发酵工程复习资料

发酵工程复习资料发酵工程复习资料Documentnumber:WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT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1301，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：用糖化酶讲糊精和彳氐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°C时，变得非常黏，到55°C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二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。）酶酸法：将淀粉乳先用a-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）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。摇瓶水平反应器水平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〜，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：）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/tit二-KNdC/tit=-KC）另夕卜反应常熟与温度的关系为：K'=A'eE/RT）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。）温度每升高10°C，速率常数的增加倍数为（Q10）不同。—般化学反应Q10为〜；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。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，滤层中空气的微粒浓度为5000"m3，单位滤层除去的微粒数为3000"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，个加3K---过滤常数K=（dN/dL）/（-N）=-3000/5000L90=K=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。）生物需氧量：（生化需氧量）是指由于水中的好氧微生物的繁殖或呼吸作用，水中有机物被分解时所消耗的溶解氧的量，简称BOD。）溶解氧:空气中的分子态溶解在水中称为溶解氧，通常记作DO。4） 法兰连接：就是把两个管道、或器材，先各自固定在一个法兰盘上，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓连接在一起，完成了连接。5） 死角：是指灭菌时因某些原因使灭菌温度达不到或不易达到的局部地区。2、 染菌对产物的提取和质量有何影响答：一、对过滤的影响：发酵液的粘度加大；菌体大多自溶；由于发酵不彻底，基质的残留浓度加大造成的后果：过滤时间拉长，影响设备的周转使用，破坏生产平衡；大幅度降低过滤收率。二、 对提取的影响：有机溶剂萃取工艺：染菌的发酵液含有更多的水溶性蛋白质，易发生乳化，使水相和溶剂相难以分开。如酒精的有机萃取离子交换工艺：杂菌易粘附在离子交换树脂表面或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换量。三、 对产品质量的影响：对内在质量的影响：染菌的发酵液含有较多的蛋白质和其它杂质。对产品的纯度有较大影响。对产品外观的影响：一些染菌的发酵液经处理过滤后得到澄清的发酵液，方攵置后会出现混浊，影响产品的外观。3、 发酵过程中染菌有哪几种方法，各有什么优缺点答：一、目前生产上常用的杂菌检查方法有：显微镜检查：染色----镜检平板划线检查：倒平板—空培养—待测样品划线—培养观察酚红肉汤培养检查：无菌肉汤培养基空培养----接入样品----培养观察二、优缺点：1） 显微镜检优点：简便、快速，缺点：不易检出早期杂菌。2） 平板划线法优点：结果也更为准确缺点：需经较长时间培养3） 酚红肉汤培养优点：采用葡萄糖酚红肉汤，由于细菌生长，发酵葡萄糖产酸而使酚红指示剂由红色变成黄色，容易读取结果。缺点：1注意细菌生长的时间与数量2细菌生长中的代谢物质（绿脓杆菌）4、 截止阀和隔膜阀各有什么优缺点答：A：截止阀优点：结构简单，制造维修方便；密封性好，密封面间摩擦力小，寿命较长；工作行程小，启用时间短。缺点：截止阀在使用中经常发生以下两个问题：阀心轧坏、填料的渗漏。方向问题：发酵罐在灭菌通蒸汽时，对关闭时的阀门，严密度要求较严格，因而在发酵罐临近的截止阀按规定装置的反方向安装。打料、接种、加油、加糖等管道上的截止阀，在发酵过程中还需要灭菌，阀门应按正向安装。B.隔膜阀优点：严密不漏；无填料；阀结构为流线型，流量大，阻力小，无死角，无堆积物，在关闭时不会使紧密面轧坏；检修方便。但须定期检查隔膜有否老化及脱落。缺点：制造不够精密；体积较大，在管道上占用较大的面积和空间；中心易引起渗漏。隔膜阀开关费力，需要借助扳手；橡胶隔膜是橡胶和帘布复合制成，如质量不好，帘布与橡胶易脱落，固定隔膜的螺栓也易脱落。5、 种子带菌如何判断，一旦确定如何防止答：1）判断方法：在每次接种后留取少量种子悬浮液进行平板肉汤培养，借以判断种子是否染菌。2）防止方法：一旦确定种子染菌：①就加强种子管理、严格无菌操作，就种子本身带菌的问题，加强种子管理，严格规范处理种子。②无菌操作方面，确保培养基、培养器皿和用具、发酵罐及附属设备灭菌等灭菌彻底；③培养和保藏严格控制环境无菌染菌的培养物不得带入菌种室、摇瓶间；④操作规范正确确保不受杂菌污染。6、 当发酵罐偶尔染菌，一般采取什么措施答：（1）连续灭菌系统前的料液贮罐在每年4-10月份（杂菌较旺盛生长的时间）加入％甲醛，加热至80%，存放处理4小时，以减少带入培养液中的杂菌数。（2）对染菌的罐，在培养液灭菌前先加甲醛进行空消处理。甲醛用量每立方米罐的体积~升。⑶对染菌的种子罐可在罐内放水后进行灭菌，灭菌后水量占罐体的三分之二以上。这是因为细菌芽孢较耐干热而不耐湿热的缘故。7、 噬菌体感染后应采取什么方式防止污染答：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70-80°C杀死噬菌体，才可排放。发酵罐周围的管道也必须彻底灭菌。第五章菌种与种子扩大培养1、 名词解释1） 营养缺陷型：是指通过诱变而产生的缺乏合成某些营养物质的能力，必须在其基本培养基中加入相应的营养成分才能正常生长的变异株。2） MM：基本培养基，能满足野生型菌株正常生长的培养基。3） SM：补充培养基，在基本培养基中加入相应的营养成分的培养基。4） CM：完全培养基，能满足各种营养缺陷型生长的培养基。5） 种子扩大培养：将原始休眠菌种接入试管斜面活化后，经摇瓶、种子罐逐级扩大培养，最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。2、 怎样从自然界中分离筛选工业菌种在菌种分离过程中为什么要进行富集培养分别叙述不同材料富集培养的方法。答案要点：一）自然界中筛选工业菌种的步骤：定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。采样：有针对性地采集样品。增殖：人为地通过控制养分或培养条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。分离：利用分离技术得到纯种。筛选:包括初筛与复筛。菌种鉴定发酵性能测定二） 富集培养的理由：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势，有利于分离。三） 不同材料的富集方法：1） 土中细菌的富集培养与分离：适度稀释后，取涂布已添加及未添加富集底物（如几丁质、纤维素等）的土浸出汁平板。2） 植物体上细菌的分离：无菌富集，加植物浸出液适度培养，取样，洗涤，取1ml洗涤液经适度稀释后平板涂布。3） 水中细菌的分离：水样通过pm无菌滤膜，取出滤膜用1ml无菌稀释液将滤膜上的沉积洗下。用样本稀释液适度稀释,涂布平板倒置培养或滤纸压印分离法。3、以紫外线诱变为例，叙述诱变育种的程序及注意事项。答案要点：一） 紫外线诱变育种