发酵工艺学原理思考题参考答案

根据化学反应的基本原理，对于一个化学反应，可以看成是一个平衡过程，则有下式： O生物热 = O可逆 = T?△S = △H - △G = -674-(-380) = - 294kcol/mol 式中：△H为反应的焓差，可以计算如下：

△H = △HG,C298 - △HCO2,C298 - △HH2O,C298

△HG,C298—葡萄糖的标准燃烧热，-674×4.18KJ/mol

△HCO2,C298，△HH2O,C298 分别表示CO2和H2O的标准燃烧热0. △G 为反应的焓差，即自由能，其值为 -10×38×4.18KJ/mol 则：

O生物热 = -294kcol/mol = - 294×4.18KJ/mol

这就意味着，酵母菌在有氧的条件下，每氧化1mol的葡萄糖则可以产生： - 294×4.18KJ/mol，用于使发酵液的温度升高。 （2）酵母菌在无氧的条件下

Glucose经过MEP途径生成2分子的丙酮酸，在无氧的条件下完全氧化生成乙醇、CO2。 C6H12O6 + 2ADP + 2Pi = 2ATP + 2 C2H5OH+ 2CO2 + Q生物热

-10×2×4.18KJ/mol 同样，有下列方程：

Q生物热 = Q可逆 = T?△S = △H-△G =-674 - 2(-315 ) = - 20kcol/mol

式中：△H为反应的焓差，可以计算如下：

△H = △HG,C298 - △HCO2,C298 - △HH2O,C298 - △H C2H5OH,C298 △HG,C298—葡萄糖的标准燃烧热，-674×4.18KJ/mol △H C2H5OH,C298—乙醇的标准然热，-315×4.18KJ/mol

△HCO2,C298，△HH2O,C298 分别表示CO2和H2O的标准燃烧热，0 △G 为反应的焓差，即自由能，其值为 -10×2×4.18KJ/mol 则：

O生物热 = -20kcol/mol = - 20×4.18KJ/mol

这就意味着，酵母菌在无氧的条件下，每氧化1mol的葡萄糖则可以产生： - 20×4.18KJ/mol，用于使发酵液的温度升高。

以上计算表明：有氧代谢和无氧代谢，其生物热差别是很大的。这一计算结果本质上是由于在不同的代谢条件下，形成的代谢产物是不同的，其产能水平也是不同的，因此生物热也不相同。

3.pH值对微生物生长的影响主要表现在那几个方面？

1. pH值影响到了酶的活性，不同的酶有其最适合的pH值，当菌体中的酶系处于不适合的pH值环境时，必然影响到其代谢活动。

2.pH值影响了菌体细胞膜的带电状态，从而影响了细胞膜的渗透性，必然就会影响营养物质的吸收与代谢产物的排泄。

3.pH值影响Medium中的营养成份和中间性代谢产物的电离状态，从而影响了M对这些物质的正常利用。

4.pH值不同，其菌体代谢途径也会发生变化，代谢产物也不同。

5.pH对细胞形态的影响这实际上是pH值对细胞生长和代谢途径影响的外部（宏观）表现

5.说明发酵过程中泡沫的消长规律？

通常，在发酵初期，由于培养基中的大量的发泡物质的存在，使得泡沫较多，但这时的泡沫大，易破碎；随着菌体的大量的增殖，以及大量的发泡物质被消耗，发酵过程中有一段时间泡沫很少；当菌体进入对数生长期后，由于菌体呼吸强度的增加，泡沫越来越多；当菌体进入产物合成期后，发酵液的泡沫仍然继续增加，这主要是由于菌体合成的产物增加了发酵液的粘度；发酵后期，由于大量的菌体的死亡以及死亡菌体细胞的菌体自溶，使得发酵液中的大分子蛋白质浓度增加，泡沫更为严重。

6.影响泡沫稳定的因素有哪些？

1.与通风量、搅拌转速有关 通风量越大，泡沫越多；搅拌转速越大，泡沫越多。

2.培养基的成分 发泡物质：玉米浆、蛋白胨、花生粉、豆粕粉、黄豆粉、酵母粉、糖蜜等 泡沫的稳定物质：glucose,起泡性较差，但是它可以增加发酵液的粘度，稳定泡沫的存在。 3.与灭菌的操作有关 灭菌过程中，灭菌的强度越大，其发酵液中的泡沫越多 4.泡沫与菌体的生长代谢有关

7.选择化学消泡剂的原则是什么？化学消泡主要有什么缺点？

（0）对发酵过程中的微生物的生长和代谢无副作用，对人、动物无毒性。（产品人用，母液用于饲料的生产）（1）能够迅速的消泡，对泡沫的控制持久性好。（2）高温灭菌不变性，在高温灭菌的温度下，对设备无腐蚀，也不产生腐蚀性的物质。发酵过程中流加的消泡剂需要先灭菌后流加,培养基中先要加一部分。（3）对产品的后述操作不产生不利的影响。（4）不干扰发酵过程中的分析系统的正常工作，DO、PH等（5）对氧的传递不产生不利的影响。（6）来源丰富，价格低廉。（7）分散性还好，有利于泡沫的控制。 1.天然油脂类主要有：玉米油、豆油、棉籽油、花生油等

优点：价格便宜，来源较广泛，在中间加入后可以作为微生物的C原使用。

缺点：不能一次性的加入的过多，否则，各种油脂会被脂肪酸酶分解成各种脂肪酸，造成发酵液的PH值的下降。油脂易氧化，氧化了的油脂对微生物的生长和代谢可能带来抑制作用。 2.聚醚类：生产上应用较多的是：聚氧乙烯氧丙烯甘油，又称为泡敌（GPE），其使用量在0.3-0.35%，消泡能力为天然油脂的10倍以上。聚氧丙烯（GP)也是一种消泡剂，其与环氧乙烷加成则生成聚氧乙烯氧丙烯（GPE）泡敌，前者，具有良好的抑跑能力，后者，具有良好的消泡能力。在实际生产中，可以考虑两者共同使用。

3.硅酮类：聚甲基硅氧烷及其衍生物。为无色液体，不溶于水，试验表明，适合于微碱性的细菌、放线菌的发酵，对于发酵液的pH值为5左右的霉菌类的发酵，其消泡能力很差。

8.高粘性物系发酵过程中，搅拌产生的影响有哪些？

a 对传热的影响 高粘度的物系发酵的发酵和其他发酵一样，发酵过程中有大量的热量产生，由于物料的高粘性使得热量的传递非常困难。

b 搅拌对气液混合的影响 不同的搅拌速率对于气液混合也会带来比较显著的影响。以黄源胶发酵为例，搅拌转速对黄原胶的发酵有着重要的影响，而且这种影响随着发酵液中黄原胶浓度的增加将变得更为严重。

9.以谷氨酸发酵过程中pH值的变化规律为例，说明为什么pH值的变化是反应过程中菌体生长和产物合成的综合性指标？（书上没有，自己想）