复习纲发酵工程与设备资料.docx

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复习纲发酵工程与设备资料

通风发酵设备部分

1.机械搅拌发酵罐的基本条件

①发酵罐应具有适宜的高径比H/D为1.7-4，罐身越高，氧的利用率较高；②发酵罐能承受一定的压力0.25MPa（绝压）；③要保证发酵液必须的溶解氧。

④发酵罐应具有足够的冷却面积（夹套、蛇管、列管）；⑤发酵罐内部结构应可能简单，尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌；⑥搅拌器的轴封应严密，减少泄漏，减少染菌机会。

2.控制发酵液中溶解氧的工艺手段？

①增大通风量（低通风量下，增大通风量对提高溶氧有显著的效果，副作用：

泡沫的形成，水分的蒸发）；②改变搅拌转速；③改变气体中的氧分压；④改变罐压；⑤改变发酵液的性质：

补加无菌水，改变培养基的成分。

3.好氧发酵常采用的发酵罐类型有几种？

好氧发酵常采用的发酵罐类型有：

机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐和文氏管发酵罐。

发酵食品部分

1.按生产工艺，按糖化发酵剂，按香型，白酒分为哪几种？

①按生产工艺：

固态法白酒、半固态法白酒、液态法白酒、勾兑白酒；

②按糖化发酵剂：

大曲酒、小曲酒、麸曲酒、混曲法白酒、其它糖化发酵法白酒；

③按香型：

酱香型白酒、浓香型白酒、清香型白酒、米香型白酒、其它香型白酒。

2.名词解释：

大曲酒、小曲酒、麸曲酒、啤酒

①大曲酒：

以高粱为原料，大曲为糖化发酵剂，经固态发酵、蒸馏、贮存（陈酿）和勾兑而成。

②小曲酒：

以大米、玉米、高粱等为原料，小曲为糖化发酵剂，采用固态或半固态发酵，再经蒸馏并勾兑而成。

③麸曲酒：

以纯培养的曲霉菌及纯培养的酒母作为糖化、发酵剂。

④啤酒：

啤酒是以麦芽为主要原料，先制成麦汁，添加酒花，在用啤酒酵母发酵而制成的一种酿造酒。

3.白酒生产中，稻壳的作用

稻壳质地疏松，吸水性强，用量少而使发酵界面增大的特点，可用作填充剂；含有多缩戊糖和果胶质，在酿酒过程中生成糠醛和甲醇等物质。

使用前必须清蒸20-30分钟，以除去异杂味和减少在酿酒中可能产生的有害物质；稻壳是酿制大曲酒的主要辅料，是一种优良的填充剂。

4.续渣发酵的优点

①原料经过多次发酵（一般在三次以上），原料淀粉利用充分，出酒率高；②在多次发酵过程中，有利于积累香味物质，特别容易形成以己酸乙酯为主的窖底香，有利生产泸型大曲酒；③采用混蒸混烧，热能利用率高，成本低；④适用范围广，高梁、玉米、甘薯干等含淀粉45%以上的原料均可使用。

5.白酒生产常用的酵母菌有哪些？

有哪几大类微生物参与？

白酒生产常用的酵母菌主要为酒精酵母、产酯酵母、假丝酵母和白地霉等；有酵母菌、霉菌和细菌三大类微生物参与。

6.葡萄酒的分类？

①按色泽分类：

白葡萄酒、红葡萄酒、桃红葡萄酒；

②按二氧化碳压力分类：

平静葡萄酒、起泡葡萄酒、加气起泡葡萄酒；

③按含糖量多少分类：

干葡萄酒、半干葡萄酒、半甜葡萄酒、甜葡萄酒。

7.在葡萄酒酿造中，二氧化硫作用？

①选择性杀菌或抑菌作用；②澄清作用；③促使果皮成分溶出、增酸和抗氧化等作用。

8.红葡萄酒生产工艺特点？

①酒精发酵和色素、香味成分的浸提同时进行；②为有效进行浸提作用，发酵温度高于白葡萄酒的发酵温度；在发酵过程中要靠外界机械动力循环果汁；③由于发酵醪中有较多的单宁等酚类化合物，具有一定的抗氧化能力，故对酒的隔氧抗氧化措施要求不严格。

甜红葡萄酒甚至要有轻度氧化，以获得浓馥的酒香和协调、醇厚的酒体；④高档红葡萄酒一般要诱导苹果酸——乳酸发酵；⑤发酵方法上，可分为果汁和皮渣共同发酵（如传统法、旋转罐法、二氧化碳浸渍法和连续发酵法）及纯汁发酵（如热浸提法）。

9.红葡萄酒生产工艺和白葡萄酒生产工艺的不同之处？

白葡萄酒选用白葡萄或红皮白肉葡萄为原料，经果汁分离、果汁澄清、控温发酵、贮存陈酿及后加工处理而成。

红葡萄酒一般采用红皮白肉或皮肉皆红的葡萄品种。

葡萄破碎后，酒精发酵、色素和香气成分浸提同时在果汁、皮渣中进行，待残糖降至5g/L以下时，压榨分离皮渣，进行后发酵。

10.啤酒生产的工艺流程？

啤酒工艺流程分为麦芽制造和啤酒酿造两部分。

①麦芽制造

原大麦→预处理（清洗、分级）→浸麦→发芽→干燥→贮藏→成品麦芽

②啤酒酿造

辅料（大米）→粉碎→糊化酒花菌种

↓并醪↓↓

麦芽→粉碎→糖化→过滤→煮沸→回旋沉淀→麦汁冷却→充氧→发酵→啤酒过滤→包装→成品啤酒

11.啤酒的分类如何？

①按生产方式分类：

鲜啤酒、熟啤酒；②按产品浓度分类：

高浓度啤酒、中浓度啤酒、低浓度啤酒；③按啤酒的色泽分类：

淡色啤酒、浓色啤酒、黑色啤酒；④按酵母性质分类：

上面发酵啤酒、下面发酵啤酒。

12.啤酒的苦味和防腐能力主要是由酒花中的苦味物质α-酸和β-酸提供的。

13.使用酒花的目的？

麦芽制造的主要目的？

使用酒花的目的：

①赋予啤酒香味和爽口的苦味、②增进啤酒泡持性和稳定性、③与麦汁共沸时能促进蛋白质凝固，有利于啤酒的澄清、④增加麦汁和啤酒的防腐能力；

麦芽制造的主要目的：

使大麦生成各种酶，并使大麦胚乳中的成分在酶的作用下，达到适度的溶解；去掉绿麦芽的生腥味，产生啤酒特有的色、香和风味成分。

14.大麦发芽的目的？

麦芽制备的工艺流程？

大麦发芽目的：

使麦粒生成大量的各种酶类，并使麦粒中一部分非活化酶得到活化增长。

随着酶系统的形成，胚乳中的淀粉、蛋白质、半纤维素等高分子物质得逐步分解，可溶性的低分子糖类和含氮物质不断增加，整个胚乳结构由坚韧变为疏松，这种现象被称为麦芽溶解。

麦芽制备的工艺流程：

原大麦→预处理（清洗、分级）→浸麦→发芽→干燥→贮藏→成品麦芽。

15.绿麦芽干燥的目的？

①除去绿麦芽多余的水分，防止腐败变质，便于贮藏；②终止绿麦芽的生长和酶的分解作用；③除去绿麦芽的生腥味，使麦芽产生特有的色、香、味；④便于干燥后除去麦根。

麦根有不良苦味，如带入啤酒，将破坏啤酒风味。

16.类黑素在啤酒中的作用？

①类黑素的形成是焙焦时发生的重要物质变化之一；②类黑素具有胶体特性，有利于啤酒的泡沫性和泡持性，对啤酒的胶体稳定性有重要作用；③是一类还原物质，能提高啤酒的还原能力，降低氧化作用，有利于啤酒的风味稳定性；④类黑素的香味及着色力有利于啤酒的香味和色泽。

17.糖化工艺流程？

麦芽汁煮沸的作用

糖化工艺流程：

麦芽及辅料→粉碎→糊化、糖化→过滤→煮沸→冷却→冷麦汁

↑↑

水酒花

麦芽汁煮沸的作用：

①灭菌与灭酶的作用——杀灭麦汁中的乳酸菌等杂菌，以免发酵产生酸败现象，破坏α-淀粉酶的活性，以稳定可发酵性糖与糊精的比例；②蒸发多余的水分，使麦汁浓度达到规定要求；③促使蛋白质变性沉淀；④酒花成分的溶出；⑤其他作用——pH略有下降，并生成类黑精等还原物质，能增加啤酒的香气，泡持性及胶体稳定性，还可蒸发掉香叶烯等挥发性异味物质。

18.啤酒酵母的种类？

后发酵的目的？

啤酒酵母的种类：

下面啤酒酵母，（细胞多呈卵圆形，胞内含有转化酶和蜜二糖酶，能完全发酵棉子糖）；上面啤酒酵母，（细胞多呈圆形，胞内只含有转化酶，只能发酵1/3棉子糖）。

后发酵的目的：

①残糖继续发酵；②促进啤酒风味成熟；③增加CO2的溶解量；④促进啤酒的澄清。

19.双乙酰对啤酒有何影响？

降低双乙酰，加速啤酒成熟的主要措施

双乙酰对啤酒的影响：

双乙酰被认为是衡量啤酒成熟与否的决定性的指标，双乙酰的味阈值为0.1-0.15mg/L，在啤酒中超过阈值会出现馊饭味；

降低双乙酰，加速啤酒成熟的主要措施：

①选育α-乙酰乳酸合成酶活力低的菌株、②提高麦汁中α-氨基氮的水平、③调整主发酵的接种量和发酵温度、④α-乙酰乳酸脱羧酶的应用、⑤强化缬氨酸代谢流。

20.食醋的分类，制作工艺有几种？

参与的微生物有哪几大类？

食醋的分类：

①按原料分：

米醋、麸醋、果醋、酒醋、代用原料醋等；②按所用糖化曲分类：

大曲醋、小曲醋、红曲醋、麸曲醋等；③按发酵工艺分类：

固态发酵醋、液态发酵醋、固液发酵醋；④按成品的色泽分类：

熏醋、淡色醋、白醋。

制作工艺：

固态发酵法、液态发酵法。

参与的微生物有糖化菌、酵母菌和醋酸菌三大类。

21.酱油酿造用菌种应具备的条件？

①不产黄曲霉毒素及其他有毒成分；②繁殖力强,适应性强,生长快速,对杂菌抵抗力强；③酶系适用,酶活力高,特别是蛋白酶活力高；④菌种纯,性能稳定；⑤酿制成的酱油产率高,风味好；⑥便于制曲。

22.酱油酿造所采用的蛋白质原料主要有哪些？

①大豆；②脱脂大豆；③花生饼；④葵花子饼；⑤菜子饼；⑥棉子饼。

23.制曲是酱油酿造的关键技术环节,是生产的主要工序。

制曲过程的实质？

制曲过程的实质：

是创造曲霉最适宜的生长条件,保证优良曲霉菌等有益微生物得以充分繁殖（同时尽可能减少有害微生物的繁殖）,分泌酱油酿造需要的各种酶类（蛋白酶、淀粉酶、氧化酶、脂肪酶、纤维素酶等）的过程，特别是蛋白酶含量及活力越高越好。

24.酱油酿造中制曲的工艺流程？

水→加热种曲

↓↓

豆粕→混合→润水→蒸料→冷却→接种→通风制曲→成曲

↑

麸皮

25.酱油酿造典型的发酵工艺有哪些？

①天然晒露发酵工艺；②固态低盐发酵工艺；③固态无盐发酵工艺；④分酿固稀发酵工艺。

26.酱油加热的目的？

①杀灭酱油中的微生物,防止生霉,延长贮存时间；②调和酱油的香气及风味；③增加酱油的色泽；④除去悬浮物,使酱油达到澄清。

绪论：

1.从广义上讲，发酵工程由哪几部分组成？

发酵工程组成，从广义上讲，由三部分组成：

上游工程、发酵工程、下游工程。

2.发酵产品的四个主要类别？

①以菌体为产品；②以微生物的酶为产品；③以微生物的代谢产物为产品；④生物转化过程，将一个化合物经过发酵改造化学结构。

3.微生物连续发酵的两种方式？

连续发酵的优缺点？

恒化培养：

使培养基中限制性基质的浓度保持恒定；

恒浊培养：

使培养基中菌体的浓度保持恒定；

连续发酵法优点：

设备利用率高，劳动强度小，可连续化自动化生产，较高的底物转化系数，较高的反应体积速率，不同级数发酵罐的条件可以不同；缺点：

易染菌，投资大，原料消耗大。

发酵动力学部分

1.什么是发酵动力学，研究的内容包括哪些？

发酵动力学：

发酵动力学是发酵工程的一个重要组成部分，它以化学热力学（研究反应的方向）和化学动力学（研究反应的速度）为基础，研究发酵过程中变量在活细胞作用下变化的规律，以及各种发酵条件对这些变量变化速度的影响。

发酵动力学的研究内容主要包括：

①细胞生长和死亡动力学；②基质消耗动力学；③氧消耗动力学；④二氧化碳生成动力学；⑤产物合成和降解动力学；⑥代谢热生成动力学

2.什么是比生长速率，它反映了什么，与哪些因素有关？

什么是倍增时间（世代时间）？

比生长速率（μ）是细胞浓度的瞬时增大速率和细胞浓度的比例常数，即单位重量菌体的瞬时增量。

反映了对数生长期细胞生长的快慢。

比生长速率μ是与细胞种类、培养温度、pH、培养基组成和限制性基质浓度等因素有关。

倍增时间（世代时间）：

在单细胞微生物的对数生长期，生长速率达到最大，群体细胞以几何倍数增加，当细胞群体增加一倍时，所需的时间（td）。

3.在大多数分批培养中，在特定的温度、pH、营养物类型、营养物浓度等条件下，比生长速率μ是个常数。

4.什么是细胞死亡常数？

使比死亡率达到最大比死亡率一半时的基质浓度，即为细胞死亡常数。

5.在分批培养过程中计算生产率时发酵时间包括哪些？

生产率是个综合指标，在计算时间时，不仅包括发酵时间，还包括放罐、清洗、装料和消毒时间以及延迟期所耗的时间。

6.补料分批培养的优点是什么？

①可以解除底物的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应；②对于好氧发酵，补料分批培养可以避免在分批发酵中因一次性投料过多造成细胞大量生长，耗氧过多，通风搅拌设备不能匹配的状况；③在某些情况下减少菌体生成量，提高有用产物的转化率。

第四章

（1）

1.优质种子必须具备哪五项条件？

①菌种细胞的生长活力强，移种到发酵罐后能迅速生长，能缩短迟滞期；②生理性状稳定，以便得到稳定的菌体生长过程；③具有适宜的菌体总量及浓度，以满足大容量发酵的要求；④无杂菌污染，以确保整个发醛过程正堂进行；⑤保持稳定的生产能力，使最终产物的生物合成量持续稳定高产。

2.获得优质种子则必须具备哪五种条件？

①有一种能使保存的菌种转移到存活力能达到最大的复活培养基上的方法；②有一个不引起种子染菌的接种场所；③具有定量判断种子质量标准的方法；④具有定量测定菌种一系列生理状态变化的方法，以能正确地反映生物物质的连续变化；⑤选择能满足种子扩大培养的容器和其他环境条件。

3.种子扩大培养其过程可大致可分为哪两个阶段？

实验室制备阶段（琼脂斜面、固体培养基、扩大培养）；生长车间种子制备阶段。

4.实验室种子制备又包括哪两个？

实验室种子制备包括孢子制备和摇瓶液体种子制备。

5.影响种子质量的主要因素有哪些？

①种子罐级数的确定；②接种龄；③接种量。

6.工业发酵培养基的类型有哪些？

组成物质的纯度：

①合成培养基；②天然培养基。

状态：

①固体培养基；②半固体培养基；③液体培养基。

用途：

①斜面培养基；②种子培养基；③发酵培养基。

7.培养基的优化遵循的原则是什么？

①根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基；②合适的碳氮比；③适合的pH；④适合的渗透压；⑤适合的氧化还原电位。

8.什么是营养缺陷型？

营养缺陷型：

因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。

第四章

（2）

1.从发酵方式上来说，发酵可分为（固体发酵）和（液体发酵）。

与固体发酵相比，液体发酵的优点是什么？

①培养基始终有游离水的游动，水是培养基的主要组分；②微生物从溶解水中吸收营养物，营养物始终不存在梯度；③培养体系大都仅涉及气、液两相，而固相所占比例低，是悬浮在液相中，液相为连续相；④接种比比较小，小于10%；⑤微生物均匀分布在培养体系中；⑥发酵结束时，培养基是液体状态，产物浓度低；⑦可实现有效混合，营养扩散通常不受限制；⑧高水含量使发酵温度控制容易；⑨发酵均匀。

容量大，生产效率高，适于机械化，便于工艺条件的控制，产品质量高。

2.按照发酵中对氧气的需求，可将发酵分为（好氧发酵）和（厌氧发酵）。

此外，按照生产情况，还可将发酵分为（连续式）、（批量式）和（半连续式）,连续发酵的优缺点是什么？

优点：

①生产效率高；②占地面积小；③操作简单；④节省劳力；⑤减少能耗；⑥产物质量较稳定；⑦自动化程度高。

缺点：

①菌种易发生变异；②发酵过程易染菌；③新加入培养基与原有培养基不易完全混合；④影响培养物的利用。

3.什么是发酵热，组成成分？

发酵热Q是引起发酵过程温度变化的原因。

习惯上将发酵过程中释放出来的净热量称为发酵热。

Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射－Q显热

发酵热包括生物热（在发酵过程中产生菌分解基质产生热量）、搅拌热（机械搅拌产生热量）、蒸发热（而罐壁散热、水分蒸）和辐射热（空气排气带走热量）。

4.目前在工业上对发酵过程温度、溶解氧浓度控制手段是什么？

工业上对发酵过程温度控制手段是：

利用自动控制或手动控制冷却水或热水的阀门，通冷却水或热水到发酵罐的夹层或蛇形管，使罐温维持恒定。

工业上对溶解氧浓度控制手段是：

①增大通风量；②改变搅拌转速；③改变气体中的氧分压；④改变罐压；⑤改变发酵液的性质。

5.什么是临界氧浓度？

不影响微生物呼吸的最低溶氧浓度称为临界氧浓度。

6.发酵过程中pH控制的主要方法有哪些？

①调节好基础料的pH；②在基础料中加入维持pH的物质；③通过直接补加酸碱调节pH；④在补料与调pH没有矛盾时，采用补料调pH。

7.二氧化碳浓度怎么去控制？

CO2浓度的控制：

通气和搅拌速率的大小，能调节发酵液中的溶解氧和溶解CO2的浓度。

8.碳源和氮源按利用速度分别分为二种，对发酵有何影响？

碳源的浓度对发酵有什么影响？

碳源和氮源按利用速度分别分为两种，其对发酵的影响：

①碳源：

按菌体利用快慢而言，分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源。

迅速利用的碳源（如葡萄糖）能较迅速地参与代谢、合成菌体和合成产物，因此有利于菌体生长，但有的分解代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用；缓慢利用的碳源（如乳糖）为菌体缓慢利用，有利于延长代谢产物的合成，特别有利于延长抗生素的生产期，也为许多微生物药物的发酵所采用。

②氮源：

氮源有速效氮源和迟效氮源两类。

速效氮源容易被菌体利用来生长，对某些产物的合成，特别是抗生素的合成有调节作用；迟效氮源对延长次级代谢产物的分泌期、提高产物产量有一定好处。

碳源的浓度对发酵的影响：

碳源过多，容易形成较低的pH，不利于菌体的生长，容易引起菌体异常增殖，使菌体的代谢、产物的合成受到明显的抑制；碳源不足，易引起菌体衰老和自溶。

9.泡沫的消除方法有哪些？

发酵工业上使用的消泡剂必须具备哪些条件？

发酵工业上常用的消泡剂主要有哪四类？

消泡方法有物理法、机械法、化学法，①调整培养基中的成分；②改变某些物理化学参数（如pH值、温度、通气和搅拌）；③改变发酵工艺（如采用分次投料）；④采用机械消泡或消泡剂消泡；⑤采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种。

发酵工业上使用的消泡剂必须具备的条件：

①消泡剂必须是表面活性剂，具有较低的表面张力；②具有一定的亲水性，对气——液界面的铺展系数足够大，能迅速发挥消泡活性；③在水中的溶解度必须较小，以保持长久的消泡能力；④无毒，不影响菌体生长和代谢；⑤不影响氧在培养液中的溶解和传递；⑥具有良好热稳定性；⑦来源方便、广泛，价格便宜。

发酵工业上常用的消泡剂主要有四类：

①天然油脂类（花生油、玉米油、菜籽油、鱼油、猪油等）；②聚醚类（GPE、PPE、SPE等）；③醇类（聚二醇、十八醇等）；④硅酮类（主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物）。

10.判断放罐的指标有哪些？

判断放罐的主要标准:

产物浓度、氨基氮、还原糖、菌体形态、pH、培养液的外观、黏度等。

异常情况下，如染菌、代谢异常等，进行适当处理。

11.如已感染噬菌体采用什么处理方法？

①选育抗性菌株；②轮换使用菌株；③加化学药物；④将培养液重新灭菌再接种。

12.成功的发酵同时受到两方面因素的制约，一是生产菌种的遗传特性，二是发酵条件。

13.对发酵有影响及需控制的基本参数有哪些？

（1）pH值；

（2）温度；（3）溶氧浓度（DO值，简称溶氧）；（4）基质含量；（5）空气流量；（6）压力；（7）搅拌转速；（8）搅拌功率；（9）黏度；（10）浊度（OD值）；（11）料液流量；（12）产物的浓度；（13）氧化还原电位；（14）废气中的氧含量；（15）废气中的CO2含量；（16）菌丝形态；（17）菌体浓度（简称菌浓）。

第四章（3）

1.有害微生物的控制方法有哪些？

①包括培养基灭菌、无菌空气制备、发酵系统的密闭措施和生产环境的灭菌或消毒等；

②工业上，培养基、发酵设备采用蒸汽灭菌，空气采用过滤除菌。

2.常用的灭菌方法？

①干热灭菌法；②湿热灭菌法；③辐射灭菌法；④化学药剂灭菌法；⑤过滤除菌法。

3.什么是实消与连消？

实消是指将配制好的培养基放入发酵罐或者其他装置中，通过蒸汽将培养基和所有设备加热至灭菌温度后维持一定时间，再冷却到接种温度，也叫间歇灭菌、分批灭菌。

连消就是将配制好的培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却等灭菌操作过程。