发酵工艺及设备期末复习

《发酵工艺及设备》期末复习

一、填空题

1、现代生物技术包含、、、、五大主要工程技术体系？

2、发酵菌种培养有哪六种基本类型和方法？

3、厌氧固体发酵设备有：发酵室、发酵槽(池)、发酵缸。

4、厌氧液体发酵设备有哪些？

5、好氧固体深层发酵设备：机械搅拌通风制曲池、旋转式固体深层发酵罐、传送带式固体深层发酵设备。

6、好氧液体深层通气菌种培养包括哪三个基本控制点？

7、发酵过程产生泡沫的消除方法有哪些？

34、污水生物处理的优点有：效率高、效果好、适用范围广、成本低运行费用少、处理的水量大方法成熟

35、污水生物处理的方法按微生物与氧的关系可分为：好氧处理与厌氧处理；按微生物在构筑物中的状态可分为：活性污泥法与生物膜法

36、污水生物处理的作用机理是：吸附作用、生物氧化和细胞合成作用、絮凝体的形成与絮凝沉淀

37、污水生物处理的类型有：推流式曝气处理、完全混合曝气、接触氧化稳定法、分段布水推流式活性污泥法、氧化沟（氧化塘）式活性污泥法。

38、污水生物膜法类型有：生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床

39、氧化塘活性污泥法的类型有：厌氧塘、好氧塘、兼性塘和曝气塘

40、污水的厌氧生物处理方法有：常规消化池或普通消化池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器。

41、沼气发酵有：水解和发酵性细菌群、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌等五大微生物菌群参与活动。

42、人工制取沼气的基本条件是：、适宜的发酵原料、质优足量的菌种、严格的厌氧环境、适宜的发酵温度、适度的发酵浓度、适宜的酸碱度。

43、青贮饲料的分类：（1）高水分青贮、（2）低水分青贮、（3）特种青贮（添加剂青贮）。

44、微生物资源开发六大新领域：A 微生物食品、B 微生物饲料、C微生物肥料、D微生物农药、

E微生物能源、F、微生物生态环境保护剂

45、SCP生产的原料有：（1）从甲醇、乙醇、甲烷和多链烷烃等能源物质生产单细胞蛋白、（2）从纤维素、淀粉和糖类等可再生资源生产单细胞蛋白、（3）从甘薯、木薯以及马铃薯等淀粉质原料生产单细胞蛋白、（4）以糖蜜原料生产单细胞蛋白、（5）用纤维素类原料生产单细胞蛋白、（6）从造纸厂、酒精厂、味精

1、发酵过程的影响因素有哪些？温度、ph值、基质浓度如何控制？如何判断发酵终点？P150-174

影响因素有：温度、ph值、溶解氧、基质浓度、泡沫、CO2浓度、空气量、设备管道消毒、杂菌、罐压等控制：温度—根据菌种特性、生长阶段及培养条件综合选择最适温度，控制手段：热交换。

ph值—根据菌种特性、发酵各阶段要求选择最适ph值，手段：加缓冲剂、弱酸碱、氨水、通风、变温等。基质浓度—根据菌体生长代谢、合成途径选择最适补料时机、方式。手段：中间流加补料、放料

终点判断：根据产物量、残糖、氨基氮含量、菌体形态、ph、外观、黏度、发酵类型、成本构成、有无异常等综合考虑。

2、连续式发酵及特点：p34-36

培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。

优点：能维持低基质浓度；简化了发酵罐的多次灭菌、清洗、出料，可以提高设备利用率和单位时间的产量；便于自动控制；产品质量稳定。

缺点：菌种发生变异的可能性较大；易污染要求严格的无菌条件；工艺控制较分批发酵难度大；难以用于发酵次生代谢物的工业化生产。

3，分批式发酵及特点：p31-32

A、属于非稳态培养发酵法，发酵的环境条件(温度、pH值、培养基成分、溶解氧、氧化还原电位等)随微生物生长代谢的变化而变化，细胞生长可分为延迟、对数生长、稳定生长、衰亡期四个阶段。

B、发酵动力学模型根据细胞生长和产物生成的关系可分为偶联型、非偶联型、混合型；根据基质消耗和产物生成的关系可分为类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

C、一旦发生杂菌污染，容易终止操作

D、对原料组分的要求比较粗放

E、很难采用控制培养条件的方法提供生产能力

4，膜生物反应器原理及特点：

膜生物反应器是将细胞或微生物截留或存放在海绵体内，实现生物催化剂与反应溶液的即时分离的膜反应器

特点：①采用膜分离技术与发酵过程相结合，实现了发酵过程中生物催化剂与反应溶液的即时分离，解除了代谢产物对细胞生长的抑制作用，可进行细胞高密度培养和提高代谢物产率。

②生物催化剂可重复使用，可采用固定化技术进行发酵。

③生化条件温和，也适用高分子膜。

④可用于微生物发酵和动植物细胞培养，易实现连续发酵。

①②③④

5、目前补料分批发酵已成为发酵工业中最常见的一种生产方式，请论述发酵过程中补料控制的目的，所补的物料包括哪些类型，补料的原则及控制策略。

目的：①解除基质过浓的抑制；②解除产物的反馈抑制；③解除葡萄糖分解代谢阻遏效应

物料类型：①补充微生物能源和碳源的需要；②补充菌体所需的氮源；③补充微量元素或无机盐。

原则：控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物积累的方向发展。为实现这一目标，在中间补料控制时，必须选择恰当的反馈控制参数和补料速率。

控制策略：①大多数补料分批发酵均补加生长限制性基质；②以经验数据或预测数据控制流加；③以pH、尾气、溶氧、产物浓度等参数间接控制流加；④以物料平衡方程，通过传感器在线测定的一些参数计算限制性基质的浓度，间接控制流量；⑤用传感器直接测定限制性基质的浓度，直接控制流加。

6、简述等电沉淀的原理和优缺点

原理：等电点沉淀法主要利用两性分子上的电中性时溶解度最低，而各种两性分子具有不同等电点而进行分离的一种方法。两性分子在处于等电点时的pH值，再加其他沉淀因素，则很易沉淀析出。

优点：很多蛋白质的等电点都在偏酸性范围内，而无机酸通常价较廉，井且某些酸，如磷酸、盐酸和硫酸的应用能为蛋白质类食品所允许。同时，常可直接进行其他纯化操作，无需将残余的酸除去。

缺点：酸化时，易使蛋白质失活，这是由于蛋白质对低pH比较敏感。

7、补料分批发酵及特点 p33

8、简述双水相萃取技术原理及特点

双水相系统是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的

两水相或多水相系统。通过溶质在双水相间的分配系数的差异而进行萃取的方法即为双水相萃取。

特点：易于放大；双水相系统之间的传质过程和平衡过程快速,因此能耗较小, 可以实现快速分离；易于进行连续化操作；相分离过程温和,生化分子如酶不易受到破坏；选择性高、收率高；操作条件温和。

9、分别简述离心泵、盘磨机工作原理

离心泵主要部件：1排出口；2泵壳；3叶轮；4吸入口；5底阀；6泵轴。

原理：利用叶轮高速旋转时所产生的离心力输送液体。流体从叶轮获得动能以高流速流入泵壳，将动能转变为静压能排出，同时叶轮中心形成真空吸入新的液体，从而实现连续输送。

盘磨机主要部件：1、出料口；2、进料口；3、转动磨盘；4、固定磨盘（反转磨盘）

原理：利用研磨力和剪切力对物料进行粉碎。物料由进料口进入圆盘中心，在离心力的作用下从动盘和定盘缝隙中甩出，并受到圆盘的研磨和剪切作用而粉碎。

10、简述啤酒发酵用大型露天圆柱锥型密封发酵罐的特点

优点：加速发酵，C.C.T发酵和传统发酵相比，由于发酵基质(麦汁)和酵母对流获得强化，可加速发酵。厂房投资节省、冷耗节省。C.C.T 发酵可依赖CIP自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证。

缺点：酵母泥使用代数一般比传统低(只能使用5~6代)；贮酒时，澄清比较困难(特别在使用非凝聚性酵母)，过滤必须强化；若采用单酿发酵，罐壁温度和罐中心温度一致，一般5~7d以上，短期贮酒不能保证温度一致。

11、发酵产品的生产特点：

①一般操作条件比较温和；

②以淀粉、糖蜜等为主，辅以少量有机、无机氮源为原料；

③过程反应以生命体的自动调节方式进行；

④能合成复杂的化合物如酶、光学活性体等；

⑤能进行一些特殊反应，如官能团导入；

⑥生产产品的生物体本身也是产物，含有多种物质；

⑦生产过程中，需要防止杂菌污染；

⑧菌种性能被改变，从而获得新的反应性能或提高生产率。

12、什么是种子扩大培养，其任务是什么？

①、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。这些纯种培养物称为种子。

②、种子扩大培养的任务：现代的发酵工业生产规模越来越大，每只发酵罐的容积有几十立方米甚至几百立方米，要使小小的微生物在几十小时的较短时间内，完成如此巨大的发酵转化任务，那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。

13、超临界流体萃取的原理及特点p44

超临界流体的密度和液体相近，黏度和气体相近溶质的扩散速度可达液体的100倍，溶解萃取能力受温度、压力影响，可有选择性地把极性、沸点、分子量大小不同的成分依次萃取出来。

可通过调节温度压力实现选择性萃取；操作温度低，样品不易热解；萃取剂可再生循环；对非挥发性产品无溶剂残留；无毒无污染。

14、发酵染菌的原因有哪些？p186

15、污水活性污泥法处理的影响因素

1.水中溶解氧(DO)

溶解氧太低会影响到活性污泥微生物的正常代谢活动，净化功能下降，易于滋生丝状菌产生污泥膨胀。混合液溶解氧浓度过高，氧转移效率降低，浪费动力费用，还会引起絮凝体分散。DO应保持在2.0~4.0 mg ／L左右。活性污泥法消耗的O2是通过鼓风曝气系统或机械曝气系统供给。

2. 温度和pH

一般认为活性污泥处理中的适宜温度为15~30℃，<10℃和>30℃都会影响处理效果。活性污泥微生物的最适pH值介于6.0~8.0之间。 pH<4.5，原生动物全部消失，真菌将占优势，容易产生膨胀现象。pH>9.0，微生物的代谢速率也会受到影响

3. 营养盐浓度和平衡

活性污泥的生物合成，取决于能源物质的性质、浓度、氮和磷等的平衡，少量的钾、钠、硫、钙、镁、铁以及痕量的铜、锌、钻、铝等都是必要的。一般认为BOD：N：P的比例为100：5：1是适宜的

4. 食料微生物比：F/M比既影响微生物的生长和代谢活动，又影响活性污泥系统的效率。

污泥负荷：每日每千克混合液中的悬浮固体所能承受的BOD千克数，其单位是kg BOD／(kgMLSS?d)。

5. 污泥龄：指曝气池中微生物细胞的停留时间。有回流的活性污泥法，污泥龄就是曝气池全池污泥平均更新一次所需要的时间。普通活性污泥法—般θc 为5~15d，延时限气法θc为20~30d，高负荷活性污泥法θ c为0.3~2.5d。

6. 有毒物质：无机物有重金属、硫化氢、卤族元素及其化合物；有机物有酚、醇、醛等。重金属及其盐类是蛋白质沉淀剂，其离子易与细胞蛋白质结合，使之变性。

16、污水处理厂常见的污泥膨胀原因有哪些？

(1)缺氮和缺磷的废水：如造纸废水、含酚废水和印染废水，污泥膨胀比较严重。

(2)温度过高：夏秋季膨胀现象频繁。有时低水温也会有问题。

(3)污泥负荷过低或高：一般认为污泥负荷超过0.35kgBOD／(kgMLSS?d)就会膨胀。

(4)废水中悬浮物低，低分子糖类多；

(5)有毒金属、硫化物等毒物流入。

17、污水处理厂污泥膨胀的解决办法

(1) 改进污水处理工艺

推流式一般不容易发生膨胀，完全混合法易发生膨胀，采用间歇式进水可抑制膨胀发生。活性污泥饥饿可抑制丝状菌的增长：菌胶团形成菌贮存能力高，丝状菌贮存能力低。

(2) 分析污泥膨胀原因，改变运行条件

废水中含硫化物较高引起硫发菌繁衍造成的，预曝气氧化除去硫化物，降低了硫发菌的含量，可消除膨胀；提高溶氧浓度，溶氧>21mg/L以上；降低污泥负荷，控制BOD负荷为0.2~0.3kg／(kg.MLSS d)。

(3)投加絮凝剂

在原因不明的情况下，投入絮凝剂可起到明显的效果。如投加铁盐(三氯化铁5~50mg/L)；铝盐(按矾土计10~100 mg/L)；高分子絮凝剂

(4)投加氧化剂

丝状细菌膨胀加氯气或加过氧化氢；有效氯浓度为10~20 mg/L (>20 mg/L污泥解絮)；过氧化氢浓度为100~200 mg/L。球衣菌对这些物质较敏感，而菌胶团形成菌不敏感。浓度不能过高，避免污泥解絮。

18、氧化塘净化污水的原理

①、表层好氧菌或兼性厌氧菌氧化分解有机物，释放出氮、磷和CO2。表层的藻类利用氮、磷和CO2，光合作用，释放出氧气。溶解氧又为好氧菌所利用，这样构成藻菌“共生”体系。

②、塘下层和污泥层进行厌氧过程，形成CH4、CO2、NH3，和H2S，还有多种可溶性降解产物。

19、沼气发酵微生物的作用机理

①不产甲烷菌为产甲烷菌提供营养；②不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境；

③不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质；④不产甲烷菌与产甲烷菌共同维持环境中适宜的酸碱度。

20、饲用益生素的发酵菌种应具备哪些特点？

①无病原性、无毒副作用、不与病原微生物产生杂交种

②体内外繁殖速度快，具有很强的竞争优势；

③能在低pH值的的环境中存活，并定植在胃肠道内；

④能产生乳酸、过氧化氢等肠道致病菌的抑制物；

⑤加工后存活率高，混入饲料后室温下稳定性好；

⑥能促进动物的生长发育。六个特点

三、工艺题

1、简述维生素C的两步法发酵生产原理，并画出两步发酵法工艺流程图

第一步发酵菌种为生黑葡萄糖酸杆菌，在34℃发酵温度下，氧化D-山梨醇

第二步发酵用混合菌：小菌为氧化葡萄糖酸杆菌，大菌为蜡状芽孢杆菌

原理：以葡萄糖作为起始原料，经催化加氢制成D．山梨醇，经第一步醋杆菌深层发酵氧化制得收率很高的L-山梨糖，L-山梨糖经第二步细菌氧化，直接生成2一氧代古洛糖酸，再进行转化精制得到维生素C。

2、简述食醋固态发酵法生产原理，并画出工艺流程图

原料：糯米、大米、高粱、小麦、玉米、马铃薯、麸皮、米糠、废糖蜜等

辅料：谷糠、小米壳、高粱壳等

发酵用菌：①淀粉糖化菌：米曲霉、黄曲霉、宇佐美曲霉和甘薯曲霉等

②酒精发酵微生物：酵母菌

③醋酸发酵微生物：醋化醋杆菌、制醋杆菌、巴氏醋杆菌

原理：以粮食为原料，经粉碎、蒸煮、冷却后，先通过霉菌将淀粉糖化，再经过酵母菌发酵生成乙醇，最后经醋酸菌发酵生成乙酸，经陈酿、过滤、灭菌制成成品。

3、简述青霉素发酵生产原理，并画出工艺流程图

常用菌种为产黄青霉。当前生产能力可达40000～80000 u/ml

培养基：①碳源：目前普遍采用淀粉经酶水解的葡萄糖糖化液进行流加。

②氮源：可选用玉米浆、花生饼粉、精制棉籽饼粉或麸子粉，并补加无机氮源。

③前体：为生物合成含有苄基的青霉素G ，需在发酵中加入前体苯乙酸或苯乙酰胺。采用多次加入方式。 ④无机盐：硫、磷、钙、镁、钾等盐类。

4、简述味精酿造生产原理，并画出工艺流程图

菌种：北京棒杆菌AS 1.299、钝齿棒杆菌AS 1.542 ⑼

培养基：淀粉质原料玉米、大米、甘薯经水解得淀粉糖，加入氮源（NH 4）、生物素

原理：培养基在发酵菌作用下，将淀粉糖经糖酵解途径和磷酸己糖途径降解为丙酮酸，进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶作用下转化为L-谷氨酸；在经过分离提取、碱中和、除铁脱色、浓缩过滤、干燥等工艺制得产品。

冬季10小时 15小时

5、画出典型微生物发酵工艺流程图

6、简述啤酒发酵生产原理，并画出工艺流程图

原料：大麦、水

辅料：大米、酒花、糖和去胚玉米等

发酵剂：啤酒酵母

原理：以大麦、水位主要原料，大米、酒花、糖和去胚玉米等为辅助原料，大麦经发芽得到麦芽，借助麦

芽本身的水解酶作用糖化，经啤酒酵母发酵得到啤酒，再经过滤、灭菌、包装等工序得到成品啤酒。

7、简述黄酒酿造生产原理，并画出工艺流程图。

8、简述酱油酿造生产原理，并画出工艺流程图

9、简述白酒酿造生产原理，并画出工艺流程图

10、简述大豆乳酸菌发酵饮料生产原理，并画出工艺流程图p166-167

11、单细胞蛋白生产原理，并画出液态发酵工艺流程图