微生物工程复习提纲及具体解答
c.更换生产菌种,不断筛选抗噬菌体的菌种,防止噬菌体的重复污染。
59、发酵罐的定义（名词解释）（重点）
是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。 60、一个优良的发酵罐装置和组成（填空）（简答）
? （1）应具有严密的结构 ? （2）良好的液体混合特性 ? （3）好的传质相传热速率
? （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
61、发酵罐的种类 （填空），发酵罐的特点（简答），典型发酵设备包括：（填空）（重点）
1-发酵工业上最常用的是通风搅拌罐。
除了通风搅拌发酵罐外，其它型式的发酵罐如：气提式发酵罐、压力循环发酵罐、带超滤膜的发酵罐等 。
? 2-（1）发酵罐与其他工业设备的突出差别是对纯种培养的要求之高，几乎达到十分苛刻的程度。因此，发酵罐的严密性，运行的高度可靠性是发酵工业的显著特点。
? （2）现代发酵工业为了获取更大的经济利益，发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。
? 在发酵罐的自动化方面，作为参数检测的眼睛如pH电极、溶解氧电极、溶解二氧化碳电极等的在线检测在国外巳相当成熟。国内目前尚处于起步阶段，发酵检测参数还只限于温度、压力、空气流量等一些最常规的参数。
? 3-种子制备设备、主发酵设备、辅助设备(无菌空气和培养基的制备)，发酵液预处理设备，粗产品的提取设备、产品精制与干燥设备、流出物回收、利用和处理设备等。
62、密闭厌氧发酵罐的要求是（填空）（重点）
? 能封闭、能承受一定压力、有冷却设备、罐内尽量减少装置、消灭死角、便于清洗灭菌。
63、圆筒体锥底发酵罐的特点和优点（简答）（重点）
? 这种设备一般置于室外。
? 已灭菌的新鲜麦汁与酵母由底部进入罐内；
? 发酵最旺盛时，使用全部冷却夹套，维持适宜的发酵温度。冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸发)作冷媒；
? CO 2气体由罐顶排出。
? 罐身和罐盖上均装有人孔，罐顶装有压力表、安全阀和玻璃视镜。 ? 在罐底装有净化的CO2充气管。 ? 罐身装有取样管和温度计接管。
? 设备外部包扎良好的保温层，以减少冷量损耗。 ? 优点：
? （1）是能耗低，采用的管径小，生产费用可以降低。
? （2）最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用。
朝日罐的特点和优点（简答）
朝日罐与锥形罐具有相同的功能，但生产工艺不同。
? （1）利用离心机回收酵母
? （2）利用薄板换热器控制发酵温度
? （3）利用循环泵把发酵液抽出又送回去。
? 优点：
? 三种设备互相组合，解决了前、后发酵温度控制和酵母浓度的控制问题，加速了酵母的成熟。 ? 使用酵母离心机分离发酵液的酵母，可以解决酵母沉淀慢的缺点
16
微生物工程复习提纲及具体解答
? 利用凝聚性弱的酵母进行发酵，增加酵母与发酵液接触时间，促进发酵液中乙醛和双乙酰的还原，减少其含量。
64、机械搅拌发酵罐的基本条件（简答）（重点）
? （1）发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧的利用率较高。 ? （2）发酵罐能承受一定的压力。 ? （3）要保证发酵液必须的溶解氧。 ? （4）发酵罐应具有足够的冷却面积。
? （5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌。 ? （6）搅拌器的轴封应严密，防病量减少泄漏。 ? 机械搅拌发酵罐的结构：1、罐体 ? 2、搅拌器和挡板 ? 3、消泡器
? 4、联轴器及轴承 ? 5、变速装置 ? 6、空气分布装置 ? 7、轴封 ? 8、冷却装置
通用发酵罐的搅拌桨类型（填空）
（1）平叶涡轮搅拌桨（2）船用螺旋搅拌器（3）振动混合器（4）多棒搅拌桨（5）气体导入式搅拌器
机械消泡装置主要有四种（填空）一是锯齿式消泡桨二是半封闭式涡轮消泡器
? 三是离心式消泡器，第四种是刮板式消泡器
65、固体发酵的主要设备（简答）（重点）
? 1．浅盘式：国内广大农村的个体生产中，采用曲盘、帘子和曲架就可以进行生产。工业上是用多层铝制浅盘放在架子上进行培养，培养室保持一定的温度和湿度。
? 2．旋转式：旋转式固体发酵罐有鼓形和管形，培养过程中，整个发酵罐以低速间歇旋转，罐内的小固体颗粒会沿着罐壁滑动，达到散热和与空气接触之目的。
? 3．厚层式：固体发酵床的底部为多孔筛板，风道倾斜形，可使平行流动的气流变成垂直流动。曲层厚度可以是300-350mm。无菌的压缩空气需调节好温度和湿度，空气的相对湿度一般为92％，空气风压常为200mmHg，这种装置的进出料和翻曲可以实现机械化和自动化，在工业生产上已有应用。
66、发酵过程动力学：（名词解释）（重点）是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。
生长得率：是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重(g)， 即Yx/s=ΔX／一ΔS。
产物得率：是指每消耗1g(或mo1)基质所合成的产物g数(或mol数)。这里消耗的基质是指被微生物实际利用掉的基质数量，即投入的基数减去残留的基质量(S。一S)。
基质比消耗速率：(qs ， g(或mo1)／g菌体·h)： 系指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。它表示细胞对营养物质利用的速率或效率。
产物比生产速率：(qp，g(或mo1)／g菌体·h)：指每克菌体在一小时内合成产物的量，它表示细胞合成产物的速度或能力，可以作为判断微生物合成代谢产物的效率。 容量产率：指的是单位时间内单位反应器容积的产物。 发酵周期（名词解释）：实验周期是指接种开始至培养结束放罐这段时间。 提高微生物生长得率的措施有哪些？（简答）
? 首先，要筛选优良的菌种，其本身就应具备高的生长得率。
? 其二，要选择合适的培养基配方，提供略微过量的其它营养物质，使碳源成为最终
17
微生物工程复习提纲及具体解答
的限制性物质。
? 其三，还须选择和控制合适的培养条件，使得微生物的代谢按所需方向进行。 ? 另外，在发酵的操作过程中要尽量防止杂菌污染。
发酵过程特点（简答）
? 多相：气相、液相和固相 ? 多组分：培养基中多种营养成分，多种代谢产物，细胞内也具有不同生理功能的大、中、小分子化合物。
? 非线性：细胞代谢过程用非线性方程描述。 ? 复杂群体的生命活动
67、发酵过程动力学有那些类型？各有什么特点？（简答）（重点）
? 1．生长产物合成偶联型：也称Ⅰ型。这种发酵类型的特点是： ? 微生物的生长和糖的利用与产物合成直接相关连。 ? 产物的形成与生长是平行的。
? 产物合成速度与微生物生长速度呈线性关系，而且生长与营养物的消耗成准定量关系。
? 这种类型的产物主要是葡萄糖代谢的初级中间产物，如乙醇发酵就属于此类型。
? 2．生产与产物合成非偶联类型：也称Ⅲ型多数次生代谢产物的发酵属这种类型，如各种抗生素和微生物毒素等物质的生产速率很难与生长相联系。产物合成速度与碳源利用也不存在定量关系。
? 一般产物的合成是在菌体的浓度接近或达到最高之后才开始的，此时比生长速率已不处于最高速率。
? 3．生长产物合成半偶联类型：亦称Ⅱ型。它是介于生长产物合成偶联型与生长产物合成非偶联之间的中间类型，产物的合成存在着与生长相联和不相联两个部分。
? 该类型的动力学产物合成比速率的最高时刻要迟于比生长速率最高时刻的到来。
? 69、什么是补料分批发酵? （名词解释）（补充重点） ?
补料分批发酵定义:在发酵开始时,投入一定量的基础培养基,到发酵的适当时期,开始连续补加碳源、氮源和能源物质,直至发酵体积达到发酵罐的最大操作容积后,将发酵液一次性放出的操作方式 ? ? ?
70、
71、什么是反复补料分批发酵？（名词解释）（补充重点）
定义:在补料分批发酵的基础上,每隔一定时间按一定的比例放出一部分发酵液,使发酵液体积始终不超过发酵罐的最大容积。 ? ?
72、连续发酵定义: （名词解释）（补充重点）
连续发酵定义:在培养过程中,不断地向发酵罐中加入培养基,同时以相同的流速从发酵罐中排出还有产品的培养基。 ? ? ? ?
73、
74、连续发酵的控制方法（简答）（补充重点） 连续发酵的控制方法
恒浊法:根据培养液的浊度与菌体浓度成正比的原理,通过光电控制系统调节培养基的流量,使发酵罐内的菌体浓度达到恒定的标准。 ?
恒化法:根据限制性营养物质的浓度与菌体生长速度成正比的原理,通过控制培养液中限制性营养
18
微生物工程复习提纲及具体解答
物质添加速度造成适应于菌体生长。
?
? ? ? ? ?
表:恒浊法和恒化法比较
恒浊法 恒化法
原理 培养液浓度 菌体浓度 限制性营养物浓度 生长速度 方法 改变流量 恒定流量 培养基成分 各种营养物质充分 限制性营养物质不充分 菌体生长 最大生长速度 非最大生长速度
77、温度对发酵的影响（简答、论述）（重点）
? 温度对发酵的影响是多方面且错综复杂的，主要表现在下面四个方面： ? 对细胞生长
? 产物形成： 温度会影响生物合成速率 温度会影响生物合成方向 温度对代谢有调节作用
? 发酵液的物理性质 ? 产物合成方向
发酵过程温度的选择有什么依据？
? 1、根据菌种及生长阶段选择 ? 2、根据培养条件选择 ? 3、根据菌生长情况
发酵过程温度如何控制
? 1.工业生产上,使用大型发酵罐一般不需要加热,发酵中释放了大量的热,需要冷却的情况比较多。
? 2.利用自动控制或手动控制的阀门,将冷却水通入发酵罐夹层或蛇型管中,通过热交换降温,保持恒温发酵。
? 3.如果气温高,冷却水冷却的效果差,可以采用冰冻盐水循环降温,迅速达到预定的恒温。
78、生物热（名词解释）：菌体在生长繁殖过程中,本身产生的热,是分解碳水化合物、脂肪、蛋白质产生的大量能量。一般说来,菌体的营养物质利用速率越大,生物热越大,发酵旺盛期的生物热高;
79、搅拌热: （名词解释）发酵罐中的搅拌设备工作中产生的热。搅拌过程中液体间,液体和设备间的摩擦生产热。
80、pH对发酵的影响及其控制（简答、论述）（重点）
? 1、pH影响细胞膜的电荷状态,引起膜的渗透性发生改变,进而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的分泌，从而影响新陈代谢的正常进行。
? 2、直接影响酶的活性 由于酶的作用活性必须在最合适的pH环境下最高，因此pH直接影响酶的活性,影响微生物的生长繁殖和新陈代谢的正常进行。
? 3、 pH影响菌体的形态：例子，产黄青霉菌的细胞壁厚度随pH增加而减小,当pH<6时,菌丝长度缩短直径2-3μm,当pH=7或>7时,直径2-18μm，呈膨胀酵母状细胞，随着PH下降菌丝恢复正常。
? 4 、pH对产物的稳定性有影响。 ? 5、 pH影响生物合成的途径：例子，黑曲霉在pH=2-3时,产生拧檬酸,pH近中性时,积累草酸和葡萄糖酸。P159、160例子。
发酵过程PH的选择有什么依据？
? 1、选择的原则:既有利菌体的生长繁殖,又有利于产物的积累。
19
微生物工程复习提纲及具体解答
? 2、发酵pH的确定
最适pH是根据实验的结果来确定。 81、发酵过程中溶氧的变化及原因（简答）（重点） 1.正常变化规律
前期:菌体大量繁殖,需氧量不断上升,如果供氧不足,就会造成溶氧量的下降。
产物合成期:与生长阶段相比,需氧量有所下降,溶氧水平上升,且比较稳定,此时往往需要工艺控制溶
氧水平。
后期:由于菌体衰老,需氧量下降,溶氧水平上升。 2.异常变化异常下降 (1)好气性杂菌的污染 (2)菌体代谢异常
(3)设备控制故障(如\闷罐\一罐排气封闭) (4)消泡油过量 异常上升 (1)菌体代谢异常 (2)烈性噬菌体的污染
82、临界氧浓度: （名词解释）（重点）不影响微生物呼吸强度所允许的最低氧浓度。
微生物的耗氧速度(Q02) （名词解释）单位细胞质量(干重)在单位时间内消耗氧的量,即比耗氧速度或呼吸强度。
摄氧率(r（名词解释）) 单位体积培养液,在单位时间内消耗的氧量。
r=Q02.X X一细胞浓度 氧的满足度（名词解释）溶氧浓度/临界氧浓度 影响微生物对耗氧速率的因素（简答）
? 1.菌种的特性 ? 2.菌种的生理状态
? (l)菌龄生长初期:呼吸强度大;生长后期:呼吸强度小
? (2)生理阶段 生长阶段>产物合成阶段如:黑曲霉合成α-淀粉酶 ? 生长阶段<产物合成阶段如:头孢霉素合成
? 3.细胞浓度 细胞浓度 耗氧速率 ? 4.培养条件
? (1)同一菌株,碳源不同,耗氧速率不同。 ? (2)培养基的浓度:浓度大,耗氧大。
? (3)一些元素和无机盐浓度会影响耗氧速率
? 如:金霉素生产中,P的浓度从30moL提高到60moL,耗氧速率也提高l倍。 ? (4)温度:温度升高,微生物的呼吸强度增大,耗氧速率增大。 ? (5)C02浓度:C02浓度大,耗氧速率降低。
83、C02发酵过程有什么影响？（简答、论述）
? 通常C02对菌体生长有直接影响,当排出C02浓度高于4%时,碳水化合物的代谢和微生物的呼吸速率下降,微生物的生长受到抑制,阻碍了基质的异化和ATP的生成,最终影响产物的合成。因此即使在供氧充足的情况下,还应该考虑通气量,排除细胞代谢产生的气体降低发酵液的C02浓度。
20