发酵工程复习题

1.空气净化的流程是 吸气口吸入空气、过滤、空气压缩机、冷却、除油和水、加热、通过总过滤器和分过滤器、最后得到洁净度、压力、温度和流量都符合要求的无菌空气。

2.种子制备的过程大致可分为：实验室种子制备阶段 和生产车间种子制备阶段。 3.消泡装置主要有四种，即：锯齿式消泡桨、离心式消泡器、刮板式消泡器、半封闭式涡轮消泡器。

4.机械搅拌通风发酵罐的主要部件包括： 罐身、搅拌器、空气分布器、挡板、轴封、消沫器、入孔、视镜、冷却装置（冷却管或夹套）、传动装置等。

6.根据发酵过程中微生物对氧的需求不同可把发酵分为厌氧发酵和通风发酵两大类。

7.发酵中引起pH上升的因素有_菌体自溶_、_尿素被分解成NH3_、糖缺乏等。 8.按发酵产物不同可把发酵分为抗生素发酵、维生素发酵、酶制剂发酵、氨基酸发酵、有机酸发酵、酒精发酵六大类。

9.按发酵工艺流程不同可把发酵分为分批发酵、连续发酵、流加发酵三大类。 10.发酵工程的产品大致可分为微生物菌体细胞、微生物代谢产物、微生物酶类、微生物的转化产物、工程菌发酵产物、动物、植物细胞大规模培养产物六类。 11.决定发酵工业生产水平的三个要素分别是生产菌种的性能、发酵和提取工艺条件、生产设备。

12.发酵培养基的作用是满足菌体的生长、促进产物的形成。

13.微生物的培养基根据生产用途主要分为 孢子 培养基、种子 培养基和发酵培养基。

14.生产过程中灭菌条件选择的原则是既能达到灭菌目的；又能使培养基营养成分破坏减至最小。

15.在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的，即：培养基中不同营养成分间的相互作用和对热不稳定的组分的分解。

16. 影响体积吸收系数KLa的因素有_搅拌、空气流速_、培养液的物理性质等。 17.根据菌体生长与产物形成的关系，可把微生物产物生成分为：生长关联型、部分生长关联型、生长无关联型三类。

18.介质除菌的机理包括静电吸引、布朗运动及拦截滞留作用_、重力沉降作用_； 在空气流速较大的情况下，起主要作用的是_惯性冲击滞留作用_。

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19.微生物生长一般可以分为：调整期、对数期、稳定期和衰亡期。 20.发酵过程工艺控制的主要化学参数有：溶解氧、PH、核酸量等.

21. 发酵过程工艺控制的代谢参数中物理参数有 温度、压力、搅拌转速、功率输入、流加速率和质量 等。

22.菌种的分离和筛选一般分为 采样、富集、分离、目的菌的筛选等步骤。 23.富集培养的目的就是让 目的菌 在种群中占优势，使筛选易于实现。 24.发酵生产中，培养基灭菌前通常要先进行预热（至70℃），预热具用_利于 糊化_、_减少冷凝水的生成_以及减少噪音等作用。

25.常用灭菌方法有：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌 26.常用工业微生物可分为： 细菌、放线菌、霉菌、酵母菌四大类。 27.发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产速率和最大产物的得率。 28.环境、种子及发酵液进行无菌状况控制常用的检测方法有：显微镜检查法、肉汤培养法、平板培养法、发酵过程的异常观察法等。

29.发酵工艺流程中染菌的原因总体可归纳为各个环节的漏洞和发酵过程管理不善两个方面。

30.发酵菌在实验室中进行的液体发酵方式主要有：试管液体培养、浅层液体培养、摇瓶培养、台式发酵罐四种。

31.发酵高产菌种选育方法包括 自然选育、杂交育种、诱变育种、基因工程育种、原生质体融合。 32.。

33.发酵过程主要分析项目包括 pH、排气氧、排气CO2和呼吸熵、糖含量、氨基氮和氨氮、磷含量、菌浓度和菌形态。

34.微生物调节其代谢采用 酶活性、酶合成量、细胞膜的透性。

35.工业微生物菌种可以来自 自然分离，也可以来自从微生物 菌种保藏机构 单位获取。

36.发酵工业上常用的糖类主要有 葡萄糖、糖蜜。 37.根据所用菌种是单一或是多种可以将工业发酵方式分为 单一纯种发酵和 混合发酵。

38.如右图所示，回答下列问题： （1）赖氨酸是一种 必需氨基酸 。

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（2）照上述代谢情况分析，不能充分 利用天冬氨酸来大量合成赖氨酸的原因 是苏氨酸、赖氨酸共同积累抑制天冬氨 酸激酶的活性。

（3）现在已成功解决这一问题的方法 是对菌种诱变处理，选育出不能合成高

丝氨酸脱氢酶的菌种。除此之外，你设想一个解决方法：基因工程、细胞工程 39.如下表所示为某微生物培养基的配方，请回答：

成分 NaNO3 K2HPO4 KCl MgSO4·7H2O FeSO4 (CH2O) H2O 青霉素 含量 3 g 1 g 0.5 g 0.5 g 0.01 g 30 g 1 000 ml 0.1万单位 （1）依物理性质，该培养基属于液体培养基。依用途划分，则属于选择培养基。 （2）依培养基原料，所培养微生物的代谢类型是 异养型 ，培养的微生物可能是 霉菌（丝状真菌）、酵母 。

（3）该培养基中的碳源是(CH2O)，生长因子是无 。

（4）如要鉴别自来水中的大肠杆菌是否超标，至少要加入琼脂和伊红-美蓝，除去 青霉素 。

40.以三角锥形瓶为容器，以分批培养的方式制备一种酶，产酶菌种为一未定菌种。培养时，取250 ml锥形瓶四个，分别装入配制好的培养基灭菌后，用接种环取细菌进行接种，然后放在28 ℃的条件下培养，定时取样，测定该细

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菌的生长规律如右下图所示：

（1）该曲线为微生物的 群体生长曲线，请写出该生长曲线中产生酶最多的时期是稳定期 ，此菌开始合成诱导酶的时期是 调整期（迟滞期、延缓器） 。 （2）在38小时曲线变化说明此菌种进入了 衰亡期 ，此期的特点为 细菌的死亡速率超过繁殖速率，活菌数目急剧下降，细胞出现多种形态，甚至畸形，释放代谢产物等 。

（3）在上述四瓶中，第一瓶培养8小时，第二瓶培养18小时，第三瓶培养30小时，第四瓶培养40小时，则第 二 瓶可作为种子扩大培养。

42．右下图为细菌结构的示意图，请据图回答： （1）控制细菌主要遗传性状的是［6］核区 ，它是由 DNA 螺旋盘绕而成的。

（2）此菌若作为基因工程的受体细胞，为增加目的基因导入的可能性，常常用 CaCI2 处理它的［3］ 细胞壁 。

（3）此菌含有的细胞器是［7］ 核糖体 。此菌的繁殖方式是: 二分裂 。 43.下表为一种营养液的配方，试根据表中内容作答：

成 分 Ca(NO3)2 KH2PO4 KCl MgSO4 Fe(NO3)2 Mo 蒸馏水 含 量 1 g 0.25 g 0.12 g 0.30 g 0.30 g 极少 1 000 ml （1）若用于植物培养，在培养的初期，植物出现萎蔫现象，最可能的原因是 培养液浓度过高 。可采用的最简单的有效措施是 加水稀释 。 （2）要使植物正常生活，培养液中至少还应加入 4 种必需元素。

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（3）培养一段时间后，检测到培养液中留存的NO3较少而Ca等离子较多，这一现象与细胞膜的 选择透过性 有关。

（4）此培养液若用于培养微生物，则可以培养的微生物代谢类型是 自养型微生物 。培养液中含有的营养物质有 3 类。 44．右下图是某种病毒的结构示意图。根据图回答： （1）组成③的单位是 衣壳粒 ，其化学成分是 蛋白质。 （2）决定病毒特异性的是［ 3 ］衣壳 。 （3）若将4用32P标记，从病毒的增殖过程及结果看不仅证明 DNA是遗传物质 ，而且还证明 DNA能控制蛋白质的合成 。

45．若在微生物培养过程中，培养基中营养物质的浓度过高，微生物细胞内的 水分 就会通过细胞膜不断向

外 渗透 ，导致细胞发生 质壁分离 ，影响微生物的正常生命活动。 46.微生物液体发酵方式有分批式发酵、补料分批式发酵、连续式发酵 。 47.发酵工艺多种多样，但基本上包括菌种制备、种子培养、发酵和提取精制等下游处理几个过程。

48.根据过滤介质截留的物质颗粒大小的不同，过滤可分为粗滤、微滤、超滤和反渗透四大类。 49.

50.发酵培养基主要由碳源，氮源，无机盐，生长因子组成。

51.青霉素发酵生产中，发酵后的处理包括：过滤、提炼，脱色，结晶。 52.利用专门的灭菌设备进行连续灭菌称为连消，用高压蒸汽进行空罐灭菌称为空消。 53.

54.常用的发酵液的预处理方法有酸化、加热、加絮凝剂。

55.依据培养基在生产中的用途，可将其分成孢子培养基、种子培养基、发酵培养基三种。

56.现代发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。

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57.发酵工程的主要内容包括生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及产物的分离、提取与精制。

58.发酵类型有微生物菌体的发酵、微生物酶的发酵、微生物代谢产物的发酵、微生物转化发酵、生物工程细胞的发酵。

59.发酵工业生产上常用的微生物主要有细菌、放线菌、霉菌、酵母菌。 59.可用于生产酶的微生物有细菌、真菌、酵母菌。

59.微生物的育种方法主要有三类：诱变法，细胞融合法，基因工程法。 60.当前发酵工业所用菌种的总趋势是从野生菌转向变异菌，从自然选育转向代谢调控育种，从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。

61.根据操作方式的不同，液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵、补料分批发酵。

62.分批发酵全过程包括实罐灭菌、接种、发酵过程、放罐和洗罐，所需的时间总和为一个发酵周期。

63.分批发酵中微生物处于限制性的条件下生长，其生长周期分为延滞期、对数生长期、稳定期、衰亡期。

64.微生物发酵产酶步骤为先选择合适的产酶菌株、后采用适当的培养基和培养方式进行发酵、微生物发酵产酶、酶的分离纯化、制成酶制剂。

65.在微生物培养操作过程中，为防止杂菌污染，需对培养基和培养皿进行__灭菌_；操作者的双手需要进行清洗和__消毒___；静止空气中的细菌可用紫外线杀灭，其原因是紫外线能使蛋白质变性，还能 损伤DNA的结构 。

66.通常，对获得的纯菌种还可以依据菌落的形状、大小等菌落特征对细菌进行初步的___鉴定(或分类)__。

67.在混合菌样中获得纯菌株的方法主要有稀释涂布平板法 和_划线平板法 等。

68.在微生物培养过程中，引起培养基pH值改变的原因主要有_营养成份的消 耗 和_代谢物的累积 等。

69.实验室常用的有机氮源有_蛋白胨 _、牛肉膏 _和 酵母粉_ 等，无机氮源

有

_硫酸铵 和_硝酸钠 等。为节约成本，工厂中常用_豆饼粉 等做有机氮源。 70.空气贮罐的作用是_消除空压机排出空气量的脉动_、_维持稳定的压力_、 _分离部分油水_。

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71.影响溶液中氧饱和浓度的因素有温度、_溶液的性质_、_氧分压_等；影响微 生物需氧量的因素有_微生物种类_、培养基的组成与浓度_、菌龄_、_培养条件、 _有毒产物的形成及积累_等。

72.单位时间内单位体积培养液中微生物摄取氧的量称作_摄氧率_；测定溶氧系 数通常采用_亚硫酸盐氧化法_。

73.发酵中引起pH下降的因素有_碳源过多 消泡油过多 生理酸性物质存在_等。 74.挡板的作用是_改变液体的方向，由径向流改为轴向流，使液体激烈翻动， 增加溶解氧_；轴封的作用是_使灌顶（或底）与搅拌轴间的缝隙密封，防止泄 露和染菌_。

75.发酵工业使用的空气总过滤器的过滤介质通常为_ 棉花_、_玻璃纤维_、 活性炭_；该类过滤器是通过_ 惯性碰撞_、_重力沉降_、_阻截_、布朗扩散作 用和静电吸附作用等原理达到过滤除菌的目的。

76.影响介质过滤效率的因素有纤维直径、介质填充厚度、_介质填充密度_和 _空气流速_。

77.生产上通常采用压差_法将实验室制备的摇瓶种子接入种子罐。 78.

79.空气贮罐的大小应和空压机排气量相配套，一般为空压机每分钟排气量的 0.1～0.2。

80.自吸式和气升式发酵罐均属于通风发酵罐，自吸式发酵罐省却了_空气压缩机_，其特征性的关键部件是_转子_和_定子_；气升式发酵罐省却了_搅拌器_，代之在罐内设上升管或罐外设_循环管。

81.不需配备空气压缩机的好氧发酵罐是_机械搅拌自吸式发酵罐_。

82.气液分离器的作用是_分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾_，其主要型式 有_旋风分离器_、丝网分离器_；空气总过滤器常用的介质是棉花_、玻璃纤维_、 _活性炭_等；空气分过滤器常用_平板式纤维纸_作为过滤介质。

83.常用的需氧发酵罐有: 通用式发酵罐(机械搅拌发酵罐)、气升环流式发酵罐、自吸式发酵罐、鼓泡式发酵罐。

84.根据搅拌方式的不同，好氧发酵设备可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐两大类。

85. 发酵罐换热装置的类型主要有_夹套式_、_竖式蛇管_、_竖式列管_；轴封 的主要类型有_填料函_、_端面轴封_。

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86.压缩空气的预处理包括：压缩空气的冷却、压缩空气的除油除水等过程。 87.下游加工过程由许多化工单元操作组成，通常可以分为发酵液预处理和固液分离、提取、精制及成品加工四个阶段。打印到此

88.发酵产物整个分离提取路线可分为：预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工加工等五个主要过程。

89.Qs=?/YX/S中的YX/S的含义是_以基质消耗为基准的生长得率_。

90.氧传质方程式是_OTR=KLa×（C*-CL）【G/?=KLa·V·(C*-CL)】；其中“a”是_

比表面积（即单位体积的液体中所含的气-液接触面积）_；KLa为 _体积氧传递系数或供氧系数；测定KLa的方法有_亚硫酸盐氧化法（通常采用）

_、动态法_、_直接测定法_。C*为_与气相中氧分压相平衡的液相中的氧饱和浓度_；CL是_液相中氧的浓度_；当微生物的摄氧率不变时（假定C*在一定条件下也不变），KLa越大，发酵液中溶解氧浓度_CL越大_； _影响KLa的因素有_搅拌_、_空气流速_、_培养理液的物性质_等。 91.发酵液中的体积氧传递方程？其中Kla的物理意义是什么？ 以单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为a(m2/m3)

OTR=KLα(C*–CL），KLα以氧浓度为推动力的容积氧传递系数，反映了设备的供氧能力。

92. 氧传质方程式是什么？什么是比好氧速率 、摄氧率和临界氧浓度 ？ 答：OTR = KL a（C*-CL)

式中 OTR—单位体积培养液中的氧传递速度、a--比表面积、KL----以氧浓度为推动力的总传递系数、CL----液相主体氧浓度、C*---与p平衡的液相氧浓度。 比耗氧速率（或呼吸强度）：单位质量的细胞（干重）在单位时间内消耗氧的量。 摄氧率：单位体积培养液，在单位时间内消耗的氧量。

临界氧浓度：各种微生物的呼吸强度是不同的，并且呼吸强度是随着培养液中溶解氧浓度的增加而加强，直至达到一个临界值为止。这个临界值就称为“临界氧浓度”。

94.什么是Monod方程,其使用条件如何？各参数的意义与求解？

当培养基中不存在抑制细胞生长的物质时，细胞的生长速率与基质浓度关系（Monod方程式）如下： μ=μmax S/（Ks+ S）

μ：菌体的生长比速. S：限制性基质浓度. Ks：半饱和常数. μmax: 最大比生

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长速度

Monod方程的参数求解(双倒数法)：将Monod方程取倒数可得： 1/μ=1/μmax+ Ks/μmax S或S/μ= S/μmax+ Ks/μmax

这样通过测定不同限制性基质浓度下，微生物的比生长速度，就可以通过回归分析计算出Monod方程的两个参数。

95.Monod模型：温度和PH恒定时，μ随培养基组分浓度变化而变化；若着眼于某一特定培养基组分的浓度S，并假设其他培养基组分浓度不变，则μ是S的函数。

五.简答题

1.菌种保藏的原理与方法？

答：菌种保藏的方法很多，其基本原理都是根据微生物的生理生化特性，人为的创造条件，是微生物处于代谢不活跃(泼)，生长繁殖受到抑制的休眠状态，以减少菌种的变异。一般可以通过降低培养基营养成分、低温、干燥和缺氧等方法，达到防止突变、保持纯种的目的。 常用菌种保藏方法有 ①斜面冰箱保藏法； ②沙土管保藏法； ③石蜡油封保藏法； ④真空干燥冷冻保藏法； ⑤液氮超低温保藏法 ⑥低温冷冻保藏。

2.培养基成分选择要考虑的问题？ 答：（1）菌体的同化能力 （2）代谢的阻遏和诱导， （3）合适的碳氮比， （4）pH的要求。

3.培养基营养成分包括那几类？

答：培养基的成分包括：能源物质、 碳源物质、氮源物质、无机盐、微量元素、特殊生长因子、前体、促进剂和抑制剂、水分。 4.发酵培养基由哪些成份组成？

答：（1）碳源 构成菌体和产物的碳架及能量来源

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（2）氮源 构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养物质 （3）无机盐和微量元素

（4）生长因子：微生物生长不可缺少而细胞自身不能合成的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。 （5）水、产物形成的诱导物、前体和促进剂 5.简述培养基的类型有哪些？

答：培养基的类型有很多，按照组成成分，有合成培养基和天然培养基，按照培养基的状态，可以分为固体，液体和半固体培养基，也可以按照用途分为孢子培养基，种子培养基和发酵培养基。

6.什么是一类发酵？二类发酵？三类发酵？（分类依据发酵类型可分哪几类？） 答：根据产物形成与底物利用的关系，即碳源利用与产物形成速度的关系，将微生物发酵过程分成以下三个类型：第Ⅰ型（又称为与生长相关型）、第Ⅱ型（又称为与生长部分相关型）、第Ⅲ型（又称为与生长不相关型）。

一类发酵：产物形成与底物利用直接相关，为生长联系型，又称简单发酵型，产物直接由碳源代谢而来,产物生成速度的变化与微生物对碳源利用速度的变化是平行的，产物生成与微生物的生长也是平行的。在这些发酵过程中，菌体的生长、基质的消耗、产物的生成三个速度都有一个高峰，三高峰几乎同时出现。 二类发酵：产物形成与底物利用间接相关，为部分生长联系型，又称中间发酵型，产物不是碳源的直接氧化产物，而是菌体代谢的主流产物。它的特点是在发酵的第一时期碳源大量消耗用于菌体的迅速增长而产物的形成很少或全无，第二时期碳源大量消耗用于产物的高速合成及菌体的生长。

三类发酵：产物形成与底物利用不相关，为非生长联系型，又称复杂发酵型，产物的生成在菌体生长和基质消耗完以后才开始，与菌体生长不相关，与基质消耗无直接关系，所形成的产物为次级代谢产物。 8.根据操作方式的不同，发酵类型主要分成哪几种？ 答：（1）分批发酵 （2）连续发酵 （3）补料分批发酵 （4）固体发酵 9.简述发酵工程的类型

答：（1）微生物菌体发酵：以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。

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（2）微生物酶发酵：微生物具有种类多、产酶品种多、生产容易和成本低

等特点。

（3）微生物代谢产物发酵：初级代谢产物、次级代谢产物。

（4）微生物的转化发酵微生物转化是利用微生物细胞的一种或多种酶，把

一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。

（5）生物工程细胞的发酵：这是指利用生物工程技术所获得的细胞，如DNA

重组的“工程菌”以及细胞融合所得的“杂交”细胞等进行培养的新 型发酵，其产物多种多样。

10. 发酵工业培养基设计的基本原则？ 答：（1）要清楚微生物的营养类型； （2）要调整好营养物质的碳氮比；

（3）要满足微生物生长的理化条件如pH、渗透压等；

11.简述种子质量准则(微生物发酵的种子应具备那几方面条件？发酵工业对工业微生物菌种有哪些要求？)。

答：（1）菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能 迅速生长，迟缓期短。 （2）生理性状稳定。(遗传性能要相对稳定) （3）菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求。 （4）无杂菌污染(不易感染它种微生物或噬菌体)。 （5）保持稳定的生产能力。

（6）菌种不是病原菌，不产任何毒素和有害的生物活性物质。

即：产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关） （7）能在廉价原料制成的培养基上生长，且生成的目的产物产量高，易于

回收。

（8）有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强 （9）生产特性要符合工艺要求。 12.发酵过程主要分析项目有哪些？

答：发酵过程主要分析项目如下 ：pH、排气氧、排气CO2和呼吸熵、糖含量、氨基氮和氨氮、磷含量、菌浓度和菌形态。 13.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

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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。

14.什么是正突变？什么是负突变？什么是结构类似物？

答：生产上所不希望看到的，表现为菌株的衰退和生产质量的下降，这种突变成为负突变。

生产上希望看到的，对生产有利，这种突变成为正突变。

结构类似物：在化学和空间结构上和代谢的中间物（终产物）相似，因而在代谢调节方面可以代替代谢中间物（终产物）的功能，但细胞不能以其作为自身的营养物质。

15.简述灭菌与消毒的区别。

答：灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、繁殖体和芽孢。

消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。

16.简述常用的灭菌方法及使用范围？

答：常用的灭菌方法有：化学药剂灭菌；射线灭菌；干热灭菌；湿热灭菌；过滤除菌。

化学药剂灭菌：因化学药剂会与培养基的一些成分作用，而且加入培养基后不易去除，所以不用于培养基的灭菌。

射线灭菌：因紫外线的穿透力低，所以，仅用于表面消毒和空气的消毒。 干热灭菌：适用于一些要求保持干燥的实验器材和材料（如培养皿、接种针、牙签、吸管等）

湿热灭菌：是最基本的灭菌方法，使用范围宽泛。 过滤除菌：只适用于澄清流体的除菌。 17.简述CO2影响发酵的机理

答：CO2及HCO3-主要是影响细胞膜的结构。 CO2及HCO3-分别作用于细胞膜不同的位点。 CO2主要作用于细胞膜的脂质核心部位； HCO3-影响细胞膜的膜蛋白。

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18.发酵产品的生产特点是什么， 答：发酵产品的生产特点： （1）一般操作条件比较温和；

（2）以淀粉、糖蜜等为主，辅以少量有机、无机氮源为原料； （3）过程反应以生命体的自动调节方式进行； （4）能合成复杂的化合物如酶、光学活性体等； （5）能进行一些特殊反应，如官能团导入；

（6）生产产品的生物体本身也是产物，含有多种物质； （7）生产过程中，需要防止杂菌污染；

（8）菌种性能被改变，从而获得新的反应性能或提高生产率。 19.生物转化的概念、本质及常用的转化反应。本科教材上的

答：生物催化（biocatalysis）又称生物转化（biotransformation） 是指利用酶或者生物有机体（全细胞、细胞器、组织等）作为催化剂进行化学转化的过程。

生物催化中常用的有机体主要是微生物，其本质是利用微生物细胞内的酶进行催化,促进生物转化的过程。

转化反应有：催化脱氢、氧化、缩合、脱羧、氨化、脱氨化或同分异构作用。 20.发酵工程主体微生物有什么特点？

答：发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌、霉菌和酵母菌

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

21.自然界分离微生物的一般操作步骤？工业生产菌的筛选步骤。 答：一般菌种分离纯化和筛选步骤如下：

样品(标本)采取→标本材料的预处理→培养（富集培养）→菌落的选择→菌种初筛→复筛→性能的鉴定→菌种保藏

22.从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？

答：自然界中目的微生物含量很少，非目的微生物种类繁多，进行富集培养， 使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，使筛选变得可能。 23.菌种选育分子改造的目的？

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答：防止菌种退化;解决生产实际问题;提高生产能力;提高产品质量;开发新产品. 24.什么叫自然选育？自然选育在工业生产中有哪些意义？

答：自然选育就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。 自然选育在工业生产上的意义：自然选育可以有效地用于高性能突变株的分离。然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。 25.什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？

答：经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的营养物叫生理酸性物质，若菌体代谢后能产生碱性物质的营养物称为生理碱性物质 26.什么是前体？前体添加的方式？

答：前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。前体使用时普遍采用流加的方法。 27.什么是生长因子？生长因子的来源？

答：凡是微生物生长不可缺少而细胞自身不能合成的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。 有机氮源是这些生长因子的重要来源 28.什么是产物促进剂？

答：是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。

29.什么是理论转化率？什么是实际转化率？

答：理论转化率是指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，所得出的转化率的大小。实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小 30.什么是种龄？适宜种龄确定的依据？

答：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。

原则：对数生长期末，细胞活力强，菌体浓度相对较大，但是最终由实验结果定。 31.什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？

初级代谢产物是指微生物产生的，生长和繁殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。次级代谢产物是指由微生物产生的，与微生物生长、繁殖无关的一类物质。 32.什么是半连续培养，说明其优缺点。

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答：在补料分批培养的基础上间歇放掉部分发酵液（带放）称为半连续培养。某些品种采取这种方式，如四环素发酵

优点 放掉部分发酵液，再补入部分料液，使代谢有害物得以稀释有利于产物合成，提高了总产量。

缺点 代谢产生的前体物被稀释，提取的总体积增大 33.分批培养的特点是什么？

答：操作简单，发酵液中的细胞浓度、基质浓度和产物浓度均随时间而不断变化。就细胞的浓度的变化而言，在分批培养中要经历延迟期、对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期各阶段。 34.连续培养的优点是什么？

答：1）可以提高设备的利用率和单位时间产量，只保持一个期的稳定状态， 2）发酵中各参数趋于恒指，便于自动控制，

3）易于分期控制，可以在不同的罐中控制不同的条件。 35.什么是连续培养？什么是连续培养的稀释率？

答：由于新鲜培养基不断补充，所以不会发生营养物的枯竭，另一方面，发酵液不断取出，发酵罐内的微生物始终处于旺盛的指数生长期，罐内细胞浓度X、比生长速率μ、以及t, pH等都保持恒定。 稀释率(D):补料速度与反应器体积的比值(h-1) 36.解释连续培养富集微生物的原理？

答：菌的积累速率=生长速率-流出速率,调节培养基,使目的菌的流出速率<生长速率,杂菌的流出速率>生长速率,就起到富集作用 37.为何氧容易成为好氧发酵的限制性因素？

答：氧是需氧微生物生长所必需的。氧往往容易成为控制因素，是因为氧在水中的溶解度很低，培养基因含有大量的有机和无机物质，氧的溶解度比水中还要更低。在对数生长期即使发酵液中的氧浓度达到饱和，若此时终止供氧，发酵液中的溶氧可在几分钟内全部耗尽，使溶氧成为控制因素。 38.临界溶氧浓度、氧饱和度的概念？

答：临界氧浓度：CCr临界氧浓度：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。 氧饱和度：发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度

饱和溶氧浓度：在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解度。(mol/m3) 39.影响微生物需氧的因素有哪些？

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答：细胞浓度直接影响培养液的摄氧率，在分批发酵中摄氧率变化很大，不同生长阶段需氧不同，对数生长后期达最大值。培养基的成分和浓度显著影响微生物的摄氧率，碳源种类对细胞的需氧量有很大影响，一般葡萄糖的利用速度比其他的糖要快。

40.如何调节摇瓶发酵的供氧水平？ 答：往复，频率80-120分/次，振幅 8cm 旋转，偏心距转速250rpm

装液量，一般取容器容积1/10左右： 41.如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平？

答：一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所以有时发酵初期采用小通风，停搅拌，不但有利于降低能耗，而且在工艺上也是必须的。但是通气增大的时间一定要把握好。 42.氧的供需研究与反应器设计与放大的关系？

答：发酵过程放大困难的原因就在放大时不可能同时做到几何相似、流体运动学相似和流体动力学相似，当在小试研究时某一个对生产产生影响的重要因素没有被观察到，而这个因素恰恰在放大时成为关键因子时，就会造成整个发酵过程的失败(供氧、混合、剪切）。 43.微生物工程有几个发展阶段？

答：（1）传统的微生物发酵技术-天然发酵， （2）第一代的微生物发酵技术-纯培养技术的建立， （3）第二代微生物发酵技术-深层发酵技术 （4）第三代微生物发酵技术-微生物工程 44.微生物工程有那些方面的应用？ 答：（1）微生物工程在食品中的应用，

（2）微生物工程在医药卫生中的应用（抗生素、氨基酸、维生素、甾体激素）， （3）微生物工程在轻工业中的应用， （4）微生物工程在化工能源中的应用 ，

（5）微生物工程在农业中的应用（生物农药、生物除草剂、生物增产剂、食用

菌） ，

（6）微生物工程在环境保护中的应用，

（7）微生物工程在细菌冶金中的应用八、微生物工程在高技术研究中的应用

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45.培养基设计的一般步骤？

根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定可能的 培养基成分；

通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；

当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分 很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。 46.诱变育种的一般步骤.

答：诱变育种包括（两个部分）：（1）诱变，（2）筛选

（1）诱变：以合适的诱变剂处理大量均匀分散的微生物细胞悬浮液，在引起绝大多数细胞致死的同时，使存活个体中DNA结构变异频率大幅度提高。 （2）筛选：用适宜的方法淘汰负效应变异株，选出极少数性能优良的正变异株，以达到培养优良菌种的目的。

47.什么是菌体的生长比速？产物的形成比速？基质的消耗比速？维持消耗？ 答：菌体的比生长速率：单位重量的菌体瞬时增量 μ=（dx/dt）/x；单位为1/h，其中x—菌体浓度（g/L ） 产物的形成比速：单位时间内单位菌体形成产物（菌体）的量 π=（dp/dt）/x,；单位为1/h，其中p—产物浓度（g/L ） 基质的比消耗速率:单位时间内单位菌体消耗基质的量 =（ds/dt）/x；单位为1/h，其中s—底物浓度（g/L ） 48.摇瓶培养及摇瓶培养的优点

答：摇瓶培养：依靠摇瓶在摇床上摇动振荡，使培养基液面与上方的空气不断接触，供给微生物生长所需的溶解氧。 摇瓶培养优点：

通气量充足，溶氧好，菌体在振荡培养过程中，不断接触四周培养基而获得营养和溶解氧。其培养条件接近于种子罐。 49.发酵过程为什么要补料？补些什么？

答：在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。在这样一种系统中可以维持低的基质浓度，避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通过补料控制达到最佳的生长和产物合成条件；还可以利用计算机控制合理的补料速率，稳定最佳生产工艺。发酵基质和缓冲液等。 50.补料过多或过少对发酵有什么影响？

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答：投料过多造成菌体细胞大量生长，无法稳定的产生发酵产物，导致菌体生产力下降，同时改变发酵液流变学性质。如果补料过少,则使菌体过早进入衰退期，引起菌体衰老和自，同样使生产力下降。 51.什么是种子扩大培养，其任务是什么？

答：（1）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。

（2）种子扩大培养的任务： 现代的发酵工业生产规模越来越大，每只发酵罐的容积有几十立方米甚至几百立方米，?要使小小的微生物在几十小时的较短时间内，完成如此巨大的发酵转化任务，那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。 52.什么是发酵热，包括哪几类？影响发酵热的因素有哪些（没答案）？ 答：发酵热：就是发酵过程中释放出来的净热量。

由产热因素和散热因素两方面决定。净热量是指各种产生的热量和各种散失的热量的代数和。发酵过程中产生的热量主要包括

生物热Q生物:产生菌分解基质产生热量， 搅拌热Q搅拌:机械搅拌产生热量等； 辐射热Q辐射:散失的热量主要包括罐壁散热； 蒸发热Q蒸发:水分蒸发、空气排气带走热量等。

发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。 53.说明溶氧测定的意义。

答：溶氧测定：溶解氧作为环境因素对微生物反应有直接影响；溶氧可作为发酵中氧是否足够的度量；溶氧可作为发酵中间控制的手段之一；溶氧可作为考察设备，工艺条件的指标之一。

54.机械搅拌自吸式发酵罐优缺点是什么？

答：主要优点是：节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气储罐、总过滤器等设备，减少厂房占地面积；减少发酵设备投资30%左右；设备便于自动化、连续化，降低劳动强度，减少劳动力；设备结构简单，溶氧效率高，操作方便。

缺点是：由于罐压低，在某些发酵中，容易引起染菌。 55.空气带升环流式发酵罐的工作原理？

答：其工作原理是在罐外装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连，构成一

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个循环系统。在上升的下部装设空气喷嘴，空气喷嘴以250——300m/s的高速度喷入上升管，借喷嘴的作用将空气泡分割成细泡，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，供给发酵液所消耗的溶解空气量，使发酵正常进行

56.按氧气需求，发酵罐分几种；按能量输入方式，好氧发酵罐可分为几类？ 答：按氧气需求，发酵罐分为：厌氧发酵罐和好氧发酵罐

按能量输入方式，好氧发酵罐可分为三类：内部机械搅拌型、外部液体搅拌型和空气喷射提升式发酵罐。

57.机械搅拌发酵罐主要包括那些部件？

答：包括罐身、搅拌器、挡板、冷却装置、空气分布装置、轴封等 58.搅拌器、挡板、消泡器、连轴器、轴封等的作用是什么？ 答：搅拌器作用：

（1）将空气打碎成小泡，增加气-液接触界面，提高氧的传质速率。 （2）使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持悬浮状态。

挡板作用：克服搅拌器运转时液体产生的涡流，将径向流动改变为轴向流动，促使液体激烈翻动，增加溶氧速率。 消泡器作用：将泡沫打碎。

连轴器作用：使上下搅拌轴成牢固的刚性连接。

轴封作用：使固定的发酵罐与转动的搅拌轴之间能够密封，防止泄漏和杂菌污染。 59.简述如何调节营养物质成分提高发酵产量？

答：选择合适的碳源，掌握氮源利用与碳源利用的关系，调节碳氮的比例，控制前体，补料

60.微生物工程的工业生产水平的要素？

答：微生物工程的工业生产水平由三个要素决定，即生产菌种的性能，发酵及提纯工艺条件和生产设备。

61.简述发酵过程中物理参数和化学参数有那些？

答：物理参数是一类直接参数，主要有温度、生物热、搅拌转速和搅拌功率、通气罐压、发酵液黏度、消沫剂和发酵液计量等。

化学参数也是直接参数，包括PH值、溶解氧浓度、二氧化碳浓度、细胞浓度、基质浓度、产物浓度等参数。

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六、论述题

1.论述液体深层发酵有哪些优点？发酵方式分为几类？ 答：液体深层发酵的优点。

（1）液体悬浮状态是多数微生物的最适生长环境。

（2）在液体中，菌体及其底物、产物（包括热）易于扩散，使发酵可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，易进行自动化控制，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。

2.发酵用的碳源有哪些？常用的糖类有哪些，各自有何特点？

答：碳源:糖类（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（动、植物油）、有机酸（琥珀酸、柠檬酸、乳酸、乙酸等）和低碳醇（甲醇、乙醇等）。 葡萄糖，所有的微生物都能利用葡萄糖，但是会引起葡萄糖效应

糖蜜，是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。

淀粉、糊精，缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶。成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应。

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3.影响种子质量的因素

答：（1）培养基：营养成分适合种子培养的需要选择有利于孢子发芽和菌体生 长的培养基；营养上要易于被菌体直接吸收和利用；营养成分要适当丰富和完全，氮源和维生素含量要高营养成分要尽可能与发酵培养基相近。 （2）培养条件 ①温度

②通气量：在种子罐中培养的种子除保证供给易被利用的培养基外，有足够 的通气量可以提高种子质量。例如：青霉素的生产菌种在制备过程中将通气充 足和不足两种情况下得到的种子分别接入发酵罐内，它们的发酵单位可相差1 倍。但也有例外，例如土霉素生产菌，一级种子罐的通气量小对发酵有利。 （3）种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培 养时间。通常种龄是以处于生命力极旺盛的对数生长期，菌体量还未达到最大 值时的培养时间较为合适。时间太长，菌种趋于老化，生产能力下降，菌体自 溶；种龄太短，造成发酵前期生长缓慢。

不同菌种或同一菌种工艺条件不同，种龄是不一样的，一般需经过多种实验来确定。嗜碱性芽孢杆菌生产碱性蛋白酶，12小时最好。

（4）接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。

接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中生长繁殖的速度，采用较大的接种量可以缩短发酵罐中菌丝繁殖达到高峰的时间，使产物的形成提前到来，并可减少杂菌的生长机会。但接种量过大或者过小，均会影响发酵。过大会引起溶氧不足，影响产物合成；而且会过多移入代谢废物，也不经济；过小会延长培养时间，降低发酵罐的生产率。

通常接种量，细菌1～5%，酵母菌5～10%，霉菌7～15%，有时20～25% 4.培养成分用量的确定有什么规律？

答：（1）参照微生物细胞内元素的比例确定。培养基的成分配比虽然千差万别， 但都是用来培养某种微生物的，而不同类型的微生物细胞的成分比例其实是有 一定规律的。这些规律可以在很大程度上知道培养基的基本成分配比的选择。 不同种类的微生物内某种成分的含量其实是比较稳定的。培养基最终会被微生 物吸收利用，因此其成分比例可以参考该种微生物的成分比例，至少可以作为 一个重要依据。另外，尽管不同种类的微生物的成分比例有一定的差异，但还 是有一定共性的。所以培养基中这集中营养成分不管由什么具体物质提供，其

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用量基本上也符合这种关系。

（2）参照碳氮比确定。如果培养基中碳源过多，不利产物的合成。同样碳源过 少或氮源过少对发酵的影响也是不利的。不同种微生物碳氮比差异很大，既是 同种微生物在其不同生理时期对碳氮比要求也有不同，所以最适碳氮比要通过 试验确定，一般在100：（1—20）之间。

（3）、其他因素。培养基中一些用量极少的物质一般要严格控制，不能过量。 例如，维生素、微量元素、某些生长因子、前体等。具体用量要通过试验确定。 培养基中的一些成分的比例会影响培养基的某些理化性质，这时要引起重视。 5.试述影响培养基灭菌效果的因素。 答：培养基成分：

（1）油脂、糖类：油脂、糖类及一定浓度的蛋白质会增加微生物的耐热性。因高浓度有机物会环绕细菌的四周形成一层薄膜，影响热的传入。所以，浓度较高的培养基相对需要较高温度和较长时间灭菌。如低质量浓度（1%～2%）的氯化钠溶液对微生物有保护作用；随着浓度的增加，保护作用减弱，当质量浓度达到8%～10%则减弱微生物的耐热性。而高浓度的盐类、色素等则削弱其抗性。 （2）pH：微生物在pH6.0～8.0范围内耐热性最大。当pH低于6.0时，氢离子极易渗入微生物细胞，从而改 变细胞的生理反应而促进其死亡； 故培养基酸度愈高，则所需的杀菌时间愈短。

（3）颗粒：颗粒小，灭菌容易，颗粒大，灭菌难。

（4）泡沫：泡沫中的空气形成隔热层，使热量难以渗透进到泡沫中杀死其中潜伏的微生物；易产生泡沫的培养基在灭菌时，可加入少量消泡剂。

6.发酵工程的概念是什么？发酵工程基本可分为那两个大部分，包括哪些内容? 答：发酵工程是利用微生物特定性状好功能，通过现代化工程技术生产有用物质或其直接应用于工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。也可以说是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工程化的发展，由于主要利用的是微生物发酵过程来生产产品，因此也称为微生物工程。 发酵部分:

（1）菌种的特征和选育

（2）培养基的特性，选择及其灭菌理论 （3）发酵液的特性

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（4）发酵机理。 （5）发酵过程动力学

（6）空气中悬浮细菌微粒的过滤机理 （7）氧的传递。溶解。吸收。理论。 （8）连续培养和连续发酵的控制 提纯部分

（1）细胞破碎，分离 （2）液输送，过滤. 除杂 （3）离子交换渗析，逆渗透，超滤 （4）凝胶过滤，沉淀分离

（5）溶媒萃取，蒸发蒸馏结晶，干燥，包装等过程和单元操作 7.发酵工业上常用的氮源有那些，起何作用？

答：氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢 物。常用的氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。 (1)无机氮源

种类：氨盐、硝酸盐和氨水。

特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化如：

(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH

无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。 所以选择合适的无机氮源有两层意义： 满足菌体生长，稳定和调节发酵过程中的pH (2)机氮源

来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。

成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。

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有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响，而另一方面有机氮源的来源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和使用过程中，必须考虑原料的波动对发酵的影响

8.叙述防止发酵菌种退化的具体条件措施有那些？

答：（1）控制菌种传代次数：尽量避免不必要的移种和传代，并将必要的传代降低到最低限度，以减少细胞分裂过程中所产生的自发突变几率。

（2）创造良好的培养条件：如在赤霉素生产菌G.fujikuroi的培养基中，加入糖蜜、天冬酰胺、谷氨酰胺、5‘-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时，有防止衰退效果。

选用合适的培养基 在培养基中添加某种化学物质可以防止菌种退化。或者选取营养相对贫乏的培养基在菌种保藏培养基，限制菌株的生长代谢减少变异反而发生从而防止菌种的退化。

（3）利用不易衰退的细胞移种传代：对于放线菌和霉菌，菌丝细胞常含有几个细胞核，因此用菌丝接种就易出现衰退，而孢子一般是单核的，用于接种就可避免这种现象。

（4）采用有效的菌种保藏方法

（5）合理的育种（讲究菌种选育技术）：选育菌种是所处理的细胞应使用单核的，避免使用多核细胞;合理选择诱变剂种类或增加突变位点，以减少分离回复突变；在诱变处理后及分离提纯化，从而保证保藏菌种的纯度。 （6）定期进行分离纯化。

9.发酵工程的特点 论述（试述）发酵工程的特点。(专科)简述发酵技术特点 答：发酵工程与传统化学工程的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下：

（1）发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。

（2）发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这—特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。

（3）发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单—的代谢产物。

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（4）由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。能生产目前化学法不能生产的或用化学法生产较困难的性能优异的产。

（5）发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。环境污染较少；

（6）微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。

（7）工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。 基于以上特点，工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比，现代发酵工程除了上述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的“工程菌’来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样的生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和创新。

（8）发酵过程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够在发酵设备中一次完成。

10.发酵级数确定的依据是什么？

答：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

如：青霉素：三级发酵

一级种子 （小罐）→二级种子（中罐）→发酵

谷氨酸：三级发酵

一级种子（摇瓶）→二级种子 （小罐）→发酵

（1）发酵级数确定的依据：级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响。 （2）级数大，难控制、易染菌、易变异，管理困难，一般2-4级。 （3） 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

11.结合所学《微生物发酵工程》课程论述某个工业发酵产品的生产工艺流程（可画图说明），越详细越好。

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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。 11.影响供氧的因素有那些？

答：根据气液传递速率方程可知，凡影响推动力、比表面积和传递系数的因素都会影响氧的传递速率。此外，发酵罐中液体体积与高度、发酵液的物理性质等也对供氧有影响。影响传递系数的因素：1.搅拌2.空气流量3.培养液性质的影响4.微生物生长的影响5.消泡剂的影响6.离子强度的影响 12.试述提高次级代谢产物产量的方法。 答：（1)补加前体类似物

（2)加入诱导物,把一些对次级代谢产物产生有诱导作用的物质加入发酵培养基中可增加产量

（3)防止碳分解代谢阻遏或者抑制的发生

（4)防止氮代谢阻遏的发生,避免使用高浓度的铵盐作氮源以防止氮代谢阻遏的发生，是抗生素工业成熟的经验

（5)筛选耐前体或前体类似物的突变株,加入前体有提高次级代谢产物产量的效果，但过量对菌体又会有毒害 6)选育抗抗生素突变株 7)筛选营养缺陷型的回复突变株

13.说明机械搅拌通风发酵罐、自吸式发酵罐和气升式发酵罐通气的原理并比较其结构特点。 答： 发酵罐 原理 机械搅拌通风发酵吸式发酵罐 罐自 利用搅拌器使被搅拌的液体产生轴向启动前转子被液体浸没；转子高速旋罐内或罐外装设上升管，两端与罐底部和罐空气带升式发酵罐 流动和径向流动，使转，液体、空气在离上部相连通，构成循环通入的空气分散成气泡并与发酵液充心力作用下被甩向系统；上升管的下部装外缘，在转子的中心有空气喷嘴，空气以 - 26 -

分混合，使气泡破碎处形成负压；于是将250-300m/s高速喷入上以增大气－液界面，罐外的空气通过搅获得所需的溶氧速拌器中心的吸入管升管，借喷嘴的作用将空气泡分割成细泡，与率，并使细胞悬浮分而被吸入罐内；通过上升管内发酵液密切接散于发酵体系中，以导轮使气液均匀分维持适当的气－液触；由于上升管内发酵布甩出，并使空气在液含气多、比重小，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，使氧气溶解于发酵液中。 －固（细胞）三相的循环的发酵液中分混合与质量传递，同裂成细微的气泡。 时强化传热过程。用挡板防止液面中央形成漩涡流动，增强其湍流和溶氧传质。用消泡器消泡。 特点 1目前使用最多的一1、省却空气压缩机结构简单、不易污染、种发酵罐 及其辅助设备，减少能耗低 2使用性好、适应性厂房，减少设备投资好、放大容易，从小约30% 型直至大型的微生2、设备便于自动化、物培养过程都可以连续化 应用 3、气泡小、气液均匀接触，溶氧系数高 4、在搅拌的同时完成了充气作用 14.简述机械搅拌发酵罐的基本条件以及自吸式发酵罐充气的原理。

【现代发酵工程所用的发酵罐应具备那些特征？（发酵罐的基本条件包括那些？）】

答：机械搅拌发酵罐的基本条件

（1）、发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率较高；[高：直径约为2.5～4]

（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；[水压试验（1.5倍）]

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（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；[代谢产热] （6）、搅拌器的轴封要严密，尽量减少泄漏。 自吸式发酵罐的充气原理：

自吸式发酵罐在搅拌的同时完成了充气作用。启动前转子被液体浸没；转子高速旋转，液体、空气在离心力作用下被甩向外缘，在转子的中心处形成负压；于是将罐外的空气通过搅拌器中心的吸入管而被吸入罐内；通过导轮使气液均匀分布甩出，并使空气在循环的发酵液中分裂成细微的气泡。自吸式发酵罐在搅拌的同时完成了充气作用。

15.机械搅拌发酵罐和空气带升式发酵罐都属于好氧发酵罐，二者在结构和供氧机理上有何不同。

答：空气带升式发酵罐设有搅拌器，罐内或罐外设液体循环管（上升管）。空气由特殊结构的喷嘴以250～300m/s的高速喷出。 机械搅拌发酵罐的供氧机理：

利用空气分布装置，吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管式。单管式管口对正管底中央，管口与管底的距离约为40MM,这样空气分散效果较好。环管式以环径为搅拌器的0.8倍较有效，喷孔直径为5~8MM，喷孔向下，喷孔约等于通风管的截面积，通风管内通常空气流速取20M\\S。 空气带升式发酵罐的供氧机理：

罐内或罐外装设上升管，两端与罐底部和罐上部相连通，构成循环系统；上升管的下部装有空气喷嘴，空气以250-300m/s高速喷入上升管，借喷嘴的作用将空气泡分割成细泡，与上升管内发酵液密切接触；由于上升管内发酵液含气多、比重小，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，使氧气溶解于发酵液中。

16.讨论：微生物（包括动、植物）可以生产我们所需的一切产品，但是涉及到工业化生产，对于某一种特定的产品，为何只有特定的微生物才具有大量表达的潜力？

答：在不同的环境条件下，微生物细胞对遗传信息作选择性的表达，实现代谢的自动调节。代谢的协调能保证在任何特定时刻、特定的细胞空间，只合成必要的

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酶系（参与代谢的多种酶）和刚够用的酶量。一旦特定物质的合成达到足够的量，与这些物质合成有关的酶就不再合成了。并且，已合成的酶的活力受到许多调节机制的控制，以确保新陈代谢全面协调，、为细胞的经济运行提供保证。因此，细胞固有的生产关系支持细胞自身的增殖（生产细胞），不支持（人的）目的产物的过量生产（生产特定的初级代谢产物）。而工业化生产要求特定表达某种或某类物质，只有正常代谢被打破，代谢协调失常的微生物才能达到要求。 17.什么是培养基? 什么是发酵培养基？发酵培养基的特点和要求？

答：培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时，培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的环境条件。发酵培养基是指人工制备的适合不同发酵微生物生长繁殖及积累代谢产物的营养基源。

①培养基能够满足产物最经济的合成。 ②发酵后所形成的副产物尽可能的少。

③培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运，适合大规模储藏，能保证生产上的供应。

④所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。

⑤必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。

⑥有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。

⑦有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。 ⑧有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。

⑨所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。

18.常用的碳源有哪些？常用的糖类有哪些，各自有何特点？

答：碳源:糖类（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（动、植物油）、有机酸（琥珀酸、柠檬酸、乳酸、乙酸等）和低碳醇（甲醇、乙醇等）。 葡萄糖，所有的微生物都能利用葡萄糖，但是会引起葡萄糖效应

糖蜜，是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行

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预处理。

淀粉、糊精，缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶。成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应。

19.常用的无机氮源和有机氮源有哪些？有机氮源在发酵培养基中的作用？ 答：常用的有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、蛋白胨等；常用的无机氮源有氨水、铵盐和硝酸盐。

有机氮源在发酵培养基中的作用有：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子。诱导某些酶的产生。

20.发酵过程糖代谢、氮代谢有什么规律，为什么？

答：糖代谢：特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一氮代谢：氨基酸被利用后产生NH3 ，pH会上升；尿素被分解成NH3，pH上升。

微生物生长和产物合成与糖代谢有密切关系。糖的消耗反映产生菌的生长繁殖情况，反映产物合成的活力。菌体生长旺盛糖耗一定快，残糖也就降低得快通过糖含量的测定，可以控制菌体生长速率，可控制补糖来调节pH，促进产物合成，不致于盲目补糖，造成发酵不正常。

氮利用快慢可分析出菌体生长情况，含氮产物合成情况。但是氮源太多会促使菌体大量生长。有些产物合成受到过量铵离子的抑制，因此必须控制适量的氮。通过氨基氮和氨氮的分析可控制发酵过程，适时采取补氨措施。发酵后期氨基氮回升，这时就要放罐，否则影响提取过程。

21.读书报告：结合具体的产品理解种子质量控制的方法，以及认识种子质量对发酵的影响？

答：影响斜面种子质量的因素:

(1)原材料质量，水质，培养基pH.(2)灭菌条件，(3)接种量，(4)温度，通风、(5)培养时间(6)有害气体或挥发物(7) 冷藏条件

种子质量好：(1) 缩短发酵时间、保证生产水平. (2) 无杂菌污染. (3)移种至发酵后，能够迅速生长. (4)泡末产生少. (5)产物生成速率大. (6)副产物合成少. (7)对下游分离纯化有利。

22. 空气过滤除菌的原理是什么？和液体过滤原理有什么不同？

答：原理：空气中的微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前

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进，使气流无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤维前进。这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用，而将微粒拦截。

空气溶胶的过滤菌原理与通常的液体过滤原理不同，后者介质间的空隙应小于颗粒直径，而前者介质间的空隙往往远大于颗粒直径。 23. 空气过滤除菌包括那些仪器？各有什么作用？

答：粗过滤器：是安装在空气压缩机前的过滤设备，主要作用是捕集较大的灰尘颗粒，起到保护空气压缩机，防止其受磨损的作用，同时也可减轻空气过滤器的负荷。

空压机：压缩空气。

空气贮罐：消除压缩机排出空气量的脉动，维持稳定的空气压力。同时也可以利用重力沉降作用去除部分油雾。 空气冷却器：对空气进行冷却。

气液分离器：将空气与水和其他颗粒物质分离开。 空气加热器：对分离出来的空气进行加热。 空气过滤器：过滤除菌。

24.什么是对数残留定律、对数穿透定律？

答：对数残留定律：对微生物进行湿热灭菌时，培养基中的微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比，这就是对数残留定律。对数穿透定理上

式即称为对数穿透定律，表示进入滤层的微粒数与穿透滤层微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。

25.怎样通过发酵条件控制来提高发酵产物产量？

答：（1）同一种微生物在同样的培养基中进行培养时，只要控制不同的发酵条件（合适的温度，PH，通气量，生物素量等），进而影响微生物自身的代谢调节系统，改变其代谢方向，就可能获得不同的代谢产物。

（2）使用诱导物。许多与蛋白质、糖类或其他物质降解有关的酶类都是诱导酶，在发酵过程中加入相应的底物作为诱导物，可以有效的增加这些酶的产量。 （3）添加生物合成的前体，可以大幅度提高发酵产量。

（4）培养基成分和浓度的控制，保证微生物机体生长需要，利于代谢产物合成。 26.什么是得率系数？维持系数？

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答：菌体的生长量相对于基质消耗量的收得率称为生得率Yx/s，其定义为：以消耗的基质为基准的细胞得率系数Yx/s可用下式表示 Yx/s = △X / -△S 式中Yx/s ——相对于基质消耗的实际生长得率[（g/mol）或 （g/g）]；△X——干细胞的生长量（g）；△S——基质的消耗量（mol或g）。如果对于氧，其细胞得率系数为Yx/o = △X / △O2。Yx/o的倒数表示生成单位质量细胞所需氧的质量。

在培养过程中，细胞产生除二氧化碳和水以外的产物时，以消耗基质为基准的产物得率系数Yp/s可用下式表示Yp/s = △P / -△S

式中 Yp/s——相对于基质消耗的实际产物得率[（mol/mol）或 （g/g）]；△P——产物生成量（mol或g）。

维持系数是微生物菌株的一种特性值，对于特定的菌株、特定的基质和特定的环境因素（如温度、PH等）是一个常数，故又称维持常数。维持系数越低，菌株的能量代谢效率越高。

27.微生物初级代谢与次级代谢的关系？

答：（1）初级代谢是基本的，普遍存在于各类微生物中，且代谢途径基本相似。 次级代谢是在初级代谢的基础上进行的，途经各种各样，不是每种类型微生物所必需的，往往仅限于某种类型的微生物中。 （2）初级代谢与次级代谢在生理上的作用不同

初级代谢是生物机体必需的，如果代谢途径中某个环节发生差错，直接影响着机体的生长与死亡。

次级代谢不是生物机体生长所必需的，途经中某环节发生障碍，致使不能合成次级代谢产物，而不影响机体正常的生长。 （3）初级代谢与次级代谢与生长的关系不同

初级代谢与生长有平行关系，从一开始就存在于机体中。

次级代谢一般出现在生长的稳定期，产物在停止分裂的细胞中合成。 （4）初级代谢与次级代谢的代谢产物不同

初级代谢产物单一，而次级代谢产物是一群化学结构上非常相似的各种成分的混合物。

（5）催化次级代谢产物合成的酶的专一性不想初级代谢那样强。

（6）次级代谢产物的生成经历了两个阶段及营养增殖期（菌体活跃增值阶段，几乎不形成次级代谢产物）和生产期（细胞停止生长，进入恒定起，才开始活跃

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的合成抗生素等次级代谢产物）。

（7）初级代谢和次级代谢同样受到核内DNA的调节控制，但次级代谢受核内遗传物控制的同时还受核外遗传物质的控制。

通常情况下次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的，次级代谢途径不是独立的而是与初级代谢途径有密切关系的。他们在调节控制上相互影响，当与次级代谢有关的初级代谢途径受到控制时，次级代谢产物的合成必然受阻。 28.图示为空气中的氧传递到微生物细胞内的过程，并说明哪些阻力与空气质量有关。

1.气膜阻力，2.气液界面阻力， 3.液膜阻力，4.液流阻力， 5.细胞周围液膜阻力， 6.菌丝丛或团内的扩散阻力， 7.细胞膜的阻力 8.细胞内反应阻力

答：在好氧发酵中，对微生物的供氧过程，首先是气相中的氧溶解在发酵液中，然后传递到细胞内的呼吸酶位置上而被利用。 ·与空气质量有关的阻力：

（1）气膜阻力（ 1/k1 ; 1/KG）：为气体主流及气-液界面的气膜阻力，与空气情况有关。

（2）气液界面阻力（1/k2；1/KI）：与空气情况有关，只有具备高能量的氧分子才能透到 液相中去，而其余的则返回气相氧传递过程中。

供氧方面的阻力有4个，其中与发酵液成分和浓度有关的阻力是_液膜阻力_和_液流阻力_；耗氧方面的阻力有_细胞周围液膜阻力_、_菌丝从或团内的扩散阻力_、_细胞膜的阻力_、_细胞内反应阻力_。

29.图示氧传递过程中的各种阻力，指出哪些与微生物的种类、生理状态有关；并说明溶氧测定的意义。

答：（1）菌丝丛或团内的扩散阻力（1/k6; 1/KA） 与微生物的种类、生理特性状态有关，单细胞的细菌和酵母菌不存在这种阻力；对于菌丝，这种阻力最为突出；

（2）细胞膜的阻力（1/k7; 1/KW）： 与微生物的生理特性有关；

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（3）细胞内反应阻力（1/k8; 1/KR）氧分子与细胞内呼吸酶系反 应时的阻力；与微生物的种类、生理特性有关。

1/k6 、1/k7 、1/k8与微生物的种类、特性、生理状态有关

（4）溶氧测定：溶解氧作为环境因素对微生物反应有直接影响；溶氧可作为发酵中氧是否足够的度量；溶氧可作为发酵中间控制的手段之一；溶氧可作为考察设备，工艺条件的指标之一。

30.空气中的氧在传递到微生物细胞的过程中需要克服哪些阻力？其中哪些与发酵液成分、浓度有关。 答：供氧方面的阻力

气膜阻力（ 1/k1，1/KG）、 气液界面阻力（1/k2，1/KI）、液膜阻力（1/k3，1/KL ）、液流阻力（1/k4，1/KLB） 耗氧方面的阻力

细胞周围液膜阻力（1/k5，1/KLC）、菌丝丛或团内的扩散阻力（1/k6，1/KA）、 细胞膜的阻力（1/k7，1/KW）、细胞内反应阻力（1/k8，1/KR）1/k3 、1/k4 、 1/k5与发酵液成分、浓度有关。

31.试述影响发酵工艺的因素及控制方法。 1）菌体浓度对发酵的影响及控制。 （1）影响

菌体（细胞）浓度是指单位体积培养液中菌体的含量。菌浓大小直接影响产物的产率.

菌浓对发酵液溶解氧的影响。为了获得最高的产率，需要采用摄氧速率与供氧速率相平衡时的菌体浓度，也就是摄氧速率随菌浓变化曲线和供养速率随菌浓变化曲线的交点所对应的菌体浓度（临界菌体浓度）。

(2)主要控制措施：改变培养基浓度、中间补料、其它措施如：接种量等。 2)基质浓度对发酵的影响及控制 (1) 影响

基质浓度对菌体生长的影响.

基质浓度对产物形成和发酵液特性的影响

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(2)主要控制措施：中间补料法 具体有效的中间补料的措施包括： 恰当的补料内容 恰当的补料方式 恰当的反馈控制参数

3）溶解氧浓度对发酵的影响及其控制. （1）影响

溶氧对微生物自身生长的影响。对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧饱和度即可。

溶氧浓度对产物合成的影响. （2）控制 从供氧方面控制

从耗氧（需氧）方面考虑 4）pH对发酵的影响及控制 （1）影响

影响基质和中间代谢产物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。 影响酶的活性。以致影响菌体的生长和产物的 合成。 影响代谢方向。

影响微生物细胞的结构和菌体细胞的形态。从而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的形 成。如： pH影响菌体细胞摸的电荷状况，引起膜透性发生改变。 对发酵液或代谢产物产生物理化学的影响。其中要特别注意的是对产物稳定性的影响。

（2）pH的控制

在基础培养基配方中考虑到维持pH的需要 例如：调节C/N，加入CaCO3，使用缓冲液等。

通过直接补加酸、碱来调节控制 例如：硫酸、NaOH，生理酸性或碱性物质。 通过中间补料来控制。例如可以根据生产菌的代谢需要用改变加糖速率来控制pH, 也可通过中间补加尿素或硫酸铵等调节。 4、简述pH对微生物菌体生长和产物合成的影响。

1）pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻 2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生

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物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行

3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用

4）pH影响代谢方向 pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。

不同pH值对菌体的形态影响很大，当pH值高于7．5时，菌体易于老化，呈现球状；当pH值低于6．5时菌体同样受抑制，易于老化。而在7．2左右时，菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形；在6．9左右时，菌体处于生长期，呈“八”字形状并占有绝对的优势。

pH6．9时，菌体生长旺盛，pH7．15时，对菌体的产酸有利。因此，在发酵的产酸期产酸较高。采用阶段pH控制模式进行发酵，在发酵中前期控制pH6.9，到48h后pH值为7．15，到80h后pH值为7．25。产率22．27g·/L，产酸率提高12．23％。 5）温度对发酵的影响及控制

（1）温度对发酵的影响包括四个方面：即 对菌体生长的影响 对产物合成的影响 对发酵液理化性质的影响 对终产物质量的影响

（2）发酵温度的控制：一般不需加热，因释放了大量的发酵热，需要冷却的情况多。实际生产中用夹套或蛇形管，通冷却水。

30在发酵过程中引起温度波动的主要原因是什么？简述温度对发酵有哪些影响？

答：原因：发酵热、生物热。

(1)温度影响微生物细胞的生长 (2)温度影响产物的形成(3)温度影响发酵液的物理性质(4)温度影响生物合成的方向 (4)温度的改变影响酶的活性，从而影响微生物的代谢速率，（5）温度影响反应速率，发酵过程的反应速率实际是酶反应速率，酶反应有一个最适温度。从阿累尼乌斯方程式可以看到 dlnKr/dt=E/RT2（平方） 6）CO2对发酵的影响及控制 （1）影响

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CO2对发酵的影响

CO2对微生物生长的影响。CO2对微生物生长具有刺激（促进）和抑制作用。 CO2对菌体形态的影响

CO2对产物合成的影响。CO2对产物合成具有刺激（促进）和抑制作用。 CO2对培养液酸碱平衡的影响 （2）具体的控制措施：

通风和搅拌：（即调节通风量和搅拌速率来控制） 碱中和：CO2形成的碳酸，可用碱来中和。 补料：由补料工艺调节。 调节罐压。

7）泡沫对发酵的影响及控制 （1）泡沫对发酵的影响

降低发酵罐的装料系数。需氧发酵中，发酵罐装料系数为0.6～0.7，余下的空间用于容纳泡沫。

影响菌的呼吸，导致代谢异常或菌体自溶。 增加了染菌的机会和产物的损失。 导致原料浪费

消泡剂会给后提取工序带来困难。 （2）泡沫的控制，可以采用三种途径：

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。

采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素。 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。 8）染菌对发酵的影响及防治 （1）影响

染菌对不同发酵过程的影响 杂菌的种类对发酵过程的影响 染菌发生的时期不同对发酵的影响 染菌程度对发酵的影响 （2）控制

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污染杂菌的处理：种子罐染菌的处理，发酵罐染菌的处理、染菌后对设备的处理污染噬菌体后的处理污染烈性噬菌体后的处理：发酵液用高压蒸汽灭菌后放掉，严防发酵液任意流失。

全部停产，对环境进行全面的清洗和消毒，断绝噬菌体的寄生基础。 更换生产菌种，不断抗噬菌体菌种，防止噬菌体的重复污染。

污染温和噬菌体后的处理:污染温和噬菌体时，其反应温和，平皿培养不出现明显的噬菌斑，只出现部分菌体自溶，生化指标变化不显著，但生产能力降低。 温和噬菌体对生产的危害也是严重的，但不易被发现，应予以高度重视 8、如何选择最适发酵温度？ 答：1）根据菌种及生长阶段选择。

微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。

2）根据培养条件选择。

温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。

通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。 培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。 3）根据菌生长情况

菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。

9、不同时间染菌对发酵有什么影响，染菌如何控制？

答：（1）种子培养期染菌：由于接种量较小，生产菌生长一开始不占优势，而且培养液中几乎没有抗生素（产物）或只有很少抗生素（产物）。因而它防御杂菌能力低，容易污染杂菌。如在此阶段染菌，应将培养液全部废弃。 （2）发酵前期染菌：发酵前期最易染菌，且危害最大。

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原因 发酵前期菌量不很多，与杂菌没有竞争优势；且还未合成产物（抗生素）或产生很少，抵御杂菌能力弱。

在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。

染菌措施 可以用降低培养温度，调整补料量，用酸碱调pH值，缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。

（3）发酵中期染菌 ：发酵中期染菌会严重干扰产生菌的代谢。杂菌大量产酸，培养液pH下降；糖、氮消耗快，发酵液发粘，菌丝自溶，产物分泌减少或停止，有时甚至会使已产生的产物分解。有时也会使发酵液发臭，产生大量泡沫。 措施 降温培养，减少补料，密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平可以提前放罐，或者抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐，抑制杂菌。

（4） 发酵后期染菌：发酵后期发酵液内已积累大量的产物，特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。因此如果染菌不多，对生产影响不大。如果染菌严重，又破坏性较大，可以提前放罐。 发酵染菌后的措施：

染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。灭菌方法：可通蒸汽灭菌，也可加入过氧乙酸等化学灭菌剂搅拌半小时，才放下水道。否则由于各罐的管道相通，会造成其它罐的染菌，而且直接放下水道也会造成空气的污染而导致其它罐批染菌。

凡染菌的罐要找染菌的原因，对症下药，该罐也要彻底清洗，进行空罐消毒，才可进罐。?

染菌厉害时，车间环境要用石灰消毒，空气用甲醛熏蒸。特别，若染噬菌体，空气必须用甲醛蒸汽消毒?

14、什么叫染菌，对发酵有什么影响，对提炼有什么危害？ 答：染菌：发酵过程中除了生产菌以外，还有其它菌生长繁殖

染菌的影响：发酵过程污染杂菌，会严重的影响生产，是发酵工业的致命伤。 造成大量原材料的浪费，在经济上造成巨大损失? 扰乱生产秩序，破坏生产计划。?

遇到连续染菌，特别在找不到染菌原因往往会影响人们的情绪和生产积极性。? 影响产品外观及内在质量?

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发酵染菌对提炼的影响：染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。

采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。

采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯

37如何对发酵过程中二氧化碳浓度进行控制？

答：对CO2浓度的控制主要看其对发酵的影响，如果对发酵有促进作用，应该提高其浓度；反之应设法降低其浓度。通过提高通气量和搅拌速率，在调节溶解氧的同时，还可以调节CO2的浓度，通气使溶解氧保持在临界值以上，CO2又可随着废气排出，使其维持在引起抑制作用的浓度之下。降低通气量和搅拌速率，有利于提高CO2在发酵液中的浓度。

38 什么是发酵性泡沫？泡沫对发酵有那些危害？泡沫的消除与防止方法有那些？

答：微生物细胞生长代谢和呼吸会排出气体，如氨气，二氧化碳等，这些气体使发酵液产生的气泡也称为发酵性泡沫。

尽管泡沫是好氧发酵中正常现象，但过多的泡沫仍然给发酵带来负面影响，主要表现在由于过多的泡沫生成，如不加控制，会引起逃液，造成损失。而泡沫过多,气体交换受阻,将影响生产菌的呼吸和代谢导致菌体自溶;如果泡沫控制不好,还会引起大量逃液,造成浪费和污染环境;泡沫上升到罐顶,会从轴封渗出，增加了杂菌污染的机会。

泡沫的消除与防止方法有：正目前发酵工业上消除泡沫的方法,大都采用机械方法消沫与消沫剂消沫。机械消沫是利用物理作用，靠机械的强烈振动或压力的变化促使泡沫破碎。机械消沫的方法有多种，一种是在罐内将泡沫消除，最简单的时在搅拌轴的上部安装消沫桨，搅拌桨随搅拌轴转动时将泡沫打碎；另一种是将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或离心力消除泡沫，液体再返回罐内。常用的消沫剂有天然油脂，聚醚类，高级醇，硅酮类，脂肪酸等，其中使用最多是天然油脂和聚醚类。

泡沫对发酵的影响

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有利之处：气体分散、增加气液接触面积

有害之处：1降低生产能力；2引起原料浪费；3影响菌的呼吸；4引起染菌

50、 发酵过程中pH会不会发生变化为什么？ 发酵过程中pH是不断变化的

1）糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一

2）氮代谢当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。 3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降

4）某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。 5）菌体自溶 pH上升，发酵后期，pH上升 6）杂菌的污染，pH下降

51.pH对发酵的影响表现在哪些方面？

（1）pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻。 （2）pH影响微生物细胞膜所带电荷。从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。

（3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。

（4）pH值影响代谢方向。pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。例如黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。

（5）pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响。

2.发酵过程中pH波动的主要原因是什么？对发酵有何影响？如何加以控制？ （1）发酵过程中pH波动的原因 ①基质代谢

糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一

氮代谢 当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，

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NH3利用后pH下降，当碳源不足时，氮源当碳源利用pH上升。 生理酸碱性物质 利用后pH会上升或下降 ②产物形成

某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。 ③菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。 （2）pH的改变对发酵的影响

①pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻。 ②pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。 ③pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。

④pH影响代谢方向

pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。例如黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。 谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 （3）pH的控制

①调节好基础料的pH。基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.5~6.8。

②在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等。 ③通过补料调节pH

在发酵过程中根据糖、氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH。

如调节补糖速率，调节空气流量来调节pH；当NH2-N低，pH低时补氨水； 当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4。

④当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH ⑤发酵的不同阶段采取不同的pH值

32 影响发酵pH的因素有那些？调节控制pH的根本措施？

影响发酵PH的因素主要取决与培养基的成分和微生物的代谢特性，此外，通气

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条件的变化，菌体自溶或杂菌污染都可能引起发酵液PH的变化。调节控制PH的根本措施主要是考虑培养基中生理酸性物质与生理碱性物质的配比，然后是通过中间补料进一步加以控制，还可在发酵过程中加弱酸或弱碱进行PH的调节。

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