《发酵工程与设备》课程复习题.doc

发酵工程与设备课程复习题一、名称解释1、前体 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。2、发酵生长因子 从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子3、菌浓度的测定 是衡量产生菌在整个培养过程中菌体量的变化，一般前期菌浓增长很快，中期菌浓基本恒定。补料会引起菌浓的波动，这也是衡量补料量适合与否的一个参数。4、搅拌热 ：在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关5、分批培养 ：简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出，除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。6、接种量：移入种子的体积接种量 接种后培养液的体积7、比耗氧速度或呼吸强度 单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2g菌-1h-18、次级代谢产物 是指微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质过程，这一过程的产物，即为次级代谢产物。9、实罐灭菌 实罐灭菌（即分批灭菌）将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。 10、种子扩大培养 ：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。11、初级代谢产物 是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。这一过程的产物即为初级代谢产物。12、倒种 ：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。 13、维持消耗（m） 指维持细胞最低活性所需消耗的能量，一般来讲，单位重量的细胞在单位时间内用于维持消耗所需的基质的量是一个常数。14、产物促进剂 是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂15、补料分批培养 ：在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，所以发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在工厂的实际生产中采用这种方法很多。16、发酵热 ：所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢？在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。17、染菌率 总染菌率指一年发酵染菌的批（次）数与总投料批（次）数之比的百分率。染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌，又再次染菌的批次数在内18、连续培养 ： 发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量的发酵液，使发酵罐内的体积维持恒定。达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产物浓度，限制性基质浓度都是恒定的。 19、临界溶氧浓度 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度20、回复突变 由突变型回到野生型的基因突变21、速效氮源和迟效氮源常用的无机氮源有铵盐、硝酸盐和氨水等。微生物对它们的吸收利用一般比有机氮源快，所以也称之为速效氮源。常用的有机氮源有黄豆饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉等。它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体吸收后再进一步分解代谢。微生物对它们的利用较无机氮源慢，故称迟效氮源。22、培养基 广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。23、发酵工程：利用微生物特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系，是将传统发酵于现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术集合并发展起来的发酵技术。24直接参数和间接参数直接参数是指能直接反映发酵过程中微生物的生理代谢状况的参数，如pH、DO、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2、粘度等。间接参数是指那些通过基本参数计算求得的参数，如比生长速率（）、摄氧率（OUR）、CO2释放速率（CER）、呼吸熵（RQ）、氧得率系数（YX/O）、氧体积传质速率（KLa）25临界氧浓度所谓临界氧浓度是指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。一般，发酵行业用空气饱和度（）来表示DO浓度的单位。各种微生物的临界氧值以空气氧饱和度表示，如细菌和酵母为310；放线菌为530和霉菌为1015。青霉素发酵的临界氧浓度为510空气饱和度。26发酵热在发酵过程中，引起温度变化的原因是由于发酵过程中所产生的净热量，称为发酵热（Q发酵），它包括生物热、搅拌热、蒸发热、通气热、辐射热和显热等因素。27高密度培养高密度培养是指为了获得大量产品，在培养过程中尽量增大细胞密度的一种培养方式，不同的微生物高密度培养的浓度不一样。代谢产物的合成是靠菌体（生产者）来完成的。菌量越多，自然产量也越大，但其前提条件是菌的生产力能保持在最佳状态和具备适当的生产条件，包括足够的产物合成所需的基质、前体、诱导物等和没有有害代谢物的积累。28双膜理论气体溶解于液体是一个复杂的过程，至今还未能从理论上完全了解，最早提出的、至今还在应用的是双膜理论假说。双膜理论的基本前提是：（1）气泡与包围着气泡的液体之间存在着界面，在界面的气泡一侧存在着一层气膜，在界面的液体一侧存在着一层液膜；气膜内的气体分子和液膜内的液体分子都处于层流状态，氧以浓度差方式透过双膜；气泡内除气膜以外的气体分子处于对流状态，称为气体主流，任一点的氧浓度、氧分压相等；液膜以外的液体分子处于对流状态，称为液体主流，任一点的氧浓度、氧分压相等（2）在双膜之间界面上，氧分压与溶于液体中氧浓度处于平衡关系:，（3）氧传递过程处于稳定状态时，传质途径上各点的氧浓度不随时间而变化。29发酵动力学微生物发酵过程包括微生物的生长、基质（底物）的消耗和代谢产物的形成等方面，其中微生物细胞的生长是关键。微生物的生长在各种各样的物理化学环境中，他们的生长代谢活动实际上是其对物理化学环境的一种响应。发酵动力学是对微生物生长和产物形成的描述，它研究细胞生长素率和发酵产物的合成速率以及环境对这些速率的影响的一种数学模型。30种子培养基种子扩大培养的目的是获得数量多、质量高的大量菌种，以满足发酵生产的需要。种子培养基必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子。一般种子培养基中各种营养物质的浓度也不需要太高。供孢子萌发生长用的种子培养基，可添加一些容易被吸收利用的碳源和氮源，如葡萄糖、硫酸铵、尿素、玉米浆、蛋白胨等。 此外，种子培养物将直接转入发酵罐进行发酵，为了缩短发酵阶段的适应期（延滞期），种子培养基成份还应考虑与发酵培养基的主要成份相近，使之在种子培养过程中已经合成有关的诱导酶系，这样进入发酵阶段后就能够较快地适应发酵培养基。31.清洁生产：人类在进行生产活动时，所有出发点都要考虑防止和减少污染的产生；对产品的全部生产过程和消费过程的每一环节，都要进行统筹考虑和控制，使所有环节都不产生危害环境、威胁人体健康的生产过程。二、填空题1、 微生物发酵培养（过程）方法主要有 分批 培养、补料分批 培养、连续 培养、半连续 培养四种。2、 微生物生长一般可以分为：调整期、对数期、稳定期和衰亡期。3、 发酵过程工艺控制的只要化学参数 溶解氧、PH、核酸量等.4、 发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。5、 菌种分离的一般过程 采样、富集、分离、目的菌的筛选。6、 富集培养目的就是让 目的菌 在种群中占优势，使筛选变得可能。7、 根据工业微生物对氧气的需求不同，培养法可分为 好氧培养 和 厌氧培养 两种。8、 微生物的培养基根据生产用途只要分为 孢子 培养基、种子 培养基和发酵培养基。9、 常用灭菌方法：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌10、 常用工业微生物可分为： 细菌、 酵母菌、 霉菌、 放线菌四大类。11、 发酵过程工艺控制的代谢参数中物理参数 温度、压力、搅拌转速、功率输入、流加数率和质量 等12、 环境无菌的检测方法有：显微镜检查法、肉汤培养法、平板培养法、发酵过程的异常观察法等13、 染菌原因： 发酵工艺流程中的各环节漏洞和发酵过程管理不善两个方面。14、 实验室中进行的发酵菌液体发酵方式主要有四种：试管液体培养、浅层液体培养、摇瓶培养、台式发酵罐15、 发酵高产菌种选育方法包括 （自然选育）、（杂交育种）、（诱变育种）、（基因工程育种）、（原生质体融合）。16、 发酵产物整个分离提取路线可分为：预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工加工等五个主要过程。17、 发酵过程主要分析项目如下 ：pH、排气氧、排气CO2和呼吸熵、糖含量、氨基氮和氨氮、磷含量、菌浓度和菌形态。18、 微生物调节其代谢采用 酶活性、酶合成量、细胞膜的透性。19、 工业微生物菌种可以来自 自然分离，也可以来自从微生物 菌种保藏机构 单位获取。20、 发酵工业上常用的糖类主要有 葡萄糖、糖蜜。21、 工业发酵方式根据所用菌种是单一或是多种可以分为 单一纯种 发酵和 混合 发酵。22、 种子及发酵液进行无菌状况控制常用的方法 显微镜检测法、酚红肉汤培养基法、平板画线培养法、发酵过程的异常观察法。23、 菌种的分离和筛选一般分为 采样、富集、分离、目的菌的筛选步骤。三、问答题1、发酵工程的概念是什么？发酵工程基本可分为那两个大部分，包括哪些内容?答：发酵工程是利用微生物特定性状好功能，通过现代化工程技术生产有用物质或其直接应用于工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。也可以说是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工程化的发展，由于主要利用的是微生物发酵过程来生产产品，因此也称为微生物工程。 一.发酵部分:§ 1.菌种的特征和选育 §2.培养基的特性，选择及其灭菌理论§3发酵液的特性 §4.发酵机理。 §5.发酵过程动力学 §6.空气中悬浮细菌微粒的过滤机理§7.氧的传递。溶解。吸收。理论。§8.连续培养和连续发酵的控制 二.提纯部分§ §1.细胞破碎，分离 §2.液输送，过滤. 除杂 §3.离子交换渗析，逆渗透，超滤 §4.凝胶过滤，沉淀分离 §5溶媒萃取，蒸发蒸馏结晶，干燥，包装等过程和单元操作 2.1叙述防止发酵菌种退化的具体条件措施有那些？答：（1）控制传代次数：尽量避免不必要的移种和传代，并将必要的传代降低到最低限度，以减少细胞分裂过程中所产生的自发突变几率。（2）创造良好的培养条件：如在赤霉素生产菌G.fujikuroi的培养基中，加入糖蜜、天冬酰胺、谷氨酰胺、5-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时，有防止衰退效果。（3）利用不易衰退的细胞传代：对于放线菌和霉菌，菌丝细胞常含有几个细胞核，因此用菌丝接种就易出现衰退，而孢子一般是单核的，用于接种就可避免这种现象。（4）采用有效的菌种保藏方法（5）合理的育种：选育菌种是所处理的细胞应使用单核的，避免使用多核细胞;合理选择诱变剂种类或增加突变位点，以减少分离回复突变；在诱变处理后及分离提纯化，从而保证保藏菌种的纯度。（6）选用合适的培养基 在培养基中添加某种化学物质可以防止菌种退化。或者选取营养相对贫乏的培养基在菌种保藏培养基，限制菌株的生长代谢减少变异反而发生从而防止菌种的退化。2.2发酵工程主题微生物有什么特点？答：发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力 (2)有极强的消化能力 (3)有极强的繁殖能力3.1发酵工业上常用的氮源有那些，起何作用？答：氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。 1）无机氮源种类：氨盐、硝酸盐和氨水特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化如： (NH4)2SO4 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 NH3 + 2H2O + NaOH 无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。 所以选择合适的无机氮源有两层意义： 满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的pH2）有机氮源来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响，而另一方面有机氮源的来源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和使用过程中，必须考虑原料的波动对发酵的影响3.2培养成分用量的确定有什么规律？答： （1）、参照微生物细胞内元素的比例确定。培养基的成分配比虽然千差万别，但都是用来培养某种微生物的，而不同类型的微生物细胞的成分比例其实是有一定规律的。这些规律可以在很大程度上知道培养基的基本成分配比的选择。 不同种类的微生物内某种成分的含量其实是比较稳定的。培养基最终会被微生物吸收利用，因此其成分比例可以参考该种微生物的成分比例，至少可以作为一个重要依据。另外，尽管不同种类的微生物的成分比例有一定的差异，但还是有一定共性的。所以培养基中这集中营养成分不管由什么具体物质提供，其用量基本上也符合这种关系。（2）参照碳氮比确定。如果培养基中碳源过多，不利产物的合成。同样碳源过少或氮源过少对发酵的影响也是不利的。不同种微生物碳氮比差异很大，既是同种微生物在其不同生理时期对碳氮比要求也有不同，所以最适碳氮比要通过试验确定，一般在100：（120）之间。（3）、其他因素。培养基中一些用量极少的物质一般要严格控制，不能过量。例如，维生素、微量元素、某些生长因子、前体等。具体用量要通过试验确定。培养基中的一些成分的比例会影响培养基的某些理化性质，这时要引起重视。3.3什么是培养基?发酵培养基的特点和要求？   培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。培养基能够满足产物最经济的合成。发酵后所形成的副产物尽可能的少。培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运，适合大规模储藏，能保证生产上的供应。/所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。3.4用的碳源有哪些？常用的糖类有哪些，各自有何特点？碳源:糖类（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（动、植物油）、有机酸（琥珀酸、柠檬酸、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，但是会引起葡萄糖效应糖蜜，是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。主要含有蔗糖，总糖可达50%75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。淀粉、糊精，缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的-淀粉酶。成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应。3.5什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的营养物叫生理酸性物质，若菌体代谢后能产生碱性物质的营养物称为生理碱性物质3.6常用的无机氮源和有机氮源有哪些？有机氮源在发酵培养基中的作用？常用的有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、蛋白胨等；常用的无机氮源有氨水、铵盐和硝酸盐。有机氮源在发酵培养基中的作用有：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。诱导某些酶的产生。3.7什么是前体？前体添加的方式？前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。前体使用时普遍采用流加的方法。3.8什么是生长因子？生长因子的来源？凡是微生物生长不可缺少而细胞自身不能合成的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。有机氮源是这些生长因子的重要来源3.9什么是产物促进剂？产物促进剂举例？是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。3.10培养基设计的一般步骤？   1.根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基成分；2.通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；3.当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。3.11培养基成分选择考虑的问题？1.菌种的同化能力2.代谢的阻遏和诱导3.合适的C、N比4.pH的要求4.1无菌空气在发酵中的作用是什么？生物工业对空气质量有何要求？无菌空气在发酵生产中的作用有四点：1. 给培养微生物提供氧气；2. 促进菌体在培养基中不断混合，加快生产繁殖速度；3. 维持代谢产物的均匀扩散；4. 保持发酵过程的正压操作。生物工业生产中对空气质量的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，温度，湿度，正压等要求；生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：一般要求1000次发酵周期中只允许有一次染菌，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。4.2.空气除菌有几种方法？ 热杀菌辐射杀菌静电除菌过滤除菌法：（按孔隙的大小可分为深层过滤、绝对过滤：）介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。4.3.提高空气过滤效率的措施有哪些？ 提高过滤效率的措施 1.减少进口空气的含菌数。可以从以下几个方面着手： (1)加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量； (2)提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量； (3)加强压缩前的空气预过滤。 2. 设计和安装合理的空气过滤器。3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。主要从以下几个方面入手：(1)采用无油润滑空压机； (2)加强空气的冷却，去油水；(3)提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。4.4.空气除菌中要除去水雾和油雾的原因是什么? 常用的除去水雾和油雾的设备有哪两种？ 空气除菌中除去水雾油雾的原因：否则：（1）导致传热系数降低，给空气冷却带来困难。 （2）如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵塞过滤 介质的纤维空隙，增大空气压力损失。 （3）黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会浸润介质而破坏过滤效果。离心式空气压缩机和往复式空气压缩机4.5有哪些方法可实现空气的增湿和减湿？增湿方法1.往空气中直接通入蒸汽；2.喷水；3.空气混合增湿。减湿方法1.喷淋低于该空气露点温度的冷水；2.使用热交换器把空气冷却至其露点以下；3.空气经压缩后冷却至初温，使空气减湿；4.用吸收或吸附法除掉水气，使空气减湿；5.通入干燥空气。4.6空气过滤除菌的机理 （介质过滤除菌的机理）是什么？(1)使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的(2)微生物粒子：0.52µm；深层过滤常用的过滤介质如棉花的纤维直径：1620µm；棉花纤维所形成网格的空隙：2050µm。依靠气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而导致微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力和静电引力等作用，从而把微生物截留、捕集在纤维表面上，实现过滤目的。 4.7贮气罐的作用是什么？消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。4.8列出5种常用的空气过滤介质常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。4.9 什么叫染菌，对发酵有什么影响，对提炼有什么危害？答：染菌：发酵过程中除了生产菌以外，还有其它菌生长繁殖染菌的影响：发酵过程污染杂菌，会严重的影响生产，是发酵工业的致命伤。 造成大量原材料的浪费，在经济上造成巨大损失。 扰乱生产秩序，破坏生产计划。 遇到连续染菌，特别在找不到染菌原因往往会影响人们的情绪和生产积极性。 影响产品外观及内在质量l发酵染菌对提炼的影响：染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯4.10不同时间染菌对发酵有什么影响，染菌如何控制？答：（1）种子培养期染菌：由于接种量较小，生产菌生长一开始不占优势，而且培养液中几乎没有抗生素（产物）或只有很少抗生素（产物）。因而它防御杂菌能力低，容易污染杂菌。如在此阶段染菌，应将培养液全部废弃。（2）发酵前期染菌：发酵前期最易染菌，且危害最大。原因 发酵前期菌量不很多，与杂菌没有竞争优势；且还未合成产物（抗生素）或产生很少，抵御杂菌能力弱。在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。染菌措施 可以用降低培养温度，调整补料量，用酸碱调pH值，缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。（3）发酵中期染菌 ：发酵中期染菌会严重干扰产生菌的代谢。杂菌大量产酸，培养液pH下降；糖、氮消耗快，发酵液发粘，菌丝自溶，产物分泌减少或停止，有时甚至会使已产生的产物分解。有时也会使发酵液发臭，产生大量泡沫。措施 降温培养，减少补料，密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平可以提前放罐，或者抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐，抑制杂菌。（4） 发酵后期染菌：发酵后期发酵液内已积累大量的产物，特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。因此如果染菌不多，对生产影响不大。如果染菌严重，又破坏性较大，可以提前放罐。发酵染菌后的措施：染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。灭菌方法：可通蒸汽灭菌，也可加入过氧乙酸等化学灭菌剂搅拌半小时，才放下水道。否则由于各罐的管道相通，会造成其它罐的染菌，而且直接放下水道也会造成空气的污染而导致其它罐批染菌。 凡染菌的罐要找染菌的原因，对症下药，该罐也要彻底清洗，进行空罐消毒，才可进罐。l 染菌厉害时，车间环境要用石灰消毒，空气用甲醛熏蒸。特别，若染噬菌体，空气必须用甲醛蒸汽消毒l5.1微生物发酵的种子应具备那几方面条件？答:（1）菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。（2）生理性状稳定。（3）菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要就。（4）无杂菌污染。（5）保持稳定的生产能力。5.2发酵产品的生产特点是什么，什么是种子扩大培养，其任务是什么？答：种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。种子扩大培养的任务： 现代的发酵工业生产规模越来越大，每只发酵罐的容积有几十立方米甚至几百立方米，要使小小的微生物在几十小时的较短时间内，完成如此巨大的发酵转化任务，那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。（1）发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下： 1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。 2，发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单的代谢产物。 4，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。 5，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。 7，工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。 基于以上特点，工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比，现代发酵工程除了上述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的“工程菌来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样的生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。发酵产品的生产特点： 一般操作条件比较温和；以淀粉、糖蜜等为主，辅以少量有机、无机氮源为原料；过程反应以生命体的自动调节方式进行；能合成复杂的化合物如酶、光学活性体等；能进行一些特殊反应，如官能团导入；生产产品的生物体本身也是产物，含有多种物质；生产过程中，需要防止杂菌污染；菌种性能被改变，从而获得新的反应性能或提高生产率。5.3发酵级数确定的依据是什么？答：一般由菌丝体培养开始计算发酵级数，但有时，工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数谷氨酸：三级发酵一级种子（摇瓶）二级种子 （小罐）发酵青霉素：三级发酵一级种子 （小罐）二级种子（中罐）发酵1、发酵级数确定的依据：级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响。2、级数大，难控制、易染菌、易变异，管理困难，一般2-4级。3、 在发酵产品的放大中，反应级数的确定是非常重要的一个方面5.4种子扩大培养的一般步骤？休眠孢子母斜面活化摇瓶种子或茄子瓶斜面或固体培养基孢子一级种子罐二级种子罐发酵罐5.5在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？实验室阶段培养物选择的原则：种子能扩培到一定的量和质，获得一定数量和质量的孢子/菌体。培养基的选择应该是有利于菌体的生长，对孢子培养基应该是有利于孢子的生长。在原料方面，实验室种子培养阶段，规模一般比较小，因此为了保证培养基的质量，培养基的原料一般都比较精细。生产车间阶段培养物的选择原则最终一般都是获得一定数量的菌丝体。培养基选择首先考虑的是有利于孢子的发育和菌体的生长，所以营养要比发酵培养基丰富。在原料方面：不如实验室阶段那么精细，而是基本接近于发酵培养基，这有两个方面的原因: 一是成本二是驯化5.6什么是接种量？对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少？接种量移入种子的体积/接种后培养液的体积细菌5、放线菌20 霉菌105.7什么是种龄？适宜种龄确定的依据？种龄是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。原则：对数生长期末，细胞活力强，菌体浓度相对较大，但是最终由实验结果定。5.8接种、倒种、双种？接种：接入种子罐后直接移种到发酵罐。双种：两个种子罐种子接种到一个发酵罐中。倒种：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。5.9结合具体的产品理解种子质量控制的方法，以及认识种子质量对发酵的影响？影响斜面种子质量的因素:(1)原材料质量，水质，培养基pH.(2)灭菌条件，(3)接种量，(4)温度，通风、(5)培养时间(6)有害气体或挥发物(7) 冷藏条件种子质量好：1. 缩短发酵时间、保证生产水平. 2. 无杂菌污染. 3移种至发酵后，能够迅速生长.4.泡末产生少. 5.产物生成速率大. 6.副产物合成少. 7.对下游分离纯化有利6.1什么是半连续培养，说明其优缺点。答：在补料分批培养的基础上间歇放掉部分发酵液（带放）称为半连续培养。某些品种采取这种方式，如四环素发酵优点 放掉部分发酵液，再补入部分料液，使代谢有害物得以稀释有利于产物合成，提高了总产量。缺点 代谢产生的前体物被稀释，提取的总体积增大6.2什么是菌体的生长比速？产物的形成比速？基质的消耗比速？维持消耗？菌体的比生长速率：单位重量的菌体瞬时增量=（dx/dt）/x；单位为1/h，其中x菌体浓度（g/L ）产物的形成比速：单位时间内单位菌体形成产物（菌体）的量=（dp/dt）/x,；单位为1/h，其中p产物浓度（g/L ）基质的比消耗速率:单位时间内单位菌体消耗基质的量  =（ds/dt）/x；单位为1/h，其中s底物浓度（g/L ）6.3什么是Monod方程其使用条件如何？各参数的意义与求解？当培养基中不存在抑制细胞生长的物质时，细胞的生长速率与基质浓度关系（Monod方程式）如下：=max S/（Ks+ S）：菌体的生长比速. S：限制性基质浓度. Ks：半饱和常数. max: 最大比生长速度Monod方程的参数求解(双倒数法)：将Monod方程取倒数可得：1/=1/max+ Ks/max S或S/= S/max+ Ks/max这样通过测定不同限制性基质浓度下，微生物的比生长速度，就可以通过回归分析计算出Monod方程的两个参数。6.4什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？初级代谢产物是指微生物产生的，生长和繁殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。次级代谢产物是指由微生物产生的，与微生物生长、繁殖无关的一类物质。6.5什么是一类发酵？二类发酵？三类发酵？一类发酵：产物形成与底物利用直接相关，为生长联系型，又称简单发酵型，产物直接由碳源代谢而来,产物生成速度的变化与微生物对碳源利用速度的变化是平行的，产物生成与微生物的生长也是平行的。在这些发酵过程中，菌体的生长、基质的消耗、产物的生成三个速度都有一个高峰，三高峰几乎同时出现。二类发酵：产物形成与底物利用间接相关，为部分生长联系型，又称中间发酵型，产物不是碳源的直接氧化产物，而是菌体代谢的主流产物。它的特点是在发酵的第一时期碳源大量消耗用于菌体的迅速增长而产物的形成很少或全无，第二时期碳源大量消耗用于产物的高速合成及菌体的生长。三类发酵：产物形成与底物利用不相关，为非生长联系型，又称复杂发酵型，产物的生成在菌体生长和基质消耗完以后才开始，与菌体生长不相关，与基质消耗无直接关系，所形成的产物为次级代谢产物。6.6什么是连续培养？什么是连续培养的稀释率？由于新鲜培养基不断补充，所以不会发生营养物的枯竭，另一方面，发酵液不断取出，发酵罐内的微生物始终处于旺盛的指数生长期，罐内细胞浓度X、比生长速率、以及t, pH等都保持恒定。稀释率(D):补料速度与反应器体积的比值(h-1)6.7解释连续培养富集微生物的原理？菌的积累速率=生长速率-流出速率,调节培养基,使目的菌的流出速率<生长速率,杂菌的流出速率>生长速率,就起到富集作用6.8 分批发酵微生物生长可分为几个阶段？画出分批发酵时微生物生长动力学曲线。分批发酵是一种准封闭培养的例子，是指一次性投料、接种直到发酵结束，发酵液始终留在发酵罐内。因此，分批发酵过程属于典型的非稳态过程，随着发酵初期接入微生物细胞对培养环境的适应和生长，基质将逐渐消耗，代谢产物不断积累。分批发酵过程中，微生物生长通常要经历延滞期、对数生长期、衰减期、稳定期（静止期）和衰亡期五个时期，如图所示。延迟期是指在接种后一段时间内，微生物并未增殖、细胞数目几乎保持不变的一段时期。这是因为初期微生物接种后对生长环境有一个适应过程，这个时期的长短主要取决于种子的质量、接种量以及培养基营养成分的特性和浓度。一般来说，种子应采用处于对数生长期且达到一定浓度的微生物纯培养物，能相对耐受高渗透压和低CO2分压的培养条件。在工业生产中，考虑到发酵产率、成本以及避免染菌等原因，应当采取适当措施尽量缩短延迟期。.在分批发酵的微生物生长的第二个阶段，微生物的生长速率逐渐增加，然后达到最大生长速率，这个时期称为对数（或指数）生长期。在分批培养中，微生物的生长会导致营养物耗尽，同时微生物分泌出代谢产物，这些都会明显影响微生物的继续生长。因此，经过一段时间的发酵培养后，由于营养出现限制，使微生物生长速率逐渐衰减，即微生物生长进入了衰减期，最终会出现微生物净生长速率为零，微生物进入静止期。生长停止是由于发酵液中某些主要营养物被耗尽所造成的底物限制，或某些对微生物有毒性的代谢产物在发酵液中积累造成生长受到抑制，或由于以上两种原因共同作用所致。稳定期是指微生物处于生长和死亡的动态平衡，发酵体系净生长速率等于零的时期。由于此时微生物的次级代谢十分活跃，许多次级代谢产物在此期间大量合成，微生物细胞的形态也发生较大变化如形成空泡等。衰亡期是指发酵罐内营养物质大量耗尽，对生长有害的代谢物在发酵液中大量积累的时期，出现微生物死亡、自溶，总细胞数呈负增长。在工业发酵中，一般都会选在微生物细胞开始自溶之前结束发酵。6.9、发酵、连续发酵、补料分批发酵的优缺点，在工业上如何选择正确的发酵方式。（1）优缺点1）