最新发酵工程重点总结.docx
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最新发酵工程重点总结
发酵工程重点总结
第一章
发酵：
通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程
发酵工程：
利用微生物（或动植物细胞）的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的技术体系。
该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术。
发酵工业的特点？
（7点）
1.发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。
2.可用较廉价原料生产较高价值产品。
3.反应专一性强。
4.能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位的生物转化修饰。
5.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
6.菌种是关键。
7.发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制。
工业发酵的类型？
厌氧发酵
1.按微生物对氧的不同需求需氧发酵
兼性厌氧发酵
液体发酵（包括液体深层发酵）
2.按培养基的物理性状浅盘固体发酵
深层固体发酵（机械通风制曲）
分批发酵
按发酵工艺流程补料分批发酵
单级恒化器连续发酵
连续发酵多级恒化器连续发酵
带有细胞再循环的单级恒化器连续发酵
发酵生产的基本工业流程？
1.用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制；
2.培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌；
3.扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中；
4.控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；
5.将产物提取并精制，以得到合格的产品；
6.回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
工业发酵的过程的工艺流程图？
第二章
1、发酵工业菌种分离筛选的一般流程?
调查研究（包括资料查阅）
试验方案设计
含微生物样品的采集（如何使样品中所含微生物的可能性大？
）
样品预处理（如何在后续的操作中使这种可能性实现）
菌种分离
根据目的菌株及其产物特点分
选择性分离方法随机分离方法
（定向筛选←选择压力）（用筛选方案-检测系统进行间接分离）
富集液体培养固体培养基条件培养
（初筛）
菌种纯化
复筛
菌种纯化
初步工艺条件摸索再复筛生产性能测试
较优菌株1-3株
保藏及进一步做生产试验某些必要试验和
或作为育种的出发菌株毒性试验等
2、菌种选育改良的具体目标。
（4点）？
1.提高目标产物的产量
2.提高目标产物的纯度，减少副产物
3.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
3、简述菌种保藏的原理及基本方法。
原理：
根据微生物的生理生化特点。
人工的创造条件，使微生物的代谢处于不活拨，生长繁殖受到抑制的休眠状态，以达到降低其代谢活动，延长保存期的目的。
方法：
1.斜面低温保藏法
2.矿油封藏法
3.冷冻真空干燥法
4.液氮超低温保藏法
第三章
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。
1、发酵工业培养基的要求（4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。
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、依据生产流程和作用，微生物的培养基可分为哪些类型？
各有何特点？
答：
类型：
1.斜面（孢子）培养基：
供微生物细胞生长繁殖或保藏菌种使用，供给细胞生长和繁殖所需各类营养物质。
2.种子培养基：
扩大菌种，短时间内获得数量多、质量高的大量菌种，以满足发酵生产的需要。
3.发酵培养基：
发酵生产中最主要的培养基，不仅需要大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的主要因素。
特点：
斜面（孢子）培养基：
①富含有机氮源，少含或不含糖分。
有机氮有利于菌体的生长繁殖，能获得更多胞。
②对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源和碳源不宜太丰富，否则易长菌丝而少形成孢子。
③斜面培养基中宜加入少量无机盐类，供给必要的生长因子和微量元素。
种子培养基：
①营养丰富完全，氮源和维生素等生长因子的含量高些；
②供孢子萌发的培养基中，加入一些易于吸收利用的C、N源，便于孢子发芽生长；
③pH要稳定；
④最后一级尽可能接近发酵培养基，常加入少量发酵合成期才大量需要的物质。
发酵培养基：
目的：
使接种菌丝生长并能高效表达，获得高的发酵产量，同时组分尽可能单一，以保证高的得率。
要求
营养丰富完全，有利于产物合成；
不能大量加入快C、快N源，应和慢C、N源相结合；
在产物分泌期间，pH稳定；
加入适量合成所需的物质，如前体等，进行定向发酵；
采用中间补料，以提高发酵单位；
原料的考虑——成本问题
3、碳源、氮源在培养基中的作用是什么？
碳源作用：
1.提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分
2.提供合成目的产物所必须的碳成分
氮源作用：
氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。
常用的氮源可分为两大类：
有机氮源和无机氮源。
4、培养基成分选择的原则是什么？
培养基设计的步骤有哪些？
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。
第四章
1、发酵过程中杂菌污染后的常见表现？
答:
消耗营养，合成新产物，菌体自溶。
发粘等造成分离困难；改变pH;分解产物，噬菌体破坏极大。
2、试比较灭菌、消毒、除菌与防腐的区别。
灭菌：
用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命物质的过程。
消毒：
用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器具表面的微生物。
一般只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢
除菌：
用过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子。
防腐：
用物理或化学方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖。
区别：
消毒与灭菌的区别在于，消毒仅仅是杀死生物体或非生物体表面的微生物，而灭菌是杀灭所有的生命体。
因此灭菌特别适合培养基等物料的无菌处理。
消毒一般只能杀死营养细胞，而不能杀死细胞芽孢和真菌孢子等，特别适合于发酵车间和设备器具的无菌处理。
3、分批灭菌和连续灭菌的区别及各自的特点。
优点
缺点
连续
灭菌
1.高温短时灭菌，培养基营养成分损失少。
2.发酵罐占用时间缩短，利用率高。
1.设备复杂，操作麻烦,染菌机会多。
2.蒸汽波动时灭菌不彻底
3.不适合含大量固体物料的灭菌。
分批
灭菌
1.设备要求低，不需另外加热、冷却装置。
2.操作要求低，适合小批量生产规模
3.适合含大量固体物料的灭菌
1.培养基的营养物质损失大，灭菌后培养基质量下降
2.发酵罐的利用率较低
3.不适合大规模生产的灭菌
4、发酵对无菌空气的要求是什么？
试述空气过滤除菌的流程。
要求：
无菌、无灰尘、无杂质、无水、无油、正压
流程：
解：
N0=10×106×107=1013（个）
Nt=0.001（个）k=2.303（min-1）
㏑（Nt/N0）=-kt
t=2.303/k×[lg（N0/Nt）]=2.303/2.303×[lg（1016）]
=17（min）
5、某发酵罐内装培养基10m3，在121℃下进行分批灭菌，设每毫升培养基中含耐热的芽孢为107个，求理论灭菌时间。
（k＝2.303min-1，Nt＝0.001）
Nt——经t时间灭菌后的残留菌数，个
N0——开始灭菌时原有的活菌数，个
k——比死亡速率常数（灭菌速率常数），s-1
6、尾气中CO2含量异常变化可以分析染菌情况。
假如污染杂菌，CO2含量将会如何变化？
若感染噬菌体，CO2含量又将如何变化？
答：
若发酵罐出现污染杂菌，则CO2含量升高，因为杂菌代谢产生CO2、若感染噬菌体，工程菌会破坏死亡，则尾气中CO2含量降低。
第五章
1、什么是种子培养？
优良的种子应当具备哪些条件？
种子培养：
将保存在砂土管（冷冻干燥管等）中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶或扁瓶及种子罐逐级扩大培养,最终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。
具备的条件：
①生长活力强，延迟期短；
②生理状态稳定；
③浓度及总量能满足发酵罐接种量的要求；
④无杂菌污染，保证纯种发酵；
④适应性强，生产能力稳定
2、简述种子扩大培养的一般流程。
①斜面培养基中活化。
②偏瓶固体培养基或摇瓶培养基中扩大培养；完成实验室种子制备。
③一级种子罐制备生产用种子，视情况确定扩大级数，完成生产车间种子制备。
④种子转种至发酵罐。
3、简述种龄与接种量。
种龄：
是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
接种量：
是指移入种子液的体积和接种后培养液体积的比例。
4、大量的接入培养成熟的菌种的优点？
（6点）
①缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，提高了设备利用率
②节约发酵培养的动力消耗
③有利于减少染菌机会
第六章
1、发酵过程的特点有哪些？
①多相：
气相、液相和固相
②多组分：
培养基中多种营养成分，多种代谢产物，细胞内也具有不同生理功能的大、中、小分子化合物。
③非线性：
细胞代谢过程用非线性方程描述。
④复杂群体的生命活动。
2、什么是生长得率、产物得率、基质比消耗速率与产物比生成速率？
得率：
（或产率，转化率，Y）：
是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的关系。
包括生长得率（Yx/s）和产物得率（Yp/s）
生长得率：
是指每消耗1g（或mol）基质（一般指碳源）所产生的菌体重（g），即Yx/s=ΔX／-ΔS
产物得率：
是指每消耗1g（或mol）基质所合成的产物g数（或mol数）。
转化率：
是指投入的原料与合成产物数量之比
基质比消耗速率：
（Qs,g（或mol）／g菌体·h）：
指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。
它表示细胞对营养物质利用的速率或效率
产物比生成速率：
（Qp,g（或mol）／g菌体·h）：
指每克菌体在一小时内合成产物的量。
它表示细胞合成产物的速度或能力
3、什么是恒化器？
什么是恒浊器？
各有何特点。
恒化器：
是一种设法使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。
恒化器特点：
在恒化器中，一方面菌体密度会随时间的增长而增高，另一方面，限制生长因子的浓度又会随时间的增长而降低，两者互相作用的结果，出现微生物的生长速率正好与恒速流入的新鲜培养基流速相平衡。
这样，既可获得一定生长速率的均一菌体，又可获得虽低于最高菌体产量，却能保持稳定菌体密度的菌体。
恒浊器：
是根据培养器内微生物的生长密度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。
恒浊器特点：
①培养基的流速低于微生物生长速度，菌体密度增高，这时通过光电控制系统的调节，可促使培养液流速加快。
反之亦然，并以此来达到恒密度的目的。
因此这类培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的。
②在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度
③一般来说，恒浊器较难控制，目前大多数研究工作者都利用恒化器进行连续培养的研究
4、分批发酵、补料分批发酵和连续发酵各自的定义、特点。
分批发酵：
补料分批发酵：
连续发酵：
第七章
1、氧在微生物发酵中有何作用？
（3点）
①构成微生物细胞本身及其代谢产物的组分之一。
②呼吸作用。
在呼吸链的电子传递系统末端作为电子受体。
③作为中间体直接参与一些生物合成反应。
2、为何氧容易成为好氧发酵的限制性因素？
****了解****
3、发酵过程中溶解氧异常变化的原因？
①常温常压下，氧在水中的溶解度极低。
②培养液中含有大量有机物和无机盐，氧的溶解度比水中还低。
③氧的溶解度随着温度的升高，培养液固形物或粘度的增加而下降。
[b.引起溶氧异常升高的原因：
（1）主要是耗氧出现改变，如菌体代谢异常，耗氧能力下降
（2）污染烈性噬菌体
a.引起溶氧异常降低的原因：
（1）污染好气性杂菌，大量溶氧被消耗；
（2）菌体代谢发生异常，需氧要求增加；
（3）某些设备或工艺控制发生故障或变化，
如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢；消泡剂加入过多；
（4）影响供氧的工艺操作如停止搅拌、闷罐等。
4、发酵过程中容氧异常的原因？
第八章
1、发酵过程中主要控制的参数？
答：
⑴pH值、⑵温度、⑶溶氧浓度（DO值，简称溶氧）、⑷基质含量⑸空气流量、
⑹压力、⑺搅拌转速、⑻搅拌功率、⑼黏度、（10）浊度、（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。
2、为什么要对发酵工艺过程控制？
①微生物发酵的生产水平：
生产菌种本身的性能、合适的环境条件
②必须了解有关生产菌种对环境条件的要求，深入了解生产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础
③通过各种监测手段以及采用传感器测定发酵罐中的培养温度、pH、溶解氧等参数情况，并予以有效地控制，使生产菌种处于产物合成的优化环境中
******Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射******
3、pH值对发酵的影响，及相应的措施，异常变化的因素？
影响：
影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；
影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的排泄；
影响培养基中某些组分的解离，进而影响微生物对这些成分的吸收；
pH值不同，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。
影响氧的溶解和氧化还原电势的高低；
pH值影响孢子发芽；
引起发酵液pH值变化的常见因素
（1）下降
①培养基中C/N不当，有机酸积累；
②消沫油加得过多；
③生理酸性物质过多；
（2）上升
①C/N比例不当，N过多，氨基氮释放；
②生理碱性物质过多；
③中间补料时碱性物加入量过大；
4、pH控制的方法？
①基础培养基调节pH
②在基础料中加入维持pH的物质
③通过补料调节pH
④当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH
⑤选择合适的pH调节剂
⑥发酵的不同阶段采取不同的pH值
5、泡沫对发酵的影响？
（4点）
①降低生产能力②引起原料浪费③影响菌的呼吸④引起染菌
6、泡沫的控制？
（3点）
①调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原材料）或改变某些物理化学参数（如pH值、温度、通气和搅拌）或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减少泡沫形成的机会。
②采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素。
③采用机械消泡或消泡剂消泡这两种方法来消除已形成的泡沫。
7、消泡剂具备的条件？
（10点）
①表面活性剂，具有较低的表面张力（内聚力弱），消泡效果明显。
②对气-液界面的散布系数必须足够大，才能迅速消泡；
③无毒害性，且不影响发酵菌体；不会在使用、运输中引起任何危害；
④不干扰各种测量仪表的使用；
⑤在水中的溶解度较小，以保持持久的消泡性能；
⑥应该在低浓度时具有消泡活性；
⑦应该对产物的提取不产生任何影响；
⑧应该对氧传递不产生影响；
⑨能耐高温灭菌。
⑩来源方便，使用成本低；
8、常用的消泡剂有哪些？
①天然油脂、②高碳醇、脂肪酸和酯类、③聚醚类、④硅酮类：
9、消泡剂增效方法？
①加载体增效。
消泡剂+惰性载体（如矿物油、植物油等），使消泡剂溶解分散，达到增效的目的；
②消泡剂并用增效。
取各种消泡剂的优点进行互补，达到增效。
如GP和GPE以l:
1混合使用于土霉素发酵，结果比单独使用GP的效力提高2倍；
③乳化消泡剂增效。
用乳化剂将消泡剂制成乳剂，以提高分散能力，增强消泡效力。
适用于亲水性差的消泡剂。
如用吐温80制成的乳剂，用于庆大霉素发酵，效力提高1~2倍。
10.发酵终点的判断？
①根据发酵类型，生产目标，判断发酵终点。
②对发酵及原材料成本占整个生产成本主要部分的发酵品种，主要追求提高生产率（kg/m3·h），得率（kg产物/kg基质）和发酵系数（kg产物/罐容积m3·发酵周期h）。
③下游提取精制成本占主要部分和产品价格比较贵，除了要求高的产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度。
11、什么是发酵过程自控？
答：
是指根据对过程变量的有效测量及对过程变化规律的认识，借助于由自动化仪表和电子计算机组成的控制器，操纵其中一些关键变量，使过程向着预订的目标发展。
第九章
1、发酵罐有哪些类型？
①通用式搅拌罐、②气升式发酵罐、③管道式反应器
④固定化发酵罐、⑤自吸式发酵罐、⑥伍式发酵罐
2、简述通用式搅拌发酵罐的主要构件及其作用。
①外形、结构及几何尺寸要求
②搅拌装置:
打碎气泡，a↑、造成湍流，KL↑。
③挡板:
改变液流方向，由径向流→轴向流，促使流体翻动，增加传质和混合。
④消泡器:
破碎气泡，改善供氧，防止污染。
⑤空气分布器:
吹入无菌空气，并使其分布均匀。
⑥换热装置:
调节罐内温度，满足发酵需要。
3、发酵罐设计的基本原则有哪些？
答：
①能否适合于生产工艺的放大要求
②能否获得最大的生产效率
第十章
1、什么是发酵下游加工过程？
它的特点是什么？
答：
下游加工过程是指发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得。
从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程。
特点：
①培养液（或发酵液）是复杂的多相系统，从培养液中分离成分很困难。
②欲提取的产物浓度很低，但杂质含量却很高。
特别是利用基因工程方法产生的蛋白质常常伴有大量性质相近的杂质蛋白质。
③欲提取的生物物质通常很不稳定，遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解。
④发酵或培养都是分批操作、生物变异性大，各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一定的弹性。
2、试述发酵工业下游技术的一般工艺过程。
答：
①培养液（发酵液）的预处理和固液分离；②初步纯化（提取）；
③高度纯化（精制）；④成品加工。
3、请列举出发酵产物分离纯化的方法、原理及其适用范围（至少3个）。
方法
原理
适用范围
沉淀法
通过改变条件或加入某种试剂，使发酵产物离开溶液，生成不溶性颗粒而沉降析出来。
吸附法
利用吸附剂与杂质、色素物质、有毒物质、产品之间分子引力的差异，从而起到分离的作用。
应用于发酵产品的除杂、脱色、有毒物质和抗生素的提纯精制。
离子交换法
一个溶液中的某一种离子与一个固体中的另一种具有相同电荷的离子互相调换位置，即溶液中的离子跑到固体上去，把固体上的离子替换下来。
蛋白质、氨基酸、核酸、酶、抗生素等。
第十一章
1、什么是清洁生产？
答：
清洁生产是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。
2、清洁生产的内容？
①清洁的能源：
常规能源的清洁使用，可再生能源的利用，新能源的开发，节能技术等
②清洁的生产过程：
少用不用有毒有害原料，中间产品的无毒无害，减少生产中的危险因素，采用少废无废工艺，物料循环使用，简便操作，完善管理。
③清洁的产品：
节约原料和能源，少用昂贵稀缺的原料，利用二次资源，使用不危害人体和生态，易回收、复用和再生，合理包装，使用功能合理，使用寿命合理，报废后易处理易降解。
第十二章
发酵工业的发展前景？
答：
在科学技术的进步，特别是酶工程技术发展的带动下，发酵产业原料和产品种类逐渐增加，产品应用领域逐渐扩大，现已与造纸、酿酒、制糖和皮革等行业建立起技术创新联盟，这必将成为发酵产业一个新的经济增长点，为我国发展生物经济作出更大贡献，相信发酵工业的发展前景是十分光明的
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