发酵工程复习题2013418

一、发酵工程与传统酿造、化学工程相比特点是：发酵是生物体自身进行的反应与传统酿造相比：1、发酵过程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够在发酵设备中一次完成；2、反应通常在常温常压下进行，条件温和，耗能少，设备较简单；3、原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，可以是农副产品、工业废水或可再生资源，微生物本身能有选择地摄取所需的物质；4、容易生产复杂的高分子化合物，能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团引入或去除等反应；5、发酵过程中需要防止杂菌污染，大多情况下设备需要进行严格的冲洗、灭菌，空气需要过滤等。

二、与化学工程相比（发酵工程的一般特征）：1）作为生化反应，通常在常温常压下进行，因此没有爆炸之类的危险，各种设备都不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途；2）原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，加入少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒物，一般无精制的必要，微生物本身就有选择地摄取所需物质；3）反应以生命体的自动调节方式进行，因此数十个反应过程能够像单一反应一样，在称为发酵罐的单一设备内很容易地进行；4）能够容易地生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域；5）由于生命体特有的反应机制，能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的氧化、还原、官能团导入等反应；6）生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质。

因此，除特殊情况外，发酵液等一般对生物体无害；7）发酵生产在操作上最需要注意的是防止杂菌污染8）通过微生物的菌种改良，能够利用原有生产设备使生产飞跃上升。

三、微生物发酵技术反应过程中的特点：1、条件通常温和（常温、常压、弱酸、弱碱）。

2、原料来源广泛，以糖、淀粉等碳水化合物为主。

3、反应以生命体的自动调节方式进行，单一反应器内进行。

4、发酵产品（多为小分子产品，也容易生产出复杂的高分子化合物）5、高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的反应。

6、生产发酵产物的微生物菌体本身也是发酵产物（发酵液一般对生物体无害）。

7、防止污染（灭菌是发酵成败的关键）。

8、改良微生物菌种（提高生产水平；菌种是发酵的根本因素）。

四、微生物发酵技术发展历史过程及特点：1、自然发酵（天然发酵）：厌氧发酵、非纯培养、产物稳定性差（酒、醋、酱油）。

2、纯培养技术建立：纯培养无菌操作技术建立、密闭发酵罐、表层培养、显微镜诞生及微生物发现（甘油、丙酮、丁醇等初级代谢产物）。

3、通气搅拌大规模发酵技术建立：好氧发酵、发现青霉素（次级代谢产物）。

4、代谢控制发酵技术：生产谷氨酸，菌种经遗传育种、人工诱变等控制其代谢途径得到所需的代谢终产物（氨基酸、某些抗生素）。

5、开拓发酵原料时期（石油发酵时期）：石化工副产品作为发酵原料、大型发酵罐、自动化、连续化（单细胞蛋白）。

6、DNA体外重组技术的建立（基因工程阶段）：分子生物学、DNA重组、细胞融合（干扰素、激素）。

五、分批发酵：1、定义：(分批培养)是指将所有的物料（除空气、消沫剂、调节pH的酸碱物外）一次性加入发酵罐，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收。

清罐结束后，重新开始新的装料发酵的发酵方式。

2、特点：非稳态培养过程、一次性投料一次性收获产品、封闭系统、表现典型的生长周期（延滞期、对数生长期、稳定期、衰亡期）、稳定期细胞浓度最大。

3、优缺点：设备要求低、操作简单、易于掌握、适用于固体颗粒或较多泡沫的培养基灭菌、适用于小发酵罐中培养基的灭菌；不能使细胞始终处于最优条件、对培养基营养成分破坏较大，反复加热冷却使能耗增加、发酵周期延长、降低了发酵罐利用率。

六、补料发酵：1、定义：（半连续培养、半连续发酵）是指发酵中后期养料逐渐消耗，菌体逐渐走向衰老自溶，代谢产物不能再继续分泌，为延长中期代谢活动，维持较高的发酵产物的增长幅度，给发酵罐间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。

2、特点：介于分批发酵和连续发酵之间的一种微生物细胞的培养方式。

3、优缺点：维持菌体浓度、减缓供氧矛盾、避免发酵过早结束。

与分批培养方式比较：①可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。

②对于好氧过程，可以避免在分批培养过程中因一次性投糖过多造成的细胞大量生长、好氧过多以至通风搅拌设备不能匹配的状况。

③微生物细胞可以被控制在一系列的过滤态阶段，可用来控制细胞的质量；并可重复某个时期细胞培养的过渡态，可用于理论研究。

与连续培养方式比较：①不需要严格的无菌条件。

②不会产生微生物菌种的老化和变异。

③最终产物浓度较高，有利于产物的分离。

④适用范围广。

七、连续发酵：1、定义：（连续培养、开放式培养）是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养液，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的量维持恒定，使微生物细胞能在近似恒定状态下生长的微生物发酵培养方式。

2、特点：微生物细胞的生长速度、产物的代谢均处于恒定状态，可以达到稳定、高速培养微生物细胞或产生大量代谢产物的目的。

3、优缺点：①温度较高、灭菌时间短、培养基营养成分得到最大限度的保护②简化操作步骤、缩短发酵周期、提高设备利用率、降低了人力物力的消耗、降低劳动强度、增加生产效率；①连续发酵运转时间长，菌种多退化、易污染，培养基利用率一般低于分批发酵②工艺中的变量较分批发酵复杂，较难控制和扩大，且对蒸汽和设备要求较高③不适合含有大量固体物料培养基的灭菌，生产次生代谢产物时一般不用连续发酵，因为生产次生代谢产物所需的最佳条件，往往与其产生菌种生长所需的最佳条件不一致，有的还与微生物细胞分化有关。

八、工业化菌种的要求、发酵菌种必须满足的条件、发酵工业用菌种应具备的特点：1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并生成所需要的代谢产物，产量高；2、可以在易于控制的培养条件下（糖浓度、温度、pH、溶解氧、渗透压等）迅速生长和发酵，且所需的酶活力高；3、生长速度和反应速度较快，发酵周期短；4、根据代谢控制的要求，选择单产高的营养缺陷型突变菌株或调节突变菌株或野生菌株；5、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体；6、菌株纯粹，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性；7、菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素（包括抗生素、激素、毒素等），以保证安全。

九、自然界分离微生物的一般操作步骤：1、微生物样品的采集。

①通常土壤中含细菌数量最多，细菌（108）、放线菌（107孢子数）、霉菌（106孢子数）、酵母菌（105）、藻类（104）、原生动物（103）。

②5~25cm深处微生物较多，1~5cm阳光杀菌、水分蒸发，25cm以下氧份递减。

③菜园、近郊：细菌、放线菌；森林（枯枝落叶、腐殖质）：霉菌、酵母菌、纤维素酶产生菌；肉类加工厂、饭店：蛋白酶和脂肪酶产生菌；南方、温泉、火山、北方堆肥：高温酶产生菌；南北极、冰窖、深海：低温酶产生菌。

2、微生物样品的富集培养①定义：（施加选择性压力分离法）利用不同种类的微生物生长繁殖对环境和营养的要求不同，人为控制条件（碳源、氮源、pH、温度、需氧等），使之利于某类或某种微生物生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到使目的菌种占优势而得以快速分离纯化的目的。

②细菌、放线菌生长繁殖偏碱；霉菌、酵母菌偏酸。

3、目的菌种的分离。

4、目的菌的筛选。

筛选菌株的重要指标：①菌的营养特征②菌的生长温度③菌对所采用的设备和生产过程的适应性④菌的稳定性⑤菌的产物得率和产物在培养液中的浓度⑥容易从培养液中回收产物（③~⑥衡量菌种的生产性能）。

5、未来的发展。

十、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？自然界中目的微生物含量很少，非目的微生物种类繁多，进行富集培养，使目微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，使筛选变得可能。

十一、菌种选育分子改造的目的？1、提高目标产物的产量。

2、提高目标产物的纯度（减少杂质、副产物的生成，降低后期纯化成本）。

3、防止菌种退化、改良菌种性状，改善发酵过程。

4、改变生物合成途径，以获得高产的新产品。

十二、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义、应用价值？自然选育：在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，选育出优良菌种的过程。

利用自发突变引起的菌种性状变化的特点，可以较快地选育出优良菌种。

自然选育可以有效地用于高性能突变株的分离。

自然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。

十三、自然筛选和菌种改良是两种获取优良的发酵菌种的途径。

菌种改良：是指采用物理、化学、生物学方法处理目的微生物，使其遗传基因发生变化，将生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导，使某些代谢产物过量积累，过的所需要的高产、优质、低耗的菌种。

十四、种子的扩大培养：就是将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于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而获得一定数量和质量的纯种过程。

十五、种子应满足的条件：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、遗传性状稳定。

3、菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要求。

4、无杂菌污染。

5、保持稳定的生产能力。

十六、菌种退化：是指在较长时期传代保藏后，菌株的一个或多个生理性状和形态特征逐渐减退或消失的现象。

十七、如何防止菌种衰退？1、合理育种。

2、选用合适的培养基。

3、创造良好的培养条件。

4、控制传代次数。

5、利用不同类型的细胞进行移种传代。

6、采用有效的菌种保藏方法。

十八、菌种用于发酵过程作为活细胞催化剂的微生物，包括细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类。

（来源于自然界大量的微生物，从中经分离并筛选出有用菌种。

）种子：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而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。

十九、种子扩大培养的目的与要求、一般步骤？1、目的：为发酵工业提供适宜微生物生长的特定的物理和化学环境，使其迅速大量繁殖，为生产提供相当数量的代谢旺盛的微生物菌种。

2、种子的要求：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；生理性状稳定；菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐要求；无杂菌污染；保持稳定的生长能力。

3、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→发酵罐二十、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。