发酵工程复习资料定稿

发酵工程复习资料

一、名词解释：

1、发酵工程：应用微生物学、化学和工程技术学的原理，大规模培养动植物和微生物细

胞，生产生物量或产物的科学。

2、育种：是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的

改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。

3、种龄：是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

4、菌种退化：指在长时期传代保藏后，菌株的一个或多个生理性状和形态特征逐渐减退

或消失的现象。

5、菌种复壮：使衰退的菌种重新恢复原来的优良性状。

6、菌株分离和筛选：是将一个混杂着各种微生物的样品通过分离技术区分开，并按照实

际要求和菌株的特性采取迅速、准确、有效的方法对他们进行分离、筛选，进血得到所需微

生物的过程。

7、工业菌种的育种：是运用遗传学原理和技术对某个用丁•特定生物技术目的的菌株进行

的多方位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。

8、种子扩大培养：是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管

斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及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。

9、生长因子：是一类对微生物正常代谢必不可少的微量的有机物，包括氨基酸、嚓吟、

嗒咤、维生素等；其作用是构成细胞的组分，促进生命活动的正常进行。

10、补料分批发酵：指在分批培养伊始，投入较低浓度的底物，在发酵过程中，当微生物

开始消耗底物后，再以某种方式向培养系统中间歇或连续补加一定的新鲜物料，使培养基中

的底物浓度在较长时间内保持在一定范围内，以维持微生物的生长和产物的形成，并避免不

利因素的产生，从而达到提高容积产量、产物浓度和产物得率的目的。

11、临界氧浓度：满足微生物呼吸的最低氧浓度为临界氧浓度。

12、发酵染菌：发酵培养过程中除了生产菌以外，侵入了有碍生产的其它微生物。

13、染菌率：总染菌率指一年发酵染菌的批（次）数与总投料批（次）数之比的百分率。

14、代谢控制发酵：是用遗传学或其他生物化学的方法，有目的在分子水平上改变微生物

固有的调节机制，使合成产物的途径畅通无阻，最大限度地积累特定产物，这种发酵称为代

谢控制发酵。

二、填空、简答题、论述题

1、发酵方法的分类

答：（I）根据对氧的需要区分：厌氧；有氧发酵。

（2）根据培养基物理性状区分：液体发酵：（包括液休深层发酵）；固体发酵：浅

盘固体发酵、深层固体发酵（机械通风制曲）。

（3）根据从微生物生长特性（培养方式）区分：分批发酵；补料分批发酵；连续发

酵。

2、菌种分离与筛选的步骤

答：（1）定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。

（2）采样：有针对性地采集样品。

（3）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。

（4）分离：利用分离技术得到纯种。

（5）性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理

生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、

提取工艺等。

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3、用框图说明种子扩大培养的工艺流程（一般步骤）

答：课本P34

4、发酵生产中的培养基类型

第斜面培养基、种子培养基、发酵培养基

5、常用的氮源

答：（1）有机氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白麻、酵

母膏、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。（它们在微生物分泌的蛋白酶作用卜，水

解成氨基酸，被菌体进一步分解代谢。）

（2）无机氮源：核盐、硝酸盐、氨水等。（微生物对其吸收利用比有机物快，所以也

称速效氮。利用无机氮时应注意引起的pH变化。）

6、微生物的热死定律——对数残留定律

答：在一定温度下，微生物受热致死遵循分子反应速度理论，微生物受热死亡的速率-dN/dl

与任何瞬间残留的活菌数N成正比，即

~—=kN0\n^-=-ktr=2.303

dtN（）Nt

式中：t一灭菌时间（秒）

k-反应速度常数，与菌的种类和加热温度有关（S-1）

No…灭菌开始时，污染的培养基中杂菌个数（个/ml）

Nt—经过灭菌时间T后，残存活菌个数（个/ml）

当Nt=O时，t=8,既无意义，也不可能。一般采用Nl=0.001,即1000次灭菌中只有

一次失败。

7、介质过滤除菌的定义，机理

答：（1）定义：是将液体或气体用微孔薄膜过滤，使大于孔径的细菌等微生物颗粒阻留，

从而达到除菌目的。

（2）机理：介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，借助惯性碰撞、阻

截、扩散、静电吸附、沉降等作用，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌

的目的。P93

8、过滤介质的类型

答：棉花、玻璃纤维、活性炭、超细玻璃纤维纸

9、按照产物生成与菌体生长是否同步，可将分批发酵分为几种类型，分别说明

答：（1）生产连动型产物形成（I型发酵）：产物生成直接与基质（糖类）消耗有关。即

偶联型：产物生成速率与菌体生长速率有紧密联系。

微生物的生长、碳水化合物的降解代谢和产物的形成几乎是平行进行的，营养期和

分化期彼此不分开。生产连动型产物通常都直接涉及微生物的产能降解代谢途径，或是正常

的中间代谢产物。酵母发酵生成酒精，以及葡萄糖酸和大部分氨基酸、单细胞蛋白都属于这

种类型。对于这种类型的产物来说，调整发酵工艺参数，使微生物保持高的比生长速率，对

于快速获得产物、缩短发酵周期十分有利。

（2）部分生长连动型产物形成（H型发酵）：产物生成与基质（糖类）消耗间接有关。

即部分偶联型，产物生成速率与菌体生长速率只有部分联系。

微生物的生长和产物的形成是分开进行的，糖既满足菌体生长所需的能量，又作为

产物合成的碳源。分批发酵中，这种类型产物的形成分成两个极限：起初，微生物消耗大量

底物用于产能代谢和生长，而产物形成很缓馒，甚至根本不形成；此后，微生物的生长速率

开始减慢后，细胞开始大量消耗底物以合成产物。对这类产物来说，营养期和分化期在时间

然返回罐内。

（4）刮板式消泡器:它安装于发酵罐的排气口处，泡沫从气液进口进到高速旋转的刮板中，

泡沫迅速被打碎，由于离心力作用，液体被甩向壳体壁上，返回罐内，气体则由气孔排出。

13、机械搅拌发酵罐的冷却装置有哪三种？各适用于什么场合？有何优点？

答：（1）夹套式换热装置：这种装置多应用于容积较小的发酵罐、种子罐；夹套的高度

比静止液面高度稍高即可，无须进行冷却面积的设计。

这种装置的优点是：结构简单；加工容易，虢内无冷却设备，死角少，容易进行

清洁灭菌工作，有利于发酵。其缺点是：传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。

（2）竖式蛇管换热装置：这种装置是竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六

组或八组不等，根据管的直径大小而定，容积5米3以上的发酵罐多用这种换热装置。

这种装置的优点是：冷却水在管内的流速大；传热系数高。这种冷却装置适用于

冷却用水温度较低的地区，水的用量较少。

（3）竖式列管（排管）换热装置：这种装置是以列管形式分组对称装于发酵罐内。

其优点是：加工方便，适用于气温较高，水源充足的地区。缺点是：传热系数较

蛇管低，用水量较大。

一般容积在5m3以下的发酵罐采用外夹套；容积大于5m3的发酵罐一般采用竖式蛇

管或竖式列管（排管）作为冷却装置。

14、发酵过程中引起pH下降和上升的因素

答：（1）下降：①培养基中C/N不当，碳源过多，特别是偷萄糖过量，或者中间补糖过

多加之溶解氧不足，致使有机酸积累；②消沫油加得过多；③生理酸性物质过多，氨被利用。

（2）上升：①C/N比例不当，N过多，氨基氮释放；②生理碱性物质过多：③中间

补料时碱性物加入量过大（氨水或尿素）。

15、发酵中溶解氧的一般变化规律

答：（I）发酵前期溶解氧浓度的变化：产生菌大量繁殖，需氧量不断增加。此时的需氧

量超过供氧量，使溶解氧浓度明显下降，出现一个低峰。发酵液中的菌浓也不断上升。粘度

一般在这个时期也会出现一高峰阶段。这都说明产物菌正处在对数生长期。

（2）发醉中期溶氧变化：过了生长阶段，需氧量有所减少，溶氧浓度经过一段时间

的平衡阶段或上随之上升后，就开始形成产物，溶氧浓度也不断上升.低峰出现的时间和低

峰溶氧浓度随菌种、工艺和设备供氧能力不同而异。

（3）发酵中后期溶氧变化：发酵中后期，对于分批发酵，溶氧浓度变化比较小。菌

体已进入静止期，呼吸强度变化不大。外界补料，溶氧的变化随补料时的菌龄、补入物质的

种类和剂量不同而不同。如补糖，则溶氧浓度卜.降。

（4）发酵后期溶氧变化：在生产后期，菌体衰老，呼吸强度减弱，溶氧浓度逐步上

升，菌全自溶，溶氧浓度会明显上升。

16、发酵过程中溶氧变化异常原因

答：（1）引起溶氧异常下降的原因：

a污染好气性杂菌，大量溶氧被消耗；

b菌体代谢发生异常，需氧要求增加；

c某些设备或工艺控制发生故障或变化，如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变

慢；消泡剂加入过多；

d影响供氧的工艺操作如停止搅拌、闷罐等。

（2）引起溶氧异常升高的原因：

主要是耗氧出现改变，如菌体代谢异常，耗氧能力下降；污染烈性噬菌体。

（3）溶氧监测的作用：

a从发酵液中的溶解氧浓度变化，可以了解微生物生长代谢是否异常

b工艺控制是否合理

c设备供氧能力是否充足。

17、发酵过程中泡沫控制的方法及常用的消泡剂

答：（1）调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原材料）或改变某些物理化学参数（如

pH值、温度、通气和搅拌）或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减少泡沫形成的

机会。但这些方法的效果有一定的限度。

（2）采用机械消泡或消泡剂消泡这两种方法来消除已形成的泡沫：通过化学方法，降

低泡沫液膜的表面张力，使泡沫破灭；利用物理方法，使泡沫液膜的局部受力，打破液膜原

来受力平衡而破裂。

（3）采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌利来消除起泡的内在因素。

时于已形成的泡沫，工业上可以采用机械消泡和化学消泡剂消泡或两者同时使用消泡。

常用的一些消泡剂：天然油脂（豆油、菜油、鱼油）；碳醉、脂肪酸和酣类（十八醉）；聚酸

类（甘油三羟基聚酸）；硅酮类（聚二甲基硅氧烷及衍生物）。

18、发酵染菌的原因及其防治措施

答：（1）设备渗漏：a化学腐蚀：培养基的某些成分，调节pH的酸碱。不是设备损坏的

主要原因。b磨蚀：培养基中的颗粒物质（黄豆饼粉、花生饼粉等），混入的泥沙和金属异

物。c设备加工不良：弯头、盘管焊接缝、阀门等。

防止措施：经常检查设备；使用精度而、材料好的设备。

（2）空气带菌：空气净化系统失效或减效。

防止措施：a选用除菌效率高的过滤介质，并保证一定的介质充填密度，防止

空气走短路；

b加强生产环境的卫生管理，减少生产环境中空气的含菌量，正确选择采气口，

加强空气压缩前的预处理；

c空气净化系统要制定严格的管理制度，安装合理的空气过滤器,定期检查灭菌,

定期更换介质，防止过滤器失效。

（3）种子带菌：函种在培养过程或保藏过程中受到污染，培养基和培养设备灭菌不

彻底，种子转移和接种过程染菌。

防止措施：a做好菌种室和种子罐车间内外的环境消毒工作，降低周围环境中

的杂菌浓度；

b对各级种子培养基、器具、种子罐应进行严格的灭菌处理；

c接种操作应按操作规程严格执行，保证接种间和种子间的无菌环境。

（4）灭菌不彻底：设备、管道存在死角，培养基原料本身的性质和灭菌条件没达到

等都会引起灭菌不彻底。

防止措施：a对设备加强清洗并定期铲除污垢；

b对手一些稀薄的培养基进行适当的预处理再进行灭菌；

c灭菌时，严格按照操作规程，一定要达到灭菌要求的温度与压力后再进行灭

菌。

（5）技术管理不善：技术管理就是要对发酵每个环节严格控制，发酵中稍有不慎

就可能染菌，所以不能有侥幸心理而放松管理。

19、柠檬酸发酵的产生菌种及柠檬酸发酵的主要控制要点

答：柠檬酸生产菌：a淀粉质原料或糖质原料：黑曲霉；b正烷烧为原料：解脂假丝酵

母、热带假丝酵母。

主要控制要点：（1）EMP畅通无阻：控制Mn2+,提高NH4+,解除柠檬酸对

PFK的抑制。控制溶氧，防止侧系呼吸链失活。

（2）通过CO2固定反应生成C4二瘦酸，强化这一反应。

（3）柠檬酸后序的前的髀活性丧失或很低，控制培养基中的Fe2+

的浓度。

20、糖蜜的预处理方法

答：预处理：生产上主要采用黄血盐法和石灰硫酸法。

（1）黄血盐处理法：糖蜜稀释至400BX,加入糖蜜质量0.1-0.45%的黄血盐，升温至

95℃,维持30min,打入澄清罐，4h后吸取上清液，配制发酵液。

（2）石灰硫酸法：糖蜜稀释至400Bx,加入生石灰，糖蜜质量的1%,调pH至9

10,在70—80℃通风搅拌15min,然后用硫酸调pH至3—4.5,静止4h吸取上清液,配制

发酵液。

21、论述淀粉两次加酶喷射液化工艺过程

答：工艺流程：调浆一配料一•一次喷射液化…液化保温一二次喷射…高温维持一二次

液化----冷却一一（糖化）

在配料罐内，将淀粉加水调浆成淀粉乳，用Na2CO3调pH,使pH值处在5.0-7.0

之间，加入（）.15%的氯化钙作为淀粉酶的保护剂和激活剂，最后加入耐高温a-淀粉酌，料

液经搅拌均匀后用泵打入喷射液化器，在喷射器中出来的料液和高温蒸汽直接接触，料液在

很短时间内升温至95-97℃,此后料液进入保温罐保温6Dmin,温度维持在959TC,然后进

行二次喷射，在第二只喷射器内料液和蒸汽直接接触，使温度迅速升至145c以上，并在维

持罐内维持该温度3-5min左右，彻底杀死耐高温a・淀粉酶，然后料液经真空闪急冷却系统

进入二次液化罐，将温度降低到95-97℃,在二次液化罐内加入耐高温a-淀粉酹，液化约

30min,用碘呈色试验合格后，结束液化。

22、谷氨酸发酵中控制细胞渗透性采用的方法和机理

答：A方法：细胞透性的调节，一般通过向培养基中添加化学成分（如生物素、油酸、

甘油、表面活性剂、青霉素等），达到抑制磷脂、细胞膜的形成或阻碍细胞壁的正常生物合

成，使谷氨酸生产菌处于异常生理状态，解除细胞对谷氨酸向胞外漏出的渗透障碍。

B机理：（1）生物素：影响磷脂的合成及细胞膜的完整性。

（2）油酸：直接影响磷脂的合成及细胞膜

（3）甘油：甘油缺陷型菌株丧失a-磷酸甘油脱氢酶，不能合成a-磷酸甘油

和磷脂。限量供应，控制了细胞膜中与渗透性直接关系的磷脂含量，使谷氨酸排出胞外而

积累。

（4）表面活性剂：对生物素有拮抗作用，拮抗不饱和脂肪酸的合成，导致磷

脂合成不足，影响细胞膜的完整性，提供细胞膜对谷氨酸的渗透性。

（5）青霉素：抑制细菌细胞壁的后期合成，形成不完整的细胞壁，使细胞膜

失去保护，使胞内外的渗透压差导致细胞膜的物理损伤，增大谷氨酸向胞外漏出的渗透性。

生物阻断脂肪酸的合成1=>影响细胞膜的合成

羲面活性=>对•生物素有拮抗=>阻断脂肪酸的合成=>影响细胞膜的合成

^对数生长期添加青霉素抑制细胞壁合成=>细胞膜损

____________伤

甘油缺陷>璘脂的合成受阻影响细胞膜的合成

油酸缺陷二^^阻断不饱和脂肪酸的合成影响细胞膜的合成

型

23、谷氨酸发酵过程中泡沫的形成原因及消除泡沫的方法

答：（1）泡沫形成原因：

a与通气搅拌的强烈程度有关，搅拌所引起的泡沫比通风来得大。

b与培养基配比和原料性质有关，蛋白质原料是主要的气泡因素。

c与菌种、种子质量和接种量有关，菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较

快被利用，泡沫产生几率也就少；菌种生长慢的可以加大接种量。

d与灭菌质最有关，培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使

种子菌丝自溶，产生大量泡沐，加消泡剂也无效。

e与发酵液感染杂菌和噬菌体有关。

（2）消除泡沫的方法：

a调整培养基的成分（少加或缓加宜起泡的原材料）；改变某些物理化学参数

（pH、温度、通气和搅拌；改变发酵工艺）

b采用机械消泡或消泡剂消泡

机械消泡：利用机械振动或压力变化使泡沫破裂

消泡剂：属表面活性剂，天然油脂（豆油、玉米油）；脂肪酸和酯类：聚酸

类（氧化丙烯和氧化乙烯与甘油的聚合物）；硅酮类

24、谷氨酸发酵中杂菌污染的主要原因有哪些？如何防治

答：（I）杂菌污染的主要原因分析：

①种子带菌。若发酵前期染菌，可能是种子带菌所致或发酵罐本身染菌所致。为

了避免种子染菌，在斜面种子、摇瓶种子制备过程中都必须严格操作，确保无杂菌污染。

②罐体与管件渗漏所引起的染菌。若罐体或管件有极其微小的漏孔时，易引起染

菌。有时漏孔用肉眼直接察觉不到，需要通过一定的试漏方法才能发现。

③死角。耀或管路连接处的死角，在灭菌时其中的杂菌不易被杀死，易造成连续

染菌，影响生产。

④空气系统染菌。好气性发酵需连续不断地通人大量无菌空气。空气系统所有的

设备要定时打开排液阀排液，避免设备内积液太多，带入空气中去，造成染菌。

⑤环境污秽造成染菌。车间、环境卫生差，易引起染菌。为堵绝杂菌的来源和繁

殖机会，必须加强车间和环境的清洁卫生工作。

（2）杂菌污染的防治与挽救污染了杂菌后，要根据具体情况，及时采取措施加以

挽救。具体措施为：①一级种子经平板检查确认无菌后，方可接入二级种子中。

②二