《發(fā)酵工程原理及技術(shù)》期末試題C及答案

《發(fā)酵工程原理及技術(shù)》期末試題C

一、填空（每空1分，共30分）

1,發(fā)酵過(guò)程的基本自控系統(tǒng)包括、

和。

2,機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的攪拌器有和兩種類型。

3,按生理狀態(tài)可將固定化細(xì)胞分為和兩種類型。

4,常用的膜分離設(shè)備包括、、

和四種類型。

5,在工程菌培養(yǎng)過(guò)程中，造成工程菌外漏的原因可能有、、

、、和。

6.動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的方法有、和0

7,膜的清洗方法有和<,

8,常見的固定化細(xì)胞反應(yīng)器有、

和。

10,研究發(fā)酵動(dòng)力學(xué)方法有和,

11,盤管試漏方法有和o

二、名詞解釋（每題4分，共20分）

1,連續(xù)發(fā)酵

2,全擋板條件

3,生物學(xué)密封

4,濃差極化

5,雙水相萃取

三、簡(jiǎn)答題（每題4分，共20分）

1，請(qǐng)推導(dǎo)單級(jí)恒化器產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)方程。

2,簡(jiǎn)述啤酒圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)缺點(diǎn)。

3,根據(jù)氧的傳質(zhì)方程，簡(jiǎn)述影響氧傳遞的因素。

4,簡(jiǎn)述等電沉淀的原理和優(yōu)缺點(diǎn)

5,簡(jiǎn)述發(fā)酵罐管路的連接方式

四、問答、計(jì)算題（每題10分，共30分）

1，目前補(bǔ)料分批發(fā)酵已成為發(fā)酵工業(yè)中最常見的一種生產(chǎn)方式，請(qǐng)論述發(fā)酵過(guò)程中補(bǔ)料控制的目的，

所補(bǔ)的物料包括哪些類型，補(bǔ)料的原則及控制策略。

2,年產(chǎn)1萬(wàn)噸谷氨酸的發(fā)酵廠，發(fā)醉產(chǎn)酸水平平均為10%,提取總收率90%,年生產(chǎn)日期為300

天，發(fā)酵周期為48小時(shí)。請(qǐng)合理選擇發(fā)酵罐的公稱容積并計(jì)算所需要的發(fā)酵罐個(gè)數(shù)，發(fā)酵罐及攪拌

器主要尺寸，發(fā)酵罐的實(shí)際容積。（發(fā)酵罐裝液系數(shù)0.75,采用標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐尺寸，橢圓形封

頭直邊高h(yuǎn)b=0.1D）封頭容積的計(jì)算公式如下

匕=?。?+他）

3,某一酶制劑廠的發(fā)酵車間連續(xù)數(shù)批出現(xiàn)染菌，染菌發(fā)現(xiàn)時(shí)間一般在18-20小時(shí)左右，經(jīng)鏡檢確認(rèn)

所染雜菌為單一的芽抱桿菌，請(qǐng)分析導(dǎo)致染菌的可能原因并說(shuō)明理由，同時(shí)請(qǐng)?zhí)岢鼋鉀Q措施。

答案

一、填空（每空1分，共30分）

1,發(fā)酵過(guò)程的基本自控系統(tǒng)包括前饋控制、

反（后）饋控制和自適應(yīng)控制O

2,機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的攪拌器有和軸向兩種類型。

3,按生理狀態(tài)可將固定化細(xì)胞分為固定化活細(xì)胞和固定化死細(xì)胞兩種類型。

4,常用的膜分離設(shè)備包括^、中空、

__________途式___________________和平:板式四種類型。

5,在工程菌培養(yǎng)過(guò)程中，造成工程菌外漏的原因可能有接種、取樣、

機(jī)械密封、排氣、培養(yǎng)后滅菌和排液.

6,動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的方法有懸浮、固定化和微載體。

7,膜的清洗方法有化學(xué)和機(jī)械o

8,常見的固定化細(xì)胞反應(yīng)器有細(xì)胞再循環(huán)、填充床、

流化床和絮凝細(xì)胞系統(tǒng)O

10,研究發(fā)酵動(dòng)力學(xué)方法有宏觀處理法和質(zhì)量平衡法__________O

1L盤管試漏方法有水壓和氣壓o

二、名詞解釋（每題4分，共20分）

L連續(xù)發(fā)酵：

培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，并同時(shí)放出含有產(chǎn)品的相同體積發(fā)酵液，使發(fā)酵罐內(nèi)料液量維持恒定,

微生物在近似恒定狀態(tài)（恒定的基質(zhì)濃度、恒定的產(chǎn)物濃度、恒定的pH、恒定菌體濃度、恒定的比

生長(zhǎng)速率）下生長(zhǎng)的發(fā)酵方式。（2分）

優(yōu)點(diǎn)：能維持低基質(zhì)濃度；可以提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間的產(chǎn)量；便于自動(dòng)控制。（1分）

缺點(diǎn)：菌種發(fā)生變異的可能性較大；要求嚴(yán)格的無(wú)菌條件。（1分）

2,全擋板條件：

是指在一定轉(zhuǎn)數(shù)下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。要達(dá)到全擋板條件必須滿足下式要求：（2

分）

（卷）2=生鏟2Z=0.5

式中D——?的直徑（亳米）

N——擋板數(shù)

歹—擋板寬度（亳米）

（2分）

3,生物學(xué)密封

要求用只有在特殊培養(yǎng)條件下才能生存的宿主，同時(shí)用不能轉(zhuǎn)移至其它活細(xì)胞的載體，通過(guò)這樣組

合的宿主載體系統(tǒng)，可以防止重組菌向外擴(kuò)散。（3分）

按密封程度分B1和B2級(jí)，B2級(jí)的密封要求最嚴(yán)格。（1分）

4,濃差極化

當(dāng)溶劑透過(guò)膜，而溶質(zhì)留在膜上，因而便膜面濃度增大，并高于主體中濃度這種濃度差導(dǎo)致溶質(zhì)自

膜面反擴(kuò)散至主體中，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。（3分）

濃差極化是可逆，即變更操作條件可以使?jié)獠顦O化消除（1分）

5,雙水相萃取

雙水相系統(tǒng)是指某些高聚物之間或高聚物與無(wú)機(jī)鹽之間在水中以適當(dāng)?shù)臐舛热芙鈺?huì)形成互不相溶的

兩水相或多水相系統(tǒng)。通過(guò)溶質(zhì)在雙水相間的分配系數(shù)的差異而進(jìn)行萃取的方法即為雙水相萃取。

（2分）

優(yōu)點(diǎn)：易于放大；雙水相系統(tǒng)之間的傳質(zhì)過(guò)程和平衡過(guò)程快速，因此能耗較小，可以實(shí)現(xiàn)快速分離;

易于進(jìn)行連續(xù)化操作；相分離過(guò)程溫和，生化分子如酶不易受到破壞；選擇性高、收率高：操作條件

溫和。（2分）

三、簡(jiǎn)答題（每題4分，共20分）

1,請(qǐng)推導(dǎo)單級(jí)恒化器產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)方程。

積累的產(chǎn)物=（生成-流出）的產(chǎn)物（1分）

哼八（第生成-FP0）（1分）

???（第生成=丫".或"x（2）（1分）

將⑵代入⑴，得

—=Yp/x"'P⑶u分）

=rpx-D-p(4)

2,述啤酒圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)（2分）

加速發(fā)酵，C.C.T發(fā)酵和傳統(tǒng)發(fā)酵相比，由于發(fā)酵基質(zhì)（麥汁）和酵母對(duì)流獲得強(qiáng)化，可加速發(fā)酵。

廠房投資節(jié)省。

冷耗節(jié)省。

C.C.T發(fā)酵可依賴CIP自動(dòng)程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。

缺點(diǎn)（2分）

酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低（只能使用5飛代）；

貯酒時(shí)，澄清比較困難（特別在使用非凝聚性酵母），過(guò)濾必須強(qiáng)化；

若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一致，?般要b7d以上，短期貯酒不能保證溫度一致。

3,根據(jù)氧的傳質(zhì)方程，簡(jiǎn)述影響氧傳遞的因素。

供氧：（2分）

OTR-=kLa（C-Cl）

耗氧：y=Qo^

影響因素：（2分）

攪拌

空氣流速

空氣分布管

發(fā)酵罐內(nèi)液柱的高度，氧分壓

發(fā)酵液的性質(zhì)及溫度

泡沫和消泡劑

4,簡(jiǎn)述等電沉淀的原理和優(yōu)缺點(diǎn)

原理：等電點(diǎn)沉淀法主要利用兩性分子上的電中性時(shí)溶解度最低，而各種兩性分子具有不同等電點(diǎn)

而進(jìn)行分離的一種方法。兩性分子在處于等電點(diǎn)時(shí)的pH值，再加上其他沉淀因素，則很易沉淀析

出。（2分）

優(yōu)點(diǎn)二很多蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)都在偏酸性范圍內(nèi)，而無(wú)機(jī)酸通常價(jià)較廉，井且某些酸，如磷酸、鹽酸

和硫酸的應(yīng)用能為蛋白質(zhì)類食品所允許。同時(shí)，?？芍苯舆M(jìn)行其他純化操作，無(wú)需將殘余的酸除去。

（1分）

缺點(diǎn)：酸化時(shí),易使蛋白質(zhì)失活，這是由于蛋白質(zhì)對(duì)低pH比較敏感。（1分）

5,簡(jiǎn)述發(fā)酵罐管路的連接方式

螺紋

焊接

法蘭

四、問答、計(jì)算題（每題10分，共30分）

I,目前補(bǔ)料分批發(fā)酵己成為發(fā)酵工業(yè)中最常見的一種生產(chǎn)方式，請(qǐng)論述發(fā)酵過(guò)程中補(bǔ)料控制的目的，

所補(bǔ)的物料包括哪些類型，補(bǔ)料的原則及控制策略。（2分）

目的：解除基質(zhì)過(guò)濃的抑制；解除產(chǎn)物的反饋抑制；解除葡萄糖分解代謝阻遏效應(yīng)（2分）

類型：補(bǔ)充微生物能源和碳源的需要：補(bǔ)充菌體所需要的氮源；補(bǔ)充微量元素或無(wú)機(jī)鹽。（2分）

原則：控制微生物的中間代謝，使之向著有利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在中間補(bǔ)

料控制時(shí)，必須選擇恰當(dāng)?shù)姆答伩刂茀?shù)和補(bǔ)料速率。（2分）

策略：大多數(shù)補(bǔ)料分批發(fā)酵均補(bǔ)加生長(zhǎng)限制性基質(zhì)（4分）

-以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)控制流加；

-以pH、尾氣、溶氧、產(chǎn)物濃度等參數(shù)間接控制流加；

-以物料平衡方程，通過(guò)傳感器在線測(cè)定的一些參數(shù)計(jì)算限制性基質(zhì)的濃度，間接控制流

-用傳感器直接測(cè)定限制性

（此題要求在上述回答的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)展開，如未展開，扣2分）

2,年產(chǎn)1萬(wàn)噸谷氨酸的發(fā)酵廠，發(fā)醉產(chǎn)酸水平平均為10%,提取總收率90%,年生產(chǎn)日期為300

天，發(fā)酵周期為48小時(shí)。請(qǐng)合理選擇發(fā)酵罐的公稱容積并計(jì)算所需要的發(fā)酵罐個(gè)數(shù)，發(fā)酵罐及攪拌

器主要尺寸，發(fā)酵罐的實(shí)際容積。（發(fā)酵罐裝液系數(shù)0.75,采用標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)攪拌發(fā)酵尺寸，橢圓形封頭

直邊高h(yuǎn)b=0.1D）封頭容積的計(jì)算公式如下

⑴每日的產(chǎn)量=10000/300=33.33噸（5分）

每日所需發(fā)酵液的量=100/（0.1X0.9）=370.4米3

則每日所需發(fā)酵罐容積=370.4/0.75=493.87米3

取發(fā)酵罐的公稱容積為100米3或250米3

則每日需要5或2個(gè)發(fā)酵罐

發(fā)酵周期為2天，考慮放罐洗罐等輔助時(shí)間，整個(gè)周期為3天。

則所需發(fā)醉罐的總數(shù)=5X3+1=16個(gè)或2X3+1=7

⑵采用標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)攪拌發(fā)酵尺寸，即各部分比例尺寸為：（5分）

DFD/3,H產(chǎn)2DHoDiHo

由發(fā)酵罐全容積計(jì)算公式計(jì)算發(fā)酵罐的實(shí)際容積：