发酵工艺学原理复习题答案

发酵工艺学原理复习题参考答案

（2011级）

第二章

1.比较固体培养与液体培养的优缺点。

固体培养优点：（1）酶活力高。（因为菌丝体密度大）（2）生产过程中无菌程度要求不是很严格。（3）对于固体培养，通常用于固体发酵，由于产物浓度大，易于分离，可以有效的降低产品分离成本。

缺点：（1）生产劳动强度较大，占地面积大，不宜自动化生产。（2）周期长。

（3）培养过程中环境条件控制较难。（4）生产过程中，由于无菌程度较低，其菌种菌类不纯。

液体培养优点：（1）生产效率高，便于自动化管理。（2）生产过程中温度、溶氧、pH值等参数可以实现全面控制。（3）通常生产液体种子，整个生产周期较短。

缺点：（1）无菌程度要求高，相对生产设备投资较大。（2）对于某些种类的发酵，液体培养因投资大、生产密度大而难以实现。

2.说明菌种扩大培养的条件。

菌种扩大培养条件因不同的菌种差异是非常大的，通常是与菌种的性质有关的，也与后续的发酵工艺有关。但是，与发酵工艺却有着很大的差别。

1.培养基：种子培养基因不同的微生物种类差别是很大的，同一种微生物因不同的扩大培养过程（一级、二级）其培养基往往也有较大差异。通常，对于种子用的培养基，摇瓶与种子罐用的培养基也不相同，摇瓶要求培养基用的原材料精细，碳源浓度较低而且是用微生物较易利用的碳源；对于种子罐用培养基，要求使用接近大生产用的原材料，氮源浓度较高，有利于菌体的增殖。

2.温度种子扩大培养的温度，从试管到三角瓶到种子罐，其温度也应逐步调整，最后接近大生产的温度，目的在于使菌种逐渐适应。

需要指出的是：

（1）许多微生物其最适生长温度与最适发酵温度往往有差异的，例如：谷氨酸发酵，谷氨酸产生菌的最适合生长温度为：30℃，而产物合成温度为32-34℃

（2）种子扩大培养的温度的选择，应该考虑的是菌体的快速增殖上，一方面可以缩短周期，另一方面有利于抑制其他杂菌的生长。

3.氧的供给菌种扩大培养的目的就是提供大量的强壮的菌体，因此在扩培过程要求菌体增殖速度越快越好，增殖期消耗的底物葡萄糖越少越好，从这个意义上讲，扩培过程中应提供足够的氧气，无论是厌氧发酵还是好氧发酵。

足够的溶氧取决于：搅拌转速、通气量、搅拌轴功率等

4.pH值菌种扩大培养的pH值很重要，直接影响到菌体的正常生长，需要注意以下两点：（1）扩培选择的pH值是菌体的最适生长pH值，往往与发酵最适pH值不同。

（2）培养基灭菌后，通常其pH值要下降0.5——1.0个单位

3.菌种扩大培养的目的和意义是什么？

（1）提供大量而新鲜的、具有较高活力的菌种。

目的是：a、缩短发酵周期，降低能耗、减少染菌的机会（空气过滤设备有效时间是有限的）

b、为了使培养菌在数量上取得绝对的优势，抑制杂菌的生长。

（2）让菌种从固体试管、液体试管、三角瓶、种子罐、发酵罐逐级扩大，逐步适应大环境的生产。

（3）菌种经过扩大培养，可以提高生产的成功率，减少“倒罐”现象。

通过连续的扩大培养，每一级都要进行严格的检查，对于不合格的严禁使用，增加了生产的可靠性。

4.工业生产用菌种的基本要求有什么？

（1）具有稳定的遗传学特性

（2）微生物生长和产物的合成对于基质没有严格的要求

（3）生长条件易于满足（“临界溶氧浓度”pH值等）

（4）对于细菌，希望具有抗噬菌体的能力。

（5）具有较高的各种酶活力，可以在一定的范围内提高生长速率和反应速度，进而

可以缩短发酵周期，降低生产成本。

（6）对于胞外产品，细胞膜具有良好的渗透性，或者细胞膜的渗透性可以调节，细

胞不易发生菌体自溶。对于胞内产品，要求菌体易分离和收集，菌体易破碎；

对于基因工程菌，通常目的产物存在于包含体内，对于包含体，要求在细胞破碎时不易破碎，而在目的产物的分离提出时，则易破碎。

5.微生物发酵常用的菌种有哪些？

1.细菌类：短杆菌：GA,Gln,lys……

枯草芽孢杆菌：淀粉酶（BF7658）、碱性蛋白酶等

地衣芽孢杆菌：HASS(耐高温α-淀粉酶) α-Amylase

苏云金芽孢杆菌：BT生物农药……

梭状芽孢杆菌：丙酮、丁酸等的发酵

2.酵母菌啤酒酵母：酿酒酵母、辅酶类物质的发酵

酒精酵母：

汉逊酵母：食品工业，用于乙酸乙酯的发酵

假丝酵母：scp生产，石油发酵

3.霉菌黑曲霉：柠檬酸工业、酿酒业（UV-11,UV-48）、酶制剂工业（糖化酶）

黄曲霉：酱油生产(3042)，面酱

青霉菌：青霉素的生产

红曲霉：红曲制造，用于南方红曲酒（女儿红）的生产；使用红色色

素的生产；豆腐乳的生产等

赤霉菌：赤霉素的生产，是一种植物生长激素

4.放线菌：各种抗生素，链、土、庆大等

第三章

1.微生物发酵培养基的碳源主要有哪几种？

（1）淀粉及其水解糖液

（2）含有淀粉及其水解产物的废弃物：味精废水、粉丝生产废水等

（3）化工石油产品：醋酸、甲醇、乙醇、甲烷等

（4）纤维素

2.微生物发酵培养基的氮源主要有哪几种？

①无机氮源:氨水、尿素（有脲酶微生物）、(NH4)2SO4、NH4NO3、NH4CL等

②有机氮源:豆粕、玉米浆、酵母粉、酵母浸出物、鱼粉、菌体蛋白、玉米蛋白粉等

3.淀粉的水解方法主要有什么？试进行优缺点比较？酸法水解的主要副产物是什么？

淀粉的水解方法主要有酸法、酶法以及介于这两者之间的酸酶法、酶酸法。

酸法:（优）生产方法简单易行；对设备要求简单；水解时间短；生产能力大。

（缺）反应条件比较强烈；产生的副产物较多。

双酶法：

（1）酶促反应条件温和，水解产生的副产物少，对微生物的生长有利。

双酶法淀粉水解首先使用耐高温α-淀粉酶进行淀粉的液化，此时水解液中的葡萄糖很少，不具备生成副产物的物质条件。

（2）淀粉水解产率较高，通常糖的转化率可以提高10%以上。

（3）可以直接使用粮食进行双酶法水解，因为双酶法水解的条件温和，对于粮食中的蛋白质等其他物质的破坏较少。

（4）双酶法水解使用的淀粉乳浓度较高，可以达到20Be以上，而采用酸法水解，淀粉乳的浓度通常只有12Be。

酸法水解的主要副产物:

（1）双分子葡萄糖脱水，形成复合二糖，分别是异麦芽糖、龙胆二糖。

前者不利于产物的结晶提出；后者对于菌体的生长有抑制作用。

（2）一分子葡萄糖脱水，形成5-羟甲基糠醛，对于菌体的生长有抑制作用。

（3）一分子葡萄糖和-NH2反应，形成氨糖，是淀粉水解糖液有色物质的主要来源。

4.双酶法淀粉的水解通常使用哪2种酶？其作用特点分别是什么？

α-淀粉酶:又称为淀粉液化酶，只作用于淀粉α-1，4葡萄糖苷键，其作用特点是可以快速将长链的淀粉水解成短链糊精，其水解速度随着淀粉链长度的降低而变得越来越慢，换言之，该酶不可能将淀粉完全水解成葡萄糖，因此该酶的淀粉水解产物中以短链的糊精为主，含有少量的葡萄糖。

淀粉α-1，4；1，6葡萄糖苷酶:又称糖化酶，可以水解淀粉分子的α-1，4或α-1，6葡萄糖苷键，其作用特点是，淀粉的分子链越短水解速度越快，水解产物为葡萄糖。

5.培养基工业灭菌的方法主要是采用蒸汽灭菌，其灭菌的原理是什么？灭菌过程符合对数残留定律，写出理论灭菌时间的计算公式。

灭菌就是杀死一切微生物，包括微生物的营养体和芽孢，在工业生产中，对于培养基、管道、设备的灭菌，通常采用蒸汽加热到一定的温度，并保温一段时间的灭菌方法，称之为湿热灭菌。借助蒸汽释放的热能使微生物细胞内蛋白质、酶、核酸分子内部的化学键特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，致使微生物死亡。在有水分存在的情况下蛋白质更易受热而凝固变性。湿热灭菌的显著优点是：使用方便，无污染，而且其冷凝水可以直接冷凝在培养基中，也可以通过管道排出。

理论灭菌时间: t = 2.303/k * lnN0/N S

实际生产中: