复习题2---南开大学微生物发酵工程复习题(有答案)

除了复习各章节的重点内容(课件)之外，对以下内容要着重进行复习！复习A
1.发醇过程中异常现象（发酵液转稀、发酵液过浓、耗糖缓慢、pH不正常）处理措施？答：发酵液转稀：适时补入适当碳源或氮源促使繁殖新菌体，恢复正常。

发酵液过浓：补入10%无菌水，使菌液浓度下降，改善发酵条件。

耗糖缓慢：补入适量合适的氮源、磷盐，提高发酵温度，风量；
PH不正常：采用酸或碱调整。

2. Monod(莫诺)方程表明了什么和什么的重要关系？简介Monod(莫诺)方程？
答：表明了生长速率与生长限制基质浓度的关系。

Monod模型方程为：μ=μm S/(Ks+S)
式中,μm----最大比生长速率(h^-1);
S----限制性底物浓度(g/L);
Ks---饱和常数(g/L);
【Ks表示微生物对生长限制性基质的亲和力; Ks越大,亲和力越小,μ对S的变化越不敏感。

μ对S的关系呈抛物线变化如图:当μ=μm/2 时ks= S；当S→∞时,μ→μmax
它是典型的决定论非结构模型，即不考虑每个细胞的差异,取菌体性质及数量的平均值;认为菌体均匀分散于培养液中,不考虑细胞组成的变化｡它是基于以下假设建立的：1、菌体生长为非均衡型结构生长。

因此，细胞成分只需要一个参数即细胞浓度表示即可。

2、培养基中只有一种底物是生长限制性底物，其他组分含量充分，不影响微生物生长。

3、将微生物生长视为简单反应，并假设菌体的得率为常数，没有动态滞后。

3.补料分批发酵技术的特点, 与分批发酵，连续发酵的区别？
答:（1）补料分批发酵技术的特点：由于基质的缓慢补入，既满足了微生物生长和产物合成的持续需要，又要避免了由于基质过量引起的各种调控反应，从而能使产率获得很大提高；补料技术本身的提高：少次多量——少量多次——流加——微机控制流加；整个发酵过程中不断地调节补料率，维持各项物质的供需平衡。

（2）补料分批发酵是介于分批发酵和连续发酵之间的发酵形式；区别于分批发酵技术：由于补加物料，补料分批发酵系统不再是封闭系统；区别于连续发酵技术：补料分批系统并不是连续地向外放出发酵液，罐内的培养液体积（V）不再是个常数，而是随时间（t）和物料流速（F）而变化的变量（变体积操作）。

而高密度发酵是在传统发酵技术上改进的发酵技术。

表补料分批发酵与分批发酵，连续发酵的区别
4.通风发酵设备中的机械搅拌发酵罐必须满足的基本条件？
答：机械搅拌通气发酵罐是一种既具有机械搅拌又有压缩空气分布装置的发酵罐。

工作时必须满足的基本条件是：①发酵罐应具有适宜的径高比，高度与直径的比为2.5~4倍，罐身越长，氧利用率越高；②发酵罐能承受一定压力，由于发酵罐在灭菌及正常工作时，罐内有一定压力（气压与液压）和温度，因此罐体各部件应具有一定的强度，能承受一定的压力，发酵罐经加工制造后，必须进行水压试验，水压试验压力为工作压力的1.5倍；③发酵罐的通风搅拌装置要能使气泡分散细碎，使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高氧的利用率；④发酵罐应具有足够的冷却面积，微生物生长代谢时会放出大量的热量，不同产品发酵放出的热量各不相同，为控制发酵过程中不同阶段的所需的温度，发酵罐应具有做狗的冷却面积；⑤发酵罐内应抛光，尽量减少死角，避免藏污纳垢，使灭菌彻底，避免染菌；搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。

5.发酵液pH对发酵的影响包括哪些方面？
答：①影响酶的结构与活性；
②影响细胞膜所带电荷状态，改变膜的渗透性，影响对营养的吸收利用；
③影响某些底物和中间体的解离，影响菌对营养的利用；
④改变细胞形态，如：青霉素产生菌适宜pH 6.2 - 7.0 ，当pH大于7.0时，膨胀，菌丝增多，壁的强度减弱，难以耐受内部渗透压；
⑤改变代谢方向，如谷氨酸产生菌As1.299 pH 7.0 - 8.0 产生谷氨酸;PH 5.0 - 5.8 产谷酰胺和N-乙酰谷酰胺；
6.比底物消耗速率方程？
答：底物消耗的快慢也常用比底物消耗速率Qs(g/g･h)表示, 即相对单位质量于菌体单位时间内的底物消耗量, Qs ＝rs/X ; 若μ用Monod方程表示:
Qsmax是最大比底物消耗率
7.补料分批发酵的适用范围？
答：①高菌体浓度培养（高密度培养）系统；
②存在高浓度底物抑制的系统；如苯酚等，通过流加底物降低抑制。

③存在Crabtree效应的系统（酵母培养中，初糖过高，即使溶氧充足，也会产生乙醇，影响菌体得率）；
④受异化代谢物阻遏的系统（葡萄糖作碳源时，分解代谢物抑制异化代谢有关的酶合成）；
⑤利用营养突变体的系统；
⑥希望延长反应时间或补充损失水分的系统。

Note:Crabtree效应：在酵母培养中，糖浓度过高，即使溶解氧很充足，也由糖生成乙醇，从而使菌体得率下降的现象。

细菌Crabtree效应：细菌需氧培养中糖浓度过高生成副产物如醋酸等有机酸，抑制菌体生长。

异化代谢物阻遏：指利用葡萄糖等容易被利用的碳源分批培养时，某种酶尤其是与异化代谢有关的酶的生物合成抑制的现象。

也称为分解代谢物抑制作用。

8.优良的发酵装置应具有的基本特征包括哪些内容？
答：一个优良的发酵装置应具有①严密的结构，必须能完全防止杂菌的污染；②具有良好的液体混合性能及较高的传质、传热速率；③具有配套而又可靠的检测及控制仪表。

④能够满足不同的发酵工艺要求，以获得最大的生产效率；⑤易于操作。

9.控制发酵过程pH的方法？
答：①培养基中适当添加生理酸性盐或生理碱性盐;
②培养基中适当添加缓冲剂；磷酸盐；
③自动检控，补酸或碱氨水(NH4)2SO4 CaCO3
④补料：按需补糖；恒速补糖，酸，碱调节;
10.生长关联型产物合成动力学方程？
答：产物合成与利用糖类有化学计量关系的发酵, 糖提供了生长所需的能量。

糖利用速度的变化与产物合成速度的变化是平行的。

如利用酵母菌的酒精发酵和酵母的好气性培养属于此型。

该型为生长关联型, 这一类型是由碳原直接氧化进行的初级代谢物的生产, 其合成动
力学可表为: dP/ dt =αμX，α为生长关联型产物的形成比率(ｇ产物/ｇ菌体)｡【图见参考资料】
11.简介单罐连续发酵
答：①单罐连续发酵：通常先要进行一段时间的分批发酵.当反应器中的细胞浓度达到一定程度后,以恒定的流量向反应器中流加培养基,同时以相同流量取出发酵液,使反应器内的发酵液体积保持恒定.如果在反应器中进行充分的搅拌,则培养液中各处的组成相同,并且也与流出液的组成相同,成为一个连续流动搅拌罐反应器(CSTR)｡单罐连续发酵的控制方式有两种:a. 恒浊器法(turbidostat) 通过自控仪表调节输入料液的流量, 以控制培养液中的菌体浓度达到恒定值。

b. 恒化器法(chemostat) 与 a 相似之处是维持一定的体积, 不同之处是菌体浓度不是直接控制的,而是通过恒定输入的养料中某一种生长限制基质的浓度(共余组分均为过量)来控制.产生菌的生长最终便由生长限制因素所决定。

②单罐连续发酵动力学--------以恒化器法培养为例：
(1) 稀释速率与菌体生长的关系:
在连续培养中菌体的物料平衡关系为:V(dX/dt) = FX 0+ xV - FX
(净增加量)= (输入量)+(生长量)-(输出量) 式中: F: 单位时间内输入或输出的培养液体积, L/ h；0:输入料液中的菌体浓度, g / L;
V: 发酵过程中的培养液的体积, L；X: 输出培养液中的菌体浓度, g / L;
x: 单位时间内单位体积培养液中菌体的增长量, g / L･h;
在连续培养中基质的物料平衡关系为: V(dS/dt) = FS0 - FS - Vs
(基质浓度的变化)=(输入)-(输出)-(消耗度)
上式两边除以V则:dt = DS0 - DS - s ----式a
式中：S0 ：新鲜培养基中的基质浓度,g/L;
S：培养罐中及放出培养液中的基质浓度, g/L;
s：单位时间内单位体积培养液中基质的耗用量, g/L･h;
dS /dt：培养液中基质浓度随时间改变的变化率, g/L･h｡
12.简介灭菌工程中的对数残留定律
答：对数残留定律: 微生物受热死亡的原因是因为高温使微生物体内的一些重要蛋白质发生凝固、变性、如: 某些酶类; 从而导致微生物无法生存发生死亡。

在灭菌过程中, 活菌数逐渐减少, 其减少量随残留活菌数的减少而递减, 即微生物的死亡速率与任一瞬时残留的活菌数成正比, 如前页图大肠杆菌的死亡曲线为线性关系, 称为对数残留定律, 即反映为一级化学反应动力学为: —dN/dt = KN ；。