发酵工程与设备.doc

发酵工程及设备
2012-3-24
重要文件
发酵工程是应用生物（主要是微生物）生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程理论和工程技术体系。也称作微生物工程
发酵工程组成  从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程。
工业发酵类型   按微生物对氧需求：厌氧发酵、好氧发酵、兼性厌氧发酵。
按发酵工艺流程：分批发酵、连续发酵、补料分批发酵
菌丝结团   液体培养条件下，繁殖菌丝不分散舒展，而是聚成团状。
菌丝粘壁：在种子培养过程中，菌丝正常发育生长，但再继续培养时菌丝逐步粘附在罐壁上。
反馈抑制：是生物化学途径末端产物抑制反应途径中某个催化酶活性，是由于末端产物连接到该酶变构位点，从而影响酶及底物接触。
反馈阻遏：是生物化学途径末端产物阻止反应途径中某个催化酶合成。阻遏发生在基因水平，通过末端产物和基因组连接阻止某因子转录，从而导致酶合成阻断。
抗体突变株：是诱变后能够在含有合适浓度结构类似物培养基中生长菌落。
诱变育种：利用物理或化学诱导剂处理均匀分散微生物细胞群。
育种方法具有：方法简单、快速、收效显著等特点。
杂交育种：指两个基因型不同菌株通过接合使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状菌株。
细胞杂交可以通过 ：细菌结合、f因子转移、 转化和转导 等方法促使基因重组。
代谢控制发酵：用人工诱变方法，有意识地改变微生物代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用
回复突变：高产菌株在传代过程中，由于自然突变导致高产性状丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变
结构类似物：在化学和空间结构上和代谢中间物（终产物）相似，因而在代谢调节方面可以代替代谢中间物（终产物）功能，但细胞不能以其作为自身营养物质。
接种龄：指种子罐中培养菌体从开始移入下一级种子罐或发酵罐时培养时间，以对数生长期为宜。
接种量：是指移入种子悬浮体积和接种后培养液体体积比例。
初级代谢产物：对数生长期形成，细胞自身生长所必需代谢产物。
次级代谢产物：在稳定期所产生自身生长非必需代谢产物。（微量、特殊活性、明显种属特异性）
培养基种类分类
按成分不同划分：天然培养基、合成培养基、半合成培养基
按物理状态不同划分：固体培养基、半固体培养基、液体培养基
按生产工艺要求：孢子（斜面）培养基、种子培养基、发酵培养基
按用途不同划分：基本培养基、加富培养基、选择培养基、鉴别培养基
糖蜜：糖蜜是制糖生产时结晶母液，它是制糖工业副产物。含有较丰富糖、氨素化合物和无机维生素等，是微生物工业价廉物美原料。
无机氮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）后能形成酸性物质无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质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ph有积极作用。
速效氮源：铵盐、硝酸盐、尿素等氮化物中氮是水溶性，玉米浆、牛肉膏、蛋白胨、醇母膏等有机氮化物中氮主要是蛋白质降解产物，都可以被菌体直接吸收利用，称为速效性氮源。
迟效氮源：饼粕中氮主要以蛋白质形式存在，属迟效性氮源。
前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接在生物合成过程中合成到产物分子中去，而其自身结构并没有多大变化，但是产物产量却因加入前体而有较大提高。
老化：淀粉老化实际上是分子间氢键已断裂糊化淀粉重新排列形成新氢键过程，也就是复结晶过程。
动物细胞培养方法：贴壁培养、悬浮培养、固定化培养
高温致死原理：由于它使微生物蛋白质和核酸等重要生物高分子发生变性、破坏，例如它可使核酸发生脱氨、脱嘌呤或降解，以及破坏细胞膜上类脂质成分等。
致死温度：杀死微生物极限温度。
致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所需要时间。
微生物对热抵抗力用“热阻”表示。热阻指微生物在某一条件下致死时间。
营养细胞和细菌芽孢对热抵抗力不同。
相对热阻：在相同条件下两种微生物热阻比值。
分批灭菌过程：升温、保温和降温，灭菌主要是在保温过程中实现，在升温后期和冷却初期，培养基温度很高，因而对灭菌也有一定贡献。
分批灭菌：将配好培养基打入发酵罐，通入蒸汽将培养基和所用设备（一般是发酵罐）一起进行灭菌，也称实罐灭菌。
连续灭菌（连消）：培养基在罐外连续进行加热、维持和冷却，然后进入发酵罐杀菌方法。
衰减时间d值：活得微生物在受热过程中减少到原来数目1/10 (ns/n0=1/10)所需要时间。
过滤除菌机理：惯性作用、扩散作用、静电吸附、拦截作用
过滤器类型：机械过滤、介质过滤、绝对过滤
空气除菌方法：辐射杀菌、加热杀菌、化学药物杀菌、静电吸附、机械过滤
为了获得无菌空气，一般采用三个主要工段： 提高空气洁净度、除去空气中油和水、获得无菌空气
空气压缩机：活塞式空气压缩机、离心式空气压缩机、螺杆式空气压缩机
绝对过滤器：介质孔径小于被截留微生物体积，如四氟乙烯、纤维素树脂微孔滤膜。
深层过滤器：介质空隙对于被截留微生物体积，但有一定厚度，靠静电、扩散、惯性、拦截。棉花过滤器、超细玻璃纤维纸、石棉过滤、金属烧结管等。
限制性底物是培养基中任何一种及微生物生长有关营养物，只要该营养物相对贫乏时，就可能成为限制微生物生长因子，可以是c源、n源、无机或有机因子。
产物形成动力学模型：生长偶联型、部分生长偶联型、非生长偶联型
发酵周期：实验周期是指接种开始至培养结束放罐这段时间。但在工业生产上计算劳动生产率时则还应把发酵罐清洗、投料、灭菌、冷却等辅助时间也计算在内。即从第一罐接种经发酵到结束至第二次接种为止这段时间为一个发酵周期，这样才能正确地反映发酵设备利用效率。
微生物在具有一定温度和湿度固体培养基表面进行生长、繁殖、代谢发酵过程称作为固态发酵
氧传递速率：通入发酵液中气泡愈小，气泡及液体接触面积就愈大，液体中氧溶解速率也就愈快。
涡轮式搅拌器类型:（1）圆盘平直叶涡轮（2）圆盘弯叶涡轮 （3）圆盘箭叶涡轮
包埋培养：海藻酸钠包埋；海藻酸钙包埋；琼脂糖株包埋
klα测定方法有亚硫酸盐氧化法；极谱法；溶氧电极
生物反应器搅拌方式：a、机械搅拌式   b、鼓泡式  c、环流式。
比拟放大:是把小型设备中进行科学实验所获得成果在大生产设备中予以再现手段，它不是等比例放大，而是以相似论方法进行放大。
壁生长 :（可提高发酵液通过比色杯表面速度；或将壁生长考虑在内光电补偿）
基本自动控制系统：前馈控制、反馈控制、自适应控制
下游加工过程：从发酵液、反应液中分离、纯化有关产品过程统称生物工程下游加工过程。
生化分离技术：指从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品过程（后处理技术）。
凝聚：在中性盐作用下，胶体粒子之间双电子层排斥电位降低，导致胶体体系不稳定出现聚集现象。
絮凝：形成大颗粒絮凝体，便于过滤。
混凝：同时包括凝聚和絮凝作用过程。
沉降：利用分散质及分散介质之间密度差异，将分散质及分散介质分开作用。
悬浮夜沉降分离设备：间歇式沉降器、半连续式沉降器、连续式沉降器
结晶法：在固相析出过程中，析出物为晶体时称为结晶法。
沉淀法：在固相析出过程中，析出物为无定形固体时则称为沉淀法。常用沉淀法主要有盐析法、有机溶剂沉淀法和等电点沉淀法等。
萃取：利用溶质在互不相溶两相之间分配系数不同而使溶质得到纯化或浓缩方法。
离子交换分离法是利用溶液中离子及离子交换剂发生交换反应进行分离方法
离子交换剂由三部分组成：不溶性载体；功能基团；可交换离子。
如果树脂释放是活性阳离子，它就能和溶液中阳离子发生交换，称阳离子交换树脂；如果释放是活性阴离子，它就能交换溶液中阴离子，称阴离子交换树脂。
离子交换设备分类分批法、固定床法、流动床法
膜过滤法:指以压力为推动力，依靠膜选择性，将液体中组分进行分离方法，包括微滤（mf）、超滤（uf）、纳滤（nf）和反渗透（ro）四种过程。
通量衰减系数m：由于过程浓差极化、膜压密、膜污染等影响，使得通量随时间变化。
当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度，这种浓度差导致溶质自膜面反扩散至主体中，这种现象称为浓差极化。
浓差极化：在膜分离过程中，一部分溶质被截留，在膜表面及靠近膜表面区域浓度越来越高，造成从膜表面到本体溶液之间产生浓度梯度，这一现象称为“浓差极化”。    
微滤：当压力推动流体透过膜或其他过滤介质，从流体中分离微米大小粒子时，这个过程为微滤
表面过滤：粒子尺寸比过滤介质尺寸大，粒子以其几何形状被阻挡，不能进入和通过膜，这种筛滤机理称为表面过滤。
深度过滤：粒子尺寸比过滤介质尺寸小，粒子能进入过滤介质，并粘附在其上，被除去。
气体过滤器：去除气体中微粒和胶体、菌体等超纯水生产中预处理和最终供水
气液接触方式有三种：鼓泡接触状态、泡沫接触状态、喷雾接触状态
简单蒸馏型可分为静止式、降膜式、离心式等几种。
蒸发分类
按操作空间压力可分为常压、加压或减压蒸发。
按蒸汽利用情况可分为单效蒸发、二效蒸发和多效蒸发
按操作流程可分为间歇式、连续式。
按加热部分结构可分为膜式和非膜式。     
蒸发过程：将含有固体溶质稀溶液加热沸腾进行浓缩，以获得固体产品或制取溶剂。蒸发过程实际上是不挥发性溶质和挥发性溶剂分离过程。
物质在溶解时一般要吸收热量，在结晶时放出热量，称为结晶热。相反情况，即溶解时放热，结晶时吸热，比较少见。因此结晶又是一个同时有质量和热量传递过程。
起晶方法：自然起晶，刺激起晶，晶种起晶
干燥方法 
空气干燥、加热面传热干燥、红外线干燥、冷冻升华干燥　、微波干燥　
空气干燥设备按工作原理分为：气流干燥、沸腾干燥和喷雾干燥。
游离水－－游离水分多存在于生物产品细胞外及多孔物料毛细管中。
结合水－－结合水分主要有渗透水分、结构水分等，它及物料结合力较强，水分活度小于 l 。
固态发酵：广义：使用不溶性固体基质培养微生物，得到代谢产物工艺过程
自然富集固态发酵：强化微生物混合固态发酵、限定微生物混合固态发酵、单菌固态纯种发酵
蒸料方法：常用有罐式连续蒸煮，管式连续蒸煮，柱式连续蒸煮等三种方法
本征动力学：即没有在生物反应器中各种形式传递过程等工程因素影响时微生物反应固有反应速率。
宏观动力学：但是实际发酵过程是在生物反应器中进行，因此，从实用意义出发，人们重视一定反应器内检测到反应速率即总反应速率及其影响因素，这就是宏观动力学研究。

生物反应工程：它涉及二方面内容，即宏观微生物反应动力学和生物反应器工程。其中反应器工程是指包括影响微生物反应宏观动力学生物反应器形式、结构、操作方式、物料混和传递过程特性等
一、名称解释
1、前体  指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身结构并没有多大变化，但是产物产量却因加入前体而有较大提高。
2、发酵生长因子  从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子
3、菌浓度测定  是衡量产生菌在整个培养过程中菌体量变化，一般前期菌浓增长很快，中期菌浓基本恒定。补料会引起菌浓波动，这也是衡量补料量适合及否一个参数。
4、搅拌热 ：在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间，液体及搅拌器等设备之间摩擦，产生可观热量。搅拌热及搅拌轴功率有关
5、分批培养 ：简单过程，培养基中接入菌种以后，没有物料加入和取出，除了空气通入和排气。整个过程中菌浓度、营养成分浓度和产物浓度等参数都随时间变化。
6、接种量  ：接种量＝移入种子体积/接种后培养液体积
7、比耗氧速度或呼吸强度  单位时间内单位体积重量细胞所消耗氧气，mmol o2?g菌-1?h-1
8、次级代谢产物  是指微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物生命活动无明确功能物质过程，这一过程产物，即为次级代谢产物。
9、实罐灭菌  实罐灭菌（即分批灭菌）将配制好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加热至灭菌温度后维持一定时间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。
10、种子扩大培养 ：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量纯种过程。这些纯种培养物称为种子。
11、初级代谢产物  是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要物质和能量过程。这一过程产物即为初级代谢产物。
12、倒种 ：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。 
13、维持消耗（m） 指维持细胞最低活性所需消耗能量，一般来讲，单位重量细胞在单位时间内用于维持消耗所需基质量是一个常数。
14、产物促进剂  是指那些非细胞生长所必须营养物，又非前体，但加入后却能提高产量添加剂
15、补料分批培养 ：在分批培养过程中补入新鲜料液，以克服营养不足而导致发酵过早结束缺点。
在此过程中只有料液加入没有料液取出，所以发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在工厂实际生产中采用这种方法很多。
 16、发酵热 ：所谓发酵热就是发酵过程中释放出来净热量。什么叫净热量呢？在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生热量和各种散失热量代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液温度上升。发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。
17、染菌率  总染菌率指一年发酵染菌批（次）数及总投料批（次）数之比百分率。染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌，又再次染菌批次数在内
18、连续培养 ： 发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量发酵液，使发酵罐内体积维持恒定。达到稳态后，整个过程中菌浓度，产物浓度，限制性基质浓度都是恒定。
19、临界溶氧浓度  指不影响呼吸所允许最低溶氧浓度
20、回复突变  由突变型回到野生型基因突变
21、种子  见种子扩大培养
22、培养基  广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖所需一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外其它所必须条件。
23、发酵工程：利用微生物特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产技术体系，是将传统发酵于现代dna重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术集合并发展起来发酵技术。
二、填空题
1、 微生物发酵培养（过程）方法主要有  分批 培养、补料分批 培养、连续 培养、半连续 培养四种。
2、 微生物生长一般可以分为：调整期、对数期、稳定期和衰亡期。
3、 发酵过程工艺控制只要化学参数  溶解氧、ph、核酸量等.
4、 发酵过程控制目就是得到最大比生产率和最大得率。
5、 菌种分离一般过程 采样、富集、分离、目菌筛选。
6、 富集培养目就是让  目菌  在种群中占优势，使筛选变得可能。
7、 根据工业微生物对氧气需求不同，培养法可分为  好氧培养 和 厌氧培养  两种。
8、 微生物培养基根据生产用途只要分为     孢子 培养基、种子 培养基和发酵培养基。
9、 常用灭菌方法：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌
10、 常用工业微生物可分为： 细菌、 酵母菌、 霉菌、 放线菌四大类。
11、 发酵过程工艺控制代谢参数中物理参数 温度、压力、搅拌转速、功率输入、流加数率和质量 等
12、 环境无菌检测方法有：显微镜检查法、肉汤培养法、平板培养法、发酵过程异常观察法等
13、 染菌原因： 发酵工艺流程中各环节漏洞和发酵过程管理不善两个方面。
14、 实验室中进行发酵菌液体发酵方式主要有四种：试管液体培养、浅层液体培养、摇瓶培养、台式发酵罐
15、 发酵高产菌种选育方法包括 （自然选育）、（杂交育种）、（诱变育种）、（基因工程育种）、（原生质体融合）。
16、 发酵产物整个分离提取路线可分为：预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工加工等五个主要过程。
17、 发酵过程主要分析项目如下 ：ph、排气氧、排气co2和呼吸熵、糖含量、氨基氮和氨氮、磷含量、菌浓度和菌形态。
18、 微生物调节其代谢采用  酶活性、酶合成量、细胞膜透性。
19、 工业微生物菌种可以来自 自然分离，也可以来自从微生物  菌种保藏机构 单位获取。
20、 发酵工业上常用糖类主要有 葡萄糖、糖蜜。
21、 工业发酵方式根据所用菌种是单一或是多种可以分为 单一纯种 发酵和 混合 发酵。
22、 种子及发酵液进行无菌状况控制常用方法  显微镜检测法、酚红肉汤培养基法、平板画线培养法、发酵过程异常观察法。
23、 菌种分离和筛选一般分为  采样、富集、分离、目菌筛选步骤。
25、 常用灭菌方法有：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌
50、 简述通用试发酵罐结构
通用式发酵罐：具有通气和搅拌装置立式圆筒形发酵罐。是目前大生产中最常用发酵罐。其容积可从几升到几百吨不等。包括罐体、搅拌系统、传热系统、通气系统。（1）罐体2）搅拌系统包括：驱动电机、搅拌轴；涡轮搅拌器、搅拌叶；挡板；轴封（端面轴封）（3）传热系统包括夹层传热、蛇管传热（一般有4组、6组、8组）。（4）通气系统包括单孔管、多孔环管 

1、发酵工程概念是什么？发酵工程基本可分为那两个大部分，包括哪些内容?
答：发酵工程是利用微生物特定性状好功能，通过现代化工程技术生产有用物质或其直接应用于工业化生产技术体系，是将传统发酵及现代dna重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来发酵技术。也可以说是渗透有工程学微生物学，是发酵技术工程化发展，由于主要利用是微生物发酵过程来生产产品，因此也称为微生物工程。
 一.发酵部分:1.菌种特征和选育 2.培养基特性，选择及其灭菌理论3．发酵液特性  4.发酵机理。 5.发酵过程动力学  6.空气中悬浮细菌微粒过滤机理7.氧传递。溶解。吸收。理论。8.连续培养和连续发酵控制
 二.提纯部分1.细胞破碎，分离   2.液输送，过滤. 除杂  3.离子交换渗析，逆渗透，超滤  4.凝胶过滤，沉淀分离 5溶媒萃取，蒸发蒸馏结晶，干燥，包装等过程和单元操作
2、现代发酵工程所用发酵罐应具备那些特征？
答：（1）、发酵罐应有适宜径高比。罐身较长，氧利用率较高；
（2）、发酵罐应能承受一定压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时，要承受一定压力（气压和液压）和温度；
（3）、发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需溶解氧；
（4）、发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污纳垢，保证灭菌彻底，防止染菌；
（5）、发酵罐应具有足够冷却面积；
（6）、搅拌器轴封要严密，以减少泄露。
3、微生物发酵种子应具备那几方面条件？
答:（1）、菌种细胞生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。
（2）、生理性状稳定。
（3）、菌体总量及浓度能满足大量发酵罐要就。
（4）、无杂菌污染。
（5）、保持稳定生产能力。
10、发酵级数确定依据是什么？
答：一般由菌丝体培养开始计算发酵级数，但有时，工厂从第一级种子罐开始计算发酵级数
谷氨酸：三级发酵  一级种子（摇瓶）→二级种子 （小罐）→发酵   青霉素：三级发酵
一级种子 （小罐）→二级种子（中罐）→发酵1、发酵级数确定依据：级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量影响。2、级数大，难控制、易染菌、易变异，管理困难，一
般2-4级。3、 在发酵产品放大中，反应级数确定是非常重要一个方面

5、发酵产品生产特点是什么，什么是种子扩大培养，其任务是什么？
答：（2）、种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量纯种过程。这些纯种培养物称为种子。
（3）、种子扩大培养任务： 现代发酵工业生产规模越来越大，每只发酵罐容积有几十立方米甚至几百立方米，要使小小微生物在几十小时较短时间内，完成如此巨大发酵转化任务，那就必须具备数量巨大微生物细胞才行。
（1）发酵和其他化学工业最大区别在于它是生物体所进行化学反应。
其主要特点如下：1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。 2，发酵所用原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同类别可以有选择地去利用它所需要营养。基于这—特性，可以利用废水和废物等作为发酵原料进行生物资源改造和更新。 3，发酵过程是通过生物体自动调节方式来完成，反应专一性强，因而可以得到较为单—代谢产物。 4，由于生物体本身所具有反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂高分子化合物。 5，发酵过程中对杂菌污染防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大危害。因而维持无菌条件是发酵成败关键。 6，微生物菌种是进行发酵根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产产品。7，工业发酵及其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著经济效益。 基于以上特点，工业发酵日益引起人们重视。和传统发酵工艺相比，现代发酵工程除了上述发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建“工程菌’来进行反应；反应设备也不只是常规发酵罐，而是以各种各样生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。
发酵产品生产特点： ①一般操作条件比较温和；②以淀粉、糖蜜等为主，辅以少量有机、无机氮源为原料；③过程反应以生命体自动调节方式进行；④能合成复杂化合物如酶、光学活性体等；⑤能进行一些特殊反应，如官能团导入；⑥生产产品生物体本身也是产物，含有多种物质；⑦生产过程中，需要防止杂菌污染；⑧菌种性能被改变，从而获得新反应性能或提高生产率。
6、培养成分用量确定有什么规律？
答：（1）、参照微生物细胞内元素比例确定。培养基成分配比虽然千差万别，但都是用来培养某种微生物，而不同类型微生物细胞成分比例其实是有一定规律。这些规律可以在很大程度上知道培养基基本成分配比选择。  不同种类微生物内某种成分含量其实是比较稳定。培养基最终会被微生物吸收利用，因此其成分比例可以参考该种微生物成分比例，至少可以作为一个重要依据。另外，尽管不同种类微生物成分比例有一定差异，但还是有一定共性。所以培养基中这集中营养成分不管由什么具体物质提供，其用量基本上也符合这种关系。
（2）参照碳氮比确定。如果培养基中碳源过多，不利产物合成。同样碳源过少或氮源过少对发酵影响也是不利。不同种微生物碳氮比差异很大，既是同种微生物在其不同生理时期对碳氮比要求也有不同，所以最适碳氮比要通过试验确定，一般在100：（1—20）之间。
（3）、其他因素。培养基中一些用量极少物质一般要严格控制，不能过量。例如，维生素、微量元素、某些生长因子、前体等。具体用量要通过试验确定。培养基中一些成分比例会影响培养基某些理化性质，这时要引起重视。        
7、叙述防止发酵菌种退化具体条件措施有那些？
答：（1）控制传代次数：尽量避免不必要移种和传代，并将必要传代降低到最低限度，以减少细胞分裂过程中所产生自发突变几率。
（2）创造良好培养条件：如在赤霉素生产菌g.fujikuroi培养基中，加入糖蜜、天冬酰胺、谷氨酰胺、5‘-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时，有防止衰退效果。
（3）利用不易衰退细胞传代：对于放线菌和霉菌，菌丝细胞常含有几个细胞核，因此用菌丝接种就易出现衰退，而孢子一般是单核，用于接种就可避免这种现象。
（4）采用有效菌种保藏方法
（5）合理育种：选育菌种是所处理细胞应使用单核，避免使用多核细胞;合理选择诱变剂种类或增加突变位点，以减少分离回复突变；在诱变处理后及分离提纯化，从而保证保藏菌种纯度。（6）、选用合适培养基  在培养基中添加某种化学物质可以防止菌种退化。或者选取营养相对贫乏培养基在菌种保藏培养基，限制菌株生长代谢减少变异反而发生从而防止菌种退化。
15、结合所学《微生物发酵工程》课程论述某个工业发酵产品生产工艺流程（可画图说明），越详细越好。
  答：①培养基制备  ②、无菌空气制备 ③、菌种及种子扩大培养   ④、发酵培养 ⑤、通过化学工程技术分离、提取、精制。

4、发酵工业上常用氮源有那些，起何作用？
答：氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。常用氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。
1、无机氮源种类：氨盐、硝酸盐和氨水特点：微生物对它们吸收快，所以也称之谓迅速利用氮源。但无机氮源迅速利用常会引起ph变化如： (nh4)2so4  → 2nh3 + 2h2so4    nano3 + 4h2 → nh3 + 2h2o + naoh 无机氮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）后能形成酸性物质无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质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ph有积极作用。 所以选择合适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ph2、有机氮源来源：工业上常用有机氮源都是一些廉价原料，花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量无机盐及生长因子。有机氮源成分复杂可以从多个方面对发酵过程进行影响，而另一方面有机氮源来源具有不稳定性。所以在有机氮源选取时和使用过程中，必须考虑原料波动对发酵影响
 8、如何选择最适发酵温度？
答：1、根据菌种及生长阶段选择。微生物种类不同，所具有酶系及其性质不同，所要求温度范围也不同。在发酵前期由于菌量少，发酵目是要尽快达到大量菌体，取稍高温度，促使菌呼吸及代谢，使菌生长迅速；在中期菌量已达到合成产物最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。
2、根据培养条件选择。温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。
3、根据菌生长情况菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌生长。总来说，温度选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。

9、不同时间染菌对发酵有什么影响，染菌如何控制？
答：（1）种子培养期染菌：由于接种量较小，生产菌生长一开始不占优势，而且培养液中几乎没有抗生素（产物）或只有很少抗生素（产物）。因而它防御杂菌能力低，容易污染杂菌。如在此阶段染菌，应将培养液全部废弃。（2）发酵前期染菌：发酵前期最易染菌，且危害最大。原因    发酵前期菌量不很多，及杂菌没有竞争优势；且还未合成产物（抗生素）或产生很少，抵御杂菌能力弱。
在这个时期要特别警惕以制止染菌发生。
染菌措施    可以用降低培养温度，调整补料量，用酸碱调ph值，缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。（3）发酵中期染菌 ：发酵中期染菌会严重干扰产生菌代谢。杂菌大量产酸，培养液ph下降；糖、氮消耗快，发酵液发粘，菌丝自溶，产物分泌减少或停止，有时甚至会使已产生产物分解。有时也会使发酵液发臭，产生大量泡沫。措施     降温培养，减少补料，密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平可以提前放罐，或者抗生素生产中可以将高单位发酵液输送一部分到染菌罐，抑制杂菌。（4）  发酵后期染菌：发酵后期发酵液内已积累大量产物，特别是抗生素，对杂菌有一定抑制或杀灭能力。因此如果染菌不多，对生产影响不大。如果染菌严重，又破坏性较大，可以提前放罐。发酵染菌后措施：染菌后培养基必须灭菌后才可放下水道。灭菌方法：可通蒸汽灭菌，也可加入过氧乙酸等化学灭菌剂搅拌半小时，才放下水道。否则由于各罐管道相通，会造成其它罐染菌，而且直接放下水道也会造成空气污染而导致其它罐批染菌。
 凡染菌罐要找染菌原因，对症下药，该罐也要彻底清洗，进行空罐消毒，才可进罐。
 染菌厉害时，车间环境要用石灰消毒，空气用甲醛熏蒸。特别，若染噬菌体，空气必须用甲醛蒸汽消毒l
12、什么是半连续培养，说明其优缺点。
答：在补料分批培养基础上间歇放掉部分发酵液（带放）称为半连续培养。某些品种采取这种方式，如四环素发酵   优点   放掉部分发酵液，再补入部分料液，使代谢有害物得以稀释有利于产物合成，提高了总产量。缺点  代谢产生前体物被稀释，提取总体积增大
13、发酵工程主题微生物有什么特点？
答：发酵工程所利用微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌
特点：(1)对周围环境温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大适应能力 (2)有极强消化能力  (3)有极强繁殖能力

14、什么叫染菌，对发酵有什么影响，对提炼有什么危害？
答：染菌：发酵过程中除了生产菌以外，还有其它菌生长繁殖   染菌影响：发酵过程污染杂菌，会严重影响生产，是发酵工业致命伤。造成大量原材料浪费，在经济上造成巨大损失。扰乱生产秩序，破坏生产计划。 遇到连续染菌，特别在找不到染菌原因往往会影响人们情绪和生产积极性。影响产品外观及内在质量。发酵染菌对提炼影响：染菌发酵液中含有比正常发酵液更多水溶性蛋白和其它杂质。采用有机溶剂萃取提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。采用直接离子交换树脂提取工艺，如链霉素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂交换容量，而且有杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时及产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯
1、工业化菌种要求？(1)原料廉价、生长迅速、繁殖能力强、目产物产量高。(2)发酵中产生泡沫少，易于控制培养条件，酶活性高，发酵周期短。(3)抗杂菌和噬菌体能力强。(4)不产生或少产生及目标产物相近幅产物。(5) 菌种遗传性稳定，不易变异和退化(6)不产生任何有害生物活性物质和毒素，保证安全生产。
2、自然界分离微生物一般操作步骤？
样品采取→预处理→培养→菌落选择 
初筛→复筛→性能鉴定→菌种保藏
3、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中意义？自然选育就是不经人工处理，利用微生物自然突变进行菌种选育过程。自然选育在工业生产上意义：自然选育可以有效地用于高性能突变株分离。自然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产重要措施。
4、什么是诱变育种？常用诱变剂有哪些？什么是培养基?发酵培养基特点？用各种物理、化学因素人工诱发基因突变进行筛选，称为诱变育种诱变剂：物理：紫外，x射线，β射线，快中子等化学：硫酸二乙酯（eds），亚硝基胍
5、发酵生产用碳源有哪些？常用糖类有哪些，各自有何特点？碳源:糖类（淀粉、葡萄糖、蔗糖等）、油脂（动、植物油）、有机酸（琥珀酸、柠檬酸、乳酸、乙酸等）和低碳醇（甲醇、乙醇等）。糖类:葡萄糖，所有微生物都能利用葡萄糖，但是会引起葡萄糖效应  糖蜜，是制糖生产时结晶母液，它是制糖工业副产物。主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。淀粉、糊精，缺点：难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定α-淀粉酶。成分比较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等等。优点：来源广泛、价格低，可以解除葡萄糖效应。

6、什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？无机氮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）后能形成酸性物质无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质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ph有积极作用。
7、常用无机氮源和有机氮源有哪些？有机氮源在发酵培养基中作用？常用有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、蛋白胨等；常用无机氮源有氨水、铵盐和硝酸盐。有机氮源在发酵培养基中作用有：作为菌体生长繁殖营养；有些还是某些产物合成前体
8、什么是前体？前体添加方式？
前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身结构并没有多大变化，但是产物产量却因加入前体而有较大提高。前体使用时普遍采用流加方法。
9，什么是生长因子？生长因子来源？凡是微生物生长不可缺少而细胞自身不能合成微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。有机氮源是这些生长因子重要来源
10、什么是产物促进剂？产物促进剂举例？是指那些非细胞生长所必须营养物，又非前体，但加入后却能提高产量添加剂。如：链霉素生产加巴比妥，赖氨酸生产加红霉素等。如加入微量“九二o”可以促进某些放线菌生长，缩短发酵周期，提高抗生素产量，因此起到生长因素作用。还有在四环素发酵中加入硫氰化苄，菌体呼吸强，糖代谢快，而抗生素合成受阻，所以降低菌体呼吸，产量就会提高。
11、培养基设计一般步骤？1. 生态模拟2. 查阅文献：直接、间接信息。3. 借助优选法或正交试验法精心设计培养基配方。4. 试验比较：实验规模一般由定性到定量，由小到大。摇瓶、反应器培养基研究两个层次摇瓶——培养基设计第一步反应器—最终优化基础配方
12、什么是种子扩大培养？种子扩大培养是发酵生产第一道工序。就是将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态生产菌种接种到试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量纯种过程。
13、种子扩大培养目及要求、一般步骤？（1）目：其任务是要得到纯而壮培养物，获得活力旺盛、接种数量足够培养物。（2）种子要求：总量及浓度能满足要求生理状况稳定，个体及群体活力强，移种至发酵后，能够迅速生长无杂菌污染（3）一般步骤：休眠孢子→母斜面活化→摇瓶种子或茄子瓶斜面或固体培养基孢子→一级种子罐→二级种子罐→发酵罐
14、在大规模发酵种子制备过程中，为什么包括实验室阶段和生产车间阶段？实验室阶段：不用种子罐，所用设备为培养箱、摇床等实验室常见设备，在工厂这些培养过程一般都在菌种室完成，因此现象地将这些培养过程称为实验室阶段种子培养。对于不产芽孢和孢子微生物，实验室阶段种子扩培最终是获得一定数量和质量菌体，如谷氨酸种子培养。对于产孢子微生物，获得一定数量和质量孢子或一定数量和质量菌丝体。生产车间阶段：种子培养在种子罐里面进行，一般在工程归为发酵车间管理，因此形象地称这些培养过程为生产车间阶段。在生产车间阶段，最终一般都是获得一定数量菌丝体。菌丝体比孢子要有利：缩短发酵时间，有利于获得好发酵结果。
15、什么是接种量？ 接种量＝移入种子体积/接种后培养液体积
17、什么是种龄？种龄确定依据？种龄是指种子罐中培养菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时培养时间。原则：对数生长期末，细胞活力强，菌体浓度相对较大，但是最终由实验结果定。
18、什么是接种、倒种、双种？接种：接入种子罐后直接移种到发酵罐。双种：两个种子罐种子接种到一个发酵罐中。倒种：一部分种子来源于种子罐