发酵工程名词简答.doc

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发酵工程名词解释与简答

一.名词解释：

1.发酵工程：

是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，或直接把微生物应用于工业生产过程，为人类生产有用产品的一种技术。

2.代谢控制发酵：

人为地改变微生物的代谢调控机制，使有用中间代谢产物过量积累，这种发酵称为代谢控制发酵。

3.次级代谢产物是指微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质过程，这一过程的产物，即为次级代谢产物。

4.营养缺陷型突变株：

指某一菌株丧失了合成某种营养物质的能力，在培养基中若不外加这种营养成分就不能正常生长的变异菌株。

5.酶活性调节：

通过改变酶分子的活性来调节代谢速度的调节方式称为酶活性的调节，是发生在蛋白质水平上的调节。

6.初级代谢产物：

是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。

这一过程的产物即为初级代谢产物。

7.产物促进剂：

是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。

8.DE值（葡萄糖值）：

表示淀粉水解程度及糖化程度，指葡萄糖（所有测定的还原糖都当作葡萄糖来计算）占干物质的百分率。

9.前体：

指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，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有较大的提高。

9.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。

10.发酵生长因子：

从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子

11.临界氧浓度：

微生物的耗氧速率受发酵液中氧的浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，这一溶氧浓度叫做临界氧浓度。

12.介质过滤除菌：

是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截

13.发酵热：

引起发酵过程温度变化的原因是发酵过程所产生的热量，称为发酵热。

发酵热包括生物热、搅拌热、蒸发（汽化）热和辐射热等。

14.分批培养：

简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出，除了空气的通入和排气。

整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。

15净热量：

在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。

这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。

发酵热引起发酵液的温度上升。

发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。

16.发酵热：

所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量

17.种子扩大培养：

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,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。

18.实罐灭菌：

实罐灭菌（即分批灭菌）将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。

19.染菌率：

总染菌率指一年发酵染菌的批（次）数与总投料批（次）数之比的百分率。

染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌，又再次染菌的批次数在内在介质层中，而达到除菌的目的。

20.初级代谢产物：

微生物细胞在其对数生长期所产生的产物，往往是细胞生长和繁殖中所必需的物质，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物，如多糖、蛋白质、脂类和核酸等，这些化合物称为初级代谢产物。

21.培养基：

是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。

根据微生物对营养的要求，培养基都基本包括碳源、氮源、无机盐、生长因子和水分，此外，还应根据微生物的要求，有一定的酸碱度和渗透压。

22.发酵：

指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式。

或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。

如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳，同时获得能量。

23.酵母的第三型发酵，又称碱法甘油发酵。

即在碱性条件下（pH7.6），2分子乙醛发生歧化反应，生成1分子乙醇和1分子乙酸，而磷酸二羟丙酮则还原为甘油。

总反应式：

2葡萄糖+H2O～2甘油+乙醇+乙酸+2CO2

24.补料分批培养：

在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。

在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，所以发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。

在工厂的实际生产中采用这种方法很多。

25.酶合成调节：

酶合成的调节是通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制，这类调节在基因转录水平上进行。

酶合成调节主要有酶的诱导和酶的阻遏两种类型。

二.简答题：

1.简述发酵热产生的原因：

.答：

微生物分解有机物释放的能量，一部分用于合成ATP，另一部分散发到培养基中时，会引起发酵温度升高（生物热）；机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高（搅拌热）。

此外，发酵罐壁散热（辐射热）、水分蒸发（蒸发热）会带走部分热量，使发酵温度降低

2.简述发酵过程进行中间补料的原则：

.答：

菌体生长代谢需要一个合适的浓度，过高的浓度对菌体生长有抑制作用，过低，不能满足产物合成的需要。

中间补料的原则是使生产菌在分泌期有足够多而不过多的养料，使代谢活动朝着有利于合成产物的方向发展。

3.简述菌种保藏的基本原理及措施：

答：

菌种保藏的基本原理主要是根据菌种的生理生化特点，人工地创造条件，使菌种的代谢活动处于不活泼状态，同时，使菌种避免污染、死亡和变异。

保藏菌种时首先要挑选优良纯种，最好是它们的休眠体（孢子、芽胞等）；其次，要创造一个有利于休眠的环境条件，如低温、干燥、缺氧和缺乏营养物质等，即可以达到降低其代谢活动，延长保存期的目的。

4.简述温度对发酵的影响答：

温度对发酵的影响是多方面的，对菌体生长和代谢产物形成的影响是由各种因素综合表现的结果。

1） 温度升高，酶促反应速度加大，生长代谢加快，产物生成提前。

但温度愈高酶失活愈快，菌体易于衰老影响产物生成。

2） 温度通过影响发酵液中溶解氧从而影响发酵。

3） 温度能影响生物合成方向。

4） 温度能影响微生物酶系的组成及酶的特性。

5）同一种生产菌，菌体生长和积累代谢产物的最适温度往往不同。

5.简述大规模发酵生产对菌种选择的要求

1）能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物

2）有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强

3）遗传性能要相对稳定

4）不易感染它种微生物或噬菌体

5）产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）

6）生产特性要符合工艺要求

6.简述发酵生产中如何调节pH值

答：

在实际发酵生产中，调节pH值的方法应根据具体情况加以选用。

1） 调节培养基的初始pH值。

初始pH值是指发酵液配制完毕后、灭菌前的pH值（注意：

灭菌前与灭菌后pH值有所不同）。

或加入缓冲剂（如磷酸盐）制成缓冲能力强、pH值改变不大的培养基。

2） 在发酵过程中加弱酸或弱碱进行pH值的调节，合理地控制发酵条件，如添加CaCO3。

或调节通气量来控制pH值。

3） 进行中间补料是调节pH值较好的办法，既调节培养液的pH值，又可补充营养，如氨水、尿素流加法等。

通过补料调节pH值来提高发酵产率已在酶制剂发酵和抗生素发酵生产上取得明显的效果。

7.简述发酵工业经历的几个不同阶段

答：

发酵工业经历了以下几个不同阶段：

1）自然（天然）发酵时期2） 纯培养技术的建立3）通气搅拌（好气性）发酵（工程）技术的建立4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术的建立5）开拓新型发酵原料时期6）与基因操作技术相结合的现代发酵工程技术阶段。

8.简述发酵醪的一般特征

答：

发酵醪的一般特征是：

1）发酵醪大部分是水；2）发酵醪中发酵产物浓度较低；3）发酵醪中的悬浮固体物主要含有菌体和蛋白质胶状物；4）培养基残留成分中含有无机盐类、非蛋白质大分子杂质及其降解产物；5）除发酵产物外，伴有一些代谢副产物；6）发酵醪中含有色素、热原质、毒性物质等有机杂质。

9.简述泡沫给发酵造成的影响

答：

泡沫给发酵造成的影响包括：

1） 泡沫过多，升到罐顶从轴封渗出，易造成染菌；2）使发酵罐装填系数减少，降低了设备利用率；3）影响通风搅拌正常进行，影响氧的传递，妨碍菌的呼吸；4）增加菌群的非均一性，微生物随泡沫漂浮；5）造成产物的损失；6）加入消泡剂给下游提取工序带来困难。

10.简述实验室用压力锅进行培养基灭菌时的注意事项

答：

压力锅是实验室进行培养基灭菌最常用的设备，使用时应注意以下几点：

1）实验室常采用1公斤/厘米2（约15磅/英寸2）的蒸汽压（蒸汽温度约121℃）处理15～30分钟，即可杀死各种微生物及其芽孢。

2） 在使用高压灭菌锅时，必须将灭菌锅内的冷空气完全赶光，否则压力表所表示的压力是水蒸汽压力和空气压力的总和，不是水蒸汽的实际压力，它所相当的温度与灭菌锅内的温度是不一致的。

3） 灭菌完毕应缓慢减压（放汽），若急速减压，则容器内装的液体必然会突然沸腾，将试管或三角瓶棉塞顶出或弄温，造成污染。

应在压力下降至零后再打开灭菌锅的盖子，否则蒸汽外溢会烫伤人

11.举例说明生物化学意义上的“发酵”和工业意义上的“发酵”概念的异同。

答：

生物化学意义上的“发酵”，指微生物在无氧条件下分解各种有机物质产生能量的一种方式。

如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳，同时获得能量；丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等。

而工业意义上的“发酵”，它泛指利用微生物制造成生产某些产品的过程。

它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、乳酸、丙酮丁醇等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。

产品既有微生物细胞代谢产物，也包括菌体细胞（如单细胞蛋白SCP）、酶等。

12.简述选择和配制发酵培养基应遵循哪些基本原则

答：

选择和配制发酵培养基时应遵循以下几项基本原则：

1） 必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成份；2） 所用的单位营养物质能产生最大量的微生物体或发酵产物；③能形成最大浓度的微生物体或产物；3）能形成最大产物生成率，从而缩短发酵周期；4） 尽量减少副产物的形成，便于产物的他离纯化；5） 对生产中除发酵以外的其他方面如通气、搅拌、精制、废弃物的处理等带来的困难最少；6） 原料价格低廉、质量稳定、取材容易。

13.简述菌种保藏的基本原理和方法。

答：

菌种保藏的原理是将菌种在低营养水平、缺氧状态，干燥和低温等条件下贮藏，使菌种处于“体眠”状态，抑制其繁殖能力，从而减少其变异。

方法有斜面低温保藏法、蒸馏水保藏法、麸皮保藏法、冷冻干燥法、液氮保藏法等。

14.简述酶解法制备淀粉水解糖的过程和特点。

．

答：

以酶为催化剂，在常温常压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。

优点：

反应条件温和；副反应少；可在较高淀粉浓度下水解，对原料要求不高；糖液的质量高、营养物质较丰富。

缺点：

水解时间长，酶制备较复杂，设备较多。

15．简述发酵工业对微生物菌种的要求。

答：

菌种的培养基原料来源广、廉价；培养条件易控制；发酵周期短；菌株高产；菌种抗性强，如抗病毒（噬菌体）能力强；菌株性状稳定，不易变异退化；菌种安全性高，不产生有害物质。

16．简述菌种分离筛选的一般步骤。

答：

分离过程包括查阅资料、确定方案；采集样品；富集培养：

人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。

分离菌种：

利用分离技术得到纯种。

性能测定：

进行生产性能测定。

17．分析发酵工业中杂菌污染的危害、原因和预防措施。

答：

染菌原因有：

无菌室的无菌条件不符合要求；培养基灭菌不彻底；操作不当；发酵设备、管件的渗漏等。

危害有：

杂菌产生的一些物质会影响产量或产品质量、消耗大量的营养物质而影响生产菌的正常生长，杂菌产生的一些物质可以抑制生产菌的生长，杂菌会寄生于生产菌体内，杀死生产菌。

防治措施有：

培养基灭菌要彻底、操作规范、定时检查等。

发酵早期染菌可以适当添加营养物质，重新灭菌后再接种发酵。

中后期染菌，如果杂菌的生长将影响发酵的正常进行或影响产物的提取时，应该提早放罐。

18.分析发酵过程中泡沫形成的原因、泡沫对发酵造成的影响，并说明常见消除泡沫的方法。

答：

原因：

①机械泡沫。

②发酵泡沫。

影响：

减少发酵的有效容积、增加了染菌的机会；泡沫严重时，影响通气搅拌的正常进行，影响生产率。

消泡方法：

化学消泡和机械消泡。

19论述微生物菌种对于发酵工业的重要意义。

答：

微生物菌种是发酵工业的“灵魂”。

如果菌种污染，则发酵不能进行。

菌株决定了发酵工业的效率。

菌种的稳定性决定了发酵工业产品质量的稳定。

菌种决定了发酵工艺。

菌种决定了发酵条件。

不同的菌种适用于不用的发酵原料。

不同的菌种发酵产物有差异。

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