发酵工程工艺原理复习题参考答案

《发酵工程工艺原理》复习思考题

第一章绪论

1．何谓次级代谢产物？次级代谢产物主要有哪些种类？举例说明次级代谢产物在食品中的应用及对发酵食品的影响。

（1）在继生物初级代谢而产生中间产物之后,细胞又进一步合成一些生理功能不够明确、化学结构特殊,对细胞生命、生存、发育、繁殖显然并非重要的产物，称之为次级代谢产物。

（2）根据次级代谢产物的结构特征与生理作用的研究，次级代谢产物可大致分为抗生素、生长刺激素、色素、生物碱与毒素等不同类型。

2．典型的发酵过程由哪几个部分组成？

（1）菌种活化与扩大培养（2）发酵与酿造原料前处理及培养基制备

（3）发酵与酿造（4）产物分离、提取与加工

3.发酵工程的特点及微生物的共性.

发酵工程特点：

安全简单，原料广泛，反应专一，代谢多样，易受污染，菌种选育

微生物的共性：

(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力

(2)有极强的消化能力

(3)有极强的繁殖能力

第二章菌种

1．食品发酵对微生物菌种有何要求？举例说明。

（1）发酵工业对微生物菌种的要求：

1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能高产和稳产所需的代谢产物。

2、可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高。

3、生长速度和反应速度快，发酵周期短。

4、副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。

5、菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。

6、对于用作食品添加剂的发酵产品以及进行食品发酵，其生产所用菌种必须符合食品卫生要求。（2）如，氨基酸产生菌的要求：代谢途径比较清楚，代谢途径比较简单。

谷氨酸发酵的菌种：棒杆菌属，短杆菌属、节杆菌属或小杆菌属的棒型细菌。

2．什么叫自然突变和诱发突变？诱变育种的实质是什么？

（1）自然状况下发生的突变称为自然突变或自发突变；

人为地用物力或化学因素诱发的突变叫诱发突变。

（2）诱变育种：用各种物理、化学的因素人工诱变基因突变进行的筛选，称为诱变育种。

3．突变分为哪两种类型，举例说明。

（1）点突变: 碱基对置换和移码；

（2）染色体畸变: 在染色体上发生大的变化，如断裂、重复、缺失、易位和染色体数目变化等结构变化。

4．何为DNA体外重组技术？举例说明在发酵工业中的应用。

（1）DNA体外重组技术（基因工程技术）：根据需要用人工方法取得供体DNA上的基因，在体外重组于载体DNA上，再转移入受体细胞，使其复制、转录和翻译，表达出供体原有的遗传性状。（2）用于常规发酵工业，通过基因工程获得工程菌以简化生产工艺，提高起抗逆性。

5．何为营养缺陷型？举例说明营养缺陷型的筛选方法。

（1）营养缺陷型：指某一菌株丧失了合成某种营养物质的能力，在培养基中若不外加这种营养成分就不能正常生长的变异菌株。表示为“X-”

（2）营养缺陷型的检出（影印法）：是将经处理的细菌涂在完全培养基的表面，待出现菌落后，用灭菌丝绒将菌落影印接种到基本培养基上，经过培养出现菌落后比较两个培养皿，凡在完全培养基上出现菌落而在基本培养基上的同一位置上不出现菌落者，这一菌落便可初步断定是一个缺陷型，然后将在完全培养基上的菌落接种至完全培养基斜面培养保存作进一步的鉴定。

6．菌种保藏的目的与核心是什么？产孢子的微生物适宜用何种保藏方法？

（1）目的: 保证菌种不发生遗传变异、无污染和保持活力。

核心：人工创造条件（如低温、干燥、缺氧、和缺乏营养物质），使菌种的代谢活动处于不活动状态。

（2）适宜用砂土保藏法。

附：菌种保藏方法: 斜面低温保藏法、石蜡油封保藏法、砂土保藏法、冷冻干燥法、液氮超低温冻结法

1．酵母菌：一般采用定期移植斜面低温保藏法，将酵母接种于麦芽汁琼脂斜面上，放置低温处，每隔几个月移植一次。也可采用石蜡油封藏法。

2．霉菌：采用砂土管保藏法。此法特别适宜于产孢子或芽孢的微生物。

3．细菌和放线菌：一般细菌采用冻干法为佳，放线菌可采用冻干法和砂土管法保藏。

7．造成菌种退化的原因是什么？生产中如何防止菌种的退化？

（1）菌种退化的原因：保藏方法不妥、保藏操作不当、传代不当、培养基不适、回复突变

（2）防止菌种退化的措施：

从菌种选育方法上考虑：

1)进行充分的后培养及分离纯化 2)增加突变位点，减少基因回复突变的几率

从菌种保藏方式上考虑：1)尽量减少传代次数 2)选择适宜的保藏培养基

从菌种培养适宜条件上考虑：

1)结构类似物抗性菌株在保藏培养基中应添加相应药物及时淘汰回复突变细胞。

2)基因工程菌添加抗生素于培养基中防止质粒的丢失

从菌种管理的措施上考虑 :复壮

1）定期对保藏菌种分离纯化，淘汰已退化细胞； 2）定期对发酵液进行分离筛选

8．何为菌种的复壮？

狭义的复壮是指在菌种已经发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定典型性状、生产性能等指标，从已衰退的群体中筛选出少数尚未退化的个体，以达到恢复原菌株固有性状的相应措施。

广义上的复壮是指在菌种的典型性状或生产性状尚未衰退前，就经常有意识地采取纯种分离和生产性状测定工作，以期从中选择到自发的正突变个体。

9．培养基有哪些类型？各有何种用途？发酵工业上使用最广的是哪种类型？

（1）培养基的类型

状态：固体、半固体和液体培养基。

纯度：天然培养基、合成培养基和半合成培养基

生产工艺要求：孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。

（2）各种培养基的用途：

固体培养基：常用于微生物分离、鉴定、计数和菌种保存等方面。

液体培养基：适于作生理等研究，由于发酵率高，操作方便，发酵工业也常大规模使用。

半固体培养基：用于鉴定菌种、观察菌种运动特征及噬菌体的效价测定等。

天然培养基：营养丰富，适合于微生物的生长繁殖和目的产物的合成。

合成培养基：适用于研究菌种基本代谢和过程的物种变化。

半合成培养基：这类培养基能更有效地满足微生物对营养物质的需要，在生产上应用较多。

斜面培养基：供菌种繁殖的一种常用的固体培养基。

种子培养基：菌体的扩增。

发酵培养基：供菌种生长、繁殖和合成产物用。

（3）使用最广的是：液体培养基。

10．如何确定培养基的组成？生产中液体培养基的制备有哪些步骤？

（1）通过单因子试验法、正交试验设计和均匀设计等试验方法来确定培养基的组成和配比。

（2）液体培养基的制备：原料预处理（淀粉糖的制备、糖蜜的预处理）、原料混溶（缓冲物质、主要元素原料、微量元素、生长素）、调节pH和灭菌。

11. 淀粉糖的制备方法？哪种方法制备的淀粉糖质量好？

（1） 1、酸解法

优点：生产简易，设备简单，水解时间短，设备生产能力大。

缺点：设备需耐腐蚀，高温高压；副反应复杂。对原料要求高，颗粒不能大，浓度不能高，否则转化率低。

2、酶解法

优点：反应条件较温和，不需耐高温、耐压、耐酸设备；酶作用专一性强，淀粉水解副反应少，糖液纯度高，淀粉转化率高；可在较高淀粉乳浓度下水解，可采用粗原料；糖液颜色浅，纯净，无苦味，质量高，有利于糖液的精制。

缺点：反应时间较长，要求的设备较多，需专门培养酶的条件，由于酶本身是蛋白质，易造成糖液过滤困难。

3、酸酶结合法

酸酶法：先用酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶水解为葡萄糖。

酸液化速度快，且糖化是由酶来进行，对液化要求不高，可采用较高的淀粉乳浓度，提高生产效率。

酶酸法：先用淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖。

能采用粗原料淀粉，淀粉浓度较酸法高，生产易控制，时间短，减少副反应，糖液

颜色较浅。

（2）酸酶结合法制备的淀粉糖质量好。

12．糖蜜可直接用作发酵原料吗？为什么？

不可以。

（1）糖蜜中生物素的含量，与糖蜜来源生产批次有关，而且其它营养成份也有变动

（2）糖蜜含有黑褐色色素，影响成品色泽。

（3）糖蜜含有胶体物质，粘度大，致使发酵中泡沫多，对于提取也带来困难。

（4）糖蜜中含有较多的钙质物质，这对于谷氨酸的提取精制上，要增加糖蜜原料的脱钙操作。

因此糖蜜要进行前处理。澄清，脱钙，水解胶体，除黑色素

13．何为转化、转导、DNA体外重组技术？举例说明在发酵工业中的应用。

转化育种：从供体细胞中取出遗传物质，通过对受体细胞的培养处理，使供体的DNA片段进入受体细胞内，与受体细胞的DNA重新组合而获得变种的一种育种方法。

转导育种：由噬菌体作为媒介，将一个细胞的遗传物质传递给另一个细胞，从而获得高产变种的一种育种方法。

DNA体外重组技术：根据需要用人工方法取得供体DNA上的基因，在体外重组于载体DNA上，再转移入受体细胞，使其复制、转录和翻译表达出供体原有的遗传性状。

14.如何筛选抗性突变株?

抗生素抗性突变：将菌种诱变处理，用含有某种药物的培养基挑选抗性突变体，野生的敏感菌不能在这种培养基上生长。用梯度平板法。

抗噬菌体菌株选育：诱变后用高浓度噬菌体平板筛选抗性菌株。

条件抗性突变：温度敏感突变。

第三章培养基灭菌

1．何谓消毒、灭菌？消毒可以达到灭菌的目的吗？

（1）消毒：指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。

灭菌：指用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物。

（2）不可以。

2．灭菌的方法主要有哪几种？其灭菌原理何在？发酵工业中为何应用最广的是湿热灭菌？

（1）工业生产上的灭菌方法有加热灭菌（干热灭菌：火焰灭菌、烘箱灭菌；湿热灭菌：巴氏灭菌、间歇灭菌、高压蒸汽灭菌）、化学药剂灭菌、射线灭菌化学药剂灭菌、射线灭菌用于无菌间、培养室及车间空气灭菌。等。

（2）湿热灭菌的原理：

1.微生物的热阻

致死温度：指杀死微生物的最低温度。

致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所需要的时间。

2. 微生物的热死规律——对数残留定律

3.反应速度常数k

在相同温度下，k值愈小，则此微生物愈耐热。同一种微生物在不同温度下，k值也不相同，灭菌温度愈低，k值愈小，温度愈高，k值愈大。

（3）培养基灭菌温度的选择

结论：温度升高，菌死亡速率大于培养基成分破坏的速率。在实际生产中为了既达到灭菌目的又较好地保存营养成分，最好采用高温快速灭菌法。

3．何谓微生物的热阻？高温短时灭菌法（HTST）的理论基础是什么？

（1）微生物的热阻：微生物对热的抵抗力；

（2）温度升高，菌死亡速率大于培养基成分破坏的速率。在实际生产中为了既达到灭菌目的又较好地保存营养成分，最好采用高温快速灭菌法。

4．在工业生产中，影响培养基灭菌的因素有哪些？为什么？

（1）1．培养基成分 2．PH值 3.培养中的颗粒 4.泡沫 5、温度

5．比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点，两种灭菌方法各适用于何种场合？

（1）连续灭菌（连消）(Continuous sterilization): 是采用专一灭菌设备——连消塔，在高温下对液体培养基进行短时间加热灭菌。

优点：（1）培养基受热时间短（可在20～30s达到预定灭菌温度），营养成分破坏少；（2）质量均匀；（3）适用于自动控制

适用条件：大规模生产，培养基中不含有固体颗粒或泡沫较少。

（2）分批灭菌(实消): (Batch sterilization)指培养基在发酵罐中灭菌。

优点：无需专一灭菌设备，但易发生局部过热而破坏营养成分的现象。

适用条件：当培养基中含有固体颗粒或培养基有较多泡沫时，以采用分批灭菌为好。对于容积小的发酵罐，连续灭菌的优点不明显，而采用分批灭菌比较方便。

6．工业上空气除菌所用过滤介质（如棉花、玻璃纤维、活性炭等）的滤孔远大于菌体，为何也能达

到除菌的目的？

空气流通过这种介质过滤层时，借助惯性碰撞、拦截滞流、静电吸附、扩散等作用，将其尘埃和微生物截留在介质层内，达到过滤除菌目的。

介质过滤机理：

(1)惯性碰撞作用：当微生物等颗粒随空气以一定速度流动，在接近纤维时，气流碰到纤维而受阻，空气就改变运动方向绕过纤维继续前进。由于微生物等颗粒具有一定质量，因而在以一定速度运动时具有惯性，当碰到纤维时，由于惯性作用而离开气流碰在纤维表面上，由于磨擦、粘附作用，被滞留在纤维表面，这叫做惯性碰撞滞留作用。

（2）拦截滞留作用：当气流速度降低时，微粒随低速气流慢慢靠近纤维，随主导气流绕过纤维前进，并在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞留区内气流速度更慢，进入滞留区的微粒缓慢接近纤维并与之接触，由于磨擦、粘附作用而被滞留。

（3）布朗扩散作用：很小的微粒（＜1μm)在流动速度很慢的气流中能产生一种不规则直线运动，称为布朗扩散运动。其结果使较小的微粒凝集成较大微粒，增加了微粒与纤维接触滞留的机会。

（4）重力沉降作用：当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就会沉降。对于小颗粒，只有当气流速度很低时才起作用。

（5）静电吸附作用：许多微生物和孢子都带有电荷。当具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于磨擦作用而产生诱导电荷，特别是纤维表面和用树脂处理的纤维表面产生电荷更显著。当菌体所带的电荷与介质的电荷相反时，就发生静电吸引作用。

7．过滤效率受哪些因素影响？如何提高除菌效率？

（1）ηP N N N N N -=-=-=110

00 因素：过滤前空气中的微粒数、过滤后空气中的微粒数。

（2）过滤效率是随滤层厚度的增加而提高的。

进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比（穿透率倒数）的对数是滤层厚度的函数。

第四章发酵动力学

1．在分批发酵中，按细胞生长和产物生成的关系可分为哪几种类型？举例说明。

分批培养中的产物形成：

Ⅰ型：生长偶联产物生成 ——菌体生长、碳源利用和产物形成几乎在相同时间出现高峰。产物形成直接与碳源利用有关。

Ⅱ型：生长与产物生成部分偶联——在生长开始后并无产物生成，在生长继续进行到某一阶段才有产物生成。产物形成间接与碳源利用有关。

Ⅲ型：非生长偶联产物生成——在生长停止后才有产物生成。产物形成与碳源利用无准量关系。

2．何为补料分批发酵？该法主要适用在哪些场合？

（1）补料分批培养： 指在分批发酵中间歇地或连续地补加（流加）新鲜培养基的方法。 in F ≠0（ out F ＝ 0 ，out F ≠ 0 ）

（2）广泛用于液体发酵。（P95）

附：补料分批培养的优点：

a.可避免一次投料过多，造成细胞大量生长，溶解氧不足，通气搅拌设备无法适应的弊病;

b. 能控制营养缺陷型菌所需营养物量，使之高效率积累产物；

c. 有利于前体的补充;

d.可实现细胞的高密度培养

e. 便于优化培养。

3．什么叫连续培养？提出连续培养的根据是什么？连续培养有何缺点？

（1）连续培养：指在一开放系统中，以一定的速度向发酵罐内连续供给新鲜培养基，同时以相同速度将含有微生物和产物的培养液从发酵罐内放出，从而使发酵罐内液体量维持恒定，使培养物在近似恒定状态下生长和进行代谢活动的方法。in F =out F ＞0

（2）连续培养是一个开放系统，通过连续流加新鲜培养基并以同样的流量连续地排放出发酵液，可使微生物保持稳定的生长环境和生长状态。（P87）

（3）缺点：

菌种在长时间培养中易变异，且容易染菌。

若操作不当，新加入的培养基与原有的培养基不易完全混合。

附：连续培养的优点：

恒定状态可有效地延长分批培养中的对数期，达到稳定高速培养微生物或产生大量代谢产物

的目的。

避免分批培养所需的清洗、投料、灭菌、接种、放罐等各种操作，有利于提高生产率。

发酵产品质量稳定。

便于自动控制。

4．在单级连续培养中，μ＝D 意味着什么？

意味着连续培养达到了稳定条件。（P89）

稀释率：进入容器的培养基流量与容器内培养液的体积的比值。D=F/V 。 代入上式()D X dt

dX -=μ ∵在稳定状态时，dX/dt= 0（培养液中某一瞬间菌体浓度的变化为零）∴ μ= D

在稳定状态下，比生长速率等于稀释率。

连续培养的比生长速率可通过稀释速率来控制。

5．什么叫比生长速率？什么叫得率系数？

（1）μ—比生长速率(1-h )，即单位重量菌体的瞬时增量g/(g ·h)

（μ与微生物种类、培养温度、PH 、培养基成分及限制性基质浓度等因素有关。在对数生长阶段，细胞的生长不受限制，因此比生长速率达到最大值m μ）

（2）细胞得率系数：菌体的生长量相对于基质消耗量的收得率。用S X Y 表示。

产物得率系数：产物生成量相对于基质消耗量的收得率。用 S P Y 表示。

6.比速：单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念

7.倍增时间：细胞浓度增长一倍所需的时间。

8.临界稀释率Dc ：即恒化器所能达到的最大稀释率。为使连续培养能在稳定状态下进行，D ＜D c

9.最适稀释速度：对应于最高细胞产量的稀释速度D m

第五章发酵机制

1．糖酵解代谢途径有三个关键的酶，分别是：

葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶

2．作为谷氨酸产生菌，应具备哪些生理特征？

从菌的生理特征上，谷氨酸产生菌应具备的条件：

（1）生物素缺陷型，细胞膜对谷氨酸的通透性好；

固定酶活性强，丙酮酸脱羧酶活性不能太强；

(2)CO

2

(3)α-酮戊二酸脱氢酶的活性微弱或缺损；

(4)谷氨酸脱氢酶活力高（此活性不被低浓度产物谷氨酸所抑制）；

(5)NADPH+H+进入呼吸链能力弱；

(6)异柠檬酸裂解酶活性不能太强，异柠檬酸脱氢酶活性强。

3．简述柠檬酸的积累机制，柠檬酸产生菌需具备什么特点？

黑曲霉柠檬酸发酵机制

1.由于严格限制供给锰离子等金属离子,或筛选高浓度锰离子、锌离子等菌株，降低菌体中糖代谢合成蛋白质、脂肪酸和核酸的能力，细胞中氨离子水平增高以及不产ATP的侧系呼吸链解除对磷酸果糖激酶的反馈抑制，EMP代谢流量增大；

2.组成型的丙酮酸羧化酶不受代谢调节,保证了草酰乙酸的提供, 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A和二氧化碳固定的平衡保证了前体的供应;柠檬酸合成酶不受调节增强了柠檬酸的合成能力;

3.顺乌头酸水合酶建立的柠檬酸:顺乌头酸:异柠檬酸=90:3:7的催化平衡趋向柠檬酸的合成, 柠檬酸浓度的增加抑制柠檬酸脱氢酶的活力, 促进了柠檬酸的积累, pH降低至2.0使顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活, 更有利于柠檬酸的积累和排除.

4.什么是巴斯德效应？

呼吸抑制发酵的作用。在好氧的条件下，酵母的发酵能力降低，即由于呼吸作用的进行使酒精产量大为降低。

（机理是由于酵解的过程受末端产物ATP的反馈抑制，由于酵解产生的NADH和丙酮酸进入线粒体而产生大量ATP，ATP控制酵解途径关键酶――磷酸果糖激酶的活性，最后抑制葡萄糖进入细胞，导致葡萄糖利用降低）

第六章种子扩大培养

1．培养好氧菌和兼性需氧菌常用哪些方法？

（1）可提供大量表面积的浅层培养瓶（2）旋转式摇床。

2．举例说明种龄与接种量对发酵的影响。

（1）种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。最佳种龄应选择在对数生长期。

（2）通常种龄是以处于生命力极旺盛的对数生长期，菌体量还未达到最大值时的培养时间较为合适。时间太长，菌种趋于老化，生产能力下降，菌体自溶；种龄太短，造成发酵前期生长缓慢。

（3）不同菌种或同一菌种工艺条件不同，种龄是不一样的，一般需经过多种实验来确定。嗜碱性芽孢杆菌生产碱性蛋白酶，12小时最好。

接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。

(4)接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中生长繁殖的速度，采用较大的接种量可以缩短发酵罐中菌体繁殖达到高峰的时间，使产物的形成提前到来，节约发酵培养的动力消耗，提高设备利用率，并可减少杂菌的生长机会。

(5)但接种量过大或者过小，均会影响发酵。过大会引起溶氧不足，影响产物合成；而且会过多移入代谢废物，也不经济；过小会延长培养时间，降低发酵罐的生产率。

3．最佳种龄和最佳代谢产物收获期分别在生长曲线的哪个阶段？

(1)通常接种龄以菌丝处于生命极为旺盛的对数生长期，且培养液中菌体量还未达到最高峰时为宜。

4.种子扩大培养的定义：

指保存在砂土管中、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培养物的过程。

第七章：发酵过程工艺控制

1. 根据微生物对温度的依赖可将微生物分为哪几类？

嗜冷菌、嗜热菌、嗜温菌、嗜高温菌

2．什么是发酵热、生物热？生物热的产生受哪些因素的影响？

（1）发酵热：发酵过程中释放出来的净热量（发酵过程中随着菌体的生长以及机械搅拌的作用，将产生一定的热量；同时由于发酵罐壁的散热、水分的蒸发等将会带走部分热量）。

生物热：在发酵过程中，由于菌体的生长繁殖和形成代谢产物，不断地利用营养物质，将其分解氧化获得能量，其中一部分能量用于高能化合物，供合成细胞物质和合成代谢产物所需要的能量。其余部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。

（2）生物热随菌种和培养条件不同而异。生物热与发酵类型有关：生物热的大小与呼吸作用强弱有关。

3. 温度对发酵有哪些影响？

温度通过影响微生物的酶反应速度、发酵液中溶解氧而影响发酵；温度还能影响酶系组成及酶的特性、以及生物合成方向。

4.发酵过程温度的选择有什么依据？

（1）根据菌种及生长阶段选择：

前期：提高温度，以促进菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速

中期：为了延长中期，比前期温度稍低一些，可以延迟衰老。

后期：

（2）根据培养条件选择

通气条件差－－降低温度，使细菌呼吸速率降低，溶氧量提高

培养基稀薄――降低温度，减慢营养利用速率

（3）根据菌生长情况

生长快――维持在较高温要短些，反之，长些。

营养丰富，通气量足够，前期温度高些

5．以谷氨酸发酵为例，说明发酵温度、pH、通气量等环境条件对谷氨酸产生菌的影响。

温度：谷氨酸发酵前期长菌阶段和种子培养时应满足菌体生长最适温度。若温度过高，菌体容易老化。PH：谷氨酸生产菌在中性和碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下形成谷氨酸和N-乙酰谷氨酰氨。

通气量：好氧性发酵通常需要供给大量的空气才能满足菌体对氧的需求。过高的溶解氧对次级代谢产物的合成未必有利，因为溶解氧不仅为代谢提供氧，同时也造成一定的微生物的生理环境，它可以影响培养基的电位，有时会称为逆向动力。过低的溶解氧会影响微生物的呼吸，进而造成代谢异常。

6．何谓呼吸强度、耗氧速率和临界氧浓度？发酵过程中如何根据发酵需要控制溶解氧？

（1）呼吸强度：单位重量干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以 QO

2表示，单位[ mmolO

2

/（g干菌

体·h）]，亦称氧的比消耗速率。

耗氧速率：单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r 表示，单位为[ mmolO

2

/ （L·h）] 临界氧浓度(C临界):各种微生物对发酵液中溶氧浓度的最低要求。

（2）发酵过程的控制一般策略：前期有利于菌体生长，中后期有利于产物的合成。溶氧控制的一般策略：前期大于临界溶氧浓度，中后期满足产物的形成。

一般人为，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。

9．影响氧传递速率的因素有哪些？为什么？ 进行摇瓶培养时，如何增加氧传递速率？

（1）在单位体积培养液中，氧的传递速率：

OTR ——单位体积培养液的溶氧速率（mmol/m3·h ）

α——比表面积（单位体积溶液中所含有的气液接触面积 m2/m3）

KL ——液膜传递系数 (m/s)

KL α——以浓度差为推动力的液相体积溶氧系数 (h-1)

CL ——液相主体中的溶氧浓度（mmol/m3）

C*—— 与气相氧分压平衡的液相溶氧饱和浓度（mmol/m3

要提高供氧能力，主要是设法提高氧传递的推动力和液相体积溶氧系数KL α。

氧传递的推动力ΔC （ΔC = C*- CL ）主要受氧饱和度C*的影响，而氧饱和度主要受温度、罐压及发酵液性质的影响，而这些参数在优化了的工艺条件下，已很难改变。因此需提高KL α值。

（2）进行摇瓶培养时，可通过以下措施增加氧传递速率：

A 换纱布塞（8层）。

B 增加摇床振荡速度（往复式摇床）。

C 减小装液系数（装液量/容器体积）。

10.因素会导致发酵过程中的泡沫产生？生产上如何控制泡沫的产生？

（1）泡沫产生的原因：1 由外界引进的气流被机械地分散形式

2 发酵过程中产生的气体聚结而成（发酵泡沫，代谢旺盛时明显）

泡沫的产生与以下因素有关：通风、搅拌的剧烈程度；培养基所用原材料的性质；培养基的配比、浓度和粘度；发酵过程中培养液的性质及微生物的代谢。

（2）发酵工业上常用的消泡方法有两种：化学消泡和机械消泡。

1．化学消泡：是一种使用化学消泡剂进行消泡的方法。其优点是消泡效果好，作用迅速，用量少，不耗能，也不需要改造现有设备这是目前应用最广的消泡方法。

消泡剂的使用：消泡剂用量以达到消泡效果为准，多加消泡剂不但增加成本，而且可能产生毒性，影响菌体生长和产物生成，还会造成提炼困难。

2.机械消泡：是一种物理作用，它靠机械强烈振动及压力变化，促使气泡破裂，并将随气体排出的液体加以回收。优点：节省原料（消泡剂），减少由于加入消泡剂所引起的污染机会。缺点：效果不如化学消泡迅速可靠，需要一定的设备和消耗一定的动力，而且最重要的是不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素。机械消泡的方式有罐内消泡和罐外消泡两种。

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第八章工业发酵的染菌与防治

1．发酵染菌对生产有何危害？

发酵过程污染杂菌，会严重的影响生产，是发酵工业的致命伤。

（1）造成大量原材料的浪费，在经济上造成巨大损失；

（2）扰乱生产秩序，破坏生产计划；

（3）遇到连续染菌，特别在找不到染菌原因往往会影响人们的情绪和生产积极性；

（4）影响产品外观及内在质量。

2．发酵生产中引起染菌的原因有哪些？如何进行检查和判断分析？

（1）造成染菌的主要原因总结：1、设备渗漏 2、空气带菌3、种子带菌 4、灭菌不彻底5、技术管理不善

（2）a.检查：无菌状况下的检测

1、环境无菌的检查：尘埃粒子检测；无菌平板检测

2、种子及发酵液无菌状况检测：酚红肉汤培养基检测；平板划线；显微镜观察

b.分析：染菌情况分析

1、单罐染菌：不是系统问题，而是该罐本身的问题。如种子带菌、培养基灭菌不彻底、罐有渗漏、分过滤器失效。

2、多罐染菌：系统问题，如空气过滤系统有问题，特别是总过滤器长期没有检查，可能受潮失效；移种或补料的分配站有渗漏或灭菌不彻底。

3、前期染菌：种子带菌、培养基灭菌不彻底。

4、中后期染菌：补料的料液灭菌不彻底或补料管道、阀门渗漏，一般不会是种子问题。

3．生产中防止杂菌污染的措施有哪些？

(1)防止种子带菌

●注意接种时的无菌操作。

●无菌室和摇床间都要保持清洁。无菌室内要供给恒温恒湿的无菌空气，还要装紫外灯用以灭菌，

或用化学药品灭菌。

(2)防止设备渗漏

●发酵设备及附件由于化学腐蚀、电化学腐蚀，物料与设备摩擦造成机械磨损以及加工制作不良等

原因会导致设备及附件渗漏。

●设备上一旦渗漏，就会造成染菌，例如冷却盘管、夹套穿孔渗漏，有菌的冷却水便会通过漏孔而

进入发酵罐中招致染菌。阀门渗漏也会使带菌的空气或水进入发酵罐而造成染菌。

●设备上的漏隙如果肉眼能看见，容易发现，也容易治理；但有的微小泄漏，肉眼看不见，必须通

过一定的试漏方法才能发现。

（3）防止培养基灭菌不彻底

●培养基灭菌方法——高压蒸汽灭菌

●分批灭菌 1210C，30分钟

●连续灭菌罐温125－1300C，30－45分钟

（4）防止空气引起的染菌

空气冷却器的列管穿孔泄露，冷却水会渗入到空气中，造成染菌。

棉花-活性炭过滤器长期使用会造成过滤器失效。

过滤器用蒸汽灭菌时，若被蒸汽冷凝水润湿就会降低或丧失过滤效能，灭菌完毕应立即缓慢通入压缩空气，将水分吹干。

4．如何诊断发酵感染了噬菌体？有何防治措施？

（1）发酵过程中如果受噬菌体的侵染，一般发生溶菌，随之出现发酵迟缓或停止，而且受噬菌体感染后，往往会反复连续感染，使生产无法进行，甚至使种子全部丧失。有无染噬菌体，根本的要做噬菌斑检验。

（2）噬菌体的防治：

1、必须建立工厂环境清洁卫生制度，定期检查、定期清扫，车间四周有严重污染噬菌体的地方应及时撒石灰或漂白粉。

2、车间地面和通往车间的道路尽量采取水泥地面

3、种子和发酵工段的操作人员要严格执行无菌操作规程，认真地进行种子保管，不使用本身带有噬菌体的菌种。感染噬菌体的培养物不得带入菌种室、摇瓶间

4、认真进行发酵罐、补料系统的灭菌。严格控制逃液和取样分析和洗罐所废弃的菌体。对倒罐所排放的废液应灭菌后才可排放。

5、选育抗噬菌体的菌种，或轮换使用菌种。

6、发现噬菌体停搅拌、小通风，将发酵液加热到70~800C杀死噬菌体，才可排放。发酵罐周围的管道也必须彻底灭菌。