发酵过程优化5(复习)

发酵⼯程章节复习资料第⼀章绪论1、发酵及发酵⼯程的概念1、传统发酵最初发酵是⽤来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，或者更严格地说，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。

3、⼯业上的发酵泛指利⽤微⽣物制造或⽣产某些产品的过程包括：1. 厌氧培养的⽣产过程，如酒精，乳酸等。

2. 通⽓（有氧）培养的⽣产过程，如抗⽣素、氨基酸、酶制剂等。

产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。

发酵⼯程（Fermentation Biotechnology）: 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。

2、发酵⼯程技术的发展⼤致可分为哪⼏个阶段，每段的技术特点是什么？1. ⾃然发酵时期:嫌⽓性发酵⽤于酒类酿造，好⽓性发酵⽤于酿醋、制曲。

2. 纯培养技术的建⽴：⼈⼯控制环境条件使发酵效率迅速提⾼。

3.通⽓搅拌好⽓发酵过程技术的建⽴：从分解代谢转为⽣物合成代谢，可以利⽤微⽣物合成积累⼤量有⽤的代谢产物。

4.⼈⼯诱变育种与代谢控制发酵⼯程技术的建⽴：遗传⽔平上控制微⽣物代谢。

5. 发酵动⼒学、发酵⼯程连续化、⾃动化⼯程：以数学、动⼒学、化⼯原理等为基础，通过计算机实现发酵过程的⾃动化控制的研究，使发酵过程的⼯艺控制更为合理。

6. 微⽣物酶反应⽣物合成与化学合成反应结合⼯程技术：可⽣产许多过去不能⽣产的有⽤物质。

3、发酵⼯业的应⽤范围1. 酿酒⼯业（啤酒、葡萄酒、⽩酒）2. ⾷品⼯业（酱、酱油、⾷醋、腐乳、⾯包、乳酸）3. 抗⽣素⼯业（青霉素、链霉素、⼟霉素）4. 有机酸⼯业（柠檬酸、葡萄糖酸）5. 酶制剂⼯业（淀粉酶、蛋⽩酶）6. 氨基酸⼯业（⾕氨酸、赖氨酸）7. 核苷酸发酵⼯业(肌苷酸、肌苷)8. 有机溶剂⼯业（酒精、丙酮）9. 维⽣素⼯业(VB2、VB12)10.⽣物能源⼯业（沼⽓、⽣物柴油）11.环境保护产业（废⽔⽣物处理）12.⽣理活性物质发酵⼯业（激素）13. 冶⾦⼯业(微⽣物探矿、⽯油脱硫)14.微⽣物菌体蛋⽩发酵⼯业（酵母、单细胞蛋⽩）4、发酵⼯业的特点与化学⼯程相⽐，发酵⼯程具有以下特点：1、发酵过程是极其复杂的⽣物化学反应，与微⽣物细胞息息相关2、通常在常温常压下进⾏，反应安全，需求条件也⽐较简单3、发酵醪（包括固相、液相、⽓相，还含有活细胞体或菌丝体），属⾮⽜顿流体，其特性影响因素很多，对发酵⼯程都有关联4、具有严格的灭菌系统，以防⽌杂菌污染如空⽓除菌系统、培养基灭菌系统、设备的冲洗灭菌等5、反应以⽣命体的⾃动调节⽅式进⾏，因此数⼗个反应过程能够像单⼀反应⼀样，在同⼀发酵罐内进⾏6、后处理阶段，为了适应菌体与发酵产物的特点，需采取⼀些特殊的⼯艺措施并选⽤合适的设备。

发酵⼯程复习题发酵⼯程复习资料第⼀章1发酵：利⽤微⽣物再有氧或⽆氧条件下的⽣命活动来⼤量⽣产或积累微⽣物细胞、酶类和代谢产物的过程2发酵⼯程：利⽤微⽣物的特定性状，通过现代⼯程技术，在发酵罐中⽣产有⽤物质的⼀种技术系统。

3发酵⼯程发展史：1传统发酵⼯程——经验发酵技术时期2第⼀代发酵⼯程——纯培养发酵技术时期3近代发酵⼯程——深层培养发酵技术时期4 现代发酵⼯程——定向育种发酵时期第三章1灭菌：利⽤物理或化学的⽅法杀死或除去物料及设备中所有的微⽣物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢⼦。

⽆机盐及微量元素镁、磷、钠、钾、硫、钙和氯钴、铜、铁、锰、锌、钼MgSO4、NaCl 、NaH2PO4、K2HPO41.⼯业发酵对⽣产菌种的⼀般要求★①菌种能在廉价原料制成的培养基上迅速⽣长和繁殖，并且⽣成所需的代谢产物要⾼。

②菌种可以在要求不⾼、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。

③菌株⽣长速度和产物⽣成速度应较快，发酵周期较短。

④根据代谢控制的要求，选择单产⾼的营养缺陷型突变菌株、调节突变菌株或野⽣菌株。

⑤选择⼀些不易被噬菌体感染的菌株。

⑥⽣产菌株要纯粹，不易变异退化，以保证发酵⽣产和产品质量的稳定性。

2菌种选育的概念？菌种选育：按照⽣产的要求，根据微⽣物遗传和变异理论，⽤⾃然或⼈⼯的⽅法改造成菌种变异，再经过筛选⽽达到菌种改良的⽬的3.⾃然选育的概念？概念：在⽣产过程中，不经过⼈⼯诱变处理，利⽤菌种的⾃发突变，⽽进⾏菌种筛选的过程，称为⾃然选育或⾃然分离4、⾃然选育的主要步骤？主要步骤：标本采样、标本材料的预处理、富集培养、纯种分离、性能鉴定、菌种保藏。

如果产物与⾷品制造有关，还要对菌种进⾏毒性鉴定1.选择培养分离法适合分离什么菌？答:适⽤于分离某些⽣理类型较特殊的微⽣物2.细菌与⼤型真菌的分离分别适合⽤什么⽅法？答：平板划线法、组织培养法。

3、如何控制营养成分，分离⾃养型微⽣物、固氮菌、纤维素酶菌、⼏丁质酶菌？⽣理⽣化筛选微⽣物平板选择分离的⽅法2、透明圈法3、⽣长圈法4、抑菌圈法液体⽯蜡覆盖保藏菌种中的液体⽯蜡的作⽤是提供碳源( f).实验室常⽤的培养细菌的培养基是（ a） A ⽜⾁膏蛋⽩胨培养基 B 马铃薯培养基 C ⾼⽒⼀号培养基 D 麦芽汁培养基在实验中我们所⽤到的淀粉⽔解培养基是⼀种（ d ）培养基A 基础培养基B 加富培养基C 选择培养基D 鉴别培养基实验室常⽤的培养放线菌的培养基是（c ）A ⽜⾁膏蛋⽩胨培养基B 马铃薯培养基C ⾼⽒⼀号培养基D 麦芽汁培养基酵母菌适宜的⽣长pH值为（a ）A 5.0-6.0B 3.0-4.0C 8.0-9.0D 7.0-7.5细菌适宜的⽣长pH值为（ d ）A 5.0-6.0B 3.0-4.0C 8.0-9.0D 7.0-7.5培养下列哪种微⽣物可以得到淀粉酶、蛋⽩酶、果胶酶、多肽类抗⽣素、氨基酸、维⽣素及丁⼆醇等产品。

发酵过程优化原理复习发酵过程优化原理复习1、发酵过程优化的目标答：①建立生物反应过程的数量化处理和动力学模型。

②实现发酵过程优化，以更好地控制发酵过程；③规避生物技术产业化过程的技术风险，追求其经济效益；2、发酵过程优化主要涉及的研究内容答：①细胞生长过程研究，了解微生物从非生物培养基中摄取营养物质的情况和营养物质通过代谢途径转化后的去向，确定不同环境条件下微生物的代谢产物分布；②根据微生物代谢反应符合质量守恒定律，对微生物反应的化学计量进行研究，简化对发酵过程的质量衡算；③研究生物反应速率及其影响因素，建立生物反应动力学，这也是是发酵过程优化研究的核心内容。

④生物反应器工程，包括生物反应器及参数的检测与控制，它们是发酵过程优化最基本的手段。

3、Hasting（1954年）指出生化工程要解决的十大问题是哪些？答：深层培养、通气、空气除菌、搅拌、结构材料、容器、冷却方式、设备及培养基除菌、过滤、公害。

其中通气搅拌与放大是生化工程学科的核心，其中放大是生化工程的焦点。

4、Cooney指出，要实现发酵过程的优化与控制，必须解决好哪些问题？答：必须解决好5个问题：①生物模型；②传感器技术；③适用于生物过程的最优化技术；④系统动力学；⑤计算机-监测系统-发酵罐之间的接口技术5、流加发酵、分批发酵、连续发酵方式的优缺点比较答：①与传统的分批发酵相比，流加发酵可以解除底物抑制、葡萄糖效应和代谢阻遏等；与连续发酵相比，流加发酵则具有染菌可能性更小，菌种不易老化变异等优点。

②与流加发酵和连续发酵相比，分批发酵工艺操作简单，比较容易解决杂菌污染和菌种退化等问题，对营养物的利用效率较高，产物浓度也比连续发酵要高。

但其人力、物力、动力消耗较大，生产周期较长，生产效率低。

③连续发酵最大的优点是，微生物细胞的生长速度、代谢活性处于恒定状态，可达到稳定高速培养微生物或产生大量代谢产物的目的，且便于进行微生物代谢、生理生化和遗传特性的研究，在工业上可减少分批培养中每次清洗、装料、消毒、接种、放罐等操作时间，提高了生产效率和自动化程度。

☆要实现发酵过程并得到发酵产品，必须具备的条件：①要有某种适宜的微生物；②要保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成、温度、溶解氧浓度、碱度等）；③要有进行微生物发酵的设备；④要有将菌体或代谢产物提取出来，精制成产品的方法和设备。

发酵生产过程是利用生物体的生命活动来获取产品的，与化学生产过程相比其特点为：1、生产过程通常都是在常温下进行，一般操作条件比较温和，各种设备不必考虑防爆问题，可能使一种设备有多种用途。

2、生产所用的原料常以淀粉、糖蜜等碳水化合物为主，并加入少量的有机和无机氮源，原料只要不含对生物有害的物质，一般不需对原料进行预处理。

3、生产过程中的反应是以生命体的自动调节方式进行的，因此数十个反应过程能够像单一的反应一样，在单一的生物反应器中进行。

4、能够很容易地生产复杂的高分子化合物，其中酶、光学活性体等的生产是发酵生产过程中最有特色的领域。

5、利用生命体特有的反应机制，能够高选择性地进行复杂化合物在特定部位上的氧化、还原、官能团导入等反应。

6、生产产品的生物体有时也是产物，其富含维生素、蛋白质、酶等；除特殊情况外，生物体的培养液一般不会对人和动物造成危害。

7、发酵生产过程中最需要注意的是防止杂菌污染，尤其是噬菌体的侵入危害很大，有时甚至是致命的，因此，生产过程的灭菌十分重要，它决定着生产的成败。

8、通过改良生物体的生产性能，可在不增加设备投资的条件下，利用原有的生产设备使生产能力上升。

发酵工业的优缺点：优点：1.产物结构复杂性和特异性： 2. 过程安全性：水相、常温、常压、中性、不燃不爆3.主要原料可再生性：阳光和土地4.原料可替换性5.反应自控性6.设备通用性7.副产物可综合利用性8.生产能力可提高性：突变与基因扩增9.产物类型可塑性：突变与转基因缺点：1.副产物多，分离精制困难2.反应速度慢3.原料转化率低4.反应浓度低5.生产稳定性差6.设备庞大，辅助设备多，投资大7.废水、废渣排放量大，处理费用高8.生产过程容易受到其他微生物的污染9.通气、搅拌、冷却等能耗大☆发酵工业对微生物菌种的要求1.能在廉价原料制成的培养基上迅速生长和生成所需的代谢产物,产量高的菌种。

发酵⼯程复习资料发酵⼯程复习资料第⼀章绪论1、发酵及发酵产品各包括哪些类型答案要点：⼀）发酵的类型：按发酵原料分类：糖类物质发酵、⽯油发酵、废⽔发酵；按发酵形式分类：固体发酵、液体发酵；按发酵⼯艺流程分类：分批发酵、连续发酵、流加发酵；按发酵过程对氧的需求分类：厌氧发酵、通风发酵；按发酵产物分类：氨基酸发酵、有机酸发酵、抗⽣素发酵、酒精发酵、维⽣素发酵、酶制剂发酵⼆）发酵产品的类型：以菌体为产品、以微⽣物的酶为产品、以微⽣物的代谢产物为产品、⽣物转化过程2、了解发酵⼯程的组成、基本要求及主要特点。

答案要点：⼀）组成：上游⼯程：菌种选育、种⼦培养、培养基设计与制作、接种等。

发酵⼯程：发酵培养。

下游⼯程：产物的提取纯化、副产品的回收、废物处理等。

⼆）基本要求：发酵设备、合适的菌种、合适的培养基、有严格的⽆菌⽣长环境三）主要特点：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，要求条件简单；2）发酵所⽤的原料主要以再⽣资源为主；3）发酵过程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⼀的代谢产物；4）获得按常规⽅法难以⽣产的产品；5）投资少，见效快，经济效率⾼；6）维持⽆菌条件是发酵成败的关键；7）环境污染⼩。

3、为什么说发酵⼯程在国民经济中有着重要的地位答案要点：因为发酵⼯程在医药、⾷品、能源、化⼯、冶⾦、农业、环境保护等⽅⾯均有着⼗分重要的作⽤，例如：抗⽣素的⽣产；饮料⾷品等的制造；沼⽓、微⽣物采油、⽣物肥料、⽣物农药以及三废处理等⽅⾯都有很重要的应⽤。

所以说发酵⼯程在国民经济中有着重要的地位。

4、了解发酵⼯业的类型及必备条件。

答案要点：⼀）发酵⼯业类型：⾷品发酵⼯业：⾷品、酒类1）传统分类⾮⾷品发酵⼯业：抗⽣素、有机酸、氨基酸、酶制剂、核苷酸、单细胞蛋⽩酿造业：利⽤微⽣物⽣产具有较⾼风味要求的发酵⾷品。

2）现代分类发酵⼯业：经过微⽣物纯种培养后，提炼、精制⽽获得成分单纯、⽆风味要求的产品。