发酵工程复习

发酵工程复习资料第一章绪论1、发酵及发酵产品各包括哪些类型？答案要点：一）发酵的类型：按发酵原料分类：糖类物质发酵、石油发酵、废水发酵；按发酵形式分类：固体发酵、液体发酵；按发酵工艺流程分类：分批发酵、连续发酵、流加发酵；按发酵过程对氧的需求分类：厌氧发酵、通风发酵；按发酵产物分类：氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵、酶制剂发酵二）发酵产品的类型：以菌体为产品、以微生物的酶为产品、以微生物的代谢产物为产品、生物转化过程2、了解发酵工程的组成、基本要求及主要特点。

答案要点：一）组成：上游工程：菌种选育、种子培养、培养基设计与制作、接种等。

发酵工程：发酵培养。

下游工程：产物的提取纯化、副产品的回收、废物处理等。

二）基本要求：发酵设备、合适的菌种、合适的培养基、有严格的无菌生长环境三）主要特点：1）发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件简单；2）发酵所用的原料主要以再生资源为主；3）发酵过程通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物；4）获得按常规方法难以生产的产品；5）投资少，见效快，经济效率高；6）维持无菌条件是发酵成败的关键；7）环境污染小。

3、为什么说发酵工程在国民经济中有着重要的地位？答案要点：因为发酵工程在医药、食品、能源、化工、冶金、农业、环境保护等方面均有着十分重要的作用，例如：抗生素的生产；饮料食品等的制造；沼气、微生物采油、生物肥料、生物农药以及三废处理等方面都有很重要的应用。

所以说发酵工程在国民经济中有着重要的地位。

4、了解发酵工业的类型及必备条件。

答案要点：一）发酵工业类型：食品发酵工业：食品、酒类1）传统分类非食品发酵工业：抗生素、有机酸、氨基酸、酶制剂、核苷酸、单细胞蛋白酿造业：利用微生物生产具有较高风味要求的发酵食品。

2）现代分类发酵工业：经过微生物纯种培养后，提炼、精制而获得成分单纯、无风味要求的产品。

如：抗生素、柠檬酸、酶制剂、酒精等。

二）发酵工业必备条件：1）适宜的微生物菌种；2）满足微生物生长的条件：培养基、生长温度、pH值、溶解氧的浓度等。

3）微生物发酵厂房、设备；4）产品提取、精制的方法与设备。

5、定义：1）发酵：利用培养生物细胞来获得产物的全过程。

2）发酵工程：采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中的一种新技术。

3）发酵工业：利用生物生命活动中产生的酶来加工原料中的有机或无机物而获得新产品的工业。

4）生物转化：生物催化剂（生物细胞或其产生的酶）将一种化合物转化成化学结构相似，但在经济上更有价值的化合物的过程。

第二章发酵原料及处理1、名词解释糊化：在温水中，淀粉颗粒无限膨胀形成均一的黏稠液体的现象。

液化：淀粉糊化后，如果提高温度至130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状结构彻底破坏，淀粉溶液的黏度迅速下降，变为流动的性较好的醪液的现象。

糖化：用糖化酶讲糊精和低聚糖彻底水解成葡萄糖的过程。

老化（回生）：液化了的淀粉醪液在温度降低时，黏度会逐步增加，降到60℃时，变得非常黏，到55℃以下会变成凝胶，时间一长，则会重新产生部分结晶的现象。

对数残留定律：在微生物灭菌过程中，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存的活菌数成正比：—dN/dt=kN此即为对数残留定律。

DE值：葡萄糖值，液化液或糖化液中的还原糖含量（葡萄糖）占干物质的百分率为DE值。

实消：分批灭菌即实消，是在每批培养基全部流入发酵罐后，就在罐内通入蒸汽加热至灭菌温度，维持一定时间，将发酵罐和培养基同时灭菌，再冷却到接种温度备用。

连消：连续灭菌也叫连消，就是将培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌。

双酶糖化法：即酶解法，用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法。

2、工业发酵原料有哪些？淀粉质原料处理的方法有哪些？为什么要预处理？答案要点：一）发酵工业原料类型：1）淀粉质原料（粮食原料）2）糖质原料3）纤维质原料4）石油化工产品5）其他：野生植物类二）淀粉质原料的处理方法：预处理（除杂、粉碎）→淀粉糊化（水热处理、焙炒法、膨化法、低温蒸煮法）→淀粉糖化（酸解法、酶解法、酸酶结合法）三）预处理的目的：除杂的目的：除去原料中的金属、石块、沙子、泥土、杂草等。

粉碎的目的：改变原料的状态，增加物料表面积，有利于原料细胞中的淀粉颗粒从细胞中游离出来。

3、淀粉水解糖的制备方法有哪些？各有何特点？答案要点：一）酸解法及其特点：酸解法：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。

特点：对设备的要求：耐腐蚀、耐高温、耐高压。

对淀粉原料要求较严格：淀粉颗粒不宜过大，大小要均匀。

淀粉的转化率较低。

淀粉乳浓度高，淀粉转化率低，二）酶解法及其特点：酶解法（双酶糖化法）：用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法。

特点：酶解反应时间较长（48h）；需要设备较多；糖液过滤困难。

随着酶制剂生产及应用技术的提高，酶制剂的大量生产，酶法制糖逐渐取代酸法制糖已是淀粉水解制糖的一个发展趋势。

三）酸酶结合法及其特点：1）酸酶法：先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶将其水解成葡萄糖的方法。

特点：适用原料：淀粉粒坚硬的谷物原料。

优点：能结合酸解法、酶解法的优点，提高生产效率。

注意事项：酸的用量。

2）酶酸法：将淀粉乳先用α-淀粉酶液化到一定的程度，然后用酸水解成葡萄糖的方法。

特点：适用原料：颗粒大小不一的原料。

优点：生产易控制，时间短。

注意事项：淀粉浓度较酸解法要高；酸水解时稍增加pH值。

4、培养基有哪几种类型？各有何作用？选择发酵工业培养基有何要求？答案要点：一）培养基的类型及作用：斜面培养基：菌种活化、保藏菌种。

种子培养基：扩大培养，增加强壮、健康、活性高的细胞数量。

发酵培养基：最大限度的获得目的产物。

二）发酵工业培养基的基本要求1）能够提高微生物生长繁殖及产物合成的基本成分。

2）选择合适的培养基原料，且培养基成分配比合理。

3）原料来源广、质量稳定、价格低廉5、简述发酵工业培养基的设计程序及方法。

答案要点：设计程序，分为三步：1）初步确定可能的培养基成分：查找资料，根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定；2）单因子实验：单因子实验确定培养基的成分；单因子实验确定各成分的适宜浓度；3）相应面实验：采用正交试验设计对单因子实验结果进行综合试验，确定发酵培养基配方。

6、影响培养基灭菌的因素有哪些？发酵培养基灭菌方法有哪些？各有何特点？答案要点：一）影响培养基灭菌的因素：1）培养基成分：油脂、糖类、蛋白质增加微生物的耐热性。

2）pH值：pH值6.0～8.0，微生物最耐热；pH值愈低，灭菌所需的时间愈短。

3）培养基中的颗粒：颗粒小，灭菌容易；颗粒大，灭菌难。

4）泡沫：泡沫中的空气形成隔热层，阻碍热传导，影响灭菌效果。

二）发酵培养基灭菌方法及特点1）分批灭菌：无需专门的灭菌设备；能连同发酵设备一道灭菌，灭菌温度难控制；适合中小型发酵罐使用。

2）连续灭菌：需专门灭菌设施发酵罐、灭菌设施应先做灭菌先处理；灭菌温度高；灭菌时间短。

7、为什么采用高温短时灭菌既有利于杀灭微生物，又有利于减少营养物质破坏？答案要点：因为：1）微生物的热死规律及培养基中营养成分破坏符合化学反应的一级反应动力学，即：dN∕dt=-KNdC∕dt=-KC2）另外反应常熟与温度的关系为：K’=A’e-E/RT3）灭菌的活化能E大于培养基营养成分破坏的活化能E，因此，随着温度升高，灭菌速率常数增加的倍数＞培养基中营养成分分解的速率常数的增加倍数。

4）温度每升高10℃，速率常数的增加倍数为（Q10）不同。

一般化学反应Q10为1.5～2.0；杀灭芽胞的反应Q10为5～10；杀灭微生物细胞的反应Q10为35左右。

5）在热灭菌的过程中，微生物死亡的速度＞营养成分破坏速度。

“高温瞬时灭菌法”可减少培养基营养成分的破坏。

所以采用高温短时灭菌既有利于杀灭微生物，又有利于减少营养物质破坏。

第三章水和空气的处理1、名词解释1）水的硬度：即水的软硬程度，系指单位体积的水中所含钙、镁盐的数量。

总硬度是指碳酸盐和非碳酸盐硬度的总和，其中，“暂时硬度”主要指碳酸盐硬度，即用加热方法可以除去的重碳酸盐硬度。

“永久硬度”主要指硫酸盐硬度，即用加热方法也不易除去的硬度。

2）水的软化：除去水中钙、镁等金属离子的过程3）固体曲：是一种传统的粗酶制剂，微生物与粗发酵营养成分初步发酵得到的干粉末制品，可用作种子用于下游发酵生产。

如酒曲等。

4）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”。

5）惯性撞击：指尘粒随着空气流过纤维层的弯曲通道时，由于颗粒的惯性较大，脱离弯曲流线与纤维碰撞而附着的过程。

6）过滤介质：过滤介质是过滤除菌的关键，直接关系到介质的消耗量、过滤过程动力消耗、设备的结构、尺寸，更是关系到运转过程的稳定性。

对过滤介质的总的要求是吸附性强、阻力小、空气流量大、能耐干热。

一般过滤介质分为纤维状或颗粒状过滤介质、过滤纸、微孔过滤膜三大类。

7）空气穿透率：过滤后空气的微粒数与过滤前空气的微粒数的比值。

8）L90：为过滤除菌效率达到90%时的介质滤层厚度2、发酵用水的来源有几种，各有什么优缺点？答：1）深井水：水质清洁，含杂质少，温度稳定，不受气温和季节影响，水生生物少，没有或很少有微生物。

没有致病菌，溶解类浓度高，硬度高。

2）自来水：方便快捷，无需进行金属离子等的处理，不受季节影响，水质较清洁，但费用高，会使生产成本过高。

3）地表水：来源广，水量充足，但水质差杂质多，温度不稳定，受气温、季节影响较大，水生生物多，微生物较多，可能存在致病细菌。

3、发酵用水杀菌的方法有哪些（简答）？答：1）氯杀菌：氯在水中形成次氯酸，有强氧化作用，能穿透细菌胞膜进入胞内，破坏胞内酶和细胞生理机能而使细菌死亡。

2）臭氧杀菌：利用臭氧的强氧化能力可以杀菌。

臭氧杀菌穿透力强，暗处也能够杀菌，也没有出现耐菌性。

3）紫外线杀菌：紫外线波长在240－260nm之间，为最有效的杀菌波段，波段中之波长最强点是253.7nm。

4、空气中微生物的分布的特点（简答）？答：1）空气中的含菌量随环境不同而有很大差异：干燥寒冷的北方空气中的含菌量较少，而潮湿温暖的南方则含菌量较多；人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；地面又比高空的空气含菌量多。

2）各地空气中所悬浮的微生物种类及比例各不相同，数量也随条件的变化而异。

5、介质过滤除菌机理包括哪几点（简答）？答：1）惯性冲击滞留作用机理；2）拦截滞留作用机理；3）布朗扩散截留作用机理4）重力沉降作用机理；5）静电吸附作用机理6、发酵空气的处理包括哪两个大步骤？答：1）包括：空气预处理；空气过滤空气预处理的目的:提高压缩前空气的洁净度；去除压缩后空气中的油和水空气处理的具体操作:空气----空压机---储气罐----冷却---除油水---加热---总过滤器---分过滤器---无菌空气7、一台发酵空气，滤膜厚度为1.5m，滤层中空气的微粒浓度为5000个/m3，单位滤层除去的微粒数为3000个/m3，求L90？答：对数穿透定律：空气通过滤层，其微粒数随着滤层的厚度逐渐降低，即：N－滤层中空气的微粒浓度，个/m3L–过滤介质的厚度，mdN/dL-----单位滤层除去的微粒数，个/m3K---过滤常数K=(dN/dL)/(-N)=-3000/5000L90=2.303/K=-3.84第四章工业发酵的染菌及其防治1、名词解释1）杂菌:是指在发酵培养中侵入了有碍生产的其他微生物。