发酵工程复习资料

发酵工程

名词解释：

临界氧浓度：各种微生物的呼吸强度是不同的，并且呼吸强度是随着培养液中溶解氧浓度的增加而加强，直至达到一个临界值为止。这个临界值就称为“临界氧浓度”。

前体：某些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过程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。

生物热：微生物在生长繁殖过程中，本身产生的大量热称为生物热。

喷雾干燥：利用各种不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大面积的分散微粒，与热空气发生强烈的热交换，迅速派出自身的水分，在几秒到几十秒内获得干燥。气泛：气泛现象是气液混合设备的一个特征属性，往往发生在通气速率较大，搅拌速率不高的情况下。

补料：在微生物分批发酵过程中，以某种方式向发酵系统中补加一定物料，但不连续地向外放出发酵液。

发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。

定向培养：是根据菌种的分类地位选择培养基,选择培养条件,获得所需菌种的培养。

单细胞蛋白：也叫微生物蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。

1、诱变育种的原理

答：诱变育种的理论基础是基因突变，主要包括染色体畸变和基因突变。诱变育种是利用各种被称为诱变剂的物理因素和化学试剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。

2、简述诱变育种的基本方法及筛选

答：诱变育种一般包括两个部分：诱变和筛选。诱变部分成功的关键包括出发菌株的选择、诱变剂种类和剂量的选择，以及合理的使用方法。筛选部分包括初筛和复筛来测定菌种的生产能力。突变菌株的筛选：1、营养缺陷性突变株的筛选；2、抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株的筛选；3、组成型突变株的筛选；4、抗性突变株的筛选

3、影响发酵pH的因素有那些调节控制pH的根本措施

影响发酵PH的因素主要取决与培养基的成分和微生物的代谢特性，此外，通气条件的变化，菌体自溶或杂菌污染都可能引起发酵液PH的变化。调节控制PH的根本措施主要是考虑培养基中生理酸性物质与生理碱性物质的配比，然后是通过中间补料进一步加以控制，还可在发酵过程中加弱酸或弱碱进行PH的调节

4、发酵热包括哪几类

答：生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热

5、发酵罐的基本条件包括那些

答：1发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率极高。2发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时，要承受一定的压力和温度。3发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混匀，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧。4发酵罐应具有足够的冷却面积。5发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污积垢，保证灭菌彻底，防止染菌。6搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。

6、机械搅拌发酵罐主要包括那些部件

答：包括罐身、搅拌器、挡板、冷却装置、空气分布装置、轴封等

7、搅拌器、挡板、消泡器、连轴器、轴封等的作用是什么

答：搅拌器作用：（1）.将空气打碎成小泡，增加气-液接触界面，提高氧的传质速率。（2.）使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持悬浮状态。

挡板作用：克服搅拌器运转时液体产生的涡流，将径向流动改变为轴向流动，促使液体激烈翻动，增加溶氧速率。

消泡器作用：将泡沫打碎。

连轴器作用：使上下搅拌轴成牢固的刚性连接。

轴封作用：使固定的发酵罐与转动的搅拌轴之间能够密封，防止泄漏和杂菌污染。

8、连续发酵与分批发酵的工艺比较

答：（1）分批发酵

优点：①对温度的要求低，工艺操作简单；

②比较容易解决杂菌污染和菌种退化等问题；

①对营养物的利用效率较高，产物浓度也比连续发酵要高。

缺点：①人力、物力、动力消耗较大；

②生产周期较短

③生产效率低。

（2）连续发酵

优点：①设备生产能力大、利用率高；

②连续化、自动化；

③发酵稳定、便于管理。

缺点：①对设备的控制要求高；

②营养成分的利用较分批发酵差，产物浓度比分批发酵低；

③杂菌污染的机会较多，菌种易因变异而发生退化。

9、比较分批培养和连续培养的优缺点。

答：分批培养：

优点：①操作简单；②操作引起染菌的概率低；③不会产生菌种老化和变异等问题。缺点：①非生产时间较长、设备利用率低。连续培养：

优点：①能维持低基质浓度；②可以提高设备利用率和单位时间的产量；③便于自动控制。缺点：①菌种发生变异的可能性较大；②要求严格的无菌条件。

10、溶氧对发酵有何影响。提出几种有效提高溶氧的方法。

答：（1）供氧与微生物呼吸代谢产物的关系；（2）微生物的临界氧浓度（C临界）；（3）溶氧浓度对产物合成的影响。

有效提高溶氧的方法：主要是设法提高氧传递的推动力和液相体积氧传递系数KLα。（1）搅拌，增加溶氧、促进微生物悬浮混合；（2）可以通过增加发酵罐罐压；或增加空气中氧的含量，进行富氧通气操作，即通过深冷分离法、吸附分离法及膜分离法制得富氧空气，然后通入培养液。

11、气升环流式发酵罐的特点：

优点：（1）反应溶液分布均匀；（2）较高的溶氧速率和溶氧效率；（3）剪切力小，对生物细胞损伤小；（4）传热良好；结构简单，易于加工制造；（6）操作和维修方便；（7）因无机械搅拌热产生，所以发酵总热量较低，便于换热冷却系统的装设；（7）气升式发酵罐设计技术已成熟，易于放大设计和模拟。

缺点：不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。

机械搅拌发酵罐特点：

优点：（1）搅拌发酵罐使用性好、适应性好、放大容易，从小型直至大型的微生物培养过程都可以应用；

（2）混合比较均匀

（3）机械搅拌这种方式，使培养液（发酵醪）混合效果理想，传质传热比较均匀，融氧（DO）这些能满足菌种生长的需要。

缺点：设备结构比较复杂，动力消耗较大。

12、多级错流萃取与多级逆流萃取的区别

答：（1）多级错流萃取流程的特点是在每级中都加入新鲜的溶剂，故萃取推动力较大，萃取较完全且效果好。缺点是溶剂用量大，萃取液平均浓度较稀，溶剂回收需要消耗较多的能量。

（2）多级逆流萃取流程特点是料液走向和萃取剂走向相反，只有在最后一级中加入萃取剂，萃取剂消耗少，萃取液产物平均浓度高，产物收率高，是工业上普遍采用的流程。

13、pH对发酵的影响表现在哪些方面发酵过程的pH控制可以采取哪些措施

答：pH对微生物生长繁殖和代谢产物形成影响的主要表现在：（1）影响原生质膜的性质，改变膜电荷状态；（2）影响酶的活性，影响新陈代谢；3）影响营养物质和中间代谢产物的解离，从而影响对营养物的吸收及代谢物的泄漏；（4）影响代谢产物的合成途径。

发酵过程的pH控制可以采取以下措施：（1）调整培养基的组分

（2）在发酵过程中进行控制

①添加CaCO3：CaCO3+有机酸→有机酸钙+H2O+CO2↑；②氨水流加法；③尿素流加法（3）在补料与调pH没有矛盾时，采用补料调pH如①调节补糖速率，调节空气流量来调节pH；②当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4（4）当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH。

14、发酵液泡沫产生的原因及消泡的基本方法。

答：发酵液泡沫产生原因：①外界引入，在通气过程中，伴随机械搅拌、空气被分成细小的气泡，从溶氧的角度讲，气泡越细越好，使空气中的氧和发酵液中的CO2能充分的进行交换，这些气泡升到发酵液面形成泡沫。②由发酵液内部产生微生物在进行发酵活动时，往往产生一些气体，如CO2，这些代谢气体凝结形成气泡，冒出到发酵液面，成为发酵泡沫，菌体代谢越旺盛，这部分泡沫的产生量越多。

消沫的基本方法：化学消泡（消沫剂消沫）、物理消泡（机械方法消沫）。其中机械消泡法有多种，一种是罐内消泡：在发酵罐内将泡沫消除；另一种是罐外消泡：将泡沫引出发酵罐外，泡沫消除后，液体再返回发酵罐内。

15、在发酵过程中，可以控制使用那些影响细胞膜通透性的物质作为培养基的成分，有利于

代谢产物分泌出来，从而避免了末端产物的反馈调节。例如，利用棒状杆菌的ɑ-酮戊二酸脱氢酶缺失突变株，在葡萄糖培养基中发酵生产谷氨酸，当谷氨酸浓度达到50mg/g（干细胞）时，由于反馈调节作用，谷氨酸的合成便终止。若将细胞中的谷氨酸释放出细胞，而使胞内谷氨酸浓度降低，就可以解除反馈抑制，是谷氨酸继续合成。

通常可以使用各种方法改变细胞的通透性。如限制培养基中生物素浓度在1~5mg/L，这样可以控制细胞膜中脂质的合成；加入青霉素，抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；还可以加入表面活性剂如吐温80或阳离子表面活性剂，将脂类从细胞壁中溶解出来，使细胞壁疏松，通透性增加；控制Mn2+、Zn2+的浓度，干扰细胞膜或细胞壁的形成。另外，还可以通过诱变育种的方法，筛选细胞透性突变株。

16、抗反馈调节突变株：

定义：抗反馈调节突变株是一种解除合成代谢反馈调节机制的突变型菌株。原理：调节基因或操纵基因发生突变，使产生的阻遏蛋白不再能和终产物结合或结合后不能作用于已突变的操纵基因（解除反馈阻遏），或结构基因突变，使变构酶不再具有结合终产物的能力，但仍具有催化活性（解除反馈抑制）。筛选：通常抗反馈抑制和抗反馈阻遏突变株是通过抗结构类似物突变的方法筛选出来的

17、突变菌株的筛选方法

筛选营养缺陷型突变菌株是通过解除协同反馈调节，可使另一分支代谢途径中的末端产物积累。而是遗传障碍不完全突变是一种酶活性下降的突变，不是完全丧失活性，因此不会过量积累末端产物，可避免反馈调节作用，大量积累中间产物，这种突变菌株在不添加相应物质的莱西培养基上长成很小的菌落。抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株是通过抗结构类似物突变的方法筛选出来的。也可从营养缺陷型的回复突变菌株获得抗反馈突变株。通过改变菌种的遗传特性筛选组成型突变株。