发酵工程复习题.docx
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发酵工程复习题
发酵工程复习题
第一章绪论
一名词解释
发酵，
发酵工程，
现代发酵工程，
巴氏灭菌法，需氧发酵，
厌氧发酵，
兼性厌氧发酵，
液体发酵，
固体发酵（浅盘固体发酵和深层固体发酵），
半固体发酵，
分批发酵，
连续发酵，
补料分批发酵。
二简答题
1.简述发酵工业的特点；
2.简述发酵的一般工艺流程（菌种制备、培养基的制备、灭菌、接种、控制发酵条件、产物的提取与精制、回收处理三废物质）。
第二章发酵工业菌种
一名词解释
菌落，
芽孢，
荚膜，
鞭毛，
富集培养，
比生长速率，
连续培养，
诱变育种，
菌种退化，
菌种的复壮。
二简答题
1.简述酵母菌的形态结构及繁殖方式；2.菌种分离筛选步骤。
第三章发酵工业培养基设计
一名词解释
培养基，基础培养基，选择培养基，
加富培养基:
也称营养培养基，即在培养基中加入有利于某种微生物生长繁殖所需的营养物质，使这类微生物的增殖速度比其他微生物快，从而使这类微生物能够在混有多种微生物的情况下占优势地位的培养基。
鉴别培养基;在培养基中加入某种试剂或化学药品，使培养后会发生某种变化，从而区别不同类型的微生物
斜面培养基:
固体培养基的一种形式；制作时应趁热定量分装于试管内，并凝固成斜面的称为斜面培养基，用于菌种扩大转管及菌种保藏。
种子培养基:
供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”
发酵培养基:
供菌种生长、繁殖和合成产物之用。
它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物。
二简答题
1.培养基设计的基本原则
答：
目的明确、营养协调、经济节约、物理化学条件适宜
适宜于大规模工业微生物发酵的培养基应具有以下几点共性：
①单位培养基能够产生最大量的目的产物。
②能够是目的产物的合成速率最大。
③能够使副产物的合成量最少④所采用的培养基应该质量稳定、价格低廉、易于长期获得⑤所采用的培养基尽量不影响工业好气发酵中的通气搅拌性能以及发酵常务的后期处理
一般设计适宜于工业大规模发酵的培养基应遵循以下原则：
①必须提供合适微生物细胞和发酵产物的基本成分②有利于减少培养基原料的单耗③有利于提高产物的浓度，以及提高单位容积发酵罐的生产能力④有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期⑤尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化，并尽可能减少产生“三废”物质⑥原料价格低廉，质量稳定，取材容易⑦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。
第四章发酵工业的无菌技术
一名词解释
灭菌:
用物理或化学方法杀死物料或设备中所有生命物质的过程
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
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
分批灭菌:
将配置好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通过蒸汽将培养基和所用设备仪器进行灭菌的操作过程，也称实罐灭菌
连续灭菌:
将配置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
二简答题
1.发酵过程污染的危害；
答：
①使发酵培养基因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降
②杂菌合成一些新的代谢产物，或杂菌污染后改变了发酵液的某些理化性质，使发酵产物的提取和分离变得困难，造成产物收率降低后产品质量下降
③杂菌代谢会改变原反应体系的pH，使发酵发生异常
④杂菌分解产物，使生产失败
⑤细菌发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，导致整个发酵失败
2.发酵工业常用的无菌技术；
答：
①干热灭菌法②湿热灭菌法③射线灭菌法④化学药剂灭菌法⑤过滤除菌法
⑥火焰灭菌法
3.湿热灭菌的原理及优缺点。
答：
湿热灭菌的原理是使微生物的蛋白质及核酸变形导致其死亡。
这种变形首先是分子中的氢键分裂，当氢键断裂时，蛋白质及核酸内部结构被破坏，进而丧失了原有功能。
蛋白质及核酸的这种变形可以使可逆的，也可以是不可逆的。
虽然无所谓动能行结构被破坏，若氢键破裂的数量未达到微生物死亡的临界值，则其分子很可能恢复到它原有的形式，微生物就没有被杀死。
为有效地使蛋白质变形，如采用高压蒸汽灭菌时，就需要水蒸气有足够的温度和持续时间，这对灭菌效果十分重要。
高温饱和水蒸气可迅速使蛋白质变形，在规定操作条件下，蛋白质发生变形的过程即微生物死亡的过程，是可预见和重复的。
微生物的灭活符合一级动力学方程，微生物死亡速率是微生物耐热参数D和杀灭时间的函数。
即在给定的时间下被灭活的微生物与仍然存活数成正比。
LgNt=lgNo-F（T,Z）/DT
Nt：
t分钟后微生物计数值；
No：
初始微生物计数值；
DT：
在T温度下的微生物降低一个对数单位所需要的时间，分钟；
F（T，Z）：
灭菌程序在确定温度系数Z的T温度的等效灭菌时间。
第五章发酵工业的种子制备
一名词解释
接种龄:
种子罐中培养的菌丝体转入下一级种子罐或发酵罐是的培养时间。
接种量：
移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
二简答题
1.种子制备过程。
答：
（1）将砂土管或冷冻干燥管中的种子接种到斜面培养基中进行活化培养。
（2）将生长良好的斜面孢子或菌丝转中到扁瓶固体培养基或摇瓶液体培养基中扩大培养，完成实验室种子制备。
（3）将扩大培养的孢子或菌丝接种到一级种罐，制备生产用种子。
如果需要，可将一级种子再转接到二级种子罐进行扩大培养，完成生产车间种子制备。
（4）制备好的种子转种至发酵罐进行培养。
第六章发酵动力学
一名词解释
发酵动力学:
研究各种环境因素与微生物代谢活动之间的相互作用随时间变化的规律的科学.
恒化器:
连续培养系统，以为培养物的生长速率受到化学环境的控制，即培养基中某一限制性组分的控制作用。
恒浊器:
通过控制补充的培养基的流速，使得发酵罐内发酵液中细胞浓度保持恒定，即将发酵液的浊度保持在某一窄小的范围内。
第七章发酵工业中氧的供需
一名词解释
呼吸强度（QO2）：
指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量。
耗氧速率（摄氧率）：
指单位体积培养液在单位时间内的耗氧量
二简答题
1.氧在微生物发酵中的作用；
答：
氧是构成微生物细胞本身及其代谢产物的组分之一。
虽然培养基中大量存在的水及其他成分如糖可以提供氧元素，但许多微生物细胞必须利用分子态的氧作为呼吸链电子传递系统末端的电子受体，最后与氢离子结合生成水，同时在呼吸链的电子传递过程中可释放大量能量，供细胞生长和代谢使用。
此外，氧还可以作为中间体直接参与一些生物合成反应，例如乙醇在氧的作用下合成乙酸。
2.简述发酵工业无菌氧气的供应过程；
答：
3.简述发酵液中氧的传递过程。
答：
第八章发酵过程控制
一名词解释
生物热：
指微生物在生长繁殖的过程中，本身产生的大量热量。
搅拌热：
好养培养的发酵罐都有一定功率的搅拌装置，搅拌带动发酵液做机械运动，造成液体之间、液体和设备之间的摩擦，由此产生一定的热量成为搅拌热。
蒸发热：
在发酵过程中以蒸汽形式散发到发酵罐的液面，再由排气管带走的热量。
临界氧浓度（C临）：
指不影响菌体呼吸所允许的最低氧浓度，或微生物对发酵液中溶解氧浓度的最低要求。
泡沫：
一般来说：
泡沫是气体在液体中的粗分散体，属于气液非均相体系;美国道康宁公司对泡沫这样定义：
体积密度接近气体，而不接近液体的
“气/液”分散体。
污染：
呼吸商：
生物体在同一时间内，释放二氧化碳与吸收氧气的体积之比或摩尔数之比，即指呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子比。
通气：
为了供给好氧或兼性好氧生物适量的无菌空气，以满足菌体生长繁殖和积累代谢产物的需要。
搅拌器：
使液体、气体介质强迫对流并均匀混合的器件
罐体：
罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料一般为不锈钢。
•发酵罐顶设有手孔人孔、视镜及灯镜。
•罐顶上的接管：
进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。
•在罐身上的接管：
冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口
挡板：
改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧的器件
发酵罐：
发酵罐夹套：
发酵罐盘管：
消泡器：
二简答题
1.温度对发酵的影响及控制；
答：
温度对发酵的影响：
①影响各种酶的反应速率和蛋白质性质
②影响发酵液的物理性质
③影响氧的溶解和传递
④影响对基质的分解和吸收速度
⑤影响生物合成的方向
控制：
抗生素生产中，通过变温培养比恒温培养得到的产物多。
最适温度的选择和控制，可有效的提高产物的产率
2.pH对发酵的影响及控制；
答：
PH对发酵的影响：
①pH影响酶的活性
②pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态
③pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解
④pH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
控制：
配制合适的培养基
加入非营养基质的酸碱调节剂
加入基质性的酸碱调节剂
加入生理酸性盐或碱性盐基质
把pH的控制和代谢调节结合，通过补料控制
3.氧对发酵的影响；
答：
①大多数发酵过程是好氧的，因此需要供氧。
如果考虑呼吸的化学计量，则葡萄糖的氧化可由下式表示：
C6H12O6十6O2＝6H2O十6CO2
②只有当这两种反应物均溶于水后，才对菌体有用。
③氧在水中的溶解度比葡萄糖要小约6000倍左右（氧在水中的饱和度，10摄氏度是11.33mg/L）。
④许多发酵的生产能力受到氧利用限制，因此氧成为影响发酵效率的重要因素。
4.发酵过程的溶氧变化；
答：
①发酵前期菌丝体大量繁殖，需氧量大于供氧，溶氧出现一个低峰。
②在生长阶段，产物合成期，需氧量减少，溶氧稳定，但受补料、加油等条件大影响。
③补糖后，摄氧率就会增加，引起溶氧浓度的下降，经过一段时间以后又逐步回升并接近原来的溶解氧浓度。
如继续补糖，又会继续下降，甚至引
起生产受到限制。
④发酵后期，由于菌体衰老，呼吸减弱，溶氧浓度上升，一旦菌体自溶，溶氧浓度会明显上升。
5.影响溶解氧的因素；
答：
OTR=KLa（C*-CL）
影响推动力的因素：
温度
溶质：
电解质、非电解质、混合液
溶剂：
添加有机溶剂，增加氧的浓度
氧的分压：
增加罐压；提高氧分压
6.发酵过程泡沫产生的原因；
答：
（1）通气搅拌的强烈程度通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，因此在发酵前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分丰富，易起泡。
（2）培养基配比与原料组成培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，前期难开搅拌。
（3）菌种、种子质量和接种量菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，泡沫产生几率也就少。
（4）灭菌质量培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效。
7.发酵过程起泡的危害；
答：
降低生产能力引起原料浪费影响菌的呼吸引起染菌
8.发酵过程泡沫的形成机制；
答：
第一种情况表面活性剂的亲水基留在水相，疏水基伸到气相中，形成定向吸附层
第二种情况表面活性剂的疏水基在水相中互相靠在一起，减少疏水基与水的接触，形成“胶束”。
溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，以第一种情况为主；
表面活性剂浓度高于临界胶束浓度时出现第二种情况。
9.消泡剂的作用机理；
答：
a、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破灭
b、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭
C、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭
10.发酵过程污染的途径；
答：
菌种污染培养基灭菌污染无菌空气供应系统污染发酵罐接种污染设备渗漏补料污染发酵前期污染发酵中期污染发酵后期污染
管理混乱、操作不当
11.发酵过程防治污染的措施；
答：
①防止种子带菌制备种子时对沙土管及摇瓶严格加以控制。
沙土制备时要多次间歇灭菌
注意接种时的无菌操作
子瓶、母瓶的移种和培养
无菌室和摇床间都要保持清洁。
无菌室内要供给恒温恒湿的无菌空气，还要装紫外灯用以灭菌，或用化学药品灭菌。
②防止设备渗漏
③防止培养基灭菌不彻底培养基灭菌方法——高压蒸汽灭菌
分批灭菌121℃，30分钟
连续灭菌罐温125－130℃，30－45分钟
④防止空气引起的染菌
⑤发酵染菌后的措施染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。
灭菌方法：
可通蒸汽灭菌，也可加入
过氧乙酸等化学灭菌剂搅拌半小时，才放下水道。
否则由于各罐的管道相通，会造成其它罐的染菌，而且直接放下水道也会
造成空气的污染而导致其它罐批染菌。
凡染菌的罐要找染菌的原因，对症下药，该罐也要彻底清洗，进行空罐消毒，才可进罐。
染菌厉害时，车间环境要用石灰消毒，空气用甲醛熏蒸。
特别，若染噬菌体，空气必须用甲醛蒸汽消毒。
12.发酵终点判断放罐的主要指标；
答：
产物浓度过滤速度菌丝形态氨基氮含量残糖含量PH值、DO值
13.发酵罐设计的基本要求；
答：
①适宜的径高比
②承受一定的压力
③破碎气泡并混合良好，保证充足的溶解氧。
④良好的循环冷却和加热系统
⑤内壁抛光，较少死角，易于彻底灭菌
⑥轴封严密，避免泄露
⑦能耗低，传递效率高
⑧具有机械消泡装置
⑨安装必要的传感器和补料装置，提高发酵水平。
14.发酵产品产业化三阶段；
答：
15.发酵产品的特点；
答：
16.种子及发酵液进行无菌状况检查常用的检查方法.
答：
第九章发酵过程的优化与放大
一名词解释
直接参数：
能直接反映发酵过程中微生物代谢状况的参数。
间接参数：
指采用直接状态参数求得的参数。
生物相关：
在生物学中，如果一个变量随着另一个变量变动，则称它们为生物参数。
二简述
1.简述发酵过程的优化；
答：
考虑微生物生长率和产物转化率，考虑发酵罐传递性能。
①发酵罐应具有适宜的高径比，能承受一定的压力，能使气泡破碎并分散良好，有良好的循环冷却和加热系统，内壁有一定的抛光度减少死角。
②搅拌器的轴封应严密，传递效率要高，有机械消泡装置，安装必要的温度，液位，PH装置。
2.简述通用式发酵罐放大设计的基本原则、基本要求及放大准则；
答：
基本原则：
发酵罐的放大不能影响实验室阶段和中试阶段所获得的最大生产能力的实现。
“发酵单位相似原则”
基本要求：
保证所有规律都有最佳的外部条件，以获得最大生产能力。
放大准则：
采用Kla相等，单位体积和功率相等，末端剪切力相等。
3.简述发酵罐放大方法：
经验放大法、时间常数法、几何相似法、非几何放大。
答：
①经济放大法是依靠对已有装置的操作经验所建立起来的认识为主而进行的放大方法。
②时间常数法是指某一变量与其变化率之比，经过常数间的相互比较作出判断，时间常数大，可能是放大过程中的主要限制因素。
③几何相似法是在几何相似的情况下，按一个准则进行放大设计，如按照Kla相等或P/V相等进行放大。
④非几何相似法是在牺牲几何相似的情况下，采用两个甚至多个准则进行放大设计。
第十章发酵产物的提取与精制
一名词解释
沉淀法：
物理环境的变化引起溶质的溶解度降低，生成固体凝聚物的过程。
吸附法：
通过吸附作用从液体或气体中除去有害成分或提取回收有用目标产物的分离方法。
离子交换法：
利用分离物表面的荷电的离子或基团与带相反电荷的不溶性基质进行可逆的交换。
膜分离法：
利用具有一定选择透过特性的过滤戒指将不同大小、不同形状和不同特性的特质颗粒或在初步分离纯化的基础上，依次采用各种特异性，高选择分离技术和工艺，将目标产物和分子进行分离的技术。
纯化：
杂质尽可能分开，使目标产物纯度达到一定的要求，最后制备成可以贮藏运输和使用的产品。
分离：
在发酵结束后，发酵产物的提取和初步分离阶段，操作单元包括菌体和发酵液的固液分离，细胞破碎和目标产物的浸提，细胞浸提液的萃取液的分离和浓缩，以及沉淀吸附法去除杂质等环节。
二简述
发酵工业下游技术的一般工艺过程
答：
固液分离、细胞破碎或干燥后破碎，细胞内目标产物的浸提或发酵液中目标产物的萃取，细胞浸提液或发酵液的萃取液浓缩，含目标产物的浓缩，将上柱色谱分离结晶干燥。
第十一章发酵经济学
一名词解释
技术：
广义的技术是指人类在为自身生存和社会发展所从事的各种实践活动中，为了达到预期的目的而根据对客观规律，而对自然、社会进行协
调、控制、改造的知识、技能、手段、方法和规则的总称。
经济：
一类是指与物质生产范畴相联系的概念，另一类是指生产劳动中的投入与产出、费用与效率的比例关系，即生产活动的效益与节约
企业盈亏平衡点：
销售收入与总成本费用达到相等的交点。
投资回收期：
从项目开始投资建设到增量生产，净值达到资本投资总额所需的花费的时间。
利息：
因存款而得到的本金以外的钱。
复利：
将本金每期所得的利息，在期末加入本金，并在以后各期内计算利息，逐期计算到规定的期末。
利润：
产品销售后扣除成本和税金后的剩余部分。
税率:
按照计税依据征收税的比例或额度。
第十二章典型发酵工程实例
1.青霉素发酵的工艺流程
答：
砂土管→斜面母瓶→大米孢子→种子罐→繁殖罐→发酵罐→放罐
2.土霉素发酵的工艺流程
答：
冷冻管→斜面母瓶→大米孢子→一级种子罐→二级种子罐→放罐→至提炼
3.酒精发酵工艺流程
答：
淀粉质原料→拌料→强化器→蒸煮→糖化→发酵→蒸馏→冷凝器→再沸器→吸附器→无水乙醇
4.啤酒发酵工艺流程
答：
大麦浸泡、发芽烘干、去根粉碎→加入粉碎的米中→糖化作用→加酒花→加酵母→低温发酵→过滤→其中装瓶灭菌的为熟啤，不灭菌的为生啤
5.淀粉酶的发酵工艺流程
答：
试管斜面培养基→三角瓶种子→种曲培养→厚层通风培养→烘干→粗酶制剂→酿造等用→粉碎→抽干提取→过滤→沉淀→压滤→烘干→成品
6.柠檬酸的发酵工艺流程
答：
麦芽汁斜面（麦芽汁、琼脂）→麸曲三角瓶→种子罐（根据规模确定种子罐的级数）→发酵罐→提取→结晶
7.发酵产品的生产特点
答：
微生物菌体，微生物初生代谢产物和次生代谢产物，利用微生物生化转化的产物形成的产品，醇酮类、AA类、核苷酸类、有机醇类、油脂类、抗生素类、甾体激素的微生物转化。
第十三章现代发酵工业进展
一名词解释
植物细胞培养:
将离体的植物器官、组织或细胞在培养一段时间后形成愈伤组织，在继续培养，重新分化成根或芽等器官，继而发育成完整的植物体。
动物细胞培养:
从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，再被放到适宜的培养基中，让这些细胞生长增殖。
贴壁培养:
细胞贴附在一定的固相表面进行的培养。
悬浮培养:
细胞悬浮在培养基中生长或维持。
生物反应器:
指以活细胞或酶在生物催化剂，进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境设备。
远程发酵工程:
控制一些发酵的关键变量，达到控制发酵过程的目的。
二简答题
1.植物细胞培养过程的特点；
答：
①离体培养②形成愈伤组织经过脱分化③经过再分化形成根或芽等器官。
2.动物细胞培养过程的特点；
答：
①无菌无毒环境②分散式单个细胞③有贴壁生长现象④不再形成个体
3.简述发酵工业自动控制系统模型？
答：
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