《发酵工程原理及技术》期末试题C及答案

《发酵工程原理及技术》期末试题C

一、填空（每空1分，共30分）

1,发酵过程的基本自控系统包括、

和。

2,机械搅拌发酵罐的搅拌器有和两种类型。

3,按生理状态可将固定化细胞分为和两种类型。

4,常用的膜分离设备包括、、

和四种类型。

5,在工程菌培养过程中，造成工程菌外漏的原因可能有、、

、、和。

6.动物细胞大规模培养的方法有、和0

7,膜的清洗方法有和<,

8,常见的固定化细胞反应器有、

和。

10,研究发酵动力学方法有和,

11,盘管试漏方法有和o

二、名词解释（每题4分，共20分）

1,连续发酵

2,全挡板条件

3,生物学密封

4,浓差极化

5,双水相萃取

三、简答题（每题4分，共20分）

1，请推导单级恒化器产物形成动力学方程。

2,简述啤酒圆筒体锥底发酵罐的优缺点。

3,根据氧的传质方程，简述影响氧传递的因素。

4,简述等电沉淀的原理和优缺点

5,简述发酵罐管路的连接方式

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

1，目前补料分批发酵已成为发酵工业中最常见的一种生产方式，请论述发酵过程中补料控制的目的，

所补的物料包括哪些类型，补料的原则及控制策略。

2,年产1万吨谷氨酸的发酵厂，发醉产酸水平平均为10%,提取总收率90%,年生产日期为300

天，发酵周期为48小时。请合理选择发酵罐的公称容积并计算所需要的发酵罐个数，发酵罐及搅拌

器主要尺寸，发酵罐的实际容积。（发酵罐装液系数0.75,采用标准通风搅拌发酵罐尺寸，椭圆形封

头直边高hb=0.1D）封头容积的计算公式如下

匕=印（4+他）

3,某一酶制剂厂的发酵车间连续数批出现染菌，染菌发现时间一般在18-20小时左右，经镜检确认

所染杂菌为单一的芽抱杆菌，请分析导致染菌的可能原因并说明理由，同时请提出解决措施。

答案

一、填空（每空1分，共30分）

1,发酵过程的基本自控系统包括前馈控制、

反（后）馈控制和自适应控制O

2,机械搅拌发酵罐的搅拌器有和轴向两种类型。

3,按生理状态可将固定化细胞分为固定化活细胞和固定化死细胞两种类型。

4,常用的膜分离设备包括^、中空、

__________途式___________________和平:板式四种类型。

5,在工程菌培养过程中，造成工程菌外漏的原因可能有接种、取样、

机械密封、排气、培养后灭菌和排液.

6,动物细胞大规模培养的方法有悬浮、固定化和微载体。

7,膜的清洗方法有化学和机械o

8,常见的固定化细胞反应器有细胞再循环、填充床、

流化床和絮凝细胞系统O

10,研究发酵动力学方法有宏观处理法和质量平衡法__________O

1L盘管试漏方法有水压和气压o

二、名词解释（每题4分，共20分）

L连续发酵：

培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定,

微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比

生长速率）下生长的发酵方式。（2分）

优点：能维持低基质浓度；可以提高设备利用率和单位时间的产量；便于自动控制。（1分）

缺点：菌种发生变异的可能性较大；要求严格的无菌条件。（1分）

2,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：（2

分）

（卷）2=生铲2Z=0.5

式中D——・的直径（亳米）

N——挡板数

歹—挡板宽度（亳米）

（2分）

3,生物学密封

要求用只有在特殊培养条件下才能生存的宿主，同时用不能转移至其它活细胞的载体，通过这样组

合的宿主载体系统，可以防止重组菌向外扩散。（3分）

按密封程度分B1和B2级，B2级的密封要求最严格。（1分）

4,浓差极化

当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而便膜面浓度增大，并高于主体中浓度这种浓度差导致溶质自

膜面反扩散至主体中，这种现象称为浓差极化。（3分）

浓差极化是可逆，即变更操作条件可以使浓差极化消除（1分）

5,双水相萃取

双水相系统是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的

两水相或多水相系统。通过溶质在双水相间的分配系数的差异而进行萃取的方法即为双水相萃取。

（2分）

优点：易于放大；双水相系统之间的传质过程和平衡过程快速，因此能耗较小，可以实现快速分离;

易于进行连续化操作；相分离过程温和，生化分子如酶不易受到破坏；选择性高、收率高：操作条件

温和。（2分）

三、简答题（每题4分，共20分）

1,请推导单级恒化器产物形成动力学方程。

积累的产物=（生成-流出）的产物（1分）

哼八（第生成-FP0）（1分）

•・•（第生成=丫".或"x（2）（1分）

将⑵代入⑴，得

—=Yp/x"'P⑶u分）

=rpx-D-p(4)

2,述啤酒圆筒体锥底发酵罐的优缺点。

优点（2分）

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。

厂房投资节省。

冷耗节省。

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。

缺点（2分）

酵母泥使用代数一般比传统低（只能使用5飞代）；

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，〜般要b7d以上，短期贮酒不能保证温度一致。

3,根据氧的传质方程，简述影响氧传递的因素。

供氧：（2分）

OTR-=kLa（C-Cl）

耗氧：y=Qo^

影响因素：（2分）

搅拌

空气流速

空气分布管

发酵罐内液柱的高度，氧分压

发酵液的性质及温度

泡沫和消泡剂

4,简述等电沉淀的原理和优缺点

原理：等电点沉淀法主要利用两性分子上的电中性时溶解度最低，而各种两性分子具有不同等电点

而进行分离的一种方法。两性分子在处于等电点时的pH值，再加上其他沉淀因素，则很易沉淀析

出。（2分）

优点二很多蛋白质的等电点都在偏酸性范围内，而无机酸通常价较廉，井且某些酸，如磷酸、盐酸

和硫酸的应用能为蛋白质类食品所允许。同时，常可直接进行其他纯化操作，无需将残余的酸除去。

（1分）

缺点：酸化时,易使蛋白质失活，这是由于蛋白质对低pH比较敏感。（1分）

5,简述发酵罐管路的连接方式

螺纹

焊接

法兰

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

I,目前补料分批发酵己成为发酵工业中最常见的一种生产方式，请论述发酵过程中补料控制的目的，

所补的物料包括哪些类型，补料的原则及控制策略。（2分）

目的：解除基质过浓的抑制；解除产物的反馈抑制；解除葡萄糖分解代谢阻遏效应（2分）

类型：补充微生物能源和碳源的需要：补充菌体所需要的氮源；补充微量元素或无机盐。（2分）

原则：控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物积累的方向发展。为实现这一目标，在中间补

料控制时，必须选择恰当的反馈控制参数和补料速率。（2分）

策略：大多数补料分批发酵均补加生长限制性基质（4分）

-以经验数据或预测数据控制流加；

-以pH、尾气、溶氧、产物浓度等参数间接控制流加；

-以物料平衡方程，通过传感器在线测定的一些参数计算限制性基质的浓度，间接控制流

-用传感器直接测定限制性

（此题要求在上述回答的基础上进行适当展开，如未展开，扣2分）

2,年产1万吨谷氨酸的发酵厂，发醉产酸水平平均为10%,提取总收率90%,年生产日期为300

天，发酵周期为48小时。请合理选择发酵罐的公称容积并计算所需要的发酵罐个数，发酵罐及搅拌

器主要尺寸，发酵罐的实际容积。（发酵罐装液系数0.75,采用标准通风搅拌发酵尺寸，椭圆形封头

直边高hb=0.1D）封头容积的计算公式如下

⑴每日的产量=10000/300=33.33吨（5分）

每日所需发酵液的量=100/（0.1X0.9）=370.4米3

则每日所需发酵罐容积=370.4/0.75=493.87米3

取发酵罐的公称容积为100米3或250米3

则每日需要5或2个发酵罐

发酵周期为2天，考虑放罐洗罐等辅助时间，整个周期为3天。

则所需发醉罐的总数=5X3+1=16个或2X3+1=7

⑵采用标准通风搅拌发酵尺寸，即各部分比例尺寸为：（5分）

DFD/3,H产2DHoDiHo

由发酵罐全容积计算公式计算发酵罐的实际容积：