發(fā)酵工程與設(shè)備課程復(fù)習(xí)題1

1、發(fā)酵工程與設(shè)備課程復(fù)習(xí)題一、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(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。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(zhì)，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(shè)備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀的熱

2、量。攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)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：移入種子的體積接種量 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(xì)胞所消耗的氧氣，mmol O2g菌-1h-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)物為前體物質(zhì)，合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質(zhì)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(shè)備加熱至滅菌溫度

3、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(zhì)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(zhì)，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(zhì)和能量的過程。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(xì)胞最低活性所需消耗的能量，一般來講，單位重量的細(xì)胞在單位時間內(nèi)用于維持消耗所需的基質(zhì)的量是一個

4、常數(shù)。14、產(chǎn)物促進劑 是指那些非細(xì)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(dǎo)致的發(fā)酵過早結(jié)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(jié)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熱量。什么叫凈熱量呢？在發(fā)酵過程中產(chǎn)生菌分解基質(zhì)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

5、上升慢。17、染菌率 總?cè)揪手敢荒臧l(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(yīng)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(dá)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(zhì)濃度都是恒定的。 19、臨界溶氧濃度 指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度20、回復(fù)突變 由突變型回到野生型的基因突變21、速效氮源和遲效氮源常用的無機氮源有銨鹽、硝酸鹽和氨水等。微生物對它們的吸收利用一般比有機氮源快，所以也稱之為速效氮源。常用的有機氮源有黃豆餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉等。它

6、們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌體吸收后再進一步分解代謝。微生物對它們的利用較無機氮源慢，故稱遲效氮源。22、培養(yǎng)基 廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細(xì)胞生長 繁殖所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)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(shù)生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系，是將傳統(tǒng)發(fā)酵于現(xiàn)代的DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等新技術(shù)集合并發(fā)展起來的發(fā)酵技術(shù)。24直接參數(shù)和間接參數(shù)直接參數(shù)是指能直接反映發(fā)酵過程中微生物的生理代謝狀況的參數(shù)，如pH、DO、溶解CO2、尾氣O2、尾氣CO2、粘度等。間接

7、參數(shù)是指那些通過基本參數(shù)計算求得的參數(shù)，如比生長速率（）、攝氧率（OUR）、CO2釋放速率（CER）、呼吸熵（RQ）、氧得率系數(shù)（YX/O）、氧體積傳質(zhì)速率（KLa）25臨界氧濃度所謂臨界氧濃度是指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度。一般，發(fā)酵行業(yè)用空氣飽和度（）來表示DO濃度的單位。各種微生物的臨界氧值以空氣氧飽和度表示，如細(xì)菌和酵母為310；放線菌為530和霉菌為1015。青霉素發(fā)酵的臨界氧濃度為510空氣飽和度。26發(fā)酵熱在發(fā)酵過程中，引起溫度變化的原因是由于發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的凈熱量，稱為發(fā)酵熱（Q發(fā)酵），它包括生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱、通氣熱、輻射熱和顯熱等因素。27高密度培養(yǎng)高密度培養(yǎng)是指

8、為了獲得大量產(chǎn)品，在培養(yǎng)過程中盡量增大細(xì)胞密度的一種培養(yǎng)方式，不同的微生物高密度培養(yǎng)的濃度不一樣。代謝產(chǎn)物的合成是靠菌體（生產(chǎn)者）來完成的。菌量越多，自然產(chǎn)量也越大，但其前提條件是菌的生產(chǎn)力能保持在最佳狀態(tài)和具備適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)條件，包括足夠的產(chǎn)物合成所需的基質(zhì)、前體、誘導(dǎo)物等和沒有有害代謝物的積累。28雙膜理論氣體溶解于液體是一個復(fù)雜的過程，至今還未能從理論上完全了解，最早提出的、至今還在應(yīng)用的是雙膜理論假說。雙膜理論的基本前提是：（1）氣泡與包圍著氣泡的液體之間存在著界面，在界面的氣泡一側(cè)存在著一層氣膜，在界面的液體一側(cè)存在著一層液膜；氣膜內(nèi)的氣體分子和液膜內(nèi)的液體分子都處于層流狀態(tài)，氧以濃度差

9、方式透過雙膜；氣泡內(nèi)除氣膜以外的氣體分子處于對流狀態(tài)，稱為氣體主流，任一點的氧濃度、氧分壓相等；液膜以外的液體分子處于對流狀態(tài)，稱為液體主流，任一點的氧濃度、氧分壓相等（2）在雙膜之間界面上，氧分壓與溶于液體中氧濃度處于平衡關(guān)系:，（3）氧傳遞過程處于穩(wěn)定狀態(tài)時，傳質(zhì)途徑上各點的氧濃度不隨時間而變化。29發(fā)酵動力學(xué)微生物發(fā)酵過程包括微生物的生長、基質(zhì)（底物）的消耗和代謝產(chǎn)物的形成等方面，其中微生物細(xì)胞的生長是關(guān)鍵。微生物的生長在各種各樣的物理化學(xué)環(huán)境中，他們的生長代謝活動實際上是其對物理化學(xué)環(huán)境的一種響應(yīng)。發(fā)酵動力學(xué)是對微生物生長和產(chǎn)物形成的描述，它研究細(xì)胞生長素率和發(fā)酵產(chǎn)物的合成速率以及環(huán)境

10、對這些速率的影響的一種數(shù)學(xué)模型。30種子培養(yǎng)基種子擴大培養(yǎng)的目的是獲得數(shù)量多、質(zhì)量高的大量菌種，以滿足發(fā)酵生產(chǎn)的需要。種子培養(yǎng)基必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長因子。一般種子培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度也不需要太高。供孢子萌發(fā)生長用的種子培養(yǎng)基，可添加一些容易被吸收利用的碳源和氮源，如葡萄糖、硫酸銨、尿素、玉米漿、蛋白胨等。 此外，種子培養(yǎng)物將直接轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐進行發(fā)酵，為了縮短發(fā)酵階段的適應(yīng)期（延滯期），種子培養(yǎng)基成份還應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成份相近，使之在種子培養(yǎng)過程中已經(jīng)合成有關(guān)的誘導(dǎo)酶系，這樣進入發(fā)酵階段后就能夠較快地適應(yīng)發(fā)酵培養(yǎng)基。31.清潔生產(chǎn)：人類在進行生產(chǎn)活動

11、時，所有出發(fā)點都要考慮防止和減少污染的產(chǎn)生；對產(chǎn)品的全部生產(chǎn)過程和消費過程的每一環(huán)節(jié)，都要進行統(tǒng)籌考慮和控制，使所有環(huán)節(jié)都不產(chǎn)生危害環(huán)境、威脅人體健康的生產(chǎn)過程。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)定期和衰亡期。3、 發(fā)酵過程工藝控制的只要化學(xué)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

12、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(xué)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(xì)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、攪拌轉(zhuǎn)速、功率輸入、流加數(shù)率和質(zhì)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

13、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(zhì)體融合）。16、 發(fā)酵產(chǎn)物整個分離提取路線可分為：預(yù)處理、固液分離、初步純化、精細(xì)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(xì)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(gòu) 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

14、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。三、問答題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(shù)生產(chǎn)有用物質(zhì)或其直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系，是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代的DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等新技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來的發(fā)酵技術(shù)。也可以說是滲透有工程學(xué)的微生物學(xué)，是發(fā)酵技術(shù)工程化的發(fā)展，由于主要利用的是微生物發(fā)酵

15、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(xué) §6.空氣中懸浮細(xì)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(xì)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(jié)晶，干燥，包裝等過程和單元操作 2.

16、1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(xì)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(xì)胞傳代：對于放線菌和霉菌，菌絲細(xì)胞常含有幾個細(xì)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(xì)胞應(yīng)使用單核的，避免使用多核細(xì)胞;合理選擇誘變劑種類或增加突變

17、位點，以減少分離回復(fù)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(xué)物質(zhì)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。2.2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(xì)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(yīng)能力 (2)有極強的消化能力 (3)有極強的繁殖能力3.1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(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：有

18、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 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 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(zhì)，這種經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的無機氮源叫生理酸性物質(zhì)，如硫酸胺，若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無機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)

19、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(fù)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(fù)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3.2培養(yǎng)成分用量的確定有什么規(guī)律？答： （1）、參照微生物細(xì)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(xì)胞的成分比例其實是有一定規(guī)律的。這些規(guī)律可以在

20、很大程度上知道培養(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(zhì)提供，其用量基本上也符合這種關(guān)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）之間。（3）、其他

21、因素。培養(yǎng)基中一些用量極少的物質(zhì)一般要嚴(yán)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(zhì)，這時要引起重視。3.3什么是培養(yǎng)基?發(fā)酵培養(yǎng)基的特點和要求？   培養(yǎng)基：廣義上講培養(yǎng)基是指一切可供微生物細(xì)胞生長繁殖所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)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。培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成。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，價格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運，適合大規(guī)模儲藏，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

22、的要求，如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理等。必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。有利于提高產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。3.4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）。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(yīng)糖蜜，是制糖生產(chǎn)時的結(jié)晶母

23、液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。主要含有蔗糖，總糖可達(dá)50%75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。除糖份外，含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進行預(yù)處理。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-淀粉酶。成分比較復(fù)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(yīng)。3.5什么是生理性酸性物質(zhì)？什么是生理性堿性物質(zhì)？經(jīng)微生物生理作用（代謝）后能形成酸性物質(zhì)的營養(yǎng)物叫生理酸性物質(zhì)，若菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的營養(yǎng)物稱為生理堿性物質(zhì)3.6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

24、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：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。誘導(dǎo)某些酶的產(chǎn)生。3.7什么是前體？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(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。前體使用時普遍采用流加的方法。3.8什么是生長因子？生長因子的來源？凡是微生物生長不可缺少而細(xì)胞自身不能合成的微量的有機物質(zhì)，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3.9什么是產(chǎn)物

25、促進劑？產(chǎn)物促進劑舉例？是指那些非細(xì)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。3.10培養(yǎng)基設(shè)計的一般步驟？   1.根據(jù)前人的經(jīng)驗和培養(yǎng)基成分確定時一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分；2.通過單因子實驗最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；3.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，為減少實驗次數(shù)常采用一些合理的實驗設(shè)計方法。3.11培養(yǎng)基成分選擇考慮的問題？1.菌種的同化能力2.代謝的阻遏和誘導(dǎo)3.合適的C、N比4.pH的要求4.1無菌空氣在發(fā)酵中的作用是什么？生物工業(yè)對空氣質(zhì)量有何要求？無菌空氣在發(fā)酵生產(chǎn)中的作用

26、有四點：1. 給培養(yǎng)微生物提供氧氣；2. 促進菌體在培養(yǎng)基中不斷混合，加快生產(chǎn)繁殖速度；3. 維持代謝產(chǎn)物的均勻擴散；4. 保持發(fā)酵過程的正壓操作。生物工業(yè)生產(chǎn)中對空氣質(zhì)量的要求是 ：無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油，溫度，濕度，正壓等要求；生物工業(yè)生產(chǎn)中對無菌空氣的無菌程度要求是：一般要求1000次發(fā)酵周期中只允許有一次染菌，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3。4.2.空氣除菌有幾種方法？ 熱殺菌輻射殺菌靜電除菌過濾除菌法：（按孔隙的大小可分為深層過濾、絕對過濾：）介質(zhì)過濾除菌是使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達(dá)到除菌的目的。4.3.提高空氣過濾

27、效率的措施有哪些？ 提高過濾效率的措施 1.減少進口空氣的含菌數(shù)?？梢詮囊韵聨讉€方面著手： (1)加強生產(chǎn)環(huán)境的衛(wèi)生管理，減少環(huán)境空氣中的含菌量； (2)提高空氣進口位置（高空采風(fēng)），減少空氣進口含量； (3)加強壓縮前的空氣預(yù)過濾。 2. 設(shè)計和安裝合理的空氣過濾器。3.降低進入總過濾器空氣的相對濕度。主要從以下幾個方面入手：(1)采用無油潤滑空壓機； (2)加強空氣的冷卻，去油水；(3)提高進入總過濾器的空氣溫度，降低其相對濕度。4.4.空氣除菌中要除去水霧和油霧的原因是什么? 常用的除去水霧和油霧的設(shè)備有哪兩種？ 空氣除菌中除去水霧油霧的原因：否則：（1）導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低，給空氣冷卻帶來

28、困難。 （2）如果油霧的冷卻分離不干凈，帶入過濾器會堵塞過濾 介質(zhì)的纖維空隙，增大空氣壓力損失。 （3）黏附在纖維表面，可能成為微生物微粒穿透濾層的途徑，降低過濾效率，嚴(yán)重時還會浸潤介質(zhì)而破壞過濾效果。離心式空氣壓縮機和往復(fù)式空氣壓縮機4.5有哪些方法可實現(xiàn)空氣的增濕和減濕？增濕方法1.往空氣中直接通入蒸汽；2.噴水；3.空氣混合增濕。減濕方法1.噴淋低于該空氣露點溫度的冷水；2.使用熱交換器把空氣冷卻至其露點以下；3.空氣經(jīng)壓縮后冷卻至初溫，使空氣減濕；4.用吸收或吸附法除掉水氣，使空氣減濕；5.通入干燥空氣。4.6空氣過濾除菌的機理 （介質(zhì)過濾除菌的機理）是什么？(1)使空氣通過經(jīng)高溫滅菌

29、的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達(dá)到除菌的目的(2)微生物粒子：0.52µm；深層過濾常用的過濾介質(zhì)如棉花的纖維直徑：1620µm；棉花纖維所形成網(wǎng)格的空隙：2050µm。依靠氣流通過濾層時，基于濾層纖維的層層阻礙，迫使空氣在流動過程中出現(xiàn)無數(shù)次改變氣速大小和方向的繞流運動，從而導(dǎo)致微粒與濾層纖維間產(chǎn)生撞擊、攔截、布朗擴散、重力和靜電引力等作用，從而把微生物截留、捕集在纖維表面上，實現(xiàn)過濾目的。 4.7貯氣罐的作用是什么？消除壓縮機排出空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力，同時也可以利用重力沉降作用分離部分油霧。4.8列出5種常用的空氣過濾介質(zhì)常

30、用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭、超細(xì)玻璃纖維、石棉濾紙、PVA燒結(jié)材料過濾介質(zhì)、燒結(jié)金屬過濾介質(zhì)等。4.9 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(yán)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(zhì)量l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(zhì)。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

31、步提純。采用直接用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，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4.10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(yīng)將培養(yǎng)液全部廢棄。（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

32、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(yán)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?xí)挂旬a(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，密切注意代謝變化情況。如果發(fā)酵單位到達(dá)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)

33、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(yán)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(xué)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(dǎo)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，進行空罐消毒，才可進罐。l 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l5.1微生物發(fā)酵的種子應(yīng)具備

34、那幾方面條件？答:（1）菌種細(xì)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。（5）保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。5.2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(wù)是什么？答：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)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(zhì)量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。種子擴大培養(yǎng)的任務(wù)： 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(zhuǎn)化

35、任務(wù)，那就必須具備數(shù)量巨大的微生物細(xì)胞才行。（1）發(fā)酵和其他化學(xué)工業(yè)的最大區(qū)別在于它是生物體所進行的化學(xué)反應(yīng)。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(xué)反應(yīng)，反應(yīng)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可進行反應(yīng)。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)?；谶@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(yīng)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(yīng)機制，能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗x擇性地對某

36、些較為復(fù)雜的化合物進行特定部位地氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，也可以產(chǎn)生比較復(fù)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(guān)重要。除了必須對設(shè)備進行嚴(yán)格消毒處理和空氣過濾外，反應(yīng)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，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(guān)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(shè)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

37、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(xì)胞和酶，也可以用人工構(gòu)建的“工程菌來進行反應(yīng)；反應(yīng)設(shè)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(yīng)器而代之，自動化連續(xù)化程度高，使發(fā)酵水平在原有基礎(chǔ)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(yīng)以生命體的自動調(diào)節(jié)方式進行；能合成復(fù)雜的化合物如酶、光學(xué)活性體等；能進行一些特殊反應(yīng)，如官能團導(dǎo)入；生產(chǎn)產(chǎn)品的生物體本身也是產(chǎn)物，含有多種物質(zhì)；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(yīng)性能或提高生產(chǎn)率。5.3發(fā)酵級

38、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）二級種子 （小罐）發(fā)酵青霉素：三級發(fā)酵一級種子 （小罐）二級種子（中罐）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(yīng)級數(shù)的確定是非常重要的一個方面5.4種子擴大培養(yǎng)的一般步驟？休眠孢子母斜面活化搖瓶種子或茄子瓶斜面或固體培養(yǎng)基孢子一級種子罐二級種子罐發(fā)酵罐5.5在大規(guī)模發(fā)酵的種子制備過程中，實驗室階段和生產(chǎn)車間階段在培養(yǎng)基和培養(yǎng)物選擇上各有何特點？

39、實驗室階段培養(yǎng)物選擇的原則：種子能擴培到一定的量和質(zhì)，獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的孢子/菌體。培養(yǎng)基的選擇應(yīng)該是有利于菌體的生長，對孢子培養(yǎng)基應(yīng)該是有利于孢子的生長。在原料方面，實驗室種子培養(yǎng)階段，規(guī)模一般比較小，因此為了保證培養(yǎng)基的質(zhì)量，培養(yǎng)基的原料一般都比較精細(xì)。生產(chǎn)車間階段培養(yǎng)物的選擇原則最終一般都是獲得一定數(shù)量的菌絲體。培養(yǎng)基選擇首先考慮的是有利于孢子的發(fā)育和菌體的生長，所以營養(yǎng)要比發(fā)酵培養(yǎng)基豐富。在原料方面：不如實驗室階段那么精細(xì)，而是基本接近于發(fā)酵培養(yǎng)基，這有兩個方面的原因: 一是成本二是馴化5.6什么是接種量？對于細(xì)菌、放線菌及霉菌常用的接種量是多少？接種量移入種子的體積/接種后培養(yǎng)液的

40、體積細(xì)菌5、放線菌20 霉菌105.7什么是種齡？適宜種齡確定的依據(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(xì)胞活力強，菌體濃度相對較大，但是最終由實驗結(jié)果定。5.8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。5.9結(jié)合具體的產(chǎn)品理解種子質(zhì)量控制的方法，以及認(rèn)識種子質(zhì)量對發(fā)酵的影響？影響斜面種子質(zhì)量的因素:(1)原材料質(zhì)量，水質(zhì)，培養(yǎng)基pH.(2)滅菌條件，(3)接種量，(4)溫度，通風(fēng)、(5)培養(yǎng)時間(6)有害氣體或揮發(fā)物(7) 冷藏條件種子質(zhì)

41、量好：1. 縮短發(fā)酵時間、保證生產(chǎn)水平. 2. 無雜菌污染. 3移種至發(fā)酵后，能夠迅速生長.4.泡末產(chǎn)生少. 5.產(chǎn)物生成速率大. 6.副產(chǎn)物合成少. 7.對下游分離純化有利6.1什么是半連續(xù)培養(yǎng)，說明其優(yōu)缺點。答：在補料分批培養(yǎng)的基礎(chǔ)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6.2什么是菌體的生長比速？產(chǎn)物的形成比速？基質(zhì)的消耗比速？維持消耗？菌體的比生長速率：單位重量的菌體瞬時增量=（dx/dt）/x；單位為1/h，其中x

42、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=（dp/dt）/x,；單位為1/h，其中p產(chǎn)物濃度（g/L ）基質(zhì)的比消耗速率:單位時間內(nèi)單位菌體消耗基質(zhì)的量  =（ds/dt）/x；單位為1/h，其中s底物濃度（g/L ）6.3什么是Monod方程其使用條件如何？各參數(shù)的意義與求解？當(dāng)培養(yǎng)基中不存在抑制細(xì)胞生長的物質(zhì)時，細(xì)胞的生長速率與基質(zhì)濃度關(guān)系（Monod方程式）如下：=max S/（Ks+ S）：菌體的生長比速. S：限制性基質(zhì)濃度. Ks：半飽和常數(shù). max: 最大比生長速度Monod方程的參數(shù)求解(雙倒數(shù)法)：將Monod方程取倒數(shù)可得：1/

43、=1/max+ Ks/max S或S/= S/max+ Ks/max這樣通過測定不同限制性基質(zhì)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)。6.4什么是初級代謝產(chǎn)物？什么是次級代謝產(chǎn)物？初級代謝產(chǎn)物是指微生物產(chǎn)生的，生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸等。次級代謝產(chǎn)物是指由微生物產(chǎn)生的，與微生物生長、繁殖無關(guān)的一類物質(zhì)。6.5什么是一類發(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(guān)，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

44、體的生長、基質(zhì)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(guān)，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(guān)，為非生長聯(lián)系型，又稱復(fù)雜發(fā)酵型，產(chǎn)物的生成在菌體生長和基質(zhì)消耗完以后才開始，與菌體生長不相關(guān)，與基質(zhì)消耗無直接關(guān)系，所形成的產(chǎn)物為次級代謝產(chǎn)物。6.6什么是連續(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

45、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(xì)胞濃度X、比生長速率、以及t, pH等都保持恒定。稀釋率(D):補料速度與反應(yīng)器體積的比值(h-1)6.7解釋連續(xù)培養(yǎng)富集微生物的原理？菌的積累速率=生長速率-流出速率,調(diào)節(jié)培養(yǎng)基,使目的菌的流出速率<生長速率,雜菌的流出速率>生長速率,就起到富集作用6.8 分批發(fā)酵微生物生長可分為幾個階段？畫出分批發(fā)酵時微生物生長動力學(xué)曲線。分批發(fā)酵是一種準(zhǔn)封閉培養(yǎng)的例子，是指一次性投料、接種直到發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液始終留在發(fā)酵罐內(nèi)。因此，分批發(fā)酵過程屬于典型的非穩(wěn)態(tài)過程，隨著發(fā)酵初期接入微生物細(xì)胞對培養(yǎng)環(huán)境的適應(yīng)和生長

46、，基質(zhì)將逐漸消耗，代謝產(chǎn)物不斷積累。分批發(fā)酵過程中，微生物生長通常要經(jīng)歷延滯期、對數(shù)生長期、衰減期、穩(wěn)定期（靜止期）和衰亡期五個時期，如圖所示。延遲期是指在接種后一段時間內(nèi)，微生物并未增殖、細(xì)胞數(shù)目幾乎保持不變的一段時期。這是因為初期微生物接種后對生長環(huán)境有一個適應(yīng)過程，這個時期的長短主要取決于種子的質(zhì)量、接種量以及培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的特性和濃度。一般來說，種子應(yīng)采用處于對數(shù)生長期且達(dá)到一定濃度的微生物純培養(yǎng)物，能相對耐受高滲透壓和低CO2分壓的培養(yǎng)條件。在工業(yè)生產(chǎn)中，考慮到發(fā)酵產(chǎn)率、成本以及避免染菌等原因，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)措施盡量縮短延遲期。.在分批發(fā)酵的微生物生長的第二個階段，微生物的生長速率逐漸

47、增加，然后達(dá)到最大生長速率，這個時期稱為對數(shù)（或指數(shù)）生長期。在分批培養(yǎng)中，微生物的生長會導(dǎo)致營養(yǎng)物耗盡，同時微生物分泌出代謝產(chǎn)物，這些都會明顯影響微生物的繼續(xù)生長。因此，經(jīng)過一段時間的發(fā)酵培養(yǎng)后，由于營養(yǎng)出現(xiàn)限制，使微生物生長速率逐漸衰減，即微生物生長進入了衰減期，最終會出現(xiàn)微生物凈生長速率為零，微生物進入靜止期。生長停止是由于發(fā)酵液中某些主要營養(yǎng)物被耗盡所造成的底物限制，或某些對微生物有毒性的代謝產(chǎn)物在發(fā)酵液中積累造成生長受到抑制，或由于以上兩種原因共同作用所致。穩(wěn)定期是指微生物處于生長和死亡的動態(tài)平衡，發(fā)酵體系凈生長速率等于零的時期。由于此時微生物的次級代謝十分活躍，許多次級代謝產(chǎn)物在此

48、期間大量合成，微生物細(xì)胞的形態(tài)也發(fā)生較大變化如形成空泡等。衰亡期是指發(fā)酵罐內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)大量耗盡，對生長有害的代謝物在發(fā)酵液中大量積累的時期，出現(xiàn)微生物死亡、自溶，總細(xì)胞數(shù)呈負(fù)增長。在工業(yè)發(fā)酵中，一般都會選在微生物細(xì)胞開始自溶之前結(jié)束發(fā)酵。6.9、發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵、補料分批發(fā)酵的優(yōu)缺點，在工業(yè)上如何選擇正確的發(fā)酵方式。（1）優(yōu)缺點1）分批發(fā)酵優(yōu)點：操作簡單；操作引起染菌的概率低；不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題缺點：非生產(chǎn)時間較長、設(shè)備利用率低。2）連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點：能維持低基質(zhì)濃度；可以提高設(shè)備利用率和單位時間的產(chǎn)量；便于自動控制。缺點：菌種發(fā)生變異的可能性較大；要求嚴(yán)格的無菌條件。3）補料分批發(fā)酵優(yōu)點：

49、使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度；和連續(xù)發(fā)酵比、不需要嚴(yán)格的無菌條件；不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題。缺點：存在一定的非生產(chǎn)時間；和分批發(fā)酵比，中途要流加新鮮培養(yǎng)基，增加了染菌的危險。（2）如何選擇正確的發(fā)酵方式1) 分批發(fā)酵：當(dāng)發(fā)酵采用的微生物不受底物抑制，具有較強的基質(zhì)轉(zhuǎn)化能力和生產(chǎn)效率時，可采用之。 2) 分批補料發(fā)酵：如果以發(fā)酵后處理成本為主的發(fā)酵類型，采用之。分批補料發(fā)酵的產(chǎn)物濃度最高，易于分離純化。3) 連續(xù)發(fā)酵：如果發(fā)酵采用的菌種能高效的利用基質(zhì)、菌種遺傳性能穩(wěn)定以及抗雜菌能力強時，可采用之。7.1何氧容易成為好氧發(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

50、，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(zhì)，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(dá)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。發(fā)酵工程.部分題庫及答案27.2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/臨界溶氧溶度飽和溶氧濃度：在一定溫度和壓力下，空氣中的氧在水中的溶解度。(mol/m3)7.3影響微生物需氧的因素有哪些？細(xì)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(dá)最大值。培養(yǎng)基的成分和

51、濃度顯著影響微生物的攝氧率，碳源種類對細(xì)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。7.4發(fā)酵液中的體積氧傳遞方程？其中KLa的物理意義是什么？以單位體積的液體中所具有的氧的傳遞面積為 a (m2/m3)OTR=KL (C* CL ）KL以氧濃度為推動力的容積氧傳遞系數(shù)，反映了設(shè)備的供氧能力 7.5如何調(diào)節(jié)搖瓶發(fā)酵的供氧水平？往復(fù)，頻率80-120分/次，振幅 8cm旋轉(zhuǎn)，偏心距轉(zhuǎn)速250rpm裝液量，一般取1/10左右：250ml            

52、60;15-25 ml500ml                30 ml750ml                80 ml7.6如何調(diào)節(jié)通氣攪拌發(fā)酵罐的供氧水平？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(fēng)，停攪拌，不但有利于

53、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好。7.7氧的供需研究與反應(yīng)器設(shè)計與放大的關(guān)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(xué)相似和流體動力學(xué)相似，當(dāng)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(guān)鍵因子時，就會造成整個發(fā)酵過程的失敗(供氧、混合、剪切）。7.8.影響微生物耗氧速率的因素有哪些？（1）微生物本身遺傳特征的影響。不同種類微生物的耗氧量不同，一般為25100mmolO2/（L·h），但也有少數(shù)微生物很高。同一微生物的耗氧量，隨菌齡和培養(yǎng)條件不同而異。（2）培養(yǎng)基的成分和濃度培養(yǎng)基的成分尤

54、其是碳源種類對細(xì)胞的耗氧量有很大影響，耗氧速率由大到小依次為油脂或烴類葡萄糖蔗糖乳糖。（3）菌齡一般幼齡菌生長旺盛，呼吸強度大，老齡菌生長慢，呼吸強度小。（4）培養(yǎng)條件pH、溫度通過對酶活性的影響而影響菌體細(xì)胞的耗氧，而且溫度還影響發(fā)酵液中溶氧濃度，溫度增高，溶氧濃度下降。（5）代謝類型.若產(chǎn)物是通過三羧酸循環(huán)（TCA）獲取的，則呼吸強度高，需氧量大，如谷氨酸、天門冬氨酸的生產(chǎn)；若產(chǎn)物是通過糖酵解途徑（EMP）獲取的，則呼吸強度低，耗氧量小，如苯丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸的生產(chǎn)。8.1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

55、上升，是補料的標(biāo)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(guān)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)且簿徒档偷每焱ㄟ^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。但是氮源太多會促使菌體大量生長。有些產(chǎn)物合成受到過量銨離子的抑制，因此必須控制適量的氮。通過氨基氮和氨氮的分析可控制發(fā)酵過程，適時采取補氨措施。發(fā)酵后期氨基氮回升，這時就要放罐，否則影響提取過程。8.2發(fā)酵過

56、程為什么要補料？補些什么？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(dǎo)致的發(fā)酵過早結(jié)束的缺點。在這樣一種系統(tǒng)中可以維持低的基質(zhì)濃度，避免快速利用碳源的阻遏效應(yīng)；可以通過補料控制達(dá)到最佳的生長和產(chǎn)物合成條件；還可以利用計算機控制合理的補料速率，穩(wěn)定最佳生產(chǎn)工藝。補充發(fā)酵基質(zhì)和緩沖液等。8.3補料過多或過少對發(fā)酵有什么影響？投料過多造成菌體細(xì)胞大量生長，無法穩(wěn)定的產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物，導(dǎo)致菌體生產(chǎn)力下降，同時改變發(fā)酵液流變學(xué)性質(zhì)。如果補料過少,則使菌體過早進入衰退期，引起菌體衰老和自，同樣使生產(chǎn)力下降。8.4 發(fā)酵過程中pH會不會發(fā)生變化為什么？發(fā)酵過程中pH是不斷變化的1）糖代謝特別是快速利用的糖

57、，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是補料的標(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)碳源不足時氮源當(dāng)碳源利用pH上升。3）生理酸堿性物質(zhì)利用后pH會上升或下降4）某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機酸類產(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。5）菌體自溶 pH上升，發(fā)酵后期，pH上升6）雜菌的污染，pH下降8.5 pH對發(fā)酵的影響表現(xiàn)在哪些方面？（1）pH影響酶的活性。當(dāng)pH值抑制菌體某些酶的活性時使菌的新陳代謝受阻。（2）pH影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷。從而改變細(xì)胞膜的透性，影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進行。（3）pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對這些物質(zhì)的利用。（4）pH值影響代謝方向。pH不同，往往引起菌體代謝過程不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。例如黑曲霉在pH23時發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸，在pH近中性時，則產(chǎn)生草酸。谷氨酸發(fā)酵，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N