发酵工程期末考试复习资料

第一章绪论

发酵工程:指在最适发酵条件下,在发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。

发酵工程的四个转折点：

①天然发酵时代（1000－4000年前）

②纯培养时期（第一个转折点，1680年－1932年）

③通气搅拌技术时期（第二个转折点，第二次世界大战时期）

④代谢控制发酵技术（第三个转折点，1956年氨基酸发酵）

⑤现代生物技术时期（第四个转折点）

基本问题:过程放大和优化。

第二章工业微生物菌种的来源

工业化生产菌种的要求？

答：①能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物；

②菌种改造的可操作性强；③遗传性相对稳定；

④不易感染它种微生物或噬菌体；⑤产生菌及其产物的毒性必须考虑；

⑥生产特性要符合工艺要求。

从自然界中分离出发菌株的环节：

出发菌株的分离方法：

①定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的条件，进行培养，一般从底物、pH、培养时间、培养温度等方面考虑；

②当不可以采用定向培养时，则设计一个分类学中分离的方法；

③不能提供任何有助于筛选产生菌的信息时，通过随机分离的办法。

第三章发酵培养基

发酵培养基与微生物培养基的不同之处？

答：发酵培养基除了满足菌体的生长外还必须促进产物的形成。

①培养基能够满足产物最经济的合成；

②发酵后所形成的副产物少；

③原料来丰富，价格低，性能稳定，便于储藏。

④具有满足工艺要求，如不影响通气、提取、纯化等。

培养基按其组成物质的纯度、状态、用途可分为三大类型：

①按纯度分：合成培养基、天然培养基。

②按状态分：固体培养基、半固体培养基、液体培养基。

③按用途分：孢子培养基、种子培养基、发酵培养基。

发酵培养基的组成：碳源；氮源；维生素；无机盐和微量元素；

生长因子、前体和产物促进剂；水。

发酵用糖：葡萄糖、糖蜜、淀粉、糊精。

培养基优化的方法？

答：利用生物化学、细胞生物学、微生物学等的基本理论，参照前人所使用的较适合某一类菌种的经验配方，再结合所用菌种和产品的特性，采用摇瓶、玻璃瓶等小型发酵设备，按照一定的实验设计和实验方法选择出较为适合的培养基。培养基优化的步聚？

答：①根据前人的经验配方，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通过正交实验确定各成分最适的浓度。

第四章种子的扩大培养

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。

双种：两个种子罐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。

接种量：取决于生产菌种在发酵罐中生长繁殖的速度，过大过小都不好，最终以实践定，如大多数抗生素为7-15%。但是一般认为大一点好。

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。接种时间：一般在对数生长期末，细胞活力强，菌体浓度相对较大，但是最终由实验结果定。

发酵级数：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。

发酵级数确定的依据？

答：①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。

种子制备的过程可分为：实验室阶段、生产车间阶段。

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，因此现象地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，一般在工程归为发酵车间管理，因此形象地称这些培养过程为生产车间阶段。

第五章发酵过程动力学的基本概念

比速：单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物的量。是生物反应中用于描述反应速度的常用概念。

比生长速率：表示在固定的生长时间内由已有的数量确定的个体产生的新个体数。数值越大，群体中产生新个体的速率也越大。单位为时间的倒数。

动力学模型的类型：

①机制模型：根据反应机制建立。

②现象模型（经验模型）：能定量地描述发酵过程和反映主要因素的影响。

基质浓度与生长速度的关系式：Monod方程Array

μ：菌体的生长比速；S：限制性基质浓度

Ks：半饱和常数；μm ax : 最大比生长速度

单一限制性基质S：就是指在培养微生物的营养物中，对微生物的生长起到限制作用的营养物。

反应方程式：S（底物）─→X（菌体）＋P（产物）

第六章氧的供需及对发酵的影响

比耗氧速度或呼吸强度（Q O2）：单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2·g菌-1·h-1

摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。mmol O2·L-1·h-1 。

氧饱和度＝发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度

体积传氧系数（K l a）：

K la反映了设备的供氧能力，发酵常用的设备为摇瓶与发酵罐。

影响K l a的因素有哪些？

答：①影响摇瓶kla的因素：装液量和摇瓶机的种类；

②影响发酵罐中Kla的因素：搅拌速度、d、通气量；

③小型发酵罐和大型发酵罐调节k l a的特点：小型发酵罐，转速可调、大型发酵罐，转速往往不可调；

④影响Kla的其它因素: 空气分布器、液体的粘度；

发酵过程的控制一般策略：前期有利于菌体生长，中后期有利用产物的合成

溶氧控制的一般策略：前期大于临溶氧浓度，中后期满足产物的形成。

第七章发酵过程的代谢控制

发酵过程控制的参数？

①物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等。

②化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、、核酸量等。

③生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等。

发酵过程pH变化的原因是什么？

答：①基质代谢 a.糖代谢，糖缺乏，pH上升；b.氮代谢；c.生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降；

②产物形成；③菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。

怎样控制pH？

答：①基础培养基调节pH；②在基础料中加入pH缓冲物；

③通过补料调节pH；④当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH ；

⑤选择合适的pH调节剂；⑥发酵的不同阶段采取不同的pH值；

根据微生物的生长对温度的要求不同分为四类：

①嗜冷菌适应于0～260C生长；②嗜温菌适应于15～430C生长；

③嗜热菌适应于37～650C生长；④嗜高温菌适应于650C以上生长。

不同微生物对温度的要求的原因？

答：①微生物对温度的要求不同与它们膜的结构、物理化学性质有密切关系，微