发酵工程考试题

答：发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力 (2)有极强的消化能力 (3)有极强的繁殖能力

116简述工业发酵产品的生产工艺流程。

答：①培养基制备 ②、无菌空气制备 ③、菌种与种子扩大培养 ④、发酵培养

⑤、通过化学工程技术分离、提取、精制。 发酵三要素 原料、菌种、发酵工艺

118什么是发酵 “放大”？发酵“放大”的原则有那些？ 答：发酵“放大”：指在生产规模和生产能力上的增加，其目的是在更大的规模上重现某个生产过程并实现预期实验结果。 发酵“放大”原则有：（1）几何相似，即按照小的与大的装置各部分几何尺寸比例大致相同进行放大。（2）恒定体积功率放大：即Pg / V恒定。（3）恒定传氧系数kLa放大。（4）恒定剪切力、恒定叶端速度放大。（5）恒定的混合时间tM放大。 119微生物发酵的工艺过程可分成哪几个主要阶段，各阶段的具体内容和要求是什么？ 答：（1）菌种阶段：主要是菌种的保藏，使其达到: 不衰退、不污染、不死亡。 在做种子菌时，注意菌种要活化，再进一步扩大培养。（2）种子扩大培养阶段 ：将斜面或摇瓶培养好的种子接入种子罐。根据发酵罐的大小，所需种子的数量，可采用一级，也可采用二级。采用三级时即在种子罐和发酵罐之间加入一只繁殖罐。一般接种量是发酵液的5～10％。种子扩大培养阶段的目的是繁殖大量的菌体而不是生产目的产物，因此，①要求种子培养基的营养成分要丰富，有利于菌体的生长繁殖。②种子培养基中要加入生产培养基中的一些成分。（3）发酵阶段 ：在此阶段，前期进行菌体的生长繁殖；后期主要是产生和积累所需的微生物产物。4）分离和提取阶段： 根据发酵产物的不同，采用不同分离提取方法，如盐析法、离子交换法、过滤法、膜分离法、蒸馏喷雾干燥法、分子筛法等。选择方法的原则是简便、价廉、分离提取率高，产品质量好

121论述液体深层发酵有哪些优点？发酵方式分为几类？

优点：①是很多微生物的最适生长环境；②菌体及营养物、产物易于扩散，使在均质或拟均质条件下进行，便于控制，易于扩大生产规模；③液体输送方便，易于机械化操作；④厂房面积小，生产效率高，易自动化控制，产品质量稳定；⑤产品易于提取、精制等。 方式：

（1）分批发酵 ：营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放罐，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换。

（2）连续发酵：是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。可以有效地延长分批培养中的对数期。

（3）补料分批发酵：又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。 可以使培养液中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内，既保证微生物的生长需要，又不造成不利影响，从而达到提高产率的目的。 122一般情况下，典型的发酵过程可以划分为哪几个基本组成部分？ 答：1.发酵原料选择及预处理。 2.微生物菌种的选育及扩大培养。3.发酵设备选择及工艺条件控制。4.发酵产物的分离提取。 5.废弃物的回收和利用 123发酵工艺控制的目标是什么？控制参数主要有哪些？

答：目标：得到最大比产物生成速率，其次才是最短的生产周期，并由此获得最

大的经济效益。参数：营养物质的浓度、种类、比例，溶解氧浓度，氧化还原点位，CO2量，发酵液黏度，温度，PH，泡沫，促进剂，前体，酶，代谢产物，菌体浓度，生长速率，死亡速率，细胞状态等 124微生物发酵技术反应过程中的特点： 1.条件通常温和（常温、常压、弱酸、弱碱）。2、原料来源广泛，以糖、淀粉等碳水化合物为主。3、反应以生命体的自动调节方式进行，单一反应器内进行。4、发酵产品（多为小分子产品，也容易生产出复杂的高分子化合物）5、高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的反应。6、生产发酵产物的微生物菌体本身也是发酵产物（发酵液一般对生物体无害）。7、防止污染（灭菌是发酵成败的关键）。8、改良微生物菌种（提高生产水平；菌种是发酵的根本因素）。 125微生物发酵技术发展历史过程及特点： 1、自然发酵（天然发酵）：厌氧发酵、非纯培养、产物稳定性差（酒、醋、酱油）。2、纯培养技术建立：纯培养无菌操作技术建立、密闭发酵罐、表层培养、显微镜诞生及微生物发现（甘油、丙酮、丁醇等初级代谢产物）。

3、通气搅拌大规模发酵技术建立：好氧发酵、发现青霉素（次级代谢产物）。 4、代谢控制发酵技术：生产谷氨酸，菌种经遗传育种、人工诱变等控制其代谢途径得到所需的代谢终产物（氨基酸、某些抗生素）。 5、开拓发酵原料时期（石油发酵时期）：石化工副产品作为发酵原料、大型发酵罐、自动化、连续化（单细胞蛋白）。

6、DNA体外重组技术的建立（基因工程阶段）：分子生物学、DNA重组、细胞融合（干扰素、激素）。

127现代发酵工程所用的发酵罐应具备那些特征？

答（1）、发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率较高（2）、发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时，要承受一定的压力（气压和液压）和温度（3）、发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧；（4）、发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污纳垢，保证灭菌彻底，防止染菌；（5）、发酵罐应具有足够的冷却面积；（6）、搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。

128请说明气体提升式发酵罐的特点，并指出其相对于机械搅拌罐的优点是什么？

答：气体提升式发酵罐的特点：

气体从罐的下部通入，借气体的上升力带动流体在整个反应器内循环流动造成良好的混合，使反应器内整体混合均匀，而且由于不用机械搅拌桨，减少了剪切作用对细胞的伤害。同时由于液体循环流动速度较快，因此反应器内供氧及传热都较好。

优点：能耗低，液体中的剪切作用小，结构简单，且由于省去了机械搅拌而不需机械密封，避免了因机械密封不良造成的杂菌污染。但它不适用于高粘度或含大量固体的培养液。

机械搅拌发酵罐、机械搅拌自吸式发酵罐、气升式环流发酵罐和高位塔式发酵罐相比较各自的优缺点有哪些？基因工程菌生物反应器的设计要特别注意什么？

答：机械搅拌发酵罐：优点：混合均匀，溶解系数高，操作简便，适应性强，参数容易控制，使用性好，放大容易，从小到中直到大型的微生物培养过程都可以应用。缺点：罐内的机械搅拌剪切力容易损伤娇嫩的细胞造成某些细胞培养减产。 机械搅拌自吸式发酵罐：优点：省去空气系统，且气体分布均匀。缺点：增加染菌机会，且搅拌转速甚高，有可能使菌丝被切断，使其正常的生长受影响。 气升式环流发酵罐：优点：能消耗低，液体中剪切作用笑小，结构简单，减少染

菌污染。缺点：不适用于高粘度或含大量固体的培养液。

高位塔式发酵罐：优点：结构简单，省去轴封，从根本上排除来了因轴封不严而造成的染菌；减少剪切作用对细胞的损害，造价低，动力消耗低，操作成本低，噪声小。缺点：反应器很高，要在室外安装，而且压缩空气要有较高压力以克服反应器内液体静压力。

需注意：a、基因工程菌反应器的排气须经加热灭菌或微孔过滤器楚君后才能排放到大气中去；b、双端面密封，而且作为润滑剂的无菌水压力应高于反应器内压力。

请叙述从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处。

答：1.消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，pH，透光率等指标。扩大时要考虑。

2.接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。

3.空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。

4.蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。

5.搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。

6.pH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制pH，发酵罐可以直接流加控制pH，比较方便。 7.温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。 8.注意染菌的控制方法不一样，发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。

9.发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。

10.原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区别很大等等。

129简述发酵热产生的原因 什么叫做发酵热，有哪几部分组成

.答：微生物分解有机物释放的能量，一部分用于合成ATP，另一部分散发到培养基中时，会引起发酵温度升高（生物热）；机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高（搅拌热）。此外，发酵罐壁散热(辐射热)、水分蒸发（蒸发热）会带走部分热量，使发酵温度降低。 发酵过程中释放出来的净热量，它是由产热因素和散热因素两方面决定的。由生物热，搅拌热，蒸发热和辐射热组成 130.简述发酵醪的一般特征

答：发酵醪的一般特征是：1) 发酵醪大部分是水；2) 发酵醪中发酵产物浓度较低；

3) 发酵醪中的悬浮固体物主要含有菌体和蛋白质胶状物；4) 培养基残留成分中含有无机盐类、非蛋白质大分子杂质及其降解产物；5) 除发酵产物外，伴有一些代谢副产物；

6) 发酵醪中含有色素、热原质、毒性物质等有机杂质。 131论述发酵下游加工过程

（1）预处理方法：加热：适当加热之后，发酵液中的蛋白由于变性而凝聚，形成较大的颗粒，发酵液的粘度就会降低。此法仅适用于对非热敏感性产品发酵液的预处理。

调节PH值：适当的PH值可以提高产物的稳定性，减少其在随后的分离纯化过程中的损失。此外，发酵液PH值的改变会影响发酵液中某些成分的电离程度，从而降低发酵液的粘度。注意选择比较温和的酸和碱，以防止局部过酸或过碱。草酸较常用。加入絮凝剂：通常情况下，细菌的表面都带有负电荷，可以在发酵液中加入带正电荷的絮凝剂，从而使菌体细胞与絮凝剂结合形成絮状沉淀，降低发酵液的上粘度，利于菌体的收获。 （2）固液分离方法：常用到过滤、离心等方法。如果欲提取的产物存在于细胞内，还需先对细胞进行破碎。沉淀提取法、色谱分离法、萃取法、膜分离技术（3）精制：初步纯化中的某些操作，如沉淀、超滤等也可应用于精制。大分子(蛋白质)精制依赖于层析分离，小分子物质的精制则可利用结晶操作（4）成品加工：经提取和精制后，根据产品应用要求，有时还需要浓缩、无菌过滤和去热原、干燥、加稳定剂等加工步骤。

什么是发酵级数？发酵级数对发酵有何影响，影响发酵级数的因素有哪些？什么情况下可采用一级种子发酵？

发酵级数：制备种子需逐级扩大培养的次数

一般由菌丝体培养开始计算发酵级数，但有时，工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数

发酵级数对发酵影响：1、种子级数少，可简化工艺和控制，减少染菌机会。2、种子级数太少，接种量小，发酵时间延长，罐的生产率，增加染菌机会3、级数大难控制、易染菌易变异，管理困难，一般2-4级4、在发酵产品的放大中，反应级数的确定是非常重要的 一个方面。

影响发酵级数的因素：（1）菌种生长特性,孢子发芽及菌体繁殖速度；（2）发酵 规模；（3）工艺要求；（4）接种量的影响。酵母生长比细菌慢，比霉菌和放线菌快，通常用一级种子发酵。

发酵级数确定的依据是什么？种子罐级数的确定主要取决的方面？

1、菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度。2、所采用发酵罐的容积。 132淀粉水解一般有几种工艺？各有何特点？

答：酸解法：是淀粉水解糖制备的传统方法，它是以无机酸为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。工艺流程：20%淀粉乳 →加酸 →水解 →中和→过滤→活性碳脱色→过滤→淀粉水解糖 优点：工艺简单、水解时间短、设备生产能力大。 缺点：高温高压以及酸的腐蚀对设备有一定的要求；副反应多，影响水解糖液的质量；对原料要求严格，淀粉颗粒必须大小均匀，否则水解不均一不彻底。

酶解法：（双酶水解法）是用专一性很强的α-淀粉酶将原料淀粉水解为糊精和低聚糖（液化），再用糖化酶继续水解为葡萄糖的制糖工艺（糖化）。 优点：条件温和，设备要求低；酶专一性强，副反应少；淀粉液初始浓度较高，对原料要求较低；糖液颜色浅，较纯净。 缺点：生产周期长，需要专门的设备（培养酶），过滤困难（酶是蛋白质）。 酸酶结合法①酸酶法：是先将淀粉用酸水解成低聚糖和糊精，再用糖化酶将其水解成葡萄糖的工艺。②酶酸法：是先用α-淀粉酶将原料淀粉水解到一定程度，过滤除去杂质后，再用酸完全水解的工艺。糖液质量：酶解法＞（酸酶法＞酶酸法）＞酸解法 糖液粘度：酸解法＞酸酶结合法＞酶解法 水解时间：酶解法＞酸酶结合法＞酸解法

133淀粉酸水解制糖原理和工艺步骤是什么？淀粉酶水解制糖的原理和工艺步骤是什么？

答：（1）淀粉水解制糖原理：淀粉是由数目众多的葡糖糖经糖苷键结合而成的多糖，在酸催化下，淀粉发生水解反应转变为葡萄糖，同时，在水解过程中由于酸和热的作用，一部分葡萄糖产生复合反应和分解反应。水解过程是逐步进行的，随糖苷键的切断，分子质量逐渐变小，先生成中间产物糊精，低聚糖，麦芽