發(fā)酵工程課后思考題答案

一、思考題發(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)酵無(wú)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(guò)程。1〕通氣攪拌解決了液體深層培育時(shí)的供氧問(wèn)題；2〕抗雜菌污染的純種培育技術(shù)：無(wú)菌空氣、培育基滅菌、無(wú)污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計(jì)制造。發(fā)酵工程根本組成局部？答：從廣義上講，由三局部組成：上游工程、發(fā)酵工程、下游工程發(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)模化生產(chǎn)和市場(chǎng)營(yíng)銷當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)面臨三大問(wèn)題是什么？答：菌種問(wèn)題、適宜的反響器、基質(zhì)的選擇蛭弧菌適宜的反響器：生產(chǎn)規(guī)模化、原料利用量大并且具有確定選擇性、節(jié)能、構(gòu)造多樣化、操作制動(dòng)化、節(jié)約勞力基質(zhì)的選擇: 價(jià)廉、原料利用量大并且具有確定選擇性、易被利用、副產(chǎn)物少、滿足工藝要求我國(guó)發(fā)酵工業(yè)應(yīng)當(dāng)走什么樣的產(chǎn)業(yè)化道路？答:第一步為技術(shù)積存階段、其次步為產(chǎn)業(yè)崛起階段、第三步為持續(xù)進(jìn)展階段二、思考題1、自然界分別微生物的一般操作步驟？答：標(biāo)本采集→預(yù)處理→富集培育→菌種分別〔初篩、復(fù)篩〕→發(fā)酵性能鑒定→菌種保藏 目的：高效地獵取一株高產(chǎn)目的產(chǎn)物的微生物；2、從環(huán)境中分別目的微生物時(shí)，為何確定要進(jìn)展富集富集？答：富集的目的：讓目的微生物在種群中占優(yōu)勢(shì)，使篩選變得可能。富集的根本方法：1、把握養(yǎng)分：如以唯一碳源或氮源作底物；2、把握培育條件：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)展菌種選育的過(guò)程稱為自然選育。意義：自然選育是一種簡(jiǎn)潔易行的方法，可到達(dá)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(guò)程中，由于自然突變導(dǎo)致高產(chǎn)性狀的喪失，生產(chǎn)性能下降，這種狀況我們稱為回復(fù)突變。4、誘變育種對(duì)動(dòng)身菌株有哪些要求？答：動(dòng)身菌株定義：動(dòng)身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)、生理等狀況了解；★生長(zhǎng)生殖快，養(yǎng)分要求低，產(chǎn)孢子多且早；★對(duì)誘變劑敏感；★菌株要有確定的生產(chǎn)力氣；★多動(dòng)身菌株：一般承受3~4個(gè)動(dòng)身菌株，在逐代處理后，將產(chǎn)量高、特性好的菌株留作連續(xù)誘變的動(dòng)身菌株。5、誘變選育的流程？答：動(dòng)身菌株經(jīng)純化活化前培育〔同步培育〕→培育液〔離心、洗滌〕→單細(xì)胞獲單胞子懸液→誘變處理→后培育〔中間培育〕→平板分別→初篩→復(fù)篩→保藏及擴(kuò)大試驗(yàn)篩選的關(guān)鍵是選擇確定的特征〔如菌落特征、生化特征等〕去推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)具備哪些根本特性？慮〔在分類學(xué)上最好與致病菌無(wú)關(guān)p、溶解氧、泡沫等易把握。三、思考題1、何謂種子接種量、接種齡？絲體開頭移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培育時(shí)間。2、影響種子質(zhì)量的因素是哪些？答：①原材料質(zhì)量②種齡③培育條件④斜面冷藏時(shí)間3、保證種子質(zhì)量有哪些措施？答：①菌種的穩(wěn)定性檢查；②供給種子培育的適宜環(huán)境；③無(wú)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)酵培育基的特點(diǎn)和要求？答：①培育基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成；②發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少；③培育基的原料應(yīng)因地制宜，價(jià)格低廉，且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于選購(gòu)運(yùn)輸，適合大規(guī)模貯存，能保證生產(chǎn)上的供給；④所選用的培育基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不應(yīng)當(dāng)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(wú)機(jī)氮源被菌體作為氮源利用后，培育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(wú)機(jī)氮源叫生理酸性物質(zhì)，如硫酸銨；假設(shè)菌體代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)的則此種無(wú)機(jī)氮源稱為生理堿性物質(zhì)物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)整發(fā)酵過(guò)程的pH有樂觀作用。4、常用的無(wú)機(jī)氮中的作用？答：常用的無(wú)機(jī)氮：種類：銨鹽、硝酸鹽和氨水；所以選擇適宜的無(wú)機(jī)氮源有兩層意義：滿足菌體生長(zhǎng)、穩(wěn)定和調(diào)整發(fā)酵過(guò)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)酵培育基前體添加的方式？答：前體指某些化合物參與到發(fā)酵培育基中后，能直接使微生物在生物合成過(guò)程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的構(gòu)造并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因參與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)普遍承受流加的方法，前體一般都有毒性，濃度過(guò)大對(duì)菌體的生長(zhǎng)不利苯乙酸，一般根底料中僅僅添加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(guò)多，簡(jiǎn)潔引起揮發(fā)和氧化6、什么是生長(zhǎng)因子？生長(zhǎng)因子的來(lái)源？答：但凡微生物生長(zhǎng)不行缺少的微量的有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱B族維生素和微量元素及一些微生物生長(zhǎng)不行缺少的生長(zhǎng)因子7、舉例說(shuō)明培育基設(shè)計(jì)的方法與步驟？答：培育基的設(shè)計(jì)首先是培育基成分確實(shí)定，然后再打算各成分在培育基中的比例。設(shè)計(jì)原則：目的明確、養(yǎng)分協(xié)調(diào)、理化適宜、經(jīng)濟(jì)節(jié)約。設(shè)計(jì)方法：①生態(tài)模擬②參閱文獻(xiàn)③細(xì)心設(shè)計(jì)④試驗(yàn)比較步驟：①依據(jù)前人的閱歷和培育基成分，初步確定可能的培育基成分；②通過(guò)單因素試驗(yàn)最終確定出最為適宜的培育基成分；③當(dāng)培育基成分確定后，剩下的問(wèn)題就是各成分最適的濃度，由于培育基成分很多，為削減試驗(yàn)次數(shù)常承受一些合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。五、思考題⒈滅菌的方法有哪些？如何依據(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)境中全部微生物，包括養(yǎng)分細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。消毒不愿定能到達(dá)滅菌要求，而滅菌則可到達(dá)消毒的目的。方法：培育基的加熱滅菌、空氣的過(guò)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、乙醇或潔爾滅、高錳酸鉀等，適用范圍：環(huán)境、皮膚及器械的外表消毒射線滅菌法：電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)，適用范圍：無(wú)菌室、接種箱干熱滅菌法：常用烘箱，滅菌條件：1601h，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)備及培育基滅菌過(guò)濾除菌法：利用過(guò)濾方法阻留微生物，適用范圍：制備無(wú)菌空氣火焰滅菌法：火焰，適用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口⒉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)1.高溫短時(shí)滅菌，培育基滅菌 養(yǎng)分成分損失少。2.發(fā)酵罐占用時(shí)間縮短，利用率高。

設(shè)備簡(jiǎn)潔，操作麻煩,染菌時(shí)機(jī)多。不適合含大量固體物料的滅菌。間歇1.設(shè)備要求低，不需另外滅菌 加熱、冷卻裝置。操作要求低，適合小批量生產(chǎn)規(guī)模適合含大量固體物料的滅菌

培育基的養(yǎng)分物質(zhì)損失大，滅菌后培育基質(zhì)量下降發(fā)酵罐的利用率較低不適合大規(guī)模生產(chǎn)的滅菌⒊影響培育基滅菌的因素有哪些？答：培育基成分、培育基成分的顆粒度、培育基的pH、微生物細(xì)胞的含水量、微生物性質(zhì)與數(shù)量、冷空氣排解狀況、泡沫、攪拌分析過(guò)濾除菌機(jī)理與影響過(guò)濾除菌的因素，考慮如何提高過(guò)濾除菌的效率。答：微粒隨氣流通過(guò)濾層時(shí)，由于濾層纖維的層層阻礙，使氣流消滅很屢次轉(zhuǎn)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、布朗集中、重力沉降、靜電引力等作用把微粒滯留在纖維外表上，實(shí)現(xiàn)過(guò)濾的目的。提高過(guò)濾除菌效率的措施①設(shè)計(jì)合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，選擇適宜的空氣凈化流程，以到達(dá)除油、水和雜質(zhì)的目的。②設(shè)計(jì)和安裝合理的空氣過(guò)濾器，選用除菌效率高的過(guò)濾介質(zhì)。③保證進(jìn)口空氣清潔度，削減進(jìn)口空氣的含菌數(shù)。④降低進(jìn)入空氣過(guò)濾器的空氣相對(duì)濕度，保證過(guò)濾介質(zhì)能在枯燥狀態(tài)下工作。六、思考題1、依據(jù)微生物對(duì)溫度的依靠可分類成哪幾類微生物？～260C1～430C3～650C>650C2、發(fā)酵過(guò)程的溫度會(huì)不會(huì)變化？為什么？答:使發(fā)酵過(guò)程中的溫度變化。3、發(fā)酵熱的定義溫度上升快；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)展有氧呼吸產(chǎn)生的熱比無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的熱多；2、培育基養(yǎng)分成分越豐富，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(zhǎng)2、溫度影響反響速率〔產(chǎn)物形成〕3、溫度會(huì)轉(zhuǎn)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(guò)程溫度的選擇有什么依據(jù)？答：1、依據(jù)菌種不同選擇2、依據(jù)發(fā)酵階段選擇：即二階段發(fā)酵3、依據(jù)培育條件選擇4、依據(jù)菌生長(zhǎng)狀況七、思考題1pH會(huì)不會(huì)發(fā)生變化，為什么？答：會(huì)變化【1、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、pH下降。糖缺乏，pH上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一。氮代謝 -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)碳源缺乏時(shí)氮源當(dāng)碳源利用pH上升。pH會(huì)下降或上升?！?pH變化。如pH下降；紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使pH上升?！?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？〔〕影響菌體的生長(zhǎng)〔〕pH影響酶的活性〔〕pH值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的轉(zhuǎn)變〔4〕pH值影響培育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)酵的最正確pH，我們?cè)撊绾卧囼?yàn)？pH的培育基，搖瓶考察發(fā)酵狀況4pH把握可以實(shí)行哪些措施？、調(diào)整好根底料的初始ppH呈酸性，必需調(diào)整ppH6.0pH6.5~6.8。、在根底料中參與維持pH的物質(zhì)：如CaCO3，或具有緩沖力氣的試劑，如磷酸緩沖液等。pHpH沒有沖突時(shí)承受補(bǔ)料調(diào)整pH〔1〕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(guò)補(bǔ)料調(diào)整pH值既pH值，又可補(bǔ)充養(yǎng)分，進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)率。pHpH。5pH電極有哪些要求？答：1轉(zhuǎn)的破壞。、具有長(zhǎng)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(zhǎng)、中途不能更換和不能標(biāo)定的要求、要求確定的液絡(luò)部流通，維持的液接界電位穩(wěn)定，防止使用過(guò)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(cè)量漂移、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？、比耗氧速率或呼吸強(qiáng)度QO2干重在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的氧mmolO2/(g菌·h),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。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25～100mmolO2/(L·h)。菌齡：一般幼齡菌生長(zhǎng)旺盛，呼吸強(qiáng)度大；老齡菌生長(zhǎng)慢，呼吸強(qiáng)度小。代謝類型：假設(shè)產(chǎn)物是通過(guò)三羧酸循環(huán)(TCA)獵取，則呼吸強(qiáng)度高，如Glu、天冬氨酸的生產(chǎn)；假設(shè)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)。培育基的成分與濃度：培育基成分尤其是碳源對(duì)細(xì)胞的耗氧量有很大影響。培育基的濃度也會(huì)影響細(xì)胞的耗氧速率。養(yǎng)分豐富，菌體生長(zhǎng)快，耗氧量大.發(fā)酵條件：溫度、pH通過(guò)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)的積存，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：NkgNkmol/m2.h

(ppi

)k(cL

c)kg: 氣膜傳質(zhì)系數(shù)kmol/m2.h.atmkL: 液膜傳質(zhì)系數(shù)m/hC*＝P·H，與氣相中氧分壓相平衡的液體中氧的濃度NkL

(c*c) kL:以氧濃度為推動(dòng)力的總傳遞系數(shù)(m/h)Naka(cNaka(c*c)LNa: 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-14、如何調(diào)整搖瓶發(fā)酵的供氧水平？答：5、如何調(diào)整通氣攪拌發(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(guò)大的剪切力，對(duì)菌體的生長(zhǎng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不利的影響，所以有時(shí)發(fā)酵初期承受小通風(fēng)，停攪拌，不但有利于降低能耗，而且在工藝上也是必需的。但是增大通氣的時(shí)間確定要把握好。6、如何測(cè)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、發(fā)酵中把握泡沫的途徑有哪些？答：①調(diào)整培育基的成分〔如少加或緩加易起泡的原材料〔如pH、溫度、通氣和攪拌〕或者轉(zhuǎn)變發(fā)酵工藝〔如承受分次投料〕來(lái)把握，以削減泡沫形成的時(shí)機(jī)。但效果有限；②選育在生長(zhǎng)期不產(chǎn)生泡沫的微生物突變株。如有人已用雜交育種方法選育出不產(chǎn)生泡沫的土霉素菌株；③機(jī)械消泡；④化學(xué)消泡：加消泡劑，當(dāng)今發(fā)酵工業(yè)中常用的方法。十、思考題1、如何檢查推斷是否染菌？、種子培育特別菌體生長(zhǎng)緩慢菌種：使用時(shí)間、傳代、菌齡、接種量培育基：原料成分、養(yǎng)分缺乏操作：滅菌、供氧、攪拌、溫度波動(dòng)大、pH菌絲結(jié)團(tuán)種子：冷藏時(shí)間長(zhǎng)操作：通氣、攪拌、溶氧、培育基、泡沫代謝不正常：培育基、環(huán)境、接種量、雜菌2)、發(fā)酵特別:菌體生長(zhǎng)差、pH特別、溶氧水平特別、泡沫過(guò)多、菌體濃度過(guò)高或過(guò)低。