江南大学发酵工程原理及技术考试样卷答案1

样卷1及参考答案

一、填空（每空1分，共30分）

1，工业上的发酵产品分为菌体、代谢产物、微生物酶和生物转化产品四个类别。

2，从本质上来说，微生物代谢是通过酶量调节和酶活性调节两种方式来进行调节的。

3，根据对氧需求的不同可将发酵分为通风发酵和厌氧发酵两种类型。

4，根据产物合成途径，我们可将次级代谢分为与糖代谢有关的类型、与脂肪酸代谢有关的类型、与萜烯和甾体化合物有关的类型、与TCA环有关的类型和与氨基酸代谢有关的类型五种类型。

5，卡尔文循环由羧化、还原和再生三个阶段（部分）组成。

6，发酵厂用于原料除杂的方法有筛选、风选和磁力除铁。

7，种子的制备可分为实验室种子制备和车间种子制备两个阶段。

8，空气除菌的方法有加热、静电、射线和介质过滤。

10，常用的连续灭菌工艺有喷射加热、薄板换热器和喷淋冷却。

11，氢化酶是氢细菌进行无机化能营养方式生长的关键酶，在多数氢细菌中有两种氢化酶，它们是颗粒状氢化酶和可溶性氢化酶。

二、名词解释（每题4分，共20分）

1，发酵工程

应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。

2，无菌空气

发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。此种空气称为“无菌空气”。

3，种子的扩大培养

是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而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。

4，酶合成的阻遏

某些酶在微生物生长时可正常地产生，但当生化途径的终产物浓度增加时或向生长培养基加入这种终产物时，酶的合成就被阻遏。这种低分子量的终产物(辅阻遏物)被认为是同胞内由调节基因编码的蛋白质(阻遏蛋白)结合，产生一种阻遏物，该阻遏物“关闭”对酶编码的结构基因。这样的酶称为可受阻遏的酶。阻遏酶合成的物质称为阻遏物。

根据阻遏物的不同，可将阻遏分成两类：

（1）终点产物反馈阻遏(feed-back repression) ：阻遏物是被阻遏生成的酶(或酶系)所催化生成的终点产物。

（2）分解代谢物阻遏(catabolic repression)：阻遏物是被阻遏生成的酶(或酶系)分解代谢的产物。

5，微生物热阻

是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。

三、简答题（每题4分，共20分）

1，请简述防止菌种衰退（退化）措施。

控制传代次数

选择合适的培养条件

选择合适的保藏方法

菌种稳定性检查

分离复壮

2，微生物代谢调节的方式有哪些。

细胞透性的调节，代谢途径区域化，代谢流向的调控和代谢速度的调控

3，淀粉酶法液化的工艺有哪几种及各自的优缺点。

间歇（升温）液化法

优点：此方法简便

缺点：效果较差，能耗大，原料利用率低，过滤性能差。

半连续（高温）液化法（喷淋连续进出料液化法）

优点：设备和操作简单，效果比间歇液化好。

缺点：不安全，蒸汽耗量大，温度无法达到最佳温度，液化效果差，糖液过滤性能也差。

连续（喷射）液化法

优点：设备小，便于连续操作，原料利用率高，转化率高，蛋白质凝聚好。 缺点：但要求一定压力的蒸汽，进出料的速度要稳定。

4，简述无菌空气制备工艺中，介质过滤除菌的机理。

直接拦截、惯性撞击、扩散拦截

5，简述发酵工业发展的阶段。

天然发酵阶段（古代~1900年）

纯培养技术的建立（1905年~）

通气搅拌发酵技术的建立（1940年~）

开拓发酵原料时期（1960年~）

基因工程阶段（1979~）

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

1，根据微生物的热死灭动力学方程和温度对微生物热死灭常数（K ）的影响，论述为什么采用高温短时间灭菌既有利于杀灭微生物又有利于减少营养物质的破坏？ 实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，()

1N k dt dN ?=-

即：

N ：任一时刻的活细菌浓度（个/L ）

t ：时间（min ）

微生物的热死灭动力学接近一级反应动力学，它的比热死灭速率常数K 与灭菌温度T 的关系可用阿累尼乌斯方程表征

A ：频率因子（min -1）

ΔE ：活化能（J/mol ） R ：通用气体常数[J/（mol.k ）]

从方程（4）可以看出：

（1）活化能ΔE 的大小对K 值有重大影响。其它条件相同时，ΔE 越高，K 越低，热死速率越慢。

（2）不同菌的孢子的热死灭反应ΔE 可能各不相同。

K 是ΔE 和T 的函数，K 的对T 的变化率与有关，对方程（5）两边对T 取导数，得方程（6）。由方程（6）可得出结论：反应的ΔE 越高，lnK 对T 的变化率越大，即T 的变化对K 的影响越大试验表明，细菌孢子热死灭反应的ΔE 很高，而某些有效成分热破坏反应的ΔE 较低（见下表）。将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间，由于有效成分的ΔE 很低，温度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少。

2，论述高浓度细胞培养的目的、原理、优点、方法及存在的问题。

目的

微生物液体发酵大都采用分批培养，这种培养方式的缺点是：发酵液中最终细胞浓度不高。如果通过改进工艺技术，使发酵液中微生物细胞增殖很高的浓度，那么，高浓度的细胞将会产生高浓度的发酵产物，这样就可以大大提高发酵设备的利用率，降低生产成本。基于这种目的，人们开始研究微生物高细胞浓度的培养技术。采用高细胞浓度培养技术，发酵液中菌体浓度比分批式培养可高10倍以上。例如用高细胞浓度连续培养技术，培养大肠杆菌HBl01(pPAKS2)，可得到95g ／L 的菌体。用同样的方法培养酒精酵母可得到219g ／L 的菌体。而一般用分批法培养酵母和细菌，得到的菌体浓度仅为10g ／L 左右。

原理

采用一定的工艺技术，保证微生物生长的适宜条件，延长微生物的指数增殖过程，从而得到高浓度的细胞。

优点

可大大提高发酵设备的利用率、节省能源

方法

流加培养、连续培养

()

4/RT

E e A K ?-?=()

62ln T R E

dT K d ??=

存在的问题

培养基流加控制与其他条件控制、菌体分离装置的效能、菌种退化

3，某啤酒厂采用真空气流输送麦芽，每日操作6小时，共输送36吨麦芽，请计算输料管的管径。（空气的密度为1.2kg/m 3，混合比的经验数据为：原粮装卸μ =7~14，米厂μ =4左右）

根据所输送的原料，选择混合比μ =4

根据上表，选择气流速度v 气=22

每日操作6小时，共输送36吨麦芽，则

G 物=36000/6=6000kg/h

Q 气= G 物/μρ气=6000/4×1.2=1250m 3/h 气气气气

v Q v Q D 0188.036004≈=π=0.14m