《发酵工程与设备》期末复习题

《发酵工程与设备》期末复习题1、工业发酵的发展经历了哪几个阶段？（6个阶段）答: ①自然发酵阶段；②纯培养技术的建立；③通气搅拌发酵技术的建立；④诱变技术与代谢控制发酵的建立；⑤开拓新的发酵原料时期；⑥基因工程阶段(现代发酵工业新阶段)。

2、发酵工程发展过程中的三个转折点什么？答: 纯培养技术的建立是第一个转折点，通气搅拌发酵技术的建立是第二个转折点，代谢控制发酵技术的建立是第三个转折点。

3、根据不同的分类原则，工业发酵可分为若干类型。

按发酵形式、发酵培养基的物理性状、按发酵工艺流程来、按发酵过程中对氧的不同需求来区分，各有哪些？答: ①发酵形式：细菌发酵、放线菌发酵、霉菌发酵、酵母发酵②发酵培养基的物理性状：固体发酵、液体发酵、半固体发酵③工艺流程：分批发酵、补料分批发酵、连续发酵④对氧的需求：厌氧发酵、好氧发酵、兼性厌氧发酵4、固体发酵、发酵热、通风比、罐压、临界氧浓度、前体、分批灭菌、种子罐级数、全挡板条件、接种龄、产物合成促进剂、连续灭菌、种子培养、、接种量、轴功率、清洁生产等概念。

固体发酵：又称固态发酵,是指微生物在湿的固体培养基上生长、繁殖、代谢的发酵过程。

发酵热：习惯上将产生的热能减去散失的热能所得的净热量称为发酵热。

通风比：罐压：临界氧浓度：各种微生物对发酵液中溶解氧浓度有一个最低要求，这一溶解氧浓度叫做临界氧浓度，以C浓度表示。

前体：指加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高的一类化合物。

分批灭菌：将配制好的培养基输入发酵罐内，直接用蒸汽加热，达到灭菌要求的温度和压力后维持一定时间，再冷却至发酵要求的温度，这一工艺称为分批灭菌或实罐灭菌。

种子罐级数：制备种子需逐级扩大培养的次数全挡板条件：是指达到消除液面旋涡的最低条件，在一定转速下面增加罐内附件而轴功率仍保持不变。

接种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间产物合成促进剂：是指那些细胞生长非必需的，但加入后却能显著提高产量的物质。

连续灭菌：也叫连消，是指将培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续地加热灭菌、冷却后送入已灭菌的发酵罐内的工艺过程。

种子培养：接种量：是指移入的种子液体积与接种后培养液总体积的比例。

轴功率：清洁生产：是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效益和减少人类及环境的风险。

5、常用的菌种的选育方法有哪些？（3种方法）发酵工业对菌种的要求有哪些？答: ⑴方法：自然选育、诱变育种和原生质体融合育种⑵发酵工业对菌种的要求有：①遗传性稳定，可长期保存；②对诱变剂敏感；③容易产生营养细胞、孢子或其他繁殖体，种子培养时生长旺盛，快速繁殖；④能抵抗噬菌体的污染；⑤发酵周期短，毒、副产物少；⑥下游工程易于操作。

6、发酵生产中，染菌的原因或途径主要有几个方面？答: ⑴原因：设备渗漏、空气净化达不到要求、种子带菌、培养基灭菌不彻底和技术管理不善等是造成各厂污染杂菌的普遍原因。

⑵途径：①菌种培养过程操作不当；②培养基灭菌不彻底；③发酵设备（如发酵罐、管道）密封不严，死角太多；④空气除菌不净。

7、发酵生产中常用的除菌方法有哪几种？答: 方法：化学药剂灭菌、热灭菌(包括干热灭菌和湿热灭菌)、辐射灭菌、臭氧灭菌和过滤介质除菌。

8. 筛选新菌种的具体步骤大体可分为哪5步？答: 采样----富集培养-------纯种分离------初筛------复筛9、概括工业发酵工艺的基本流程。

10、简述工业发酵过程监控的指标主要包括哪些？答: 温度、PH值、溶解氧的量、发酵热、11、对数残留定律的主要内容及灭菌时间的计算。

答: 在灭菌过程中，微生物由于受到不利环境的作用，随时间增加而逐渐死亡，其减少的速率(dN/dt)与一瞬间残留的微生物数量成正比，这就是对数残留定律。

灭菌时间式中，N0为灭菌开始时原有的菌数，单位为个；Nt为灭菌结束时残留的菌数，单位为个，且Nt=0.00112、机械搅拌通风发酵罐有哪些基本结构部件？这些部件在发酵过程中起什么作用。

答: ⑴机械搅拌通风发酵罐的基本结构部件有: 罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等。

⑵ ①罐体：是一个受压容器，为发酵提供场所②搅拌器：迅速分散气泡和混合加入物料。

使液体中的固形物保持浮状态，有利于固体和营养物质充分接触，便于营养吸收，另一方面，可以打碎气泡，增加气液接触面积，提高气液间的传质速率，加强氧的传递效果及消除泡沫。

③挡板：防止液面中央形成旋涡流动，增强湍动和溶解氧传质，还可以使接近罐壁的液体的剪切速度增加，有利于物料混合均匀。

④消泡器：可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态俩相的装置。

⑤联轴器：使上下搅拌轴成牢固的刚性连接。

⑥轴承：减少震动。

⑦变速装置：改变三角皮带的转速，改变动力消耗从而控制氧的溶解度。

⑧空气分布装置：向发酵罐内吹入无菌空气，并使空气均匀分布。

⑨轴封：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止工作介质(液体、气体)沿转动轴伸出设备之处泄露和污染杂菌。

⑩冷却装置：将生物氧化和机械搅拌产生的热量及时除去，保证发酵过程在恒温条件下进行。

13、温度对微生物发酵的影响及发酵过程温度的控制方法有哪些？答: ⑴影响：①影响反应速度，温度升高反应加快。

②影响酶系的组成及酶的特性。

③影响发酵的方向。

④影响菌体特性。

⑵方法：采用阶段温度控制发酵，安装热交换器。

14、发酵过程中泡沫产生的原因及其对发酵的影响。

如何控制泡沫？答: ⑴泡沫产生的原因：①首先，泡沫的产生与通气、搅拌的剧烈程度等外力因素有关；②其次，泡沫的产生与培养基的成分有关；③此外，培养基的灭菌方法、灭菌温度和时间也会改变培养基的性质，从而影响培养基的起泡能力；④在发酵过程中，发酵液的性质随菌体的代谢活动不断变化，也会影响泡沫的形成和消长，如霉菌在发酵过程中的液体表面性质变化直接影响泡沫的消长。

⑵影响：①减少发酵的有效容积;②液体溢出，增加染菌机会；③降低菌体利用率;④影响通气搅拌；⑤代谢气体不能及时排出，对菌体产生毒害等。

⑶控制：①化学消泡（改变表面张力）：消泡剂表面张力低，使气泡膜局部的表面张力降低，使得平衡受到破坏，导致泡沫破碎，从而达到消除泡沫的目的。

②机械消泡：借助机械强烈振动或压力的变化起到破碎气泡，消除泡沫的作用，或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收。

包括：罐内消泡:在发酵罐内江泡沫消除，如①耙式消泡浆；②旋转圆板式的机械消泡；③流体吹入式消泡；④气体吹入管内吸引消泡；⑤冲击反射板消泡；⑥超声波消泡；⑦碟片式消泡器的机械消泡。

罐外消泡:将泡沫引出发酵罐外，泡沫消除后，液体再返回发酵罐内，如①旋转叶片罐外消泡；②喷雾消泡；③离心力消泡；④旋风分离器消泡；⑤转向板消泡。

15、发酵罐设计的基本要求与内容。

答: ⑴基本要求：①发酵罐应具有适宜的高径比（一般高度H与直径D之比为1.7～4倍）; ②发酵罐能承受一定的压力;③发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧。

④发酵罐应具有足够的冷却面积。

这是因为微生物生长代谢过程放出大量的热量必须通过冷却来调节不同发酵阶段所需的温度。

⑤发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底。

⑥搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏。

⑵内容：①温度：25～40℃。

②压力：0～1kg/cm3 (表压)。

③灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3kg/cm3 (表压)。

④pH：2～11。

⑤需氧量：0.05～0.3kmo1/m3·h。

⑥通气量：0.3～2VVM。

⑦功率消耗：0.5～4kW/m3 。

⑧发酵热量：5 000～20 000kcal/m3 .h。

⑨发酵罐的几何尺寸H/D=1.7~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0(s/d)2=1.5~2.5(s/d)3=1~216、补料分批发酵技术的特点, 与分批发酵，连续发酵的区别？答: ⑴补料分批发酵技术的特点：①可以解除底物抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应（葡萄糖效应是葡萄糖被快速分解代谢所积累的产物在抑制所需产物合成的同时，也抑制其他一些碳源、氮源的分解利用）。

②对于好氧发酵，可避免在分批发酵中因一次性投入糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以至通风搅拌设备不能匹配的状况。

③它还可以在某些情况下减少菌体生成量，提高有用产物的转化率。

④菌种的变异及杂菌污染问题易控制；⑤便于自动化控制。

⑶区别：①和传统的分批发酵相比，补料分批发酵可以有效地减少发酵过程中培养基黏度升高引起的传质效率降低，解除降解物的阻遏和底物的反馈抑制，很好地控制代谢方向，延长产物合成期和增加代谢积累，得到较高的转化率、染菌和退化的概率小、对发酵过程可实现优化控制等优点。

但中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。

②分批发酵是一次投放原料，待发酵完成，一次放出成品。

这样的发酵放方式设备利用率低，但不会产生菌种老化和变异问题。

而连续发酵则是一边以流加方式加入原料一边以相同的流量放出成品，可以提高设备利用率以及单位时间产量，便于自动化控制，但菌种易发生变异，严格要求无菌条件，易被染菌污染。

而补料发酵则是多次补料一次回收成品。

他即提高了设备的利用率，又可以防止菌种发生变异，是分批发酵和连续发酵结合，也就解决了两者的缺点。

17、试从酿造原料、参与微生物、生产工艺等角度比较啤酒、葡萄酒、黄酒酿造的差别。