发酵工程复习题418Word文档下载推荐.docx

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五、分批发酵：

1、定义：

（分批培养）是指将所有的物料（除空气、消沫剂、调节pH的酸碱物外）一次性加入发酵罐，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收。

清罐结束后，重新开始新的装料发酵的发酵方式。

2、特点：

非稳态培养过程、一次性投料一次性收获产品、封闭系

统、表现典型的生长周期（延滞期、对数生长期、稳定期、衰亡期）、稳定期细胞浓度最大。

3、优缺点：

设备要求低、操作简单、易于掌握、适用于固体颗粒或较多泡沫的培养基灭菌、适用于小发酵罐中培养基的灭菌；

不能使细胞始终处于最优条件、对培养基营养成分破坏较大，反复加热冷却使能耗增加、发酵周期延长、降低了发酵罐利用率。

六、补料发酵：

（半连续培养、半连续发酵）是指发酵中后期养料逐渐消耗，菌体逐渐走向衰老自溶，代谢产物不能再继续分泌，为延长中期代谢活动，维持较高的发酵产物的增长幅度，给发酵罐间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。

介于分批发酵和连续发酵之间的一种微生物细胞的培养方式。

维持菌体浓度、减缓供氧矛盾、避免发酵过早结束。

与分批培养方式比较：

①可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。

②对于好氧过程，可以避免在分批培养过程中因一次性投糖过多造成的细胞大量生长、好氧过多以至通风搅拌设备不能匹配的状况。

③微生物细胞可以被控制在一系列的过滤态阶段，可用来控制细胞的质量；

并可重复某个时期细胞培养的过渡态，可用于理论研究。

与连续培养方式比较：

①不需要严格的无菌条件。

②不会产生微生物菌种的老化和变异。

③最终产物浓度较高，有利于产物的分离。

④适用范围广。

七、连续发酵：

（连续培养、开放式培养）是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养液，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的量维持恒定，使微生物细胞能在近似恒定状态下生长的微生物发酵培养方式。

2、特点：

微生物细胞的生长速度、产物的代谢均处于恒定状态，可以达到稳定、高速培养微生物细胞或产生大量代谢产物的目的。

3、优缺点：

①温度较高、灭菌时间短、培养基营养成分得到最大限度的保护②简化操作步骤、缩短发酵周期、提高设备利用率、降低了人力物力的消耗、降低劳动强度、增加生产效率；

①连续发酵运转时间长，菌种多退化、易污染，培养基利用率一般低于分批发酵②工艺中的变量较分批发酵复杂，较难控制和扩大，且对蒸汽和设备要求较高③不适合含有大量固体物料培养基的灭菌，生产次生代谢产物时一般不用连续发酵，因为生产次生代谢产物所需的最佳条件，往往与其产生菌种生长所需的最佳条件不一致，有的还与微生物细胞分化有关。

八、工业化菌种的要求、发酵菌种必须满足的条件、发酵工业用菌种应具备的特点：

1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并生成所需要的代谢产物，产量高；

2、可以在易于控制的培养条件下（糖浓度、温度、pH、溶解氧、渗透压等）迅速生长和发酵，且所需的酶活力高；

3、生长速度和反应速度较快，发酵周期短；

4、根据代谢控制的要求，选择单产高的营养缺陷型突变菌株或调节突变菌株或野生菌株；

5、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体；

6、菌株纯粹，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性；

7、菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素（包括抗生素、激素、毒素等），以保证安全。

九、自然界分离微生物的一般操作步骤：

1、微生物样品的采集。

①通常土壤中含细菌数量最多，细菌（108）、放线菌（107孢子数）、霉菌（106孢子数）、酵母菌（105）、藻类（104）、原生动物（103）。

②5~25cm深处微生物较多，1~5cm阳光杀菌、水分蒸发，25cm以下氧份递减。

③菜园、近郊：

细菌、放线菌；

森林（枯枝落叶、腐殖质）：

霉菌、酵母菌、纤维素酶产生菌；

肉类加工厂、饭店：

蛋白酶和脂肪酶产生菌；

南方、温泉、火山、北方堆肥：

高温酶产生菌；

南北极、冰窖、深海：

低温酶产生菌。

2、微生物样品的富集培养

①定义：

（施加选择性压力分离法）利用不同种类的微生物生长繁殖对环境和营养的要求不同，人为控制条件（碳源、氮源、pH、温度、需氧等），使之利于某类或某种微生物生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到使目的菌种占优势而得以快速分离纯化的目的。

②细菌、放线菌生长繁殖偏碱；

霉菌、酵母菌偏酸。

3、目的菌种的分离。

4、目的菌的筛选。

筛选菌株的重要指标：

①菌的营养特征②菌的生长温度③菌对所采用的设备和生产过程的适应性④菌的稳定性⑤菌的产物得率和产物在培养液中的浓度⑥容易从培养液中回收产物（③~⑥衡量菌种的生产性能）。

5、未来的发展。

十、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？

自然界中目的微生物含量很少，非目的微生物种类繁多，进行富集培养，使目微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，使筛选变得可能。

十一、菌种选育分子改造的目的？

1、提高目标产物的产量。

2、提高目标产物的纯度（减少杂质、副产物的生成，降低后期纯化成本）。

3、防止菌种退化、改良菌种性状，改善发酵过程。

4、改变生物合成途径，以获得高产的新产品。

十二、什么叫自然选育？

自然选育在工艺生产中的意义、应用价值？

自然选育：

在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，选育出优良菌种的过程。

利用自发突变引起的菌种性状变化的特点，可以较快地选育出优良菌种。

自然选育可以有效地用于高性能突变株的分离。

自然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。

十三、自然筛选和菌种改良是两种获取优良的发酵菌种的途径。

菌种改良：

是指采用物理、化学、生物学方法处理目的微生物，使其遗传基因发生变化，将生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导，使某些代谢产物过量积累，过的所需要的高产、优质、低耗的菌种。

十四、种子的扩大培养：

就是将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。

十五、种子应满足的条件：

1、菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。

2、生理性状稳定、遗传性状稳定。

3、菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要求。

4、无杂菌污染。

5、保持稳定的生产能力。

十六、菌种退化：

是指在较长时期传代保藏后，菌株的一个或多个生理性状和形态特征逐渐减退或消失的现象。

十七、如何防止菌种衰退？

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、采用有效的菌种保藏方法。

十八、菌种

用于发酵过程作为活细胞催化剂的微生物，包括细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类。

（来源于自然界大量的微生物，从中经分离并筛选出有用菌种。

）

种子：

种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程，这些纯种培养物称为种子。

十九、种子扩大培养的目的与要求、一般步骤？

1、目的：

为发酵工业提供适宜微生物生长的特定的物理和化学环境，使其迅速大量繁殖，为生产提供相当数量的代谢旺盛的微生物菌种。

2、种子的要求：

菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短；

生理性状稳定；

菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐要求；

无杂菌污染；

保持稳定的生长能力。

3、一般步骤：

休眠孢子→母斜面活化→摇瓶种子或茄子瓶斜面或固体培养基孢子→一级种子罐→二级种子罐→发酵罐

二十、在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？

实验室阶段培养物选择的原则：

种子能扩培到一定的量和质，获得一定数量和质量的孢子、菌体。

培养基的选择应该是有利于菌体的生长，对孢子培养基应该是有利于孢子的生长。

在原料方面，实验室种子培养阶段，规模一般比较小，因此为了保证培养基的质量，培养基的原料一般都比较精细。

生产车间阶段培养物的选择原则：

最终一般都是获得一定数量的菌丝体。

培养基选择首先考虑的是有利于孢子的发育和菌体的生长，所以营养要比发酵培养基丰富。

在原料方面：

不如实验室阶段那么精细，而是基本接近于发酵培养基，这有两个方面的原因:

一是成本、二是驯化。

二十一、什么是接种量？

对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少？

接种量：

指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。

细菌1%—5%；

酵母菌5%—10%；

霉菌7%—15%、有时20%—25%。

二十二、什么是发酵级数？

发酵级数对发酵有何影响，影响发酵级数的因素有哪些？

什么情况下可采用一级种子发酵？

发酵级数：

制备种子需逐级扩大培养的次数

一般由菌丝体培养开始计算发酵级数，但有时，工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数

发酵级数对发酵影响：

1、种子级数少，可简化工艺和控制，减少染菌机会。

2、种子级数太少，接种量小，发酵时间延长，降低发酵罐的生产率，增加染菌机会。

3、级数大难控制、易染菌易变异，管理困难，一般2-4级。

4、在发酵产品的放大中，反应级数的确定是非常重要的

一个方面。

影响发酵级数的因素：

（1）菌种生长特性,孢子发芽及菌体繁殖速度；

（2）发酵

规模；

（3）工艺要求；

（4）接种量的影响。

酵母生长比细菌慢，比霉菌和放线菌快，通常用一级种子发酵。

二十三、发酵级数确定的依据是什么？

种子罐级数的确定主要取决的方面？

1、菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度。

2、所采用发酵罐的容积。

二十四、野生型菌株

从自然分离到的微生物在其发生突变前的原始菌株的纯种。

　营养缺陷型菌种：

野生型菌株经过人工诱变或者自然突变失去合成某种营养（氨基酸，维生素，核酸等）的能力，只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长，成为营养缺陷型（营养缺陷型是一种生化突变株，它的出现是由基因突变引起的）。

相应的野生型菌株称为原养型。

原养型菌种：

指营养缺陷型突变株经回复突变或重组后产生的菌株，其营养要求在表现型上与野生型相同。

二十五、基本培养基（minimalmedium，MM）：

仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基，用[－]来表示。

完全培养基（completemedium，CM）：

凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基。

用[＋]来表示。

补充培养基（supplementalmedium，SM）：

凡只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组全培养基，它是在基本培养基中加入该菌株不能合成的营养因子而组成。

二十六、工业发酵常用的碳源有哪些？

常用的糖类有哪些，各自有何特点？

碳源：

糖类（淀粉、葡萄糖、蔗糖）、糖的衍生物（糖蜜）、脂类（动、植物油）、

有机酸（琥珀酸、柠檬酸、乳酸、乙酸）和低碳醇（甲醇、乙醇）、烃类、芳香

化合物及各种含碳化合物。

葡萄糖：

所有的微生物都能利用葡萄糖，但是会引起葡萄糖效应。

糖蜜：

是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。

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葡萄糖蜜。

除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。

淀粉、糊精：

缺点：

难利用、发酵液比较稠、一般>

2.0%时加入一定的α-淀粉酶。

成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。

优点：

来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应。

二十七、生理性酸性物质：

菌体代谢后能形成酸性物质的营养物（无机氮源）。

生理性碱性物质：

经微生物生理作用（代谢）后能产生碱性物质的营养物（无

机氮源）。

二十八、发酵营养基质的组成：

碳源、氮源、无机盐及微量元素、水、生长因子、前体物质、产物促进剂和抑制剂。

二十九、生长因子：

一类对微生物必不可少的物质，一般为一些小分子有机物，需求量很小（氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、生物素等）。

有机氮源是这些生长因子的重要来源。

三十、前体：

一些添加到培养基中的物质，它们并不促进微生物的生长，但能直接通过微生物的生物合成过程结合到产物分子上去，自身结构基本不变，而产物产量却因此有较大的提高（前体使用时普遍采用流加的方法）。

三十一、产物促进剂：

在发酵过程中添加的，既不是营养物又不是前体物质，但是却能提高产量的物质。

产物抑制剂：

主要是一些对生产菌代谢途径有某种调节能力的物质。

三十二、什么是培养基？

简述发酵培养基的特点和要求？

培养基：

利用人工方法配制的供微生物、植物和动物细胞生长繁殖或积累代谢产

物的各种营养物质的混合物。

特点：

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，避免污染。

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，便于取材、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，及时分离、减少“三废”。

⑤必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。

⑥有利于减少培养基原料单耗，提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。

⑦有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。

⑧有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。

⑨所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。

三十三、简述培养基设计的一般步骤和应注意的问题。

步骤：

对培养基原料的选择、对培养基各种成分用量的选择以及对培养条件的选

择。

1、根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步

确定可能的培养基成分；

2、通过单因子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。

注意问题：

1、营养基质的选择（营养基质种类、营养基质原材料的质量问题、

营养基质选择的经济性原则）。

2、培养基成分用量的确定（参照微

生物细胞内元素的比例确定、参照碳氮比确定、其他因素）。

3、成分

选择（菌种的同化能力、代谢的阻遏和诱导、合适的C/N比、pH的

要求）。

三十四、淀粉的性质：

1、白色无定形结晶粉末，存在于很多植物组织中。

无还原性、无甜味、不溶于冷水、有机溶剂。

2、（C6H10O5）n由很多葡萄糖分子通过α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键连接而成的具有一定层次构造的化学大分子。

含水分多、含蛋白质少的颗粒较大，多呈圆形或椭圆形；

反之多呈较小的多角形。

三十五、淀粉水解一般有几种工艺？

各有何特点？

（酸解法、酶解法、酸酶结合法）

1、酸解法：

是淀粉水解糖制备的传统方法，它是以无机酸为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。

工艺简单、水解时间短、设备生产能力大。

缺点：

高温高压以及酸的腐蚀对设备有一定的要求；

副反应多，影

响水解糖液的质量；

对原料要求严格，淀粉颗粒必须大小均

匀，否则水解不均一不彻底。

2、酶解法：

（双酶水解法）是用专一性很强的α-淀粉酶将原料淀粉水解为糊精和低聚糖（液化），再用糖化酶继续水解为葡萄糖的制糖工艺（糖化）。

条件温和，设备要求低；

酶专一性强，副反应少；

淀粉液初

始浓度较高，对原料要求较低；

糖液颜色浅，较纯净。

生产周期长，需要专门的设备（培养酶），过滤困难（酶是蛋

白质）。

3、①酸酶法：

是先将淀粉用酸水解成低聚糖和糊精，再用糖化酶将其水解成葡萄糖的工艺。

②酶酸法：

是先用α-淀粉酶将原料淀粉水解到一定程度，过滤除去杂质后，再用酸完全水解的工艺。

糖液质量：

酶解法＞（酸酶法＞酶酸法）＞酸解法

糖液粘度：

酸解法＞酸酶结合法＞酶解法

水解时间：

酶解法＞酸酶结合法＞酸解法

三十六、实验室常用灭菌方法：

1、化学灭菌：

利用化学药品的氧化作用或损伤细胞作用于微生物而将其杀死的方法。

针对：

环境、皮肤、器材等。

2、射线灭菌：

利用紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的γ射线穿透微生物细胞进行灭菌的方法。

无菌室、接种箱等。

3、干热灭菌：

利用热空气将为生物体内的蛋白质氧化的方法（160℃保温1h）。

玻璃器皿、金属器材和其他耐高温的物品。

4、湿热灭菌：

利用饱和湿热蒸汽是微生物体内蛋白质变性进行灭菌的方法（121℃20~30min）。

培养基、发酵设备、附属设备、管道等。

①蒸汽来源容易、成本低、本身无毒②高温蒸汽穿透力强、加速蛋白

质变性和微生物死亡、灭菌彻底③操作简单④细胞内蛋白质含水量高、

易变性。

（最常用、最有效的灭菌方法）

5、过滤除菌：

利用过滤方法阻留微生物的方法。

制备无菌空气。

6、火焰灭菌（灼烧灭菌）：

（最简单的干热灭菌法）在火焰上灼烧的方法。

接种针、刀、镊、玻璃棒、三角瓶等。

三十七、培养基的灭菌方法：

1、分批灭菌（间歇灭菌、实罐灭菌）：

升温、保温、冷却。

实消：

分批灭菌，就是将配置好的培养基全部输入到发酵罐内或其他装置中，通过蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定的时间，再冷却至接种温度，这一过程称之为实罐灭菌。

优点：

无需专门的灭菌设备，设备投资少；

灭菌效果可靠，对灭菌用蒸汽要求低灭菌温度低。

时间长而对培养基成分破坏大；

操作难于实现自动控制。

2、连续灭菌（高温瞬时：

使蛋白质变性；

保护营养成分、灭菌）

连消：

连续灭菌，将培养基通过专门设计的灭菌器，进行连续流灭菌后进入预先灭过菌的发酵罐中的灭菌方式。

采用高温快速灭菌法；

可以把培养基按其性质分开灭菌；

有利于自动控制；

节省冷却水。

投资费用高；

对物料要求高；

蒸汽用量大。

三十八、影响培养基灭菌的因素：

1、培养基成分（油脂、糖类、蛋白质会增加微生物的耐热性）

2、培养基成分的颗粒度（颗粒越大、蒸汽穿透用时越长、灭菌难）

3、培养基的pH（pH越低，灭菌所需时间越短）

4、微生物细胞含水量（含水量越少、蛋白质越不易变性、灭菌时间越长）

5、微生物性质与数量（细菌的营养体、酵母、霉菌的菌丝体对热较为敏感，放线菌、霉菌孢子对热的抵抗力较强）

6、冷空气排出情况

7、泡沫（易形成隔热层、不易杀死其中潜伏的微生物）

8、搅拌（使培养基均匀、不造成局部过热或灭菌死角）

三十九发酵使用空气净化标准是什么？

“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降到零或极低，从而使污染的可能性将至极小。

一般按10-3计算（1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1次染菌）。

合适的空气状态（温度、湿度），除去微生物颗粒、满足生物细胞培养需要。

（南方、近地、工业城市较北方、远地、农村含菌量高）

四十、空气除菌、净化方法：

1、热杀菌（有效可靠，对设备要求较高、消耗大量能源、成本高）

2、辐射杀菌：

破坏蛋白质等活性物质（表面灭菌、有限空间内的空气灭菌）

3、静电除菌：

利用静电引力吸附带电粒子达到除尘灭菌的目的（效率低、能耗少）

4、过滤除菌：

通过过滤介质阻截微生物（制备无菌空气）

四十一、空气过滤除菌预处理的目的（标准）和工艺流程（步骤）：

目的：

1、提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷

2、去除压缩后空气中所带的油水，以合适的空气湿度和温度进入空气过

滤器。

工艺流程：

采风塔、粗过滤器（除尘）、空气压缩机、空气贮罐（稳压）、空气冷却器、气液分离器（除水除油）、空气加热器（增加相对温度）、空气过滤器。

四四十二、介质过滤除菌原理：

当气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而使微生物颗粒与滤层纤维间产生惯性撞击截留、拦截截留、布朗扩散截留、重力沉降及静电引力等作用，将其中的尘埃和微生物截留在介质层内，达到过滤除菌的目的。

四十三、消毒：

是指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法。

灭菌：

是指把物体上所有的微生物（包括细菌芽孢在内）全部杀死的方法。

（防腐：

是指防止或抑制微生物生长繁殖的方法。

用于防腐的化学药物叫做防腐剂。

无菌：

不含活菌的意思，是灭菌的结果。

防止微生物进入机体或物体的操作技术称为无菌操作。

）四十四、营养基质（底物）：

是指供微生物生长及产物合成的原料，主要包括碳源、氮源、无机盐、微量元素和生长调节物质等。

四十五、请叙述连续发酵的优缺点及应用。

答：

其优点是：

①设备的体积可以减小；

②操作时间短，总的操作管理方便，便于自动化控制；

③产物稳定，人力物力节省，生产费用低。

缺点是：

①对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高；

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，