發(fā)酵工藝學(xué)課后題

1/5第一章依據(jù)現(xiàn)代觀點，發(fā)酵的定義是什么？通過微生物的生長代謝活動，產(chǎn)生和積存人們所需代謝產(chǎn)物的一切微生物培育過程通稱為發(fā)酵。歷史上哪位科學(xué)家說明白發(fā)酵的化學(xué)本質(zhì)，依據(jù)他的觀點，發(fā)酵的化學(xué)本質(zhì)是什么？1897年巴克納〔Buchner〕說明白微生物發(fā)酵的化學(xué)反映本質(zhì)，證明白乙醇發(fā)酵是酵母細胞中的酶催化了一系列化學(xué)反響的結(jié)果。按發(fā)酵類型可將微生物發(fā)酵產(chǎn)品分為哪幾類？以微生物菌體為產(chǎn)品的微生物發(fā)酵；以酶制劑和酶調(diào)整劑代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的微生物發(fā)酵；此外，還包括微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵、工程菌、工程細胞的產(chǎn)物的發(fā)酵等。承受液體深層培育法生產(chǎn)微生物發(fā)酵產(chǎn)品時，主要包括哪些工藝過程？菌種→孢子制備→種子制備→發(fā)酵→發(fā)酵液預(yù)處理→提取精制→成品檢驗→成品包裝第三章速效碳源與遲效碳源速效碳源；而乳糖、淀粉等被利用的速度相對較為緩慢的為遲效碳源。速效氮源與遲效氮源速效氮源；花生餅粉、酵母膏等有機氮源中所含的氮存在于蛋白質(zhì)中，必需在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸和多肽以后，才能被菌體直接利用，被稱為遲效氮源。生理酸性物質(zhì)與生理堿性物質(zhì)：經(jīng)過微生物代謝作用后，能形成酸性物質(zhì)的養(yǎng)分成分稱為生理酸性物質(zhì)；同理。誘導(dǎo)物〔inducer〕：一般是指一些特別的小分子物質(zhì)，在微生物發(fā)酵過程中添加這些小分子物質(zhì)后，能夠誘導(dǎo)代謝產(chǎn)物的生物合成，從而顯著提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量。前體〔precursor〕：在微生物代謝產(chǎn)物的生物合成過程中，有些化合物能直接被微生物利用構(gòu)成產(chǎn)物分子構(gòu)造本身的一局部，而化合物本身的構(gòu)造沒有多大變化。促進劑〔accelerant〕在發(fā)酵培育基中參與某些微量的化學(xué)物質(zhì)，可促進目的代謝產(chǎn)物的合成。抑制劑〔inhibitor〕在發(fā)酵過程中參與某些化學(xué)物質(zhì)會抑制某些代謝途徑的進展，同時會使另一代謝途徑活潑，從而獲得人們所需的某種代謝產(chǎn)物，或使正常代謝的中間產(chǎn)物積存起來。孢子培育基：供菌種生殖孢子用的培育基。種子培育基：供孢子發(fā)芽和大量生殖菌絲體用的培育基。發(fā)酵培育基：供菌種在進一步的生長生殖后生物合成目的產(chǎn)物用的培育基。補料培育基：在補料分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)補加的、含有一種或多種培育基成分的穎料液。1孢子培育基、種子培育基和發(fā)酵培育基在養(yǎng)分需求上有什么不同？孢子養(yǎng)分要求：養(yǎng)分成分不要太豐富，碳源和氮源的濃度要低，否則不易產(chǎn)生孢子；無機鹽濃度要低，否則會影響孢子量和孢子顏色。pH和濕度要適宜，否則孢子的生長量會受到影響。種子養(yǎng)分要求：養(yǎng)分成分要比較豐富和完全，含簡潔被利用的碳源、氮源無機鹽和維生素等。培育基的組成能維持pH在確定范圍內(nèi)，以保證菌體生長時的酶活力。養(yǎng)分物質(zhì)的總濃度以略淡薄為宜，以保持確定溶氧水平，有利于大量菌體的生長生殖。最終一級種子培育基的養(yǎng)分成分要盡可能接近發(fā)酵培育基的成分快速生長。發(fā)酵養(yǎng)分要求：①養(yǎng)分物質(zhì)的組成比較豐富，濃度恰當(dāng)；②在確定條件下，所承受的各種原材料彼此之間不能產(chǎn)生化學(xué)反響，理化性質(zhì)相對穩(wěn)定；③粘度適中，具有適當(dāng)?shù)臐B透壓；④要考慮所選用的原材料品種和濃度與代謝產(chǎn)物生物合成過程中的調(diào)整關(guān)系，要利于主要產(chǎn)物的生物合成并維持較長時間的最高生產(chǎn)速率，不需要的產(chǎn)物合成速率降至最低；⑤生產(chǎn)過程中，既不影響通氣與攪拌的效果，又不影響或稍影響產(chǎn)物的分別精制和廢物處理；⑥大生產(chǎn)中選用的原材料盡量做到因地制宜，質(zhì)憂價廉，本錢低。試述培育基的篩選方法及其應(yīng)用。單因子試驗法、正交試驗、均勻設(shè)計。應(yīng)用：分析推斷優(yōu)化培育基的組分和濃度，還可以考察個因子之間的交互作用。論述影響培育基質(zhì)量的因素。原材料質(zhì)量、水質(zhì)、滅菌、培育基黏度。第四章發(fā)酵工業(yè)中滅菌的目的是什么？防止發(fā)酵過程染菌，確保正常生產(chǎn)。濕熱滅菌有哪些特點？價格低廉，來源便利，滅菌效果牢靠，所以它是最根本的滅菌方法。什么是熱阻？什么是相對熱阻？熱阻相對熱阻是指某一微生物在某條件下的致死時間與另一微生物在一樣條件下的致死時間的比值。介質(zhì)過濾除菌的主要機制是什么？空氣氣流流速大時，氣流中的微粒具有較大的慣性力。當(dāng)微粒隨氣流以確定速度向纖維垂直運動因受纖維阻擋而急劇轉(zhuǎn)變運動方向時，由于微粒具有的慣性作用使它們照舊沿原來方向前進碰撞到纖維外表，產(chǎn)生摩擦粘附而使微粒被截留在纖維外表，這種作用亦稱慣性碰撞截留。工業(yè)生產(chǎn)中承受高溫快速滅菌的依據(jù)是什么？由于它使微生物的蛋白質(zhì)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(zhì)成分等。連續(xù)滅菌(continuoussterilization)將配制好的培育基在向發(fā)酵罐等培育裝置輸送的同時進展加熱、保溫存冷卻而進展滅菌。優(yōu)點：1.承受高溫快速滅菌法2.可以把培育基按其性質(zhì)分開滅菌3.有利于自動把握4.節(jié)約冷卻水缺點：1.2.3.蒸汽用量大分批滅菌(batchsterilization)：配好的培育基輸入發(fā)酵罐內(nèi)，經(jīng)過間接蒸汽預(yù)熱，然后直接通入飽和蒸汽加熱，使培育基和設(shè)備一起滅菌，到達要求的溫度和壓力后維持一段時間，在冷卻至發(fā)酵要求的溫度。優(yōu)點：1.2.3.節(jié)約勞動力1.2.3.冷卻水用量大空氣過濾除菌的流程中有哪些設(shè)備？這些設(shè)備各有什么用？采風(fēng)塔粗過濾器 通風(fēng)設(shè)備空氣儲罐 冷卻器 氣液分別設(shè)備--旋風(fēng)分別器加熱器。第五章重點章節(jié)孢子制備和種子制備的一般過程有哪些？孢子培育：母瓶：活化、純化，使保藏菌種生長，并去處變異株。所以接種時要稀一點、便于純化生長到單菌落。子瓶:大量生殖，得到大量孢子。接種：①從母斜面上點接種，選取生長好的單菌落②接種時密一點，得到大量的孢子種子制備過程：試驗室階段：不用種子罐，所用的設(shè)備為培育箱、搖床等試驗室常見設(shè)備，在工廠這些培育過程一般都在菌種室完成，因此將這些培育過程稱為試驗室階段的種子培育。生產(chǎn)車間階段：種子培育在種子罐里面進展，一般在工廠歸為發(fā)酵車間治理，因此稱這些培育過程為生產(chǎn)車間階段。影響孢子質(zhì)量和種子質(zhì)量的主要因素有哪些？如何把握？〔P93-P98〕孢子質(zhì)量：培育基培育溫度和濕度 培育時間和冷藏時間 接種量種子質(zhì)量：培育基培育條件種齡 接種量種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 種子特別分析菌種保藏的目的和原理是什么？主要有哪些保藏方法？微生物菌種的保藏：目的：一個優(yōu)良的菌種被選育出來后，要保持其生產(chǎn)性能的穩(wěn)定，不污染雜菌，不死亡，這是菌種保藏的主要目的。原理：依據(jù)菌種的生理生化特性，人工制造條件使菌體的代謝活動處于休眠狀態(tài)。制造有利于休眠狀態(tài)的環(huán)境條件，以降低菌種的代謝活動，削減菌種變異，到達長期保存的目的?？菰锉２胤☉乙罕２胤?石蠟油封存法 沙土管低溫保藏：低溫、液氮、凍干斜面保藏法和穿刺保藏法第六章攝氧率：〔OUR;OxygenUtilizationRatio)：單位時間內(nèi)單位體積培育液中微生物攝取氧的量。呼吸強度：比耗氧速率 相對于單位質(zhì)量的干菌體在單位時間內(nèi)所消耗的氧量。也稱呼吸強度呼吸臨界氧濃度：在溶氧濃度低時，呼吸強度隨溶解氧濃度的增加而增加，當(dāng)溶氧濃度到達某一值后，呼吸強度不再隨溶解氧濃度的增加而變化，此時的溶氧濃度稱為呼吸臨界氧濃度。影響微生物需氧量的因素有哪些？并解釋其緣由。微生物種類：種類不同，其生理特性不同，代謝活動中的需氧量也不同培育基的組成與種類:培育基的組成對菌種的需氧量有顯著的影響，碳源的種類和濃度影響尤為顯著。一般而說，碳源濃度在確定范圍內(nèi)，需氧量隨碳源濃度的增加而增加。菌齡;24小時的產(chǎn)黃青霉呼吸強度最高培育條件：pH、溫度等一般溫度愈高，養(yǎng)分越豐富，臨界值也相應(yīng)越高有毒產(chǎn)物的形成與積存CO2

是菌體代謝產(chǎn)生的氣態(tài)終產(chǎn)物，它的生成與菌體的呼吸作用親熱相關(guān)。CO

在水中的溶解度是氧的302倍，因而發(fā)酵過程中不準(zhǔn)時將培育液中的CO2排出，勢必影響菌的呼吸，進而影響菌的代謝。2發(fā)酵液氣泡中的氧傳遞到微生物細胞內(nèi)，并完成氧化過程都要抑制哪些傳遞阻力？1供氧方面的阻力氣膜阻力〔1/k1;1/KG〕：為氣體主流及氣-液界面的氣膜阻力，與空氣狀況有關(guān)。氣液界面阻力〔1/k2；1/KI〕：與空氣狀況有關(guān)，只有具備高能量的氧分子才能透到液相中去，而其余的則返回氣相。液膜阻力〔1/k3;1/KL〕：為從氣-液界面至液體主流間的液膜阻力，與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)。液流阻力〔1/k4; 1/KLB〕：液體主流中傳遞的阻力；也與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)。2耗氧方面的阻力細胞四周液膜阻力〔1/k5; 1/KLC〕與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)。菌絲叢或團內(nèi)的集中阻力〔1/k6; 1/KA〕與微生物的種類、生理特性狀態(tài)有關(guān)，單細胞的細菌和酵母菌不存在這種阻力；對于菌絲，這種阻力最為突出。細胞膜的阻力〔1/k7; 1/KW〕：與微生物的生理特性有關(guān)。細胞內(nèi)反響阻力〔1/k8; 1/KR〕氧分子與細胞內(nèi)呼吸酶系反應(yīng)時的阻力；與微生物的種類、生理特性有關(guān)。影響液相體積氧傳遞系數(shù)的因素有哪些？這些因素與Kla有什么關(guān)系？〔P110〕1攪拌功率：23發(fā)酵液的物理性質(zhì)：與黏度成反比4泡沫的影響：降低空氣分布器形式和發(fā)酵罐構(gòu)造：發(fā)酵過程中攪拌的作用有哪些？把從空氣管中引入發(fā)酵罐的空氣打成碎泡，增加氣-液接觸面積“a”,亦即增加氧的傳遞面積。使液體形成渦流，從而延長氣泡在液體中的停留時間。增加液體的湍流程度，降低氣泡四周的液膜阻力和液體主流中的流體阻力，從而增大KLa值?！皬U物”和“廢氣”的濃度，有利于微生物的代謝。是發(fā)酵罐內(nèi)的溫度和養(yǎng)分物質(zhì)濃度到達均一，使系統(tǒng)充分混合。如何測定發(fā)酵罐上的攝氧率和Kla？P115攝氧率r=〔單位時間內(nèi)通入罐內(nèi)氧氣的量—單位時間內(nèi)由發(fā)酵罐排出的氧氣的量〕/發(fā)酵液體積Kla=r/(C*-CL) C*=4CL第七章發(fā)酵熱機械攪拌產(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。生物熱：在發(fā)酵過程中，菌體不斷利用培育基中的養(yǎng)分物質(zhì)，將其分解氧化而產(chǎn)生的能量，其中一局部用〔如ATP〕這散發(fā)出來的熱就叫生物熱。機械性泡沫：存在于發(fā)酵液外表與發(fā)酵液有明顯的界限。在發(fā)酵早期，由原材料中含氧有機物形成的。液態(tài)泡沫：均勻分布在發(fā)酵液中，與發(fā)酵液無明顯界限，多消滅在發(fā)酵后期，與菌體粘度有關(guān)。比生長速率μ：mol/(g·h)g/(g·h)；它表示細胞合成產(chǎn)物的速度或力氣，可以作為推斷微生物合成代謝產(chǎn)物的效率。比生產(chǎn)速率Qp：單位時間單位重量菌體所合成的產(chǎn)物量。發(fā)酵過程中的代謝參數(shù)主要有哪幾類？每類主要有哪些參數(shù)？物理：溫度、壓力、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌功率、空氣流量、表觀黏度?；瘜W(xué)：pH、基質(zhì)濃度、產(chǎn)物濃度、溶解氧濃度、廢氣中氧含量、廢氣中CO2含量、DNA含量、關(guān)鍵酶。生物：菌體濃度、菌絲形態(tài)〔外形、粗細、染色深淺、脂肪顆粒、空泡〕按操作方式的不同，發(fā)酵可分為哪幾種類型？分批發(fā)酵：一次性投入料液，發(fā)酵過程中不補料，始終到放罐。優(yōu)點是：1〕發(fā)酵工藝簡潔，發(fā)酵過程簡潔把握2〕發(fā)酵過程中可以觀看到發(fā)酵參數(shù)與菌體生長或與產(chǎn)物合成的變化關(guān)系，從而為優(yōu)化發(fā)酵工藝條件供給依據(jù)。缺點是：發(fā)酵產(chǎn)量低。補料分批發(fā)酵：在分批培育過程中補入穎的料液，以抑制養(yǎng)分缺乏而導(dǎo)致的發(fā)酵過早完畢的缺點。優(yōu)點：在這樣一種系統(tǒng)中可以維持低的基質(zhì)濃度，避開快速利用碳源的阻遏效應(yīng)；可以通過補控把握到達最正確的生長和產(chǎn)物合成條件；還可以利用計算機把握合理的補料速率，穩(wěn)定最正確生產(chǎn)工藝。缺點：由于沒有物料取出，產(chǎn)物的積存最終導(dǎo)致比生產(chǎn)速率的下降。由于有物料的參與增加了染菌時機適用范圍：補料分批發(fā)酵廣泛應(yīng)用于抗生素、氨基酸、酶蛋白、核苷酸、有機酸及高聚物等的生產(chǎn)。連續(xù)發(fā)酵：是指以確定的速率向發(fā)酵液中添加穎培育基的同時，以一樣的速率流出培育液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定不變，使培育物在近似恒定狀態(tài)下生長的培育方法。次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵過程可分為那幾個階段，每個階段有什么特點？菌體生長階段：生產(chǎn)菌接種至發(fā)酵培育基后，在適宜的培育條件下，經(jīng)過確定時間的適應(yīng)，就開頭生長和生殖，經(jīng)過對數(shù)生長期，到達穩(wěn)定期。產(chǎn)物合成階段：此階段主要合成次級代謝產(chǎn)物。在此期間，產(chǎn)物的產(chǎn)量漸漸增多，直至達頂峰，生產(chǎn)速率也到達最大，直至產(chǎn)物合成力氣衰退。菌體自溶階段：此階段的菌體年輕、細胞開頭自溶，氨氮含量增加，pH上升，產(chǎn)物合成力氣衰退，生產(chǎn)速率下降。發(fā)酵中影響菌體濃度的因素有哪些？菌體的濃度與次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量有什么關(guān)系？影響：〔1〕微生物的種類和自身的遺傳特性的影響?！布毦?5min，酵母菌min，真菌3h〕養(yǎng)分物質(zhì)和環(huán)境條件有親熱關(guān)系。養(yǎng)分物質(zhì)均存在一個上限濃度，在此限度以內(nèi)，菌體比生長速率則隨濃度增加而增加，但超過此上限，濃度連續(xù)增加，反而會引起生長速率下降。這種效應(yīng)通常稱為基質(zhì)抑制作用。有機氮源有利于菌體生長。培育條件：溫度，通氣量，pH關(guān)系：1、在確定的條件下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量與菌體濃度呈正相關(guān)。Rp＝Qp·X，Rp－生產(chǎn)速率(單位時間單位體積發(fā)酵液中產(chǎn)生的產(chǎn)物量)，X－菌體濃度，Qp－比生產(chǎn)速率2、菌體濃度過高時，則降低代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。緣由:〔1〕CO2的大量積存，導(dǎo)致菌體的比生產(chǎn)速率下降?！?〕菌濃過高，攝氧率增加，溶氧下降，比生產(chǎn)速率下降。什么是最適菌體濃度？從氧的供需關(guān)系上說明如何確定發(fā)酵的最適菌體濃度？最適菌體濃度：在確定的發(fā)酵條件下，使微生物的呼吸不受抑制時的最大菌體濃度。12菌體濃度與傳氧速率成反比3菌體濃度與比生產(chǎn)速率(QP)4菌體濃度與生產(chǎn)速率(RP)先增后減pHpH？在發(fā)酵過程中依據(jù)糖氮消耗需要進展補料。在補料與調(diào)pH沒有沖突時承受補料調(diào)pHpHpH調(diào)整補糖速率，調(diào)整空氣流量來調(diào)整pHNH2-N低，pHNH2-N低，pH高時補(NH4)2SO4影響生物熱的因素有哪些？1234菌體的呼吸強度9溫度對發(fā)酵有何影響？怎樣選擇最適發(fā)酵溫度？P140答溫度影響酶的活性 溫度影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)溫度影響代謝產(chǎn)物合成方向最適溫度選擇：依據(jù)菌種 生長階段選擇依據(jù)培育條件選擇菌種的生長狀況10pH對發(fā)酵有何影響?引起pH變化的因素有哪些？影響：酶的活性基質(zhì)或中間產(chǎn)物的解離狀態(tài)發(fā)酵產(chǎn)物的穩(wěn)定性微生物細胞膜所帶電荷的轉(zhuǎn)變代謝方向 變化因素