发酵工程课后思考题
1
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第一章绪论
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1、发酵及发酵工程定义？
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答：它是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶5
促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。由于它以培养微生物为主，所以6
又称为微生物工程。
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2、发酵工程基本组成部分？
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答：从广义上讲分为三部分：上游工程、发酵工程、下游工程
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3、发酵工业产业化应抓好哪三个环节？
10
答：发酵工程产业化就是将有关应用微生物的科学研究成果转化为发酵产品，并投向市场11
的过程。
12
三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销。
①投产试验：涉及到”上、中、下三游”工作，即研究成果的验证、小试、中试和扩大试
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验。
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②规模化生产：值得注意的是产品质量问题，其检测必须符合相应产品标准。
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③市场营销：市场开拓对技术本身影响不大，但参与市场竞争却是产业化成败的决定因素。
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4、当前发酵工业面临三大问题是什么？
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答：菌种问题
纯种，遗传稳定性，安全，周期短、转化率高产率高抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌；
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合适的反应器
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生产规模化原料利用量大，并且具有一定选择性，节能，结构多样化、操作制动化，节劳力。
基质的选择
22
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价廉原料利用量大，并且具有一定选择性易被利用、副产物少，满足工艺要求。
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5、我国发酵工业应该走什么样的产业化道路？发酵过程的组成部分？
25
答第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续发展阶段
26
典型的发酵过程可划分成六个基本组成部分：
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（1）繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定；
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（2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；
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（3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；
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（4）微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；
31
（5）产物分离和精制；
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（6）过程中排出的废弃物的处理。
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第二章菌种的来源(1)
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1、自然界分离微生物的一般操作步骤？
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（三）诱变筛选流程
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6、工业上优良生产菌种应具备哪些基本特性？
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答：（1）菌种细胞的生长活力强；
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（2）生理性状稳定；
（3）纯、具有抗噬菌体感染的能力；
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（4）稳定高产，与目标产品性质相近的副产物及其他产物少；
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（5）能采用价格便宜，来源广泛的原料，并且转化效率高。
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7、什么是正突变？什么是负突变？什么是结构类似物？
61
答：一种是我们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62
为负突变。另一种是我们生产上希望看到的，对生产有利，这种突变成为正突变。
63
8、什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？
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答：人工利用各种诱变剂诱发基因突变，再通过适当的筛选方法获得所需要的优良菌种的育65
种方法，称为诱变育种。
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物理的：紫外线、快中子、x射线等
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化学的：硫酸二乙酯、亚硝基胍、Y啶类物质等
68
生物的：噬菌体、转座子
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第二章菌种的来源——种子的扩大培养(2)
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1、何谓种子接种量，接种龄？
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答：接种量指移入种子液的体积和接种后培养液体积之比。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。
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2、影响种子质量的因素是哪些？
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答：原材料质量、种龄、培养条件和斜面冷藏时间。
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3、保证种子质量有哪些措施？
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答：种子质量的最终指标是考察其在发酵罐中所表现出来的生产能力，所以必须保证：①菌77
种的稳定性；②提供种子培养的适宜环境；③无杂菌侵入。
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4、工业上接种方法有哪些？
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双种法：两个种子罐接种到一个发酵罐中
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倒种法：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐中发酵液
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第三章发酵培养基
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1、什么是培养基?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。
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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条件。
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特点与要求：
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①培养基能够满足产物最经济的合成；
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②发酵后所形成的副产物尽可能的少；
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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，便于采购运输，适合大规
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模储藏，能保证生产上的供应；
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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。
91
2、常用碳源有哪些，常用糖类有哪些？
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答：常用碳源：糖类、油脂、有机酸、正烷烃
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常用糖类：
①葡萄糖（速效碳源）
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几乎所有的微生物都能利用葡萄糖，抗生素、氨基酸、有机酸、多糖、甾体转化，但是过多
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会引起葡萄糖效应
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②糖蜜
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糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物，是发酵培养基价廉物美的碳源。
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糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。
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③淀粉、糊精
101
使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类，经水解成单糖后再被吸收利用
102
3、什么是生理酸性物质，什么是生理碱性物质？
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答：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，如硫酸铵；若菌体代谢后能104
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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，106
对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
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4、常用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？
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答：常用无机氮源有铵盐、硝酸盐和氨水；常用有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、109
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。
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有机氮源除了作为菌体生长繁殖的营养外，有的还是某些产物的前体
111
5、什么是前体？前体添加方式？
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答：前体指某些化合物加入到发酵培养基中后，能直接使微生物在生物合成过程中结合到产113
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114
高。
用法：前体使用时普遍采用流加的方法。前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利。115
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流加也有利于提高前体的转化率前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化。苯乙117
酸，一般基础料中仅仅添加0.07%
6、什么是生长因子？生长因子的来源？
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答：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120
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，多数有机氮源含有较多的B簇121
维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺少的生长因子
122
7、举例说明培养基设计的方法与步骤。
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答：①根据前人的经验和培养基成分，初步确定可能的培养基成分；
②通过单因素实验最终确定出最为适宜的培养基成分；
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③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126
实验次数常采用一些合理的实验设计方法。
第四章培养基灭菌与空气净化
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1、灭菌的方法有哪些？如何根据灭菌对象和要求的不同选用不同的方法？
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1)干热灭菌法在烘箱内热空气灭菌，将物品放入烘箱内，然后升温至160℃-170℃，维持130
1-2小时。适用对象：金属器械、玻璃器皿、陶瓷等，不适用于液体样品，及棉花、纸张、131
纤维和橡胶类物质的灭菌。
132
2)火焰灭菌，即焚烧法（incineration）是利用火焰直接杀死微生物的灭菌法。
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简单、彻底，但对被灭菌物品的破坏极大。
134
适用于无经济价值的物品灭菌，及不怕烧的实验器具，如接种环、镊子、玻璃棒、试管135
或三角瓶口的灭菌等。
136
3)电磁波、射线灭菌法即辐射灭菌法（Radiation Sterilization）是利用电磁波、紫外线、
X射线、γ射线或放射性物质产生的高能粒子杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。137
138
4)湿热灭菌①高压蒸汽灭菌法方法：121℃（1kg/cm2或15磅/英寸2）维持15-20min。
112℃（0.5kg/cm2或8磅/英寸2）20-30min。
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115℃（0.75kg/cm2或11磅/英寸2）20-30min。
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应根据灭菌物品的性质或成分选择灭菌温度
142
例如：生理盐水、营养琼脂等培养基用121 ℃。
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含葡萄糖、乳糖、氨基酸等培养基用112 ℃。
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适用：耐高温物品，玻璃仪器、含水或不含水的物品。
②煮沸灭菌法将待消毒物品如注射器、金属用具、解剖用具等在水中煮沸15min或更长时145
146
间，以杀死细菌或其他微生物的营养体和少部分的芽孢或孢子。
147
③间歇灭菌法对于某些培养基，由于高压蒸汽灭菌会破坏某些营养成分，可用间隙灭菌法
灭菌，即流通蒸汽(或蒸煮)反复灭菌几次，
148
149
④巴氏灭菌法低温维持法：只要在63℃下维持30min 高温瞬时法：只要在72℃下维持15s 150
超高温法：只要在135-150℃下维持2-6s
151
5)化学药剂灭菌法某些化学药剂与微生物发生反应而杀死微生物的灭菌法。
152
常用的化学药剂有高锰酸钾、漂白粉、酒精、新洁尔灭、甲醛、过氧乙酸、戊二醛、酚类等。153
多用于表面消毒或生产车间等环境的消毒。
154
6)过滤除菌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155
到除菌目的。不耐热的液体培养基、血清、维生素、氨基酸及气体等物的灭菌多用此法除156
菌。过滤除菌的缺点是无法去除其中的病毒和噬菌体。
157
2、比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点。
连续灭菌法优点:
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①因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大限度减少营养成分的破坏，从而提高160
了原料的利用率，比“实罐灭菌”提高产量5～10％；
161
②由于总的灭菌时间较分批灭菌明显减少，故缩短了发酵罐的占用周期，从而提高了它的利162
用率；
163
③由于蒸汽负荷均匀，提高了锅炉的利用率；
164
④适宜于自动化操作；
165
⑤降低了操作人员的劳动强度。
166
连续灭菌法缺点:
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需要专门的灭菌设备。
168
操作要求较高，蒸汽压力和进料速度要求稳定。否则会容易导致灭菌不彻底。
不适合于含固体颗粒或较容易起泡的培养基灭菌。
169
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空罐及管道的灭菌必须彻底，否则会引起二次污染
171
分批灭菌
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优点：不需要专门的灭菌设备，投资少，设备简单，灭菌效果可靠，对蒸汽要求较低。
173
缺点：灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。营174
养成分的破坏比连续灭菌法大
3、影响培养基灭菌的主要因素有哪些？
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（1）培养基成分
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油脂、糖类、蛋白质都是传热的不良介质，会增加微生物的耐热性，使灭菌困难。
浓度较高的培养基相对需要较高温度和较长时间灭菌。
178
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高浓度的盐类，色素则削弱其耐热性，故较易灭菌。
180
（2）pH值的影响
pH值对微生物的耐热性影响很大，pH为6.0－8.0时微生物最不易死亡，pH<6.0时氢离子易181
182
渗入微生物的细胞内，促使微生物死亡。
培养基pH值越低，灭菌所需的时间越短。
183
（3）培养基中的颗粒物质
184
培养基中的颗粒物质大，灭菌困难，反之，灭菌容易。
185
一般说来，含有小于1mm的颗粒对培养基灭菌影响不大，但在培养基混有较大颗粒，特186
别是存在凝结成团的胶体时，会影响灭菌效果，必须过滤除去。
187
（4）泡沫
188
泡沫对灭菌极为不利，因为泡沫中的空气形成隔热层，使传热困难，热难穿透过去杀灭189
微生物。
190
可加入少量消泡剂。
191
4、分析过滤除菌机理与影响过滤除菌的因素，考虑如何提高过滤除菌的效率。
192
答：过滤除菌机理：微粒随气流通过滤层时，由于滤层纤维的层层阻碍，使气流出现无数次193
改变运动速度和方向的绕流运动，引起微粒与滤层纤维间产生惯性冲击、拦截、布朗扩散、194
重力沉降、静电引力等作用把微粒滞留在纤维表面上，实现过滤的目的。
195
影响过滤除菌的因素：
196
197
提高过滤除菌效率的主要措施：
198
1)设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。199
2)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。
200
3)保证进口空气清洁度，如加强生产场地卫生管理，正确选择进风口，加强空气压缩前的预201
处理。
202
4)降低进入空气过滤器的空气相对湿度，如使用无油润滑的空气压缩机，加强空气冷却和去203
油，提高进入过滤器的空气温度。
204
微生物热死定律 t = 1/k lnN
0/N
t
=2.303/k logN
/N
t
205
N
0——开始灭菌时原菌数（个）
206
N
t ——经时间t后残留菌数（个）
207
k ——反应速度常数（min-1）
208
t ——灭菌时间（min）
209
第5章发酵过程控制(一)
210
1、根据微生物对温度的依赖可分为哪几类微生物？
211
答：不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度的要求大致可分为四类：
212
嗜冷菌：0～26℃生长，嗜温菌：15～43℃生长，嗜热菌：37～65℃生长，嗜高温菌：>65℃213
生长。
214
2、发酵过程温度会不会变化？为什么？
215
答：会变化。发酵热是引起发酵过程温度变化的原因。发酵热就是发酵过程中释放出来的净216
热量。什么叫净热量呢？在发酵过程中产生菌分解基质产生热量、机械搅拌产生热量、通气217
热，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代218
数和就叫做净热量。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219
度上升慢。
220
3、发酵热的定义？
221
所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。在发酵过程中产生菌分解基质产生热量、222
机械搅拌产生热量、通气热，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热223
量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热与生物热、搅拌热、通气热、蒸发热和224
辐射热有关。Q
发酵＝Q
生物
＋Q
搅拌
＋ Q
通气
－Q
蒸发
－Q
辐射
225
226
4、生物热的大小与哪些因素有关？
227
答：生物热与发酵类型有关；
228
生物热的大小与呼吸作用强弱有关。
229
5、温度对发酵有哪些影响？
230
答：（1）、温度影响反应速率（产物形成）
231
一般，发酵温度升高，酶反应速率增大，生长代谢加快，生产期提前。
232
但温度过高酶又很容易失去活性，表现在菌体容易衰老，发酵周期缩短，影响最终产量233
（2）、温度会改变发酵液的理化性质P94
影响基质溶解度
234
235
氧的溶解度
236
影响菌体对某些基质的分解吸收
237
间接影响产物的合成。
238
（3）、温度影响生物合成的方向
239
6、发酵过程温度选择有哪些依据？
240
答：根据菌种不同选择：微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求范围也不同。241
根据发酵阶段选择：即二阶段发酵
242
根据培养条件选择：根据培养条件综合考虑，灵活选择。
243
根据菌体生长情况：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244
间可长些。
第五章发酵过程控制(二)
245
246
1、发酵过程PH会不会变化？为什么？
247
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248
249
补料的标志之一
250
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251
后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。
252
3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降
253
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。
254
255
5）菌体自溶 pH上升，发酵后期，pH上升
256
6）杂菌的污染，pH下降
2、PH对发酵的影响表现在哪些方面？
257
258
（1）影响菌体的生长
259
（2）pH影响酶的活性
260
（3）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变
261
（4）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离
262
（5）pH影响代谢方向
263
（6）影响产物稳定性
264
3、为了确定发酵的最佳PH,我们应该如何实验？
265
配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况.
266
4、发酵过程ＰＨ控制可采取哪些措施？
（1）、调节好基础料的初始pH
267
268
（2）、在基础料中加入维持pH的物质
一、思考题 1.发酵及发酵工程定义 答：定义：发酵工程是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。 传统发酵是指酵母作用于果汁或发芽的谷物时产生二氧化碳的现象； 生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式；或者更严的说发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。 工业上的发酵泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。 青霉素发酵能成功的原因，主要是解决了两大技术问题：1）通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题；2）抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。 2.发酵工程基本组成部分 答：从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程 3.发酵工业产业化应抓好哪三个环节 答：三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销 4.当前发酵工业面临三大问题是什么 答：菌种问题、合适的反应器、基质的选择 菌种问题：纯种、遗传稳定性、安全、周期短、转化率高产率高、抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌 合适的反应器：生产规模化、原料利用量大并且具有一定选择性、节能、结构多样化、操作制动化、节省劳力 基质的选择:价廉、原料利用量大并且具有一定选择性、易被利用、副产物少、满足工艺要求 5.我国发酵工业应该走什么样的产业化道路
答:第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续发展阶段 二、思考题 1、自然界分离微生物的一般操作步骤 答：标本采集→预处理→富集培养→菌种分离（初筛、复筛）→发酵性能鉴定→菌种保藏目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物； 2、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集富集 答：富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。 富集的基本方法：1、控制营养：如以唯一碳源或氮源作底物；2、控制培养条件：如pH、温度、通气量等；3、抑制不需要的种类 3、什么叫自然选育自然选育在工艺生产中的意义 答：定义：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称为自然选育。 意义：自然选育是一种简单易行的方法，可达到纯化菌种、防止菌种退化、稳定生产、提高产量的目的。虽然其突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施 回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变。 4、诱变育种对出发菌株有哪些要求 答：出发菌株定义：出发菌株指用于诱变育种的最初菌株或每代诱变的试验菌株。 要求：★对菌株产量，形态、生理等情况了解；★生长繁殖快，营养要求低，产孢子多且早；★对诱变剂敏感；★菌株要有一定的生产能力；★多出发菌株：一般采用3~4个出发菌株，在逐代处理后，将产量高、特性好的菌株留作继续诱变的出发菌株。 5、诱变选育的流程 答：出发菌株经纯化活化前培养（同步培养）→培养液（离心、洗涤、）→单细胞获单胞子悬液→诱变处理→后培养（中间培养）→平板分离→初筛→复筛→保藏及扩大试验 筛选的关键是选择一定的特征（如菌落特征、生化特征等）去判断所筛选的菌株是我们所需要的突变株。
●发酵工程：以微生物、动植物细胞为生物作用剂进行工业化生产的工程，包括发酵工艺和发酵设备。 ●主要研究内容：菌种选育与构建、大规模培养基和空气的灭菌、大规模细胞培养过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反应器的优化设计和操作、发酵产品的分离纯化过程中的技术问题等。 ●发酵工程原理：指导发酵产品研究与开发，发酵工厂设计与建设以及发酵生产实践的理论。 ●初级代谢：是许多生物都具有的生物化学反应，蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢。 ●初级代谢产物：指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、多糖等。 ●次级代谢：微生物以初级代谢产物为前提合成的对微生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程。 ●自然选育：不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程。 ●杂交育种：将两个基因型不同的菌株经吻合使遗传物质重新组合，分离和筛选具有新性状的菌株。 ●诱变育种：利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显着提高的基础上，采用简便、高效的筛选方法，从中挑选出少数符合目的
的突变株，以供科学实验或生产实践使用。 ●原生质体融合育种：两个亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞融合，接着两个亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。 ●前体：某些化合物加入发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而自身结构并没有明显变化，产物的产量却因前体的加入而有较大的提高。 ●抑制剂：某些化合物可以抑制特定代谢途径的进行，使另一种代谢途径活跃，获得人们所需产物的积累。 如生产甘油加抑制剂亚硫酸钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。这样使乙醇代谢途径中的乙醛不能成为NADH 2(还原型辅酶I)的受氢体，而使NADH 2在细胞中积累， 从而激活α－磷酸甘油脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH 2的受氢体而还原为α－磷酸甘油，其水解后即形成甘油。 ●促进剂：指那些既不是营养物质又不是前体，但却能提高产量的添加剂，如加巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。 ●灭菌：用化学或物理的方法杀灭或除掉物料及其器皿中所有的生命体。消毒是指杀死病原微生物的过程。 ●分批灭菌：培养基置于发酵罐中加热，达到预定温度后维持一段时间，再冷却到发酵所需温度的灭菌。
发酵工程课后思考题 第一章绪论 1、发酵及发酵工程定义？ 答：它是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。 2、发酵工程基本组成部分？ 答：从广义上讲分为三部分：上游工程、发酵工程、下游工程 3、发酵工业产业化应抓好哪三个环节？ 答：发酵工程产业化就是将有关应用微生物的科学研究成果转化为发酵产品，并投向市场的过程。 三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销。 ①投产试验：涉及到”上、中、下三游”工作，即研究成果的验证、小试、中试和扩大试验。 ②规模化生产：值得注意的是产品质量问题，其检测必须符合相应产品标准。 ③市场营销：市场开拓对技术本身影响不大，但参与市场竞争却是产业化成败的决定因素。 4、当前发酵工业面临三大问题是什么？ 答：菌种问题 纯种，遗传稳定性，安全，周期短、转化率高产率高抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌； 合适的反应器 生产规模化原料利用量大，并且具有一定选择性，节能，结构多样化、操作制动化，节劳力。 基质的选择 价廉原料利用量大，并且具有一定选择性易被利用、副产物少，满足工艺要求。 5、我国发酵工业应该走什么样的产业化道路？发酵过程的组成部分？ 答第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续发展阶段 典型的发酵过程可划分成六个基本组成部分： （1）繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定； （2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； （3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中； （4）微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长； （5）产物分离和精制； （6）过程中排出的废弃物的处理。 第二章菌种的来源(1) 1、自然界分离微生物的一般操作步骤？ 答：标本采集，预处理，富集培养，菌种分离（初筛，复筛），发酵性能鉴定，菌种保藏 2、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集？ 答：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。 3、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？ 答：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称为自然选育。 意义：自然选育是一种简单易行的方法，可达到纯化菌种、防止菌种退化、稳定生产、提高产量的目的。虽然其突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。 4、诱变育种对出发菌株有哪些要求？
类。 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。 发酵培养基主要由 碳源，氮源，无机盐，生长因子 组成。 6、利用专门的灭菌设备进行连续灭菌称为 连逍，用高压蒸汽进行空罐灭菌称为 空消。 7、可用于生产酶的微生物有 细菌、真菌、酵母菌。 常用的发酵液的预处理方法有 酸化、加热、加絮凝剂。 8、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 两种。 9、 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 10、 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。 11、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。 12、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 。 13、发酵工业生产上常用的微生物主要有 细菌、放线菌、酵母菌、霉菌。 14、当前发酵工业所用的菌种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。 15、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。 16、分批发酵全过程包括 空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、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。 发酵工程 、名词解释 1、 分批发酵：在发酵中，营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出，中间除了空气 进入和尾气排出外，与外部没有物料交换。 2、 补料分批发酵：又称半连续发酵，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统不 加一定物料的培养技术。 3、 絮凝：在某些高分子絮凝剂的作用下，溶液中的较小胶粒聚合形成较大絮凝团的过程。 二、填空 1、 生物发酵工艺多种多样，但基本上包括 菌种制备、种子培养、发酵和提取精^_等下游 处理几个过程。 2、 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 3、 4、 5、青霉素发酵生产中，发酵后的处理包括: 过滤、提炼，脱色，结晶。 基三种。
一、名词解释 1传统发酵工程：通过微生物生长的繁殖和代谢活动，产 的生物反应过程。 将DNA重组细胞融合技术、酶工程技 综合对 发酵过程控制、优化及放大 指迄今所采用的微生物培养分离及培养 微生物。（特别是极端微生物） 4富集培养主要方法：是利用不同种类的微生物其生长繁 求不同，如温度、PH、培养基C/N 等，是目的微生物在最适条件下迅速生长繁殖，数量增加， 成为人工环境下 的优势种。方法：⑴控制培养基的营养成 消毒仅仅是杀死生物体或非生物体表 死营养细胞，而不能杀死细菌芽孢和 真菌孢子等，特别适合与发酵车间的环境和发酵设备、器 具的灭菌处理。灭菌杀灭所 有的生命体，因此灭菌特别适 的灭菌处理。 法及其区别：湿热灭菌法：指将物品置 高压饱和蒸汽、过热水喷淋等手段使微生 物菌体中的蛋白质、核酸发生变性而杀灭微生物的方法。 该法灭菌能力强，为热力灭菌中最有效、应用最广泛的灭 菌方法。药品、容器、培养基、无菌衣、胶塞以及其他遇 高温和潮湿不发生变化或损坏的物品，均可采用本法灭 菌。干热灭菌法：指将物品置于干热灭菌柜、隧道灭菌器 等设备中，利用干热空气达到杀灭微生物或消除热原物质 的方法。适用于耐高温但不宜用湿热灭菌法灭菌的物品灭 菌，如玻璃器具、金 属制容器、纤维制品、固体试药、液 用本法灭菌。 即在规定温度下杀死一定比例的微生物所用 8致死温度：杀死微生物的极限温 在致死 微生物所需要对 的致死时间。 制好的培养基放入发酵罐或其他装置中， 基和所用设备一起（实罐灭菌）进 行灭菌 10连续灭菌：将配制好的培养基向发酵罐等培养装置输 热、保温盒冷却等灭菌操作过程。 是指将 冷冻干燥管，沙土管中处于休眠 状 入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐 逐级扩大培养而和质量的纯种的过程 纯培养物称为种是指种子的 龄：是指种子始移入下一级 的培养是指移入的种子液体积和 影响呼吸所能允许的最低溶氧浓 13稀释度D：单位时间内连续连续流入发酵罐中的新鲜 的培养总体积的比值。 把导致菌体开始从系统中洗出时的稀 发酵过程中，引起温度变化的原因是由 于 生的净物在生长 繁殖过程中，本身产生的耗氧培养 的 发酵罐都有一定功率的做机械 运动，造成液体之间、液体与设备之间的摩擦，由此产生 。 依靠无菌压缩空气作为液体的提升力， 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。缺点：不适合高粘度或含大量固体 感菌体的生产。 培养基中某些成分的加入有助于 生长因子、前体。产物抑制和促进剂。 微生物生长不可缺少的微量的有机物质，不是 必需。 18前体：指加入到发酵培养基中能直接被微生物在生 物 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 那些细胞生长非必需的，但加入 量的一些物质，常以添加剂的形式 20 分批发酵（序批式发酵）：指一次性投料、接种直到发 留在发酵罐内。 在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基， 培养液。 搅拌器输入搅拌液体的功率，具 用以客服介质阻力所需用的功 率。 23供氧：指空气中的氧气从空气泡里通过气膜、气液 界 液体主指氧气从液体主流通 内。 生产菌种或选育过程中筛选出来的优良 传代和保藏之后，群体中某些生理特 征和形态特征逐渐减退或完全丧失的 现象。 25氨基酸发酵：指合成菌体蛋白质的氨基酸脱离其正 常 是对产品 使污染物 产生量、流失量和治理量达到最小，使资源充分利用。② 末端治理：把环境责任放在保护研究、管理等人员身上， 产生的污染物的 处理上，总是处于一种被动的、消极的地位。③因为工业 生产无法完全避免污染的产生，推行清洁生产的同时还需 要末端治理。 二、选择填空 1染菌概率：在实际生产过程中，要实现每批次发酵都 完 染几乎是不可能的，一般采用“染菌概率” 一般 为10-3 ①细菌②放线菌③酵母菌④霉菌⑤未培养 采集样品→样品预处理→目的菌富 酵性能鉴定→菌 种保藏 层的微生物数量最多，秋季采土样 物理方法、化学方法、诱饵法。 因突变；直接原因：连续 传 菌种保藏方法：①斜面低温保藏法②砂土管保藏法 ③冷 液保藏法⑥液体 石蜡保藏据微生物生理、生化特点，人为地 于不活泼、生长繁殖受抑制的 持菌种存活率②减少变异③保 持 优良性状 7液氮超低温保藏法：原理：在超低温（-130℃）状态下 延续，且不发生 加保护剂（甘油等）制成菌悬液封于安瓿管内 温速度的冻结后，贮藏在-150～-190℃液氮冰箱内；特 点：适合各类微生物①适合各类微生物②保存时间长③需 特殊设备④操作较复杂 8培养基成分： ①碳源（糖类，导致PH下降；油和脂肪， ，导致PH上升）②氮源（有机、无 量元素④水⑤生长调节物质。 ⑴一般首先是通过单因子实验确定培养基成 因子实验确定培养基个组分及其适宜的浓 度；⑵响应面分析法对培养基进行优化①最陡爬坡实验 10检测染菌方法：镜检查法 ②平板划线培养检 法④发酵过程异常现象观察法(溶 CO 2、粘度）。 种子带菌②过滤空气带菌③设备的 培养基霉菌不彻底⑤操作不当⑥噬 干热灭菌法，湿热灭菌法，射线灭菌法， 除菌法，火焰灭菌法 13空气除菌方法：辐射杀菌，加热杀菌，静电除菌，过 乙醇发酵；部分相关型，中间 复杂发酵类型：抗生 15DO值只是发酵与 配合起OUR： CER：CO2 的 产品的质量和经济效 式、固定化、 指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增 加而漩涡基本消 18发酵罐构件：搅拌器，挡板，空气分布器，换热装置。 罐的基本体积上升，单位发酵液 清洁生产过程，清洁产品和 理，改进生产工艺，废 20工艺技术改革方式：改变原料，改进生产设备，改革 经济效益，环境效益，社会效 ，反应过程，后 23总成本费用=成本+销售费用+管理费用+财务费用 ①气泡与包围着气泡的液体之 间 体分子处于层流状态，氧气以 浓度差方式透过双膜，任何一点的氧浓度 氧分压相等；② 在双膜之间的界面上，氧分压与溶于液体中的氧浓度处于 平衡状态；③氧传递过程处于稳定状态时，传递途径上各 间而变化。 为了提高分离效率，通常富集培养课增加 数量。 是为了获得大量的活力强的种子，以便 中尽可能的缩短延迟期，种子最好 是在对数生长期接种。 27. S0 为底物初始St为发酵时间为t时底物的 残留 小。 、传热及混合效 30发酵罐放大极限为100级 成本的20% ~30% 32酒精发酵原料：淀粉质原料、糖质原料、纤维质原料。 三、简答 1影响微生物耗氧因素：①微生物本身遗传特征的影响 菌龄④发酵条件⑤代谢类 影响③碳氮比对菌体代谢调节的重要性④ PH对不同 3发酵工艺过程：①用作种子扩大培养及发酵生产的各 种 基、发酵罐及其附属设备的灭菌； ③扩大培养有活性的适量纯种，以一定比例形成大量的代 谢产物；④控制最适的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； 酵过程中所产生的三废物质。（P8图） ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且 生 量高、易于回收；②生长较快，发酵周期 短；③培养条件易于控制；④抗噬菌体及杂菌污染的能力 强；⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的 稳定；⑥对放大设备的适应性强；⑦菌种不是病原菌，不 性物质和毒素。 必须提供合成微生物细胞和发酵产 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，并尽可能减少“三废”物质。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 ①原材料质量：生产过程中经常 其主要原因在于原材料质量 波动；②培养温度：温度对多数微生物的斜面孢子质量有 显著影响；③湿度：斜面孢子培养基的湿度对孢子的数量 和质量都有较大影响。湿度低，孢子生长快；湿度高，孢 子生长慢；④通气与搅拌：在种子罐中培养的种子除保证 供给易于利用的营养物质外，应有足够的通气量，以保证 菌种代谢的正常，提高种子的质量；⑤斜面冷藏时间：斜 面冷藏时间对孢子的生产能力有较大影响，通常冷藏时间 越长，生产能 力降低越多；⑥培养基：一般来说，种子罐 是培养菌体的，培养基的糖分要少而对微生物生长起主导 作用的氮源要多，而且其中无机氮源所占比例要大些；⑦ pH：各种微生物都有自己生长和合成酶的最适pH，为了 达到微生物的打了繁殖和酶合成的目的，培养基必须要保 ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且 生 量高、易于回收；②生长较快，发酵周期 短；③培养条件易于控制；④抗噬菌体及杂菌污染的能力 强；⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的 稳定；⑥对放大设备的适应性强；⑦菌种不是病原菌，不 性物质和毒素。 ①分批作业操作简单，周期短，染菌 程产品质量易控制；②不利于测定其 过程动力学，存在底物限制或抑制问题，出现底物分解阻 遏效应以及二次生长现象；③对底物类型及初始浓度敏感 的次级代谢产物如一些抗生素等就不适合采用分批发酵； ④营养层分很快耗竭，无法维持微生物继续生长和生产； ①添加新鲜培养基，克服养分不足所 延长对数期生长期，增加生物量 等；②长时间发酵，菌种易变异，易染菌；③操作不当， 新加入的培养基与原有培养基不易完 全混合。 10补料分批发酵优缺点：①可以解除底物的抑制，产 物 应；③避免在分批发酵中因 一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧量过多，以致通 风搅拌设备不能匹配的状况；③菌体可被控制在一 续的过度态阶段，可用来作为控制细胞质量的手段 ①无菌要求低；②菌体变异 11分批补料发酵的应用：①消除分解阻遏作用，保障通 浓度培养基的抑制作用并延 配置合适的培养基，调节培养基初始 使其具有很好的缓冲能力；②培养过程 中加入非营养物质的酸碱调节剂；③培养过程中加入基质 性酸碱调节剂；④加入生理酸性或碱性盐基质；⑤将pH 控制与代谢结合起来，通过补料来控制pH。 13搅拌式、气升式结构特征及其应用：①搅拌式： 带有 机 械搅拌的作用是使发酵液充分混合，保持液体中的固性物 料呈悬浮状态，并能打破空气气泡以提高气液间的传氧速 率。较适合对剪切力生长，不适于高粘度或 含大量固体的培依靠无菌压缩空气作为 液体的提升力，下翻动实现混合和传 质传热过程，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。 14清洁生产与末端治理 的比较：①清洁生产：是对产品 使污染物 量和治理量达到最小，使资源充分利用。② 把环境责任放在保护研究、管理等人员身上， 产生的污染物的 处理上，总是处于一种被动的、消极的地位。③因为工业 生产无法完全避免污染的产生，推行清洁生产的同时还需 15味精清洁生产工艺优点：①取消离子交换工艺，减少 温结晶，节约大量冷冻 耗电；③因为采用闭路循环工艺，除了副产品中夹带少量 目标产物外，没有其他损失，故产品得率高；④实现物料 主体闭路循环，达到经济、环境和社会效应的三统一；⑤ 冷凝水可循环作为工艺用水，实现废水零排放。
发酵工程思考题(含答 案)
发酵工程课后思考题 第一章绪论 1、发酵及发酵工程定义？ 答：它是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。 2、发酵工程基本组成部分？ 答：从广义上讲分为三部分：上游工程、发酵工程、下游工程 3、发酵工业产业化应抓好哪三个环节？ 答：发酵工程产业化就是将有关应用微生物的科学研究成果转化为发酵产品，并投向市场的过程。 三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销。 ①投产试验：涉及到”上、中、下三游”工作，即研究成果的验证、小试、中试和扩大试验。 ②规模化生产：值得注意的是产品质量问题，其检测必须符合相应产品标准。 ③市场营销：市场开拓对技术本身影响不大，但参与市场竞争却是产业化成败的决定因素。 4、当前发酵工业面临三大问题是什么？ 答：菌种问题 纯种，遗传稳定性，安全，周期短、转化率高产率高抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌； 合适的反应器 生产规模化原料利用量大，并且具有一定选择性，节能，结构多样化、操作制动化，节劳力。 基质的选择
价廉原料利用量大，并且具有一定选择性易被利用、副产物少，满足工艺要求。 5、我国发酵工业应该走什么样的产业化道路？发酵过程的组成部分？ 答第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续发展阶段 典型的发酵过程可划分成六个基本组成部分： （1）繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定； （2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； （3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中； （4）微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长； （5）产物分离和精制； （6）过程中排出的废弃物的处理。 第二章菌种的来源(1) 1、自然界分离微生物的一般操作步骤？ 答：标本采集，预处理，富集培养，菌种分离（初筛，复筛），发酵性能鉴定，菌种保藏2、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集？ 答：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。 3、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？ 答：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称为自然选育。 意义：自然选育是一种简单易行的方法，可达到纯化菌种、防止菌种退化、稳定生产、提高产量的目的。虽然其突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。 4、诱变育种对出发菌株有哪些要求？ 答：出发菌株指用于诱变育种的最初菌株或每代诱变的试验菌株。 选择出发菌株的要求：
一、选择题（共10小题，每题2分，共计20分） 1.下列关于发酵工程的说法，错误的是（C ） A 发酵工程产品主要是指微生物的代谢产物、酶和菌体本身 B 可以通过人工诱变选育新菌株 C 培养基、发酵设备和菌种必须经过严格的灭菌 D 环境条件的变化既影响菌种的生长繁殖又影响菌体代谢产物的形成 2.当培养基pH发生变化时，应该（C ） A 加酸 B 加碱 C 加缓冲液 D 加无机盐 3. 甘油生物合成主要由下列哪种物质引起（D ） A 尿素 B 硫酸铵 C 酶 D 亚硫酸盐 4. 对谷氨酸发酵的叙述正确的是（D ） A 菌体是异养厌氧型微生物 B 生物素对谷氨酸生成无影响 C 谷氨酸的形成与搅拌速度无关 D 产物可用离子交换法提取 5. 为使淀粉和纤维素进行代谢而提供能量，（B ） A 它们必须第一步变成脂肪分子 B 它们的葡萄糖单位必须被释放 C 环境中必须有游离氧存在 D 遗传密码必须起促进作用 6. 关于微生物代谢产物的说法中不正确的是（D ） A 初级代谢产物是微生物生长和繁殖所必须的 B 次级代谢产物并非是微生物生长和繁殖所必须的 C 初级代谢产物在代谢调节下产生 D 次级代谢产物的合成无需代谢调节 7. 在发酵中有关氧的利用正确的是（B ） A 微生物可直接利用空气中的氧 B 微生物只能利用发酵液中溶解氧 C 温度升高，发酵液中溶解氧增多 D 机械搅拌与溶氧浓度无关 8.某药厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸而产生乳酸及琥珀酸，其原因可能是（B ） A 温度控制不适 B 通气量过多 C pH呈酸性 D 溶氧不足 9.下列可用于生产谷氨酸的菌种是（C ）
1、举出几例微生物大规模表达的产品,及其产生菌的特点？ A.蛋白酶表达产物一般分泌至胞外，能利用廉价的氮源，生长温度较高， 生长速度快 ,纯化、分离及分析快速；安全性高，得到 FDA的批准的菌种。 B.单细胞蛋白生长迅速，营养要求不高，易培养，能利用廉价的培养基或生 产废物。适合大规模工业化生产，产量高，质量好。安全性高，得到 FDA的批准的菌种。 C.不饱和脂肪酸生长温度较低，安全性高，能利用廉价的碳源，不饱和脂 肪酸含量高， D.抗生素生产性能稳定，产量高，不产色素，，能利用廉价原料 F.氨基酸代谢途径比较清楚，代谢途径比较简单 2、工业化菌种的要求？ A能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物 B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C. 遗传性能要相对稳定 D.不易感染它种微生物或噬菌体 E.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） F.生产特性要符合工艺要求 4、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？ 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 5、自然界分离微生物的一般操作步骤？ 样品的采取→预处理→培养→菌落的选择→初筛→复筛→性能的鉴定→菌种保藏 6、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？ 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。 7、菌种选育分子改造的目的？ 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 . 8、以目前的研究水平，土壤中能够培养的微生物大概占总数的多少？什么 是 16sRNA同源性分析？ 目前能够培养的微生物不到总数的 1%。以 16sRNA为靶基因，设计引物， 建立 pcr 扩增体系，再通过 DNA 测序进行细菌同源性分析。 9、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？ 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。
发酵工程与设备实验 1.决定摇瓶溶氧量的因素有哪些？它们如何影响摇瓶溶氧量？答：⑴摇瓶的透气性：8层纱布，纱布透气性越好，摇瓶溶氧量越大。⑵摇瓶的转速：转速越大，培养基流动越剧烈，增大与气体接触面积。⑶培养基的粘稠度：粘稠度越大，氧气越难进入，溶氧量越低。 2.采用磷钼蓝法测定发酵液中的植酸酶活性实验中，空白对照中并未发生酶和底物的水解反应，但经过显示后，颜色却呈较深的蓝色，试解释其原因。 答：①磷钼蓝受热，易被氧化成蓝色还原物。②植酸钠中含杂质磷太多。 3.红曲米发酵实验中，为何要添加酸水？无菌酸水如何制得？答：是为了洗脱菌种，同时为红曲霉生长创造酸性环境。 制备：取一烧杯的蒸馏水，往水中加入乳酸并调PH至4.0.然后取10ml配制好的溶液于干净的试管中，密封包扎后，放入高压灭菌锅灭菌，即可得到无菌酸水。 4.产植酸酶黑曲霉的分离实验中，为何选用植酸钙而不选用植酸钠？ 答：钠盐易溶解、钙盐难容，易形成透明圈，从而筛选。 5.产植酸酶黑曲霉的分离实验中，为什么不将脱氧胆酸钠溶液
和氯霉素眼药水加入到筛选培养基中一起灭菌？ 答：①脱氧胆酸钠会与铁盐高温时反应。②细菌性抗生素、自身就是杀菌的，且本身无菌，也不能灭菌。 6.请详细说明产植酸酶黑曲霉的分离实验的实验原理。 答：以植酸钙为唯一磷来源的选择培养基，同时以透明圈法，从土壤中分离筛选产植酸酶的黑曲霉 7.产植酸酶黑曲霉的摇瓶发酵实验中，摇瓶的作用有哪些？答：①气体和营养分布均匀②温度保持恒定③代谢产物分散④避免影响其他菌丝生长⑤防止细胞沉淀 8.植酸酶酶活力测定实验中，若显色后的反应体系测定吸光度值为2.23，说明什么问题？该如何调整实验方案？ 答：浓度过大，该稀释。 9.植酸酶活力测定时做标线的目的是什么？ 答：标线是反应吸光度与无机磷浓度之间的关系，待我们测的样品吸光度后即可在标线上读出对应无机磷浓度，从而进行酶活计算。 10.简述灭菌锅的使用方法及步骤。 答：①向锅内注入水至三脚架上边缘、预热。 ②放入物品，将直排气管并放入排气槽。 ③关盖，拧紧对应螺栓，打开开关加热 ④待压力达到0.05MPa，排冷空气，归零。
发酵课后题参考答案 1.试述消毒和灭菌的区别。 答: 消毒是用物理或化学的方法杀死无聊和设备中所有生命无知的过程。 灭菌是用无力或化学的方法杀死空气, 地表以及容器和器具表面的微生物。 消毒和灭菌的区别一方面在于消毒仅仅杀死生物体或非生物体表面的微生物, 而灭菌是杀死所有的生命体。另一方面在于消毒一般只能杀死营养细胞, 而不能杀死细菌芽胞和真菌孢子等, 适合于发酵车间的环境和发酵设备, 器具的无菌处理。 2简述染菌的检验方法及染菌类型的判断。 答: 生产上要求准确, 迅速的方法来检查出污染杂菌的类型及其可能的染菌途径, 当前有一下几种常见的方法。 1.显微镜检查法。一般见简单的染色法或革兰氏染色法, 将菌体染色后镜检。对于霉菌, 酵母发酵, 先用低倍镜观察生产菌的特征, 然后用高倍镜观察有无杂菌的存在。根据生产菌与杂菌的不同特征来判断是否杂菌, 必要时还可用芽胞染色或鞭毛染色。 2.平板划线培养检查法。先将待检样品爱无菌平板上划线, 根据可能的染菌类型分别置于37或27摄氏度下培养, 8个小时后可观察到是否有杂菌污染。对于噬菌体检查, 可采用双层平板培养法。 3.肉汤培养检查法。将待检样品介入无菌的肉汤培养基中, 分别置于37或27摄氏度下进行培养, 随时观察微生物的生长情况, 并取样镜检, 判读是否有杂菌污染及杂菌的类型。 4.发酵过程的异常现象观察法。发酵过程出现的异常现象如溶解氧, PH, 尾气中二氧化碳含量, 发酵液的粘度等的异常变化, 都可能产生染菌的重要信息, 也根据这些异常现象来分析发酵是否染菌。 3 发酵工业用菌种应具备哪些特点? ①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;
1发酵:把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。 2发酵工程：应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学 酶活性调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。3为什么要采用高浓度微生物的培养？微生物液体发酵大都采用分批培养，这 种培养方式的缺点 是：发酵液中最终细 胞浓度不高。如果通 过改进工艺技术，使 发酵液中微生物细 胞增殖到很高的浓 度，那么，高浓度的 细胞将会产生高浓 度的发酵产物，这样 就可以大大提高发 酵设备的利用率，降 低生产成本。基于这 种目的，人们开始研 究微生物高细胞浓 度的培养技术。采用 高细胞浓度培养技 术，发酵液中菌体浓 度比分批式培养可 高10倍以上 高浓度细胞培养的 方法:1流加培养2 高细胞浓度连续培 养3菌体循环利用等 4四大工程:发酵工 程 ( Fermentation )2 酶工程 (蛋白质工 程) 3基因工程 4细 胞工程 5菌种：用于发酵过 程作为活细胞催化 剂的微生物，包括细 菌、放线菌、酵母菌 和霉菌四大类。 6具有生产价值的发 酵类型有五种：①微 生物菌体发酵；②微 生物酶发酵；③微生 物代谢产物发酵；④ 微生物的转化发酵； ⑤生物工程细胞的 发酵 7初级代谢产物：在
菌体对数生长期所产生的产物，是菌体生长繁殖所必需的。8液体深层发酵优点：①液体悬浮状态是很多微生物的最适生长环境。②在液体中，菌体及营养物、产物（包括热量）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。因而液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。 9自然选育在生产过 程中，不经过人工处 理，利用菌种的自发 突变而进行菌种筛 选的过程 10诱变育种：就是人 为地利用物理或化 学等因素，使诱变对 象细胞内的遗传物 质发生变化，引起突 变，并通过筛选获得 符合要求的变异菌 株的一种育种方法。 11表型迟延现象：突 变基因的出现并不 等于突变表型的出 现，表性的改变落后 于基因型改变的现 象成为表型延迟现 象。 12原料：从工艺角度 来看，凡是能被生物 细胞利用并转化成 所需的代谢产物或 菌体的物料，都可作 为发酵工业生产的 原料。 13培养基灭菌的定 义：是指从培养基中 杀灭有生活能力的 细菌营养体及其孢 子，或从中将其除 去。工业规模的液体 培养基灭菌，杀灭杂 菌比除去杂菌更为 常用。 14灭菌与消毒的区 别：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、 细菌芽孢和孢子。 消毒：用物理或化学
一、思考题 1.发酵及发酵工程定义？ 答：定义：发酵工程是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。 传统发酵是指酵母作用于果汁或发芽的谷物时产生二氧化碳的现象； 生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式；或者更严的说发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。 工业上的发酵泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。 青霉素发酵能成功的原因，主要是解决了两大技术问题：1）通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题；2）抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。 2.发酵工程基本组成部分？ 答：从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程 3.发酵工业产业化应抓好哪三个环节？ 答：三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销 4.当前发酵工业面临三大问题是什么？ 答：菌种问题、合适的反应器、基质的选择 菌种问题：纯种、遗传稳定性、安全、周期短、转化率高产率高、抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌 合适的反应器：生产规模化、原料利用量大并且具有一定选择性、节能、结构多样化、操作制动化、节省劳力 基质的选择:价廉、原料利用量大并且具有一定选择性、易被利用、副产物少、满足工艺要求 5.我国发酵工业应该走什么样的产业化道路？ 答:第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续发展阶段 二、思考题 1、自然界分离微生物的一般操作步骤？ 答：标本采集→预处理→富集培养→菌种分离（初筛、复筛）→发酵性能鉴定→菌种保藏目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物； 2、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集富集？ 答：富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。 ?富集的基本方法：1、控制营养：如以唯一碳源或氮源作底物；2、控制培养条件：如pH、温度、通气量等；3、抑制不需要的种类 3、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？ 答：定义：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称为自然选育。 意义：自然选育是一种简单易行的方法，可达到纯化菌种、防止菌种退化、稳定生产、提高产量的目的。虽然其突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施 回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变。
2018发酵微生物题库 一、名词解释 1.微生物：一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。 2.菌落：菌落（colony）由单个细菌（或其他微生物）细胞或一堆同种细胞在适宜固体培养基表面或 内部生长繁殖到一定程度；形成肉眼可见有一定形态结构等特征的子细胞的群落。 3.病毒:是一类核酸合蛋白质等少数集中成分组成的超显微“非细胞生物”。 4.基本培养基：仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基。 5.最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。 6.巴氏消毒法：一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法。 7.温和噬菌体：能引起溶源性的噬菌体。 8.噬菌体：原核生物的病毒。 9.溶原性细菌：温和噬菌体侵入的宿主细胞。 10.噬菌斑生成单位（效价）：每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数。 二、填空题 1.微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称，其特点是个体微小、构造简单和进化地位低。 2.微生物主要有三大类群：①原核类的细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体； ②真核类的真菌、原生动物、显微藻类； ③非细胞类的病毒和亚病毒。 3.微生物的五大共性是体积小，面积大；吸收多，转化快；生长旺，繁殖快；适应强，易变异；分布广，种类多，其中最主要的共性应是体积小，面积大。 4.细菌的形态主要有杆状、球状状和螺旋状三种，此外，还有少数丝状和棱角状等。 5.细菌细胞的一般构造有细胞壁、细胞质、细胞质膜、核区、间体、和各种内含物等，而特殊构造则有糖被、 鞭毛、菌毛、性菌毛和芽孢等。 6.磷壁酸是革兰氏阳性细菌细胞壁上的特有成分，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。 7.芽胞除了可长期休眠外，还是生命世界中抗逆性最强的生命体，例如抗热、抗化学药物和抗辐射等。 8.根据进化水平和形态构造等特征上的明显差别可把微生物分成三大类，即原核类、真核类和非细胞类。 9. 支原体突出的形态特征是无细胞壁，所以对青霉素不敏感。 10.病毒的一步生长曲线包括了三个时期，即潜伏期、裂解期、和平稳期。 11.细菌在固体培养基表面能形成菌落和菌苔。 12.细菌最常见的繁殖方式是裂殖，包括二分裂、三分裂、复分裂三种形式，少数细菌还能进行芽殖。 13. 可以在光学显微镜油镜下看到的细菌特殊结构有鞭毛、芽胞、糖被。 14、病毒的主要组成为核酸和蛋白质。 15、噬菌体的特点是不具有完整的细胞结构,遗传物质多为DNA。 16、病毒的繁殖过程可分为吸附、侵入、增值、成熟、裂解五个步骤。 17、微生物类群的繁殖方式多种多样，病毒以复制方式繁殖；细菌以分裂繁殖为主；而放线菌以分生孢子和 孢囊孢子两种方式形成无性孢子；霉菌较复杂，已有了无性繁殖有性繁殖和两种繁殖方式和半知菌特有的准性生殖。 18、真菌细胞的线粒体是_能量代谢的细胞器。 19、真核微生物包括有：真菌，粘菌，藻类，原生动物. 20、酵母菌的无性繁殖方式中最常见的是芽殖，少数种类具有与细菌相似的裂殖方式。 21、构成丝状真菌营养体的基本单位是：菌丝. 22、真菌菌丝具有的功能是吸收营养物质和进行繁殖。 23、真菌生长在基质内的菌丝叫基内菌丝，其功能主要是吸收营养物质，伸出基质外的菌丝叫气生菌丝，其功能主要是转化成繁殖菌丝产生孢子。 填空题（二） 1、微生物的营养要素有__碳源_、_氮源_、_能源_、_无机盐_、_生长因子__和_水__六大类。 2、营养物质通过渗透方式进入微生物细胞膜的方式有_单纯扩散、促进扩散_、主动运送、基因移位_等四种。 3、化能自养微生物以无机物为能源，以无机碳源为碳源，如硝化细菌属于此类微生物。 4、化能异养微生物的基本碳源是有机碳源，能源是有机物，其代表微生物是__酵母菌__和__乳酸菌_等。 5、固体培养基常用于微生物的科学研究、生产实践、及微生物的固体研究和大规模生产等方面。
第一章，绪论 一、填空： 微生物工程可分为发酵和提纯两部分，其中以发酵为主。 化学工程与发酵工程的本质区别在于化学工程利用非生物催化剂，发酵工程利用生物催化剂---酶。 二、判断： 发酵产品是经微生物厌氧生物氧化过程获得的。错 三、课后思考题： 1、发酵的定义：利用微生物的新陈代谢作用，把底物（有机物）转化成中间产物，从而获得某种工业产品。（工业上定义、广义、有氧无氧均可） 2、发酵流程： 3、比拟放大的基本过程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产 4、发酵工程的发展经历了哪几个阶段？ 1.）自然发酵时期 2）纯培养技术建立(第一个转折期) 3）通气搅拌的好气性发酵工程技术建立(第二个转折期) 4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期) 5）发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期) 6）生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期) 5、微生物工业发展趋势 1）、几个转变 分解代谢→合成代谢 自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵（如工程菌） 2）、化学合成与生物合成相结合 3）、大型、连续化、自动化发酵 发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。 4）、人工诱变育种和代谢控制发酵
微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。 5）、原料范围不断扩大 石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等 6、举例说明微生物工业的范围 酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒） 食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳） 有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇） 抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等） 有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等） 酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等） 氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等） 核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等） 维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等） 生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等） 名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等） 微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白） 微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等） 生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质） 微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等） 第二章发酵基础知识 1、写出生产以下产品的主要菌种： 啤酒（啤酒酵母）、黄酒（霉菌（根霉、曲霉）、酵母菌、细菌）、味精（谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌）、柠檬酸（黑曲霉）、食醋（霉菌、酵母菌、醋酸菌）、酸奶（乳酸菌（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌）） 2、发酵工艺控制中，主要应监控温度、pH值、溶解氧、 泡沫、氧化还原电位等。 3、概念：单菌发酵: 现代发酵工业中最常见，传统发酵工业中很难实现。 混合菌发酵: 自然发酵和人工接种发酵 液态发酵: 发酵基质呈流动状态，如啤酒发酵、柠檬酸发酵等。 固态发酵: 发酵基质呈不流动状态。如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒（白酒）发酵等。半固态发酵: 发酵基质呈半流动状态，如黄酒发酵、传统稀醪酱油发酵等。 4、发酵产品主要类型 微生物菌体、代谢产物、酶 5、如何理解：传统工艺，原料决定菌种；现代工艺，菌种决定原料？ 传统工艺，原料决定菌种：传统工艺中，发酵原料是一种选择培养基。 传统工艺就是利用这种选择作用，把自然界带入的各种野生菌，在发酵基质上进行选择富集培养，这些微生物生长和代谢的结果可生产出有特殊风味的食品。 现代工艺，菌种决定原料：在使用纯种发酵剂前，我们必须对原料进行灭菌，以防止其他杂菌对发酵的干扰。 6、发酵产品主要有哪些附加值 1）发酵有利于食品保藏食品发酵后，改变了食品的渗透压、酸度、水的活性等，从而抑制了腐败微生物的生长，有利于食品保藏。 2）发酵产品有保健作用有些食品经过微生物发酵后，不仅能产生酸类和醇类等，还能产生某些抗菌素可抑制致病菌和肠内腐败菌。