发酵工程考试整理

1发酵:把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。 2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 酶活性调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。 3为什么要采用高浓度微生物的培养？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到很高的浓度，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 高浓度细胞培养的方法:1流加培养2高细胞浓度连续培养3菌体循环利用等 4四大工程:发酵工程( Fermentation )2酶工程 (蛋白质工程) 3基因工程 4细胞工程 5菌种：用于发酵过程作为活细胞催化剂的微生物，包括细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类。 6具有生产价值的发酵类型有五种：①微生物菌体发酵；②微生物酶发酵；③微生物代谢产物发酵；④微生物的转化发酵；⑤生物工程细胞的发酵 7初级代谢产物：在菌体对数生长期所产生的产物，是菌体生长繁殖所必需的。 8液体深层发酵优点：①液体悬浮状态是很多微生物的最适生长环境。②在液体中，菌体及营养物、产物（包括热量）易于扩散，使发酵可在均质或拟均质条件下进行，便于控制，易于扩大生产规模。③液体输送方便，易于机械化操作。④厂房面积小、生产效率高，易进行自动化控制，产品质量稳定。⑤产品易于提取、精制等。因而液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。 9自然选育在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程 10诱变育种：就是人为地利用物理或化学等因素，使诱变对象细胞内的遗传物质发生变化，引起突变，并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。 11表型迟延现象：突变基因的出现并不等于突变表型的出现，表性的改变落后于基因型改变的现象成为表型延迟现象。 12原料：从工艺角度来看，凡是能被生物细胞利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产的原料。 13培养基灭菌的定义：是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。 14灭菌与消毒的区别：灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。 消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。 15初筛一利用固体平板的生化反应进行筛选:1透明圈法2变色圈法3生长圈法4抑菌圈法；二随机分离方法 啤酒发酵容器的变迁过程，大概可分为三个方面：（1）发酵容器材料的变化（2）开放式发酵容器向密闭式转变；（3）密闭容器的演变。 16圆筒体锥底发酵罐发酵的优点：1、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。C.C.T发酵由于罐高度要大于传统5~10倍，发酵液对流的三个推动力得到强化。①发酵罐底部产生CO2汽泡上升，对发酵液拖曳力大。②在发酵阶段，由于底部酵母细胞浓度大于罐上部，底部糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部间密度差而造成对流。③在发酵时控制罐下部温度高于上部(差1~2℃)，由于温差引起热对流，特别在发酵后期第一、二推动力减小后，温差对流更能发挥作用。 在C.C.T发酵技术中，主发酵结束不排酵母，全部酵母参于后发酵中VDK的还原，特别是凝聚性差的酵母，发酵液有高浓度酵母参于VDK还原，大大缩短了还原时间。发酵温控自由，可以灵活采用各种温度(大多较高温度)下VDK的还原，更可以缩短后发酵周期。传统发酵酿造周期，低温发酵需50d以上，快速发酵需25~30d，而C.C.T发酵如单酿罐发酵，酿造周期一般为16~22d，如两罐法发酵一般20~30d，即酿造周期可缩短1/3~1/2倍。可大幅度减少罐数，节省投资。2、厂房投资节省传统发酵必须在有绝热层的冷藏库内发酵和贮酒。 C.C.T发酵可以大部分或全部在户外，而且罐数、罐总容积减少，厂房投资节省。 3、冷耗节省，C.C.T发酵冷却是直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质在强制循环下，传热系数高。传统发酵和贮酒，冷量多消耗在冷却厂房、空气、操作人员和机器(如泵、电动机)、发酵罐支座等。根据计算和测定， C.C.T发酵比传统可节省40%~55%冷耗。 4、发酵罐清洗、消毒传统发酵罐和贮酒罐基本上依赖人工清洗和消毒，根本无法实现自动化程序化。 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。当然C.C.T发酵也有弱点。由于罐体比较高，酵母沉降层厚度大，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，一般要5~7d以上，短期贮酒不能保证温度一致。 17氧传递模型：当液体混合程度高，而且悬浮的细胞被包围，上述传氧过程的限速步骤一般认为是氧分子通过液膜的扩散过程。（步骤3）因此我们用界面氧传递方程来描述氧传递速度（OTR）：

CL ——液体中溶解的氧的浓度kL ——液膜传质系数a ——气液两相的接触面积C* ——氧在气液接解面的浓度 18传氧系数及界面积（a）准确测定气液两相接触面积（a）

)(*CCLLakdtdCOTR是不可能的，因此将kL 和 a 合成一个整体，定义为 KLa.KLa 表示单位体积的传氧速率 19提高KLa的途径(1)增加搅拌器转速，以提高搅拌轴功率可以有效地提高KLa； (2)加大通气量Q，以提高VS。在低通气量时，提高Q可以显著增大KLa。但当通气量已经很高时，进一步提高Q，Pg也将随之剧烈降低，其综合效果将不会使 kLa增加，甚而可能下降。*为了提高NV，除了提高 kLa之外，提高C*也是可行的方法之一。在空气中通入纯氧，或在可能时提高罐内操作压力，均可使C*增高，从而提高了氧传递的推动力。 20传递系数KLa的测定:1 亚硫酸盐氧化法2复膜电极和氧分析仪法(动态法）——溶氧电极法 溶氧电极法最先进、最合理的方法 优点：①耐高温 ②连续测量 原理：把溶解氧浓度转化为电流信号，由电流直接指示溶解氧浓度。 阳极： 阴极： 应用溶氧电极测定KLa：通气搅拌系统的体积传氧系数KLa （1/hr）与溶解氧积累之间的关系：

测定步骤：（1）用此式测定时，先在培养过程中的某一时刻停止通气（A点），根据溶解氧浓度随时间的增加而减少的数据求出QO2x。

（2）然后在溶解氧浓度下降到某一点（B点），再开始通气，C随着时间增加而增大，得dC/dt值（即曲线的斜率）

OHOHOeePbPb22122222

**

2222

1CXQdtdCakCrXQXQCCakdtdCOLOOOL

（耗氧速率）

dtdCXQO

2 （3）假定从通气停止过渡状态期间所求得的QO2X适用的话，则可用前式作图，并推算出C*和KLa值。 21测定KLa的三个用途：1对生物反应器的传氧性能进行测定，以便选择最佳条件进行操作，并对其进行评价。2对发酵过程传氧性情况进行了解，以便判断发酵过程的供氧情况。3为通风罐的研究过程找出设备参数（如D/T），操作变数（如N－搅拌器转数 Q－通风量）与KLa的关系，以便进行运用发酵罐的放大和合理设计 22挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设6~4块即可满足全挡板条件。全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求： 23常用的轴封有填料函和端面轴封两种。（1）填料函式轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。优点是结构简单。主要缺点是：死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌； 轴的磨损情况较严重；（2）填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短，经常维修，耗



1212

tt

CC

dtdC工时多。（3）端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。优点：清洁；密封可靠；无死角，可以防止杂菌污染；使用寿命长；摩擦功率耗损小；轴或轴套不受磨损；它对轴的精度和光洁度没有填料密封要求那么严格，对轴的震动敏感性小。缺点：结构比填料密封复杂，装拆不便；对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。 25○1空气分布管：空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等。常用的分布装置有单管式，管口对正罐底中央，装于最低一挡搅拌器下面，喷口朝下，管口与罐低的距离约40mm，并且空气分散效果较好。若距离过大，空气分散效果较差。该距离可根据溶氧情况适当调整，空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增加了气液传质效果。环形管的分布装置，以

环径di等于0.8Di（搅拌器直径）时最为有效。喷孔直径为5~8mm，喷孔直径向下，喷孔的总截面积约等于通风管的截面积。这种空气分布装置的空气分散效果不及单管式分布装置。同时由于喷孔容易被堵塞，已很少采用。 ○2消泡器：消泡器就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置。从而达到消泡的目的。 机械