发酵工程复习资料

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。

如：抗⽣素、柠檬酸、酶制剂、酒精等。

⼆）发酵⼯业必备条件：1）适宜的微⽣物菌种；

2）满⾜微⽣物⽣长的条件：培养基、⽣长温度、pH值、

溶解氧的浓度等。3）微⽣物发酵⼚房、设备；

4）产品提取、精制的⽅法与设备。

5、定义：

1）发酵：利⽤培养⽣物细胞来获得产物的全过程。

2）发酵⼯程：采⽤现代⼯程技术⼿段，利⽤微⽣物的某些特定功能，为⼈类⽣产有⽤的产品，或直接把微⽣物应⽤于⼯业⽣产过程中的⼀种新技术。3）发酵⼯业：利⽤⽣物⽣命活动中产⽣的酶来加⼯原料中的有机或⽆机物⽽获得新产品的⼯业。

4）⽣物转化：⽣物催化剂（⽣物细胞或其产⽣的酶）将⼀种化合物转化成化学结构相似，但在经济上更有价值的化合物的过程。

第⼆章发酵原料及处理1、名词解释

糊化：在温⽔中，淀粉颗粒⽆限膨胀形成均⼀的黏稠液体的现象。

液化：淀粉糊化后，如果提⾼温度⾄130℃，由于⽀链淀粉的全部（⼏乎）溶解，⽹状结构彻底破坏，淀粉溶液的黏度迅速下降，变为流动的性较好的醪液的现象。

糖化：⽤糖化酶讲糊精和低聚糖彻底⽔解成葡萄糖的过程。

⽼化（回⽣）：液化了的淀粉醪液在温度降低时，黏度会逐步增加，降到60℃时，变得⾮常黏，到55℃以下会变成凝胶，时间⼀长，则会重新产⽣部分结晶的现象。

对数残留定律：在微⽣物灭菌过程中，其减少量随残留活菌数的减少⽽递减，即微⽣物的死亡速率与任⼀瞬时残存的活菌数成正⽐：— dN / dt =kN 此即为对数残留定律。DE值：葡萄糖值，液化液或糖化液中的还原糖含量（葡萄糖）占⼲物质的百分率为DE 值。

实消：分批灭菌即实消，是在每批培养基全部流⼊发酵罐后，就在罐内通⼊蒸汽加热⾄灭菌温度，维持⼀定时间，将发酵罐和培养基同时灭菌，再冷却到接种温度备⽤。

连消：连续灭菌也叫连消，就是将培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进⾏加热、保温和冷却⽽进⾏灭菌。

双酶糖化法：即酶解法，⽤专⼀性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉⽔解为葡萄糖的⽅法。2、⼯业发酵原料有哪些淀粉质原料处理的⽅法有哪些为什么要预处理

答案要点：

⼀）发酵⼯业原料类型：1）淀粉质原料（粮⾷原料）2）糖质原料

3）纤维质原料

4）⽯油化⼯产品

5）其他：野⽣植物类

⼆）淀粉质原料的处理⽅法：预处理（除杂、粉碎）→淀粉糊化（⽔热处理、焙炒法、膨化法、低温蒸煮法）→淀粉糖化（酸解法、酶解法、酸酶结合法）三）预处理的⽬的：除杂的⽬的：除去原料中的⾦属、⽯块、沙⼦、泥⼟、杂草等。

粉碎的⽬的：改变原料的状态，增加物料表⾯积，有利于原料细胞中的淀粉颗粒从细胞中游离出来。3、淀粉⽔解糖的制备⽅法有哪些各有何特点

答案要点：

⼀）酸解法及其特点：

酸解法：以酸（⽆机酸或有机酸）为催化剂，在⾼温⾼压下将淀粉⽔解为葡萄糖的⽅法。

特点：对设备的要求：耐腐蚀、耐⾼温、耐⾼压。

对淀粉原料要求较严格：淀粉颗粒不宜过⼤，⼤⼩要均匀。

淀粉的转化率较低。

淀粉乳浓度⾼，淀粉转化率低，

⼆）酶解法及其特点：

酶解法（双酶糖化法）：⽤专⼀性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉⽔解为葡萄糖的⽅法。

特点：酶解反应时间较长（48 h）；

需要设备较多；

糖液过滤困难。

随着酶制剂⽣产及应⽤技术的提⾼，酶制剂的⼤量⽣产，酶法制糖逐渐取代酸法制糖已是淀粉⽔解制糖的⼀个发展趋势。

三）酸酶结合法及其特点：1）酸酶法：先将淀粉酸⽔解成糊精或低聚糖，再⽤糖化酶将其⽔解成葡萄糖的⽅法。

特点：适⽤原料：淀粉粒坚硬的⾕物原料。

优点：能结合酸解法、酶解法的优点，提⾼⽣产效率。

注意事项：酸的⽤量。2）酶酸法：将淀粉乳先⽤α-淀粉酶液化到⼀定的程度，然后⽤酸⽔解成葡萄糖的⽅法。

特点：适⽤原料：颗粒⼤⼩不⼀的原料。

优点：⽣产易控制，时间短。

注意事项：淀粉浓度较酸解法要⾼；酸⽔解时稍增加pH值。4、培养基有哪⼏种类型各有何作⽤选择发酵⼯业培养基有何要求

答案要点：

⼀）培养基的类型及作⽤：

斜⾯培养基：菌种活化、保藏菌种。

种⼦培养基：扩⼤培养，增加强壮、健康、活性⾼的细胞数量。

发酵培养基：最⼤限度的获得⽬的产物。

⼆）发酵⼯业培养基的基本要求1）能够提⾼微⽣物⽣长繁殖及产物合成的基本成分。

2）选择合适的培养基原料，且培养基成分配⽐合理。

3）原料来源⼴、质量稳定、价格低廉5、简述发酵⼯业培养基的设计程序及⽅法。

答案要点：设计程序，分为三步：1）初步确定可能的培养基成分：查找资料，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；

2）单因⼦实验：单因⼦实验确定培养基的成分；

单因⼦实验确定各成分的适宜浓度；3）相应⾯实验：采⽤正交试验设计对单因⼦实验结果进⾏综合试验，确定发酵培养基配⽅。

摇瓶⽔平反应器⽔平6、影响培养基灭菌的因素有哪些发酵培养基灭菌⽅法有哪些各有何特点

答案要点：

⼀）影响培养基灭菌的因素：1）培养基成分：油脂、糖类、蛋⽩质增加微⽣物的耐热性。

2）pH值：pH值～，微⽣物最耐热； pH值愈低，灭菌所需的时间愈短。

3）培养基中的颗粒：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，阻碍热传导，影响灭菌效果。

⼆）发酵培养基灭菌⽅法及特点1）分批灭菌：⽆需专门的灭菌设备；

能连同发酵设备⼀道灭菌，灭菌温度难控制；

适合中⼩型发酵罐使⽤。2）连续灭菌：需专门灭菌设施

发酵罐、灭菌设施应先做灭菌先处理；

灭菌温度⾼；

灭菌时间短。7、为什么采⽤⾼温短时灭菌既有利于杀灭微⽣物，⼜有利于减少营养物质破坏

答案要点：因为：1）微⽣物的热死规律及培养基中营养成分破坏符合化学反应的⼀级反应动⼒学，即：dN⁄dt=-KN dC⁄dt=-KC

2）另外反应常熟与温度的关系为：K’=A’e-E/RT

3）灭菌的活化能E⼤于培养基营养成分破坏的活化能E，因此，随着温度升⾼，灭菌速率常数增加的倍数＞培养基中营养成分分解的速率常数的增加倍数。4）温度每升⾼10℃，速率常数的增加倍数为（Q10）不同。

⼀般化学反应Q10为～；

杀灭芽胞的反应Q10为5～10；

杀灭微⽣物细胞的反应Q10为35左右。5）在热灭菌的过程中，微⽣物死亡的速度＞营养成分破坏速度。

“⾼温瞬时灭菌法”可减少培养基营养成分的破坏。

所以采⽤⾼温短时灭菌既有利于杀灭微⽣物，⼜有利于减少营养物质破坏。

第三章⽔和空⽓的处理1、名词解释

1）⽔的硬度：即⽔的软硬程度，系指单位体积的⽔中所含钙、镁盐的数量。总硬度是指碳酸盐和⾮碳酸盐硬度的总和，其中，“暂时硬度”主要指碳酸盐硬度，即⽤加热⽅法可以除去的重碳酸盐硬度。“永久硬度”主要指硫酸盐硬度，即⽤加热⽅法也不易除去的硬度。 2）⽔的软化：除去⽔中钙、镁等⾦属离⼦的过程3）固体曲：是⼀种传统的粗酶制剂，微⽣物与粗发酵营养成分初步发酵得到的⼲粉末制品，可⽤作种⼦⽤于下游发酵⽣产。如酒曲等。4）⽆菌空⽓：是指通过除菌处理使空⽓中含菌量降低在⼀个极低的百分数，从⽽能控制发酵污染⾄极⼩机会。此种空⽓称为“⽆菌空⽓”。5）惯性撞击：指尘粒随着空⽓流过纤维层的弯曲通道时，由于颗粒的惯性较⼤，脱离弯曲流线与纤维碰撞⽽附着的过程。

6）过滤介质：过滤介质是过滤除菌的关键，直接关系到介质的消耗量、过滤过程动⼒消耗、设备的结构、尺⼨，更是关系到运转过程的稳定性。对过滤介质的总的要求是吸附性强、阻⼒⼩、空⽓流量⼤、能耐⼲热。⼀般过滤介质分为纤维状或颗粒状过滤介质、过滤纸、微孔过滤膜三⼤类。7）空⽓穿透率：过滤后空⽓的微粒数与过滤前空⽓的微粒数的⽐值。

8）L90：为过滤除菌效率达到90%时的介质滤层厚度

2、发酵⽤⽔的来源有⼏种，各有什么优缺点

答：1）深井⽔：⽔质清洁，含杂质少，温度稳定，不受⽓温和季节影响，⽔⽣⽣物少，没有或很少有微⽣物。没有致病菌，溶解类浓度⾼，硬度⾼。2）⾃来⽔：⽅便快捷，⽆需进⾏⾦属离⼦等的处理，不受季节影响，⽔质较清洁，但费⽤⾼，会使⽣产成本过⾼。

3）地表⽔：来源⼴，⽔量充⾜，但⽔质差杂质多，温度不稳定，受⽓温、季节影响较⼤，⽔⽣⽣物多，微⽣物较多，可能存在致病细菌。3、发酵⽤⽔杀菌的⽅法有哪些（简答）

答：1）氯杀菌：氯在⽔中形成次氯酸，有强氧化作⽤，能穿透细菌胞膜进⼊胞内，破坏胞内酶和细胞⽣理机能⽽使细菌死亡。2）臭氧杀菌：利⽤臭氧的强氧化能⼒可以杀菌。臭氧杀菌穿透⼒强，暗处也能够杀菌，也没有出现耐菌性。

3）紫外线杀菌：紫外线波长在240－260nm之间，为最有效的杀菌波段，波段中之波长最强点是。

4、空⽓中微⽣物的分布的特点（简答）

答：1）空⽓中的含菌量随环境不同⽽有很⼤差异：⼲燥寒冷的北⽅空⽓中的含菌量较少，⽽潮湿温暖的南⽅则含菌量较多；⼈⼝稠密的城市⽐⼈⼝少的农村含菌量多；地⾯⼜⽐⾼空的空⽓含菌量多。2）各地空⽓中所悬浮的微⽣物种类及⽐例各不相同，数量也随条件的变化⽽异。

5、介质过滤除菌机理包括哪⼏点（简答）

答：1）惯性冲击滞留作⽤机理；2）拦截滞留作⽤机理；3）布朗扩散截留作⽤机理4）重⼒沉降作⽤机理；5）静电吸附作⽤机理6、发酵空⽓的处理包括哪两个⼤步骤

答：1）包括：空⽓预处理；空⽓过滤

空⽓预处理的⽬的:提⾼压缩前空⽓的洁净度；去除压缩后空⽓中的油和⽔

空⽓处理的具体操作:

空⽓----空压机---储⽓罐----冷却---除油⽔---加热---总过滤器---分过滤器---⽆菌空⽓7、⼀台发酵空⽓，滤膜厚度为，滤层中空⽓的微粒浓度为5000个/m3 ，单位滤层除去的微粒数为3000个/m3 ，求L90