發(fā)酵工程復(fù)習(xí)資料.doc

發(fā)酵工程復(fù)習(xí)資料第一章 緒論1、發(fā)酵及發(fā)酵產(chǎn)品各包括哪些類型？答案要點(diǎn)： 一）發(fā)酵的類型：按發(fā)酵原料分類：糖類物質(zhì)發(fā)酵、石油發(fā)酵、廢水發(fā)酵； 按發(fā)酵形式分類：固體發(fā)酵、液體發(fā)酵； 按發(fā)酵工藝流程分類：分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵、流加發(fā)酵； 按發(fā)酵過(guò)程對(duì)氧的需求分類：厭氧發(fā)酵、通風(fēng)發(fā)酵； 按發(fā)酵產(chǎn)物分類：氨基酸發(fā)酵、有機(jī)酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵、 維生素發(fā)酵、酶制劑發(fā)酵 二）發(fā)酵產(chǎn)品的類型：以菌體為產(chǎn)品、以微生物的酶為產(chǎn)品、以微生物的代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品、生物轉(zhuǎn)化過(guò)程2、了解發(fā)酵工程的組成、基本要求及主要特點(diǎn)。答案要點(diǎn)： 一）組成：上游工程：菌種選育、種子培養(yǎng)、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)與制作、接種等。 發(fā)酵工程：發(fā)酵培養(yǎng)。 下游工程：產(chǎn)物的提取純化、副產(chǎn)品的回收、廢物處理等。 二）基本要求：發(fā)酵設(shè)備、合適的菌種、合適的培養(yǎng)基、有嚴(yán)格的無(wú)菌生長(zhǎng)環(huán)境 三）主要特點(diǎn)：1）發(fā)酵過(guò)程一般來(lái)說(shuō)都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件簡(jiǎn)單；2）發(fā)酵所用的原料主要以再生資源為主；3）發(fā)酵過(guò)程通過(guò)生物體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式來(lái)完成的，反應(yīng)的專一性強(qiáng)，因而可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物；4）獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品；5）投資少，見(jiàn)效快，經(jīng)濟(jì)效率高；6）維持無(wú)菌條件是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵；7）環(huán)境污染小。3、為什么說(shuō)發(fā)酵工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要的地位？答案要點(diǎn)： 因?yàn)榘l(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品、能源、化工、冶金、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面均有著十分重要的作用，例如：抗生素的生產(chǎn)；飲料食品等的制造；沼氣、微生物采油、生物肥料、生物農(nóng)藥以及三廢處理等方面都有很重要的應(yīng)用。所以說(shuō)發(fā)酵工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要的地位。4、了解發(fā)酵工業(yè)的類型及必備條件。答案要點(diǎn)： 一）發(fā)酵工業(yè)類型： 食品發(fā)酵工業(yè)：食品、酒類1）傳統(tǒng)分類 非食品發(fā)酵工業(yè)：抗生素、有機(jī)酸、氨基酸、酶制劑、核苷酸、單細(xì)胞蛋白 釀造業(yè)：利用微生物生產(chǎn)具有較高風(fēng)味要求的發(fā)酵食品。2）現(xiàn)代分類 發(fā)酵工業(yè)：經(jīng)過(guò)微生物純種培養(yǎng)后，提煉、精 制而獲得成分單純、無(wú)風(fēng)味要求的 產(chǎn)品。 如：抗生素、檸檬酸、酶制劑、酒精等。 二）發(fā)酵工業(yè)必備條件： 1）適宜的微生物菌種； 2）滿足微生物生長(zhǎng)的條件：培養(yǎng)基、生長(zhǎng)溫度、pH值、 溶解氧的濃度等。 3）微生物發(fā)酵廠房、設(shè)備； 4）產(chǎn)品提取、精制的方法與設(shè)備。5、 定義： 1）發(fā)酵：利用培養(yǎng)生物細(xì)胞來(lái)獲得產(chǎn)物的全過(guò)程。 2）發(fā)酵工程：采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一種新技術(shù)。 3）發(fā)酵工業(yè)：利用生物生命活動(dòng)中產(chǎn)生的酶來(lái)加工原料中的有機(jī)或無(wú)機(jī)物而獲得新產(chǎn)品的工業(yè)。 4）生物轉(zhuǎn)化：生物催化劑（生物細(xì)胞或其產(chǎn)生的酶）將一種化合物轉(zhuǎn)化成化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，但在經(jīng)濟(jì)上更有價(jià)值的化合物的過(guò)程。 第二章 發(fā)酵原料及處理1、名詞解釋糊化：在溫水中，淀粉顆粒無(wú)限膨脹形成均一的黏稠液體的現(xiàn)象。液化：淀粉糊化后，如果提高溫度至130，由于支鏈淀粉的全部（幾乎）溶解，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)徹底破壞，淀粉溶液的黏度迅速下降，變?yōu)榱鲃?dòng)的性較好的醪液的現(xiàn)象。糖化：用糖化酶講糊精和低聚糖徹底水解成葡萄糖的過(guò)程。老化（回生）：液化了的淀粉醪液在溫度降低時(shí)，黏度會(huì)逐步增加，降到60時(shí)，變得非常黏，到55以下會(huì)變成凝膠，時(shí)間一長(zhǎng)，則會(huì)重新產(chǎn)生部分結(jié)晶的現(xiàn)象。對(duì)數(shù)殘留定律：在微生物滅菌過(guò)程中，其減少量隨殘留活菌數(shù)的減少而遞減，即微生物的死亡速率與任一瞬時(shí)殘存的活菌數(shù)成正比： dN / dt =kN 此即為對(duì)數(shù)殘留定律。DE值：葡萄糖值，液化液或糖化液中的還原糖含量（葡萄糖）占干物質(zhì)的百分率為DE值。實(shí)消：分批滅菌即實(shí)消，是在每批培養(yǎng)基全部流入發(fā)酵罐后，就在罐內(nèi)通入蒸汽加熱至滅菌溫度，維持一定時(shí)間，將發(fā)酵罐和培養(yǎng)基同時(shí)滅菌，再冷卻到接種溫度備用。連消：連續(xù)滅菌也叫連消，就是將培養(yǎng)基向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時(shí)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。雙酶糖化法：即酶解法，用專一性很強(qiáng)的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的方法。 2、工業(yè)發(fā)酵原料有哪些？淀粉質(zhì)原料處理的方法有哪些？為什么要預(yù)處理？答案要點(diǎn)： 一）發(fā)酵工業(yè)原料類型：1）淀粉質(zhì)原料（糧食原料） 2）糖質(zhì)原料 3）纖維質(zhì)原料 4）石油化工產(chǎn)品 5）其他：野生植物類 二）淀粉質(zhì)原料的處理方法：預(yù)處理（除雜、粉碎）淀粉糊化（水熱處理、焙炒法、膨化法、低溫蒸煮法）淀粉糖化（酸解法、酶解法、酸酶結(jié)合法） 三）預(yù)處理的目的：除雜的目的：除去原料中的金屬、石塊、沙子、泥土、雜草等。 粉碎的目的：改變?cè)系臓顟B(tài)，增加物料表面積，有利于原料細(xì)胞中的淀粉顆粒從細(xì)胞中游離出來(lái)。3、淀粉水解糖的制備方法有哪些？各有何特點(diǎn)？答案要點(diǎn)：一）酸解法及其特點(diǎn)：酸解法：以酸（無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸）為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解為葡萄糖的方法。特點(diǎn)：對(duì)設(shè)備的要求：耐腐蝕、耐高溫、耐高壓。 對(duì)淀粉原料要求較嚴(yán)格：淀粉顆粒不宜過(guò)大，大小要均勻。 淀粉的轉(zhuǎn)化率較低。 淀粉乳濃度高，淀粉轉(zhuǎn)化率低，二）酶解法及其特點(diǎn)：酶解法（雙酶糖化法）：用專一性很強(qiáng)的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的方法。特點(diǎn)：酶解反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)（48 h）； 需要設(shè)備較多； 糖液過(guò)濾困難。 隨著酶制劑生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的提高，酶制劑的大量生產(chǎn)，酶法制糖逐漸取代酸法制糖已是淀粉水解制糖的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。 三）酸酶結(jié)合法及其特點(diǎn)： 1）酸酶法：先將淀粉酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶將其水解成葡萄糖的方法。 特點(diǎn)：適用原料：淀粉粒堅(jiān)硬的谷物原料。 優(yōu)點(diǎn)：能結(jié)合酸解法、酶解法的優(yōu)點(diǎn)，提高生產(chǎn)效率。 注意事項(xiàng)：酸的用量。2）酶酸法：將淀粉乳先用-淀粉酶液化到一定的程度，然后用酸水解成葡萄糖的方法。 特點(diǎn)：適用原料：顆粒大小不一的原料。 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)易控制，時(shí)間短。 注意事項(xiàng)：淀粉濃度較酸解法要高；酸水解時(shí)稍增加pH值。4、培養(yǎng)基有哪幾種類型？各有何作用？選擇發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基有何要求？答案要點(diǎn)：一）培養(yǎng)基的類型及作用：斜面培養(yǎng)基：菌種活化、保藏菌種。 種子培養(yǎng)基：擴(kuò)大培養(yǎng)，增加強(qiáng)壯、健康、活性高的細(xì)胞數(shù)量。 發(fā)酵培養(yǎng)基：最大限度的獲得目的產(chǎn)物。 二）發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的基本要求 1）能夠提高微生物生長(zhǎng)繁殖及產(chǎn)物合成的基本成分。 2）選擇合適的培養(yǎng)基原料，且培養(yǎng)基成分配比合理。 3）原料來(lái)源廣、質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格低廉5、簡(jiǎn)述發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)程序及方法。答案要點(diǎn)：設(shè)計(jì)程序，分為三步： 1）初步確定可能的培養(yǎng)基成分：查找資料，根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分確定時(shí)一些必須考慮的問(wèn)題，初步確定； 2）單因子實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)我蜃訉?shí)驗(yàn)確定培養(yǎng)基的成分； 單因子實(shí)驗(yàn)確定各成分的適宜濃度； 3）相應(yīng)面實(shí)驗(yàn)：采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)單因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合試驗(yàn)，確定發(fā)酵培養(yǎng)基配方。 搖瓶水平 反應(yīng)器水平6、影響培養(yǎng)基滅菌的因素有哪些？發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌方法有哪些？各有何特點(diǎn)？答案要點(diǎn)：一）影響培養(yǎng)基滅菌的因素：1）培養(yǎng)基成分：油脂、糖類、蛋白質(zhì)增加微生物的耐熱性。 2）pH值：pH值6.08.0，微生物最耐熱； pH值愈低，滅菌所需的時(shí)間愈短。3）培養(yǎng)基中的顆粒：顆粒小，滅菌容易；顆粒大，滅菌難。4）泡沫：泡沫中的空氣形成隔熱層，阻礙熱傳導(dǎo)，影響滅菌效果。 二）發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌方法及特點(diǎn) 1）分批滅菌：無(wú)需專門(mén)的滅菌設(shè)備； 能連同發(fā)酵設(shè)備一道滅菌，滅菌溫度難控制； 適合中小型發(fā)酵罐使用。 2）連續(xù)滅菌：需專門(mén)滅菌設(shè)施 發(fā)酵罐、滅菌設(shè)施應(yīng)先做滅菌先處理； 滅菌溫度高； 滅菌時(shí)間短。7、為什么采用高溫短時(shí)滅菌既有利于殺滅微生物，又有利于減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞？答案要點(diǎn)：因?yàn)椋?1）微生物的熱死規(guī)律及培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分破壞符合化學(xué)反應(yīng)的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，即： dNdt=-KN dCdt=-KC 2）另外反應(yīng)常熟與溫度的關(guān)系為：K=Ae-E/RT 3）滅菌的活化能E大于培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分破壞的活化能E，因此，隨著溫度升高，滅菌速率常數(shù)增加的倍數(shù)培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分分解的速率常數(shù)的增加倍數(shù)。4）溫度每升高10，速率常數(shù)的增加倍數(shù)為（Q10）不同。 一般化學(xué)反應(yīng)Q10為1.52.0； 殺滅芽胞的反應(yīng)Q10為510； 殺滅微生物細(xì)胞的反應(yīng)Q10為35左右。 5）在熱滅菌的過(guò)程中，微生物死亡的速度營(yíng)養(yǎng)成分破壞速度。 “高溫瞬時(shí)滅菌法”可減少培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。所以采用高溫短時(shí)滅菌既有利于殺滅微生物，又有利于減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞。第3章 水和空氣的處理1、名詞解釋 1）水的硬度：即水的軟硬程度，系指單位體積的水中所含鈣、鎂鹽的數(shù)量?？傆捕仁侵柑妓猁}和非碳酸鹽硬度的總和，其中，“暫時(shí)硬度”主要指碳酸鹽硬度，即用加熱方法可以除去的重碳酸鹽硬度?！坝谰糜捕取敝饕噶蛩猁}硬度，即用加熱方法也不易除去的硬度。 2）水的軟化：除去水中鈣、鎂等金屬離子的過(guò)程 3）固體曲：是一種傳統(tǒng)的粗酶制劑，微生物與粗發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)成分初步發(fā)酵得到的干粉末制品，可用作種子用于下游發(fā)酵生產(chǎn)。如酒曲等。 4）無(wú)菌空氣：是指通過(guò)除菌處理使空氣中含菌量降低在一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會(huì)。此種空氣稱為“無(wú)菌空氣”。 5）慣性撞擊：指塵粒隨著空氣流過(guò)纖維層的彎曲通道時(shí)，由于顆粒的慣性較大，脫離彎曲流線與纖維碰撞而附著的過(guò)程。 6）過(guò)濾介質(zhì)：過(guò)濾介質(zhì)是過(guò)濾除菌的關(guān)鍵，直接關(guān)系到介質(zhì)的消耗量、過(guò)濾過(guò)程動(dòng)力消耗、設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸，更是關(guān)系到運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性。對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的總的要求是吸附性強(qiáng)、阻力小、空氣流量大、能耐干熱。一般過(guò)濾介質(zhì)分為纖維狀或顆粒狀過(guò)濾介質(zhì)、過(guò)濾紙、微孔過(guò)濾膜三大類。 7）空氣穿透率：過(guò)濾后空氣的微粒數(shù)與過(guò)濾前空氣的微粒數(shù)的比值。 8）L90：為過(guò)濾除菌效率達(dá)到90%時(shí)的介質(zhì)濾層厚度2、發(fā)酵用水的來(lái)源有幾種，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：1）深井水：水質(zhì)清潔，含雜質(zhì)少，溫度穩(wěn)定，不受氣溫和季節(jié)影響，水生生物少，沒(méi)有或很少有微生物。沒(méi)有致病菌，溶解類濃度高，硬度高。 2）自來(lái)水：方便快捷，無(wú)需進(jìn)行金屬離子等的處理，不受季節(jié)影響，水質(zhì)較清潔，但費(fèi)用高，會(huì)使生產(chǎn)成本過(guò)高。 3）地表水：來(lái)源廣，水量充足，但水質(zhì)差雜質(zhì)多，溫度不穩(wěn)定，受氣溫、季節(jié)影響較大，水生生物多，微生物較多，可能存在致病細(xì)菌。3、發(fā)酵用水殺菌的方法有哪些（簡(jiǎn)答）？答：1）氯殺菌：氯在水中形成次氯酸，有強(qiáng)氧化作用，能穿透細(xì)菌胞膜進(jìn)入胞內(nèi)，破壞胞內(nèi)酶和細(xì)胞生理機(jī)能而使細(xì)菌死亡。 2）臭氧殺菌：利用臭氧的強(qiáng)氧化能力可以殺菌。臭氧殺菌穿透力強(qiáng)，暗處也能夠殺菌，也沒(méi)有出現(xiàn)耐菌性。 3）紫外線殺菌：紫外線波長(zhǎng)在240260nm之間，為最有效的殺菌波段，波段中之波長(zhǎng)最強(qiáng)點(diǎn)是253.7nm。4、空氣中微生物的分布的特點(diǎn)（簡(jiǎn)答）？答：1）空氣中的含菌量隨環(huán)境不同而有很大差異：干燥寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多；人口稠密的城市比人口少的農(nóng)村含菌量多；地面又比高空的空氣含菌量多。 2）各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，數(shù)量也隨條件的變化而異。5、介質(zhì)過(guò)濾除菌機(jī)理包括哪幾點(diǎn)（簡(jiǎn)答）？答：1）慣性沖擊滯留作用機(jī)理 ；2）攔截滯留作用機(jī)理；3）布朗擴(kuò)散截留作用機(jī)理 4）重力沉降作用機(jī)理；5）靜電吸附作用機(jī)理 6、發(fā)酵空氣的處理包括哪兩個(gè)大步驟？答：1）包括：空氣預(yù)處理；空氣過(guò)濾 空氣預(yù)處理的目的:提高壓縮前空氣的潔凈度；去除壓縮后空氣中的油和水空氣處理的具體操作: 空氣-空壓機(jī)-儲(chǔ)氣罐-冷卻-除油水-加熱-總過(guò)濾器-分過(guò)濾器-無(wú)菌空氣7、一臺(tái)發(fā)酵空氣，濾膜厚度為1.5m，濾層中空氣的微粒濃度為5000個(gè)/m3 ，單位濾層除去的微粒數(shù)為3000個(gè)/m3 ，求L90？答：對(duì)數(shù)穿透定律：空氣通過(guò)濾層，其微粒數(shù)隨著濾層的厚度逐漸降低，即： N濾層中空氣的微粒濃度，個(gè)/m3 L 過(guò)濾介質(zhì)的厚度，m dN/dL-單位濾層除去的微粒數(shù)，個(gè)/m3 K-過(guò)濾常數(shù)K=(dN/dL)/(-N)=-3000/5000 L90=2.303/K=-3.84第四章 工業(yè)發(fā)酵的染菌及其防治1、名詞解釋 1）雜菌: 是指在發(fā)酵培養(yǎng)中侵入了有礙生產(chǎn)的其他微生物。 2）生物需氧量:（生化需氧量）是指由于水中的好氧微生物的繁殖或呼吸作用，水中有機(jī)物被分解時(shí)所消耗的溶解氧的量，簡(jiǎn)稱BOD。 3）溶解氧:空氣中的分子態(tài)氧溶解在水中稱為溶解氧，通常記作DO。 4）法蘭連接：就是把兩個(gè)管道、管件或器材，先各自固定在一個(gè)法蘭盤(pán)上，兩個(gè)法蘭盤(pán)之間，加上法蘭墊，用螺栓連接在一起，完成了連接。 5）死角：是指滅菌時(shí)因某些原因使滅菌溫度達(dá)不到或不易達(dá)到的局部地區(qū)。2、染菌對(duì)產(chǎn)物的提取和質(zhì)量有何影響？答：一、對(duì)過(guò)濾的影響： 發(fā)酵液的粘度加大；菌體大多自溶；由于發(fā)酵不徹底，基質(zhì)的殘留濃度加大 造成的后果：過(guò)濾時(shí)間拉長(zhǎng)，影響設(shè)備的周轉(zhuǎn)使用，破壞生產(chǎn)平衡；大幅度降低過(guò)濾收率。 二、對(duì)提取的影響： 有機(jī)溶劑萃取工藝：染菌的發(fā)酵液含有更多的水溶性蛋白質(zhì)，易發(fā)生乳化，使水相和溶劑相難以分開(kāi)。如酒精的有機(jī)萃取 離子交換工藝：雜菌易粘附在離子交換樹(shù)脂表面或被離子交換樹(shù)脂吸附，大大降低離子交換樹(shù)脂的交換量。三、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響：對(duì)內(nèi)在質(zhì)量的影響：染菌的發(fā)酵液含有較多的蛋白質(zhì)和其它雜質(zhì)。對(duì)產(chǎn)品的純度有較大影響。對(duì)產(chǎn)品外觀的影響：一些染菌的發(fā)酵液經(jīng)處理過(guò)濾后得到澄清的發(fā)酵液，放置后會(huì)出現(xiàn)混濁，影響產(chǎn)品的外觀。3、發(fā)酵過(guò)程中染菌有哪幾種方法，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：一、目前生產(chǎn)上常用的雜菌檢查方法有： 顯微鏡檢查：染色-鏡檢 平板劃線檢查：倒平板-空培養(yǎng)-待測(cè)樣品劃線-培養(yǎng)觀察 酚紅肉湯培養(yǎng)檢查：無(wú)菌肉湯培養(yǎng)基空培養(yǎng)-接入樣品-培養(yǎng)觀察2、 優(yōu)缺點(diǎn)：1）顯微鏡檢 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、快速， 缺點(diǎn)：不易檢出早期雜菌。2）平板劃線法 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)果也更為準(zhǔn)確 缺點(diǎn)：需經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)3）酚紅肉湯培養(yǎng) 優(yōu)點(diǎn)：采用葡萄糖酚紅肉湯，由于細(xì)菌生長(zhǎng)，發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)酸而使酚紅指示劑由紅色變成黃色，容易讀取結(jié)果。 缺點(diǎn)：1 注意細(xì)菌生長(zhǎng)的時(shí)間與數(shù)量 2 細(xì)菌生長(zhǎng)中的代謝物質(zhì)（綠膿桿菌） 4、截止閥和隔膜閥各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：A：截止閥 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便；密封性好，密封面間摩擦力小，壽命較長(zhǎng)；工作行程小，啟用時(shí)間短。 缺點(diǎn)：截止閥在使用中經(jīng)常發(fā)生以下兩個(gè)問(wèn)題：閥心軋壞、填料的滲漏。 方向問(wèn)題：發(fā)酵罐在滅菌通蒸汽時(shí)，對(duì)關(guān)閉時(shí)的閥門(mén)，嚴(yán)密度要求較嚴(yán)格，因而在發(fā)酵罐臨近的截止閥按規(guī)定裝置的反方向安裝。打料、接種、加油、加糖等管道上的截止閥，在發(fā)酵過(guò)程中還需要滅菌，閥門(mén)應(yīng)按正向安裝。 B. 隔膜閥 優(yōu)點(diǎn)：嚴(yán)密不漏；無(wú)填料；閥結(jié)構(gòu)為流線型，流量大，阻力小，無(wú)死角，無(wú)堆積物，在關(guān)閉時(shí)不會(huì)使緊密面軋壞；檢修方便。但須定期檢查隔膜有否老化及脫落。 缺點(diǎn)：制造不夠精密；體積較大，在管道上占用較大的面積和空間；中心易引起滲漏。隔膜閥開(kāi)關(guān)費(fèi)力，需要借助扳手；橡膠隔膜是橡膠和簾布復(fù)合制成，如質(zhì)量不好，簾布與橡膠易脫落，固定隔膜的螺栓也易脫落。5、種子帶菌如何判斷，一旦確定如何防止？ 答：1）判斷方法：在每次接種后留取少量種子懸浮液進(jìn)行平板肉湯培養(yǎng)，借以判斷種子是否染菌。2）防止方法：一旦確定種子染菌：就加強(qiáng)種子管理、嚴(yán)格無(wú)菌操作，就種子本身帶菌的問(wèn)題，加強(qiáng)種子管理，嚴(yán)格規(guī)范處理種子。無(wú)菌操作方面，確保培養(yǎng)基、培養(yǎng)器皿和用具、發(fā)酵罐及附屬設(shè)備滅菌等滅菌徹底；培養(yǎng)和保藏嚴(yán)格控制環(huán)境無(wú)菌染菌的培養(yǎng)物不得帶入菌種室、搖瓶間；操作規(guī)范正確確保不受雜菌污染。6、 當(dāng)發(fā)酵罐偶爾染菌，一般采取什么措施？ 答：(1)連續(xù)滅菌系統(tǒng)前的料液貯罐在每年4-10月份(雜菌較旺盛生長(zhǎng)的時(shí)間)加入0.2%甲醛，加熱至80C，存放處理4小時(shí)，以減少帶入培養(yǎng)液中的雜菌數(shù)。 (2)對(duì)染菌的罐，在培養(yǎng)液滅菌前先加甲醛進(jìn)行空消處理。甲醛用量每立方米罐的體積0.120.17升。 (3)對(duì)染菌的種子罐可在罐內(nèi)放水后進(jìn)行滅菌，滅菌后水量占罐體的三分之二以上。這是因?yàn)榧?xì)菌芽孢較耐干熱而不耐濕熱的緣故。7、噬菌體感染后應(yīng)采取什么方式防止污染？答：1）必須建立工廠環(huán)境清潔衛(wèi)生制度，定期檢查、定期清掃，車間四周有嚴(yán)重污染噬菌體的地方應(yīng)及時(shí)撒石灰或漂白粉。 2）車間地面和通往車間的道路盡量采取水泥地面 3）種子和發(fā)酵工段的操作人員要嚴(yán)格執(zhí)行無(wú)菌操作規(guī)程，認(rèn)真地進(jìn)行種子保管，不使用本身帶有噬菌體的菌種。感染噬菌體的培養(yǎng)物不得帶入菌種室、搖瓶間 4）認(rèn)真進(jìn)行發(fā)酵罐、補(bǔ)料系統(tǒng)的滅菌。嚴(yán)格控制逃液和取樣分析和洗罐所廢棄的菌體。對(duì)倒罐所排放的廢液應(yīng)滅菌后才可排放。 5）選育抗噬菌體的菌種，或輪換使用菌種。 6）發(fā)現(xiàn)噬菌體停攪拌、小通風(fēng)，將發(fā)酵液加熱到70-80C殺死噬菌體，才可排放。發(fā)酵罐周圍的管道也必須徹底滅菌。第5章 菌種與種子擴(kuò)大培養(yǎng)1、 名詞解釋 1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型：是指通過(guò)誘變而產(chǎn)生的缺乏合成某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，必須在其基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)的變異株。 2）MM：基本培養(yǎng)基，能滿足野生型菌株正常生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。 3）SM：補(bǔ)充培養(yǎng)基，在基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基。 4）CM：完全培養(yǎng)基，能滿足各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。 5）種子擴(kuò)大培養(yǎng)：將原始休眠菌種接入試管斜面活化后，經(jīng)搖瓶、種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)，最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。2、怎樣從自然界中分離篩選工業(yè)菌種？在菌種分離過(guò)程中為什么要進(jìn)行富集培養(yǎng)？分別敘述不同材料富集培養(yǎng)的方法。答案要點(diǎn)：一）自然界中篩選工業(yè)菌種的步驟： 定方案：首先要查閱資料，了解所需菌種的生長(zhǎng)培養(yǎng)特性。 采樣：有針對(duì)性地采集樣品。 增殖：人為地通過(guò)控制養(yǎng)分或培養(yǎng)條件，使所需菌種增殖培養(yǎng)后，在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)。 分離：利用分離技術(shù)得到純種。 篩選: 包括初篩與復(fù)篩。 菌種鑒定 發(fā)酵性能測(cè)定 二）富集培養(yǎng)的理由：人為地通過(guò)控制養(yǎng)分或培條件，使所需菌種增殖培養(yǎng)后，在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)，有利于分離。 三）不同材料的富集方法： 1）土中細(xì)菌的富集培養(yǎng)與分離： 適度稀釋后，取0.1m1涂布已添加及未添加富集底物(如幾丁質(zhì)、纖維素等)的土浸出汁平板。 2）植物體上細(xì)菌的分離： 無(wú)菌富集，加植物浸出液適度培養(yǎng)，取樣，洗滌，取1ml洗滌液經(jīng)適度稀釋后平板涂布。 3）水中細(xì)菌的分離： 水樣通過(guò)0.22m無(wú)菌濾膜，取出濾膜用1ml無(wú)菌稀釋液將濾膜上的沉積洗下。用樣本稀釋液適度稀釋,涂布平板倒置培養(yǎng)或?yàn)V紙壓印分離法。3、以紫外線誘變?yōu)槔瑪⑹稣T變育種的程序及注意事項(xiàng)。答案要點(diǎn)： 一）紫外線誘變育種程序：出發(fā)菌株的選擇菌種培養(yǎng)（對(duì)數(shù)期）及菌懸液的制備紫外線誘變處理（距離30cm、照射0.5-1min）中間培養(yǎng)（誘變菌液置于適宜液體培養(yǎng)基中，震動(dòng)暗培養(yǎng)12h）平板稀釋分離初篩復(fù)篩。二）注意事項(xiàng)： 1）選擇自然界新分離的野生型菌株或在生產(chǎn)中經(jīng)生產(chǎn)選種得到與野生型較相似的菌株；選擇單倍體細(xì)胞、單核或核少的多細(xì)胞體來(lái)作出發(fā)誘變細(xì)胞。 2）處理菌懸液要求為活力類似單細(xì)胞或單孢子。 3）紫外線處理菌液不能過(guò)厚。 4）中間培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)見(jiàn)可見(jiàn)光。 5）操作全程嚴(yán)格無(wú)菌操作。4、工業(yè)菌種常用的保藏方法有哪些？分別簡(jiǎn)述各類保藏的主要技術(shù)。答案要點(diǎn)： 1）普通冷凍保藏：將液體培養(yǎng)物或從瓊脂斜面培養(yǎng)物收獲的細(xì)胞，分接到試管或指管內(nèi)，將管口用橡膠塞嚴(yán)格封好，置于冰箱中(-20)保存。 2）超低溫冷凍保藏 (-60-80)：離心收獲對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中期至后期的微生物細(xì)胞；用可用含10甘油或5%二甲亞砜的新鮮液體培養(yǎng)基懸浮所收獲的細(xì)胞，或可用含10甘油或5%二甲亞砜的新鮮液體洗下斜面菌種上的微生物細(xì)胞，然后分裝入冷凍指管或安瓿中，于-70超低溫冰箱中保藏。 3）液氮冷凍保藏：用含10甘油或5%二甲亞砜的新鮮液體洗下斜面菌種上的微生物細(xì)胞，或在液體培養(yǎng)物中加入等體積20%無(wú)菌甘油或10%二甲亞砜；然后按0.5-lml分裝玻璃安瓿，用酒精噴燈封口；先將安瓿置于5冰箱中3min后，置于一70冰箱中冷凍4h，然后迅速移入液氮罐中保存。 4）冷凍真空干燥法：將待保藏菌種的細(xì)胞或孢子懸液懸浮于保護(hù)劑（如脫脂牛奶）中；在低溫（-45左右）下使微生物細(xì)胞快速冷凍；在真空條件下使冰升華，以除去大部分的水。5、為什么要進(jìn)行種子擴(kuò)大培養(yǎng)？簡(jiǎn)述種子擴(kuò)大培養(yǎng)的工藝過(guò)程及各階段的主要目的。答案要點(diǎn)： 一）種子擴(kuò)培的目的：種子擴(kuò)大培養(yǎng)是將原始休眠菌種接入試管斜面活化后，經(jīng)搖瓶、種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)，最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。因此是滿足接種量的需要；馴化菌種，達(dá)到縮短發(fā)酵時(shí)間，保證生產(chǎn)水平的要求。 二）工藝過(guò)程及目的：1）實(shí)驗(yàn)室種子的制備：菌種充分活化；菌體數(shù)量增加。2）生產(chǎn)車間種子制備：獲得大量的菌體，達(dá)到發(fā)酵罐所需的接種量； 進(jìn)行菌種馴化，接入發(fā)酵罐后能迅速生長(zhǎng)6、發(fā)酵工程對(duì)種子質(zhì)量有何要求？種子擴(kuò)大培養(yǎng)過(guò)程中我們應(yīng)注意哪些因素的影響？答案要點(diǎn)： 一）種子的質(zhì)量要求：菌種細(xì)胞的生長(zhǎng)活力強(qiáng)； 生理性狀穩(wěn)定；菌體總量及濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求；無(wú)雜菌污染；保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。 二）擴(kuò)大培養(yǎng)中應(yīng)很注意的因素：7、何謂種齡、接種量？種齡長(zhǎng)短、接種量大小分別對(duì)發(fā)酵工程有何影響？答：1）種齡：是指種子罐中培養(yǎng)的菌體開(kāi)始移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間。 種齡過(guò)短，菌體太少。種齡過(guò)長(zhǎng)，菌體老化。 是以處于生命力極旺盛的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，菌體量還未達(dá)到最大值時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間較為合適。 不同菌種或同一菌種工藝條件不同，種齡是不一樣的，一般需經(jīng)過(guò)多種實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。2）接種量：是指移入種子液的體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例。 較大的接種量可以縮短發(fā)酵罐中菌絲繁殖達(dá)到高峰的時(shí)間，使產(chǎn)物的形成提前到來(lái)，并可減少雜菌的生長(zhǎng)機(jī)會(huì)。 接種量過(guò)大或者過(guò)小，均會(huì)影響發(fā)酵。 不同菌株，不同的制種方法，孢子數(shù)或菌體量不同，種子的活性也不相同，接種量需要進(jìn)行優(yōu)化。 通常接種量為：細(xì)菌15%，酵母菌510%，霉菌715%。第6章 發(fā)酵工藝條件的控制1、名詞解釋 1）分批發(fā)酵：是指在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi)投入有限數(shù)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后，接入少量的微生物菌種進(jìn)行培養(yǎng)，使微生物生長(zhǎng)繁殖。特定條件下只完成一個(gè)生長(zhǎng)周期的微生物培養(yǎng)方法。 2）連續(xù)發(fā)酵：指以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速度流出培養(yǎng)液使培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)培養(yǎng)液的量維持恒定的微生物培養(yǎng)方式。 3）補(bǔ)料發(fā)酵：FBC又稱半連續(xù)培養(yǎng)或半連續(xù)發(fā)酵，是指在分批發(fā)酵過(guò)程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，是分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種過(guò)渡培養(yǎng)方式。 4）生物熱：在發(fā)酵過(guò)程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將其分解氧化而產(chǎn)生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供細(xì)胞合成和代謝產(chǎn)物合成需要的能量，其余一部分以熱的形式散發(fā)出來(lái)，這散發(fā)出來(lái)的熱就叫生物熱。微生物進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多。 5）CRR：CO2釋放率，即CO2的比釋放率與菌體濃度的乘積。 6）氧飽和度：發(fā)酵液中氧的濃度與臨界溶氧濃度之比。2、分別簡(jiǎn)述分批發(fā)酵、補(bǔ)料發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵的特點(diǎn)。答：一）分批發(fā)酵：操作簡(jiǎn)單、周期短； 染菌的機(jī)會(huì)減少； 生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量易掌握； 不適用于測(cè)定過(guò)程動(dòng)力學(xué)； 對(duì)基質(zhì)濃度敏感的產(chǎn)物，用分批發(fā)酵不合適 二）補(bǔ)料發(fā)酵： 1）補(bǔ)料分批發(fā)酵與傳統(tǒng)分批發(fā)酵相比，其優(yōu)點(diǎn)在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。 2）與連續(xù)發(fā)酵相比，補(bǔ)料分批發(fā)酵不需要嚴(yán)格的無(wú)菌條件，也不會(huì)產(chǎn)生菌種老化和變異等問(wèn)題。 3）定期補(bǔ)充和帶放使發(fā)酵液稀釋，送去提取的發(fā)酵液體積更大； 4）發(fā)酵液被稀釋后可能產(chǎn)生更多的代謝有害物，最終限制發(fā)酵產(chǎn)物的合成； 5）一些經(jīng)代謝產(chǎn)生的前體可能丟失； 6）有利于非產(chǎn)生菌突變株的生長(zhǎng) 三）連續(xù)發(fā)酵： 1）可提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間的產(chǎn)量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產(chǎn)時(shí)間； 2）便于自動(dòng)控制； 3）增加了染菌機(jī)會(huì)：長(zhǎng)時(shí)間不斷地向發(fā)酵系統(tǒng)供給無(wú)菌空氣和培養(yǎng)基； 4）菌種發(fā)生變異的可能性較大。3、在發(fā)酵生產(chǎn)中如何計(jì)算發(fā)酵熱。答：發(fā)酵熱的測(cè)定可采用以下兩種方法： 利用熱交換原理: 測(cè)量冷卻水進(jìn)出口的水溫，再?gòu)乃砩系弥啃r(shí)冷卻水流量來(lái)計(jì)算發(fā)酵熱：Q發(fā)酵 = GCm（t2 t1）/V （Cm：水的比熱 G：冷卻水流量） 利用溫度變化率S（/h）：先使罐溫恒定，再關(guān)閉自控裝置，測(cè)量S，根據(jù) Q發(fā)酵 =（：溫度隨時(shí)間上升的速率：系統(tǒng)的熱容量）4、如何對(duì)不同階段的最適溫度進(jìn)行選擇。答：1）根據(jù)菌種及生長(zhǎng)階段選擇微生物種類不同，所具有的酶系及其性質(zhì)不同，所要求的溫度范圍也不同。通常前期菌量少，取稍高的溫度，使菌生長(zhǎng)迅速； 中期菌量已達(dá)到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長(zhǎng)中期，從而提高產(chǎn)量，因此溫度要稍低一些，推遲衰老。 后期產(chǎn)物合成能力降低，又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。2）根據(jù)培養(yǎng)條件選擇溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。通氣條件差時(shí)可適當(dāng)降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。培養(yǎng)基稀薄時(shí)，溫度也該低些。因?yàn)闇囟雀郀I(yíng)養(yǎng)利用快，會(huì)使菌過(guò)早自溶。3）根據(jù)菌生長(zhǎng)情況 菌生長(zhǎng)快，維持在較高溫度時(shí)間要短些；菌生長(zhǎng)慢，維持較高溫度時(shí)間可長(zhǎng)些。培養(yǎng)條件適宜，如營(yíng)養(yǎng)豐富，通氣能滿足，那么前期溫度可髙些，以利于菌的生長(zhǎng) 溫度的選擇根據(jù)菌種生長(zhǎng)階段及培養(yǎng)條件綜合考慮。要通過(guò)反復(fù)實(shí)踐來(lái)定出最適溫度。5、簡(jiǎn)述引起pH上升或下降的原因。答：在發(fā)酵過(guò)程中，pH值的變化決定于所用的菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件。在產(chǎn)生菌的代謝過(guò)程中，菌體本身具有一定的調(diào)整周圍環(huán)境pH，構(gòu)建最適pH值的能力。一）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、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一 （2）氮代謝 當(dāng)氨基酸中的-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)碳源不足時(shí)氮源當(dāng)碳源利用pH上升。 （3）生理酸性物質(zhì)、生理堿性物質(zhì)利用后pH會(huì)下降或上升二）產(chǎn)物形成 某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機(jī)酸類產(chǎn)生使pH下降，紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使pH上升。 三）菌體自溶，pH上升。四）其他引起pH上升的因素 C/N比例不當(dāng)，N過(guò)多，氨基氮釋放； 生理堿性物質(zhì)過(guò)多； 中間補(bǔ)料時(shí)堿性物加入量過(guò)大五）其他引起pH下降的因素 培養(yǎng)基中C/N不當(dāng)，有機(jī)酸積累； 消沫油加得過(guò)多； 生理酸性物質(zhì)過(guò)多；6、在實(shí)際生產(chǎn)中如何選擇最適pH值。答：發(fā)酵工程中基質(zhì)代謝、產(chǎn)物形成、菌體自溶會(huì)使pH發(fā)生變化。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法。 最適pH值的確定：根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 用不同的pH值出發(fā)進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程中定時(shí)測(cè)定和調(diào)節(jié)pH值以維持出發(fā)pH值，或者利用緩沖液配制培養(yǎng)基來(lái)維持。定時(shí)觀察菌體的生長(zhǎng)情況，以菌體生長(zhǎng)達(dá)到最高值的pH值為生長(zhǎng)最適pH。 同樣的方法可測(cè)得產(chǎn)物合成的最適pH值。但同一產(chǎn)物的最適pH值，還與所用的菌種、培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)條件有關(guān)。 確定發(fā)酵最適pH值時(shí)，要考慮溫度的影響。7、簡(jiǎn)述CO2對(duì)發(fā)酵的可能影響機(jī)理。答：1）CO2對(duì)菌體生長(zhǎng)的作用：直接影響排出CO2高于4%時(shí)，碳水化合物的代謝及微生物的呼吸速率下降。 2）CO2影響產(chǎn)物形成：阻礙基質(zhì)分解和ATP生成，影響產(chǎn)物的合成。 3）CO2影響菌體形態(tài)：不同的CO2濃度菌體形態(tài)不同 4）CO2對(duì)細(xì)胞的作用機(jī)制：CO2作用在細(xì)胞膜的脂肪核心部位。 影響細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)。影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性及表面電荷密度，影響細(xì)胞膜的運(yùn)輸效率。8、簡(jiǎn)述影響泡沫穩(wěn)定性的因素以及泡沫對(duì)發(fā)酵的不利影響。答：一）影響泡沫穩(wěn)定性的因素 1）泡徑大小：大泡易于破滅，壽命較長(zhǎng)的的都是小泡。泡越小，合并成大氣泡的歷程就越長(zhǎng)；更能經(jīng)受液體流失所造成的穩(wěn)定性的損失； 2）溶液所含助泡物的類型和濃度： （1）降低表面張力 （2）增加泡沫彈性 （3）助泡劑濃度：濃度增加，泡沫穩(wěn)定性增高 3）起泡液的粘度：粘稠的液膜，有助于吸收外力的沖擊，起到緩沖的作用，增加穩(wěn)定性。 4）溫度：表面張力最低值時(shí)的濃度隨溫度變化。 5）pH：影響助泡劑的溶解度和表層的吸附狀態(tài) 6）表面電荷：離子型表面活性劑，減少排液速度，延緩泡沫變薄過(guò)程，使泡沫穩(wěn)定。 二）泡沫對(duì)發(fā)酵的不利影響 1）降低生產(chǎn)能力； 2）引起原料浪費(fèi) 3） 影響菌的呼吸； 4） 引起染菌8、在發(fā)酵生產(chǎn)中怎樣選擇合適的消泡劑。答：、表面活性劑，具有較低的表面張力（內(nèi)聚力弱），消泡效果明顯。 、對(duì)氣-液界面的散布系數(shù)必須足夠大，才能迅速消泡； 、無(wú)毒害性，且不影響發(fā)酵菌體；不會(huì)在使用、運(yùn)輸中引起任何危害； 、不干擾各種測(cè)量?jī)x表的使用； 、在水中的溶解度較小，以保持持久的消泡性能； 、應(yīng)該在低濃度時(shí)具有消泡活性； 、應(yīng)該對(duì)產(chǎn)物的提取不產(chǎn)生任何影響； 、應(yīng)該對(duì)氧傳遞不產(chǎn)生影響； 、能耐高溫滅菌。 、來(lái)源方便，使用成本低；第7章 發(fā)酵動(dòng)力學(xué)1、名詞解釋： 1）得率系數(shù)：兩種物質(zhì)得失之間的計(jì)量比。 2）限制性營(yíng)養(yǎng)物：指在培養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)物中，對(duì)微生物的生長(zhǎng)起到限制作用的營(yíng)養(yǎng)物。 3）倍增時(shí)間：微生物細(xì)胞濃度增加一倍所需要的時(shí)間，也叫增代時(shí)間. 4）稀釋率：補(bǔ)料速度與反應(yīng)器體積的比值，即D=F/v2、為什么說(shuō)微生物分批培養(yǎng)是一種非穩(wěn)態(tài)的過(guò)程？答：分批培養(yǎng)又稱分批發(fā)酵，是指在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi)投入有限數(shù)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后，接入少量的微生物菌種進(jìn)行培養(yǎng)，使微生物生長(zhǎng)繁殖，在特定的條件下只完成一個(gè)生長(zhǎng)周期的微生物培養(yǎng)方法。 微生物生長(zhǎng)可分為停滯(延遲)期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、減速期、穩(wěn)定期和死亡期等四個(gè)階段。每一個(gè)階段微生物所處的環(huán)境不斷變化，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷減少，菌體數(shù)量增加，代謝物質(zhì)增多。物理、化學(xué)和生物參數(shù)均隨時(shí)間而變化。所以說(shuō)，微生物分批培養(yǎng)是一種非穩(wěn)態(tài)的過(guò)程。3、影響停滯期長(zhǎng)短的決定因素有哪些？答：接種物的生理狀態(tài)和濃度是停滯期長(zhǎng)短的關(guān)鍵。如果接種物處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，那么就很有可能不存在停滯期。微生物細(xì)胞立即開(kāi)始生長(zhǎng)。反之，如果接種物本身已經(jīng)停止生長(zhǎng)，那么，微生物細(xì)胞就需要有更長(zhǎng)的停滯期以適應(yīng)環(huán)境。4、穩(wěn)定期微生物出現(xiàn)二次生長(zhǎng)的原因。答：由于細(xì)胞的溶解作用，一些新的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，諸如細(xì)胞的糖類、蛋白質(zhì)等被釋放出來(lái)，又作為細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而使存活的細(xì)胞繼續(xù)緩慢生長(zhǎng)出現(xiàn)通常所成的二次成穩(wěn)性生長(zhǎng)。5、比較分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)？答：一）分批培養(yǎng)： 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單；操作引起染菌的概率低;不會(huì)產(chǎn)生菌種老化和變異等問(wèn)題 缺點(diǎn)：非生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)、設(shè)備利用率低。 二）連續(xù)培養(yǎng)： 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。連續(xù)培養(yǎng)的最大特點(diǎn)是微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)速度、產(chǎn)物的代謝均處于恒定狀態(tài)，可達(dá)到穩(wěn)定、高速增微生物細(xì)胞或產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物的目的。 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。6、分批培養(yǎng)與連續(xù)發(fā)酵的生產(chǎn)率如何計(jì)算？如何確定連續(xù)培養(yǎng)的最大生產(chǎn)率？答：分批培養(yǎng)過(guò)程的生產(chǎn)率： 連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程的生產(chǎn)率： DC 為臨界稀釋率，即最大稀釋率。X=Yx/s(S0-S)當(dāng)D很小時(shí)，S 趨向于0，X=YX/SS0，若D增大，X減小，當(dāng)D=DC=max，X=0，S 趨向于S0。達(dá)到清洗點(diǎn)。 D=max Dmax時(shí)會(huì)造成菌體的溢出 7、計(jì)算題在F = 200ml/h的恒速流加操作中培養(yǎng)某細(xì)胞，流加底物濃度100g/L，該反應(yīng)符合Monod方程，參數(shù)為max= 0.3h-1，Ks=0.1g/L，Yx/s=0.5。流加開(kāi)始時(shí)，生物質(zhì)總量為30g，當(dāng)流加2h后，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。此時(shí)反應(yīng)器有效體積為1000ml。計(jì)算：培養(yǎng)液的初始體積 流加2h時(shí)反應(yīng)器中的底物濃度 流加2h時(shí)反應(yīng)器中的生物總量解：1、當(dāng)流加2h后，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。此時(shí)反應(yīng)器有效體積為1000ml。 即有效體積為1000ml 初始體積=1000-Fx2=100-200x2=600ml2、系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，該反應(yīng)符合Monod方程 M=D=0.2h-1底物濃度3、流加2h時(shí)反應(yīng)器中菌體濃度 X=Yx/s(S0-S)=0.5*(100-0.2)=49.9g/L 2h反應(yīng)器有效體積為1000ml 2h時(shí)反應(yīng)器中的生物總量Z=49.9+30=79.9第8章 發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制工程1、 名詞解釋 1）萃取法：利用物質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中溶解度或分配比不同而達(dá)到分離純化的方法。 2）濃縮：使溶劑蒸發(fā)而提高溶液的濃度，泛指不需要的部分減少而需要的部分的相對(duì)含量增高。 3）結(jié)晶：從液相或氣相中生成具有一定形狀的晶體狀 固體發(fā)酵產(chǎn)品的方法。 4）錯(cuò)流過(guò)濾：在泵的推動(dòng)下料液平行于膜面流動(dòng)，與死端過(guò)濾不同的是料液流經(jīng)膜面時(shí)產(chǎn)生的間接力把膜面上滯留的顆粒帶走，從而使污染層保持在一個(gè)較薄的水平。 5）離子交換層析：利用離子交換劑上的可交換離子交換吸附周圍介質(zhì)中的離子而達(dá)到分離目的的柱層析方法。 6）凝膠層析：利用凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為固定相，根據(jù)分子大小進(jìn)行分離的一種方法 7）雙水相：兩種親水性高分子聚合物在水溶液中的濃度達(dá)到一定時(shí)，自動(dòng)形成互不相溶的兩相。、敘述發(fā)酵產(chǎn)物提取與精制工程的工藝流程。答案要點(diǎn)：預(yù)處理及菌體分離產(chǎn)物的提取產(chǎn)品的精制成品的加工3、發(fā)酵產(chǎn)物提取之前，為什么要進(jìn)行預(yù)處理？敘述預(yù)處理的程序、目的及方法。 答案要點(diǎn)： 一）預(yù)處理的目的：因?yàn)?）發(fā)酵醪的組成：菌體+發(fā)酵液；2）發(fā)酵產(chǎn)物存在的位置：發(fā)酵液中或菌體中；3）發(fā)酵液中發(fā)酵產(chǎn)物濃度低；4）酵液中有固形懸浮物存在，發(fā)酵液粘稠；5）酵液中雜質(zhì)成分較多。二）預(yù)處理的程序：發(fā)酵醪預(yù)處理細(xì)胞破碎及碎片分離發(fā)酵液預(yù)處理1）發(fā)酵醪預(yù)處理的目的、方法： 加熱法：降低粘度；除去蛋白質(zhì)等。 調(diào)節(jié)pH至蛋白質(zhì)等電點(diǎn)：除去蛋白質(zhì)及金屬離子。 離心分離法、過(guò)濾分離：出去顆粒和較大團(tuán)塊 加速菌體分離的輔助方法：絮凝法、吸附法、加助濾劑法2）細(xì)胞破碎的目的、方法： 機(jī)械破碎法： 高勻漿法、珠磨法：使細(xì)胞經(jīng)剪切和撞擊而破碎。 超聲波破碎法：產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，使細(xì)胞破碎。 撞擊法：高壓沖擊冰晶，導(dǎo)致細(xì)胞變形而碎。 非機(jī)械破碎法： 滲透壓沖擊法、反復(fù)凍結(jié)溶化法、干燥法、 酶溶法：破壞細(xì)胞壁中某些化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞破裂。 化學(xué)試劑破碎法：改變細(xì)胞壁、細(xì)胞膜滲透性，使胞內(nèi)物質(zhì)有選擇性的釋放出來(lái)。3）發(fā)酵液預(yù)處理的目的、方法：去除蛋白質(zhì) 方法：加熱過(guò)濾 調(diào)節(jié)pH過(guò)濾 除去重金屬離子、色素、熱原質(zhì)、毒素等雜質(zhì)。 除去方法：吸附法（離子交換劑、離子交換纖維、活性炭等材料） 根據(jù)目的產(chǎn)物的理化特性，調(diào)節(jié)適宜的溫度和pH，減少目的產(chǎn)物的破壞和損失。4、沉淀提取法常用的方法有哪些？敘述各方法的原理及應(yīng)用。答案要點(diǎn)： 一）鹽析沉淀法： 原理：添加中性鹽，破壞蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)、破壞蛋白質(zhì)分子表面的水化膜及所帶電荷，使蛋白質(zhì)沉淀。 提取物質(zhì)：蛋白質(zhì)、酶制劑 二）等電點(diǎn)沉淀法： 原理：兩性電解質(zhì)在等電點(diǎn)是溶解度最低的原理而提取。 提取物質(zhì)：氨基酸 三）有機(jī)溶劑沉淀法： 原理：有機(jī)溶劑的分子與大量的水分子結(jié)合，破壞蛋白質(zhì)顆粒周圍的水化層，失去水化層的蛋白質(zhì)膠體顆粒聚集而沉淀。 提取物質(zhì)：蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、多糖類、脂類、抗生素、維生素等。 四）復(fù)合沉淀法金屬鹽沉淀法： 原理：氨基酸與金屬鹽結(jié)合形成氨基酸金屬鹽沉淀而析出，氨基酸金屬鹽沉淀析出物溶解后調(diào)pH至氨基酸等電點(diǎn)，氨基酸沉淀析出。 提取物：氨基酸5、吸附法、蒸餾法、萃取法、膜分離法提取發(fā)酵產(chǎn)物的原理分別是什么？各適合提取哪些發(fā)酵產(chǎn)物？答案要點(diǎn)： 一）吸附法： 原理：吸附劑將發(fā)酵液中的提取物吸附，再用吸附劑上被吸附的物質(zhì)洗脫下來(lái)。常用的吸附劑：活性炭、氧化鋁、硅膠、樹(shù)脂等。 提取物質(zhì)：抗生素、維生素、蛋白質(zhì)、氨基酸等。 二）蒸餾法： 原理：根據(jù)不同物質(zhì)其沸點(diǎn)不同的原理，將混合液進(jìn)行分離。 提取物質(zhì)：揮發(fā)性物質(zhì) 三）萃取法： 原理：混合物中不同組分在同種溶劑中溶解度不同，利用不同溶劑從混合物中提取目標(biāo)產(chǎn)物。 提取物質(zhì)：抗生素、蛋白質(zhì)、脂類。 四）膜分離法： 原理：利用具有一定選擇透性的過(guò)濾介質(zhì)制成的膜使混合液中的物質(zhì)透過(guò)或截留。 提取物質(zhì)：磷脂、蛋白質(zhì)等。6、敘述發(fā)酵產(chǎn)物純化的方法及原理。答案要點(diǎn)： 一）凝膠層析法：混合液中，不同的溶質(zhì)其粒子大小不同，在層析柱內(nèi)移動(dòng)速度不同而將不同的物質(zhì)分離。 二）離子交換層析法：交換劑上可交換的陰離子或陽(yáng)離子與介質(zhì)中的離子交換吸附，然后用洗脫劑洗脫。 三）結(jié)晶法：溶質(zhì)從溶