发酵工程期末复习 联系客服

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确定:一般根据菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度以及所采用发酵罐的容积而定。 接种龄:种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

确定:通常,种龄以菌体处于生命力极为旺盛的对数期,且培养液中菌体量还未达到最高峰时,较为合适。

接种量:是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。

确定:接种量的大小取决于生产菌种在发酵中生长繁殖的速度。 11、种子质量的标准可从几个方面进行判断?

析:种子的质量不容易控制,一般,在培养过程中要定期取样,测定其中的部分参数来观察基质的代谢变化以及菌体形态是否正常。

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。 判断种子质量的标准有以下几个方面:(1)细胞或菌体(2)生化指标(3)产物生成量(4) 酶活力

12、影响种子质量的主要因素有哪些?

析:1)培养基:种子培养基的营养成分要尽可能地和发酵培养基接近,应适合种子培养的需要:糖份少而氮源多些(菌体增殖为主要目的) ;

2)种龄和接种量:种子培养通常以菌种处于对数生长期为合适,过嫩或过老,不但延长发酵周期,而且降低产量。一般来说,接种量和培养物的生长过程的延滞期长短呈反比;

3)培养温度和湿度:温度直接影响微生物生长和合成酶。培养温度高于种子的培养温度范围,会使菌种生长过快,造成菌体过早衰老自溶;反之,会使菌种生长过慢,拉长培养时间。湿度对产孢子的菌种影响很大,一般来说,真菌对湿度要求偏高,而放线菌对湿度要求偏低;

4)pH:会影响微生物对营养物质的吸收、酶的合成及其活性、代谢途径和细胞膜的通透性的变化。选择最适种子培养pH的原则:获得最大比生长速率和适当的菌量;

5)通风和搅拌:通气量的多少以溶解氧的多少来衡定,溶解氧浓度应不低于临界溶氧浓度。搅拌则是促进氧的溶解与营养物质及代谢产物的分散。

6)泡沫:会影响微生物对氧的吸收;妨碍CO2的排除;减少设备利用率造成跑料,导致染菌;

7)染菌的控制:染菌原因:设备、管道、阀门漏损、发酵罐结构“死角”、灭菌不彻底、空气净化不好、无菌操作不严、菌种不纯。应加强接种室的消毒管理工作,定期检查消毒效果,严格无菌操作技术。

8)种子罐级数的决定:种子罐级数越少,越有利于简化工艺,便于控制,减少染菌。种子罐级数取决于:种子的性质(生长繁殖性能)、孢子瓶中孢子的密度(密度大则级数少)、孢子发芽及菌丝繁殖速度、发酵罐中种子的最低接种量、种子罐与发酵罐的容积比。 第三章 培养基及其制备 1、名词解释

生长因子:凡是微生物生长不可缺少的且不能用C源或N源自行合成的有机物都称为生长因子(又称生长素); DE值:葡萄糖当量值,表示淀粉糖的含糖量。DE值?还原糖含量(%)?100%

干物质含量(%)2、按纯度分类,培养基怎么分类?

析:合成培养基 : 原料其化学成分明确、稳定

适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律

培养基营养单一,价格较高,不适合用于大规模工业生产

天然培养基: 采用天然原料

原料来源丰富(大多为农副产品)、营养丰富,价格低廉、适于工业化生产 组分复杂,不易重复,不加控制会影响生产稳定性

3、根据生产流程和用途,培养基分为几种?各种培养基的用途和要求有哪些?

析:根据生产流程和用途,培养基分为:孢子(斜面)培养基、种子培养基、发酵培养基 孢子(斜面)培养基:用途:供菌种繁殖孢子或菌种保藏用。 要求:能使菌体迅速生长,产生较多优质的孢子,不易引起菌种发生变异。 种子培养基:用途:供孢子发芽、生长和繁殖菌丝体。 要求:营养丰富完全,氮源和维生素的含量高些,总浓度略稀薄,以达到较高溶解氧。 发酵培养基:是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。既要迅速生长、又要能迅速合成产物。 除有生长所必需的元素和化合物外,还要有产物所需元素、前体和促进剂。

4、发酵培养基的作用有哪两个?其成分主要包括哪些?各成分的作用和要求。 析:发酵培养基的作用:满足菌体的生长;促进产物的形成。

成分主要包括:碳源、氮源、无机盐及微量元素、生长因子、水、前体、促进剂和抑制剂

碳源:作用:提供合成细胞结构物质所需碳素;提供目的产物中的碳及合成产物的能源。 要求:碳源物质在发酵培养基中的含量要远远大于其在种子培养基中的含量。 氮源:作用:构成菌体细胞物质(氨基酸,蛋白质、核酸等)和含氮代谢物 要求:有机氮源和无机氮源应当混合使用。(早期:容易利用易同化的氮源—无机氮源;中期:菌体的代谢酶系形成、则利用蛋白质)

无机盐及微量元素:作用:作为微生物合成菌体和代谢产物的调节物

要求:用量要根据具体的产品,以实验决定。无机盐在低浓度时对生长和产物合成有促进作用,高浓度时常表现出明显的抑制作用。

生长因子:生长因子不是所有微生物都必需的,它只是对某些自己不能合成这些成分的微生物才是必不可少的营养物。

水:水是所有培养基的主要组成部分,也是微生物机体的重要组成成分。菌体所需要的营养物质都是溶解于水中被吸收的;渗透、分泌、排泄等作用都是以水为媒介的。

前体、促进剂和抑制剂:前体:能直接结合到产物中,而自身结构没有多大变化,但是产物产量却有较大提高。促进剂:是指那些非细胞生长所必须的营养物,又非前体,但加入后能提高产量的一些物质。抑制剂:会抑制某些代谢途径的进行,同时会使另一代谢途径活跃,从而获得人们所需的某种产物,或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来。 5、前体、促进剂和抑制剂的共同点和不同点。

析:前体、促进剂和抑制剂:前体:能直接结合到产物中,而自身结构没有多大变化,但是产物产量却有较大提高。促进剂:是指那些非细胞生长所必须的营养物,又非前体,但加入后能提高产量的一些物质。抑制剂:会抑制某些代谢途径的进行,同时会使另一代谢途径活跃,从而获得人们所需的某种产物,或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来。 6、淀粉水解制糖的意义有哪些?

析:大多数微生物不能直接利用淀粉(所有的氨基酸生产菌不能直接利用) 有些微生物能够直接利用淀粉作原料,但必须在微生物产生淀粉酶后才能进行,过程缓慢,发酵周期延长。

若直接利用淀粉作原料,灭菌过程的高温会导致淀粉结块,发酵液粘度剧增。 7、比较淀粉水解制糖的各种方法的优缺点。 析: 方法 酸解法 优点 工艺简单,设备简易,生产周期短、缺点 A 高温高压、酸性条件,对设设备生产能力大。 备要求较高;B 副产物多,影响糖液纯度,一般DE值只有90%左右。C 对淀粉原料要求严格,不能用粗淀粉,只能用纯度较高的精制淀粉,淀粉颗粒大小要均匀,淀粉乳浓度也不宜过高。 生产周期长,一般需要48小时。 需要更多的设备,且操作严格。 酶是蛋白质,易引起糖液过滤困难。 酶解法 反应条件温和,不需高温、高压设备。 副反应少,水解糖液纯度高。对原料要求粗放,可在较高淀粉乳浓度下水解。糖液颜色浅,质量高。 酸酶法 酸液化速度快,可采用较高的淀粉乳浓度 ;酸的用量较少,产品颜色浅,糖液质量高。 可采用粗原料淀粉;生产易控制,淀粉浓度较酸法高;生产周期短;淀粉水解副反应少,糖液色泽较浅,质量较好。 酸酶结合法 酶酸法 8、淀粉酸水解过程中,同时存在几种反应?会产生哪些不利影响? 析:存在葡萄糖的复合反应和分解反应。

不利影响:复合反应:生成的多数复合糖不能被微生物利用,使发酵结束时残糖高。

分解反应:生成的5’-羟甲基糠醛是产生色素的根源,增加了糖化液精制脱色的困难。 总的来说:降低了葡萄糖的收率;给产物的提取和糖化液的精制带来困难。 9、淀粉酶水解过程分哪两步?各采用什么酶? 析:(1)液化:用α-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖 (2)糖化:用糖化酶将糊精和低聚糖转化为葡萄糖

所以,淀粉的液化和糖化均在酶作用下进行,又称双酶法。 第四章 灭菌和空气除菌 1、名词解释

致死时间:在致死温度下,杀死全部微生物所需要的时间。

微生物的热阻:指微生物在某一特定条件(温度和加热方式)下的致死时间,表示微生物对热的抵抗力。 相对热阻:指微生物在某一特定条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。

空消:又称空罐灭菌,当培养基(或物料)尚未进罐前对罐进行预先灭菌,为空罐灭菌。 实消:又称实罐灭菌、分批灭菌或间歇灭菌,指将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中,通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的操作过程叫实罐灭菌。

连消:又称连续灭菌,将配制好的培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却等灭菌操作过程叫连续灭菌。 2、消毒和灭菌二者的区别。

析:消毒:采用物理或化学方法杀死容器、器具内外、车间、厂区等环境中的病原微生物,但一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌的芽孢。

灭菌:采用物理或化学方法杀死或除去物料、空气、容器、器具等环境中所有微生物,包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。

消毒不一定能达到灭菌的要求,而灭菌则可以达到消毒的目的。

3、灭菌方法有哪些?各自的原理和适用范围是什么?目前发酵培养基及其设备常用哪种灭菌方法?无菌空气制备常用哪种?

析:灭菌方法:干热灭菌法、湿热灭菌法、辐射灭菌法、化学药剂灭菌法、过滤除菌

干热灭菌法:原理:利用高温产生的干热对微生物有氧化、蛋白质变性和电解质浓缩引起中毒等作用而杀灭微生物。

适用范围:灭菌后要求保持干燥的物料和器皿。

湿热灭菌法:原理:借助蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子内部的化学键,特别是氢键受到破坏,引起不可逆的变性,使微生物死亡。

适用范围:一般用于发酵设备及培养基的灭菌。

辐射杀菌法:原理:利用高能量的电磁辐射与菌体核酸的光化学反应造成菌体死亡。 适用范围:仅适用于表面灭菌和无菌室、接种台和培养间等空间灭菌。 化学药剂灭菌法:原理:利用化学药剂与微生物细胞中的成分发生反应,使蛋白质变性、酶失活而杀菌。

适用范围:器械、皮肤及环境的表面灭菌。 过滤除菌法:原理:利用微生物不能透过滤膜而达到除菌目的。

适用范围:不耐热的化合物溶液(血清,遇热容易变性而失效的培养液)和空气的过滤除菌。

目前发酵培养基及其设备常用:湿热灭菌法;无菌空气制备常用:过滤除菌法。 4、微生物的相对热阻与灭菌时间有何关系? 析:微生物对湿热的相对热阻数值越大,表明在某一温度下越耐热,微生物的死亡速率越慢,灭菌所需时间越长。

5、什么是微生物热死定律?比死亡速率常数k与哪些因素有关?

析:热死定律——对数残留定律:微生物个数减少的速度(微生物受热死亡的速率)与任一瞬间残存的活菌数成正比,即

dN??kN dt k是微生物耐热性的一种特征,它随微生物种类和灭菌温度变化:相同温度下,微生物越耐热,k值越小;同一种微生物在不同温度下,k值也不同,温度越低,k值越小,随着杀菌温度升高,k值增大。所以提高杀菌温度,灭菌时间可显著缩短。

6、影响培养基灭菌效果的因素有哪些?这些因素如何变化将导致灭菌温度升高或灭菌时间延长?

析:培养基成分:培养液中油脂、糖类及一定浓度的蛋白质会增加微生物的耐热性; 浓度越高,灭菌越困难。高浓度盐类、色素能削弱微生物的耐热性。

培养基的物理状态:液体培养基灭菌时间比固体培养基短。颗粒越大,蒸汽穿透所需时间越长。

培养基的pH:pH越低,灭菌所需时间越短。 培养基中微生物数量(含菌量):培养基中微生物数量越多,达到要求灭菌效果所需的灭菌时间就越长。

微生物细胞中水含量:细胞含水量越高,蛋白质凝固温度越低,灭菌越容易。 微生物细胞的菌龄:年老细胞对不良环境的抵抗力要比年轻细胞强。

微生物的耐热性:不同的微生物对热的抵抗力不同,放线菌、酵母、霉菌孢子比营养细胞的抗热性要强,细菌芽孢的抗热性就更强;同一种微生物的不同的细胞形态对热的抵抗力也不同。