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1、第八章1.发酵工程的基本任务是什么？答：发酵工程的基本任务就是最大限度地利用微生物的潜在能力，以较低的能耗和物耗换取最大限量的产品。2.发酵工程的组成和应用前景？答：（1）组成：发酵工程可分为三部分组成：上游工程：包括生产菌株的选育，最佳发酵条件的确定，培养物的制备等；中游工程：生物反应器研制，选型，菌体的大批量培养或生产代谢产物的调控管理技术。下游工程：从发酵物料中分离和纯化产品的技术包括固液分离技术，细胞破壁技术，蛋白质纯化技术，产品的包装和制备技术。（2）应用前景：随着科学技术的进步，发酵工程也有很快的发展，已能达到人为控制和改造微生物，使微生物为人类生产大量的有用物质或目的产品，作为现
2、代生物技术支撑，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程技术改造菌种以提高产量；利用工程菌发酵生产重要药品，如胰岛素、干扰素和生长素等。3.在发酵过程中需要检测哪些参数？答：物理参数化学参数间接参数常用的有待发展的温度pH 值金属离子浓度摄 氧 率（OUR）压力氧化还原电位Mg 2,K+,Ca+2CO2生 成 率（CER）功率输入溶解氧浓度Na+,Fe+2,S O/呼 吸 商（RQ）搅拌转速溶 解 CO2浓度PO4总氧利用空气流量排 气 02 分压DNA体积传递系数（KLa）泡沫水平排 气 CO2分压RNA细胞浓度（X）加料速率其它排气成分细胞成分细胞生长率基质成分浓度蛋白质细胞得率（YX/S）前
3、体糖糖利用率诱导物产物氧利用率培养液质量氮比基质消耗率培养液体积关键酶活力前体利用率生物热产 物 量（P）黏度比生产率积累消耗功率、功率准数基质雷诺数酸细胞量碱生物热消泡剂碳平衡细胞量能量平衡气泡含量气泡表面积表面张力4.什么是生物热？怎样测量生物热？答：当交换器传热面积满足情况下，即保持发酵罐内液温恒定时，可通过测量进出水温（T 进,T 出）计算出发酵热，但此种算法尚不准确，受其它因素的影响，实际发酵热可用下式表示：Q 生 成=Q+Q散+Q显 一Q搅 拌+C d T/d t 式中：Q散-发酵罐散热Q显-空气或逃液带走的显热（K J/h）Q搅拌-搅 拌 热（k s/h）t-发酵罐液温（）C-水
4、的比热 K J/（k g）T-时间。由于用上法测量生物热，干扰因素较多，难于精确，随后相继出现了绝热量计，这些量热器都能比较精确地测试出生物热。5.发酵过程中的料液计量与液位控制有哪些方法？答：在微生物的深层培养过程中，通常要用补料来达到控制发酵的目的，比如流加糖液、氨水、来补充碳源和调节酸碱度，加入微量元素，生长素前体以促进产物合成等。目前要实现自动控制则需要对料液的进入，贮存应有精确的计量。其计量方法有，压差法、重量测量法、体积计量法、流量计量法和液位探针法。6.怎样测量发酵液中的溶解氧？目前常用哪种仪表？答：在工业生产中，常用以电化学为基础的电极法进行溶解氧的测量，目前有发酵工厂常使用复
5、膜氧电极。7 .怎样测量发酵液中的菌体浓度？有哪些测量方法？答：微生物在其生命活动中总是伴随着繁殖与生长，繁殖是指细胞个数的增加，生长是指菌体组分和质量上的变化。在发酵过程中，根据菌株的生长规律，要随时了解它的生长繁殖情况，目前检测方法有：称重法，离心法，浊度法，细胞蛋白测定法，核酸测定法，染色计数法和平板计数法。这些方法大都用于离线取样，些连续菌量测定法如浊度法，荧光测量法，电容测定法，排气分析法已相继用于发酵工程。8 .发酵的自动控制包括哪些内容？发酵自控体系由哪些主要硬件组成？答：内容：（1）控制与发酵密切相关的重要目标：如温度、酸碱度、底物浓度、生物量等；（2）控制操作：如管道阀门的开
6、关，泵的起动或停止。（3）控制动作对过程状态影响的模型：如在控制细胞生长率时，基质的浓度和加入基质速率之间的关系数学式。硬件组成：传感器、变迭器、执行机构、转换器、过程接口和监控计算机组成。除了直接用于发酵过程检测的传感器外，还有变量估计器，或 称“网间”传感器或“算法”传感器。第九章1.发酵生产中若基质被污染杂菌，会产生哪些不良后果？答：（1）使培养基营养组分和产物因杂菌消耗而损失，造成生产力下降。（2）消耗底物后产生的代谢物给提取带来了困难，造成产率低、质量下降。（3）有些杂菌会分解目的产物，造成生产失败。（4）污染菌的代谢物改变发酵环境、P H 变化等，使反应发生异常变化。（5）如遇噬菌
7、体污染，则造成发酵生产失败。2.在工业发酵过程中常用哪些灭菌方法？答：（1）加热灭菌干热灭菌火焰灭菌：直接用火焰灼烧热空气灭菌：在干燥箱内，升温1 6 0-1 7 0/l-2 h,可达到灭菌目的，多用于玻璃和金属等。湿热灭菌巴氏灭菌：将原料在6 0 C加热3 0 分钟或7 0 加 热 1 5 分钟，可杀灭原料中的营养菌体。间歇灭菌：即常温灭菌，在 1 0 0 C灭 3 0-6 0 分钟，待 2 4 h 后，再 灭 次，如此重复三次达到杀灭芽抱的目的。高压蒸汽灭菌：1.I k g/c m 2（1 2 1）维持2 0-3 0 分钟，可杀灭基质中所有营养体和芽抱。（2）射线灭菌：常用射线为紫外线，波
8、长为2 1 0 0-3 1 0 0 A 的紫外线有灭菌作用。常用波长为2 5 3 7 A,用于设备、器皿表面以及空气消毒。此外也可用X射线和丫射线等高能灭菌。（3）过滤除菌：常用过滤器。用于过滤病毒或一些不宜加热的维生素、氨基酸、血清等。空气过滤：进入发酵罐的空气必须经过过滤,工业上常用玻璃纤维、活性炭，石棉、纸板等介质作为过滤材料。3.批量灭菌可分为哪几个阶段？要获得灭菌成功有哪些要素？答：批量灭菌过程可分为三个阶段：即升温、保温和冷却，灭菌主要是在保温阶段实现的，获得批量灭菌成功的三要素为：（1）合理的设备内部结构：即无死角，焊缝、轴封等装置可靠，蛇管、保温层等无穿孔现象。（2）蒸汽压力稳
9、定：一般保持在5-8 k g/c m 2（中小型发酵罐）（3）合理的操作方法4 .怎样计算批量灭菌的加热时间？蒸汽耗量？答：（1）将培养基中所有的杀菌定格在灭菌保温期间杀灭，可根据对数残留定律求的灭菌所需的时间:直接加热：根据公式T=W C/K F I n （tl-t2 S）/（tl-t2 f）计算加热时间。间接加热:根据公式:T=G C （tf-ti）+Q/（X-c w）s（2）蒸汽耗量：S=l.1 9 T P/v）（根号）5 .连续灭菌有哪些设备？怎样计算灭菌时间？答：（1）加热设备：塔式加热器，喷射式加热器。（2）维持设备（3）冷却设备：喷淋冷却器，套管冷却器，板式冷却器。灭菌时间:连续
10、灭菌时间仍可使用对数定律：t=2.3 0 3/K l o g N0/NS6 .比较批量灭菌和连续灭菌各有哪些优缺点？答：批量灭菌缺点：会给一些细菌留有存活机会，只要细菌体内形成了芽抱（一种休眠体）就很难将其杀死。优点：有针对性。连续灭菌缺点：较为盲目，会将一些有用的菌种杀死。设备比较复杂，投资较大。优点：不给细菌留有存活的可能，可以保存基质中较高的有效成分，同时提高发酵罐的利用率。7 .板式冷却器的原理怎样？有哪些优缺点？答：原理：一种新型高效的热换设备，由许多片具有特殊波纹的金属板叠合而成。冷热流体在相邻的板间进行热交换。优点：体积小、传热面积大、传热效率高，易拆卸清洗。缺点：流通道较小，对
11、粘稠状基质阻力较大，密封周边长，要保持板间叠合严密，否则会造成污染。8 .喷淋冷却器和套管冷却器的原理怎样？各有哪些优缺点？答：（1）喷淋冷却器：原理：即料液经过排管，排管上方用冷水喷淋。料液从排管下方进入，上部排出。优点：具有结构简单，清洗方便，传热效率高。（2）套管冷却器：原理：一种内管走热料液，补管间隙走冷却水的喷淋。优点：热利用合理，传热系数高。缺点：消耗材料较多，若内管出现漏洞不易发现，修补难。9 .喷射式加热器的原理怎样？答：料液与蒸汽接触迅速，混合充分，在瞬间内完成。简单的喷射式加热只是一个喷嘴装置，蒸汽油喷嘴喷出，料液从侧面进入器内，被蒸汽加热。1 0 .维持设备的作用和原理怎
12、样？答：又称保温设备，即料液加热灭菌后进入维持罐保藏一段时间以达到彻底灭菌，保温设备般不再加热，仅在其设备外围加上保温层绝热材料，防止冷却即可。第十章1 .一个良好的发酵罐应具备哪些条件？答：（1）结构严密：耐高温高压，耐腐蚀，内壁光滑，内部附件少，无死角。（2）良好的气、液混合性能：有利于物质传递、气液交换的有效进行。（3）适宜的高、径比：般在4:1.7 左右。罐体越长，氧利用率越高。（4）有良好的要交换面积：以利于灭菌、控温等。（5）有消沫装置：减少泡沫生成，提高装料系数。（6）有必要、可靠的检测控制仪表。2 .一个标准的发酵罐有哪些几何尺寸？答：H/D=l.7-4.0 d/D=l/2-l
13、/3 W/d=l/8-l/1 2 B/D=0.8-1.0 （S/d）2=1.5-2.5 （S/d）3=1.0-2.0H-发酵罐筒身高度D-发酵罐内径d-搅拌器直径W-挡 板 的 宽 度 B-下搅拌桨至底部的距离S-两搅拌桨间距离H L-液位高度3 .什么叫公称容积？怎样计算？答：公称容积（V o）是指发酵罐筒身容积（V c）和底部封头容积（V b）之和，可通过以下公式计算：V o=V c+V b=I T/4 D 2 H +0.1 5 D 24 .通用式发酵罐由哪些配件组成？有哪些开口？答：罐体、搅拌器、挡板、冷却装置。空气分布装置、轴封、变速装置、消泡装置等。具有取样口和放料口。5 .其他发酵
14、罐有哪些类型？各有何优缺点？答：带升式流式发酵罐：优点：节约动力、节省钢材、无操作噪声、填装料可达罐体容积的80-90%,且不需要加消沫剂。此外还具有维修、操作、清洗方便等优点。缺点：还不能代替好气量小的通用式发酵罐，对黏度答得发酵液其溶氧系数低。带升环流式发酵罐分为内环流式和外环流式两种。自吸式发酵罐：优点：节省空压机、冷却器、油水分离、空气贮罐、总过滤器等设备，减少了厂房占地面积，减少工厂发酵设备投资30%左右，设备便于自动化，连续化、降低劳动强度，酵母发酵周期短，酵母浓度高，废液少；设备结构相对简单，溶氧效果高，操作方便。缺点：罐压低，好氧较多的发酵中易造成污染。高位塔式发酵罐：优点：略
15、去了机械搅拌装置，其造价为通用式发酵罐的1/3左右。如培养基浓度适宜，操作得当，在不增加空气流量的情况下，基本能达到的通用发酵罐的水平。筛板对空气有阻碍，使空气在罐中停留较长时间，可提高氧的利用率。这样可以节省50%的空气，和 30%的动力。缺点：空气需要较高的压强；由于罐体高，安装不便在屋内，一般在室外；底部时有沉淀物，温度高时难于降温。文氏发酵罐：优点：吸氧效率高、气、液、固三相均匀混合；设备简便，无须空气压缩机及搅拌器，省动力。缺点：气体吸入量与液体循环量之比较低，不适合发酵好氧量大的微生物。伍式发酵罐：优点：发酵液在套筒处上升，筒内下降，从而形成料液、气循环。缺点：设备结构复杂，消耗率
16、高。6.自吸式发酵罐由哪些配件组成？其工作原理怎样？答：自吸式发酵罐山皮带轮，排气管，消沫器，冷却排管，定子，轴，双端面轴封，连轴带，马达，自顺转子，端面轴封组成。自吸式发酵罐是一种用于好气发酵的发酵罐，但是它的与众不同是不需要进行搅拌让空气进入，而是因为它装有一种特殊设计的机械搅拌装置，当这种搅拌桨滚动时，紧密贴在桨底的导气管可借桨叶排出液体时所产生的局部真空把大气中空气经由滤后吸入罐内发酵罐的搅拌器山罐底向上伸入的主轴带动。叶轮旋转时叶片不断排开附近的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立刻通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，平均分
17、布。7.生物反应器根据哪些条件来分类？各有哪些类型？答：（1）按照微生物生长代谢需要分类：好气：抗生素，酶制剂，酵母，氨基酸、维生素等产品。厌气：丙酮，丁醇，酒精、乳酸从用厌气生物反应器。差别是由于对无菌空气的需求不同，前者需要强烈的通风搅拌装置，目的是提高发酵液中的体积氧传递系数KL。，后者则不需要通气。（2）按照生物反应器特点分类：机械搅拌通风发酵罐：循环式，伍氏发酵罐、文氏发酵罐以及非循环式的通风发酵罐和自吸式发酵罐 非机械搅拌通风发酵罐：循环式的气提式、液提式发酵罐以及非循环式的排管式和喷射式发酵罐。（3）按容积分类：500L-下的实验室生物反应器，5005000L中式生物反应器，50
18、00以上，生产规模的生物反应器。（4）按微生物生长环境分类：悬浮生长系统：微生物细胞生长是浸泡在培养液中且伴随着培养液一起流动。支持生长系统：微生物细胞生长在与培养液接触的界面形成一层薄膜。按操作方式分类：批量发酵：发酵工艺条件随营养液的消耗和产物形成而变化。每批发酵结束，要放罐清洗和重新灭菌，再开始新一轮的发酵。连续发酵：新鲜营养液连续流加入发酵罐内，同时产物连续流入发酵罐。其他类型的生物反应器中，还有一种新型的超滤生物反应器，在进行发酵时，成熟的发酵液中通过一个超滤膜使产物能透过膜进行提取，酶可以通过管道返回发酵罐继续发酵，新鲜的底物可以源源不断地加入罐内。第H 章1.空气进入发酵罐前要作
19、哪些处理？为什么？答：空气进入发酵罐前要作除菌处理。微生物好氧发酵过程中需要氧气，通常以空气作为氮源。由于空气中携带有各种杂菌，这些杂菌一旦进入纯培养液，在适宜条件下会大量繁殖，甚至反客为主，给纯种发酵造成事故。2.空气除菌系统由哪些部件组成？它们各有何作用？答：粗过滤器：捕集灰尘颗粒，保护空压机，减轻其磨损，同时也减轻后续过滤器的负荷。空气压缩机:。空气储罐:。一级空气冷却器:。旋风分离器:。二级空气器:。丝网除沫器:。空气加热器:。空气总过滤器:。空气分过滤器：。3.空气过滤器的介质除菌原理有哪些？答：空气溶胶的过滤除菌原理与通常的液体过滤原理不一样，一是空气溶胶中气体引力较小，介质的间隙
20、大于颗粒直径；而液体过滤的介质间隙必须小于颗粒直径。充填系数为8%时，其网格空 隙 为 2050um,微粒随气流通过滤层时，网格阻碍气流前进，使气流无数次改变运动速度和方向，绕过纤维前进，这些改变引起微粒对纤维网格产生惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸附等作用，将微粒滞留在纤维表面上。4.什么是相对含水量？绝对含水量和露点？答:空气中的水蒸气分压与同温度下的饱和蒸汽压之比称为相对含水量。可用下式表示：8=Pw/Ps1kg干空气中所含水蒸气的质量(k g)称作空气的湿度或绝对湿度含量(X)：X=0.622Pw/(P-Pw)当相对湿度 p升高到1 时，空气中的水蒸汽已饱和，这时的温度称为露
21、点5.怎样计算压缩空气的热量？怎样处理压缩空气？答：空气经压缩后，其温度会显著上升，且压力越大温度越高.压力和温度之间存在以下关系：T2=T1(P2/P1)k-1/k T1,T2-压缩前后空气的热力学温度(K)P1,P2-压缩前后空气的绝对压强k-绝对热指数，空气为1.4。从空压机出来的空气，先冷却到适当的温度，除去油和水,再加热到3035,最后通过总过滤器和分过滤器除菌，从而获得洁净度、压力、温度和流量都符合要求的无菌空气。6.粗过滤器有哪些种类和部件？答：分为布袋，填料过滤器，油浴洗涤装置：滤网，加油斗，油镜，油层和水雾除尘装置：空气出口，过滤网，高压水入口，空气入口。7.填料分离器一般采
22、用哪些填料和材质？答：焦炭，活性碳，瓷环、金属、玻璃纤维、塑料丝网等填料介质有很高的分离率，可以出去细小 微 粒(5 u)但对雾沫浓度很大的空气有阻力，故分离效果一般。分离细雾可采用200-300mm介质常数的滤器，通过介质的最佳速度为13m/s。第十二章1.目前工业生产中有哪些产品属于厌气发酵？答：酿酒，制曲、柠檬酸以及青贮饲料，酒精，啤酒。2.厌气固态发酵有哪些特点？答：(1)温度：采用比较低的温度使糖化和发酵同时进行。(2)水份：生产上将蒸镭过的酒精作连续发酵，即每次去掉部分老料，增加部分新料，水份 控 制 53-62%,原料轻，反复多次充分利用。(3)传统工艺：固态发酵主要靠手工操作，
23、菌种是数曲或曲汁类型进行拌料，然后入窖或封缸发酵。其发酵过程中固、液、气三态并存，故其产品的风味与液态发酵有明显区别。(4)敞口操作：整个操作过程中，除原料蒸煮过程能起到灭菌作用外，拌料所用的工具、水、空气。场地等都能将大量微生物带入料酷中，它们将与曲种协同作用，从而产生出丰富的香味物质，因此固态发酵是多菌种的混合发酵。3.厌气液体发酵与好气液体发酵有何异同？答：4.酒精发酵设备有哪些开口和装置？答：整体为柱形罐顶开口：进出口入孔接种管排气孔压力表视镜罐底开口：排料口和排污口(两口可合并)。中下部设：取样口温度、仪表插孔。内部：蛇管换热器喷射洗涤装置厌气发酵相关尺寸：H/D=l.1-1.5(M
24、)5.连续发酵有哪些优缺点？答：优点：（1）发酵周期短，设备利用率高（2）节省人力物力，容易实现生产自动化（3）培养液浓度和代谢物含量相对稳定（4）产品的质量和产量相对稳定。缺点：尚不能全部代替传统的间歇发酵，仅在厌氧发酵中有较多的产品可行如用于好氧发酵，其污染和菌种突变问题难于解决。6.固定化技术在工业发酵中有哪些应用？有何优缺点？答：固定化细胞是在固定化醐的基础上发展起来的一项新技术。它是用一些高分子材料将菌种细胞吸附，絮凝或包埋后置一定的容器能作连续发酵。优点：（1）反应迅速、生产能力高（2）连续发酵，料液边进边出，不发生细胞流失现象。（3）可避免批量生产中的反馈抑制现象和产生的消耗物。
25、（4）操作方便，能较好地实现生产自动化。缺点：需将细胞固定，其操作较繁，生产中易早成污染。7.筒述啤酒发酵的工艺流程和有关发酵设备。答：首先把已经发芽的大麦碾碎，然后加入65.5C的热水搅拌成糊状物，经过滤后即得麦芽汁，煮沸麦芽汁，同时加入啤酒花，再冷却，加入酵母菌，发酵后的液体就成了啤酒。前发酵设备：设备为开口式的发酵罐：置发酵室内，长方形或正方形。材料：钢板、钢筋混凝土；砖砌后外抹水泥；为防腐常以沥青、蜡、环氧树脂等涂料作保护层。设备内装换热器：如蛇管，维持一定温度，目前的新设备，采用室内安装空调来调控。后发酵设备：又称贮酒罐，完成嫩啤酒的继续发酵，饱和C O 2,促进啤酒稳定、澄清成熟。
26、形状：圆筒形密闭容器，分卧式和立式两种，由于后发酵产热量低，般不设换热器。材料：后发酵槽由于要通入C 0 2,设备耐压，一般用A 3钢板制成，内涂防腐涂料；目前采用不锈钢。设备装置开口：入孔；取样孔；进出啤酒接管；压缩C02接管；温度计，压力表和安全阀等附属装置。露天立式啤酒发酵罐：种新型设备，既可作前发酵又可作后发酵用。形状：立式，一般安装在室外。内设：冷却夹套或蛇管，自动洗涤器，中下部取样、温度计接管等。材料：要经受管压l-2kg/cm2,用不锈钢板制成。规格：H/D=2-6,底部锥角60-120。，发酵填装系数为85-90%。立式啤酒发酵罐式近代啤酒厂主要的发酵设备。8.简述大曲发酵的工
27、艺流程和有关发酵设备。答：（1）制曲：杂粮一混合一粉碎一加水拌匀一踩曲一曲胚一发霉一晾霉一潮火一大火一后火一养曲一出房f贮存一成品菌种主要为根霉，毛霉，曲霉，酿造酵母，细菌等。（2）酿造：粮食一水淋一蒸煮一摊凉一加曲拌料一撤水下窖f发酵f蒸微f陈酿一勾兑一包装f成品发酵设备：第十三章1.培养基有哪些类型？工业发酵培养基是怎样确定的？答：按培养基组成物质的化学成分：合成培养基：用化学成分和数量完全了解的物质配制而成。成分精确，重复性强，可以减少不能控制的因素，适用于在实验室范围作有关营养、代谢、分类鉴定、生物测定及选育菌种。遗传分析等定量研究工作。但一般微生物在合成培养基上生长较慢,有些微生物营
28、养要求复杂，在合成培养基上不能生长。天然培养基：采用化学成分还不清楚或化学成分还不恒定的各种植物和动物组织或微生物的浸出物、水解液等物质（例如牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白豚等）制成的。适合于各类异养微生物生长，而一般自养微生物都不能生长。半合成培养基：多数培养基配制是采用一部分天然有机物作碳源、氮源和生长因子的来源，再适当加入一些化学药品以补充无机盐成分，使其更能充分满足微生物对营养的需要。大多数微生物都能在此培养基上生长繁殖。因此，在微生物工业生产上和试验研究中被广泛使用。按物理性质：固体培养基：分类：斜面试管、平板等，是在液体培养基中加入凝固剂配成的，最常用的凝固剂是琼脂。作用：固体培养基
29、在菌种的分离保藏、菌落特征的观察、活菌计数和鉴定菌种方面是不可缺少的。在制曲、酶制剂、柠檬酸等生产中，用来培养霉菌等的固体种子和发酵培养基是有效皮等农作物加无机元素等制成的。液体培养基：常用于大规模的工业生产及生理代谢等基本理论研究工作。发酵工业多用于培养种子和发酵培养基。根据微生物对氧的要求状况，分别作静止或通风搅拌培养。在菌种筛选工作和菌种培养工作中，也常用液体培养基进行摇瓶培养微生物在液体培养基中生长的情况又是也用作鉴定菌种的参考。半固体培养基：在液体培养基中加入0.8%琼脂,灭菌冷却后成柱形，主要用于研究、观察、保种等方面，作穿刺培养菌种用。按用途：增殖培养基（富集培养基）：可以配制成
30、适合某种微生物生长而不适合其他微生物生长，从而达到从自然界分离这种微生物的目的。选择性培养基：是在培养基内加入某种化学物质以抑制不需要菌的生长,而促进某种需要菌的生长。鉴别培养基：根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种的微生物。发酵生产中的培养基类型：斜面培养基：作用：这供微生物细胞生长繁殖用的，包括细菌，酵母等斜面培养基以及霉菌、放线菌生抱子培养基或萩曲培养基等。这类培养基作用是供给细胞生长繁殖所需的各类营养物质。特点：富含有机氮源，少含或不含糖分。有机氮有利于菌体的生长繁殖，能获得更多细胞；对于放线菌或霉菌的产抱子培养基，则氮源和碳源均不宜太丰富，否则容
31、易长菌丝而较少形成抱子；斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给必要的生长因子和微量元素。种子培养基：培养基种子的目的：扩大培养，增加细胞数量；同时也必须培养出强壮、健康、活性高的细胞，使细胞迅速进行分裂或菌丝快速生长。种子培养基特点：必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子；种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。供抱子发芽生长用的种子培养基的主要成分相近，以便种子进入发酵罐后能快速生长。发酵培养基：发酵培养基是发酵生产中最主要的培养基，它不仅耗用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。发酵培养基的选择：（D 必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。（2）有利于
32、减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。（3）有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发醛罐的生产能力。（4）有利于提高提高产物的形成，缩短发酵周期。（5）尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化。（6）原料价格低廉，质量稳定，取材容易。（7）所用原料尽可能减少发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。（8）有利于产品的分离纯化，并尽可能减少产生“三废”物质。2.工业发酵常用哪些原料作为碳源和氮源？答：碳源种类：糖:己糖、蔗糖、麦芽糖、棉子糖、淀粉、纤维素、半纤维素、加壳质和果胶质等,其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。有机酸：糖酸、柠檬酸、反丁烯
33、二酸、琥珀酸、苹果酸、丙酮酸、酒石酸。醇类：甘露醇、甘油、低浓度的乙醇。脂肪酸：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低级脂肪酸都可作碳源。油酸和亚油酸等高级脂肪酸：可被不少放线菌和真菌作为碳源和能源利用，低浓度的高级脂肪酸可刺激细菌生长，但浓度较高时往往有毒害作用。正烷烧：一般是指从石油裂解得到的1 4 c 至 1 8 c 的直链烷烧混合物。葡萄糖：是最易利用的糖，并且作为加速微生物生长的一种有效的糖。过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，以致培养基中的溶解氧不能满足需求。蜜饯：是制糖厂生产糖时的结晶母液，是蔗糖厂的副产物。含有较丰富的糖、氨素化合物和无机维生素等，是微生物工业的价廉物美的原料。淀粉：一般要经
34、菌体产生的胞外酶水解成单糖后再被吸收利用。可克服葡萄糖代谢过快的弊病。来源丰富，价格比较低廉。常用的为玉米淀粉、小麦淀粉和甘薯淀。油和脂肪：在微生物分泌的脂肪酶作用下水解为甘油和脂肪酸，在溶解氧的参与下，氧化成水和C O 2,因此用脂肪作碳源时需比糖代谢供给更多的氧。氮源种类：有机氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白豚、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。无机氮源：N 2、氨水、锈盐或硝酸盐、硫酸铁。3 .种子培养基和发酵培养基有何异同？二者有何联系？答：种子培养基是供抱子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”。所以种子培养基的营养
35、成分要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，这样可达到较高的溶解氧，供大量菌体生长繁殖。种子培养基的成分要考虑在微生物代谢过程中能维持稳定的p H,其组成还要根据不同菌种的生理特征而定。一般种子培养基都用营养丰富而完全的天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激泡子发芽。但无机氮源容易利用，有利于菌体迅速生长，所以在种子培养基中常包括有机及无机氮源。最后一级的种子培养基的成分最好能较接近发酵培养基，这样可使种子进入发酵培养基后能迅速适应，快速生长。发酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物
36、。因此，发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前体和促进剂等。但若因生长和生物合成产物需要的总的碳源、氮源、磷源等的浓度太高，或生长和合成两阶段各需的最佳条件要求不同时，则可考虑培养基用分批补料来加以满足。4.何为放大培养？放大培养有哪些注意事项？答：将微生物在摇瓶基础上逐级放大以实现大规模生产。在厌气发酵时问题归结为如何从大型发酵罐中除去发酵热。为此考虑到如何利用发酵时生成的二氧化碳引起的液体流动和辅助搅拌，以提高冷却效率，这只需进行发酵罐传热面积的设计即可。但在好氧培养中，大多以氧的供给为基准进行放大。一般从实验室规模到工厂生产要经过35 级放大步骤
37、。注意事项：a.氧传递速度相等。b.比较搅拌桨叶顶端速度。c.比较单位液量所需的搅拌动力。d.混合时间相同。e.雷诺准数相同。f.通过反馈控制尽量能使重要环境因子一致。5.什么是表面培养，固态培养和深层培养？答：（1）表面培养是一种好氧静置培养方法针对容器内培养基物态又分为液态表面培养和固态表面培养。相对于容器内培养基体积而言，表面枳越大，越易促进氧气由气液（气固界面向培养基内传递，包括茄子瓶、克氏瓶或瓷盘培养。这种培养方法菌的生长速度与培养基深度有关，单位体积的表面积越大，生长速度也越快。氧的供给常成为发酵的限速因素，所以发酵周期长，占地面积大。优点是不需要深层培养时的搅拌和通气，节省动力。
38、如醋酸、柠檬酸发酵和曲盘制曲。（2）固体培养又分为浅盘固体培养和深层固体培养，统称曲法培养。它起源于我国酿造生产特有的传统制曲技术。其最大特点是固体曲的酶活力高。固体培养具有以下优点：原料：以谷物和农业废物为主要原料，只需外加适量水分、无机盐等。培养基组成简单。防止污染：利用霉菌能在水分较低的基质表面进行增殖的特性，在这种条件下，细菌生长不好，因此不易引起细菌污染。通气：无论浅盘或深层固体通风制曲，可以在曲房周围使用循环的冷却增湿的无菌空气来控制温湿度，并且能根据菌种在不同生理时期的需要，灵活加以调节。在固体培养中，氧气是由基质粒子间空隙的空气直接供给微生物，比液体培养时的用通气搅拌供给氧气节
39、能。（3）液体深层培养用液体深层发酵罐从罐底部通气，送入的空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解。这种由罐底部通气搅拌的培养方法，相对于由气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养法来讲，称为深层培养法。特点是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培养基中氢离子浓度等条件，选择最佳培养条件。6.怎样利用正交设计来优选发酵培养基及发酵参数？答：正交试验是一种适于考察多因素试验的试验设计方法，它通过使用正交表来安排试验和分析实验结果。由于它能使参与试验的各个因素不同水平之间保持严密的正交性，是试验因素的不同水平的不同水平均衡分布在有限的处理中，用少数几个处理就能获得
40、比较丰富的试验信息，得出全面的结论，从而使多因素多水平试验成为可能。（1）温度通常在生物学范围内每升高10C,生长速度就加快一倍，所以温度直接影响酶反应，对于微生物来说，温度直接影响其生长和合成酶。机体的重要组成如蛋白质、核酸等都对温度较敏感，随着温度的增高有可能遭受不可逆的破坏。微生物可生长的温度范围较广，总体说在-1095。（2）pH值培养基中的pH值与微生物生命活动有着密切关系，各种微生物有其可以生长的和最适生长的p H 范围。微生物通过其活动也能改变环境的pH值。发酵过程中，控制发酵液的pH值是控制生产的指标之一，pH值过高、过低都会影响微生物的生长繁殖以及代谢产物的积累。控 制 pH
41、 值不但可以保证微生物良好的生长，而且可以防止杂菌的污染。培养基pH 在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子（如醋酸根、磷酸根）被吸收或氮源被利用后产生NH3,则 p H 匕升；阳离子（如 NH4、K+）被吸收或有机酸的积累，使 p H 下降。一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pH 转移，高氮源培养基倾向于向碱性pH 转移，这都跟碳氮比直接有关。（3）氧微生物对氧的需要不同，是由于依赖获得能量的代谢方面的差异。好气性菌主要是有氧呼吸或氧化代谢，厌气菌为厌气发酵（分子间呼吸），兼性厌气菌则两者兼而有之。不同微生物或同一微生物的不同生长阶段对通风量的要求也不相同。（4）通风和搅拌 通气可以供给大
42、量的氧。通气量与菌种、培养基性质、培养阶段有关。通气量的多少，最好按氧溶解的多少来决定。只有氧溶解的速度大于菌体的吸氧量时，菌体才能正常地生长和合成酶。因此随着菌体繁殖，呼吸增强，必须按菌体的吸氧量加大通气量，以增加溶解氧的量。搅拌则能使新鲜氧气更好地与培养液混合，保证氧的最大限度溶解，并且搅拌有利于热交换，使培养液的温度一致，还有利于营养物质和代谢物的分散。此外，挡板则有助于搅拌，使其效果更好。一般来说，若培养罐深，搅拌转速大，通气管开孔小或多，气泡在培养液内停留时间就长，氧的溶解速度就大，而且在这些因素确定下，培养基的粘度越小，氧的溶解速度也越大。搅拌可以提高通气效果，但是过度地剧烈搅拌会
43、导致培养液大量涌泡，容易增加杂菌污染的机会,液膜表层的酶容易氧化变性，微生物细胞也不宜剧烈搅拌。7.发酵污染是由哪些因素引起的？答：（1）染菌的原因归结起来是：设备、管道、阀门漏损、灭菌不彻底；空气净化不好；无菌操作不严或菌种不纯等。（2）染菌的控制必须加强接种室的消毒管理工作，定期检查消毒效果，严格无菌操作技术。如果新菌种不纯，则需反复分离，直至完全纯粹为止。对于已出现杂菌菌落或噬菌斑的试管斜面菌种，应予废弃。在平时应经常分离试管菌种，以防菌种衰退、变异和污染杂菌。对于菌种扩大培养的工艺条件要严格控制，对种子质量更要严格掌握，必要时可将种子罐冷却，取样做纯种试验，确证种子无杂菌存在，才能向发
44、酵培养基中接种。8.简叙厌氧培养的一般方法。答：厌氧培养在发酵工业研究卜 一 是很重要的，发酵工业中的制酒等混合发酵过程有大量厌氧微生物的有益作用，特别是对己酸菌、丁酸菌、甲烷菌等的研究。细菌在有氧环境中进行代谢时，常产生超氧离子（0-）与过氧化氢（H202）,有强烈的杀菌作用。厌氧菌过氧化氢酶）和过氧化物酶，不能破坏超氧离子和H 2 0 2,易被杀伤，-故在有氧时不能生长。（1）深层穿刺分离培养：用一根18-20mm直径的玻璃管，截 成 180-200mm长，洗净烘干。一头塞入橡皮塞，加入2/3管长的营养琼脂，塞上胶塞或塑料帽，灭菌，凉至凝固。穿刺接|种或待分离物。培养后可见到生长的厌氧微生
45、物菌落。此时拔出橡皮塞，用无菌刀切割，分离再培养。此法对于一般厌氧微生物适用。（2）深层穿刺与化学吸氧相结合：深层穿刺后，在培养基上部加一层非脱脂棉，再加一层脱脂棉，上面加入焦性没食子酸和Na2O 3粉末的混合物，用胶塞或塑料帽盖紧。焦性没食子酸和Na20 3 在有湿气（即水分）存在的条件下缓慢作用吸氧和放出C 0 2,造成厌氧状态，强化了厌氧条件。（3）液体培养基法：液体培养基法主要是在培养基中加入一定的还原物质并隔绝空气。常见的有庖肉培养基法、硫乙醇酸钠法、牛心脑浸液培养基法等。（4）厌氧罐培养法：碱性焦性没食子酸法：焦性没食子酸与Na2O 3反应可释放出。C 0 2 并吸收环境中的氧。（
46、5）厌氧箱培养法：厌氧培养箱由厌氧环境操作箱、恒温培养箱、高度真空传递箱、气路控制系统、箱架、瓶架等部分组成。培养箱的温度能自行调节控制，气路安排合理，能任意输入所需气体和准确调节流量。箱内备有紫外灯，可消毒操作室内空气。使用厌氧培养箱进行厌氧微生物分离培养时，整个操作过程可在正压0 2 或氮气下进行，使整个接种过程在无氧状态。因此，厌氧培养箱在分离，研究极端专性厌氧菌时更有其优势。第十四章1.一般发酵液中存在哪些杂质？答：a 高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）b 杂蛋白2.何为发酵的上游工程和下游工程？答：上游工程：包括生产菌株的选育，最佳发酵条件的确定，培养物的制备等；下游工程：
47、从发酵物料中分离和纯化产品的技术包括固液分离技术，细胞破壁技术，蛋白质纯化技术，产品的包装和制备技术。4.由于很多发酵产物不稳定，易污染，提取时应注意哪些事项？答：（1）时间短，速 度 快（2）温度尽可能低（3）pH应调至适合产品稳定的范围（4）对发酵罐及有关管道设备进行清洗消毒（5）存放发酵液的容器，管道应具备防腐蚀，易清洗的特点。5.发酵产品主要有哪些提取方法？答：（1）吸附法：可用活性炭，活性白土、氧化铝、树脂等介质作为吸附剂，将产物吸附后再萃取。（2）溶媒萃取法：溶剂萃取使用溶剂如乙酸、乙酸乙酯、乙醇等将产物萃取后，再通过加热回收溶剂获得产品（3）离子交换法：用离子交换树脂吸附，产品若
48、为阴性则用阳离子交换树脂;产品若为阴性，则用阴离子树脂，吸附后再用缓冲液洗脱，将洗脱液浓缩提取。（4）沉淀法：调节 pH值，寻找产品的等电点PI（如一些氨基酸）或加入某些无机盐或有机离子使其与产品形成复合物而沉淀，然后再用合适溶剂溶解沉淀，精制提取可分为：盐析法：多用于分离各种蛋白的酶。有机溶剂沉淀法：多用于生物小分子，多糖及核酸等产品的分离和纯化，也可用于蛋白质沉淀。等电点沉淀法：用于氨基酸，蛋白质及其他两性物质的沉淀。非离子型聚合物沉底法：多用于生物大分子的分离。聚电解质沉淀法：用于酶和食品蛋白质的沉淀。生成盐复合物法：用于多种化合物尤其是小分子物质的沉淀。热变性或酸碱变性沉淀法：又称选择
49、性变性沉淀，可有选择性地除去某些不耐热或在一定p H 的条件下易变性的杂蛋白。其他沉淀法：只针对某一种或某一类物质产生沉淀的方法。蒸储法：若产品沸点较低，可采用蒸储法提取，如酒精、丙酮、丁醇、甲醇、甘油等。6.在建立一种提取方法前，应对该产物作哪些测试？答：（1）根据产物的物化性质：如酸性（强酸或弱酸）中性碱性（强碱或弱碱）了解其 pk值（解离常数）和 P I值（等电点）沸点溶媒性质，pH,温度，以及哪些物质与其产生沉淀等。（2）根据产物的稳定性质：纸沉析法：测试产物的极性和溶解度产物在极性溶液中的R f值（比移值）大，为极性（水溶性）；产物在非极性溶液中R f值（比移值）大，为非极性（脂溶性
50、）PH层析：了解产物的酸、碱或两性性质，拟定萃取时的PH度。纸电泳法：为离子交换树脂使用前选型提供依据，测试出产物为强酸、强碱、弱酸、弱碱或中性等，以便采取相应的措施和溶媒：强 酸（碱）性物质：采用强碱（酸）性树脂吸附；强 碱（酸）性物质：采用强酸（碱）性树脂吸附。?7.发酵产品的精制常用哪些方法？这些方法有何优缺点？答：第十五章1.发酵工业中常采用哪些过滤方法？各有何特点？答：板框过滤：利用板框中的缝隙过滤固体物质，目前在发酵工业中仍被广泛应用。优点：结构简单，紧凑，过滤推动力大，辅助设备少，耗能少，过滤效果好，维修方便。缺点：设备笨重，占地面积大，装卸板框、卸渣等劳动强度大，辅助时间长，对