發(fā)酵工程與設備

1、發(fā)酵工程與設備2012-3-24重要文件發(fā)酵工程是應用生物 （主要是微生物） 的生長繁殖和代謝活動來大量生產(chǎn)人 們所需產(chǎn)品過程的理論和工程技術體系。也稱作微生物工程發(fā)酵工程組成 從廣義上講，由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程、下游 工程。工業(yè)發(fā)酵的類型 按微生物對氧的需求：厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵、兼性厭 氧發(fā)酵。按發(fā)酵工藝流程：分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵、補料分批發(fā)酵菌絲結團 液體培養(yǎng)條件下，繁殖的菌絲不分散舒展，而是聚成團狀。菌絲粘壁： 在種子培養(yǎng)過程中， 菌絲正常發(fā)育生長， 但再繼續(xù)培養(yǎng)時菌絲逐 步粘附在罐壁上。反饋抑制：是生物化學途徑的末端產(chǎn)物抑制反應途徑中某個催化酶的活性， 是由于末端產(chǎn)物連接到該酶

2、的變構位點，從而影響酶與底物的接觸。反饋阻遏：是生物化學途徑的末端產(chǎn)物阻止反應途徑中某個催化酶的合成。 阻遏發(fā)生在基因水平， 通過末端產(chǎn)物和基因組連接阻止某因子的轉錄， 從而導致 酶合成的阻斷?？贵w突變株：是誘變后能夠在含有合適濃度的結構類似物的培養(yǎng)基中生長的 菌落。誘變育種：利用物理或化學誘導劑處理均勻分散的微生物細胞群。育種方法具有：方法簡單、快速、收效顯著等特點。雜交育種：指兩個基因型不同的菌株通過接合使遺傳物質重新組合， 從中分 離和篩選具有新性狀的菌株。細胞的雜交可以通過 ：細菌結合、f因子轉移、 轉化和轉導 等方法促使 基因重組。代謝控制發(fā)酵： 用人工誘變的方法， 有意識地改變微生

3、物的代謝途徑， 最大 限度地積累產(chǎn)物， 這種發(fā)酵形象地稱為代謝控制發(fā)酵， 最早在氨基酸發(fā)酵中得到 成功應用回復突變：高產(chǎn)菌株在傳代的過程中，由于自然突變導致高產(chǎn)性狀的丟失， 生產(chǎn)性能下降，這種情況我們稱為回復突變結構類似物：在化學和空間結構上和代謝的中間物（終產(chǎn)物）相似，因而在 代謝調(diào)節(jié)方面可以代替代謝中間物 （終產(chǎn)物） 的功能，但細胞不能以其作為自身 的營養(yǎng)物質。接種齡：指種子罐中培養(yǎng)的菌體從開始移入下一級種子罐或發(fā)酵罐時的培養(yǎng) 時間，以對數(shù)生長期為宜。接種量：是指移入的種子懸浮體積和接種后培養(yǎng)液體的體積的比例。 初級代謝產(chǎn)物：對數(shù)生長期形成的，細胞自身生長所必需的代謝產(chǎn)物。 次級代謝產(chǎn)物：

4、在穩(wěn)定期所產(chǎn)生的自身生長非必需代謝產(chǎn)物。 （微量、特殊 活性、明顯種屬特異性）培養(yǎng)基種類分類按成分不同劃分：天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基、半合成培養(yǎng)基 按物理狀態(tài)不同劃分：固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基 按生產(chǎn)工藝的要求：孢子（斜面）培養(yǎng)基、種子培 養(yǎng)基、 發(fā)酵培 養(yǎng)基 按用途不同劃分：基本培養(yǎng)基、加富培 養(yǎng)基、 選擇培 養(yǎng)基、 鑒別培 養(yǎng)基 糖蜜：糖蜜是制糖生產(chǎn)時的結晶母液， 它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。 含有較豐富 的糖、氨素化合物和無機維生素等，是微生物工業(yè)的價廉物美的原料。無機氮源被菌體作為氮源利用后， 培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質， 這種 經(jīng)微生物生理作用 （代謝） 后能形成酸性物質的無

5、機氮源叫生理酸性物質， 如硫 酸胺，若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質的則此種無機氮源稱為生理堿性物質， 如硝 酸鈉。正確使用生理酸堿性物質，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的ph有積極作用。速效氮源：銨鹽、硝酸鹽、尿素等氮化物中的氮是水溶性的，玉米漿、牛肉 膏、蛋白胨、 醇母膏等有機氮化物中的氮主要是蛋白質的降解產(chǎn)物， 都可以被菌 體直接吸收利用，稱為速效性氮源。遲效氮源：餅粕中氮主要以蛋白質的形式存在，屬遲效性氮源。前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中， 能直接在生物合成過程中合成到產(chǎn) 物分子中去， 而其自身的結構并沒有多大變化， 但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而 有較大的提高。老化：淀粉的老化實際上是分子間氫鍵已

6、斷裂的糊化淀粉重新排列形成新的 氫鍵的過程，也就是復結晶過程。動物細胞培養(yǎng)方法：貼壁培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)、固定化培養(yǎng) 高溫致死原理：由于它使微生物的蛋白質和核酸等重要生物高分子發(fā)生變 性、破壞，例如它可使核酸發(fā)生脫氨、脫嘌呤或降解，以及破壞細胞膜上的類脂 質成分等。致死溫度：殺死微生物的極限溫度。致死時間：在致死溫度下殺死全部微生物所需要的時間。微生物對熱的抵抗力用“熱阻”表示。 熱阻指微生物在某一條件下的致死時 間。營養(yǎng)細胞和細菌芽孢對熱的抵抗力不同。相對熱阻：在相同條件下兩種微生物熱阻的比值。分批滅菌過程：升溫、保溫和降溫，滅菌主要是在保溫過程中實現(xiàn)的，在升 溫的后期和冷卻的初期，培養(yǎng)基的溫度很

7、高，因而對滅菌也有一定貢獻。分批滅菌：將配好的培養(yǎng)基打入發(fā)酵罐， 通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用的設備 （一 般是發(fā)酵罐）一起進行滅菌，也稱實罐滅菌。連續(xù)滅菌（連消）：培養(yǎng)基在罐外連續(xù)進行加熱、維持和冷卻，然后進入發(fā) 酵罐的殺菌方法。衰減時間d值：活得微生物在受熱過程中減少到原來數(shù)目的1/10 （ns/n0=1/10）所需要的時間。過濾除菌機理：慣性作用、擴散作用、靜電吸附、攔截作用過濾器的類型：機械過濾、介質過濾、絕對過濾空氣除菌的方法：輻射殺菌、加熱殺菌、化學藥物殺菌、靜電吸附、機械過 濾為了獲得無菌空氣，一般采用三個主要工段：提高空氣的潔凈度、除去空 氣中油和水、獲得無菌空氣空氣壓縮機：活塞式空

8、氣壓縮機、離心式空氣壓縮機、螺桿式空氣壓縮機 絕對過濾器：介質孔徑小于被截留的微生物體積， 如四氟乙烯、 纖維素樹脂 微孔濾膜。深層過濾器：介質空隙對于被截留的微生物體積，但有一定厚度，靠靜電、 擴散、慣性、攔截。棉花過濾器、超細玻璃纖維紙、石棉過濾、金屬燒結管等。限制性底物是培養(yǎng)基中任何一種與微生物生長有關的營養(yǎng)物， 只要該營養(yǎng)物 相對貧乏時，就可能成為限制微生物生長的因子，可以是c源、n源、無機或有機因子。產(chǎn)物形成動力學模型：生長偶聯(lián)型、部分生長偶聯(lián)型、非生長偶聯(lián)型發(fā)酵周期：實驗周期是指接種開始至培養(yǎng)結束放罐這段時間。 但在工業(yè)生產(chǎn) 上計算勞動生產(chǎn)率時則還應把發(fā)酵罐的清洗、 投料、 滅菌、

9、 冷卻等輔助時間也計 算在內(nèi)。即從第一罐接種經(jīng)發(fā)酵到結束至第二次接種為止這段時間為一個發(fā)酵周 期，這樣才能正確地反映發(fā)酵設備的利用效率。微生物在具有一定溫度和濕度的固體培養(yǎng)基的表面進行生長、 繁殖、代謝的 發(fā)酵過程稱作為固態(tài)發(fā)酵氧的傳遞速率：通入發(fā)酵液中的氣泡愈小，氣泡與液體的接觸面積就愈大， 液體中氧的溶解速率也就愈快。渦輪式攪拌器的類型:（1）圓盤平直葉渦輪（2）圓盤彎葉渦輪 （3）圓盤 箭葉渦輪包埋培養(yǎng)：海藻酸鈉包埋；海藻酸鈣包埋；瓊脂糖株包埋kla的測定方法有亞硫酸鹽氧化法；極譜法；溶氧電極生物反應器攪拌方式：a、機械攪拌式b、鼓泡式c、環(huán)流式。比擬放大:是把小型設備中進行科學實驗所獲

10、得的成果在大生產(chǎn)設備中予以 再現(xiàn)的手段，它不是等比例放大，而是以相似論的方法進行放大。壁生長:（可提高發(fā)酵液通過比色杯表面的速度； 或將壁生長考慮在內(nèi)的光 電補償）基本的自動控制系統(tǒng)：前饋控制、反饋控制、自適應控制下游加工過程： 從發(fā)酵液、 反應液中分離、 純化有關產(chǎn)品的過程統(tǒng)稱生物工 程的下游加工過程。生化分離技術： 指從發(fā)酵液或酶反應液或動植物細胞培養(yǎng)液中分離、 純化生 物產(chǎn)品的過程（后處理技術）。凝聚：在中性鹽的作用下， 膠體粒子之間雙電子層排斥電位降低， 導致膠體 體系不穩(wěn)定出現(xiàn)聚集的現(xiàn)象。絮凝：形成大顆粒絮凝體，便于過濾。混凝：同時包括凝聚和絮凝作用的過程。 沉降：利用分散質與分散介

11、質之間的密度差異， 將分散質與分散介質分開的 作用。懸浮夜沉降分離設備：間歇式沉降器、半連續(xù)式沉降器、連續(xù)式沉降器 結晶法：在固相析出過程中，析出物為晶體時稱為結晶法。沉淀法：在固相析出過程中， 析出物為無定形固體時則稱為沉淀法。 常用的 沉淀法主要有鹽析法、有機溶劑沉淀法和等電點沉淀法等。萃?。豪萌苜|在互不相溶的兩相之間分配系數(shù)的不同而使溶質得到純化或 濃縮的方法。離子交換分離法是利用溶液中離子與離子交換劑發(fā)生交換反應進行分離的 方法離子交換劑由三部分組成：不溶性載體；功能基團；可交換離子。如果樹脂釋放的是活性陽離子， 它就能和溶液中的陽離子發(fā)生交換， 稱陽離 子交換樹脂； 如果釋放的是活

12、性陰離子， 它就能交換溶液中的陰離子， 稱陰離子 交換樹脂。離子交換設備的分類分批法、固定床法、流動床法膜過濾法:指以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離 的方法，包括微濾（mf）、超濾（uf）、納濾（nf）和反滲透（ro）四種過程。通量衰減系數(shù)m由于過程的濃差極化、膜的壓密、膜污染等的影響，使得 通量隨時間的變化。當溶劑透過膜， 而溶質留在膜上， 因而使膜面濃度增大， 并高于主體中濃度， 這種濃度差導致溶質自膜面反擴散至主體中，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。濃差極化： 在膜分離過程中， 一部分溶質被截留， 在膜表面及靠近膜表面區(qū) 域的濃度越來越高， 造成從膜表面到本體溶液之間產(chǎn)生濃度

13、梯度， 這一現(xiàn)象稱為 “濃差極化”。微濾：當壓力推動流體透過膜或其他過濾介質， 從流體中分離微米大小的粒 子時，這個過程為微濾表面過濾：粒子的尺寸比過濾介質的尺寸大， 粒子以其幾何形狀被阻擋， 不 能進入和通過膜，這種篩濾機理稱為表面過濾。深度過濾： 粒子的尺寸比過濾介質的尺寸小， 粒子能進入過濾介質， 并粘附 在其上，被除去。氣體過濾器： 去除氣體中的微粒和膠體、 菌體等超純水生產(chǎn)中預處理和最終 供水氣液接觸方式有三種：鼓泡接觸狀態(tài)、泡沫接觸狀態(tài)、噴霧接觸狀態(tài) 簡單蒸餾型可分為靜止式、降膜式、離心式等幾種。蒸發(fā)的分類按操作空間的壓力可分為常壓、加壓或減壓蒸發(fā)。 按蒸汽利用情況可分為單效蒸發(fā)、

14、二效蒸發(fā)和多效蒸發(fā) 按操作流程可分為間歇式、連續(xù)式。 按加熱部分的結構可分為膜式和非膜式。蒸發(fā)過程： 將含有固體溶質的稀溶液加熱沸騰進行濃縮，以獲得固體產(chǎn)品或 制取溶劑。蒸發(fā)過程實際上是不揮發(fā)性的溶質和揮發(fā)性的溶劑分離的過程。物質在溶解時一般要吸收熱量， 在結晶時放出熱量， 稱為結晶熱。 相反的情 況，即溶解時放熱，結晶時吸熱，比較少見。因此結晶又是一個同時有質量和熱 量傳遞的過程。起晶方法：自然起晶，刺激起晶，晶種起晶 干燥方法空氣干燥、加熱面?zhèn)鳠岣稍?、紅外線干燥、冷凍升華干燥 、微波干燥 空氣干燥設備按工作原理分為：氣流干燥、沸騰干燥和噴霧干燥。 游離水游離水分多存在于生物產(chǎn)品的細胞外及多

15、孔物料的毛細管中。 結合水結合水分主要有滲透水分、 結構水分等，它與物料的結合力較強， 水分的活度小于l。固態(tài)發(fā)酵： 廣義：使用不溶性固體基質培養(yǎng)微生物， 得到代謝產(chǎn)物的工藝過 程自然富集固態(tài)發(fā)酵：強化微生物混合固態(tài)發(fā)酵、限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵、 單菌固態(tài)純種發(fā)酵蒸料方法： 常用的有罐式連續(xù)蒸煮， 管式連續(xù)蒸煮， 柱式連續(xù)蒸煮等三種方 法本征動力學：即沒有在生物反應器中各種形式的傳遞過程等工程因素影響時 的微生物反應的固有反應速率。宏觀動力學： 但是實際發(fā)酵過程是在生物反應器中進行， 因此，從實用意義 出發(fā)，人們重視一定反應器內(nèi)檢測到的反應速率即總反應速率及其影響因素， 這 就是宏觀動力學研究

16、。生物反應工程： 它涉及二方面的內(nèi)容， 即宏觀微生物反應動力學和生物反應 器工程。其中反應器工程是指包括影響微生物反應宏觀動力學的生物反應器形 式、結構、操作方式、物料混和傳遞過程特性等、名稱解釋1、前體 指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中， 能直接彼微生物在生物合成 過程中合成到產(chǎn)物物分子中去， 而其自身的結構并沒有多大變化， 但是產(chǎn)物的產(chǎn) 量卻因加入前體而有較大的提高。2、發(fā)酵生長因子 從廣義上講， 凡是微生物生長不可缺少的微量的有機物 質，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子3、菌濃度的測定 是衡量產(chǎn)生菌在整個培養(yǎng)過程中菌體量的變化， 一般前 期菌濃增長很快， 中期菌濃基本恒定。 補料

17、會引起菌濃的波動， 這也是衡量補料 量適合與否的一個參數(shù)。4、攪拌熱 ：在機械攪拌通氣發(fā)酵罐中， 由于機械攪拌帶動發(fā)酵液作機械運 動，造成液體之間，液體與攪拌器等設備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀的熱量。攪拌熱 與攪拌軸功率有關5、分批培養(yǎng) ：簡單的過程，培養(yǎng)基中接入菌種以后，沒有物料的加入和取 出，除了空氣的通入和排氣。 整個過程中菌的濃度、 營養(yǎng)成分的濃度和產(chǎn)物濃度 等參數(shù)都隨時間變化。6接種量：接種量=移入種子的體積/接種后培養(yǎng)液的體積7、比耗氧速度或呼吸強度單位時間內(nèi)單位體積重量的細胞所消耗的氧氣，mmol o2?g菌-1?h-18、次級代謝產(chǎn)物 是指微生物在一定生長時期， 以初級代謝產(chǎn)物為前體

18、物 質，合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質過程， 這一過程的產(chǎn)物， 即 為次級代謝產(chǎn)物。9、實罐滅菌 實罐滅菌 （即分批滅菌） 將配制好的培養(yǎng)基放入發(fā)酵罐或其 他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設備加熱至滅菌溫度后維持一定時間， 在冷 卻到接種溫度，這一工藝過程稱為實罐滅菌，也叫間歇滅菌。10、種子擴大培養(yǎng) ：指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn) 菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養(yǎng),最終獲得 一定數(shù)量和質量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。11、初級代謝產(chǎn)物 是指微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質，通過分解代謝 和合成代謝，生成維持生命活動所需要的物質和能

19、量的過程。 這一過程的產(chǎn)物即 為初級代謝產(chǎn)物。12、倒種 ：一部分種子來源于種子罐，一部分來源于發(fā)酵罐13、維持消耗（m） 指維持細胞最低活性所需消耗的能量，一般來講，單位 重量的細胞在單位時間內(nèi)用于維持消耗所需的基質的量是一個常數(shù)。14、產(chǎn)物促進劑 是指那些非細胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加 入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑15、補料分批培養(yǎng) ：在分批培養(yǎng)過程中補入新鮮的料液，以克服營養(yǎng)不足 而導致的發(fā)酵過早結束的缺點。在此過程中只有料液的加入沒有料液的取出， 所以發(fā)酵結束時發(fā)酵液體積比發(fā)酵開始時有所增加。在工廠的實際生產(chǎn)中采用這種方法很多。16、發(fā)酵熱 ：所謂發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈

20、熱量。什么叫凈 熱量呢？在發(fā)酵過程中產(chǎn)生菌分解基質產(chǎn)生熱量， 機械攪拌產(chǎn)生熱量， 而罐壁散 熱、水分蒸發(fā)、 空氣排氣帶走熱量。 這各種產(chǎn)生的熱量和各種散失的熱量的代數(shù) 和就叫做凈熱量。發(fā)酵熱引起發(fā)酵液的溫度上升。發(fā)酵熱大，溫度上升快，發(fā)酵 熱小，溫度上升慢。17、染菌率 總染菌率指一年發(fā)酵染菌的批（次）數(shù)與總投料批（次）數(shù) 之比的百分率。 染菌批次數(shù)應包括染菌后培養(yǎng)基經(jīng)重新滅菌， 又再次染菌的批次 數(shù)在內(nèi)18、連續(xù)培養(yǎng) ： 發(fā)酵過程中一邊補入新鮮料液一邊放出等量的發(fā)酵液， 使 發(fā)酵罐內(nèi)的體積維持恒定。達到穩(wěn)態(tài)后，整個過程中菌的濃度，產(chǎn)物濃度，限制 性基質濃度都是恒定的。19、臨界溶氧濃度 指不

21、影響呼吸所允許的最低溶氧濃度20、回復突變由突變型回到野生型的基因突變21、種子 見種子擴大培養(yǎng)22、培養(yǎng)基 廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細胞生長 繁殖所需的一 組營養(yǎng)物質和原料。 同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條 件。23、發(fā)酵工程： 利用微生物特定性狀和功能， 通過現(xiàn)代化工程技術生產(chǎn)有用 物質或直接應用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術體系， 是將傳統(tǒng)發(fā)酵于現(xiàn)代的dna重組、細 胞融合、分子修飾和改造等新技術集合并發(fā)展起來的發(fā)酵技術。二、填空題1、微生物發(fā)酵培養(yǎng)（過程）方法主要有分批 培養(yǎng)、補料分批 培養(yǎng)、連續(xù) 培養(yǎng)、半連續(xù) 培養(yǎng)四種。2、微生物生長一般可以分為：調(diào)整期、對數(shù)期、穩(wěn)

22、定期和衰亡期。3、 發(fā)酵過程工藝控制的只要化學參數(shù)溶解氧、ph、核酸量等.4、發(fā)酵過程控制的目的就是得到最大的比生產(chǎn)率和最大的得率。5、菌種分離的一般過程 采樣、富集、分離、目的菌的篩選。6、富集培養(yǎng)目的就是讓 目的菌 在種群中占優(yōu)勢，使篩選變得可能。7、根據(jù)工業(yè)微生物對氧氣的需求不同，培養(yǎng)法可分為 好氧培養(yǎng) 和 厭 氧培養(yǎng) 兩種。8、 微生物的培養(yǎng)基根據(jù)生產(chǎn)用途只要分為孢子 培養(yǎng)基、種子 培 養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基。9、常用滅菌方法：化學滅菌、射線滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌10、 常用工業(yè)微生物可分為： 細菌、 酵母菌、 霉菌、 放線菌四大類。11、 發(fā)酵過程工藝控制的代謝參數(shù)中物理參數(shù) 溫度、壓力

23、、攪拌轉速、功 率輸入、流加數(shù)率和質量 等12、 環(huán)境無菌的檢測方法有：顯微鏡檢查法、肉湯培養(yǎng)法、平板培養(yǎng)法、 發(fā)酵過程的異常觀察法等13、 染菌原因： 發(fā)酵工藝流程中的各環(huán)節(jié)漏洞和發(fā)酵過程管理不善兩個方 面。14、 實驗室中進行的發(fā)酵菌液體發(fā)酵方式主要有四種： 試管液體培養(yǎng)、 淺 層液體培養(yǎng)、搖瓶培養(yǎng)、臺式發(fā)酵罐15、 發(fā)酵高產(chǎn)菌種選育方法包括（自然選育）、（雜交育種）、（誘變育 種）、（基因工程育種）、（原生質體融合）。16、 發(fā)酵產(chǎn)物整個分離提取路線可分為：預處理、固液分離、初步純化、 精細純化和成品加工加工等五個主要過程。17、 發(fā)酵過程主要分析項目如下：ph、排氣氧、排氣co2和呼吸

24、熵、糖含 量、氨基氮和氨氮、磷含量、菌濃度和菌形態(tài)。18、 微生物調(diào)節(jié)其代謝采用 酶活性、酶合成量、細胞膜的透性。19、 工業(yè)微生物菌種可以來自 自然分離，也可以來自從微生物 菌種保 藏機構 單位獲取。20、 發(fā)酵工業(yè)上常用的糖類主要有 葡萄糖、糖蜜。21、 工業(yè)發(fā)酵方式根據(jù)所用菌種是單一或是多種可以分為 單一純種 發(fā)酵 和 混合 發(fā)酵。22、 種子及發(fā)酵液進行無菌狀況控制常用的方法顯微鏡檢測法、 酚紅肉 湯培養(yǎng)基法、平板畫線培養(yǎng)法、發(fā)酵過程的異常觀察法。23、 菌種的分離和篩選一般分為采樣、富集、分離、目的菌的篩選步驟。25、 常用滅菌方法有：化學滅菌、射線滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌50、 簡

25、述通用試發(fā)酵罐的結構通用式發(fā)酵罐： 具有通氣和攪拌裝置的立式圓筒形發(fā)酵罐。 是目前大生產(chǎn)中 最常用的發(fā)酵罐。其容積可從幾升到幾百噸不等。包括罐體、攪拌系統(tǒng)、傳熱系 統(tǒng)、通氣系統(tǒng)。（1）罐體2）攪拌系統(tǒng)包括：驅動電機、攪拌軸；渦輪攪拌器、 攪拌葉；擋板；軸封（端面軸封）（3）傳熱系統(tǒng)包括夾層傳熱、蛇管傳熱（一 般有4組、6組、8組）。（4）通氣系統(tǒng)包括單孔管、多孔環(huán)管1、發(fā)酵工程的概念是什么？發(fā)酵工程基本可分為那兩個大部分，包括哪些 內(nèi)容?答：發(fā)酵工程是利用微生物特定性狀好功能， 通過現(xiàn)代化工程技術生產(chǎn)有用 物質或其直接應用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術體系，是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代的dna重組、細胞融合、 分子

26、修飾和改造等新技術結合并發(fā)展起來的發(fā)酵技術。 也可以說是滲 透有工程學的微生物學， 是發(fā)酵技術工程化的發(fā)展， 由于主要利用的是微生物發(fā) 酵過程來生產(chǎn)產(chǎn)品，因此也稱為微生物工程。一.發(fā)酵部分:1.菌種的特征和選育2.培養(yǎng)基的特性，選擇及其滅菌理論3發(fā)酵液的特性4.發(fā)酵機理。5.發(fā)酵過程動力學6.空氣中懸浮細菌微粒 的過濾機理7.氧的傳遞。溶解。吸收。理論。8.連續(xù)培養(yǎng)和連續(xù)發(fā)酵的控制二.提純部分1.細胞破碎，分離2.液輸送，過濾.除雜3.離子交換滲析，逆滲透，超濾4.凝膠過濾，沉淀分離5溶媒萃取，蒸發(fā)蒸餾結晶， 干燥，包裝等過程和單元操作2、現(xiàn)代發(fā)酵工程所用的發(fā)酵罐應具備那些特征？答：（1）、發(fā)

27、酵罐應有適宜的徑高比。罐身較長，氧的利用率較高；（2）、發(fā)酵罐應能承受一定的壓力。因為發(fā)酵罐在滅菌和正常工作時，要 承受一定的壓力（氣壓和液壓）和溫度；（3）、發(fā)酵罐的攪拌通風裝置能使氣液充分混合，實現(xiàn)傳質傳熱作用，保 證微生物發(fā)酵過程中所需的溶解氧；（4）、發(fā)酵罐內(nèi)應盡量減少死角，避免藏污納垢，保證滅菌徹底，防止染 菌；（5）、發(fā)酵罐應具有足夠的冷卻面積；（6）、攪拌器的軸封要嚴密，以減少泄露。3、微生物發(fā)酵的種子應具備那幾方面條件？答:（1）、菌種細胞的生長活力強， 移種至發(fā)酵罐后能迅速生長， 遲緩期短。（2）、生理性狀穩(wěn)定。（3）、菌體總量及濃度能滿足大量發(fā)酵罐的要就。（4）、無雜菌污染

28、。（5）、保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。10、發(fā)酵級數(shù)確定的依據(jù)是什么？答：一般由菌絲體培養(yǎng)開始計算發(fā)酵級數(shù)， 但有時， 工廠從第一級種子罐開 始計算發(fā)酵級數(shù)谷氨酸：三級發(fā)酵 一級種子（搖瓶）一二級種子（小罐）一發(fā)酵 青 霉素：三級發(fā)酵一級種子（小罐）一二級種子（中罐）一發(fā)酵1、發(fā)酵級數(shù)確定的依據(jù)： 級數(shù)受發(fā)酵規(guī)模、菌體生長特性、接種量的影響。2、級數(shù)大，難控制、易染菌、 易變異，管理困難，一般2-4級。3、 在發(fā)酵產(chǎn)品的放大中， 反應級數(shù)的確定是非常重要的一個方 面5、發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)特點是什么，什么是種子擴大培養(yǎng)，其任務是什么？答：（2）、種子擴大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài) 的生產(chǎn)

29、菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養(yǎng),最 終獲得一定數(shù)量和質量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。（3）、種子擴大培養(yǎng)的任務： 現(xiàn)代的發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來越大，每只發(fā) 酵罐的容積有幾十立方米甚至幾百立方米， 要使小小的微生物在幾十小時的較短 時間內(nèi)，完成如此巨大的發(fā)酵轉化任務， 那就必須具備數(shù)量巨大的微生物細胞才 行。1）發(fā)酵和其他化學工業(yè)的最大區(qū)別在于它是生物體所進行的化學反應。其主要特點如下：1，發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進行的生物化學 反應，反應安全，要求條件也比較簡單。2，發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜 或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主， 只要加入少量的有機和無機氮源就

30、可進行反應。 微生物因 不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養(yǎng)。 基于這特性， 可以利用廢水 和廢物等作為發(fā)酵的原料進行生物資源的改造和更新。3，發(fā)酵過程是通過生物 體的自動調(diào)節(jié)方式來完成的， 反應的專一性強， 因而可以得到較為單的代謝產(chǎn) 物。4，由于生物體本身所具有的反應機制， 能夠專一性地和高度選擇性地對某 些較為復雜的化合物進行特定部位地氧化、 還原等化學轉化反應， 也可以產(chǎn)生比 較復雜的高分子化合物。5，發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關重要。 除了必須 對設備進行嚴格消毒處理和空氣過濾外， 反應必須在無菌條件下進行。 如果污染 了雜菌，生產(chǎn)上就要遭到巨大的經(jīng)濟損失， 要是感染了噬菌體

31、， 對發(fā)酵就會造成 更大的危害。 因而維持無菌條件是發(fā)酵成敗的關鍵。6，微生物菌種是進行發(fā)酵 的根本因素，通過變異和菌種篩選， 可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使生產(chǎn)設備得到 充分利用，也可以因此獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。7，工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見效快，開可以取得顯著的經(jīng)濟效益。 基于以上特點，工業(yè) 發(fā)酵日益引起人們重視。 和傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝相比， 現(xiàn)代發(fā)酵工程除了上述的發(fā)酵 特征之外更有其優(yōu)越性。 除了使用微生物外， 還可以用動植物細胞和酶， 也可以 用人工構建的“工程菌來進行反應； 反應設備也不只是常規(guī)的發(fā)酵罐， 而是以 各種各樣的生物反應器而代之， 自動化連續(xù)化程度高， 使發(fā)酵水平

32、在原有基礎上 有所提高和和創(chuàng)新。發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)特點： 一般操作條件比較溫和； 以淀粉、 糖蜜等為主， 輔以少量有機、 無機氮源為原料； 過程反應以生命體的自動調(diào)節(jié)方式進行； 能合成復雜的化合物如酶、 光學活性體等； 能進行一些特殊反應， 如官能團導 入；生產(chǎn)產(chǎn)品的生物體本身也是產(chǎn)物，含有多種物質；生產(chǎn)過程中，需要防 止雜菌污染；菌種性能被改變，從而獲得新的反應性能或提高生產(chǎn)率。6、培養(yǎng)成分用量的確定有什么規(guī)律？答：（1）、參照微生物細胞內(nèi)元素的比例確定。培養(yǎng)基的成分配比雖然千 差萬別，但都是用來培養(yǎng)某種微生物的，而不同類型的微生物細胞的成分比例其 實是有一定規(guī)律的。這些規(guī)律可以在很大程度上知道

33、培養(yǎng)基的基本成分配比的選 擇。 不同種類的微生物內(nèi)某種成分的含量其實是比較穩(wěn)定的。培養(yǎng)基最終會 被微生物吸收利用， 因此其成分比例可以參考該種微生物的成分比例， 至少可以 作為一個重要依據(jù)。 另外，盡管不同種類的微生物的成分比例有一定的差異， 但 還是有一定共性的。 所以培養(yǎng)基中這集中營養(yǎng)成分不管由什么具體物質提供， 其 用量基本上也符合這種關系。（2）參照碳氮比確定。如果培養(yǎng)基中碳源過多，不利產(chǎn)物的合成。同樣碳 源過少或氮源過少對發(fā)酵的影響也是不利的。 不同種微生物碳氮比差異很大， 既 是同種微生物在其不同生理時期對碳氮比要求也有不同， 所以最適碳氮比要通過 試驗確定，一般在100：（120

34、）之間。（3）、其他因素。培養(yǎng)基中一些用量極少的物質一般要嚴格控制，不能過 量。例如，維生素、微量元素、某些生長因子、前體等。具體用量要通過試驗確 定。培養(yǎng)基中的一些成分的比例會影響培養(yǎng)基的某些理化性質，這時要引起重 視。7、敘述防止發(fā)酵菌種退化的具體條件措施有那些？答：（1）控制傳代次數(shù)：盡量避免不必要的移種和傳代，并將必要的傳代 降低到最低限度，以減少細胞分裂過程中所產(chǎn)生的自發(fā)突變幾率。（2） 創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件：如在赤霉素生產(chǎn)菌g.fujikuroi的培養(yǎng)基中， 加入糖蜜、天冬酰胺、谷氨酰胺、5-核苷酸或甘露醇等豐富營養(yǎng)物時，有防止 衰退效果。（3） 利用不易衰退的細胞傳代：對于放線菌和

35、霉菌，菌絲細胞常含有幾個 細胞核，因此用菌絲接種就易出現(xiàn)衰退， 而孢子一般是單核的， 用于接種就可避 免這種現(xiàn)象。4）采用有效的菌種保藏方法（5）合理的育種：選育菌種是所處理的細胞應使用單核的，避免使用多核 細胞;合理選擇誘變劑種類或增加突變位點，以減少分離回復突變；在誘變處理 后及分離提純化，從而保證保藏菌種的純度。 （6）、選用合適的培養(yǎng)基 在培 養(yǎng)基中添加某種化學物質可以防止菌種退化。 或者選取營養(yǎng)相對貧乏的培養(yǎng)基在 菌種保藏培養(yǎng)基，限制菌株的生長代謝減少變異反而發(fā)生從而防止菌種的退化。15、結合所學 微生物發(fā)酵工程 課程論述某個工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流 程（可畫圖說明），越詳細越好。答

36、：培養(yǎng)基制備 、無菌空氣制備 、菌種與種子擴大培 養(yǎng)、發(fā)酵培養(yǎng)、通過化學工程技術分離、提取、精制。4、發(fā)酵工業(yè)上常用的氮源有那些，起何作用？答：氮源主要用于構成菌體細胞物質（氨基酸，蛋白質、核酸等）和含氮代 謝物。常用的氮源可分為兩大類：有機氮源和無機氮源。1、無機氮源種類：氨鹽、硝酸鹽和氨水特點：微生物對它們的吸收快，所 以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機氮源的迅速利用常會引起ph的變化如：（nh4）2so4 f 2nh3 + 2h2so4nano3 + 4h2 f nh3 + 2h2o + naoh無機氮源被菌體作為氮源利用后， 培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質， 這種經(jīng)微生 物生理作用（代謝

37、）后能形成酸性物質的無機氮源叫生理酸性物質，如硫酸胺， 若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質的則此種無機氮源稱為生理堿性物質，如硝酸鈉。 正確使用生理酸堿性物質，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的ph有積極作用。所以選擇 合適的無機氮源有兩層意義：滿足菌體生長穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的ph2、有機氮源來源：工業(yè)上常用的有機氮源都是一些廉價的原料，花生餅粉、黃豆餅粉、 棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌 絲體和酒糟。 成分復雜： 除提供氮源外， 有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生 長因子。有機氮源成分復雜可以從多個方面對發(fā)酵過程進行影響， 而另一方面有 機氮源的來源具有不穩(wěn)定性。 所以

38、在有機氮源選取時和使用過程中， 必須考慮原 料的波動對發(fā)酵的影響8、如何選擇最適發(fā)酵溫度？答：1、根據(jù)菌種及生長階段選擇。微生物種類不同，所具有的酶系及其性 質不同，所要求的溫度范圍也不同。 在發(fā)酵前期由于菌量少， 發(fā)酵目的是要盡快 達到大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長迅速；在中期 菌量已達到合成產(chǎn)物的最適量， 發(fā)酵需要延長中期， 從而提高產(chǎn)量， 因此中期溫 度要稍低一些，可以推遲衰老。發(fā)酵后期，產(chǎn)物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒 有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。2、根據(jù)培養(yǎng)條件選擇。溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。 通氣條件差時可適當降低溫度，使菌呼

39、吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。培養(yǎng) 基稀薄時，溫度也該低些。因為溫度高營養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。3、根據(jù)菌生長情況菌生長快，維持在較高溫度時間要短些；菌生長慢，維 持較高溫度時間可長些。培養(yǎng)條件適宜，如營養(yǎng)豐富，通氣能滿足，那么前期溫 度可髙些，以利于菌的生長?？偟膩碚f，溫度的選擇根據(jù)菌種生長階段及培養(yǎng)條 件綜合考慮。要通過反復實踐來定出最適溫度。9、不同時間染菌對發(fā)酵有什么影響，染菌如何控制？答：（1）種子培養(yǎng)期染菌：由于接種量較小，生產(chǎn)菌生長一開始不占優(yōu)勢， 而且培養(yǎng)液中幾乎沒有抗生素（產(chǎn)物）或只有很少抗生素（產(chǎn)物）。因而它防御 雜菌能力低，容易污染雜菌。如在此階段染菌，應將培養(yǎng)液全部

40、廢棄。（2）發(fā)酵前期染菌：發(fā)酵前期最易染菌，且危害最大。原因發(fā)酵前期菌量不很多，與雜菌沒有競爭優(yōu)勢；且還未合成產(chǎn)物（抗生素）或產(chǎn)生很少，抵御雜菌能 力弱。在這個時期要特別警惕以制止染菌的發(fā)生。染菌措施可以用降低培養(yǎng)溫度，調(diào)整補料量，用酸堿調(diào)ph值，縮短培養(yǎng)周期等措施予以補救。如果前期染菌,且培養(yǎng)基養(yǎng)料消耗不多，可以重 新滅菌，補加一些營養(yǎng)，重新接種再用。（3）發(fā)酵中期染菌：發(fā)酵中期染菌會嚴重干擾產(chǎn)生菌的代謝。雜菌大量產(chǎn)酸，培養(yǎng)液ph下降；糖、氮消耗快，發(fā)酵 液發(fā)粘，菌絲自溶，產(chǎn)物分泌減少或停止，有時甚至會使已產(chǎn)生的產(chǎn)物分解。有 時也會使發(fā)酵液發(fā)臭，產(chǎn)生大量泡沫。措施降溫培養(yǎng)，減少補料，密切注意

41、代謝變化情況。如果發(fā)酵單位到達一定水平可以提前放罐， 或者抗生素生 產(chǎn)中可以將高單位的發(fā)酵液輸送一部分到染菌罐，抑制雜菌。（4）發(fā)酵后期染菌：發(fā)酵后期發(fā)酵液內(nèi)已積累大量的產(chǎn)物， 特別是抗生素，對雜菌有一定的抑 制或殺滅能力。因此如果染菌不多，對生產(chǎn)影響不大。如果染菌嚴重，又破壞性 較大，可以提前放罐。發(fā)酵染菌后的措施：染菌后的培養(yǎng)基必須滅菌后才可放下 水道。滅菌方法：可通蒸汽滅菌，也可加入過氧乙酸等化學滅菌劑攪拌半小時，才放下水道。否則由于各罐的管道相通，會造成其它罐的染菌，而且直接放下水 道也會造成空氣的污染而導致其它罐批染菌。凡染菌的罐要找染菌的原因，對癥下藥，該罐也要徹底清洗，進行空罐消

42、 毒，才可進罐。染菌厲害時，車間環(huán)境要用石灰消毒，空氣用甲醛熏蒸。特別，若染噬菌 體，空氣必須用甲醛蒸汽消毒I12、什么是半連續(xù)培養(yǎng)，說明其優(yōu)缺點。答：在補料分批培養(yǎng)的基礎上間歇放掉部分發(fā)酵液（帶放）稱為半連續(xù)培養(yǎng)。 某些品種采取這種方式，如四環(huán)素發(fā)酵 優(yōu)點 放掉部分發(fā)酵液，再補入 部分料液，使代謝有害物得以稀釋有利于產(chǎn)物合成，提高了總產(chǎn)量。缺點 代 謝產(chǎn)生的前體物被稀釋，提取的總體積增大13、發(fā)酵工程主題微生物有什么特點?答：發(fā)酵工程所利用的微生物主要是細菌、放線菌，酵母菌和霉菌特點：（1）對周圍環(huán)境的溫度、壓強、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應 能力（2）有極強的消化能力（3）有極強的繁殖

43、能力14、什么叫染菌，對發(fā)酵有什么影響，對提煉有什么危害？答：染菌：發(fā)酵過程中除了生產(chǎn)菌以外，還有其它菌生長繁殖染菌的影響：發(fā)酵過程污染雜菌，會嚴重的影響生產(chǎn)，是發(fā)酵工業(yè)的致命傷。造成大量 原材料的浪費，在經(jīng)濟上造成巨大損失。擾亂生產(chǎn)秩序，破壞生產(chǎn)計劃。遇到連續(xù)染菌，特別在找不到染菌原因往往會影響人們的情緒和生產(chǎn)積極性。影響產(chǎn)品外觀及內(nèi)在質量。發(fā)酵染菌對提煉的影響:染菌發(fā)酵液中含有比正常發(fā)酵液更多的水溶性蛋白和其它雜質。 采用有機溶劑萃取的提煉工藝，則極易發(fā)生乳化，很難使水相和溶劑相分離，影響進一步提純。采用直接離子交換樹脂的提取工藝，如鏈霉素、慶大霉素，染菌后大量雜菌 黏附在離子交換樹脂表面

44、，或被離子交換樹脂吸附，大大降低離子交換樹脂的交換容量，而且有的雜菌很難用水沖洗干凈，洗脫時與產(chǎn)物一起進入洗脫液，影響進一步提純1、工業(yè)化菌種的要求？（1）原料廉價、生長迅速、繁殖能力強、目的產(chǎn)物產(chǎn) 量高。（2）發(fā)酵中產(chǎn)生的泡沫少，易于控制培養(yǎng)條件，酶活性高，發(fā)酵周期短。（3）抗雜菌和噬菌體的能力強。（4）不產(chǎn)生或少產(chǎn)生與目標產(chǎn)物相近的幅產(chǎn)物。（5）菌種遺傳性穩(wěn)定，不易變異和退化（6）不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質和毒 素，保證安全生產(chǎn)。2、自然界分離微生物的一般操作步驟？樣品的采取一預處理一培養(yǎng)一菌落的選擇初篩一復篩一性能的鑒定一菌種保藏3、什么叫自然選育？自然選育在工藝生產(chǎn)中的意義？自然選育

45、就是不經(jīng)人工處理，利用微生物的自然突變進行菌種選育的過程。 自然選育在工業(yè)生產(chǎn)上的 意義：自然選育可以有效地用于高性能突變株的分離。 自然選育雖然突變率很低， 但卻是工廠保證穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施。4、 什么是誘變育種？常用的誘變劑有哪些？什么是培養(yǎng)基？發(fā)酵培養(yǎng)基的特 點？用各種物理、化學的因素人工誘發(fā)基因突變進行的篩選，稱為誘變育種誘變 劑：物理：紫外，x射線，B射線，快中子等化學：硫酸二乙酯（eds），亞硝 基胍5、發(fā)酵生產(chǎn)用的碳源有哪些？常用的糖類有哪些，各自有何特點？碳源：糖類（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（動、植物油）、有機酸（琥珀酸、檸檬 酸、乳酸、乙酸等）和低碳醇（甲醇、乙醇等）。糖

46、類：葡萄糖，所有的微生物 都能利用葡萄糖，但是會引起葡萄糖效應糖蜜，是制糖生產(chǎn)時的結晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。主要含有蔗糖，總糖可達50%-75%一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。淀粉、糊精，缺點：難利用、發(fā)酵液比較稠、一般2.0%時加入一定的a-淀粉酶。成分比較復雜，有直鏈淀粉和支鏈淀粉等等。優(yōu)點： 來源廣泛、價格低，可以解除葡萄糖效應。&什么是生理性酸性物質？什么是生理性堿性物質？無機氮源被菌體作為 氮源利用后，培養(yǎng)液中就留下了酸性或堿性物質，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝） 后能形成酸性物質的無機氮源叫生理酸性物質， 如硫酸胺，若菌體代謝后能產(chǎn)生 堿性物質的則此種無機氮源稱為

47、生理堿性物質，如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性 物質，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的ph有積極作用。7、常用的無機氮源和有機氮源有哪些？有機氮源在發(fā)酵培養(yǎng)基中的作用？ 常用的有機氮源有花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉、蛋白胨等；常用的無機氮源有 氨水、銨鹽和硝酸鹽。 有機氮源在發(fā)酵培養(yǎng)基中的作用有： 作為菌體生長繁殖的 營養(yǎng)；有些還是某些產(chǎn)物合成的前體8、什么是前體？前體添加的方式？前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中， 能直接彼微生物在生物合成過程中 合成到產(chǎn)物物分子中去， 而其自身的結構并沒有多大變化， 但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因 加入前體而有較大的提高。前體使用時普遍采用流加的方法。9，什么是生長因子？生長因子來源

48、？凡是微生物生長不可缺少而細胞自身 不能合成的微量的有機物質，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。 有機氮源是這些生長因子的重要來源10、什么是產(chǎn)物促進劑？產(chǎn)物促進劑舉例？是指那些非細胞生長所必須的營 養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。如：鏈霉素生產(chǎn)加巴比妥， 賴氨酸生產(chǎn)加紅霉素等。如加入微量的“九二0”可以促進某些放線菌的生長， 縮短發(fā)酵周期， 提高抗生素的產(chǎn)量， 因此起到生長因素的作用。 還有在四環(huán)素發(fā) 酵中加入硫氰化芐，菌體呼吸強，糖代謝快，而抗生素合成受阻，所以降低菌體 呼吸，產(chǎn)量就會提高。11、培養(yǎng)基設計的一般步驟？1.生態(tài)模擬2.查閱文獻：直接、間接的信 息。3

49、.借助優(yōu)選法或正交試驗法精心設計培養(yǎng)基的配方。4.試驗比較： 實驗規(guī) 模一般由定性到定量， 由小到大。 搖瓶、反應器培養(yǎng)基研究的兩個層次搖瓶 培養(yǎng)基設計的第一步反應器最終的優(yōu)化的基礎配方12、什么是種子的擴大培養(yǎng)？種子擴大培養(yǎng)是發(fā)酵生產(chǎn)的第一道工序。就是將保存在砂土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接種到試管斜面活化 后，再經(jīng)過搖瓶及種子罐逐級擴大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質量的純種過程。13、種子擴大培養(yǎng)的目的與要求、一般步驟？（1）目的：其任務是要得到 純而壯的培養(yǎng)物，獲得活力旺盛的、接種數(shù)量足夠的培養(yǎng)物。（2）種子的要求：總量及濃度能滿足要求生理狀況穩(wěn)定， 個體與群體活力強， 移種至發(fā)酵后

50、， 能夠 迅速生長無雜菌污染（3） 般步驟：休眠抱子一母斜面活化一搖瓶種子或茄子 瓶斜面或固體培養(yǎng)基抱子一一級種子罐一二級種子罐一發(fā)酵罐14、在大規(guī)模發(fā)酵的種子制備過程中， 為什么包括實驗室階段和生產(chǎn)車間階 段？實驗室階段：不用種子罐，所用的設備為培養(yǎng)箱、搖床等實驗室常見設備， 在工廠這些培養(yǎng)過程一般都在菌種室完成， 因此現(xiàn)象地將這些培養(yǎng)過程稱為實驗 室階段的種子培養(yǎng)。 對于不產(chǎn)芽抱和抱子的微生物， 實驗室階段的種子擴培最終 是獲得一定數(shù)量和質量的菌體，如谷氨酸的種子培養(yǎng)。 對于產(chǎn)抱子的微生物， 獲 得一定數(shù)量和質量的抱子或一定數(shù)量和質量的菌絲體。 生產(chǎn)車間階段： 種子培養(yǎng) 在種子罐里面進行，

51、 一般在工程歸為發(fā)酵車間管理， 因此形象地稱這些培養(yǎng)過程 為生產(chǎn)車間階段。 在生產(chǎn)車間階段， 最終一般都是獲得一定數(shù)量的菌絲體。 菌絲 體比孢子要有利：縮短發(fā)酵時間，有利于獲得好的發(fā)酵結果。15、什么是接種量？接種量=移入種子的體積/接種后培養(yǎng)液的體積17、什么是種齡？種齡確定的依據(jù)？種齡是指種子罐中培養(yǎng)的菌體開始移入 下一級種子罐或發(fā)酵罐時的培養(yǎng)時間。原則：對數(shù)生長期末，細胞活力強，菌體 濃度相對較大，但是最終由實驗結果定。18、什么是接種、倒種、雙種？接種：接入種子罐后直接移種到發(fā)酵罐。雙 種：兩個種子罐種子接種到一個發(fā)酵罐中。倒種：一部分種子來源于種子罐，一 部分來源于發(fā)酵罐。19、什么

52、是濕熱滅菌、分批滅菌、連續(xù)滅菌？濕熱滅菌：直接用飽和蒸汽進行滅菌。 分批滅菌： 就是將配制好的培養(yǎng)基放 在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設備一起進行加熱滅菌的過 程，通常也稱為實罐滅菌。 連續(xù)滅菌：培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套連續(xù)滅菌設備， 以比分批滅菌高的溫度和較短的時間進行快速連續(xù)加熱滅菌， 并快速冷卻， 再立 即輸入預先經(jīng)過空罐滅菌后的發(fā)酵罐中。21、什么是菌體的比生長速率？產(chǎn)物的比形成速率？基質的比消耗速率？菌體的比生長速率：單位重量的菌體瞬時增量 卩=(dx/dt)/x;單位為1/h, 其中x菌體濃度(g/l)產(chǎn)物的形成比速： 單位時間內(nèi)單位菌體形成產(chǎn)物(菌 體)的量n=(d

53、p/dt)/x,;單位為1/h，其中p產(chǎn)物濃度(g/l)基質的比 消耗速率：單位時間內(nèi)單位菌體消耗基質的量=(ds/dt)/x;單位為1/h,其中s 底物濃度(g/l)22、什么是monod方程其使用條件如何？各參數(shù)的意義與求解？當培養(yǎng)基中 不存在抑制細胞生長的物質時，細胞的生長速率與基質濃度關系(monod方程式) 如下：卩=卩maxs/(ks+ s)卩：菌體的生長比速s:限制性基質濃度ks:半飽 和常數(shù)卩max:最大比生長速度monoc方程的參數(shù)求解(雙倒數(shù)法)：將monod方 程取倒數(shù)可得：1/卩=1/卩max+ks/卩max s或s/卩=s/卩max+ ks/卩max這樣 通過測定不同

54、限制性基質濃度下， 微生物的比生長速度， 就可以通過回歸分析計 算出monod方程的兩個參數(shù)。23、 什么是一類發(fā)酵？二類發(fā)酵？三類發(fā)酵？一類發(fā)酵：產(chǎn)物形成與底物利用直接相關， 為生長聯(lián)系型， 又稱簡單發(fā)酵型， 產(chǎn)物直接由碳源代謝而來， 產(chǎn)物生成速度的變化與微生物對碳源利用速度的變化 是平行的， 產(chǎn)物生成與微生物的生長也是平行的。 在這些發(fā)酵過程中， 菌體的生 長、基質的消耗、產(chǎn)物的生成三個速度都有一個高峰，三高峰幾乎同時出現(xiàn)。二類發(fā)酵： 產(chǎn)物形成與底物利用間接相關， 為部分生長聯(lián)系型， 又稱中間發(fā) 酵型，產(chǎn)物不是碳源的直接氧化產(chǎn)物， 而是菌體代謝的主流產(chǎn)物。 它的特點是在 發(fā)酵的第一時期碳源

55、大量消耗用于菌體的迅速增長而產(chǎn)物的形成很少或全無， 第 二時期碳源大量消耗用于產(chǎn)物的高速合成及菌體的生長。三類發(fā)酵：產(chǎn)物形成與底物利用不相關， 為非生長聯(lián)系型， 又稱復雜發(fā)酵型， 產(chǎn)物的生成在菌體生長和基質消耗完以后才開始， 與菌體生長不相關， 與基質消 耗無直接關系，所形成的產(chǎn)物為次級代謝產(chǎn)物。24、 什么是連續(xù)培養(yǎng)？什么是連續(xù)培養(yǎng)的稀釋率？由于新鮮培養(yǎng)基不斷補 充，所以不會發(fā)生營養(yǎng)物的枯竭，另一方面，發(fā)酵液不斷取出，發(fā)酵罐內(nèi)的微生 物始終處于旺盛的指數(shù)生長期，罐內(nèi)細胞濃度X、比生長速率卩、以及t, ph等都保持恒定。稀釋率(d):補料速度與反應器體積的比值(h-1)25、 為何氧容易成為好

56、氧發(fā)酵的限制性因素？氧是需氧微生物生長所必需的。 氧往往容易成為控制因素， 是因為氧在水中 的溶解度很低， 培養(yǎng)基因含有大量的有機和無機物質， 氧的溶解度比水中還要更 低。在對數(shù)生長期即使發(fā)酵液中的氧濃度達到飽和， 若此時終止供氧， 發(fā)酵液中 的溶氧可在幾分鐘內(nèi)全部耗盡，使溶氧成為控制因素。26、 比耗氧速度和呼吸強度的概念？比耗氧速度： 單位質量的細胞 (干重)在單位時間內(nèi)消耗氧的量即比耗氧速 率(呼吸強度)來表示：qo2 =(qo2)maxxcl /(kO +cl)qo2比耗 氧速率(mmol o2/g菌h),cl溶解氧濃度，kO氧的米氏常數(shù)(mol/ m3),(qo2)max最大比耗氧速

57、率(mmol o2/g菌h )27、 臨界溶氧濃度、氧飽和度的概念？臨界氧濃度：ccr臨界氧濃度：指 不影響菌的呼吸所允許的最低氧濃度。氧飽和度：發(fā)酵液中氧的濃度/臨界溶氧 溶度28、 影響微生物需氧的因素有哪些？細胞濃度直接影響培養(yǎng)液的攝氧率， 在分批發(fā)酵中攝氧率變化很大， 不同生 長階段需氧不同， 對數(shù)生長后期達最大值。 培養(yǎng)基的成分和濃度顯著影響微生物 的攝氧率， 碳源種類對細胞的需氧量有很大影響， 一般葡萄糖的利用速度比其他 的糖要快。影響沉降速度的因素：顆粒直徑分散介質粘度兩相密度差沉降設備尺寸行狀和壁效應的 影響29、發(fā)酵液中的體積氧傳遞方程？其中kla的物理意義是什么？以單位體積

58、 的液體中所具有的氧的傳遞面積為a (m2/m3)otr=kl a (c*-cl)kl a以氧濃度為推動力的容積氧傳遞系數(shù)，反映了設備的供氧能力30、 如何調(diào)節(jié)搖瓶發(fā)酵的供氧水平？往復，頻率80-120分/次，振幅8cm旋轉，偏心距轉速250rpm裝液量,般取1/10左右：250ml，15-25 ml；500ml，30 ml；750ml,80 ml31、 如何調(diào)節(jié)通氣攪拌發(fā)酵罐的供氧水平？一般認為，發(fā)酵初期較大的通風和攪拌而產(chǎn)生過大的剪切力， 對菌體的生長 有時會產(chǎn)生不利的影響， 所以有時發(fā)酵初期采用小通風， 停攪拌， 不但有利于降 低能耗，而且在工藝上也是必須的。但是通氣增大的時間一定要把握

59、好32、 氧的供需研究與反應器設計與放大的關系？發(fā)酵過程放大困難的原因 就在放大時不可能同時做到幾何相似、 流體運動學相似和流體動力學相似， 當在 小試研究時某一個對生產(chǎn)產(chǎn)生影響的重要因素沒有被觀察到， 而這個因素恰恰在 放大時成為關鍵因子時，就會造成整個發(fā)酵過程的失敗(供氧、混合、剪切)。20、在發(fā)酵過程中無菌空氣是如何獲得的？除去或殺滅空氣中的微生物，加熱滅菌、輻射殺菌、靜電除菌、過濾除菌。33、 發(fā)酵過程中溶氧濃度監(jiān)控的意義？當our(r)與do反向變化時，表明其限制因素為細胞水平的菌體代謝問題，當our(r)與do同向變化時,表明其限制因素為工程水平的氧傳遞問題。 此時溶氧處 于臨界氧

60、以下(這一結論)可客觀地、動態(tài)地把握臨界氧水平及氧平衡的制約因 素。34、發(fā)酵過程糖代謝、氮代謝有什么規(guī)律，為什么？糖代謝：特別是快速利 用的糖，分解成小分子酸、醇，使ph下降。糖缺乏，ph上升，是補料的標志之 一 氮代謝：氨基酸被利用后產(chǎn)生nh3，ph會上升；尿素被分解成nh3，ph上升。微生物生長和產(chǎn)物合成與糖代謝有密切關系。糖的消耗反映產(chǎn)生菌的生長 繁殖情況，反映產(chǎn)物合成的活力。菌體生長旺盛糖耗一定快， 殘?zhí)且簿徒档偷每?通過糖含量的測定，可以控制菌體生長速率，可控制補糖來調(diào)節(jié)ph，促進產(chǎn)物合成，不致于盲目補糖，造成發(fā)酵不正常。氮利用快慢可分析出菌體生長情況， 含氮產(chǎn)物合成情況。但是氮源太多會促