L-古龙酸（2-KLG），所用菌种为小菌氧化葡萄糖酸杆菌和大菌巨大

芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌，其中不产酸而能促进产酸菌生长和产酸的是大

菌。

32、抗生素的类型有抑制细胞壁合成的抗生素、影响细胞膜功能的抗生素、抑制病原菌蛋白质合成的抗生素、抑制核酸合成的抗生素和抑制细菌生物能作用的抗生素。

与抗生素合成有关的初级代谢有脂肪酸代谢、氨基酸代谢、糖代谢、嘌呤及嘧啶代谢、 C1库提供甲基和芳香族化合物的生物合成。

33、红霉素抗菌机制是它能与细菌核蛋白体的50S亚基结合，抑制转肽作用和 mRNA移位，从而抑制蛋白质合成。

34、青霉素的母核部分由β-内酰胺环（B环）和噻唑环（A）组成，称为 6-氨基青霉烷酸。

35、玉米浆是青霉素发酵的优秀氮源，因为它含有青霉素生物合成的前体β-苯乙酰胺。

36、在发酵液中加入苯乙酸，与α-氨基己二酸进行交换，带上苯乙酸侧链则生成青霉素G 。

37、异青霉素N被青霉素酰化酶催化使侧链裂解则生成 6-氨基青霉烷酸。是合成各种半合成青霉素的主要原料。

38、四环素族抗生素包括金霉素、土霉素、四环素、 6-脱甲基四环素，它们的共同的核心结构是氢化直骈四苯。

39、根据淀粉酶水解淀粉的不同形式将淀粉酶分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶。

异淀粉酶又称淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶，作用于支链淀粉分子分支点处的 _α-1，6-糖苷键，将支链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。

40、纤维素酶指降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，其中能够分解天然纤维素的酶为C1，能分解羧甲基纤维素的酶为C

，能分解纤维二糖为

-葡萄糖苷酶。

41、生物冶金过程中，应用最广的浸矿细菌包括氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁小螺菌和嗜热氧化硫杆菌。

二、选择题

1．实验室常用的培养细菌的培养基是（ A ）

A 牛肉膏蛋白胨培养基

B 马铃薯培养基

C 高氏一号培养基

D 麦芽汁培养基

2、下列物质属于生长因子的是（ D ）

A．葡萄糖 B．蛋白胨 C．NaCl D．维生素

3、实验室常用的培养放线菌的培养基是（ C ）

A 牛肉膏蛋白胨培养基

B 马铃薯培养基

C 高氏一号培养基

D 麦芽汁培养基

4、酵母菌适宜的生长pH值为（ A ）

A 5.0-6.0

B 3.0-4.0

C 8.0-9.0

D 7.0-7.5

5、细菌适宜的生长pH值为（ D ）

A 5.0-6.0

B 3.0-4.0

C 8.0-9.0

D 7.0-7.5

6、下列物质中，不能为异养生物作碳源的是（ C ）

A．蛋白胨B．含碳有机物C．含碳无机物D．石油、花生饼7．利用酵母菌发酵生产酒精时，投放的最适原料和产生酒精阶段要控制的必要条件是（ C ）

A．玉米粉和有氧B．大豆粉和有氧C．玉米粉和无氧D．大豆粉和无氧8、用于谷氨酸发酵的培养基需添加的生长因子是（ D ）

A．氨基酸 B．碱基 C．核苷酸 D．生物素

9、在发酵中有关氧的利用正确的是（ B ）

A．微生物可直接利用空气中的氧 B．微生物只能利用发酵液中溶解氧C．温度升高，发酵液中溶解氧增多 D．需向发酵液中连续补充空气并不断地搅拌

10、不能以糖类作为碳源的细菌是（ C ）

A．假单胞菌B．乳酸菌C．甲基营养菌D．固氮菌

11、下列关于生长因子的说法中，不正确的一项是（ B ）

A．是微生物生长不可缺少的微量有机物 B．是微生物生长不可缺少的微量矿质元素

C．主要包括维生素、氨基酸和碱基等 D．一般是酶和核酸的组成成分

12、下列营养物质中，不是同时含有碳源、氮源和生长因子的是（ C ）

A．牛肉膏 B．蛋白胨 C．生物素 D．酵母粉

13、某些放线菌产生的抗生素，是它们的（ B ）

A初级代谢产物 B次级代谢产物 C代谢中间产物 D 代谢废物14、微生物代谢的调节属于（ C ）

A．神经调节 B.激素调节 C．酶的调节 D.基因调节

15、关于微生物代谢产物的说法中不正确的是（ D ）

A.初级代谢产物是微生物生长和繁殖所必须的

B.次级代谢产物并非是微生物生长和繁殖所必须的

C.次级代谢产物在代谢调节下产生

D.初级代谢产物的合成无需代谢调节

16、某药厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸而产生乳酸及琥珀酸，其原因是（ D ）

A．温度控制不适 B．通气量过多 C. pH呈酸性 D.溶氧不足

17、下列可用于生产谷氨酸的菌种是（ C ）

A.谷氨酸棒状杆菌、金黄色葡萄球菌B．链球菌、大肠杆菌

C.谷氨酸棒状杆菌，黄色短杆菌D．大肠杆菌、乳酸菌

18、发酵过程中，不会直接引起pH变化的是（ C ）

A．营养物质的消耗B．微生物呼出的CO

２

C．微生物细胞数目的增加D．次级代谢产物的积累

19、( D )是生物技术产业化，发展大规模生产的最关键环节。

A 细胞工程和基因工程

B 细胞工程和酶工程

C 基因工程和酶工程

D 酶工程和发酵工程

20、构成葡萄酒干浸出物的是（ C ）

A色素 B蛋白质 C糖 D硫酸钾

21、为了调节葡萄酒的pH值，最好采用（ B ）

A碳酸钙 B碳酸氢钾 C酒石酸钾 D酒石酸氢钾

22、下列微生物用于生产实践中必须不断通氧并且搅拌的是（ B ）

A. 用酵母菌生产酒精

B. 利用链球菌发酵生产抗生素

C. 产甲烷细菌进行沼气发酵

D. 用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸

23、所有下列情况均是抗生素抑制微生物的方法，除了( C )之外。

A 抗生素抑制细胞壁合成

B 抗生素干扰细胞膜功能

C 抗生素阻止能量从ATP释放

D 抗生素抑制蛋白质合成

24、青霉素族的抗生素主要用于抗( D )。

A 病毒

B 真菌

C 革兰氏阴性菌

D 革兰氏阳性菌

25、下列抗生素作用机制中，抑制细胞壁合成的是（ D ）

A 利福霉素

B 四环素

C 两性霉素

D 青霉素

26、青霉素的母核部分是以为前体合成的。( B )

A.半胱氨酸和α–氨基己二酸

B. 半胱氨酸和缬氨酸

C. α–氨基己二酸和缬氨酸

D. 缬氨酸和精氨酸

27、产氨短杆菌的嘌呤核苷酸的生物合成中，AMP与GMP的关系是 D 。

A、存在于两条环形路线中，可互相转换；

B、存在于两条单向分支中，可互相转换；

C、存在于两条环形路线中，不能互相转换；

D、存在于两条单向分支中，不能互相转换

28、枯草杆菌的嘌呤核苷酸的生物合成中，AMP与GMP的关系是 A 。

A、存在于两条环形路线中，可互相转换；

B、存在于两条单向分支中，可互相转换；

C、存在于两条环形路线中，不能互相转换；

D、存在于两条单向分支中，不能互相转换

三、请把以下微生物的中文名与学名进行对译（不可简写）

1）黑曲霉 Aspergillus niger

2）少根根霉Rhizopus arrhizus

3）枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis

4）红色链霉菌Streptomyces erythreus

5）米根霉Rhizopus oryzae

6）多粘芽孢杆菌 Paenibacillus polymyxa

7）灰色链霉菌 Streptomyces griseus

8）解脂假丝酵母 Candida lipolytica

9）康氏木霉 Trichoderma koningii

10）热带假丝酵母Candida tropicalis

11）Saccharomyces cerevisiae 啤酒酵母

12）Lactobacillus plantarum 植物乳杆菌

13）Bifidobacterium bifidum 双歧杆菌

14）Trichoderma koningii 康氏木霉

15）Schizosaccharomyces cerevisiae 裂殖酵母

16）Clostridium acetobutylicum 丙酮-丁酸梭菌

17）Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳杆菌

18）Pseudomonas denitrificans 脱氮假单孢杆菌

19）Pichia stipitis 树干毕赤酵母

20）Torulopsis glabrata 光滑球拟酵母

四、名词解释：

1、制麦：将原料大麦制成麦芽的过程，是啤酒生产的开始。

2、蛋白质休止：啤酒酿造过程中，糖化阶段，利用麦芽中羧基肽酶分解多肽形成氨基酸（α-氨基氮）和利用内切肽酶分解蛋白质形成多肽和氨基酸。

3、发酵度：在一定温度下，以一定质量的啤酒酵母作用一定体积和一定浓度的麦芽汁，测定规定时间内麦芽汁失重或糖度改变或放出二氧化碳的体积，用以测定发酵力的强弱，称为发酵度。其表示方法一般有真实发酵度和表观发酵度。

4、定型麦汁：麦芽经粉碎、糊化、糖化后，加酒花煮沸、过滤、浓缩，达到一定可发酵性还原糖浓度的麦汁。

5、大曲和小曲：大曲是以大麦、稻壳等为原料或载体，接种曲霉、酵母等经培养、成型、干燥后制成的砖块状发酵剂，一般用于白酒发酵。小曲是以米粉等为原料，接种根霉等菌种，经培养成型、干燥后制成的粉状、块状、球形发酵剂，一般用于米酒、白酒等产品发酵。

6、凝聚性酵母：凝聚性过强的酵母，沉降早、快，酒液中酵母细胞数少，发酵

缓慢，发酵度低；

7、苹果酸—乳酸发酵：在乳酸细菌作用下将苹果酸分解为乳酸和CO

的过程，使葡萄酒的酸度降低，生物稳定性增强，并使质量发生一系列变化的过程。8、生物需氧量（BOD）：在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，常用单位mg/L，这是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标。在20℃和在BOD的测定条件（氧充足、不搅动）下，以五日作

为测定BOD的标准时间，称为五日生化需氧量，以BOD

表示。

9、化学需氧量（COD）：用强氧化剂——重铬酸钾，在酸性条件下能够将有机物

氧化为H

2O和CO

，此时所测出的耗氧量称为化学需氧量（COD）。COD能够比较

精确地表示有机物含量，而且测定需时较短，不受水质限制，因此多作为工业废

水的污染指标。

10、活性污泥：向有机废水中不断地充入空气，使水中有足够的溶解氧，为好氧微生物生长繁殖创造良好的条件，经过一定时间后，就会产生一种褐色絮状泥粒，其中含有大量的微生物，主要由菌胶团细菌、原生动物和后生动物组成的微生物群体，还含有一些无机物、分解中的有机物和微生物自身代谢残留物。由污水中繁殖的大量微生物凝絮而成的绒絮状泥柱，具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力。

11、双边发酵：是半固态法制取小曲白酒的主要发酵工艺之一，采用较低温度，让糖化作用与发酵作用同时进行的发酵形式，即边糖化边发酵的工艺。特点是用曲量大，有利于边糖化边发酵，发酵效率和出酒率均较高。

12、溶菌酶：一种能水解致病菌中粘多糖的碱性酶。专门水解微生物细胞壁的酶，它能切断肽聚糖中Ｎ-乙酰葡萄糖胺和Ｎ-乙酰胞壁酸之间的β-１,４-糖苷键之间的联结，破坏肽聚糖支架，导致细胞壁破裂，细胞内容物流出。又称Ｎ－乙酰胞壁质肽聚糖水解酶，简称胞壁质酶。

13、甲基类营养菌群：甲烷氧化菌，是一些只能利用甲醇、甲醛等C1化合物的细菌和酵母菌。

14、微生物勘探：甲烷氧化菌是C

化合物菌群体，它们不能代谢糖类或短链烃，

只能以C

化合物为碳源。由于甲烷氧化菌对碳源的专一性，如果这种菌大量繁

殖，即能说明环境中存在较高浓度的甲烷，利用甲烷氧化菌对碳源的专一性，可以在众多微生物中将其分离。用甲烷为培养基培养样品，如果获得超常量的甲烷氧化菌，即指示地下潜在油气藏。

15、循环经济：所谓循环经济，本质上是一种生态经济，它要求运用生态学规律而不是机械论规律来指导人类社会的经济活动。与传统经济相比，循环经济的不同之处在于：传统经济是一种由“资源—产品—污染排放”单向流动的线性经济，其特征是高开采、低利用、高排放。循环经济要求把经济活动组成一个“资源—产品—再生资源”的反馈式流程，其特征是低开采、高利用、低排放。所有的物质和能源要能在这个不断进行的经济循环中得到合理和持久的利用，以把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。

16、细菌冶金：利用细菌的生物催化作用，使矿石中的金属在水溶液中溶解出来，随后从溶液中提取金属的方法。矿石中的金被金属硫化物包裹，用常规氰化工艺无法使金溶解出来，利用浸矿细菌可以氧化金属硫化物的特性，先对矿石进行预氧化处理，将硫化物破坏，使金裸露出来，然后通过氰化工艺浸出。

五、简答题

1、细菌和米根霉生产乳酸的比较

（1）机制上，乳酸细菌为厌氧发酵细菌，以葡萄糖为原料进行乳酸发酵的代谢途径有三条：属于同型发酵的糖酵解途径，属于异型发酵的双歧途径和属于异型发酵的HMP途径。米根霉为好氧真菌，进行好氧混合酸发酵。

（2）特点上：①细菌营养要求复杂，而米根霉营养要求简单。②米根霉菌体比细菌大，易于分离，有利于制得高质量的乳酸产品。③米根霉发酵可得到光学纯度很高的L-乳酸，而细菌发酵常因消旋作用得到的是DL-乳酸。

2、大曲酒续渣法工艺的优点？

（1）粮食本身所特有的香味物质，会随酒气带入白酒；

（2）原料酒醅混合后，吸收酒醅中的酸和水，有利于原料的糊化。

（3）在酒醅中混入新料，可减少填充料（小米或米糠）的用量。

3、试说明白葡萄酒酿造过程中防止氧化的技术。

①前发酵阶段严格控制品温。②后发酵期控制较低的温度，避免酒液接触空气。

③添加0.02%～0.03%皂土以减少氧化物质和降低氧化酶的活性。④在发酵期间罐内充入氮气或或CO2等。⑤将铁、铜等金属工具及设备涂以食品级防腐材料。

4、简述废水生物处理的优点。

（1）利用微生物分解废水中的有机物可以减少能耗；

（2）应用范围广，中低浓度废水用好氧法，高浓度用厌氧法；

（3）负荷高；

（4）好氧处理的优点：①不产生臭气；②处理周期短；③在适当条件下，一般；

可除去BOD

（5）厌氧处理的优点：①操作不消耗动力；②可以处理高浓度的有机废水；③副产物甲烷可作为燃料。

5、常用的废水生物处理方法主要有哪几种？

（1）好氧生物处理法：活性污泥法、生物膜法（生物滤池、生物转盘）等；（2）厌氧生物处理法：厌氧消化法、厌氧流化床、上流式厌氧污泥床等。

6、简述活性污泥法污水处理的原理及影响处理效果的因素。

（1）原理：污水中繁殖的大量微生物凝絮而成的绒絮状泥柱，具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力。废水中溶解性有机物质透过细菌的细胞壁为细菌所吸收，固体和胶体的有机物先附着在细菌体外，被分泌酶变为溶解性物质再渗入细胞。细菌通过自身氧化、还原、合成等过程，把一部分有机物氧化成简单无机物，另一部分转化成生物体所必需的营养物质，组成新的原生质。

（2）影响因素：①适当的pH，在6-9之间，波动不能太大；②进水中的有机物浓度：BOD范围为500-100mg/L；③水中要有微生物生长所必需的基本化合物和元素，适当的C:N:P比例，BOD:N:P=100:5:1；④避免对微生物有毒害作用的物质进入；⑤活性污泥在反应器中呈悬浮状态，充分与废水接触；⑥溶解氧要足够，以2-4mg/L较好；⑦水温过高或过低都有不利影响，最适温度范围15-30℃。

7、简述厌氧生物处理法的优缺点。

（1）优点：①操作不消耗动力；②可以处理高浓度有机废水；③副产物甲烷可以作燃料。

（2）缺点：①分解有机物的速度慢；②需要大体积的处理槽；③BOD的消除率低于好气处理。

8、影响厌氧处理的因素。

（1）温度：温度对厌氧微生物及厌氧消化的影响尤为显著，在工程运用中，中温工艺以35～40℃为最佳，高温工艺以55℃为最佳。如果温度下降幅度过大，则由于微生物活力下降，反应器的负荷也将降低。

（2）pH：产甲烷菌对pH的变化适应性很差，其最佳范围为6.8～7.2，超出该范围厌氧消化细菌会受到抑制。

（3）氧化还原电位：产甲烷菌最适氧化还原电位为-400～-150mV，培养初期不能高于-330mV。

（4）营养：厌氧微生物对碳、氮等营养物质的要求略低于好氧微生物，需要补充专门的钾、钠、钙等金属盐类，用来形成细胞或非细胞的金属络合物所需物质，同时加入镍、铝、钴、钼等微量金属以提高若干酶的活性。

（5）有机负荷：直接影响产气量和处理效率。在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气率即单位重量物料的产气量趋向下降，而消化器的容积产气量增多，反之亦然。

（6）有毒物质：会对厌氧微生物产生不同程度的抑制，使厌氧消化过程受到影响甚至破坏，常见抑制性物质为硫化物、氨氮、重金属、氰化物及某些人工合成的有机物。

9、阐述戊糖乙醇发酵途径？

也就是细菌和酵母菌的木糖乙醇发酵途径。细菌首先在木糖异构酶作用下，将木糖转化为木酮糖，然后在木酮糖激酶的作用下转变成磷酸木酮糖，继而进入磷酸戊糖途径（PPP），生成丙酮酸，代谢成为乙醇。酵母菌首先在依赖NADP

的木糖还原酶（XR）的作用下还原木糖为木糖醇，随后在依赖NAD+的木糖醇脱氢酶（XDH）作用下氧化形成木酮糖，再经木酮糖激酶磷酸化形成5-磷酸木酮糖，由此进入磷酸戊糖途径（PPP），生成丙酮酸，生成乙醇。

10、简述在改变细胞的通透性方法中，生物素、油酸和青霉素各自的作用机制？

生物素参与了脂肪酸的合成，影响磷脂的合成以及细胞膜的完整性，生物素缺陷型的菌株，丧失菌体自身合成生物素的能力，通过控制亚适量的生物素浓度（5～10μg/L）,使细菌在发酵阶段形成不完整的细胞膜，以利于谷氨酸向胞外分泌。

油酸缺陷型菌株缺乏一种参与由癸酸（C

10）到油酸（C

）生物合成的酶，切

断了油酸的后期合成，使菌体丧失了自身合成油酸的能力，控制培养基中油酸亚适量，即可控制磷脂和细胞膜的形成，解除谷氨酸的渗透障碍。

由于青霉素的结构和肽聚糖的D-Ala-D-Ala末端结构类似，因而它能取代合成肽聚糖的底物而与转肽酶的活性中心结合，抑制细菌细胞壁的后期合成，形成不完整的细胞壁，使细胞膜处于无保护状态；又由于胞内外的渗透压差，导致细胞膜的物理损伤，增大了谷氨酸的胞外透性。

11、柠檬酸发酵和IMP发酵都与Mn2+有关，Mn2+在这两个过程中的作用有何区别？

黑曲霉柠檬酸发酵中，Mn2+是催化核酸合成的酶所必需的，Mn2+亚适量的存在将影响某些所需蛋白质的合成，导致细胞内NH

+浓度上升，并出现某些氨基酸的积累，激活磷酸果糖激酶（PFK），解除柠檬酸和ATP对磷酸果糖激酶（PFK）的抑制作用，使EMP代谢流畅通。

IMP发酵中，使用产氨短杆菌直接发酵法生产肌苷酸（IMP），细胞膜透性是影响IMP积累的重要因子之一。Mn2+充足的情况下，产氨短杆菌生长正常，其细胞膜对5’-IMP的透性很差。当Mn2+处于亚适量浓度时，产氨短杆菌成长细胞呈伸长、膨润或不规则形，此时肌苷酸、嘌呤核苷酸补救合成所需的几个酶和中间体核糖-5’-磷酸都容易透过，在胞外重新合成大量肌苷酸。

六、论述题

1、柠檬酸发酵是典型的好氧发酵过程，过程中对氧要求非常高，即使有短暂的供气停止也会造成产品生产的严重下降，为什么？（讨论氧在柠檬酸发酵中的作用）

①氧是柠檬酸发酵的理论底物之一；

②发酵中生成的NADH在重新氧化时还需要氧气作为底物；

③在黑曲霉中不但有标准的呼吸链，还存在一条需要高氧强度下才能维持的呼吸链。该链的功能是在氧化NADH的同时不产生ATP，减轻ATP对PFK的反馈抑制，促进了EMP途径的畅通，增加了柠檬酸的合成。

2、试从酿造原理及工艺角度比较啤酒、葡萄酒、白酒酿造的差别。

（1）酿造原理：啤酒是以麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，大米或其他谷物为辅料，经麦芽汁制备，加酒化煮沸，并由酵母发酵酿制而成的。葡萄酒是用新鲜葡萄或葡萄汁经发酵成的。白酒是以谷物、薯类或糖分等为原料，经糖化、发酵、陈酿、蒸馏和勾兑制成的。

（2）工艺角度：①糖化：啤酒利用麦芽自身的水解酶作为糖化酶；白酒利用大曲、小曲或麸曲为糖化剂；葡萄酒不需糖化。②发酵微生物：啤酒为单菌种（酵母）液态发酵而成；大曲白酒为多菌种（霉菌、酵母菌及细菌）固态发酵而成；葡萄酒为多菌种（酵母菌和细菌）发酵而成。③原料：啤酒以麦芽（包括特种麦芽）为主要原料，大米或其他谷物为辅助原料；葡萄酒以葡萄、果糖、葡萄糖等为原料；白酒以谷物、薯类或糖分等淀粉质原料为原料。

3、以你对发酵工程、工艺的理解，你认为目前发酵工业中急待解决的工程问题

有哪些？研究热点是什么？

（1）工程问题：

①研究经验不足，实践经验没有上升到系统、清晰的理论阶段，发酵过程中些机理尚不清楚

②连续发酵存在许多问题，难以实现大规模生产

③由于菌种突变、微生物的复杂多样性，导致工艺条件稳定性较差

④丝状真菌发酵（霉菌、大型真菌）没有较完善的理论指导，没有满足要求的

设计和放大法生产。

（2）热点：

①利用基因工程技术，有选择地创新物种

②固定化酶或固定化细胞的生产和应用

③生物传感器研究和设计应用于发酵过程控制技术

4、比较同型和异型乳酸发酵，说明两者在代谢途径和培养条件上的差别。（1）代谢途径：

①同型乳酸发酵：葡萄糖经糖酵解途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下还原为乳酸。

②异型乳酸发酵可分为葡萄糖-6-磷酸途径和双歧途径两种。

a.葡萄糖-6-磷酸途径：某些乳酸细菌利用HMP途径，分解葡萄糖为木酮糖-5-磷酸，然后经磷酸酮解酶催化裂解反应，生成甘油醛-3-磷酸和乙酰磷酸，乙酰磷酸生成乙酸，而甘油醛3-磷酸经糖酵解途径后半部分转化为乳酸。

b.双歧途径：是双歧杆菌发酵产生乳酸的一种途径。此途径中有6-磷酸果糖磷酸酮解酶和5-磷酸木酮糖磷酸酮解酶两种酶的参与，分别催化果糖-6磷酸和木酮糖-5-磷酸的裂解反应，产生乙酰磷酸，赤藓糖-4-磷酸和甘油醛-3-磷酸。

同型乳酸发酵只生成乳酸，异型乳酸发酵除了生成乳酸外，还生成二氧化碳和乙酸（或乙醇）。

（2）培养条件：

两者在培养条件上的差别主要体现在最适生长温度上。同型乳酸发酵的菌种最适生长温度有高（37-45℃）和低（28-32℃）两种；异型乳酸发酵的菌种最适生长温度为28-32℃。工业生产乳酸用高温发酵菌，一般食品工业（乳制品、发酵植物食品）、青贮饲料的菌种多用低温发酵菌。

5、从微生物、微生物的代谢途径和培养条件等方面讨论以木糖为碳源和以葡萄糖为碳源进行乙醇发酵时的差别。

（1）以木糖为碳源的乙醇发酵

①微生物：管囊酵母、树干毕赤酵母、嗜热糖梭菌等

②代谢途径：也就是细菌和酵母菌的木糖乙醇发酵途径。细菌首先在木糖异构酶作用下，将木糖转化为木酮糖，然后在木酮糖激酶的作用下转变成磷酸木酮糖，继而进入磷酸戊糖途径（PPP），生成丙酮酸，代谢成为乙醇。酵母菌首先在依赖NADP的木糖还原酶（XR）的作用下还原木糖为木糖醇，随后在依赖NAD+的木糖醇脱氢酶（XDH）作用下氧化形成木酮糖，再经木酮糖激酶磷酸化形成5-磷酸木酮糖，由此进入磷酸戊糖途径（PPP），生成丙酮酸，生成乙醇。

③培养条件：兼性厌氧，生长期间通氧气，酒精发酵阶段厌氧以提高产率。（3）以葡萄糖为碳源的乙醇发酵

①微生物：啤酒酵母、葡萄汁酵母、裂殖酵母、螺旋体菌、运动发酵单胞菌、嗜热厌氧菌等

②代谢途径：EMP途径，葡萄糖通过糖酵解（EMP）途径分解为丙酮酸，丙酮酸再由脱羧酶催化生成乙醛和二氧化碳，乙醛再进一步被还原为乙醇。

③培养条件：厌氧

6、说明末端代谢产物阻遏与分解代谢产物阻遏的区别。

（1）末端代谢产物阻遏

代谢途径的末端产物(一般指终产物),能够与调节基因编码产生的阻遏物蛋白相结合,形成阻遏物,进行与操纵基因相结合,阻止mRNA聚合酶在DNA模板上的移动,关闭转录过程,使结构基因不能表达出蛋白质产物的一种现象，是调节酶量的一种重要方式，与之相对应的是诱导。

末端代谢产物阻遏是末端产物的过量积累影响酶合成的阻遏，通常发生在合成代谢中，特别是在氨基酸、核苷酸和维生素的合成代谢中十分常见，其特点是同时阻止合成代谢中所有酶的合成。

（2）分解代谢产物阻遏

当两类同类物质同时存在时，如果一种是快速利用物质，另一种是慢速利用物质，则前者的某种代谢产物阻遏后者酶的生成，使生物利用快速利用物质。当细胞内同时存在两种可用的底物，利用快的底物会阻遏利用慢的底物有关酶的合成。这种阻遏并不是快速利用底物直接作用的结果，而是快速利用底物产生的中间代谢产物引起的，其特点是并不是阻止合成途径中一系列酶的合成，只是阻止

中间某一个酶的合成。

7、比较反馈阻遏和反馈抑制的异同？

（1）相同点

在微生物合成代谢中，反馈阻遏和反馈抑制往往共同对代谢产生调节作用，通过对酶的合成和酶的活性进行调节，使细胞内各种代谢物浓度保持在适当的水平。

（2）不同点

反馈阻遏是对酶的生物合成进行调节，是转录水平上的控制，产生的效应慢。往往会影响催化一系列反应的多个酶，通过阻遏蛋白与操纵基因结合，使mRNA 不能合成。

反馈抑制是对酶的活性进行调节，是酶蛋白构象水平上的控制，产生的效应快。往往只对反应中第一个酶有作用，通过变构作用，使酶的结构变化从而产生作用。

8、试述甲烷形成三阶段理论及其中的微生物学和生物化学原理。

(1)第一阶段：水解酸化阶段

此阶段起作用的主要是发酵细菌（产酸细菌），包括梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属和双歧杆菌属等。发酵细菌大多数为专性厌氧菌，也有大量兼性厌氧菌。发酵细菌的主要功能是将难溶的复杂的有机物分解成脂肪酸与有机酸、醇类、氨、硫化物、二氧化碳和氢气等。

(2)第二阶段：产氢产乙酸阶段

此阶段起作用的主要是产氢产乙酸细菌，主要是共养单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属和暗杆菌属等。这类细菌把各种挥发性脂肪酸、简单的有机物和醇类等分解成乙酸和氢气。

(3)第三阶段：产甲烷阶段

此阶段起作用的是产甲烷细菌。产甲烷菌大致可分为两类：一类主要利用乙酸产生甲烷；另一类数量较少，主要利用氢气和二氧化碳合成甲烷。也有极少数产甲烷细菌既能利用乙酸也能利用氢气。

产甲烷细菌具有其他任何微生物所没有的独特辅酶F 420 、 F 430 、辅酶M 、因子 B 、 CDR 因子（ CO

还原因子）等生物化学成分。它们在甲烷形成中具有极为重要的作用。

9、为什么说在谷氨酸的生物合成中， CO

固定反应对于产率的提高有着重要的作用？

（1）谷氨酸合成所必需的条件基础上存在CO

固定反应，四碳二羧酸100%通过

固定反应供给，此时乙醛酸循环被封闭，则有：

葡萄糖 EMP 丙酮酸 + 丙酮酸

2 CO

乙酰辅酶A 四碳二羧酸（草酰乙酸、苹果酸、琥珀酸）柠檬酸（DCA循环封闭）

谷氨酸

谷氨酸发酵按此反应进行：

+ NH

+ 1.5O

N（谷氨酸）+ CO

+ 3H

1mol葡萄糖可以生成1mol的谷氨酸，因此理论糖酸转化率为81.7%：

147/180×100% = 81.7%

（2）如果CO

固定反应完全不起作用，则丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的催化作用下，脱氢脱羧全部氧化成乙酰辅酶A，通过乙醛酸循环供给四碳二羧酸。则有如下反应：

3/2葡萄糖 EMP 丙酮酸 + 丙酮酸 + 丙酮酸

2 CO

乙酰辅酶A 乙酰辅酶A 乙酰辅酶A

6丙酮酸 6乙酰CoA

进入乙醛酸循环：

4乙酰CoA + 4H

O 2琥珀酸 + 4CoASH

2mol琥珀酸进入线粒体，生成天冬氨酸，天冬氨酸穿梭再进入乙醛酸循环体生成2mol谷氨酸。则：

6乙酰CoA + 2NH

3 + 3O

2谷氨酸 + 2CO

+ 6H

3mol葡萄糖可以生成2mol谷氨酸，谷氨酸对葡萄糖的质量理论转化率为：147/(180×3/2)×100% = 54.4%

综上（1）和（2），87.7% > 54.4%，在谷氨酸的生物合成中存在CO

固定反应可以大大提高谷氨酸的产率。

10、好氧生物处理与厌氧生物处理的区别

（1）起作用的微生物群不同。好氧生物处理是好氧菌与兼性厌氧菌共同起作用的，而厌氧生物处理是由两大类微生物包括厌氧菌（梭菌属）和兼性厌氧菌（甲烷氧化菌等）起作用。

（2）产物不同。好氧生物处理中有机物被转化为CO

2和H

O等，基本无害；厌氧

生物处理中有机物被转化为甲烷和CO

2，有些会形成H

S、N

、NH

等，产物复杂且

有异臭。

（3）反应速度不同。好氧生物处理时间短、处理快，较小型设备便可以处理污水；厌氧生物处理时间长，处理慢，需要较大型设备进行处理。

（4）对环境要求不同。好氧生物处理需要大量充足的供氧，对环境的要求不太严格，而厌氧生物处理需要绝对的厌氧环境，对环境要求较为严格，如温度、pH、溶氧等。

一般污水处理中，好氧生物处理用于有机物浓度较低或适中的污水，而厌氧生物处理用于有机物浓度较高的污水。