微生物工程 第5章 发酵过程及控制
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发酵工程发酵过程控制1. 引言发酵工程是利用微生物的生理代谢过程来生产有机化合物的一种工程技术。
而发酵过程控制则是在发酵工程中对发酵过程进行调控和监控,以确保发酵过程能够稳定进行,并获得高产率和良好的产品质量。
发酵过程控制通过对微生物与培养基、发酵设备和操作条件等方面进行控制,研究微生物的生长规律和代谢产物的生成规律,实现对发酵过程的调控,以实现最佳的发酵效果。
本文将介绍发酵工程发酵过程控制的主要内容和方法。
2. 发酵过程控制的目标发酵过程控制的主要目标是实现以下几个方面的调控:1.生物量的控制:调控微生物的生长速率和生物量,使其在适宜的培养基和环境条件下获得最佳生长,提高产酶或产物的产量;2.代谢产物的控制:调控微生物代谢过程中的关键反应步骤,实现选择性产物的生成,并提高产量;3.溶氧的控制:调控发酵过程中的溶氧浓度,提高氧传递效率,防止氧的限制性产物的堆积;4.pH的控制:调控发酵过程中的pH值,维持合适的酸碱环境,促进微生物的生长和代谢;5.温度的控制:调控发酵过程中的温度,提供适宜的环境条件,促进微生物的生长和代谢。
3. 发酵过程控制的方法发酵过程控制主要采用以下几种方法:3.1 反馈控制反馈控制是一种基于对发酵过程变量的测量和反馈,通过调节控制器输出量,实现对发酵过程的调控。
常见的反馈控制方法包括:•温度控制:通过测量发酵容器内的温度,控制加热或降温设备的输出,以维持适宜的温度;•pH控制:通过测量发酵液的pH值,控制酸碱调节器的输出,以维持适宜的酸碱环境;•溶氧控制:通过测量发酵液中的溶氧浓度,控制气体供应设备的输出,以维持适宜的溶氧浓度。
3.2 前馈控制前馈控制是一种基于对发酵过程中外部输入变量的预测,通过调节控制器输出量,实现对发酵过程的调控。
常见的前馈控制方法包括:•溶氧前馈控制:根据发酵微生物对溶氧需求的特性,通过对气体供应设备输出的调节,提前调整溶氧浓度,以满足微生物的需求;•pH前馈控制:根据发酵产物对酸碱环境的敏感性,通过对酸碱调节器输出的调节,提前调整pH值,以维持合适的酸碱环境。
第五章微生物与发酵工程一、单选题(35分):1.操纵细菌的抗药性、固氮、抗生素生成等性状的基因位于( )A. 核区B.线粒体C. 核糖体D.质粒 2.通常用来作为菌种鉴定的重要依据是( )A. 细菌体积 B .细菌形状 C .菌落特点 D.细菌结构 3.要从多种细菌中分离出金黄色葡萄球菌,培养基要用 ( )A. 加入青霉素的培养基 B .加入高浓度食盐的培养基 C .固体培养基 D.液体培养基 4.下列与微生物的代谢活动专门旺盛无关的缘故是 ( )A .表面积与体积比大B .数量多C .对物质的转化利用快 D. 表面积大 5.下列微生物的产物中没有菌种特异性的一组是 ( )A .氨基酸、核苷酸、多糖、毒素、激素B .核苷酸、维生素、多糖、脂类、氨基酸C .多糖、脂类、维生素、抗生素、氨基酸D .氨基酸、多糖、维生素、色素、抗生素 6.可用于观看细菌运动的培养基是 ( )A .固体培养基B .半固体培养基 C.液体培养基 D.天然培养基 7.研究微生物的生长是以群体为单位的,这项研究不包括 ( ) A .菌落的生长 B .繁育 C.群体细胞数增加 D.个体的体积增大 8.作为生产用和科研材料用的菌种,常选 ( ) A.稳固期 B .衰亡期C .调整期 D. 对数期9.下列不属于微生物的是 ( )A.原核生物B.原生生物C.真菌D.微小动植物10.在微生物生长的过程中,细胞形状最多和数目最多的时期是 ( )A.对数期、稳固期B.衰亡期、对数期C.稳固期、衰亡期D.衰亡期、稳固期11.环境中氧含量的状况,对不同代谢类型的微生物群体的生长具有不同的阻碍,下列菌中无明显阻碍的是 ( )A .酵母菌B .产甲烷杆菌 C.破伤风杆菌 D .乳酸菌12.微生物群体生长状况的测定方法能够是 ( ):①测定样品的细胞数目 ②测定次级代谢产物的总含量 ③测定培养基中细菌的体积 ④测定样品的细胞重量A .②④ B.①④ C.①③ D.②③13.微生物代谢的调剂属于 ( )A .神经调剂 B.激素调剂 C .酶的调剂 D.基因调剂14.在细菌培养中,所制备的斜面培养基形成的斜面的长度不超过试管总长的( ) A.l /5 B .2/3 C .1/4 D .1/215.在培养基的配制过程中,具有如下步骤,其正确顺序为 ( ) ①溶化 ②调pH ③加棉塞 ④包扎 ⑤培养基的分装 ⑥称量A.①②⑥⑤③④ B .⑥①②⑤③④ C .⑥①②⑤④③ D .①②⑤④⑥③ 16.通过阻碍微生物膜的稳固性,从而阻碍营养物质吸取的因素是( ) A.温度B. pHC.氧含量 D .前三者的共同作用 17.在实际生产中,对数期的长短取决于( )①培养罐的大小 ②接种量的大小 ③培养基的多少 ④代谢产物合成的多少 A.②④ B .②③ C .①② D .①③18.发酵是利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方式,通常说的乳酸发酵属于 ( ) A.固体发酵 B .液体发酵 C .氨基酸发酵 D .需氧发酵 19.圆褐固氮菌可利用的氮源是 ( ) A .氨 B .分子氮 C .尿素 D .蛋白陈 20.多数真菌的最适pH 出为( )A .5.0~6.0 B. 6.0~7.0 C .4.0~5.0 D.3.0~4.0 21.酵母菌培养过程中的生长曲线如图所示:a 、b 、c 、d 分别表示不同的生长时期,其中适于作为生产用菌种的时期是A aB bC cD d22.关于微生物代谢产物的说法中不正确的是 ( )A.初级代谢产物是微生物生长和繁育所必须的B.次级代谢产物并非是微生物生长和繁育所必须的C.次级代谢产物在代谢调剂下产生D.初级代谢产物的合成无需代谢调剂23.单细胞蛋白是通过下列何种方法获得的 ( )A .基因工程B .细胞工程C .发酵工程 D.酶工程24.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,其缘故是 ( )A.温度操纵不适B.通气量过多 C. pH呈酸性 D.溶氧不足25.下列可用于生产谷氨酸的菌种是()A.谷氨酸棒状杆菌、金黄色葡萄球菌B.链球菌、大肠杆菌C.谷氨酸棒状杆菌,黄色短杆菌D.大肠杆菌、乳酸菌26.发酵过程中,可不能直截了当引起pH变化的是()A.营养物质的消耗B.微生物呼出的CO2C.微生物细胞数目的增加D.次级代谢产物的积存27.能为发酵工程提供菌种的是()A.植物体细胞杂交B.动物细胞融合 C. 目的基因转移 D.聚乙二醇处理大肠杆菌28.依照酶在生物体内存在的部位,可分为胞内酶和胞外酶,下列酶中属于胞外酶的是()A.呼吸酶B.光合酶C.消化酶D.解旋酶29.在生产实践中,假如接种量大,则细菌生长的情形是()A.调整期延长B.调整期缩短C.对数期缩短D.稳固期后移30.微生物体内抗毒素、抗生素、色素等的形成时期要紧是在( )A.调整期B.对数期C.稳固期D.衰亡期31.所有细菌都具有特点是()A 差不多上异养生物B 仅在有水条件下繁育C 仅在有氧条件下生长D 生存温度都超过80℃32.关于灭菌和消毒的不正确的明白得是()A.灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子B.消毒和灭菌实质上是相同的C.常用灭菌方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法 D.接种环用烧的法灭菌33.构成流感病毒的结构是()A.荚膜、衣壳、核酸B.鞭毛、核酸、衣壳C.囊膜、鞭毛、核酸D.囊膜、衣壳、核酸34.下图是表示温度对微生物的生长阻碍,其中正确的是()35.酵母菌培养液常含有一定浓度的葡萄糖,但当葡萄糖浓度过高时,反而抑制微生物的生长,缘故是()A.碳源供应太充足B.细胞会发生质壁分离C.改变了酵母菌的出值D.葡萄糖不是酵母菌的原料二、多选题(10分):36.发酵工程的第一个重要工作是选择优良的单一纯种。
微生物发酵工艺及其控制简述罗宗学(云南大学生命科学学院云南昆明 650091)摘要:根据操作方式不同,发酵工艺分为间歇发酵,连续发酵和流加发酵三种类型,其中流加发酵在生产和科研上应用最为广泛。
在发酵工艺中反映发酵过程变化的参数分为物理参数、化学参数和生物学参数三大类,这些参数的变化直接影响到发酵工业的生产率和产物品质。
本文从对发酵工艺过程影响较大的发酵温度、pH值、溶解氧、泡沫、菌体浓度和基质、发酵时间等6个方面阐述如何进行发酵工艺的控制,为实现发酵产业的经济效益最大化提供必要的理论依据。
关键字:发酵工艺变化参数影响和控制发酵是指通过微生物(或动植物细胞)的生长培养和化学变化,大量产生和积累专门的代谢产物的过程。
早在2000多年前,我国就有了酿酒、制醋的发酵技术,那时候发酵完全属于天然发酵。
20 世纪40年代中期,美国抗菌素工业兴起,大规模生产青霉素,建立了深层通气发酵技术。
1957年,日本微生物生产谷氨酸盐(味精)发酵成功,大大推动了发酵工程的发展。
70年代开始,随着基因工程、细胞工程等生物过程技术的开发,以石油为原料生产单细胞蛋白,使发酵工程从单一依靠碳水化合物(淀粉)向非碳水化合物过渡,从单纯依靠农产品发展到利用矿产资源,如天然气、烷烃等原料的开发。
80年代,随着学科之间的不断交叉和渗透,微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究,人们能按需要设计和培育各种工程菌,在大大提高发酵工程的产品质量的同时,节约能源,降低成本,使发酵技术实现新的革命。
发酵过程中,为了能对生产过程进行必要的控制,需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。
影响发酵过程发的因素很多,包括物理的(如温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、表观粘度、浊度、料液流量等),化学的(如质浓度、pH、产物浓度、溶解氧浓度、氧化还原电位、废气中氧及二氧化碳浓度、核酸量等)和生物的(如菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、基质消耗速率、关键酶活力等)三大类。
发酵工程技术一、引言发酵工程技术是指利用微生物进行生物化学反应的技术,是现代生物工程领域中的重要分支之一。
随着人们对生命科学认识的不断深入,发酵工程技术在食品、医药、化工等领域的应用也越来越广泛。
本文将从发酵过程、微生物选育、发酵设备和控制等方面详细介绍发酵工程技术。
二、发酵过程发酵过程是指利用微生物进行代谢反应,产生有用产物的过程。
发酵过程一般包括以下几个步骤:1.微生物培养:选取适合的微生物菌株进行培养,使其达到最佳状态。
2.接种:将培养好的微生物菌株加入到合适的基质中。
3.发酵:在适宜的条件下进行反应,如温度、气体含量、pH值等。
4.收获:收集并处理有用产物。
三、微生物选育微生物选育是指通过筛选和改良微生物菌株,获得更优良的特性和功能的过程。
微生物选育可以通过以下几个方面来进行:1.筛选:从自然界中或已有菌株中筛选出具有所需特性的菌株。
2.改良:通过基因工程等手段对微生物进行改良,使其具有更优异的性能。
3.培育:对已筛选或改良好的微生物菌株进行培养和保存,以便后续使用。
四、发酵设备发酵设备是指用于进行发酵反应的设备。
发酵设备一般包括以下几个部分:1.发酵罐:用于容纳微生物和基质,并提供适宜的环境条件,如温度、气体含量、pH值等。
2.搅拌器:用于将微生物和基质充分混合,以加速反应速率。
3.通气系统:用于提供适宜的气体含量和流速,以保证反应过程中氧气充足。
4.控制系统:用于监测和控制反应过程中各项参数,如温度、pH值、搅拌速度等。
五、发酵控制发酵控制是指对发酵过程中各项参数进行监测和控制的过程。
发酵控制可以通过以下几个方面来进行:1.温度控制:保持适宜的温度,以保证微生物菌株处于最佳状态。
2.pH值控制:保持适宜的pH值,以维持反应环境的稳定。
3.气体含量控制:保持适宜的气体含量和流速,以保证反应过程中氧气充足。
4.搅拌速度控制:调节搅拌速度,以加速反应速率。
5.在线监测:通过在线监测各项参数,及时调整反应条件,以提高产物质量和产量。
简述发酵工程的基本过程
发酵工程的基本过程包括以下几个步骤:
1. 选择发酵微生物:根据工艺要求和产品特性,选择合适的发酵微生物(如细菌、酵母、真菌等)作为发酵的生物体。
2. 培养种子:用适当的培养基和条件,培养发酵微生物的种子菌株,使其达到一定的生长状态。
3. 发酵罐设计:设计合适的发酵罐,包括容量、搅拌、通气、温度和pH控制等,以提供最佳的生长环境。
4. 发酵培养基准备:根据微生物的生长需求,配制合适的发酵培养基,包括碳源、氮源、无机盐和其他必要的添加剂。
5. 接种发酵:将培养好的种子菌株接种到发酵罐中的发酵培养基中,使其开始生长和繁殖。
6. 发酵过程控制:通过监测和调控发酵罐中的温度、pH、搅
拌速度、通气速率等参数,控制发酵过程中的生物学反应,以实现最佳的生长和代谢活动。
7. 产物收集和分离:在发酵结束后,收集发酵液中的目标产品,根据需要进行进一步的分离、提纯和处理。
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展醐促转化,将原料转化成产品或提供社会性效劳的一门科学。
由于它以培养微生物为主,所以又称为微生物工程。
2、发酵工程根本组成局部?答:从广义上讲分为三局部: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,平安,周期短、转化率高产率高抗污染能力强:噬菌体、蛭弧菌;适宜的反响器生产规模化原料利用量大,并且具有一定选择性,节能,构造多样化、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?发酵过程的组成局部?答第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续开展阶段典型的发酵过程可划分成六个根本组成局部:(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)产物别离和精制;(6)过程中排出的废弃物的处理。
第二章菌种的来源(1)1、自然界别离微生物的一般操作步骤?答:标本采集,预处理,富集培养,菌种别离(初筛,复筛),发酵性能鉴定,菌种保藏2、从环境中别离目的微生物时,为何一定要进展富集?答:让目的微生物在种群中占优势,使筛选变得可能。