发酵工艺学-课后题(共6页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章1按照现代观点，发酵的定义是什么？通过微生物的生长代谢活动，产生和积累人们所需代谢产物的一切微生物培养过程通称为发酵。2历史上哪位科学家阐明了发酵的化学本质，按照他的观点，发酵的化学本质是什么？1897年巴克纳（Buchner）阐明了微生物发酵的化学反映本质，证明了乙醇发酵是酵母细胞中的酶催化了一系列化学反应的结果。3按发酵类型可将微生物发酵产品分为哪几类？以微生物菌体为产品的微生物发酵；以酶制剂和酶调节剂为产品的微生物发酵；以微生物的代谢产物为产品的微生物发酵；此外，还包括微生物转化发酵、工程菌、工程细胞的产物的发酵等。4采用液体深层培养法生产微生物发酵产品时

2、，主要包括哪些工艺过程？菌种孢子制备种子制备发酵发酵液预处理提取精制成品检验成品包装第三章速效碳源与迟效碳源：葡萄糖、蔗糖等被微生物利用的速度较快的碳源为速效碳源；而乳糖、淀粉等被利用的速度相对较为缓慢的为迟效碳源。速效氮源与迟效氮源：无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮可直接被菌体吸收利用，被称为速效氮源；花生饼粉、酵母膏等有机氮源中所含的氮存在于蛋白质中，必须在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸和多肽以后，才能被菌体直接利用，被称为迟效氮源。生理酸性物质与生理碱性物质：经过微生物代谢作用后，能形成酸性物质的营养成分称为生理酸性物质；同理。诱导物（inducer）：一般是指一些特殊

3、的小分子物质，在微生物发酵过程中添加这些小分子物质后，能够诱导代谢产物的生物合成，从而显著提高发酵产物的产量。前体（precursor）：在微生物代谢产物的生物合成过程中，有些化合物能直接被微生物利用构成产物分子结构本身的一部分，而化合物本身的结构没有多大变化。促进剂（accelerant）在发酵培养基中加入某些微量的化学物质，可促进目的代谢产物的合成。抑制剂（inhibitor）在发酵过程中加入某些化学物质会抑制某些代谢途径的进行，同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需的某种代谢产物，或使正常代谢的中间产物积累起来。孢子培养基：供菌种繁殖孢子用的培养基。种子培养基：供孢子发芽和大量繁殖菌

4、丝体用的培养基。发酵培养基：供菌种在进一步的生长繁殖后生物合成目的产物用的培养基。补料培养基：在补料分批发酵过程中，间歇或连续补加的、含有一种或多种培养基成分的新鲜料液。1孢子培养基、种子培养基和发酵培养基在营养需求上有什么不同？孢子营养要求：1）营养成分不要太丰富，碳源和氮源的浓度要低，否则不易产生孢子；2）无机盐浓度要低，否则会影响孢子量和孢子颜色。3）培养基的pH和湿度要适宜，否则孢子的生长量会受到影响。种子营养要求：1营养成分要比较丰富和完全，含容易被利用的碳源、氮源无机盐和维生素等。2培养基的组成能维持pH在一定范围内，以保证菌体生长时的酶活力。3营养物质的总浓度以略稀薄为宜，以保持

5、一定溶氧水平，有利于大量菌体的生长繁殖。4最后一级种子培养基的营养成分要尽可能接近发酵培养基的成分，使种子进入发酵培养基后能迅速适应，快速生长。发酵营养要求：营养物质的组成比较丰富，浓度恰当；在一定条件下，所采用的各种原材料彼此之间不能产生化学反应，理化性质相对稳定；粘度适中，具有适当的渗透压；要考虑所选用的原材料品种和浓度与代谢产物生物合成过程中的调节关系，要利于主要产物的生物合成并维持较长时间的最高生产速率，不需要的产物合成速率降至最低；生产过程中，既不影响通气与搅拌的效果，又不影响或稍影响产物的分离精制和废物处理；大生产中选用的原材料尽量做到因地制宜，质忧价廉，成本低。2试述培养基的筛选

6、方法及其应用。单因子实验法、正交试验、均匀设计。应用：分析推断优化培养基的组分和浓度，还可以考察个因子之间的交互作用。3论述影响培养基质量的因素。原材料质量、水质、灭菌、培养基黏度。第四章1发酵工业中灭菌的目的是什么？防止发酵过程染菌，确保正常生产。2湿热灭菌有哪些特点？价格低廉，来源方便，灭菌效果可靠，所以它是最基本的灭菌方法。3什么是热阻？什么是相对热阻？热阻是指微生物在某一种特定条件下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。4介质过滤除菌的主要机制是什么？空气气流流速大时，气流中的微粒具有较大的惯性力。当微粒随气流以一定速度向纤维垂

7、直运动因受纤维阻挡而急剧改变运动方向时，由于微粒具有的惯性作用使它们仍然沿原来方向前进碰撞到纤维表面，产生摩擦粘附而使微粒被截留在纤维表面，这种作用亦称惯性碰撞截留。5工业生产中采用高温快速灭菌的依据是什么？由于它使微生物的蛋白质和核酸等重要生物高分子发生变性、破坏，例如它可使核酸发生脱氨、脱嘌呤或降解，以及破坏细胞膜上的类脂质成分等。6连续灭菌(continuous sterilization)将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、 保温和冷却而进行灭菌。优点：1.采用高温快速灭菌法2.可以把培养基按其性质分开灭菌3.有利于自动控制4.节省冷却水缺点：1.投资费用高2.对物

8、料要求高3.蒸汽用量大分批灭菌(batch sterilization)：配好的培养基输入发酵罐内，经过间接蒸汽预热， 然后直接通入饱和蒸汽加热，使培养基和设备一起灭菌，达到要求的温度和压力后维持一段时间，在冷却至发酵要求的温度。优点：1.不需附加设备2.蒸汽利用率高3.节约劳动力缺点1.培养基质量比较差2.罐的利用率低3. 冷却水用量大7空气过滤除菌的流程中有哪些设备？这些设备各有什么用？采风塔 粗过滤器 通风设备 空气储罐 冷却器 气液分离设备-旋风分离器 加热器。 第五章 重点章节1孢子制备和种子制备的一般过程有哪些？孢子培养：母瓶：活化、纯化，使保藏菌种生长，并去处变异株。所以接种时要

9、稀一点、便于纯化生长到单菌落。子瓶: 大量繁殖，得到大量孢子。接种：从母斜面上点接种，选取生长好的单菌落 接种时密一点，得到大量的孢子种子制备过程：实验室阶段：不用种子罐，所用的设备为培养箱、摇床等实验室常见设备，在工厂这些培养过程一般都在菌种室完成，因此将这些培养过程称为实验室阶段的种子培养。生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进行，一般在工厂归为发酵车间管理，因此称这些培养过程为生产车间阶段。2影响孢子质量和种子质量的主要因素有哪些？如何控制？（P93-P98）孢子质量：培养基 培养温度和湿度 培养时间和冷藏时间 接种量种子质量：培养基 培养条件 种龄 接种量 种子质量标准 种子异常分析3菌

10、种保藏的目的和原理是什么？主要有哪些保藏方法？微生物菌种的保藏：目的：一个优良的菌种被选育出来后，要保持其生产性能的稳定，不污染杂菌，不死亡，这是菌种保藏的主要目的。原理：根据菌种的生理生化特性，人工创造条件使菌体的代谢活动处于休眠状态。创造有利于休眠状态的环境条件，以降低菌种的代谢活动，减少菌种变异，达到长期保存的目的。干燥保藏法 悬液保藏法 石蜡油封存法 沙土管 低温保藏：低温、液氮、冻干 斜面保藏法和穿刺保藏法第六章摄氧率：（OUR; Oxygen Utilization Ratio)：单位时间内单位体积培养液中微生物摄取氧的量。呼吸强度：比耗氧速率-相对于单位质量的干菌体在单位时间内所

11、消耗的氧量。也称呼吸强度 呼吸临界氧浓度：在溶氧浓度低时，呼吸强度随溶解氧浓度的增加而增加，当溶氧浓度达到某一值后，呼吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化，此时的溶氧浓度称为呼吸临界氧浓度。2影响微生物需氧量的因素有哪些？并解释其原因。1）微生物种类：种类不同，其生理特性不同，代谢活动中的需氧量也不同2）培养基的组成与种类:培养基的组成对菌种的需氧量有显著的影响，碳源的种类和浓度影响尤为显著。一般而说，碳源浓度在一定范围内，需氧量随碳源浓度的增加而增加。3）菌龄;不同菌种需氧量情况各异；同一菌种不同菌龄，其需氧程度也不同；一般菌龄低者，呼吸强度高。 例如；菌龄为24小时的产黄青霉呼吸强度最高4）

12、培养条件： pH、温度等 一般温度愈高，营养越丰富，临界值也相应越高 5）有毒产物的形成与积累CO2是菌体代谢产生的气态终产物，它的生成与菌体的呼吸作用密切相关。CO2在水中的溶解度是氧的30倍，因而发酵过程中不及时将培养液中的CO2排出，势必影响菌的呼吸，进而影响菌的代谢。3发酵液气泡中的氧传递到微生物细胞内，并完成氧化过程都要克服哪些传递阻力？答1供氧方面的阻力1）气膜阻力（ 1/k1 ; 1/KG）：为气体主流及气-液界面的气膜阻力，与空气情况有关。2）气液界面阻力（1/k2；1/KI）：与空气情况有关，只有具备高能量的氧分子才能透到液相中去，而其余的则返回气相。3）液膜阻力（1/k3;

13、 1/KL ）：为从气-液界面至液体主流间的液膜阻力，与发酵液的成分和浓度有关。4）液流阻力（1/k4; 1/KLB）：液体主流中传递的阻力；也与发酵液的成分和浓度有关。2耗氧方面的阻力1）细胞周围液膜阻力（1/k5; 1/KLC）与发酵液的成分和浓度有关。2）菌丝丛或团内的扩散阻力（1/k6; 1/KA） 与微生物的种类、生理特性状态有关，单细胞的细菌和酵母菌不存在这种阻力；对于菌丝，这种阻力最为突出。3）细胞膜的阻力（1/k7; 1/KW）： 与微生物的生理特性有关。4）细胞内反应阻力（1/k8; 1/KR） 氧分子与细胞内呼吸酶系反 应时的阻力；与微生物的种类、生理特性有关。4影响液相体

14、积氧传递系数的因素有哪些？这些因素与Kla有什么关系？（P110）答1搅拌功率：2空气流速：正比3发酵液的物理性质：与黏度成反比4泡沫的影响：降低5空气分布器形式和发酵罐结构：5发酵过程中搅拌的作用有哪些？1）把从空气管中引入发酵罐的空气打成碎泡，增加气-液接触面积“a”,亦即增加氧的传递面积。2）使液体形成涡流，从而延长气泡在液体中的停留时间。3）增加液体的湍流程度，降低气泡周围的液膜阻力和液体主流中的流体阻力，从而增大KLa值。4) 减少菌丝结团现象，降低细胞壁表面的液膜阻力，改变细胞对氧和营养物质的吸收，同时降低细胞周围“废物”和“废气”的浓度，有利于微生物的代谢。5)是发酵罐内的温度和

15、营养物质浓度达到均一，使系统充分混合。6如何测定发酵罐上的摄氧率和Kla？P115摄氧率r=（单位时间内通入罐内氧气的量单位时间内由发酵罐排出的氧气的量）/发酵液体积Kla=r/(C*-CL) C*=4CL第七章发酵热：所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。净热量：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。生物热：在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的形式散发

16、出来，这散发出来的热就叫生物热。机械性泡沫：存在于发酵液表面与发酵液有明显的界限。在发酵早期，由原材料中含氧有机物形成的。液态泡沫：均匀分布在发酵液中，与发酵液无明显界限，多出现在发酵后期，与菌体粘度有关。比生长速率：mol/(g h)或g/(g h)；它表示细胞合成产物的速度或能力，可以作为判断微生物合成代谢产物的效率。比生产速率Qp：单位时间单位重量菌体所合成的产物量。2发酵过程中的代谢参数主要有哪几类？每类主要有哪些参数？物理：温度、压力、搅拌转速、搅拌功率、空气流量、表观黏度。化学：pH、基质浓度、产物浓度、溶解氧浓度、废气中氧含量、废气中CO2含量、DNA含量、关键酶。生物：菌体浓度

17、、菌丝形态（形状、粗细、染色深浅、脂肪颗粒、空泡）3按操作方式的不同，发酵可分为哪几种类型？分批发酵：一次性投入料液，发酵过程中不补料，一直到放罐。优点是：1）发酵工艺简单，发酵过程容易控制2）发酵过程中可以观察到发酵参数与菌体生长或与产物合成的变化关系，从而为优化发酵工艺条件提供依据。缺点是：发酵产量低。补料分批发酵：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。优点： 在这样一种系统中可以维持低的基质浓度，避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通过补控控制达到最佳的生长和产物合成条件；还可以利用计算机控制合理的补料速率，稳定最佳生产工艺。缺点： 由于没有物料取出，产物

18、的积累最终导致比生产速率的下降。由于有物料的加入增加了染菌机会适用范围：补料分批发酵广泛应用于抗生素、氨基酸、酶蛋白、核苷酸、有机酸及高聚物等的生产。连续发酵：是指以一定的速率向发酵液中添加新鲜培养基的同时，以相同的速率流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定不变，使培养物在近似恒定状态下生长的培养方法。4次级代谢产物发酵过程可分为那几个阶段，每个阶段有什么特点？a.菌体生长阶段：生产菌接种至发酵培养基后，在合适的培养条件下，经过一定时间的适应，就开始生长和繁殖，经过对数生长期，达到稳定期。b.产物合成阶段：此阶段主要合成次级代谢产物。在此期间，产物的产量逐渐增多，直至达高峰，生产速率也达到最

19、大，直至产物合成能力衰退。c.菌体自溶阶段：此阶段的菌体衰老、细胞开始自溶，氨氮含量增加，pH上升，产物合成能力衰退，生产速率下降。5发酵中影响菌体浓度的因素有哪些？菌体的浓度与次级代谢产物的产量有什么关系？影响：（1）微生物的种类和自身的遗传特性的影响。（细菌45min，酵母菌min，真菌3h） （2）营养物质和环境条件有密切关系。营养物质均存在一个上限浓度，在此限度以内，菌体比生长速率则随浓度增加而增加，但超过此上限，浓度继续增加，反而会引起生长速率下降。这种效应通常称为基质抑制作用。有机氮源有利于菌体生长。（3）培养条件：温度，通气量，pH关系：1、在一定的条件下，发酵产物的产量与菌体浓

20、度呈正相关。RpQpX ，Rp生产速率(单位时间单位体积发酵液中产生的产物量) ，X菌体浓度， Qp比生产速率2、菌体浓度过高时，则降低代谢产物的产量。原因:（1）营养物质的过度消耗和CO2的大量积累，导致菌体的比生产速率下降。（2）菌浓过高，摄氧率增加，溶氧下降，比生产速率下降。6什么是最适菌体浓度？从氧的供需关系上说明如何确定发酵的最适菌体浓度？最适菌体浓度：在一定的发酵条件下，使微生物的呼吸不受抑制时的最大菌体浓度。 1菌体浓度与摄氧率成正比2菌体浓度与传氧速率成反比3菌体浓度与比生产速率(QP)开始不影响后成反比4菌体浓度与生产速率(RP)先增后减7发酵过程中补入氮源或碳源会对pH产生

21、怎样的影响？怎样利用补料控制pH？在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH(1) 调节补糖速率，调节空气流量来调节pH (2) 当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4 8影响生物热的因素有哪些？1菌种的特性2菌种的生长阶段3营养物质的种类和浓度4菌体的呼吸强度9温度对发酵有何影响？怎样选择最适发酵温度？P140答 温度影响酶的活性 温度影响发酵液的物理性质 温度影响代谢产物合成方向最适温度选择：根据菌种 生长阶段选择 根据培养条件选择 菌种的生长情况10 pH对发酵有何影响?引起pH

22、变化的因素有哪些？影响：酶的活性 基质或中间产物的解离状态 发酵产物的稳定性 微生物细胞膜所带电荷的改变代谢方向 变化因素：菌种遗传特性 培养基的成分 发酵工艺条件11可采用哪些方法控制发酵的pH？答：调整发酵培养基的组成 补料 在发酵培养基中加入pH缓冲剂 改变发酵条件 直接补加酸碱12影响泡沫形成的因素有哪些？答：通气和搅拌 培养基和原材料 培养基灭菌时间（时间越长越容易产生泡沫） 发酵液物理性质（黏度、表面张力）13常用的消泡剂有哪几类？答：天然油脂类、聚醚类、高碳醇（酯）类、硅酮类。第八章初级代谢产物：微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物次级代谢产物：与菌体的生长繁殖无明确关系的代谢产物

23、，既不参与细胞结构，也不是储存养料。分叉中间体：在微生物的代谢过程中，既可以被微生物用来合成初级代谢产物，也可以被用来合成次级代谢产物的中间体被称作分叉中间体。2次级代谢产物有哪些特点?答1特定菌种产生的代谢产物2菌体特定的生长阶段的代谢产物3多组分的混合物3次级代谢产物为什么常常是多组分的混合物?答1酶对底物要求的特异性不强2酶对底物作用的不完全3同一底物可以被多种酶催化4聚酮体生物合成的起始单位有哪些?延长单位有哪些？起始单位：乙酰辅酶A、丙酰辅酶A和丁酰辅酶A延长单位：丙二酰辅酶A、甲基丙二酰辅酶A、乙基丙二酰辅酶A等5次级代谢产物生物合成的主要过程是什么？答1构建单位的合成2构建单位的连接3产物合成后的修饰第九章1次级代谢产物生物合成的主要调控机制有哪些？诱导调节、反馈调节、碳分解产物调节、氮分解产物调节、磷酸盐调节、生长速率调节以及化学调节因子的调节。2灰色链霉菌中的A因子，其化学名称是什么？它调控的表型有哪些？调控的机制是什么？化学名称2-异辛酰基-3-羟甲基-丁调控表型：合成链霉素、产生链霉素抗性、黄色色素、孢子形成专心-专注-专业