发酵工程

第一章发酵工程概述

1.发酵工程的定义与特点？

发酵工程：主要指利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。

发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌。

利用微生物的特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。(2)有极强的消化能力。(3)有极强的繁殖能力。

2.发酵工业发展的有哪几个阶段及大致年代？

1传统的微生物发酵技术——天然发酵；2第二代（近代）微生物发酵技术——深层培养技术：出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志。青霉素的发现与大量需求；3第三代发酵技术——微生物工程：1982，第一个基因工程产品——利用工程菌生产的人胰岛素问世

3.发酵工业的应用领域？举出6个以上（三个不同领域）发酵生产的产品。

1、在食品工业的应用：奶酪、酸奶味精2在医药卫生中的应用：青霉素、金霉素3、在轻工业中的应用：制干酪、果汁4、在化工能源中的应用：乙醇、甘油 5 业中的应用：杀虫剂、根瘤菌6、在环境保护中的作用：污水处理

4、发酵罐的特征及类型：特征：1发酵罐应有适宜的径高比2发酵罐受一定的压力3其搅拌通风装置能使气液充分混合，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧4发酵罐内应尽量减少死角，避免污垢堆积，保证灭菌彻底，防止污染5.发酵罐应有足够的冷却面积6搅拌器的轴封要严密，以减少泄露类型：1生长代谢需要分类：好氧和厌氧2按发酵罐的设备特点分类：机械搅拌通风和费机械搅拌通风3按容积分类：实验室发酵罐、中试发酵罐、生产规模发酵罐4按操作方式分类：分批发酵和连续发酵5按生长环境分类：悬浮生长和支持生长6 超滤发酵罐

4、什么是气升式发酵罐，什么优点？

气升式发酵罐：是指借助气体上升的动力来搅拌的发酵罐。优点：1气体从罐体的下部通入，可带动流体在整个发酵罐内循环流动，使反应器内的溶液混合均匀。2由于不用机械搅拌桨，省去了密封装置，使污染杂菌的机会减少，同时降低了机械剪切作用对细胞的伤害3由于液体循环速度快，反应器内的供养和传热都较好，利于节能

5、工业发酵常见的发酵方式有哪些，其主流发酵方式是什么，为什么？

方式：1根据微生物需氧和不需氧：好氧和厌氧2根据培养基固态和液态：液态发酵和固态发酵3根据发酵位置是表面和深层：表面发酵和深层发酵4根据菌种是否被固定：游离发酵和固体发酵5根据发酵间歇或是连续：分批发酵和连续发酵6根据所用菌种是单一或多种：单一纯种发酵和混合发酵

主流发酵方式：好养、液体、深层、分批、游离、单一纯种发酵方式结合进行的

6、连续发酵的特点及不足有哪些？

特点：简化了菌种的扩大培养、发酵罐的多次灭菌、清洗、出料、缩短了发酵周期，提高了设备利用率、降低了人力物力消耗，增加了生产效率，是产品更有商业性竞争

不足：1连续发酵运转时间长，菌种多退化，容易污染，其培养基的利用率低于分批发酵2 工艺中变量较分批发酵复杂，较难控制和扩大3在大规模生产中，次级代谢产物难以利用连续发酵

7、什么是固态发酵和混合发酵？发酵液的特点？

固体发酵：是指利用古体培养及进行微生物的繁殖混合发酵：多种微生物混合在一起共用一种培养基进行发酵发酵液的特点：1发酵液大部分是水，一般含水量达到90%---99% ，发酵液中发酵产物浓度较低2发酵液中的悬浮物主要是菌体和蛋白质的胶状

物，不利于过滤，同时增加了提取和精制后的操作难度3发酵液的培养基残基残留成分中还含有无机盐、非蛋白质大分子杂质及其降解产物，对提取和精制均有一定的影响4发酵液中除了发酵产物外还有其他副产物，有的结构和副产物相似，这就给分离操作带来困难5发酵液中还含有色素、热原质、毒性物质等有机杂质。

第二章微生物菌中选育

1、工业化菌种的基本特征：1菌种细胞的生长活力强，移种致发酵罐后能迅速生长，迟缓

期短2生理性状稳定3菌体重量和浓度能满足大容量发酵罐的要求4无杂菌污染5保持稳定的生长能力

2、自然分离微生物的一般操作步骤：样品采集——增殖培养——纯种分离——生产性能测

定

3、什么是有变育种？常用的诱变剂有哪些？

诱变育种：就是人为地利用物理或化学等因素，使诱变对象细胞内的遗传物质发生变化，引起突变，并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。凡能引起生物体遗传物质发生变异的因素，统称诱变剂物理诱变剂：如紫外线、X-射线、 -射线、快中子、超声波等化学诱变剂：硫酸二乙酯(DES)、亚硝基胍(NTG)、亚硝酸(NA)、氮芥(NM)、羟胺、ICR类等

4、什么是种子的扩大培养？

种子的夸大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥罐中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，在经过扁瓶和摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程5、种子扩大培养的目的与要求？

目的：

要求：1菌种细胞的生长活力强，移种致发酵罐后能迅速生长，迟缓期短2生理性状稳定3菌体重量和浓度能满足大容量发酵罐的要求4无杂菌污染5保持稳定的生长能力

6、种子扩大生产的一般步骤？

7.、如何防止菌种的衰退？

1合理育种2选用合适的培养基3创造良好的培养条件4控制传代次数5 利用不同类型的细胞进行移种传代6 采用有效的菌种保存方法

第三章发酵培养基

1、糖酵解：

2、初级代谢：是指微生物从外界吸收各种物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生

命活动所需的物质和能量的过程。

3、次级代谢：市值为生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前提物质，合成一些与

微生物生命活动无明确功能的物质的过程。

4、营养缺陷型：

5、抗性便突变株：

6、微生物柠檬酸的发酵机制：

7、谷氨酸的发酵机制：

8、什么是产物得率，Yx/s,Yx/o2,Yx/kcal 分别表示什么含义？

得率系数：消耗单位营养物所产生的细胞或产物数量。x/s,Yx/o2,Yx/kcal 分别表示小号每克营养物、每克分子氧和没钱可能两所生成的细胞克数。

第四章：

1、发酵工程常用的碳源有哪些？

糖类、油脂、有机酸、低碳醇等

糖类：发酵培养基中使用最广泛的碳源; 主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等

油和脂肪也能被许多微生物作为碳源和能源

2、什么是生理酸性物质和生理碱性物质？举例？

氮源物质常对培养液pH产生影响(NH4)SO4 → 2NH3 + H2SO4

NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH

反应中所产生的NH3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。

在常用的无机氮中，硫酸铵被菌体利用后会使培养液的pH下降，为生理酸性物质；

硝酸钠被同化时则引起培养液pH上升，为生理碱性物质

3、什么是生长因子，？

生长因子：微生物生长不可缺少的微量有机物质。类别：维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍生物

4、什么是前体？举例说明前提对发酵的重要性？

前体：是指指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被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又较大的提高。

5、什么是产物促进剂和抑制剂，举例？

促进剂：是指那些非细胞生长所必需的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。如谷氨酸棒杆菌生产赖氨酸时，加入红霉素可提高产量25%以上。

抑制剂：抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。如酵母厌氧发酵中加入亚硫酸盐或碱类，可以使酒精发酵受到抑制，而转入甘油发酵

7、按物理状态不同培养基可分为：固体、半固体、液体

8、发酵培养基的选择应遵循什么原则？

1既要使种子接入后能迅速生长，达到一定的菌体浓度，又要使长好的菌体能迅速合成所需产物。因此，发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等。2但若因生长和合成产物所需的总的碳源、氮源和其他营养物质总的浓度太高，或生长和合成产物两个阶段各需的最佳条件有求不同时，则可考虑培养基用分批补料工艺来加以满足。

9、淀粉水解一般有几种工艺？各有何特点？

1淀粉水解;酸解法：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。优点：生产简易，由淀粉逐步水解为葡萄糖的整个化学反应过程，仅在一个高压容器内进行，水解时间短，设备生产能力大。

2酶解法（双酶水解法）：酶解法是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖3双酶法优点：淀粉水解是在酶的作用下进行的，酶解反应条件温和，对设备要求较低；可在较高淀粉乳浓度下

水解，且可采用粗原料

10、空气过滤除菌的预处理的目的及工艺流程？

11、培养基灭菌的方法有哪些？

分批灭菌：将配制好的培养基同时放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，也称实罐灭菌。连续灭菌：又称连消将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌

12、连消与实消相比的优缺点？

13、温度对发酵有何影响，怎样选择？

1）温度影响产物合成的速率及产量2）温度可能会影响终产物的质量3）温度还可能影响生物合成的方向

最适温度的选择：1最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的形成。2在发酵的整个周期内仅选一个温度不一定好。因为最适合菌生长的温度不一定适合产物的合成。3温度的选择还要参考其它发酵条件灵活掌握：如通气条件，培养基成分和浓度4利用计算机模拟确定最佳发酵条件，正逐步得到推广应用。

14、发酵过程中溶解氧受哪些因素的影响？

1、供氧方面1）增加空气中氧的含量，使氧分压增加，进行富氧通气2）提高罐压

3）改变通气速率4）增加搅拌速度

2、需氧方面1）调整养料的浓度2）调节控制温度

15、如何实现发酵控制优化？

培养基的优化：选择培养基成分，设计培养基配方，虽然有一些理论依据，但最终的确定是通过实验的方法获得的。培养基设计与优化的大致步骤：1）根据前人的经验和培养基配制的基本理论，初步确定可能的成分；2）通过单因子实验确定最为适宜的培养基成分；

3）通过多因子实验确定各成分的最适浓度

16、你认为怎样的方法控制发酵过程的泡沫最好？

17、发酵过程的泡沫会对发酵带来许多副产物，主要表现在哪些方面？

1）降低了发酵罐的装液系数2）增加了菌群的非均一性3）增加了污染杂菌的机会

4）导致产物的损失

18、用怎样的方法控制发酵过程中的泡沫？

1机械消泡：采用物理作用强力震动来消泡2化学消泡：降低泡沫的机械强度，使泡沫破裂2）降低液膜的表面黏度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂

19、ＰＨ一般的变化规律和控制策略？有哪些因素影响PH的变化？

pH对菌体生长和产物合成的影响：1）pH影响酶的活性2）pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态，从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄，因此影响代谢的正常进行3）影响培养基某些组分和中间产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用4）pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生

改变。

引起pH下降的因素：1）培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累而pH下降。2）消泡油加得过多3）生理酸性物质的存在，氨被利用，pH下降

引起pH上升的因素：1）培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放，使pH上升。2）生理碱性物质存在3）中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pH上升