發(fā)酵工程課后思考題答案.doc

精品文檔一、思考題1.發(fā)酵及發(fā)酵工程定義？答：定義：發(fā)酵工程是應(yīng)用微生物學(xué)等相關(guān)的自然科學(xué)以及工程學(xué)原理，利用微生物等生物細(xì)胞進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化，將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品或提供社會(huì)性服務(wù)的一門科學(xué)。由于它以培養(yǎng)微生物為主，所以又稱為微生物工程。 傳統(tǒng)發(fā)酵 是指酵母作用于果汁或發(fā)芽的谷物時(shí)產(chǎn)生二氧化碳的現(xiàn)象；生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵 指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式；或者更嚴(yán)的說發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出CO2。工業(yè)上的發(fā)酵 泛指利用生物細(xì)胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程。青霉素發(fā)酵能成功的原因，主要是解決了兩大技術(shù)問題：1）通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)時(shí)的供氧問題；2）抗雜菌污染的純種培養(yǎng)技術(shù)：無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計(jì)制造。2.發(fā)酵工程基本組成部分？答：從廣義上講，由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程、下游工程3.發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)抓好哪三個(gè)環(huán)節(jié)？答 ：三個(gè)環(huán)節(jié)：投產(chǎn)試驗(yàn)、規(guī)?；a(chǎn)和市場營銷4.當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)面臨三大問題是什么？答：菌種問題、合適的反應(yīng)器、基質(zhì)的選擇菌種問題：純種、遺傳穩(wěn)定性、安全、周期短、轉(zhuǎn)化率高產(chǎn)率高、抗污染能力強(qiáng)：噬菌體、蛭弧菌合適的反應(yīng)器：生產(chǎn)規(guī)?；?、原料利用量大并且具有一定選擇性、節(jié)能、結(jié)構(gòu)多樣化、操作制動(dòng)化、節(jié)省勞力基質(zhì)的選擇: 價(jià)廉、原料利用量大并且具有一定選擇性、易被利用、副產(chǎn)物少、滿足工藝要求5.我國發(fā)酵工業(yè)應(yīng)該走什么樣的產(chǎn)業(yè)化道路？答:第一步為技術(shù)積累階段、第二步為產(chǎn)業(yè)崛起階段、 第三步為持續(xù)發(fā)展階段 二、思考題 1、 自然界分離微生物的一般操作步驟？答：標(biāo)本采集預(yù)處理富集培養(yǎng)菌種分離（初篩、復(fù)篩）發(fā)酵性能鑒定菌種保藏 目的：高效地獲取一株高產(chǎn)目的產(chǎn)物的微生物；2、 從環(huán)境中分離目的微生物時(shí)，為何一定要進(jìn)行富集富集？答：富集的目的：讓目的微生物在種群中占優(yōu)勢，使篩選變得可能。 富集的基本方法：1、控制營養(yǎng)：如以唯一碳源或氮源作底物；2、控制培養(yǎng)條件：如pH、溫度、通氣量等；3、抑制不需要的種類3、 什么叫自然選育？自然選育在工藝生產(chǎn)中的意義？答：定義：不經(jīng)人工處理，利用微生物的自然突變進(jìn)行菌種選育的過程稱為自然選育。意義：自然選育是一種簡單易行的方法，可達(dá)到純化菌種、防止菌種退化、穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)量的目的。雖然其突變率很低，但卻是工廠保證穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施回復(fù)突變：高產(chǎn)菌株在傳代的過程中，由于自然突變導(dǎo)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(fù)突變。4、誘變育種對(duì)出發(fā)菌株有哪些要求？答：出發(fā)菌株定義：出發(fā)菌株指用于誘變育種的最初菌株或每代誘變的試驗(yàn)菌株。要求：對(duì)菌株產(chǎn)量，形態(tài)、生理等情況了解；生長繁殖快，營養(yǎng)要求低，產(chǎn)孢子多且早； 對(duì)誘變劑敏感； 菌株要有一定的生產(chǎn)能力； 多出發(fā)菌株：一般采用34個(gè)出發(fā)菌株，在逐代處理后，將產(chǎn)量高、特性好的菌株留作繼續(xù)誘變的出發(fā)菌株。 5、誘變選育的流程？答：出發(fā)菌株經(jīng)純化活化前培養(yǎng)（同步培養(yǎng)）培養(yǎng)液（離心、洗滌、）單細(xì)胞獲單胞子懸液誘變處理后培養(yǎng)（中間培養(yǎng)）平板分離初篩復(fù)篩保藏及擴(kuò)大試驗(yàn)篩選的關(guān)鍵是選擇一定的特征（如菌落特征、生化特征等）去判斷所篩選的菌株是我們所需要的突變株。 6、工業(yè)上優(yōu)良生產(chǎn)菌種應(yīng)具備哪些基本特性？答：能在廉價(jià)原料制成的培養(yǎng)基上生長，且大量高效地合成產(chǎn)物；遺傳性能要相對(duì)穩(wěn)定；菌種改造的可操作性要強(qiáng)；抗噬菌體及雜菌污染能力強(qiáng)；產(chǎn)生菌及其產(chǎn)物的毒性必須考慮（在分類學(xué)上最好與致病菌無關(guān)）；發(fā)酵條件如溫度、pH、溶解氧、泡沫等易控制。三、思考題1、何謂種子接種量、接種齡？答：接種量指移入種子液的體積和接種后培養(yǎng)液體積之比。種齡是指種子罐中培養(yǎng)的菌絲體開始移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間。2、影響種子質(zhì)量的因素是哪些？答：原材料質(zhì)量種齡培養(yǎng)條件斜面冷藏時(shí)間3、保證種子質(zhì)量有哪些措施？答：菌種的穩(wěn)定性檢查；提供種子培養(yǎng)的適宜環(huán)境；無雜菌檢查4、工業(yè)上接種的方法有哪些？答：四、思考題1、發(fā)酵培養(yǎng)基的特點(diǎn)和要求？答： 培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成； 發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少； 培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉，且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運(yùn)輸，適合大規(guī)模儲(chǔ)藏，能保證生產(chǎn)上的供應(yīng)； 所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理等。2、 常用的碳源有哪些？常用的糖類有哪些？答：常用的碳源：糖類、油脂、有機(jī)酸、正烷烴；常用的糖類：葡萄糖、糖蜜、淀粉、糊精、脂類3、 什么是生理性酸性物質(zhì)？什么是生理性堿性物質(zhì)？答：無機(jī)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(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無機(jī)氮源叫生理酸性物質(zhì)，如硫酸銨；若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無機(jī)氮源稱為生理堿性物質(zhì)，如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積極作用。 4、 常用的無機(jī)氮中的作用？答：常用的無機(jī)氮：種類：銨鹽、硝酸鹽和氨水；所以選擇合適的無機(jī)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pH5、 什么是前體？源和有機(jī)氮源有哪些？有機(jī)氮源在發(fā)酵培養(yǎng)基前體添加的方式？答：前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中后，能直接使微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)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。作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份；用法：前體使用時(shí)普遍采用流加的方法，前體一般都有毒性，濃度過大對(duì)菌體的生長不利苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加0.07%流加也有利于提高前體的轉(zhuǎn)化率前體相對(duì)價(jià)格較高，添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化6、 什么是生長因子？生長因子的來源？答：凡是微生物生長不可缺少的微量的有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。 有機(jī)氮源是這些生長因子的重要來源，多數(shù)有機(jī)氮源含有較多的B族維生素和微量元素及一些微生物生長不可缺少的生長因子 7、 舉例說明培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的方法與步驟？答：培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)首先是培養(yǎng)基成分的確定，然后再?zèng)Q定各成分在培養(yǎng)基中的比例。設(shè)計(jì)原則： 目的明確 、營養(yǎng)協(xié)調(diào)、理化適宜 、經(jīng)濟(jì)節(jié)約。設(shè)計(jì)方法： 生態(tài)模擬參閱文獻(xiàn)精心設(shè)計(jì)試驗(yàn)比較步驟： 根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分，初步確定可能的培養(yǎng)基成分； 通過單因素實(shí)驗(yàn)最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分； 當(dāng)培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問題就是各成分最適的濃度，由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采用一些合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。 五、思考題 滅菌的方法有哪些？如何根據(jù)滅菌對(duì)象和要求的不同選用不同的方法？答：滅菌是用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。 消毒不一定能達(dá)到滅菌要求，而滅菌則可達(dá)到消毒的目的。 方法：培養(yǎng)基的加熱滅菌、空氣的過濾除菌、紫外線或電離輻射、化學(xué)藥物滅菌 化學(xué)試劑滅菌法 ：甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等 ，適用范圍：環(huán)境、皮膚及器械的表面消毒射線滅菌法：電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)，適用范圍：無菌室、接種箱干熱滅菌法 ：常用烘箱，滅菌條件：160下保溫1h ，適用范圍：金屬或玻璃器皿濕熱滅菌法 ：利用飽和蒸汽滅菌，條件：121，30min ，適用范圍：生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌過濾除菌法 ：利用過濾方法阻留微生物 ，適用范圍：制備無菌空氣 火焰滅菌法 ：火焰 ，適用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口 比較分批滅菌與連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)。答：優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)連續(xù)滅菌1.高溫短時(shí)滅菌，培養(yǎng)基 營養(yǎng)成分損失少。2.發(fā)酵罐占用時(shí)間縮短， 利用率高。1.設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩, 染菌機(jī)會(huì)多。2.不適合含大量固體物 料的滅菌。間歇滅菌1.設(shè)備要求低，不需另外 加熱、冷卻裝置。2.操作要求低，適合小批 量生產(chǎn)規(guī)模3.適合含大量固體物料的 滅菌1.培養(yǎng)基的營養(yǎng)物質(zhì)損 失大，滅菌后培養(yǎng)基 質(zhì)量下降2.發(fā)酵罐的利用率較低3.不適合大規(guī)模生產(chǎn)的 滅菌影響培養(yǎng)基滅菌的因素有哪些？答：培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)基成分的顆粒度、培養(yǎng)基的pH、微生物細(xì)胞的含水量、微生物性質(zhì)與數(shù)量、冷空氣排除情況、泡沫、攪拌4. 分析過濾除菌機(jī)理與影響過濾除菌的因素，考慮如何提高過濾除菌的效率。答：微粒隨氣流通過濾層時(shí)，由于濾層纖維的層層阻礙，使氣流出現(xiàn)無數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和方向的繞流運(yùn)動(dòng)，引起微粒與濾層纖維間產(chǎn)生慣性沖擊、攔截、布朗擴(kuò)散、重力沉降、靜電引力等作用把微粒滯留在纖維表面上，實(shí)現(xiàn)過濾的目的。提高過濾除菌效率的措施 設(shè)計(jì)合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，選擇合適的空氣凈化流程，以達(dá)到除油、水和雜質(zhì)的目的。 設(shè)計(jì)和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質(zhì)。 保證進(jìn)口空氣清潔度，減少進(jìn)口空氣的含菌數(shù)。 降低進(jìn)入空氣過濾器的空氣相對(duì)濕度，保證過濾介質(zhì)能在干燥狀態(tài)下工作。 六、思考題1、 根據(jù)微生物對(duì)溫度的依賴可分類成哪幾類微生物？答：嗜冷菌：0260C生長，嗜溫菌：15430C生長，嗜熱菌：37650C生長，嗜高溫菌：650C生長 。2、 發(fā)酵過程的溫度會(huì)不會(huì)變化？為什么？答: 會(huì)變化，因?yàn)樵诎l(fā)酵過程中產(chǎn)生菌分解基質(zhì)產(chǎn)生熱量、機(jī)械攪拌產(chǎn)生熱量、通氣熱等會(huì)使發(fā)酵過程中的溫度變化。3、 發(fā)酵熱的定義答： 發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。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。4、 生物熱的大小與哪些因素有關(guān)？答：1）、與發(fā)酵的類型有關(guān)：微生物進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比無氧呼吸產(chǎn)生的熱多；2）、與呼吸作用的強(qiáng)弱有關(guān)；3）、培養(yǎng)基營養(yǎng)成分越豐富，生物熱也越大。5、 溫度對(duì)發(fā)酵有哪些影響？答：1、溫度影響微生物細(xì)胞的生長 2、溫度影響反應(yīng)速率（產(chǎn)物形成）3、溫度會(huì)改變發(fā)酵液的理化性質(zhì) 4、溫度影響生物合成的方向。6、 發(fā)酵過程溫度的選擇有什么依據(jù)？ 答：1、根據(jù)菌種不同選擇 2、根據(jù)發(fā)酵階段選擇：即二階段發(fā)酵 3、根據(jù)培養(yǎng)條件選擇4、根據(jù)菌生長情況七、思考題1、發(fā)酵過程中pH會(huì)不會(huì)發(fā)生變化，為什么？答：會(huì)變化?！?】、基質(zhì)代謝 ：（1）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(bǔ)料的標(biāo)志之一。（2）氮代謝 當(dāng)氨基酸中的-NH2被利用后pH會(huì)下降；尿素被分解成NH3，pH上升；NH3利用后pH下降；當(dāng)碳源不足時(shí)氮源當(dāng)碳源利用pH上升。（3）生理酸性物質(zhì)、生理堿性物質(zhì) 利用后pH會(huì)下降或上升?！?】、產(chǎn)物形成 ：某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機(jī)酸類產(chǎn)生使pH下降 ；紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使pH上升。 【3】、菌體自溶，pH上升；發(fā)酵后期，pH上升2、 pH對(duì)發(fā)酵的影響表現(xiàn)在哪些方面？答：（1）影響菌體的生長 （2）pH影響酶的活性 （3）pH值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的改變 （4）pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離 （5）pH影響代謝方向 （6）影響產(chǎn)物穩(wěn)定性。3、 為了確定發(fā)酵的最佳pH，我們?cè)撊绾螌?shí)驗(yàn)？答：配制不同初始pH的培養(yǎng)基，搖瓶考察發(fā)酵情況4、 發(fā)酵過程的pH控制可以采取哪些措施？答：1）、調(diào)節(jié)好基礎(chǔ)料的初始pH：基礎(chǔ)料中若含有玉米漿，pH呈酸性，必須調(diào)節(jié)pH。若要控制滅菌后pH在6.0，滅菌前pH往往要調(diào)到6.56.8。2）、在基礎(chǔ)料中加入維持pH的物質(zhì)：如CaCO3 ，或具有緩沖能力的試劑，如磷酸緩沖液等。3）、通過補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH ：在發(fā)酵過程中根據(jù)糖氮消耗需要進(jìn)行補(bǔ)料。在補(bǔ)料與調(diào)pH沒有矛盾時(shí)采用補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH。如（1）調(diào)節(jié)補(bǔ)糖速率，調(diào)節(jié)空氣流量來調(diào)節(jié)pH。(2) 當(dāng)NH2-N低，pH低時(shí)補(bǔ)氨水；當(dāng)NH2-N低，pH高時(shí)補(bǔ)(NH4)2SO4。通過補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH值既調(diào)節(jié)了培養(yǎng)液的pH值，又可補(bǔ)充營養(yǎng)，進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)率。4）、當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)pH發(fā)生矛盾時(shí)，加酸堿調(diào)pH 。5、發(fā)酵用的復(fù)合pH電極有哪些要求？答：1）、能高溫滅菌，過高的溫度將對(duì)玻璃膜材質(zhì)和參比電極性質(zhì)產(chǎn)生影響，造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。2）、具有長時(shí)間的穩(wěn)定性，應(yīng)保證轉(zhuǎn)換系數(shù)和不對(duì)稱電位能適應(yīng)發(fā)酵周期長、中途不能更換和不能標(biāo)定的要求3）、要求一定的液絡(luò)部流通，維持的液接界電位穩(wěn)定，防止使用過程中液絡(luò)部被含硫物、蛋白質(zhì)和非水溶液污染，造成電極測量漂移4）、外加不銹鋼護(hù)套或工程塑料護(hù)套后安裝于罐內(nèi)八、思考題1、 比耗氧速度 、呼吸強(qiáng)度、臨界溶氧濃度、氧飽和度的概念？答：1）、比耗氧速率或呼吸強(qiáng)度（QO2 ）：單位重量的細(xì)胞(干重)在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的氧氣，mmolO2/(g菌h) 2）、呼吸臨界氧濃度, 指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度。如果對(duì)產(chǎn)物而言，便是不影響產(chǎn)物合成所允許的最低濃度。 3）、氧飽和度：發(fā)酵液中實(shí)際氧濃度/臨界氧濃度。2、影響微生物需氧的因素有哪些？ 答：遺傳因素：不同的微生物呼吸強(qiáng)度是不同的。一般為 25100mmolO2/(Lh)。菌齡 ：一般幼齡菌生長旺盛，呼吸強(qiáng)度大；老齡菌生長慢，呼吸強(qiáng)度小。代謝類型 ：若產(chǎn)物是通過三羧酸循環(huán)(TCA)獲取，則呼吸強(qiáng)度高，如Glu、天冬氨酸的生產(chǎn)；若糖酵解途徑(EMP)，則呼吸強(qiáng)度低，如苯丙氨酸、亮氨酸的生產(chǎn)。培養(yǎng)基的成分與濃度：培養(yǎng)基成分尤其是碳源對(duì)細(xì)胞的耗氧量有很大影響。培養(yǎng)基的濃度也會(huì)影響細(xì)胞的耗氧速率。營養(yǎng)豐富，菌體生長快，耗氧量大. 發(fā)酵條件：溫度、pH通過對(duì)酶活性的影響而影響菌體細(xì)胞的耗氧；溫度還影響發(fā)酵液中的溶氧濃度；有些有害物質(zhì)的積累，如NH3、CO2會(huì)抑制微生物的呼吸3、發(fā)酵液中的體積氧傳遞方程？答： 發(fā)酵液中氧的傳遞方程：N：傳氧速率 kmol/m2.hkg: 氣膜傳質(zhì)系數(shù) kmol/m2.h.atmkL: 液膜傳質(zhì)系數(shù) m/hC*PH，與氣相中氧分壓相平衡的液體中氧的濃度kL: 以氧濃度為推動(dòng)力的總傳遞系數(shù) (m/h)再令：單位體積的液體中所具有的氧的傳遞面積為 a (m2/m3)Na: 體積傳氧速率 kmol/m3.hKla: 以(C*-C)為推動(dòng)力的體積溶氧系數(shù) h-1 4、如何調(diào)節(jié)搖瓶發(fā)酵的供氧水平？ 答：5、如何調(diào)節(jié)通氣攪拌發(fā)酵罐的供氧水平？ 答：一般認(rèn)為，發(fā)酵初期較大的通風(fēng)和攪拌而產(chǎn)生過大的剪切力，對(duì)菌體的生長有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不利的影響，所以有時(shí)發(fā)酵初期采用小通風(fēng)，停攪拌，不但有利于降低能耗，而且在工藝上也是必須的。但是增大通氣的時(shí)間一定要把握好。6、如何測定發(fā)酵液中的溶氧濃度，以及發(fā)酵罐的Kla?答:九、思考題1