发酵工程课后思考题答案.docx
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发酵工程课后思考题答案.docx
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发酵工程课后思考题答案
思考题
1•发酵及发酵工程定义?
答:
定义:
发酵工程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。
由于它以培
养微生物为主,所以又称为微生物工程・
传统发酵是指酵母作用于果汁或发芽的谷物时产生二氧化濮的现欽;
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;或者更严的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C02.
工业上的发酵泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。
青霉素发酵能成功的原因,主要是解决了两大技术问题:
1)通气搅拌解决了液体深层
培养时的供氧问题;2)抗杂菌污染的纯种培养技术:
无菌空气、培养基灭菌.无污染
接种.大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。
2•发酵工程基本组成部分?
答:
从广义上讲,由三部分组成:
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:
三个环节:
投产试验.规模化生产和市场营销
4•当前发酵工业面临三大问题是什么?
答:
菌种问题、合适的反应器.基质的选择菌种问题:
纯种.遗传稳定性.安全、周期短.转化率离产率高、抗污染能力强:
噬菌体■蛭弧菌合适的反应器:
生产规模化、原料利用量大并且具有一定选择性、节能.结构多样化、
操作制动化-节省劳力基质的选择:
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?
答:
第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续发展阶段
2.思考题
自然界分离微生物的一般操作步骤?
答,标本采集f预处理f富集培养f菌种分离(初筛、复筛)f发酵性能鉴定f菌种保
藏目的:
高效地获取一株离产目的产物的微生物;
2.从环境中分离目的微生物时,为何一定要进行富集#集?
答:
富集的目的:
让目的微生物在种群中占优势,使筛选变得可能・
富集的基本方法:
1.控制营养,如以唯一碳源或氮源作底物;2、控制培养条件:
如pH、温度、通气量等;3、抑制不需要的种类
3.什么叫自然选育?
自然选育在工艺生产中的意义?
答:
定义:
不经人工处理,利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。
意义:
自然选育是一种简单易行的方法,可达到纯化菌种、防止菌种退化、稳定生
产.提高产量的目的・虽然其突变率很低,但却是工厂保证稳产高产的ffi要措施
回复突变:
高产菌株在传代的过程中,由于自然究变导致离产性状的丢失,生产性能下
降,这种情况我们称为回复突变•
4.诱变育种对出发菌株有哪些要求?
答:
出发菌株定义:
出发菌株指用于诱变育种的最初菌株或每代诱变的试验菌株。
要求:
★对菌株产量,形态、生理等情况了解;★生长繁殖快,营养要求低,产匏子多
且早.★对诱变剂敏感;★菌株要有一定的生产能力;★多出发菌株:
一般釆用3-4
个出发菌株,在逐代处理后,将产量高.特性好的菌株留作继续诱变的出发菌株•
5、诱变选育的流程?
答:
出发菌株经纯化活化前培养(同步培养)f培养液(离心、洗涤Jf单细胞获单胞子悬液f诱变处理f后培养(中间培养)f平板分离f初筛f复筛f保藏及扩大试验筛选的关键是选择一定的特征(如菌落特征、生化特征等)去判断所筛选的菌株是我们所需要的突变株。
6、工业上优良生产菌种应具备哪些基本特性?
答:
能在廉价原料制成的培养基上生长,且大量高效地合成产物;遗传性能要相对稳定;
菌种改造的可操作性要强;抗噬菌体及杂菌污染能力强;产生菌及其产物的毒性必须考
虑(在分类学上最好与致病菌无关);发酵条件如温度.pH.溶解氣、泡沫尊易控制。
3.思考题
1.何谓种子接种量、接种龄?
答:
接种量指移入种子液的体积和接种后培养液体积之比•种龄是指种子鑑中培养的菌
丝体开始移入下一级种子第或发酵縑时的培养时间。
2、影响种子质量的因素是哪些?
答:
①原材料质量②种龄③培养条件④斜面冷裁时间
3、保证种子质量有哪些措施?
答:
①菌种的稳定性检査;②提供种子培养的适宜环境;③无杂菌检査
4.工业上接种的方法有哪些?
答:
4.思考题
1.发酵培养基的特点和要求?
答:
①培养基能够满足产物最经济的合成;②发酵后所形成的副产物尽可能的少;③培养基的原料应因地制宜・价格低廉,且性能稳定,资源丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的供应;④所选用的培养基应能满足总体工艺的要求,如不应该影响通气.提取.纯化及废物处理等。
2.常用的碳源有哪些?
常用的糖类有哪些?
答:
常用的碳源:
糖类.油脂、有机酸■正烷炷;常用的糖类:
葡萄糖.糖蜜、淀粉、糊精.脂类
3.什么是生理性酸性物质?
什么是生理性碱性物质?
答:
无机氯源被菌体作为氮源利用后,培养液中就留下了酸性或碱性物质,这种经微生物生理作用(代谢)后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质,如硫酸較;若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质,如硝酸钠。
正确使用生理酸碱性物质,对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
4、常用的无机氮中的作用?
答:
常用的无机氮:
种类:
锁盐、硝酸盐和氨水;所以选择合适的无机氮源有两层意义:
满足菌体生长、稳定和调节发酵过程中的pH
5、什么是前体?
源和有机氮源有哪些?
有机氮源在发酵培养基前体添加的方式?
答:
前体指某些化合物加入到发酵培养基中后,能宜接使微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去,而其自身的结构并没有多大变化,但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高•作用:
前体有助于提高产量和组份;用法:
前体使用时普遍采用流加的方法,前体一般都有毒性,浓度过大对菌体的生长不利苯乙酸,一般基础料中仅仅添加0.07%流加也有利于提高前体的转化率的体相对价格较高,添加过多,容易引起挥发和氧化
6.什么是生长因子?
生长因子的来源?
答:
凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质,如氨基酸.瞟吟.唏噪、维生素等均称生长因子。
有机氮源是这些生长因子的要来源,多数有机氮源含有较多的B族维生素和微量元素及一些微生物生长不可缺少的生长因子
7.举例说明培养基设计的方法与步骤?
答:
培养基的设计首先是培养基成分的确定,然后再决定各成分在培养基中的比例・设计原则:
目的明确S营养协调.理化适宜、经济节约・设计方法:
①生态模拟②参阅文献③精心设计④试验比较步骤:
①根据前人的经验和培养基成分,初步确定可能的培养基成分:
②通过单因素实验最终确定出最为适宜的培养基成分;③当培养基成分确定后,剩下的问题就是各成分最适的浓度,由于培养基成分很多,为减少实验次数常釆用一些合理的实验设计方法•
5.思考题
1.灭菌的方法有哪些?
如何根据灭菌对象和要求的不同选用不同的方法?
答:
灭菌是用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物,包括营养细胞、细菌芽抱和抱子。
消毒不一定能达到灭菌要求,而灭菌则可达到消毒的目的•方法:
培养基的加热灭菌.空气的过滤除菌.紫外线或电离辐射.化学药物灭菌化学试剂灭菌法:
甲醛、乙醇或新洁尔灭、高铉酸钾等,适用范围:
环境、皮肤及器械的表面消毒射线灭菌法:
电磯波、紫外线或放射性物质,适用范无菌室、接种箱
干热灭菌法:
湿热灭菌法:
常用烘箱,灭菌条件:
1609下保温Ih,适用范围:
金属或玻璃器皿利用饱和蒸汽灭菌,条件:
1219,30min,适用范围:
生产设备及培养基
灭菌
过滤除菌法:
利用过滤方法阻留微生物,适用范围:
制备无菌空气
火焰灭菌法:
火焰,适用范围:
接种针.玻璃棒.三角瓶口
2.比较分批灭菌与连续灭菌的优缺点。
答:
优点
缺点
连续
1.高温短时灭菌,培养基
1.设备复杂,操作麻烦,
灭菌
营养成分损失少.
染菌机会多。
2•发酵罐占用时间缩短,
2.不适合含大量固体物
利用率高。
料的灭菌。
间歇
1.设备要求低,不需另外
1.培养基的营养物质损
灭菌
加热、冷却装置。
失大,灭菌后培养基
乙操作要求低,适合小批
质量下降
量生产规模
2•发酵鑑的利用率较低
M适合含大量固体物料的
3.不适合大规模生产的
灭菌
灭菌
3•影响培养基灭菌的因素有哪些?
答:
培养基成分、培养基成分的颗粒度、培养基的pH、微生物细胞的含水量、微生物性质与数氐冷空气排除情况.泡沫、搅拌
4.分析过滤除菌机理与影响过滤除菌的因素,考虑如何提高过滤除菌的效率❾答:
微粒随气流通过滤层时,由于滤层纤维的层层阻碍,使气流出现无数次改变运动速度和方向的绕流运动,引起微粒与滤层纤维间产生惯性冲击、拦截.布朗扩散、重力沉降.
静电引力等作用把微粒滞留在纤维表面上,实现过滤的目的・提高过滤除菌效率的措施
1设计合理的空气预处理设备,选择合适的空气净化流程,以达到除油、水和杂质的
目的。
2设计和安装合理的空气过滤器,选用除菌效率高的过滤介质。
3保证进口空气清洁度,减少进口空气的含菌数。
4降低进入空气过滤器的空气相对湿度,保证过滤介质能在干燥状态下工作。
六、思考题
U根据微生物对温度的依赖可分类成哪几类微生物?
答:
嗜冷菌:
0~260C生长,嗜温菌:
J5~430C生长,嗜热菌:
37〜650C生长,嗜高温菌:
>650C
2、发酵过程的温度会不会变化?
为什么?
答:
会变化,因为在发酵过程中产生菌分解基质产生热量.机械搅拌产生热S.通气热等会使发酵过程中的温度变化•
3.发酵热的定义答:
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量•发酵热引起发酵液的温度上升。
发酵热大,温度上升快;发酵热小,温度上升慢。
4.生物热的大小与哪些因素有关?
答:
1入与发酵的类型有关:
微生物进行有氧呼吸产生的热比无氧呼吸产生的热多;2).
与呼吸作用的强弱有关;3).培养基营养成分越丰富,生物热也越大。
5、温度对发酵有哪些影响?
答:
1.温度影响微生物细胞的生长2、温度影响反应速率(产物形成)3、温度会改变发»液的理化性质4、温度影响生物合成的方向•6、发酵过程温度的选择有什么依据?
答:
根据菌种不同选择2、根据发酵阶段选择:
即二阶段发酵3、根据培养条件选择4、根据菌生长情况
七、思考题
Is发酵过程中pH会不会发生变化,为什么?
答:
会变化。
nr基质代谢:
(1)糖代谢待别是快速利用的糖,分解成小分子酸.
醉,使pH下降。
糖缺乏,pH上升,是补料的标志之一。
(2)氮代谢当氨基酸中的•NH2被利用后pH会下降;尿素被分解成NH3,pH上升;
NH3利用后pH下降;当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。
(3)生理酸性物质、生理礙性物质利用后pH会下降或上升。
[21产物形成:
某些产物本身呈酸性或碱性,使发酵液pH变化•如有机酸类产生使pH下降;红霉素、洁霉素、螺旋霉素筹抗生素呈碱性,使pH上升。
(31菌体自溶,pH上升;发酵后期,pH上升
2、
pH对发酵的影响表现在哪些方面?
答:
(1)影响菌体的生长
(2)pH影响酶的活性(3)pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变(4)pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离⑸pH影响代谢方向(6)影响产物稳定性.
3.为了确定发酵的最佳pH,我们该如何实验?
答:
配制不同初始pH的培养基,摇瓶考察发酵情况4、发酵过程的pH控制可以采取哪些措施?
答:
IX调节好基础料的初始pH:
基础料中若含有玉米浆,pH呈酸性■必须调节pH。
若要控制灭菌后pH在6-0,灭菌前pH往往要调到6・5~6・8。
2人在基础料中加入维持pH的物质J如CaCO3,或具有缓冲能力的试剂,如磷酸缓
冲液等。
3).通过补料调节pH:
在发酵过程中根据糖氮消耗需要
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