绪论
简述发酵工业的发展史及各时期的特点？
1900以前自然发酵阶段
主要特点：嫌气发酵，非纯种培养，产品质量不稳定
1900—1940 纯培养技术的建立
主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量质量控制水平大大提高
1940—1950 通气搅拌纯培养发酵技术的建立
主要特点：耗氧发酵实现规模化纯培养发酵，一系列过程工程技术创新
1950—1960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立
主要特点：应用生物化学的代谢知识和遗传学理论，选育微生物突变株，从而调控微生物代谢，大量积累目标发酵产物。
1960—1970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期）
主要特点：解决发酵原料及人畜争粮问题；规模和自动化程度显著提高，能耗过大。
1970年以后进入基因工程菌发酵时期，以及细胞大规模培养技术的全面发展。
主要特点：基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术以及发酵过程优化及放大技术的全面进步；高产微生物代谢产物及非微生物代谢产物的基因工程菌构建及产品的发酵生产；主导碳氧经济发展，碳氢经济的替代及生物炼制技术的兴起
1、纯培养技术的建立是发酵技术发展的第一个转折时期。
2、通气搅拌大规模发酵技术的建立时发酵工业发展史上的第二个转折点。
3、代谢控制发酵工程技术的建立，是发酵技术发展的第三个转折点。
4、浅盘固体发酵的厚度一般为2-3 cm。
5、按发酵工艺流程分为分批、补料分批和连续发酵。
通气搅拌发酵技术的建立的意义？
推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展；建立了完整的好氧发酵放大技术及装备；奠定了现代发酵工业的理论和实践基础。
发酵工业的基本生产过程有哪些过程？
1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制；
2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌；
3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中；
4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；
5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品；
6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
第二章发酵工业菌种复习
未培养微生物定义？
指迄今所采用的微生物纯培养分离及培养方法还未获得纯培养的微生物，其在自
然环境微生物群落中占有非常高的比例，约为99％。
对发酵菌种选择的要求有哪些？
能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，且生成的目的产物产量高、易于回收；
生长速度和反应速度较快，发酵周期较短；培养条件易于控制；抗噬菌体及杂菌
污染的能力强；菌种不易变异退化；对放大设备的适应性强；菌种不是病原菌，
不产生任何有害的生物活性物质和毒素。
菌种分离筛选的主要步骤有哪些？
样品采集→样品的预处理→目的菌富集培养→菌种初筛→菌种复筛→菌种发酵性
能鉴定→菌种保藏
采集含目标微生物的样品时，样品的来源越广，获得新菌种的可能性越小。
从土壤中采集微生物，应取土壤表层以下5cm中的土壤。
从土壤中采集微生物，应取土壤表层25cm以下的土壤。
土壤越偏酸性，霉菌和酵母出现的可能性越大。
对菌株进行复筛时，一株菌株需要1个摇瓶培养就可以了。
组合型酶的合成不受诱导物诱导作用的影响。
初级代谢的定义？
微生物产生的对自身生长和繁殖必需的物质称为初级代谢产物，而产生这些物质的代谢体系或过程称为初级代谢。
次生产物的定义？
由生物体合成，但对其自身的生长、繁殖和发育并没有影响的一类物质称为次生产物。
1、酶的调节控制有两种方式分别是酶合成量的调节和酶分子的催化活力的调节。
2、酶合成的调节分为诱导和阻遏。
分解代谢阻遏的定义？
指有两种碳源（或氮源）分解底物同时存在时，细胞利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关分解酶的合成和累积。
酶活性调节分为激活和抑制。
酶活性的抑制主要是反馈抑制，受反馈抑制的调节酶一般是有变构酶。
诱变剂的定义？
凡能诱变微生物基因突变，使突变频率远远超过自发突变频率的物理因子或化学物质。
什么叫细菌的转导？
由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式。一个细胞的DNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中。
细菌转导的类型有普遍转导和局限转导。
局限转导与普遍转导的主要区别有哪些？
a）局限转导中被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。
b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性。
F因子的四种细胞结构分别是F+、F-、Hfr 和F′菌株。
F因子的四种细胞结构中，F- 菌株没有性菌毛。
Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F- 。
CM培养基又叫完全培养基，MM培养基又称基本培养基。
什么叫基因工程？
在基因水平上，改造遗传物质，从而使物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的生物新品系。
对菌株进行诱变时，诱变剂的选择，对于低产或野生菌，uv线往往是首选。
什么是营养缺陷型（auxotroph）突变株？
是指丧失了合成一种或多种必需生长因子能力的菌株，它们只能在补充了相应的生长因子的培养基上才能正常生长。
第三章发酵工业培养基设计
发酵工业培养基的定义？
是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。一般设计适宜于工业大规模发酵的培养基应遵循那些原则?
（1）必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分；
（2）有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质的转化率；
（3）有利于提高产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力；
（4）有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期；
（5）尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化；
（6）原料价格低廉，质量稳定，取材容易；
（7）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；
（8）有利于产品的分离纯化，并尽可能减少产生“三废”物质。
糖蜜常用在酵母发酵产地和抗生素生产过程中作为碳源。
油和脂肪作为碳源时，要供给比糖代谢更多的溶解氧。
常用的氮源分为两大类，分别是有机氮源和无机氮源。
玉米浆是氮源，其pH值超过7.
有机氮源又成为速效氮源。
尿素作为氮源，常在青霉素和谷氨酸生产中应用。
铁是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的成份，因此铁是菌体有氧氧化必不可少的元素。故在一般的
发酵培养基中都有添加。
什么是生长辅助物质？
发酵培养基中某些成份的加入有助于调节产物的形成，这些添加的物质一般被称为生长辅助物质，包括生长因子、前体、产物抑制剂和促进剂。
生长因子的定义？
从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。
有机氮源是生长因子的主要来源。
前体的定义？
前体指加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因其加入而有较大提高的一类化合物。
产物合成促进剂的定义？
所谓产物合成促进剂，是指那些细胞生长非必需的，但加入后却能显著提高发酵产量的一些物质，常以添加剂的形式加入发酵培养基中。
对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源和碳源也应丰富。
第四章发酵工业的无菌技术
用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命物质的过程称为灭菌。
用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器具表面的微生物的过程称为消毒。
发酵过程中染菌的不良后果有哪些？
①由于杂菌污染，使发酵培养基因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降；
②杂菌合成一些新的代谢产物，或杂菌污染后改变了发酵液的某些理化性质，使发酵产物的提取和分离变得困难，造成产物收率降低或产品质量下降；
③杂菌代谢会改变原反应体系的pH值，使发酵发生异常变化；
④杂菌分解产物，使生产失败；
⑤细菌发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，导致整个发酵失败等。
细菌发酵周期较短，主要防止噬菌体污染。
在生产疫苗时，污染的是死菌，可以不全部废弃。
不同发酵时期染菌对发酵的影响及防治方法？
种子扩大时期染菌——灭菌后弃去。
发酵前期染菌——应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种。
发酵中期染菌——挽救困难，应早发现，快处理，处理方法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定。
发酵后期污染——染菌量不太多，可继续发酵。
污染严重，则提前放罐。
染菌的检查与判断，用肉汤培养基，温度应该设定为37℃和27℃。
发酵过程染菌，如各个发酵罐或多数发酵罐染菌，且所污染的是同一种杂菌，一般是空气系统问题。
紫外线可以对细菌芽孢和霉菌孢子灭菌。
热死时间的定义？
在规定的温度下杀死一定比例微生物所需要的时间。
衡量灭菌彻底与否，是以能否杀灭细菌为标准。
为什么在灭菌时选择高温快速灭菌？
低浓度1-2 %NaCl对微生物有保护作用，随着浓度增加，保护作用减弱，当浓度达8-10 %以上，则减弱微生物的耐热性。
一般培养基pH值为6-8 时，微生物最耐热。
发酵过程灭菌，连续灭菌的优点和缺点有哪些？
优点：可采用高温短时灭菌，营养成分破坏少，有利于提高发酵产率；发酵罐利用率高；蒸汽负荷均衡；采用板式换热器时，可节约大量能量；适宜采用自动控制，劳动强度小；可实现将耐热性物料和不耐热性物料在不同温度下分开灭菌，减少营养成分的破坏。
缺点：对小型罐无优势，不方便，对设备要求高；蒸汽波动时灭菌不彻底；当培养基中含有固体颗粒或有较多泡沫时，以分批灭菌好，防止灭菌不彻底。
空气过滤时，一般要求相对湿度达到50-60 %时可以通过过滤器。
空气除菌系统包括一般包括冷却、分离油水、加热和过滤。
20oC的大气被压缩至表压 2.5kg/cm2时温度是多少？（要求列出式子，带入数值，不用计算）
T1=20+273=293k P2/P1=（2.5+1.033）/1.033=3.42 m=1.3 T2=T1(P2/P1)(m-1)/m=293×3.420.3/1.3=389k 空气的绝对湿度和相对湿度的定义？
1m3湿空气中含有的水蒸气绝对量(kg)
Φ）：空气的绝对湿度与同温度下饱和绝对湿度之比值或者空气中水蒸汽分压与同温度时的饱和水蒸汽压之比值，称为空气的相对湿度。Φ=Pw/Ps
压缩空气的露点比原始空气的露点更高，即更易析出水分，为什么压缩比愈大，露点愈高？
提高过滤除菌效率的措施有哪些？
减少进口空气的含菌数量，主要方法：正确选择进风口；提高进口空气的采气位置；采用粗过滤预处理。
设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。
针对不同地区，设计合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的目的。
降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作，主要方法：使用无油润滑的空气压缩机；加强空气冷却和去除油、水；提高进入过滤器的空气温度。
稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。
第五章发酵工业的种子制备
种子扩大的级数是指制备种子需逐级扩大培养的次数。
种子培养的定义？
是指将冷冻干燥管、沙土管中处于休眠状态的工业菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量纯种的过程。
发酵用优良种子应具备的条件有哪些？
生长活力强，延迟期短；生理状态稳定；浓度及总量能满足发酵罐接种量的要求；无杂菌污染，保证纯种发酵；适应性强，生产能力稳定
发酵罐级数愈少，愈利于简化工艺及控制，并可减少种子罐污染杂菌的机会，减少消毒及值班工作量，减少
因种子罐生长异常而造成的发酵波动。
发酵种子的制备一般分为实验室和生产车间种子制备阶段。
在实验室种子的制备过程中,菌种产孢子能力强及孢子发芽、生长繁殖迅速,
在实验室种子的制备过程中，菌种产孢子能力不强或孢子发芽慢，可用固体培养法。
在实验室种子的制备过程中，不产孢子的菌种，保藏基础上，在一定温度下活化即可。
在发酵种子的制备过程中，种子罐级数越少越好。
接种龄的定义？
种子罐中培养的菌体从开始到移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
种子培养期应取菌种的对数生长期为宜。
发酵过程中大量地接入培养成熟的菌种的优点有哪些？
缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，提高了设备利用率；节约发酵培养的动力消耗；有利于减少染菌机会。
接种量的定义及接种量多少对发酵的影响？
接种量：移入的种子液体积和接种后培养液体的体积的比例。
接种量过多，菌丝生长过快、溶氧不足，衰老细胞增加等，发酵后劲不足；种量过少延长发酵周期，形成异常形态，而且易造成染菌。
接种量应以生产菌种在发酵罐中的繁殖速度为依据。接种量的大小直接影响发酵周期。
影响发酵种子质量的因素有哪些？
1、原材料质量：原材料质量波动引起种子质量不稳定；原材料质量波动的主要原因：无机离子含量不同。
2、培养温度：温度过低，菌种生长发育缓慢；温度过高会使菌丝过早自溶。
3、湿度：湿度低，孢子生长快；湿度大，孢子生长慢。
4、通气与搅拌：足够的通气量，以保证菌种代谢正常，提高种子的质量；搅拌可提高通气效果，促进生长繁殖，过度搅拌导致培养液大量涌泡，液膜表面的酶易氧化变性，泡沫过多增加染菌机会，增加能耗；丝状微生物不宜剧烈搅拌。
5、斜面冷藏时间：对孢子的生产能力有较大影响；冷藏时间越长，生产能力下降越多。
6、培养基：有较完全和丰富的营养物质，糖分少，需充足氮源和生长因子，无机氮源比例大；
各种营养物质的浓度不必太高；供孢子用的种子培养基，可添加易被吸收利用的碳源和氮源；应考虑与发酵培养基的主要成分相近。
7、pH
选择最适种子培养pH的原则是获得最大比生长速率和适当的菌量；培养最后一级种子的培养基的pH应接近于发酵培养基的pH，以便种子能尽快适应新的环境
生芽孢的细菌一般是在对数生长期的后期长出芽孢。
丝状真菌发酵的种子扩大培养，丝状真菌既可以利用孢子，也可以利用菌丝体作为接种物接种到发酵罐进行发酵。
丝状真菌不能产生无性孢子的用繁殖体菌丝作为接种物，缺点是难以获得均一的接种物。
第六章发酵动力学
研究发酵动力学的目的有哪些？
认识发酵过程的规律。
优化发酵工艺条件，确定最优发酵过程参数，如：基质浓度、温度、pH、溶氧，等等。
提高发酵产量、效率和转化率等。
微生物的生长仅指细胞数目的增多。
分批发酵的定义？
准封闭培养，指一次性投料、接种直到发酵结束，属典型的非稳态过程。
分批发酵过程中，微生物生长通常要经历延滞期、对数生长期、衰减期、稳定期（静止期）和衰亡期五个时期。
一般来说，细菌、酵母、放线菌和真菌比较，细菌的细胞倍增时间最短，放线菌和真菌的细胞倍增时间最长。Monod 模型公式中，S 表示限制性基质浓度，Ks 表示底物亲和常数(也称半饱和速度常数），表示微生物对底物的亲和力。
Monod 模型公式中，Ks越大，亲和力越大，μ越小。
Ks 是底物亲和常数，其数值等于处于1/2μm时的底物浓度，表征微生物对底物的亲和力，Ks与μ成反（正、反）比。
分批发酵动力学中，假定整个生长阶段无抑制物作用存在，在微生物细胞生长的过程中（5个时期），其μ和X值怎样变化？
基质比消耗速率的定义？
单位质量细胞在单位时间内的基质消耗量。
分别画出产物合成相关、部分相关、非相关模型动力学示意图？
乙醇发酵、氨基酸发酵、抗生素发酵，乙醇发酵的发酵动力学属于生长相关性，抗生素发酵属于非相关性。产物形成动力学中，与生长部分相关性的产物是底物的直接氧化产物。
分批发酵的优缺点有哪些？（4分）
优点：操作简单、投资少；运行周期短；染菌机会减少；生产过程、产品质量较易控制。
缺点：不利于测定过程动力学，存在底物限制或抑制问题，会出现底物分解阻遏效应及二次生长现象；对底物类型及初始高浓度敏感的次级代谢物如一些抗生素等就不适合用分批发酵（生长与合成条件差别大）；养分会耗竭快，无法维持微生物继续生长和生产；非生产时间长，生产率较低。
连续发酵概念？
在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基，同时以相同流量从发酵罐中取出培养液。
罐式连续发酵实现常用方法有恒浊法和恒化法。
连续发酵动力学中，稀释率的定义？
将单位时间内连续流入发酵罐中的新鲜培养基体积与发酵罐内的培养液总体积的比值。
连续发酵过程，单级连续培养两个稳态方程是什么？
临界稀释率Dc 的定义？
导致菌体开始从系统中洗出时的稀释率，当流入底物浓度为S0 时，临界稀释率Dc 为：
细胞回流的单级连续发酵的定义？
进行单级连续发酵时，把发酵罐流出的发酵液进行分离，经浓缩的细胞悬浮液送回发酵罐中。
根据图，判断那种菌留在发酵体系中？
在底物浓度为S 情况下杂菌Y 的生长速率μy 比系统的稀释速率D 要小
Y 的积累速率 ： 结果为负值，所以Y 菌在发酵体系中不存留。
根据图，分析X 和Z 菌的变化情况？
底物浓度为S 的情况下，杂菌Z 能以比D 大，的比生长速率下生长 DZ Z dt dZ Z -=μ
比D 大的多，故 dZ/dt 是正的，杂菌Z 积累，系统中底物浓度下降到S ’，此时 ＝D ，建立新的稳态。此时生产菌X 的比生长速率 比原有的小。 0S K S D S m C +=μZ μZ μ X μX μDY yY dt dY -=μ 补料分批培养的定义？ 分批发酵过程中补充培养基，不从发酵体系中排出发酵液，使发酵液的体积随着发酵时间逐渐增加。 补料分批发酵的优点有哪些？ 可以解除底物的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应。 避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以至通风搅拌设备不能匹配的状况。菌体可被控制在一系列连续的过渡态阶段，可用来作为控制细胞质量的手段。 与连续发酵相比，补料分批发酵的优点在于：①无菌要求低；②菌种变异，退化少；③适用范围更广。 第七章发酵工业中氧的供需 呼吸强度的定义？ 单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量。 摄氧率γ（耗氧速率）的定义？ 单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。 Ccr的定义？ 微生物的比耗氧速率受发酵液中氧的浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，即不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，称为临界氧浓度，以Ccr表示。 当CL>Ccr时，呼吸强度小于（QO2)m。 培养过程中细胞耗氧的一般规律？ A.培养初期：QO2逐渐增高，x较小。 B.在对数生长初期：达到(QO2 )m，但此时x较低，γ并不高。 C. 在对数生长后期：达到γm, 此时QO2< (QO2 )m ，x D. 对数生长期末：基质浓度（S）↓,氧传递效率（OTR）↓, QO2 ↓而γ∝(QO2 , x , OTR), 虽然x=xm,但QO2、OTR 占主导地位，所以γ↓ E. 培养后期：S→0，QO2 ↓↓, γ↓↓ 碳源种类，油脂或烃类、葡萄糖、蔗糖、乳糖中，油脂或烃类的耗氧速率最高，乳糖最低。 就发酵类型讲，若产物通过TCA循环获取,则QO2高,耗氧量大。 在发酵供氧时，细胞团内的传递阻力1/kA始终存在。 发酵过程，供氧方面主要阻力是气膜和液膜阻力。 发酵过程，耗氧方面主要阻力是细胞团内与细胞膜阻力。 按照双膜理论的假设，在发酵供氧过程中，液膜阻力是主要因素。 搅拌对KLa的影响的原因？ 将通入培养液的空气分散成细小的气泡，防止小气泡的凝并，从而增大气液相的接触面积，即a↑→K L a↑→溶氧↑ 搅拌产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间，溶氧↑ 搅拌造成湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度，从而减小传递过程的阻力，即1/K L↓→K L↑→K L a↑→溶氧↑搅拌使菌体分散，避免结团，有利于固液传递中接触面积的增加，使推动力均一；同时，也减少菌体表面液膜的厚度，有利于氧的传递。 搅拌对K L a的有影响，搅拌转速越大，对K L a的影响越大。 在发酵放大过程中, K L a在相同条件下会减小。 表面活性剂的对KLa影响？ 化学法测定溶解氧CL的原理及优缺点？ 原理：在样品中加入硫酸锰和碱性KI溶液，生成氢氧化锰沉淀，与溶解氧反应生成锰酸锰，再在反应液中加入H2SO4, 释放出游离的碘，然后用标准Na2S2O3液滴定。 优点：测定较准确，且能得到氧的浓度值。 缺点：当样品中存在氧化还原性物质，测定结果会有偏差；当样品带有颜色时，会影响测定终点的判断，故不适合测定发酵液的溶解氧浓度。 极谱法测定溶解氧CL的原理及缺点？ 阴极表面与液体的主体之间存在氧的浓度差，于是液体主体的溶解氧就会扩散到阴极的表面参加电极反应，使电路中维持一定的电流。当氧的扩散过程达到稳定状态时，溶解氧浓度与测得的扩散电流成正比。 阴极表面极易被污染，影响重现性，所以一般采用滴汞电板作为阴极，阳极则可用甘汞电极。 如果样品中含有其它的氧化还原性物质会影响电极反应，从而影响到该法的准确性，使测定结果有误差。 动态法测定K L a的优缺点？ 优点：可以测定真实培养状态下发酵液中溶解氧浓度，并可计算出溶氧系数。 缺点：人为停止通气后的情况与在发酵罐中连续通气的实际情况会有一定的差异，而且停止通气会影响微生物的正常生长，因而存在一定的误差。 第八章发酵过程控制复习 发酵过程控制的一般步骤是什么？ 确定能反映过程变化的各种理化参数及其检测方法；研究这些参数的变化对发酵生产水平的影响及其机制，获取最适水平或最佳范围；建立数学模型定量描述各参数之间随时间变化的关系；通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制模型的可行性及其适用范围，实现发酵过程最优控制。 摄氧率(γ)、呼吸强度(QO2)在发酵控制过程中是直接参数。 初级代谢物的定义？ 指一类低分子量的终点产物及这些终点产物的生物合成途径中的中间体。 次级代谢的特点及与初级代谢的关系？ 次级代谢酶的特异性较初级代谢酶的特异性低，故受遗传及环境因素的影响大；次级代谢物的合成途径比初级代谢的种类多，但大多数次级代谢物都是由少数关键中间代谢物组装的；次级代谢产物的合成一般是在生长期后，即培养基中的养分快耗尽，菌的比生长速率降低时才合成。 不同生长阶段的微生物对温度的反应有哪些不同？ 处于延迟期的细菌对温度的影响十分敏感。 对于对数生长期的细菌，如果在略低于最适温度的条件下培养，即使在发酵过程中升温，则升温的破坏作用较弱。 处于生长后期的细菌，其生长速度一般主要取决于溶解氧，而不是温度。 发酵过程中，温度对产物合成的影响？ 改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成；影响生物合成方向；温度对菌的调节机制关系密切；影响酶系组成及酶的特性。 最适温度的定义？ 最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的生成，它是一种相对概念，是在一定条件下测得的结果。引起发酵液中pH下降的因素有哪些？ （1）C/N过高，或中间补糖过多，溶氧不足，致使有机酸积累，pH下降；（2）消泡剂加得过多：脂肪酸增加；（3）生理酸性盐的利用；（4）酸性产物形成：如有机酸发酵。 pH对生长的影响机制有哪些？ 对E合成的影响，对E活性的影响；对A TP生产率影响；影响菌体细胞膜电荷状况，引起膜的渗透性的变化，因而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的分泌；影响培养基某些重要营养物质和中间代谢产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用。 产物合成阶段的最适pH值和微生物生长阶段的最适pH相同。 发酵液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。 发酵过程中溶氧变化规律的平衡点分析？ 发酵补料时，必须在溶氧波谷时补入。 发酵过程的溶氧参数，生长阶段要求CL> CCr ，生产阶段满足CL≥Cm 。 呼吸商（RQ）的定义？ 指菌体呼吸过程中，CO2释放率和菌的耗氧速率之比，RQ反映菌的代谢情况。 只要CO2在培养液中浓度过量，但供氧充足（CL>CCr），CO2的抑制作用可以解除。 不同菌株、同一菌株不同代谢途径、同一菌株利用不同基质、同一菌株在不同发酵阶段，RQ值不相同。 如果产物的还原性比基质大时，其RQ值就减小。 高密度发酵的定义？ 在发酵过程中保持较高的细胞密度，同时细胞或菌体的生产能力保持在较佳的状态。 微生物代谢活动造成泡沫数量变化情况？ 发酵前期：泡沫的高稳定性与高表观黏度同低表面张力有关。 中期：碳源、氮源的利用，以及起稳定作用的蛋白质讲解，发酵液黏度降低和表面张力上升，泡沫减少。 后期：菌体自溶，可溶性蛋白增加，泡沫回升。 发酵过程机械消泡的原理及优缺点？ 原理：靠机械力引起强烈振动或者压力变化，促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收。优点：不需引入外来物质，可节省原材料，减少污染机会，并可减少培养液性质复杂化的程度。 缺点：不如化学消泡迅速可靠，需要一定的设备和消耗一定的动力；不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素。 提高发酵的总产率，必须缩短发酵周期，即菌数最多时放罐。 微生物自溶的定义？ 把微生物因养分的缺失或处于不利的生长环境下，其自身开始裂解的过程称为自溶。 第九章发酵放大与设计复习 就类型来说，通用式发酵罐是指带有通气和机械搅拌装置的发酵罐，是工业生产中最常用的发酵罐。 气升式发酵罐是依靠压缩空气作为液体的提升力，使罐内发酵液通过上下翻动实现混合和传质传热过程。 管道式发酵罐也常用于无菌条件较高的环境。 自吸式发酵罐适合于耗氧很高的发酵类型。 通用式发酵罐大多采用涡轮式搅拌器，而又以圆盘涡轮搅拌器为主。 圆盘涡轮搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式三种。 平叶式、弯叶式、箭叶式三种搅拌器，就综合传质和混合能力比较，箭叶式最好。 常用的轴封有填料函和端面轴封两种。 什么是全档板条件？ 指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增加档板或其它附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失, 即要满足下式： （W/D）?Z =0.4 Z—档板数 空气分布器两种分别是 单孔管 和 环形管 。 空气分布器环形管型适用于细度极小且易溶于水的固体发酵原料。 发酵罐放大方法有经验放大法、 量纲分析法 、 时间常数法 、数学模型法。 空气流量放大，以VVM 相等的原则放大，ws2/ws1比值是 。 空气流量放大，以Ws 相等的原则放大，VVM2/VVM1等于 。 空气流量放大，以KLa 相等的原则放大， VVM2/VVM1等于 发酵设计时，非几何放大多用于菌株对 剪切力 敏感的发酵放大设计。 简单介绍发酵罐的类型及其特点？ （1）通用式发酵罐 通用式发酵罐是指带有通气和机械搅拌装置的发酵罐，是工业生产中最常用的发酵罐。 （2）气升式发酵罐 此类发酵罐是依靠无菌压缩空气作为液体的提升力，使罐内发酵液通过上下翻动实现混合和传质传热过程。其特点是结构简单，无轴封，不易污染，氧传质效率高，能耗低，安装维修方便。 （3）管道式发酵罐 管道式发酵罐是以发酵液的流动代替搅拌作用，依靠液体的流动，实现通气混合与传质等目的。 （4）固定化发酵罐 固定化发酵罐是一种在圆筒形的容器中填充固定化酶或固定化微生物进行生物催化反应的装置。其优点是生物利用率比较高。 （5）自吸式发酵罐 自吸式发酵罐是一种无需其他气源供应压缩空气的发酵罐，其关键部位是带有中央吸气口的搅拌器。在搅拌过程中可以自吸入过滤空气，适合于耗氧很低的发酵类型。 （6）伍式发酵罐 伍式发酵罐的主要部件是套筒、搅拌器。搅拌时液体沿着套简外向上升至液面，然后由套筒内反回罐底，搅拌器是用6根弯曲的中空的不锈钢管子焊于圆盘上，兼作空气分配器。这种发酵罐多应用于纸浆废液发酵生产酵母。设备的缺点是结构复杂，清洗筒套较困难，消耗功率较高。 第十四章 发酵经济学 在开发一个新的发酵产品时，应从哪些方面考虑？（4分） （1）总投资额应尽可能低。 （2）发酵原料来源应广泛、价格低廉、易于采购、运输和有较高的利用率，而且通常要有替代品。 （3）发酵生产菌种应是高产稳定、适应性强的优良生产菌株； （4）发酵过程应易于控制，且可实现自动控制，以控制产品的质量； （5）发酵过程中尽量提高设备的利用率减少非生产时间。 （6）发酵生产过程中应充分利用动力和热量，最大限度降低单位能耗； （7）发酵产物的回收和纯化过程要简便、快速，以降低分离纯化成本并减少总生产时间； （8）“三废”排放和处理 发酵原材料矿物质中的磷酸盐，要求是肥料级的。 发酵培养基用的钾、镁、锌、铁盐，应采用它们的氯化物 。 211212)()(P P D D W W S S ==2112211221212D D P P V V D D P P VVM VVM L L ?=??= 利用空气过滤器过滤空气的一般工艺流程是什么？ ①利用空气压缩机将空气压入储气罐；②储气罐中空气通过净化罐除去小颗粒物质；③在经过热空气冷却装置以及除水除油设备除去空气中的水蒸气和油（采用无油压缩机不需要除油）；④最后，空气经过多级空气过滤器除去空气中的微生物获得具有压力和流量的无菌空气，其温度与发酵温度基本一致。 分批发酵、连续发酵、补料发酵比较，当发酵采用的微生物不受底物抑制，具有较强的基质转化能力和生产效率时，可采用分批发酵。 分批发酵、连续发酵、补料发酵比较，发酵微生物能高效地利用基质、菌种遗传性能稳定及抗杂菌污染能力强，可采用连续发酵。 分批发酵、连续发酵、补料发酵比较，以发酵后处理成本为主的发酵可采用分批补料发酵。 发酵的下游工艺的优劣对产品成品的影响主要表现在哪些方面？ 影响着成本的最终收得率；提取过程动力费用大；提取过程要耗用大量的溶剂、吸附剂、中和剂等辅助材料；设备投资大，有的已占有全厂设备总投资额的80%，或是发酵设备投资额的5~6倍。 发酵工程生产效率的定义？ 又称发酵速率，是指单位操作时间、单位发酵体积所产生的发酵产物量，它是评价发酵生产的主要指标之一。生产效率有发酵过程的生产速率和发酵设备的生产能力两种表示方法。 发酵过程的生产速率的定义？ 发酵过程的生产速率指发酵过程中，单位时间内单位发酵体积所产生发酵产物量，以kg/(m3·h）或g/(L·h）表示之。对于连续发酵，其生产速率是不变的；而对于分批发酵，其生产速率随时间而变，一般可用平均生产速率表示： 发酵设备的生产能力的定义？ 指在一定时间内单位发酵罐容积所产生的发酵产物量。发酵设备的生产能力，不仅包括设备的有效运转时间、辅助时间和维修时间，而且与发酵罐的装料系数等有关，因而它更能全面反映发酵生产的效率。 基质转化率的定义？ 基质转化率是指发酵工艺中所使用的主要基质（一般指碳源或其它成本较高的基质）转化为发酵产物的得率，常以g/kg或％表示。 7ru 《酿酒工艺学》复习思考题（答案仅供参考，非标准答案） 浸麦度:浸麦后大麦的含水率。 煮沸强度:指煮沸锅单位时间（h）蒸发麦汁水分的百分数。 原麦汁浓度:发酵前麦汁中含可溶性浸出物的质量分数。 无水浸出率:100g干麦芽中浸出物的克数。 浸出物:在一定糖化条件下所抽提的麦芽可溶性物质。 糊化：淀粉受热吸水膨胀，从细胞壁中释放，破坏晶状结构，并形成凝胶的过程 液化：淀粉长链在受热或淀粉酶的作用下，断裂成短链状，粘度迅速降低的过程。 糖化：指将麦芽和辅料中高分子贮藏物质及其分解产物通过麦芽中各种水解酶类作用，以及水和热力作用，使之分解并溶解于水的过程。 浸出糖化法：麦芽醪纯粹利用其酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪的温度，使之糖化完成。麦芽醪未经煮沸。用于制作上面发酵的啤酒。 煮出糖化法：麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用，使其有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸、并醪，使醪逐步梯级升温至糖化终了，用于全麦发酵生产下面发酵啤酒 复式糖化法：糖化时先在糊化锅中对不发芽谷物进行预处理——糊化、液化（即对辅料进行酶分解和煮出），然后在糖化锅进行糖化的方法。用于添加非发芽谷物为辅料生产下面发酵啤酒 蛋白质休止：利用麦芽中的内、外肽酶水解蛋白质形成多肽和氨基酸， 泡持性：通常，啤酒倒入干净的杯中即有泡沫升起，泡沫持久的程度即为泡持性。 挂杯：倒一杯酒，轻轻摇杯，让酒液在杯壁上均匀地转圈流动，停下来酒液回流，稍微等会儿，你就会看到摇晃酒杯的时候，酒液达到的最高的地方有一圈水迹略为鼓起，慢慢地就在酒杯的壁面形成向下滑落的酒液，象一条条小河，这就是挂杯。 清蒸清碴：酒醅和碴子严格分开，不混杂。即原料清蒸、清碴发酵、清蒸流酒。 清蒸混碴：酒醅先蒸酒，后配粮混合发酵。 混蒸混碴：将酒醅与粮粉混合蒸馏，出甑后冷却、加曲，混合发酵。 粮糟：母糟配粮后称之粮糟 酒醅（母糟）：指正在发酵或已经发酵好的材料。 喂饭法发酵：将酿酒原料分成几批，第一批先做成酒母，在培养成熟阶段，陆续分批加入新原料，起扩大培养、连续发酵的作用，使发酵继续进行。 生啤酒：不经巴氏灭菌，而采用其他方式除菌达到一定生物稳定性的啤酒。 鲜啤酒：不经巴氏灭菌的新鲜啤酒。 干型酒：酒的含糖量<15g/L的酒，以葡萄糖计。 淋饭酒母：传统的自然培养法，用酒药通过淋饭酒制造的自然繁殖培养酵母菌，这种酒母为淋饭酒母。串蒸：食用酒精或白酒经香醅料层再次蒸馏生产白酒的工艺。 酒的分类。 发酵酒：以粮谷、水果、乳类等为原料，主要经酵母发酵等工艺制成的、酒精含量小于24%（V/V）的饮料酒。 蒸馏酒：以粮谷、薯类、水果等为主要原料，经发酵、蒸馏、陈酿、勾兑制成的、酒精度在18%~60%（V/V）的饮料酒。 配制酒：以发酵酒、蒸馏酒或食用酒精为酒基，加入可食用的辅料或食品添加剂，进行调配、混合或在加工制成的、已改变其原酒基风味的饮料酒。 黄酒的分类。 1.按生产方法分类： 实验一、酿酒葡萄成熟度的控制以及入罐发酵 一、目的与要求 成熟度是决定葡萄酒质量的重要因素。通过测定浆果的成熟度，来了解原料的成熟质量，确定各品种的最佳工艺成熟度，并以此决定葡萄酒类型和相应的工艺条件。同时简单了解葡萄酒酿制的工艺原理。 二、试剂与仪器 1.pH计、手持糖量计、托盘天平、量筒、水浴锅、电炉、移液管、锥形瓶、容量瓶、5L玻璃瓶。 2.斐林试剂A、B液，1%次甲基兰，0.1mol/L氢氧化钠溶液、1%酚酞指示剂、邻苯二甲酸氢钾，95%酒精，盐酸等。 三、方法与步骤 1.采样：从转色期开始每隔5-7天采样一次，对于大面积园，采用250株取样法：每株随机取1-2粒果实，并取300—400粒；面积较小的品种。可随机取5 - l0穗果实，装入塑料袋于冰壶中，迅速带回实验室分析。简单的成熟度的测定可用手持糖量计测定，如果是精确的测定可在实验室中采用斐林试剂测定。 2.百粒重与百粒体积，随机取100粒果实，称重，然后将其放入250ml(或500ml)量筒中，加入一定体积的水，至完全淹没果实．读取量筒水面的读数，减去加入时的水量，即为百粒体积。 3.出汁率的测定；取100g分选较好的葡萄果粒，用纱布挤汁，放入小烧杯中，立即称量；出汁率=葡萄汁重量/葡萄果实重量。 干红葡萄酒的发酵工艺过程图 计算：在发酵结束后还需要再进行出汁率的测定。 自流汁率(％)=W1/W2 x 100 总出汁率(％)=(W1+W2)/ Ws x 100 式中W1——葡萄浆自流汁的重量，(g)； Ws——试样重量，(g)； W2——经压榨流出的葡萄汁重量，(g)。 4.可溶性固形物与pH值；用手持糖量计测定葡萄汁的可溶性固形物(％)，取20ml汁测pH值。 5.还原糖与总酸：用斐林试剂法测定还原糖，用碱滴定法测定总酸。 6.果皮色价测定：取20粒果实，洗净擦干，撕下果皮并用吸水纸擦净皮上所带果肉及果汁，然后剪碎，称取0.2克果皮用盐酸乙醇溶液(1 mol/L盐酸: 95％乙醇= 15：85)50ml浸泡，浸泡20小时左右，然后测定540nm下的吸光度，计算果皮色价(X A x 10)/W (X A——吸光度，W——果皮重量g)。 7.入罐：分选葡萄果实，剔除病虫、生青、腐烂的果实。除梗，破碎30%，入罐。 四、结果及分析 评价浆果的成熟质量。 发酵工程复习题库 一、填空题（常为括号后2－4字） 1. 淀粉水解糖的制备可分为（ ）酸解法、（ ）酶解法和酸酶结合法 三种。 2. 糖酵解途径中的三个重要的关键酶是（ ）己糖激酶、磷酸丙糖激酶、（ ）丙 酮酸激酶。 3. 甘油的生物合成机制包括在酵母发酵醪中加入（ ）亚硫酸氢钠 与乙醛起加成反应 和在（ ）碱性 条件下乙醛起歧化反应。 4. 微生物的吸氧量常用呼吸强度；耗氧速率两种方法来表示，二者的关系是 （ ） 。 5. 发酵热包括（ ）生物热；搅拌热；蒸发热和（ ）辐射热等几种热。 6. 发酵过程中调节pH 值的方法主要有添加（ ）碳酸钙法；氨水流加法和尿素流加 法。 7. 微生物工业上消除泡沫常用的方法有（ ）化学消泡和（ ）机械消泡两种。。 8. 一条典型的微生物群体生长曲线可分为（ ）迟滞期、对数期；（ ）稳定期； 衰亡期四个生长时期。 9. 常用菌种保藏方法有（ ）斜面保藏法、（ ）沙土管保藏法、液体石蜡保藏法； 真空冷冻保藏法等。 10. 培养基应具备微生物生长所需要的五大营养要素是（ ）碳源、氮源；（ ）无 机盐；（ ）生长因子和水。 11. 提高细胞膜的（ ）谷氨酸通透性，必须从控制磷脂的合成着手或者使细胞膜受损 伤。 12. 根据微生物与氧的关系，发酵可分为（ ）有（需）氧发酵；（ ）厌氧发酵两 大类。 13. 工业微生物育种的基本方法包括（ ）自然选育、诱变育种； 代谢控制育种；（ ） 基因重组和定向育种 等。 14. 肠膜明串珠菌进行异型乳酸发酵时，产物为（ ）乳酸；（ ）乙醇；CO2。 15. （ ）诱导酶指存在底物时才能产生的酶，它是转录水平上调节（ ）酶浓度的 一种方式。 16. 发酵工业的发展经历了（ ）自然发酵，纯培养技术的建立，（ ）通气搅拌的 好气性发酵技术的建立，人工诱变育种（ ）代谢控制发酵技术的建立，开拓新型 发酵原料时期，与（ ）基因操作技术相结合的现代发酵工程技术 等六个阶段。 17. 去除代谢终产物主要是通过改变细胞的膜的（ ）通透性来实现。 18. 获得纯培养的方法有（ ）稀释法，（ ）划线法，单细胞挑选法，利用选择培 养基分离法等方法。 19. 生长因子主要包括（ ）维生素，（ ）氨基酸，（ ）碱基，它们对微生物 所起的作用是供给微生物自身不能合成但又是其生长必需的有机物质。 20. 微生物生长和培养方式，可以分为（ ）分批培养，（ ）连续培养，补料分批 培养三种类型。 21. 影响种子质量的主要因素包括培养基，（ ）种龄与（ ）接种量，温度，pH 值， 通气和搅拌，泡沫，染菌的控制和（ ）种子罐级数的确定。 22. 空气除菌的方法有加热杀菌法，静电除菌法，（ ）介质过滤除菌法。 23. 发酵产物的浓缩和纯化过程一般包括发酵液（ ）预处理，提取，精制。 24. 菌种扩大培养的目的是为每次发酵罐的投料提供（ ）数量相当的（ ）代谢旺 盛的种子。 25. 在微生物研究和生长实践中，选用和设计培养基的最基本要求是（ ） 目的明确， （ ）营养协调，物理化学条件适宜和（ ）价廉易得。 26. 液体培养基中加入CaCO3的目的通常是为了调节（ ）pH 值。 27. 实验室常用的有机氮源有（ ）牛肉膏，蛋白胨等，无机氮源有 硫酸铵，硝酸钠， 等。为节约成本，工厂中常用尿素、（ ）液氨等作为氮源。 () X c Q r O ?=2 《发酵工程工艺原理》复习思考题 第一章思考题： 1．何谓次级代谢产物？次级代谢产物主要有哪些种类？举例说明次级代谢产物 在食品中的应用及对发酵食品的影响。P50 初级代谢：指微生物的生长、分化和繁殖所必需的代谢活动而言的。初级代谢过程所生成的产物就是初级代谢产物。 关系不大，生理功能也不十分清楚，但可能对微生物的生存有一定价值。次级代谢过程所生成的产物就是次级代谢产物。通常在细胞生成的后期形成。 次级代谢产物有抗生素、生物碱、色素和毒素等。 2．典型的发酵过程由哪几个部分组成？ 发酵工程的一般过程可分为三个步骤：第一，准备阶段；第二，发酵阶段；第三，产品的分离提取阶段。 准备阶段的任务包括四个方面，即各种器具的准备，培养基的准备，优良菌种的选择或培育，器具和培养基的消毒。 优良菌种是保证发酵产品质量好、产量高的基础。优良菌种的取得，最初是通过对自然菌体进行筛选得到的。20世纪40年代开始使用物理的或化学的诱变剂，如紫外线、芥子气等处理菌种，进行人工诱发突变，从而迅速选育出比自然菌种更优良的菌种。后来，又运用细胞工程和遗传工程的成果来获取菌种。例如，使用大肠杆菌生产人类的胰岛素、生长素、干扰毒等等。 在发酵过程中，还要防止“不速之客”来打扰。发酵工程要求纯种发酵，以保证产品质量。因此，防止杂菌污染是确实保证正常生产的关键之一。其方法是，对于这些不受欢迎的“来客”进行灭菌消毒。在进行发酵之前，对有关器械、培养基等也进行严格的消毒。 第二章思考题： 1．食品发酵对微生物菌种有何要求？举例说明。 ?能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能高产和稳产所需的代谢产物。 ?可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高。 ?生长速度和反应速度快，发酵周期短。 ?副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。 ?菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。 ?对于用作食品添加剂的发酵产品以及进行食品发酵，其生产所用菌种必须符合食品卫生要求。 2．什么叫自然突变和诱发突变？诱变育种的实质是什么？P17 自然突变：在自然状况下发生的突变； 酿造工艺学 1.简述浓香型酿酒工艺的基本特点，以代表企业的生产工艺叙述其区别。 2.叙述提高浓香型大曲酒质量的技术措施，从微生物学的理论论述人工培养老窖泥的特 点，回窖发酵的特点。 3.中国白酒根据其香型分为几类，简述各类生产工艺的大曲、酿酒工艺中微生物菌系的 特点及作为规律 酱香、浓香、清香和兼香 大曲的微生物：霉菌、酵母菌、细菌、放线菌 高温曲（酱香型） 制曲微生物动态 在制曲的初始阶段，主要是毛霉类 第二次翻曲后，曲霉和红曲霉类代之而起，直到除仓曲霉出现。 整个过程细菌是优势菌群，高温阶段主要嗜热芽孢杆菌 微生物种类及演变规律 曲坯入库：细菌的种类和数量都比较多，以G-为主（假单胞菌，兼性好氧菌，芽孢杆菌）进入升温阶段：细菌生长繁殖，假单胞菌，兼性好氧菌，芽孢杆菌，G-转换为G+ 为主。高温成香阶段：主要以G+ 为主，如周身鞭毛，无荚膜的菌株B43、B19、B4等菌株，产芽孢的有夹膜、无鞭毛的菌株B58、B17、B43等菌株（105-106 cfu/g 曲） 大曲的干燥阶段：主要以G+ 为主 各种微生物作用 细菌： 主要动力源泉：中后期借助微生物的代谢作用（香草醛、阿魏酸、丁香酸），从中分离的可培养细菌菌株生产的大曲均有酱香味——嗜热芽孢杆菌等有益微生物和茅台酒的香味有密切关系。 生物催化剂的合成：代谢过程形成的淀粉酶类、蛋白酶、纤维素酶，参与氧化还原反应的各种脱氢酶。次级代谢产物的形成，赋予酒体风格 真菌：酵母菌、霉菌 代谢过程形成的淀粉酶类、蛋白酶、纤维素酶，酯化酶 多菌株混合发酵：不同微生物间不同代谢途径的相互组合，切断或阻遏某种微生物的部分代谢途径，从而产生了多种基因工程菌的作用，以合成目的产物 多种微生物的相互作用，相互制约，共同代谢，共同发酵得到独特风格的产物 中低温（浓香型） 整个制曲过程微生物消长的基本规律 微生物总数在前半个培养周期中，总数呈增长趋势，进入培养中期，微生物总数达到最高。随着培养过程进行，进入培养后期，微生物总数呈现递减的趋势。 培养温度在30－45℃的范围，变化最大，增长速率最大，只要有一定的水分和养分，各类中温微生物都能很好地生长，出现高峰。 当培曲过程中进入到高温阶段（>50℃），大部分菌类的生长繁殖受到明显的抑制，甚至被淘汰，此时的负增长速度最快，高温是造成微生物大幅减少的主要原因。出房前一段时期，主要是由于曲坯水分的大量散失，含水量小于20％，影响了微生物的生长繁殖，温度的影响已成为次要的因素，其微生物负增长速率变化也缓和得多，大部分微生物已处于休眠状态。低温期时细菌占优势，其次是酵母、再其次为霉菌。进入培菌的高温时期后，不耐温的细菌 一．名词解释 1.前体：某些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。如在青霉素的发酵生产中，苯乙胺及其衍生物和一些脂肪酸的前体可以被优先结合到青霉素分子中去，它们是青霉素分子的组成部分。并且加入的这类分子不同，除可以提高产量外，还可以形成不同的青霉素。 2.聚合度：衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以n表示;以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含单个结构单元数目。由于高聚物大多是不同分子量的同系物的混合物，所以高聚物的聚合度是指其平均聚合度。 3.增效反馈调节：又称合作反馈抑制，在分支代谢途径中，当两个分支的末端产物同时存在时，反馈抑制明显强于只有一种末端产物存在时的作用。也就是1+1>2的效果。 4.共同中间体：是指既是生产初级代谢产物的中间体也是生产次级代谢产物的中间体。 5.分批发酵：又称分批培养，即在一个密闭系统内一次性投入有限数量的营养物进行培养的方法。在以后微生物的整个生长繁殖过程中，除加氧气、消泡剂及控制pH值外，不再加入任何其他物质，因此这是一种非恒态的培养方法。 6.倒种法：种子罐数量较少，当菌种不够对多个发酵罐接种使用时，一个发酵罐加入全部菌种培养后，一罐分两罐，再补加培养基进行发酵。 7.临界氧浓度：是指不影响微生物呼吸的最低溶氧浓度，和菌种的种类、大小、生长状态等有关。 8.半合成抗生素：一部是微生物合成，另一部分是用化学方法或生物方法进行修饰而成的衍生物。 9.化学耗氧量：又称化学需氧量，简称COD。是指在一定条件下，水体中存在的能被一定的氧化剂（如高锰酸钾和重铬酸钾）所氧化还原性物质的量，通常用mg/L来表示。COD是表示水体有机污染的一项重要指标，能够反应水体的污染程度。化学耗氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。 10.抗生素的效价单位：指每毫升或每毫克中所含某种抗生素的有效成分的多少，其有三种表示方法：一是稀释单位，是将抗生素配成溶液，逐步进行稀释，以抑制某一标准菌株生长发育的最高稀释度（即最小剂量）作为效价单位；二是重量单位，是以抗生素的有效成分（即生理活性部分）的重量作为抗生素的效价单位，即1微克作为一个效价单位；三是特殊单位，某些抗生如青霉素G钠盐1毫克定为1667单位，另外，为了生产科研的方便而规定的，链霉素、土霉素等其效价基准都是以1毫克作1000单位计算。 11.抗菌谱：是指某种抗生素所能抑制或杀灭病原体的范围及其所需要的剂量称之为该种抗生素的抗菌谱。 12.发酵热：引起发酵过程中温度变化的原因是在发酵过程中所产生的热量，叫做发酵热。发酵热=生物热+搅拌热-蒸发热-显热-辐射热 13.生物热：是指微生物在生长繁殖过程中本身所产生的大量的热，主要来源是培养基中的碳水化合物、脂肪和蛋白质被微生物分解成二氧化碳、水和其他物质时释放出来的。 《发酵工程》复习资料 一、单项选择题 1、被现代誉为微生物学鼻祖、发酵学之父的巴斯德。 A、首次观察到大量活着的微生物； B、建立了单种微生物的分离和纯培养技术； C、阐明了微生物产生的化学反应本质； D、首次证明酒精发酵是酵母菌所引起的。 2、关于Pirt方程π＝a + bμ，不正确的有。 A、a=0、b≠0：可表示一类发酵； B、a≠0、b ≠ 0：可表示二类发酵； C、a=0、b≠0：可表示三类发酵； D、第二类发酵表明产物的形成和菌体的生长非偶联。 3、代谢参数按性质分可分。 A、物理参数、化学参数和间接参数； B、中间参数和间接参数； C、物理参数、化学参数和生物参数； D、物理参数、直接参数和间接参数。 4、关于菌种低温保藏的原理正确的有。 A、低于最低温度，微生物很快死亡； B、低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡； C、高于最高温度，微生物很快死亡； D、低于最低温度，微生物胞内酶均会变性。 5、下列不是利用热冲击处理技术提高发酵甘油产量的依据的有。 A、酵母在比常规发酵温度髙10~20℃的温度下经受一段时间刺激后，胞内海藻糖的含量显著增加； B、Lewis发现热冲击能提高细胞对盐渗透压的耐受力； C、Toshiro发现热冲击可使胞内3-磷酸甘油脱氢酶的活力提高15~25%，并导致甘油产量提高； D、Lewis发现热冲击可使胞内3-磷酸甘油脂酶的活力提高15~25%，并导致甘油产量提高。 6、霉菌生长pH为5左右，因此染为多。 A、细菌； B、放线菌； C、酵母菌； D、噬菌体。 7、放线菌由于生长的最适pH为7左右，因此染为多 A、细菌； B、酵母菌； C、噬菌体； D、霉菌。 8、不是种子及发酵液无菌状况检测方法的有。 A、酚红肉汤培养基检测； B、平板划线； C、显微镜观察； D、尘埃粒子检测。 9、要实现重组大肠杆菌的高密度培养，最常用和最有效的方法就是。 A、反复分批培养； B、分批补料流加培养法； C、连续培养法； D、反复分批流加培养法。 10、微生物菌种的筛选最关键的是要找到一个合适的“筛子”，在耐高酒精浓度酿酒酵母的筛选中，这个“筛子”是。 A、平板培养基中高葡萄糖含量； B、种子培养基中高酒精含量； C、平板培养基中高酒精含量； D、发酵培养基中高酒精含量。 11、在摇瓶发酵法生产糖化酶实验中，糖化酶比酶活力单位应为。 A、U/mL粗酶液； B、U/g淀粉； C、U/g酶； D、U/mL培养基。 12、在反复分批发酵过程中，细胞回用操作必须在进行。 A、密闭条件下； B、无菌条件下； C、稳定条件下； D、任何条件下。 13、现代发酵工程采取的优化策略是。 A、高产量； B、高转化率； C、高产率； D、高产量、高得率和高生产强度的相对统一。 14、下列叙述正确的是。 A、在稳定期，细胞增加速度和死亡速度达到平衡，细胞浓度达最大，活细胞重量基本维持恒定； B、稳定期往往是微生物次级代谢产物大量产生的时期； C、在稳定期，细胞的能量贮备已消耗完，细胞开始死亡； D、在工业生产中，通常在对数生长期的末期或衰亡期开始之后结束发酵过程。 15、在微生物培养过程中，消耗的底物。 A、只用于菌体生长、菌体维持和产物生成； B、只用于菌体生长和产物生成； C、用于菌体生长、菌体维持和产物的生成，有的底物还与能量的产生有关； D、只用于菌体生长。 16、现代发酵工程采取的优化策略是。 A、高产量； B、高转化率； C、高产率； D、高产量、高得率和高生产强度的相对统一。 发酵与酿造食品工艺学实验指导书 食品科学与工程实验室 徐君飞 实验一腐乳的加工 1、实验目的 1.1 掌握豆腐乳发酵的工艺过程。 1.2 观察豆腐乳发酵过程中的变化。 2、原理 豆腐乳是我国独特的传统发酵食品，是用豆腐发酵制成。民间老法生产豆腐乳均为自然发酵，现代酿造厂多采用蛋白酶活性高的鲁氏毛霉或根霉发酵。豆腐坯上接种毛霉，经过培养繁殖，分泌蛋白酶、淀粉酶、谷氨酰胺酶等复杂酶系，在长时间后发酵中与腌坯调料中的酶系、酵母、细菌等协同作用，使腐乳坯蛋白质缓慢水解，生成多种氨基酸，加之由微生物代谢产生的各种有机酸与醇类作用生成酯，形成细腻、鲜香的豆腐乳特色。 早在公元5世纪的北魏古籍中，就有关于腐乳生产工艺的记载“于豆腐加盐成熟后为腐乳”。明李晔的《蓬栊夜话》亦云：“黟（移）县人喜于夏秋间醢腐，令变色生毛随拭之，俟稍干……”。千百年来，腐乳一直受到人们的喜爱。这是因为经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。腐乳品种多样，如红豆腐乳、糟腐乳、醉方、玫瑰红腐乳、辣腐乳、臭腐乳、麻辣腐乳等。品种虽多，但酿造原理相同。 发酵豆制品营养丰富，易于消化，在发酵过程中生成大量的低聚肽类，具有抗衰老、防癌症、降血脂、调节胰岛素等多种生理保健功能，对身体健康十分有利。 具有降低血液中胆固醇浓度、减少患冠心病危险的功能。发酵豆制品中含有丰富的苷元型异黄酮，它是大豆和豆腐中原有的异黄酮经发酵转化的，但比原有的异黄酮功能性更强，且更易吸收。60克豆豉、60克豆酱或100克腐乳就含有50毫克的高活性异黄酮，达到美国食品与药物管理局推荐预防冠心病的每日摄取量。 酿造工艺学 一、填空题 1.发酵的基本要素：发酵基质、环境条件、发酵微生物 2.参与发酵的微生物：霉菌、酵母菌、细菌 3.菌种选育的常用方法：自然选育，诱变育种，菌种的基因重组 4.制曲其实就是种曲扩大培养的过程 5.大曲白酒通常采用固态制醅发酵工艺，固态蒸馏工艺。 6.我国白酒的分类方法多样，其中以香型分类为常用，一般认为白酒可分为四种，即浓香型酒，以泸州老窖酒为代表；酱香型，以茅台酒为代表；清香型，以山西汾酒为代表；米香型，以桂林三花酒为代表。 浓香型白酒主要香气成分是己酸乙酯和丁酸乙酯，酱香型白酒主要香气成分是高沸点羟基化合物和酚类化合物，清香型白酒主要香气成分是乙酸乙酯和乳酸乙酯。 7.种曲作用是提供大量的孢子，而曲通常用来提供大量的菌体或酶。 8.发酵工艺按发酵基质的物理性质分类，分为固态发酵、液态发酵、半固态发酵三种。 9.根据制曲过程中控制曲坯最高温度不同，可将大曲分为：高温大曲、偏高温大曲和中温大曲。 10.葡萄酒发酵过程中最重要的微生物是酵母菌，乳酸菌也起到一定作用。 11.发酵过程中的消泡可分为机械消泡和化学消泡二类。 12.乳酸发酵类型一般分同型乳酸发酵途径、异型乳酸发酵途径和双歧途径。 13.菌种扩大培养可分2个阶段实验室种子制备阶段和生产车间种子制备阶段。 14.谷物酿造分为两类谷物发芽、谷物制曲 二、名词解释 1.酿造：是我国人们对一些特定产品发酵生产的特殊称法，是未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵。 2.菌种选育：是利用微生物遗传变异的特性，采用各种手段改变菌种的遗传性状，经筛选获得新的适合生产的菌株。 3.大曲：是以小麦或大麦和豌豆等为原料，经破碎、加水拌料、压成砖块状的曲坯后，再在人工控制的温度和湿度下培养、风干而制成。 4.小曲：是以米粉或米糠为原料，添加或不添加中草药，自然培育或接种母曲，或接种纯粹根霉和酵母，然后培养而成，呈颗粒状或饼状。 5.淀粉糊化：淀粉在水中经加热会吸收一部分水而发生溶胀，如果继续加热至一定温度（一般60～80℃），淀粉粒即发生破裂，造成黏度迅速增大，体积也随之迅速变大，这种现象称为淀粉的糊化。经糊化的淀粉称为α-淀粉。 6.淀粉液化：淀粉发生糊化之后，继续升温，支链淀粉也开始溶解，胶体状态破坏，形成黏度较低的流动性醪液，这种现象称淀粉的溶解，或称液化。 7.固态发酵：指在没有或几乎没有游离水的不流动基质上培养微生物的过程，此基质称为“醅”。 8.糖酵解：生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为糖酵解。 一、选择题（多项或单项） 1．发酵工程得前提条件就是指具有( A )与( E C)条件 A、具有合适得生产菌种 B、具备控制微生物生长代谢得工艺 C．菌种筛选技术D、产物分离工艺E．发酵设备 2．在好氧发酵过程中，影响供氧传递得主要阻力就是（ C ） A．氧膜阻力 B．气液界面阻力 C．液膜阻力 D．液流阻力 3．微生物发酵工程发酵产物得类型主要包括: ( ABC ) A、产物就是微生物菌体本身 B、产品就是微生物初级代谢产物 C、产品就是微生物次级代谢产物 D、产品就是微生物代谢得转化产物 E、产品就是微生物产生得色素 4．引起发酵液中pH下降得因素有：( BCDE ) A、碳源不足 B、碳、氮比例不当 C、消泡剂加得过多 D、生理酸 性物质得存在E、碳源较多 5．发酵培养基中营养基质无机盐与微量元素得主要作用包括: (ABCD ) A、构成菌体原生质得成分 B、作为酶得组分或维持酶活性 C、调节细胞渗透压 D、缓冲pH值 E、参与产物得生物合成6．在冷冻真空干燥保藏技术中，加入5%二甲亚砜与10%甘油得作用就是（B ） A 营养物 B 保护剂 C 隔绝空气 D 干燥 7．发酵就是利用微生物生产有用代谢产物得一种生产方式，通常说得乳酸发酵属于（ A ） A、厌氧发酵B．氨基酸发酵C．液体发酵D．需氧发酵 8．通过影响微生物膜得稳定性，从而影响营养物质吸收得因素就是（ B ） A、温度 B、pH C、氧含量D．前三者得共同作用 9．在发酵工艺控制中，主要就是控制反映发酵过程中代谢变化得工艺控制参数，其中物理参数包括：( ABCD ) A、温度 B、罐压 C、搅拌转速与搅拌功率 D、空气流量 E、菌体接种量10．发酵过程中较常测定得参数有：( AD ) A、温度 B、罐压 C、空气流量 D、pH E、溶氧 二、填空题 食品发酵工艺学 第一章绪论 一、食品发酵与酿造的历史 1.列文虎克Leeuwenhoek Antoni Van ( 1632-1723 )：成功制造了世界上第一台显微镜，并在人类历史上第一次通过显微镜发现了单细胞生命体-----微生物。 2. 巴斯德（Louis Pasteur,1822~1895）巴斯德的主要贡献：发明了巴斯德灭菌法。1861年，巴斯德实验，结束了绵延100多年的争论，把自然发生论赶出了科学界。1865年，巴斯德受农业部长的重托，解决了法国南部蚕业上遇到的疾病使蚕大量死亡的难题。发明了狂犬病疫苗，他还指出这种病原物是某种可以通过细菌滤器的“过滤性的超微生物”。 3.科赫（Koch, Robert 1843~1910）科赫的主要贡献：1881年后，创用了固体培养基划线分离纯种法。建立了单种微生物的分离和纯培养技术。1882年3月24日科赫在德国柏林生理学会上宣布了结核菌是结核病的病原菌。单种微生物分离和纯培养技术的建立，是食品发酵与酿造技术的第一个转折点。 4. 20世纪40年代，好气性发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第二个转折点。 5. 人工诱变育种技术和代谢调控发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第三个转折点。6．20世纪70年代发展起来的DNA重组技术，又大大推动了发酵与酿造技术的发展。 二、食品发酵与酿造的特点以及与现代生物技术的关系 （一）食品发酵与酿造的特点 发酵：泛指利用微生物制造工业原料和工业产品的过程。通常所说的发酵指生物或离体的酶，不彻底地分解代谢有机物，并释放出能量的过程。 酿造：是我国劳动人民对一些特定产品进行发酵生产的一种称谓，通常把成分复杂、风味要求较高，诸如黄酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒类以及酱油、酱、食醋、腐乳、豆豉、酱腌菜等食佐餐调味品的生产称谓酿造。 酿造与发酵的区别：利用生物体或生物体长生的酶进行的化学反应。与化学工业相比，发酵与酿造工业的特点：安全、简单；原料广泛；反应专一；代谢多样；易受污染；菌种选育发酵技术的两个核心：生物催化剂、生物反应系统 第二章菌种选育、保藏与复壮 菌种选育的方法有：自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程。 一、微生物菌种选育的理论基础 微生物的遗传性和变异性的特点：a、微生物由于繁殖速度快、生活周期短；b、微生物由于个体微小，比表面积大，大多以单细胞或极少分化的多细胞存在；c、微生物大多以无性生殖为主，且营养体多数为单倍体。 诱变育种：人为地将对象生物置于诱变因子中，使该生物体发生突变，从这些突变体中筛选具有优良性状的突变株的过程。 （一）突变：微生物的遗传物质存在于变动着得的环境中，染色体上的遗传信息以及染色体组受到环境的作用而改变，这种改变或多或少是永久性的，从生物表型上说是突然发生可遗传的变换，这种变化就称为突变。自发突变：在自然状况下发生的突变，也称自然突变。诱发突变：人为地利用物理或化学因素诱发的突变。 （二）诱变的基本原理 1.诱变剂：用来处理微生物并能提高生物体突变频率的这些物理或化学因素成为诱变因素，又称诱变剂。诱变剂有物理诱变因子（紫外线、Ｘ射线）、化学诱变因子（亚硝基胍、亚硝酸、亚硝基甲基胍）生物诱变因子（噬菌体） 2. 诱变剂作用机理 生物技术大实验 实验报告集 班级生物技术1212学号 1220212206 姓名宋扬 使用时间2015.12.14至2015.12.19 组别一 苏州科技学院化学与生物工程学院 实验室学生守则 一、严格遵守实验室各项规章制度和管理措施，服从教师及实验技术人员 的指导。 二、严格按照实验要求，做好实验预习,实验之前5分钟进入实验室，及时、 准确地完成实验任务，实事求是地完成实验报告，杜绝弄虚作假。 三、严格执行操作规定，爱护仪器设备及工具。凡不按教师的指导擅自操 作引起仪器、设备损坏者，应予赔偿。 四、爱护实验室公共财物，节约水电、材料和试剂。未经允许不得随便挪 动非实验需用的其他仪器，不得随便拆装仪器或将仪器、工具带至室 外。 五、持实验室的严肃安静，不得大声喧哗、嘻闹，严禁在实验室内抽烟和 吃东西。 六、严防事故，确保实验室安全，发现异常情况，应及时向有关教师和管 理人员报告。 七、每次实验结束后，主动整理好仪器设备，归还所借器材，关闭电源、 水源，按指导老师的要求做好实验结束工作及室内外的清洁卫生工作，经指导老师许可后，方可离开。 苏州科技学院化学与生物工程学院 实验报告 菌体量随着时间增加而增长，而辅酶Q10 含量也随着菌体量的增长而变大。后期因为菌体量的减少，也开始降低。下罐。 还原糖浓度（柱状图） 还原糖浓度不断下降，在24小时开始每隔一段时间补充葡萄糖，使葡萄糖含量维持在 一开始溶氧在100%，随着菌体生长发酵，开始下降，控制在30%左右，随着菌体增加，降为 粘，影响氧气传递。 前期消耗氮源，产氨，pH上升，随着菌体生长繁殖，消耗碳源，产酸， 源，使pH维持在6.8左右。当pH过低时，通过补加氨水，使pH维持稳定。 复习A 1. 发酵过程中异常现象（发酵液转稀、发酵液过浓、耗糖缓慢、pH不正常）处理措施？ （1）发酵液转稀：适时补入适当碳源或氮源促使繁殖新菌体； （2）发酵液过浓：补入10%无菌水，使菌液浓度下降、粘度下降，改善发酵条件； （3）耗糖缓慢：补入适量合适的氮源、磷盐，提高发酵温度、风量； 2. Monod(莫诺)方程表明了什么和什么的重要关系？简介Monod(莫诺)方程？ 比生长速率和生长基质浓度的关系。 内涵：当温度、pH恒定时，u随特定的S变化。 3. 补料分批发酵技术的特点, 与分批发酵，连续发酵的区别？ 特点：（1）由于机制的缓慢补入，既满足了微生物生长和产物合成的持续需要，又避免了由于基质过量引起的各种调控效应，从而能使产率获得很大提高； （2）补料技术本身提高：少次多量→少量多次→流加→微机控制流加； 区别：（1）区别于分批发酵技术：由于补加物料，补料分批发酵系统不再是封闭系统； （2）区别于连续发酵技术：补料分批系统并不是连续地向外放出发酵液，罐内的培养液体积（V）不再是个常数，而是随时间（t）和物料流速（F）而变化的变量（变体积操作）。 4. 通风发酵设备中的机械搅拌发酵罐必须满足的基本条件？ （1）发酵罐应具有适宜径高比； （2）能承受一定压力； （3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合； （4）具有足够的冷却面积； （5）罐内应尽量减少死角； （6）搅拌器的轴封应严密。 5. 发酵液pH对发酵的影响包括哪些方面？ （1）影响酶活力； （2）影响细胞膜所带电荷的状态，改变膜的渗透性，影响对营养的吸收利用； 6. 比底物消耗速率方程？ Qs=Qsmax·S/Ks+S 7. 补料分批发酵的适用范围？ （1）高菌体浓度培养系统； （2）存在高浓度底物抑制的系统，通过添加底物降低抑制； （3）存在crabtree效应的系统； （4）受异化代谢物阻遏的系统； （5）利用营养突变体的系统； （6）希望延长反应时间或补充损失水分的系统。 8. 优良的发酵装置应具有的基本特征包括哪些内容？ （1）避免将需蒸汽灭菌的部件与其它部件连接，因为即使阀门关闭，细菌也可在阀门内生长； （2）尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀会引起连接处的移位，导致染菌，应全部焊接结构，消除积蓄耐灭菌物质； （3）防止死角、裂缝等一类情况，以避免固体物质在此堆积，形成使杂菌获得热抗性的环境‘ （4）发酵系统的某些部分应能单独灭菌； （5）与反应器相同的任何连接应采用蒸汽加以密封，取样口在不取样时也要一直通蒸汽； 9. 控制发酵过程pH的方法？ （1）培养基中适当添加生理酸性盐或生理碱性盐; （2）培养基中适当添加缓冲剂； （3）自动检控； 第一章绪论 1. 名词解释：发酵、酿造、发酵工业、酿造工业 （1）、传统发酵：描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。 （2）、生化和生理学意义的发酵：是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。（3）、工业上的发酵：利用微生物在无氧或有氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物 酿造(brewing)：我国人们对对一些特定产品发酵生产的特殊称法，是未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵。 酿造工业：经自然培养、不需提炼精制、产品由复杂成分构成并对风味有特殊要求的食品或调味品的生产过程。如黄酒、白酒、清酒、葡萄酒、酱油、醋、腐乳、豆豉、面酱等。 发酵工业：经纯种培养和提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的产品的生产过程。如酒精、抗生素、柠檬酸、氨基酸、酶、维生素、某些色素等。 2.发酵食品历史上的几个阶段和重要的转折点 天然发酵阶段（古代--）→纯培养技术的建立（1905年--）→通气搅拌发酵技术（1940年--青霉素→抗菌素）→代谢控制发酵（1950年--氨基酸,核酸）→开拓发酵原料时期（1960年--）→基因工程阶段 第一个转折点：纯培养技术 第二个转折点：深层培养技术 第三个转折点：人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术 第四个转折点：发酵动力学、发酵的连续化自动化工程技术 第五个转折点：DNA重组技术，动、植物细胞发酵，海洋生物资源的利用 3.请画出工业发酵的流程示意图。 空气保藏菌种碳源、氮源、无 机盐等营养物 空气净化处理斜面活化 扩大培养 种子罐 灭菌 主发酵 产物分离纯化 成品 4.影响发酵产物生产的因素有哪些？主要有哪几个因素？ 营养物质的浓度、种类、比例 发酵工艺课程设计 2013年12月5日 目录 1. 设计目的 (1) 2. 设计原理 (1) 2.1 国内乙醇生产工艺的发展概况 (1) 2.2 玉米秸秆和玉米淀粉混合原料的乙醇发酵的提出 (2) 3. 实验方法 (2) 3.1 实验材料 (2) 3.2 培养基 (2) 3.3 仪器 (2) 3.4菌株发酵及保藏 (3) 3.5混合原料发酵生产燃料乙醇 (3) 4. 实验预期结果 (4) 4.1玉米秸秆与玉米淀粉配比的确定 (4) 4.2 料液比的确定 (4) 4.3 硫酸浓度对玉米秸秆水解的确定 (4) 4.4 纤维素酶用量的确定 (5) 5. 燃料乙醇的工艺流程设计 (5) 5.1 流程概况 (5) 5.2 溶氧条件的控制 (6) 5.3 pH条件的控制 (6) 5.4 温度的控制 (6) 1. 设计目的 燃料乙醇是一种重要的生物质能源，由于其清洁、可再生等诸多优势受到了越来越多的关注，已经成为国内外能源领域的研究热点，并有望成为“后石油时代”中新能源的主力军。然而,燃料乙醇的产业化依然面临许多挑战。目前，工业生产燃料乙醇主要使用粮食淀粉（玉米、小麦等）、甘蔗以及其它富含糖类的原料，处于“与人争粮”的窘境之中,从长远角度来看难以实现可持续的发展。在备选的生产原料中，木质纤维素不但来源广泛，而且其生产燃料乙醇的过程本身可有效地缓解环境污染，从而倍受全球能源研究领域的关注。在我国，玉米秸秆纤维素原料的来源非常丰富，通过纤维素酶催化生产燃料乙醇的研究具有广阔的应用前景。本文设计针对目前木质纤维素生产燃料乙醇过程中存在的生产成本过高以及纤维素原料到燃料乙醇的转化率较低等问题，对玉米秸秆生产燃料乙醇的工艺流程进行选择优化，在利用玉米秸秆生产燃料乙醇的同时，充分考虑其它副产物资源的利用，并对此生产过程进行了技术经济分析；此后，在原料成分分析的基础上，进一步探讨了木质纤维素原料玉米秸秆及玉米芯与玉米淀粉混合作为原料的新型发酵工艺，并分别对其进行了初步的实验优化和技术经济分析，以期为木质纤维素燃料乙醇工艺提供科学指导与技术支撑。 2. 设计原理 2.1 国内乙醇生产工艺的发展概况 目前，木质纤维素类生产燃料乙醇的步骤主要包括原料预处理、纤维素水解、乙醇的发酵及分离等单元操作，木质纤维素预处理方法主要包括物理法、化学法、生物法和综合法等。其中使用稀酸进行化学水解是研究最多且使用最为广泛的方法之一，在经济和技术上都有较好的可行性。以淀粉和纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺存在一定的区别，在前者工艺中，淀粉原料经粉碎、蒸煮、液化、糖化，再发酵、蒸馏、精馏、脱水，制得无水乙醇，木质纤维素乙醇的生产主要包括原材料的预处理、酶法糖化、发酵和乙醇的分离纯化等工艺过程。如果能将这两种原料混合使用，如玉米秸秆经预处理酶解后再加入些玉米淀粉糖浆，这样就能节省淀粉质原料前处理过程中外加的水，提高纤维素原料的糖浓度，继而提高发酵液中乙醇浓度，降低蒸馏的能耗。 种玉米播种，灌溉施肥，除收获玉米杆 运输 食品发酵与酿造工艺学 第一章绪论 1、什么是发酵和酿造，发酵与酿造有何特点？ 发酵是指微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备生物菌体或其代谢产物的过程；酿造是指把成分复杂、风味要求较高的辅食佐餐调味品的生产。 发酵与酿造的特点：安全简单、原料广泛、反应专一、代谢多样、易受污染和菌种选育2、发酵与酿造发展的历程（三代五个转折） 第一代微生物发酵技术——纯种发酵的建立为发酵工业的第一个转折点；第二代微生物发酵技术——深层培养技术中的通气搅拌技术为发酵技术进步的第二个转折点，代谢控制发酵技术则为发酵技术发展的第三个转折点，期间还实现了微生物对化合物的转化，发酵原料的转变成了发酵技术的第四个转折期；第三代微生物发酵技术——基因工程菌的构建发展成了发酵工程的第五个转折点。 第二章菌种选育、保藏与复壮 1、生产菌为什么会发生退化，如何防止？ 生产菌发生退化的原因有：有关基因的自发突变，育种后未经很好的分离纯化，培养条件的 改变和污染杂菌的影响 防止退化的措施： （1）控制传代次数，降低自发突变的几率 （2）创造良好的培养条件 （3）利用不易衰退的细胞传代 （4）采用有效的保藏方法 （5）经常进行分离纯化 2、常用的菌种保藏方法、原理及其适合的对象。 菌种保藏的要求：不死、不衰、不污染，不降低生产性能 菌种保藏的基本原理：根据微生物的生理、生化特点，选用优良菌株，最好是它们的休眠体，人工地创造适合于休眠的环境条件，即干燥、低温、缺乏氧气和养料等，使微生物的代谢活动处于最低的状态但又不至于死亡，从而达到保藏的目的。 常用的菌种保藏方法： 斜面冰箱保藏法，此法一般可保藏3个月左右，适合于各种菌进行保藏 一、填空题： 1、通常将现代生物技术划分为基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程等五个方面，它们之间彼此密切联系，不可分割。 2、通气搅拌的大规模发酵生产技术的建立是现代发酵技术的开端。 3、利用基因工程菌生产的第一个有用物质是1977年美国试制成功的激素释放抑制因子。 4、微生物生物转化过程与化学催化过程相比具有明显的优越性，具体反映在其催化专一性强、效率高、条件温和等。 5、按微生物对氧的不同需求可将发酵类型分为需氧发酵、厌氧发酵以及兼性厌氧发酵三大类型。 6、现代工业发酵大多采用液体深层发酵，青霉素、谷氨酸、肌苷酸等大多数发酵产品均采用此法大量生产。 7、液体深层发酵的特点是容易按照生产菌种的营养要求以及在不同生理时期对通气、搅拌. 温度、及PH等的要求，选择最适发酵条件。因此，目前几乎所有好氧性发酵都采用液体深层发酵。 8、按发酵工艺流程区分，发酵类型可分为分批发酵、连续发酵和补料分批发酵等三大类型。 9、发酵工业应用的可培养微生物通常分为四大类：细菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌。 10、常规的菌种选育包括自然选育、诱变育种、杂交育种等技术。分子生物学的发展，为微生物育种带来了一场技术革命，产生了一种全新的育种技术――基因工程育种。 11、通过基因工程育种，可以实现对传统发酵产业的技术改造，大大提高发酵水平，而且还可以建立新型的发酵产业，即利用基因工程菌生产微生物原来所没有的代谢产物。 12、碳源的作用包括：提供微生物菌体生长繁殖所需的能源以及合成菌体所需的碳骨架，同时提供菌体合成目的产物的原料。 13、工业发酵常用碳源有糖类、油脂、有机酸等。 14、工业发酵常用氮源包括：黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、玉米浆、蛋白胨、尿素、酒糟、酵母粉、与鱼粉等。 15、就微生物的主要类群而言，有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌之分，它们所需要的培养基组分也是不同的，培养细菌常用培养基为LB培养基；放线菌为高氏一号；酵母菌为麦芽汁培养基；霉菌为察式培养基。 16、造成发酵染菌的原因很多，比较复杂，但种子带菌、空气带菌、设备渗漏、培养基或设备灭菌不彻底、操作失误和技术管理不善是造成各个发酵厂污染杂菌的普遍原因。 第一章酱油的生产技术：1、酱油发酵中主要微生物及其在酱油酿造中的作用 2、固态低盐法酿造酱油的工艺流程及关键步骤 3、酱油颜色与风味等的形成机理（重点） 酱油：是以植物蛋白及碳水化合物为主要原料,经过微生物酶的作用,发酵水解生成多种氨基酸及各种糖类,并以这些物质为基础,再经过复杂的生物化学变化,形成具有特殊色泽、香气、滋味和体态的调味液。 酿造酱油: 以蛋白质原料和淀粉质原料为主料，经微生物发酵制成的具有特殊色泽、香气、滋味和体态的调味液。 按发酵工艺分为两类： 1）高盐稀态发酵酱油：①高盐稀态发酵酱油②固稀发酵酱油 2）低盐固态发酵酱油 配制酱油:以酿造酱油为主体，与酸水解植物蛋白调味液，食品添加剂等配制成的液体调味品 ( 配制酱油中的酿造酱油比例不得少于50%。配制酱油中不得添加味精废液、胱氨酸废液以及用非食品原料生产的氨基酸液) 化学酱油:也叫酸水解植物蛋白调味液，是以含有食用植物蛋白的脱脂大豆、花生粕、小麦蛋白或玉米蛋白为原料，经盐酸水解，碱中和制成的液体调味品(安全问题：氯丙醇。) 生抽——是以优质的黄豆和面粉为原料，经发酵成熟后提取而成，并按提取次数的多少分为一级、二级和三级。 老抽——是在生抽中加入焦糖，经特别工艺制成浓色酱油，适合肉类增色之用。 酱油酿造的原料包括：蛋白质原料、淀粉质原料、食盐、水、其他辅助原料 （重点）酿造酱油的主要微生物：酱油酿造主要由两个过程组成，第一个阶段是制曲，主要微生物是霉菌；第二个阶段是发酵，主要微生物是酵母菌和乳酸菌。 用于酱油酿造的霉菌应满足的基本条件：1）不生产真菌毒素、2）有较高的产蛋白酶和淀粉酶的能力；3）生长快、培养条件粗放、抗杂菌能力强；4）不产生异味。 一、曲霉 1、米曲霉 是生产酱油的主发酵菌。 碳源：单糖、双糖、有机酸、醇类、淀粉。 氮源：如铵盐、硝酸盐、尿素、蛋白质、酰胺等都可以利用。 基本生长条件：最适生长温度32-35℃，曲含水48%-50%，pH约6.5-6.8，好氧。 主要酶系：蛋白酶、淀粉酶、谷氨酰胺酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等。 蛋白酶分为3类： ——酸性蛋白酶（最适pH3.0） ——中性蛋白酶（最适pH7.0） ——碱性蛋白酶（最适pH9.0-10.0 2、酱油曲霉 酱油曲霉分生孢子表面有突起，多聚半乳糖羧酸酶活性较高。 3、黑曲霉 含有较高的酸性蛋白酶。 二、酵母《酿酒工艺学》复习思考题答案
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