發(fā)酵工程與設(shè)備期末復(fù)習(xí)題

《發(fā)酵工程與設(shè)備》期末復(fù)習(xí)題1、工業(yè)發(fā)酵的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個階段？（6個階段）答：①自然發(fā)酵階段；②純培養(yǎng)技術(shù)的建立；③通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立；④誘變技術(shù)與代謝控制發(fā)酵的建立；⑤開拓新的發(fā)酵原料時期；⑥基因工程階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段）。2、發(fā)酵工程發(fā)展過程中的三個轉(zhuǎn)折點什么？答：純培養(yǎng)技術(shù)的建立是第一個轉(zhuǎn)折點，通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立是第二個轉(zhuǎn)折點，代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立是第三個轉(zhuǎn)折點。3、根據(jù)不同的分類原則，工業(yè)發(fā)酵可分為若干類型。按發(fā)酵形式、發(fā)酵培養(yǎng)基的物理性狀、按發(fā)酵工藝流程來、按發(fā)酵過程中對氧的不同需求來區(qū)分，各有哪些？答：①發(fā)酵形式：細菌發(fā)酵、放線菌發(fā)酵、霉菌發(fā)酵、酵母發(fā)酵②發(fā)酵培養(yǎng)基的物理性狀：固體發(fā)酵、液體發(fā)酵、半固體發(fā)酵③工藝流程：分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵④對氧的需求：厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵、兼性厭氧發(fā)酵4、固體發(fā)酵、發(fā)酵熱、通風(fēng)比、罐壓、臨界氧濃度、前體、分批滅菌、種子罐級數(shù)、全擋板條件、接種齡、產(chǎn)物合成促進劑、連續(xù)滅菌、 種子培養(yǎng)、、接種量、軸功率、清潔生產(chǎn)等概念。固體發(fā)酵：又稱固態(tài)發(fā)酵，是指微生物在濕的固體培養(yǎng)基上生長、繁殖、代謝的發(fā)酵過程。發(fā)酵熱：習(xí)慣上將產(chǎn)生的熱能減去散失的熱能所得的凈熱量稱為發(fā)酵熱。通風(fēng)比：罐壓：臨界氧濃度：各種微生物對發(fā)酵液中溶解氧濃度有一個最低要求，這一溶解氧濃度叫做臨界氧濃度，以C濃度表示。前體：指加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高的一類化合物。分批滅菌：將配制好的培養(yǎng)基輸入發(fā)酵罐內(nèi)，直接用蒸汽加熱，達到滅菌要求的溫度和壓力后維持一定時間，再冷卻至發(fā)酵要求的溫度，這一工藝稱為分批滅菌或?qū)嵐逌缇?。種子罐級數(shù)：制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)全擋板條件：是指達到消除液面旋渦的最低條件，在一定轉(zhuǎn)速下面增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。接種齡：是指種子罐中培養(yǎng)的菌絲體開始移入下一級種子罐或發(fā)酵罐時的培養(yǎng)時間產(chǎn)物合成促進劑：是指那些細胞生長非必需的，但加入后卻能顯著提高產(chǎn)量的物質(zhì)。連續(xù)滅菌：也叫連消，是指將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套滅菌設(shè)備連續(xù)地加熱滅菌、冷卻后送入已滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)的工藝過程。種子培養(yǎng)：接種量：是指移入的種子液體積與接種后培養(yǎng)液總體積的比例。軸功率：清潔生產(chǎn)：是一種新的創(chuàng)造性的思想，該思想將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程、產(chǎn)品和服務(wù)中，以增加生態(tài)效益和減少人類及環(huán)境的風(fēng)險。5、常用的菌種的選育方法有哪些？（3種方法）發(fā)酵工業(yè)對菌種的要求有哪些？答：⑴方法：自然選育、誘變育種和原生質(zhì)體融合育種⑵發(fā)酵工業(yè)對菌種的要求有：①遺傳性穩(wěn)定，可長期保存；②對誘變劑敏感；③容易產(chǎn)生營養(yǎng)細胞、抱子或其他繁殖體，種子培養(yǎng)時生長旺盛，快速繁殖；④能抵抗噬菌體的污染；⑤發(fā)酵周期短，毒、副產(chǎn)物少；⑥下游工程易于操作。6、發(fā)酵生產(chǎn)中，染菌的原因或途徑主要有幾個方面？答：⑴原因：設(shè)備滲漏、空氣凈化達不到要求、種子帶菌、培養(yǎng)基滅菌不徹底和技術(shù)管理不善等是造成各廠污染雜菌的普遍原因。⑵途徑：①菌種培養(yǎng)過程操作不當(dāng)；②培養(yǎng)基滅菌不徹底；③發(fā)酵設(shè)備（如發(fā)酵罐、管道）密封不嚴(yán)，死角太多；④空氣除菌不凈。7、發(fā)酵生產(chǎn)中常用的除菌方法有哪幾種？答：方法：化學(xué)藥劑滅菌、熱滅菌（包括干熱滅菌和濕熱滅菌）、輻射滅菌、臭氧滅菌和過濾介質(zhì)除菌。8.篩選新菌種的具體步驟大體可分為哪5步？答：采樣----富集培養(yǎng) 純種分離 初篩 復(fù)篩9、概括工業(yè)發(fā)酵工藝的基本流程。培等縣配制種子擴大喑界 ? 空氣除的 左1醒設(shè)雷培養(yǎng)她火曲 ? 發(fā)晶生產(chǎn) —處理 10、簡述工業(yè)發(fā)酵過程監(jiān)控的指標(biāo)主要包括哪些？答：溫度、PH值、溶解氧的量、發(fā)酵熱、11、對數(shù)殘留定律的主要內(nèi)容及滅菌時間的計算。答：在滅菌過程中，微生物由于受到不利環(huán)境的作用，隨時間增加而逐漸死亡，其減少的速率(dN/dt)與一瞬間殘留的微生物數(shù)量成正比，這就是對數(shù)殘留定律。滅菌時間11No2.3風(fēng)No式中，N0為滅菌開始時原有的菌數(shù)，單位為個；Nt為滅菌結(jié)束時殘留的菌數(shù)，單位為個，且Nt=0.00112、機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐有哪些基本結(jié)構(gòu)部件？這些部件在發(fā)酵過程中起什么作用。答：⑴機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)部件有：罐體、攪拌器、擋板、軸封、空氣分布器、傳動裝置、冷卻管、消泡器、人孔、視鏡等。⑵①罐體：是一個受壓容器，為發(fā)酵提供場所②攪拌器：迅速分散氣泡和混合加入物料。使液體中的固形物保持浮狀態(tài)，有利于固體和營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸，便于營養(yǎng)吸收，另一方面，可以打碎氣泡，增加氣液接觸面積，提高氣液間的傳質(zhì)速率，加強氧的傳遞效果及消除泡沫。③擋板：防止液面中央形成旋渦流動，增強湍動和溶解氧傳質(zhì)，還可以使接近罐壁的液體的剪切速度增加，有利于物料混合均勻。④消泡器：可將泡沫打破或?qū)⑴菽扑榉蛛x成液態(tài)和氣態(tài)倆相的裝置。⑤聯(lián)軸器：使上下攪拌軸成牢固的剛性連接。⑥軸承：減少震動。⑦變速裝置：改變?nèi)瞧У霓D(zhuǎn)速，改變動力消耗從而控制氧的溶解度。⑧空氣分布裝置：向發(fā)酵罐內(nèi)吹入無菌空氣，并使空氣均勻分布。⑨軸封：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止工作介質(zhì)（液體、氣體）沿轉(zhuǎn)動軸伸出設(shè)備之處泄露和污染雜菌。⑩冷卻裝置：將生物氧化和機械攪拌產(chǎn)生的熱量及時除去，保證發(fā)酵過程在恒溫條件下進行。13、溫度對微生物發(fā)酵的影響及發(fā)酵過程溫度的控制方法有哪些？答：⑴影響：①影響反應(yīng)速度，溫度升高反應(yīng)加快。②影響酶系的組成及酶的特性。③影響發(fā)酵的方向。④影響菌體特性。⑵方法：采用階段溫度控制發(fā)酵，安裝熱交換器。14、發(fā)酵過程中泡沫產(chǎn)生的原因及其對發(fā)酵的影響。如何控制泡沫?答：⑴泡沫產(chǎn)生的原因：①首先，泡沫的產(chǎn)生與通氣、攪拌的劇烈程度等外力因素有關(guān)；②其次，泡沫的產(chǎn)生與培養(yǎng)基的成分有關(guān)；③此外，培養(yǎng)基的滅菌方法、滅菌溫度和時間也會改變培養(yǎng)基的性質(zhì)，從而影響培養(yǎng)基的起泡能力；④在發(fā)酵過程中，發(fā)酵液的性質(zhì)隨菌體的代謝活動不斷變化，也會影響泡沫的形成和消長，如霉菌在發(fā)酵過程中的液體表面性質(zhì)變化直接影響泡沫的消長。⑵影響：①減少發(fā)酵的有效容積;②液體溢出，增加染菌機會；③降低菌體利用率;④影響通氣攪拌；⑤代謝氣體不能及時排出，對菌體產(chǎn)生毒害等。⑶控制：①化學(xué)消泡（改變表面張力）：消泡劑表面張力低，使氣泡膜局部的表面張力降低，使得平衡受到破壞，導(dǎo)致泡沫破碎，從而達到消除泡沫的目的。②機械消泡：借助機械強烈振動或壓力的變化起到破碎氣泡，消除泡沫的作用，或借機械力將排出氣體中的液體加以分離回收。包括：罐內(nèi)消泡:在發(fā)酵罐內(nèi)江泡沫消除，如①耙式消泡漿； ②旋轉(zhuǎn)圓板式的機械消泡； ③流體吹入式消泡；④氣體吹入管內(nèi)吸引消泡；⑤沖擊反射板消泡；⑥超聲波消泡；⑦碟片式消泡器的機械消泡。罐外消泡:將泡沫引出發(fā)酵罐外，泡沫消除后，液體再返回發(fā)酵罐內(nèi)，如①旋轉(zhuǎn)葉片罐外消泡；②噴霧消泡；③離心力消泡；④旋風(fēng)分離器消泡；⑤轉(zhuǎn)向板消泡。15、發(fā)酵罐設(shè)計的基本要求與內(nèi)容。答：⑴基本要求：①發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的高徑比（一般高度H與直徑D之比為1.7?4倍）；②發(fā)酵罐能承受一定的壓力;③發(fā)酵罐的攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合，保證發(fā)酵液必須的溶解氧。④發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。這是因為微生物生長代謝過程放出大量的熱量必須通過冷卻來調(diào)節(jié)不同發(fā)酵階段所需的溫度。⑤發(fā)酵罐應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹底。⑥攪拌器軸封應(yīng)嚴(yán)密，盡量減少泄漏。⑵內(nèi)容：①溫度：25?40℃。 ②壓力：0?1kg/cm3（表壓）。 ③滅菌條件；溫度100?140℃,壓力0?3kg/cm3（表壓）。 ④pH：2?11。 ⑤需氧量：0.05?0.3kmo1/m3?h。⑥通氣量：0.3?2VVM。 ⑦功率消耗：0.5?4kW/m3。⑧發(fā)酵熱量：5000?20000kcal/m3.h。⑨發(fā)酵罐的幾何尺寸H/D=1.7?4d/D=1/2?1/3W/D=1/8?1/12B/D=0.8?1.0（s/d）2=1.5?2.5（s/d）3=1?216、補料分批發(fā)酵技術(shù)的特點，與分批發(fā)酵，連續(xù)發(fā)酵的區(qū)別？答：⑴補料分批發(fā)酵技術(shù)的特點：①可以解除底物抑制、產(chǎn)物反饋抑制和葡萄糖分解阻遏效應(yīng)（葡萄糖效應(yīng)是葡萄糖被快速分解代謝所積累的產(chǎn)物在抑制所需產(chǎn)物合成的同時，也抑制其他一些碳源、氮源的分解利用）。②對于好氧發(fā)酵，可避免在分批發(fā)酵中因一次性投入糖過多造成細胞大量生長，耗氧過多，以至通風(fēng)攪拌設(shè)備不能匹配的狀況。③它還可以在某些情況下減少菌體生成量，提高有用產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。④菌種的變異及雜菌污染問題易控制；⑤便于自動化控制。⑶區(qū)別：①和傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，補料分批發(fā)酵可以有效地減少發(fā)酵過程中培養(yǎng)基黏度升高引起的傳質(zhì)效率降低，解除降解物的阻遏和底物的反饋抑制，很好地控制代謝方向，延長產(chǎn)物合成期和增加代謝積累，得到較高的轉(zhuǎn)化率、染菌和退化的概率小、對發(fā)酵過程可實現(xiàn)優(yōu)化控制等優(yōu)點。但中途要流加新鮮培養(yǎng)基，增加了染菌的危險。②分批發(fā)酵是一次投放原料，待發(fā)酵完成，一次放出成品。這樣的發(fā)酵放方式設(shè)備利用率低，但不會產(chǎn)生菌種老