发酵工程思考题(含答案)

发酵工程课后思考题

第一章绪论

1、发酵及发酵工程定义？

答：它是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。由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。

2、发酵工程基本组成部分？

答：从广义上讲分为三部分：上游工程、发酵工程、下游工程

3、发酵工业产业化应抓好哪三个环节？

答：发酵工程产业化就是将有关应用微生物的科学研究成果转化为发酵产品，并投向市场的过程。

三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销。

①投产试验：涉及到”上、中、下三游”工作，即研究成果的验证、小试、中试和扩大试验。

②规模化生产：值得注意的是产品质量问题，其检测必须符合相应产品标准。

③市场营销：市场开拓对技术本身影响不大，但参与市场竞争却是产业化成败的决定因素。

4、当前发酵工业面临三大问题是什么？

答：菌种问题

纯种，遗传稳定性，安全，周期短、转化率高产率高抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌；

合适的反应器

生产规模化原料利用量大，并且具有一定选择性，节能，结构多样化、操作制动化，节劳力。

基质的选择

价廉原料利用量大，并且具有一定选择性易被利用、副产物少，满足工艺要求。

5、我国发酵工业应该走什么样的产业化道路？发酵过程的组成部分？

答第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续发展阶段

典型的发酵过程可划分成六个基本组成部分：

（1）繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定；

（2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；

（3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；

（4）微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；

（5）产物分离和精制；

（6）过程中排出的废弃物的处理。

第二章菌种的来源(1)

1、自然界分离微生物的一般操作步骤？

答：标本采集，预处理，富集培养，菌种分离（初筛，复筛），发酵性能鉴定，菌种保藏

2、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集？

答：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。

3、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？

答：不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。

意义：自然选育是一种简单易行的方法，可达到纯化菌种、防止菌种退化、稳定生产、提高产量的目的。虽然其突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。

4、诱变育种对出发菌株有哪些要求？

（三）诱变筛选流程

第二章菌种的来源——种子的扩大培养(2)

1、何谓种子接种量，接种龄？

答：接种量指移入种子液的体积和接种后培养液体积之比。种龄是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

2、影响种子质量的因素是哪些？

答：原材料质量、种龄、培养条件和斜面冷藏时间。

3、保证种子质量有哪些措施？

答：种子质量的最终指标是考察其在发酵罐中所表现出来的生产能力，所以必须保证：①菌种的稳定性；

②提供种子培养的适宜环境；③无杂菌侵入。

4、工业上接种方法有哪些？

双种法：两个种子罐接种到一个发酵罐中

倒种法：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐中发酵液

第三章发酵培养基

1、什么是培养基?发酵培养基的特点和要求?

答：培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。

特点与要求：

①培养基能够满足产物最经济的合成；

②发酵后所形成的副产物尽可能的少；

③培养基的原料应因地制宜，价格低廉，且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的供应；

④所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。

2、常用碳源有哪些，常用糖类有哪些？

答：常用碳源：糖类、油脂、有机酸、正烷烃

常用糖类：

①葡萄糖（速效碳源）

几乎所有的微生物都能利用葡萄糖，抗生素、氨基酸、有机酸、多糖、甾体转化，但是过多会引起葡萄糖效应

②糖蜜

糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物，是发酵培养基价廉物美的碳源。

糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。

③淀粉、糊精

使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类，经水解成单糖后再被吸收利用

3、什么是生理酸性物质，什么是生理碱性物质？

答：无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸铵；若菌体代后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。4、常用无机氮源和有机氮源有哪些？有机氮源在发酵培养基中的作用？

答：常用无机氮源有铵盐、硝酸盐和氨水；常用有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。

有机氮源除了作为菌体生长繁殖的营养外，有的还是某些产物的前体

5、什么是前体？前体添加方式？

答：前体指某些化合物加入到发酵培养基中后，能直接使微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。

用法：前体使用时普遍采用流加的方法。前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利。流加也有利于提高前体的转化率前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化。苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07%

6、什么是生长因子？生长因子的来源？

答：从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源含有较多的B簇维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺少的生长因子

7、举例说明培养基设计的方法与步骤。

答：①根据前人的经验和培养基成分，初步确定可能的培养基成分；

②通过单因素实验最终确定出最为适宜的培养基成分；

③当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。

第四章培养基灭菌与空气净化

1、灭菌的方法有哪些？如何根据灭菌对象和要求的不同选用不同的方法？

1)干热灭菌法在烘箱热空气灭菌，将物品放入烘箱，然后升温至160℃-170℃，维持1-2小时。适用对

象：金属器械、玻璃器皿、瓷等，不适用于液体样品，及棉花、纸、纤维和橡胶类物质的灭菌。

2)火焰灭菌，即焚烧法（incineration）是利用火焰直接杀死微生物的灭菌法。

简单、彻底，但对被灭菌物品的破坏极大。

适用于无经济价值的物品灭菌，及不怕烧的实验器具，如接种环、镊子、玻璃棒、试管或三角瓶口的灭菌等。

3)电磁波、射线灭菌法即辐射灭菌法（Radiation Sterilization）是利用电磁波、紫外线、X射线、γ

射线或放射性物质产生的高能粒子杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。

4)湿热灭菌①高压蒸汽灭菌法方法：121℃（1kg/cm2或15磅/英寸2）维持15-20min。

112℃（0.5kg/cm2或8磅/英寸2）20-30min。

115℃（0.75kg/cm2或11磅/英寸2）20-30min。

应根据灭菌物品的性质或成分选择灭菌温度

例如：生理盐水、营养琼脂等培养基用121 ℃。

含葡萄糖、乳糖、氨基酸等培养基用112 ℃。

适用：耐高温物品，玻璃仪器、含水或不含水的物品。

②煮沸灭菌法将待消毒物品如注射器、金属用具、解剖用具等在水中煮沸15min或更长时间，以杀死细菌或其他微生物的营养体和少部分的芽孢或孢子。

③间歇灭菌法对于某些培养基，由于高压蒸汽灭菌会破坏某些营养成分，可用间隙灭菌法灭菌，即流通蒸汽(或蒸煮)反复灭菌几次，

④巴氏灭菌法低温维持法：只要在63℃下维持30min 高温瞬时法：只要在72℃下维持15s 超高温法：只要在135-150℃下维持2-6s

5)化学药剂灭菌法某些化学药剂与微生物发生反应而杀死微生物的灭菌法。

常用的化学药剂有高锰酸钾、漂白粉、酒精、新洁尔灭、甲醛、过氧乙酸、戊二醛、酚类等。

多用于表面消毒或生产车间等环境的消毒。

6)过滤除菌将液体或气体用微孔薄膜过滤，使大于孔径的细菌等微生物颗粒阻留，从而达到除菌目的。

不耐热的液体培养基、血清、维生素、氨基酸及气体等物的灭菌多用此法除菌。过滤除菌的缺点是无法去除其中的病毒和噬菌体。

2、比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点。

连续灭菌法优点:

①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”提高产量5～10％；

②由于总的灭菌时间较分批灭菌明显减少，故缩短了发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率；

③由于蒸汽负荷均匀，提高了锅炉的利用率；

④适宜于自动化操作；

⑤降低了操作人员的劳动强度。

连续灭菌法缺点:

需要专门的灭菌设备。

操作要求较高，蒸汽压力和进料速度要求稳定。否则会容易导致灭菌不彻底。

不适合于含固体颗粒或较容易起泡的培养基灭菌。

空罐及管道的灭菌必须彻底，否则会引起二次污染

分批灭菌

优点：不需要专门的灭菌设备，投资少，设备简单，灭菌效果可靠，对蒸汽要求较低。

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。营养成分的破坏比连续灭菌法大

3、影响培养基灭菌的主要因素有哪些？

（1）培养基成分

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。

浓度较高的培养基相对需要较高温度和较长时间灭菌。

高浓度的盐类，色素则削弱其耐热性，故较易灭菌。

（2）pH值的影响

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，促使微生物死亡。

培养基pH值越低，灭菌所需的时间越短。

（3）培养基中的颗粒物质

培养基中的颗粒物质大，灭菌困难，反之，灭菌容易。

一般说来，含有小于1mm的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。

（4）泡沫

泡沫对灭菌极为不利，因为泡沫中的空气形成隔热层，使传热困难，热难穿透过去杀灭微生物。

可加入少量消泡剂。

4、分析过滤除菌机理与影响过滤除菌的因素，考虑如何提高过滤除菌的效率。

答：过滤除菌机理：微粒随气流通过滤层时，由于滤层纤维的层层阻碍，使气流出现无数次改变运动速度和方向的绕流运动，引起微粒与滤层纤维间产生惯性冲击、拦截、布朗扩散、重力沉降、静电引力等作用把微粒滞留在纤维表面上，实现过滤的目的。

影响过滤除菌的因素：

提高过滤除菌效率的主要措施：

1)设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。

2)设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。

3)保证进口空气清洁度，如加强生产场地卫生管理，正确选择进风口，加强空气压缩前的预处理。

4)降低进入空气过滤器的空气相对湿度，如使用无油润滑的空气压缩机，加强空气冷却和去油，提高进

入过滤器的空气温度。

微生物热死定律 t = 1/k lnN0/N t =2.303/k logN0/N t

N0——开始灭菌时原菌数（个）

N t ——经时间t后残留菌数（个）

k ——反应速度常数（min-1）

t ——灭菌时间（min）

第5章发酵过程控制(一)

1、根据微生物对温度的依赖可分为哪几类微生物？

答：不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度的要求大致可分为四类：

嗜冷菌：0～26℃生长，嗜温菌：15～43℃生长，嗜热菌：37～65℃生长，嗜高温菌：>65℃生长。

2、发酵过程温度会不会变化？为什么？

答：会变化。发酵热是引起发酵过程温度变化的原因。发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢？在发酵过程中产生菌分解基质产生热量、机械搅拌产生热量、通气热，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大，温度上升快；发酵热小，温度上升慢。

3、发酵热的定义？

所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。在发酵过程中产生菌分解基质产生热量、机械搅拌产生热量、通气热，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热与生物热、搅拌热、通气热、蒸发热和辐射热有关。Q发酵＝Q生物＋Q搅拌＋ Q通气－Q蒸发－Q辐射

4、生物热的大小与哪些因素有关？

答：生物热与发酵类型有关；

生物热的大小与呼吸作用强弱有关。

5、温度对发酵有哪些影响？

答：（1）、温度影响反应速率（产物形成）

一般，发酵温度升高，酶反应速率增大，生长代加快，生产期提前。

但温度过高酶又很容易失去活性，表现在菌体容易衰老，发酵周期缩短，影响最终产量

（2）、温度会改变发酵液的理化性质P94

影响基质溶解度

氧的溶解度

影响菌体对某些基质的分解吸收

间接影响产物的合成。

（3）、温度影响生物合成的方向

6、发酵过程温度选择有哪些依据？

答：根据菌种不同选择：微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求围也不同。

根据发酵阶段选择：即二阶段发酵

根据培养条件选择：根据培养条件综合考虑，灵活选择。

根据菌体生长情况：菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。

第五章发酵过程控制(二)