发酵工艺学-课后题

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，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：①营养物质的组成比较丰富，浓度恰当；②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；③粘度适中，具有适当的渗透压；④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；⑤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；⑥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：①从母斜面上点接种，选取生长好的单菌落②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）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/K G）：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/K I）：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; 1/K L）：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/K LB）：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/K LC）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/K A）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/K W）：与微生物的生理特性有关。

4）细胞内反应阻力（1/k8; 1/K R）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K L a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*-C L) C*=4C L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出来，这散发出来的热就叫生物热。