1 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
2 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）
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）
1 第二章 思考题
1. 比较固体培养与液体培养的优缺点
固体培养基：酶活力高；无菌程度要求不严；产物浓度大，易分离，有效降低产品分离成本。
劳动强度大，占地面积大，不宜自动化生产；周期长；环境条件难控制；菌种菌类不纯；生物量检测不易，盲目性大。
液体培养基：生产效率高，便于自动化管理；生产参数可全面控制；通常生产液体种子，生产周期短。
无菌程度要求高，相对生产设备投资较大；某些发酵，因投资大和生产密度大而难以实现。
2. 说明菌种扩大培养的条件。
①培养基：摇瓶用的培养基原料精细，C源浓度较低且易被利用。种子罐用培养基原料接近大生产所用的原材料，N源浓度高，利于菌体增殖。
②温度：从试管到三角瓶到种子罐，温度逐步调整，最后接近大生产的温度，使菌种逐渐适应。
③氧的供给：需提供足够的氧气利于菌体增殖。
④PH：为菌体最适生长PH，往往与发酵最适PH不同。灭菌后，PH值下降0.5——1个单位，应调整（三角瓶不行，不宜无菌操作）。
3. 菌种扩大培养的目的和意义是什么？
①提供大量而新鲜的、具有较高活力的菌种，而达到提高发酵罐利用率，缩短发酵周期，降低能耗，减少染菌的机会及使培养菌在数量上取得绝对优势，而抑制杂菌生长。
②使菌种逐渐适应大生产的环境。
③提高生产的成功率，减少“倒灌”现象。
4. 工业生产用菌种的基本要求有什么？
①具有稳定的遗传学特性。
②微生物的生长和产物的合成对于基质无严格的要求。
③生长条件易于满足。
④对于细菌，希望具有抗Phage的能力。
⑤有较高酶活力，可在一定范围内提高生长速率和反应速度，进而缩短发酵周期，降低生产成本。
⑥目标产物易分离得到。
5．微生物发酵常用菌种有哪些？
（细菌：短杆菌，枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌，苏云金芽孢杆菌；
酵母：啤酒酵母，酒精酵母，汉逊酵母，假丝酵母；
霉菌：黑曲霉，黄曲霉，青霉菌，红曲霉。
第三章 思考题
厌氧发酵是废物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷和CO2产生。
原理
液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质水解菌，产酸阶段只要是醋酸菌起作用，产甲烷阶段主要是甲烷细菌，他们将产酸阶段产生的产物降解成甲烷和CO2同时利用产酸阶段产生的氢将CO2还原成甲烷。
影响
厌氧发酵的影响因素有：原料配比，厌氧发酵的碳氮比以20—30为宜，当碳氮比在35时产期量明显下降；温度在35—40℃为宜；PH值对于甲烷细菌来说，维持弱碱环境是绝对必要的，它的最佳PH范围为6.8—7.5，PH值低，它使CO2大增，大量水溶性有机物和H2S产生，硫化物含量的增加抑制了甲烷菌的生长，可以加石灰调节PH，但是调整PH的最好方法是调整原料的碳氮比，因为底质中用以中和酸的碱度主要是氨氮，底质含氮量越高，碱度越大，当VFA（挥发性脂肪酸）>3000时，反应会停止。
厌氧发酵 - 三阶段理论
第一阶段为水解发酵阶段，是指复杂的有机物在微生物胞外酶的作用下进行水解和发酵，将大分子物质破链形成小分子物质如：单糖、氨基酸等为后一阶段做准备。
第二阶段为产氢、产乙酸阶段，该阶段是在产酸菌如胶醋酸菌、部分梭状芽孢杆菌等的作用下分解上一阶段产生的小分子物质，生成乙酸和氢。这一阶段产酸速率很快，致使料液pH值迅速下降，使料液具有腐烂气味。
第三阶段为产甲烷阶段，有机酸和溶解性含氮化合物分解成氨、胺、碳酸盐和二氧化碳、甲烷、氮气、氢气等。甲烷菌将乙酸分解产生甲烷和二氧化碳，利用氢将二氧化碳还原为甲烷，在此阶段pH值上升。
这三个阶段当中有机物的水解和发酵为总反应的限速阶段。一般来说，碳水化合物的降解最快，其次是蛋白质、脂肪，最慢的是纤维素和木质素。联合厌氧发酵的这几种原料当中粪便是反应最快的物质几乎看不到酸化过程，剩余污泥次之，因为剩余污泥经过了污水处理的过程，这就相当于给了它一个预处理过程，接下来是生活垃圾当中分离出来的有机物，反应最慢的是厨余物。这就要求我们联合的过程当中寻找一个契合点让各种物料都完成水解和酸化的步骤，一同进入产甲烷阶段，最终同时完成甲烷发酵。为了解决这以问题我们进行了两相厌氧发酵，将产酸和产甲烷的过程分离，让难降解的有机物在产酸阶段停留的时间较长一些以便跟上反应较快的粪便和剩余污泥。我们厂生活垃圾经过分选、餐厨垃圾经过前处理后混合进入水解池，搅拌加温到35℃水解时间为10天左右然后和粪便、剩余污泥混合一同进入甲烷发酵罐进行甲烷发酵。[1]
