发酵工程题库及试题

发酵工程题库及试题内容摘要：

⑥有利于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。 ⑦有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。 ⑧有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。 ⑨所用原料尽可能减少对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。 1用的碳源有哪些。 常用的糖类有哪些，各自有何特点。 碳源 :糖类（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（动、植物油）、有机酸（琥珀酸、柠檬酸、乳酸、 乙酸等）和低碳醇（甲醇、乙醇等）。 葡萄糖，所有的微生物都能利用葡萄糖，但是会引起葡萄糖效应 糖蜜，是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。 主要含有蔗糖，总糖可达 50%～75%。 一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。 除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。 淀粉、糊精，缺点：难利用、发酵液比较稠、一般 %时加入一定的α 淀粉酶。 成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。 优点：来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应。 1什么是生理性酸性物质。 什 么是生理性碱性物质。 经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的营养物叫生理酸性物质，若菌体代谢后能产生碱性物质的营养物称为生理碱性物质 1常用的无机氮源和有机氮源有哪些。 有机氮源在发酵培养基中的作用。 常用的有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、蛋白胨等；常用的无机氮源有氨水、铵盐和硝酸盐。 有机氮源在发酵培养基中的作用有：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。 诱导某些酶的产生。 1什么是前体。 前体添加的方式。 前体 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合 成到产物物分子中去，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。 前体使用时普遍采用流加的方法。 1什么是生长因子。 生长因子的来源。 凡是微生物生长不可缺少而细胞自身不能合成的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。 有机氮源是这些生长因子的重要来源 1什么是产物促进剂。 产物促进剂举例。 是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。 什么是理论转化率。 什么是实际转化率。 理论转化率是指理想状态下根据微生物的代谢 途径进行物料衡算，所得出的转化率的大小。 实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小 2培养基设计的一般步骤。 ，初步确定可能的培养基成分； ； ，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。 2培养基成分选择考虑的问题。 C、 N比 2讨论： 培养基优化在发酵优化控制中的作用与地位。 发酵优化控制分两个阶段： 第一阶段控制菌体的生长，目的是使长好的菌体能处在最佳的产物合成状态。 培养基优化应该保证菌体快速生长，有利于产物合成和分泌的酶系开启，而不利于产物合成酶系的关闭，处于最佳的产物合成状态，并且副产物合成和分泌的酶系尽可能的少开启第二阶段控控制产物的合成。 该阶段，培养基优化应使产物合成能较长时间保持在最大合成速度。 副产物的的合成速率尽可能小。 2什么是种子的扩大培养。 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。 种子扩培的目的：接种量的需要，菌种的驯化，缩短发酵时间、保证生产水平 种子的要求：总量及浓度能满足要求，生理状况稳定，个体与群体，活力强，移种至发酵后，能够迅速生长，无杂菌污染 2种子扩大培养的一般步骤。 休眠孢子→母斜面活化→摇瓶种子或茄子瓶斜面或固体培养基孢子→一级种子罐→二级种子罐→发酵罐 2在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特 点。 实验室阶段培养物选择的原则：种子能扩培到一定的量和质，获得一定数量和质量的孢子 /菌体。 培养基的选择应该是有利于菌体的生长，对孢子培养基应该是有利于孢子的生长。 在原料方面，实验室种子培养阶段，规模一般比较小，因此为了保证培养基的质量，培养基的原料一般都比较精细。 生产车间阶段培养物的选择原则最终一般都是获得一定数量的菌丝体。 培养基选择首先考虑的是有利于孢子的发育和菌体的生长，所以营养要比发酵培养基丰富。 在原料方面：不如实验室阶段那么精细，而是基本接近于发酵培养基，这有两个方面的原因 : 一是成本二是驯化 2什么是接种量。 对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少。 接种量＝移入种子的体积 /接种后培养液的体积 细菌 5℅、放线菌 20℅ 霉菌 10℅ 30 什么是发酵级数。 发酵级数对发酵有何影响，影响发酵级数的因素有哪些。 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 发酵级数对发酵影响： ，可简化工艺和控制，减少染菌机会 ，接种量小，发酵时间延长，降低发酵罐的生产率，增加染菌机会 ，难控制、易染菌、易变异，管理困难，一般 24级。 酵产品的放大中，反应级数的确定是非常重要的一个方面 影响发酵级数的因素： (1)菌种生长特性 ,孢子发芽及菌体繁殖速度。 (2) 发酵规模 .（ 3）工艺要求 .（ 4）接种量的影响 . 3什么是种龄。 事宜种龄确定的依据。 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。 原则：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。 3结合具体的产品理解种子质量控制的方法，以及认识种子质量对发酵的影响。 影响斜面种子质量的因素 :(1)原材料质量，水质，培养基 pH.(2)灭菌条件， (3)接种量， (4)温度，通风、 (5)培养时间 (6)有害气体或挥发物 (7) 冷藏条件 种子质量好： 1. 缩短发酵时间、保证生产水平 . 2. 无杂菌污染 . 3移种至发酵后，能够迅速生长 . . . . 3接种、倒种、双种。 接种：接入种子罐后直接移种到发酵罐。 双种：两个种子罐种子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。 3什么是菌体的生长比速。 产物的形成比速。 基质的消耗比速。 维持消耗。 菌体的比生长速率：单 位重量的菌体瞬时增量 μ =（ dx/dt） /x；单位为 1/h，其中 x— 菌体浓度（ g/L ） 产物的形成比速：单位时间内单位菌体形成产物（菌体）的量 π =（ dp/dt） /x,；单位为 1/h，其中 p— 产物浓度（ g/L ） 基质的比消耗速率 :单位时间内单位菌体消耗基质的量 =（ ds/dt） /x；单位为 1/h，其中 s— 底物浓度（ g/L ） 3什么是 Monod方程其使用条件如何。 各参数的意义与求解。 当培养基中不存在抑制细胞生长的物质时，细胞的生长速率与基质浓度关系（ Monod方程式）如下： μ =μ max S/（ Ks+ S） μ：菌体的生长比速 . S：限制性基质浓度 . Ks：半饱和常数 . μ max: 最大比生长速度 Monod方程的参数求解 (双倒数法 )：将 Monod方程取倒数可得： 1/μ =1/μ max+ Ks/μ max S或 S/μ = S/μ max+ Ks/μ max 这样通过测定不同限制性基质浓度下，微生物的比生长速度，就可以通过回归分析计算出Monod方程的两个参数。 3什么是初级代谢产物。 什么是次级代谢产物。 初级代谢产物是指微生物产生的，生长和繁殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。 次级代谢产物是指由微生 物产生的，与微生物生长、繁殖无关的一类物质。 3什么是一类发酵。 二类发酵。 三类发酵。 一类发酵：产物形成与底物利用直接相关，为生长联系型，又称简单发酵型，产物直接由碳源代谢而来 ,产物生成速度的变化与微生物对碳源利用速度的变化是平行的，产物生成与微生物的生长也是平行的。 在这些发酵过程中，菌体的生长、基质的消耗、产物的生成三个速度都有一个高峰，三高峰几乎同时出现。 二类发酵：产物形成与底物利用间接相关，为部分生长联系型，又称中间发酵型，产物不是碳源的直接氧化产物，而是菌体代谢的主流产物。 它的特点是在发酵的第 一时期碳源大量消耗用于菌体的迅速增长而产物的形成很少或全无，第二时期碳源大量消耗用于产物的高速合成及菌体的生长。 三类发酵：产物形成与底物利用不相关，为非生长联系型，又称复杂发酵型，产物的生成在菌体生长和基质消耗完以后才开始，与菌体生长不相关，与基质消耗无直接关系，所形成的产物为次级代谢产物。 3什么是连续培养。 什么是连续培养的稀释率。 由于新鲜培养基不断补充，所以不会发生营养物的枯竭，另一方面，发酵液不断取出，发酵罐内的微生物始终处于旺盛的指数生长期，罐内细胞浓度 X、比生长速率μ、以及 t, pH等都 保持恒定。 稀释率 (D):补料速度与反应器体积的比值 (h1) 3解释连续培养富集微生物的原理。 菌的积累速率 =生长速率 流出速率 ,调节培养基 ,使目的菌的流出速率 生长速率 ,杂菌的流出速率 生长速率 ,就起到富集作用 何氧容易成为好氧发酵的限制性因素。 氧是需氧微生物生长所必需的。 氧往往容易成为控制因素，是因为氧在水中的溶解度很低，培养基因含有大量的有机和无机物质，氧的溶解度比水中还要更低。 在对数生长期即使发酵液中的氧浓度达到饱和，若此时终止供氧，发酵液中的溶氧可在几分钟内全部耗尽，使溶氧成为控制因 素。 4临界溶氧浓度、氧饱和度的概念。 临界氧浓度： CCr临界氧浓度：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。 氧饱和度：发酵液中氧的浓度 /临界溶氧溶度 饱和溶氧浓度：在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解度。 (mol/m3) 4影响微生物需氧的因素有哪些。 细胞浓度直接影响培养液的摄氧率，在分批发酵中摄氧率变化很大，不同生长阶段需氧不同，对数生长后期达最大值。 培养基的成分和浓度显著影响微生物的摄氧率，碳源种类对细胞的需氧量有很大影响，一般葡萄糖的利用速度比其他的糖要快。 4发酵液中的体积氧传 递方程。 其中 Kla的物理意义是什么。 以单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为 a (m2/m3) OTR=KLα (C* – CL ） KLα以氧浓度为推动力的容积氧传递系数，反映了设备的供氧能力 4如何调节摇瓶发酵的供氧水平。 往复，频率 80120分 /次，振幅 8cm 旋转，偏心距转速 250rpm 装液量，一般取 1/10左右： 250ml 1525 ml 500ml 30 ml 750ml 80 ml 4如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平。 一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所以有时发酵初期采用小通风，停搅拌，不但有利于降低能耗，而且在工艺上也是必须的。 但是通气增大的时间一定要把握好。 4氧的供需研究与反应器设计与放大的关系。 发酵过程放大困难的原因就在放大时不可能同时做到几何相似、流体运动学相似和流体动力学相似，当在小试研究时某一个对生产产生影响的重要因素没有被观察到，而这个因素恰恰在放大时成为关键因子时，就会造成整个发酵过程的失败 (供氧、 混合、剪切）。 4发酵过程糖代谢、氮代谢有什么规律，为什么。 糖代谢：特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使 pH下降。 糖缺乏， pH上升，是补料的标志之一氮代谢：氨基酸被利用后产生 NH3 ， pH会上升；尿素被分解成 NH3， pH上升。 微生物生长和产物合成与糖代谢有密切关系。 糖的消耗反映产生菌的生长繁殖情况，反映产物合成的活力。 菌体生长旺盛糖耗一定快，残糖也就降低得快通过糖含量的测定，可以控制菌体生长速率，可控制补糖来调节 pH，促进产物合成，不致于盲目补糖，造成发酵不正常。 氮利用快慢可分析出菌体生长情 况，含氮产物合成情况。 但是氮源太多会促使菌体大量生长。 有些产物合成受到过量铵离子的抑制，因此必须控制适量的氮。 通过氨基氮和氨氮的分析可控制发酵过程，适时采取补氨措施。 发酵后期氨基氮回升，这时就要放罐，否则影响提取过程。 4发酵过程为什么要补料。 补些什么。 在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。 在这样一种系统中可以维持低的基质浓度，避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通过补料控制达到最佳的生长和产物合成条件；还可以利用计算机控制合理的补料速率，稳定最佳生产工艺。 发酵基质和缓冲液等。 4补料过多或过少对发酵有什么影响。 投料过多造成菌体细胞大量生长，无法稳定的产生发酵产物，导致菌体生产力下降，同时改变发酵液流变学性质。 如果补料过少 ,则使菌体过早进入衰退期，引起菌体衰老和自，同样使生产力下降。 50、 发酵过程中 pH会不会发生变化为什么。 发酵过程中 pH是不断变化的 1）糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使 pH 下降。 糖缺乏， pH 上升，是补料的标。