发酵工程课后思考题答案

一、思考题 1.发酵及发酵工程定义？ 答：定义：发酵工程是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。由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。 传统发酵 是指酵母作用于果汁或发芽的谷物时产生二氧化碳的现象；

生化和生理学意义的发酵 指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一

种方式；或者更严的说发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。 工业上的发酵 泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。 青霉素发酵能成功的原因，主要是解决了两大技术问题：1）通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题；2）抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。 2.发酵工程基本组成部分？ 答：从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程 3.发酵工业产业化应抓好哪三个环节？ 答 ：三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销 4.当前发酵工业面临三大问题是什么？ 答：菌种问题、合适的反应器、基质的选择 菌种问题：纯种、遗传稳定性、安全、周期短、转化率高产率高、抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌 合适的反应器：生产规模化、原料利用量大并且具有一定选择性、节能、结构多样化、操作制动化、节省劳力 基质的选择: 价廉、原料利用量大并且具有一定选择性、易被利用、副产物少、满足工艺要求 5.我国发酵工业应该走什么样的产业化道路？ 答:第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、 第三步为持续发展阶段

二、思考题 1、 自然界分离微生物的一般操作步骤？ 答：标本采集→预处理→富集培养→菌种分离（初筛、复筛）→发酵性能鉴定→菌种保藏 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物； 2、 从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集富集？ 答：富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。 ➢ 富集的基本方法：1、控制营养：如以唯一碳源或氮源作底物；2、控制培养条件：如pH、温度、通气量等；3、抑制不需要的种类 3、 什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？ 答：定义：不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。意义：自然选育是一种简单易行的方法，可达到纯化菌种、防止菌种退化、稳定生产、提高产量的目的。虽然其突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施 回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变。 4、诱变育种对出发菌株有哪些要求？ 答：出发菌株定义：出发菌株指用于诱变育种的最初菌株或每代诱变的试验菌株。 要求：★对菌株产量，形态、生理等情况了解；★生长繁殖快，营养要求低，产孢子多且早；★ 对诱变剂敏感；★ 菌株要有一定的生产能力；★ 多出发菌株：一般采用3~4个出发菌株，在逐代处理后，将产量高、特性好的菌株留作继续诱变的出发菌株。 5、诱变选育的流程？ 答：出发菌株经纯化活化前培养（同步培养）→培养液（离心、洗涤、）→单细胞获单胞子悬液→诱变处理→后培养（中间培养）→平板分离→初筛→复筛→保藏及扩大试验 筛选的关键是选择一定的特征（如菌落特征、生化特征等）去判断所筛选的菌株是我们所需要的突变株。 6、工业上优良生产菌种应具备哪些基本特性？ 答：能在廉价原料制成的培养基上生长，且大量高效地合成产物；遗传性能要相对稳定；菌种改造的可操作性要强；抗噬菌体及杂菌污染能力强；产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）；发酵条件如温度、pH、溶解氧、泡沫等易控制。

三、思考题 1、何谓种子接种量、接种龄？ 答：接种量指移入种子液的体积和接种后培养液体积之比。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。 2、影响种子质量的因素是哪些？ 答：①原材料质量②种龄③培养条件④斜面冷藏时间 3、保证种子质量有哪些措施？ 答：①菌种的稳定性检查；②提供种子培养的适宜环境；③无杂菌检查 4、工业上接种的方法有哪些？ 答：

四、思考题 1、发酵培养基的特点和要求？ 答：① 培养基能够满足产物最经济的合成；② 发酵后所形成的副产物尽可能的少；③ 培养基的原料应因地制宜，价格低廉，且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的供应；④ 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等。 2、 常用的碳源有哪些？常用的糖类有哪些？ 答：常用的碳源：糖类、油脂、有机酸、正烷烃；常用的糖类：葡萄糖、糖蜜、淀粉、糊精、脂类 3、 什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？ 答：无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸铵；若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。 4、 常用的无机氮中的作用？ 答：常用的无机氮：种类：铵盐、硝酸盐和氨水；所以选择合适的无机氮源有两层意义： 满足菌体生长、稳定和调节发酵过程中的pH 5、 什么是前体？源和有机氮源有哪些？有机氮源在发酵培养基前体添加的方式？ 答：前体指某些化合物加入到发酵培养基中后，能直接使微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。作用：前体有助于提高产量和组份；用法：前体使用时普遍采用流加的方法，前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07%流加也有利于提高前体的转化率前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化 6、 什么是生长因子？生长因子的来源？ 答：凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。 有机氮源是这些生长因子的重要来源，多数有机氮源含有较多的B族维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺少的生长因子 7、 举例说明培养基设计的方法与步骤？ 答：培养基的设计首先是培养基成分的确定，然后再决定各成分在培养基中的比例。 设计原则： 目的明确 、营养协调、理化适宜 、经济节约。 设计方法： ①生态模拟②参阅文献③精心设计④试验比较 步骤：① 根据前人的经验和培养基成分，初步确定可能的培养基成分；② 通过单因素实验最终确定出最为适宜的培养基成分；③ 当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。

五、思考题 ⒈ 灭菌的方法有哪些？如何根据灭菌对象和要求的不同选用不同的方法？ 答：灭菌是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。 消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。 方法：培养基的加热灭菌、空气的过滤除菌、紫外线或电离辐射、化学药物灭菌 化学试剂灭菌法 ：甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等 ，适用范围：环境、皮肤及器械的表面消毒 射线灭菌法：电磁波、紫外线或放射性物质，适用范围：无菌室、接种箱 干热灭菌法 ：常用烘箱，灭菌条件：160℃下保温1h ，适用范围：金属或玻璃器皿 湿热灭菌法 ：利用饱和蒸汽灭菌，条件：121℃，30min ，适用范围：生产设备及培养基灭菌 过滤除菌法 ：利用过滤方法阻留微生物 ，适用范围：制备无菌空气 火焰灭菌法 ：火焰 ，适用范围：接种针、玻璃棒、三角瓶口 ⒉ 比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点。 答： 优 点 缺 点

连续 灭菌 1.高温短时灭菌，培养基 营养成分损失少。 2.发酵罐占用时间缩短， 利用率高。 1.设备复杂，操作麻烦, 染菌机会多。 2.不适合含大量固体物 料的灭菌。 间歇 灭菌 1.设备要求低，不需另外 加热、冷却装置。 2.操作要求低，适合小批 量生产规模 3.适合含大量固体物料的 灭菌 1.培养基的营养物质损 失大，灭菌后培养基 质量下降 2.发酵罐的利用率较低 3.不适合大规模生产的 灭菌

⒊影响培养基灭菌的因素有哪些？ 答：培养基成分、培养基成分的颗粒度、培养基的pH、微生物细胞的含水量、微生物性质与数量、冷空气排除情况、泡沫、搅拌 4. 分析过滤除菌机理与影响过滤除菌的因素，考虑如何提高过滤除菌的效率。 答：微粒随气流通过滤层时，由于滤层纤维的层层阻碍，使气流出现无数次改变运动速度和方向的绕流运动，引起微粒与滤层纤维间产生惯性冲击、拦截、布朗扩散、重力沉降、静电引力等作用把微粒滞留在纤维表面上，实现过滤的目的。 提高过滤除菌效率的措施 ① 设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。 ② 设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。 ③ 保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数。 ④ 降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作。

六、思考题 1、 根据微生物对温度的依赖可分类成哪几类微生物？ 答：嗜冷菌：0～260C生长，嗜温菌：15～430C生长，嗜热菌：37～650C生长，嗜高温菌：>650C生长 。 2、 发酵过程的温度会不会变化？为什么？ 答: 会变化，因为在发酵过程中产生菌分解基质产生热量、机械搅拌产生热量、通气热等会使发酵过程中的温度变化。 3、 发酵热的定义 答： 发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大，温度上升快；发酵热小，温度上升慢。 4、 生物热的大小与哪些因素有关？ 答：1）、与发酵的类型有关：微生物进行有氧呼吸产生的热比无氧呼吸产生的热多；2）、与呼吸作用的强弱有关；3）、培养基营养成分越丰富，生物热也越大。 5、 温度对发酵有哪些影响？ 答：1、温度影响微生物细胞的生长 2、温度影响反应速率（产物形成）3、温度会改变发酵液的理化性质 4、温度影响生物合成的方向。 6、 发酵过程温度的选择有什么依据？ 答：1、根据菌种不同选择 2、根据发酵阶段选择：即二阶段发酵 3、根据培养条件选择 4、根据菌生长情况

七、思考题 1、发酵过程中pH会不会发生变化，为什么？ 答：会变化。【1】、基质代谢 ：（1）糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、