發(fā)酵-我們總結的最終正式版

名詞解釋：

1.液化：淀粉在熱水中糊化形成高粘度凝膠，如繼續(xù)加熱或受到淀粉酶的水解，使淀粉長鏈斷裂成短鏈狀，粘度

迅速降低的過程

2.溶氧濃度：溶解在發(fā)酵液中的氧濃度，各種微生物對其有最低要求，稱為臨界氧濃度。3.產物得率：生成的細胞或產物與消耗的營養(yǎng)物質之間的關系。4.發(fā)酵熱：發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量稱為發(fā)酵熱

5.啤酒：啤酒以大麥芽酒花水為主要原料經酵母發(fā)酵作用釀制而成的飽含二氧化碳的低酒精度酒。6.理論轉化率：外源DNA(如質粒DNA等)導入細菌的理論效率。通常用每微克DNA獲得轉化體的數量表示。7.攪拌熱：機械攪拌通氣發(fā)酵罐，由于機械攪拌帶動發(fā)酵液做機械運動，造成液體之間、液體與攪拌器和液體與

罐壁之間的摩擦而產生的熱。

8.生物氧化：在生物體內，從代謝物脫下的氫及電子通過一系列酶促反應與氧化合成水并釋放能量的過程。9.產物促進劑：是一類刺激因子，可以影響微生物的正常代謝或促進中間代謝產物的積累，或提高次級代謝產物

的產量。

10.糖化：以無機酸作催化劑，使淀粉水解，先生成中間產物糊精、麥芽糖等類低聚糖寡糖，最終生成葡萄糖等

單糖。

簡述題：

1.請復習谷氨酸發(fā)酵工藝。

原料預處理培養(yǎng)基配置種子培養(yǎng)發(fā)酵

2.試述培養(yǎng)基成分選擇的原則和應注意的問題。

培養(yǎng)基是供微生物生長、繁殖、代謝的混合養(yǎng)料。由于微生物具有不同的營養(yǎng)類型，對營養(yǎng)物質的要求也各不相同，加之實驗和研究的目的不同，所以培養(yǎng)基的種類很多，使用的原料也各有差異，但從營養(yǎng)角度分析，培養(yǎng)基中一般含有微生物所必需的碳源、氮源、無機鹽、生長素以及水分等。另外，培養(yǎng)基還應具有適宜的pH值、一定的緩沖能力、一定的氧化還原電位及合適的滲透壓。

4.說明雙酶法水解制糖的工藝及特點。

使用α-淀粉酶和淀粉葡萄糖甘酶兩種酶進行水解。

工藝：調漿→配料→糊化→噴射液化→PH調節(jié)→糖化→滅酶→過濾→成品糖液

雙酶法水解制糖采用作用專一的酶制劑為催化劑，反應條件溫和，復合分解反應較少，可提高原料的轉化率及糖液濃度，改善糖液質量，是目前最理想的淀粉水解糖制備方法。

5.試述種子擴大培養(yǎng)的目的。

獲得發(fā)酵產量高、生產性能穩(wěn)定、數量充足、不被雜菌和噬菌體污染的生產菌種。6.試述啤酒生產過程糖化原理和添加酒花的目的？

1.糖化原理：將麥芽和輔料中高分子貯藏物質及其分解產物，通過麥芽中各種水解酶類作用，以及水和熱力作

用，使之分解并溶解于水。2.酒花添加的目的：

(1)賦予啤酒特有的香味(2)賦予啤酒爽快的苦味(3)增加啤酒的防腐能力(4)提高啤酒的非生物穩(wěn)定性(5)防止煮沸時竄沫。

7.簡述生物反應動力學研究的意義。

生物反應動力學研究生物反應的規(guī)律，包括微生物發(fā)酵過程中菌體生長、基質消耗、產物生成的動態(tài)平衡及其內在規(guī)律，并通過此研究進行最佳發(fā)酵生產工藝條件的控制，設計合理的發(fā)酵過程，為工廠的實驗比擬放大、分批發(fā)酵過度到連續(xù)發(fā)酵提供理論依據。

問答題：

1.發(fā)酵過程工藝控制研究的層次分為哪幾方面？

1）初級層次的研究：一般在搖瓶規(guī)模進行試驗，主要考察目的菌株生長和代謝的一般條件，如培養(yǎng)基的組成、最適溫度、最適pH等要求

搖瓶研究的優(yōu)點是工作量大，可以一次試驗幾十種甚至幾百種條件，對于菌種培養(yǎng)條件的優(yōu)化有較高的效率。2）代謝及工程參數層次的研究

一般在小型反應器規(guī)模進行試驗，在搖瓶試驗的基礎上，考察溶氧、攪拌等搖瓶無法考察的參數，以及在反映其中微生物對各種營養(yǎng)成分的利用速率、生長速率、產物合成速率及其他一些發(fā)酵過程參數的變化，找出過程控制的最佳條件和方式。由于罐發(fā)酵中全程參數是連續(xù)的，所以得到的代謝情況比較可信3）生產規(guī)模放大

在大型發(fā)酵罐規(guī)模進行試驗。將小型發(fā)酵罐的優(yōu)化條件在大型反應器得以實現(xiàn)，達到產業(yè)化的實現(xiàn)。

2.發(fā)酵過程中泡沫形成的原因是什么？

微生物發(fā)酵過程中為了適應微生物的生理特性，并取得較好的生產效果，要通入大量的無菌空氣，同時為了增加溶氧量而攪拌，使氣泡分割成無數小氣泡，增加了氣-液接觸面，有利于微生物呼吸過程中產生的CO2逸出。此外發(fā)酵液中大量存在著蛋白質等發(fā)泡性物質。

簡單說來原因有兩種：一種是由外界引進的氣流被機械地分散形成；另一種是由發(fā)酵過程中產生的氣體聚結生成。

3.生物技術有何特點？什么是生物催化劑？

生物技術的特點：1.它是一門多學科、綜合性的科學技術

2.反應中需要生物催化劑的參與

3.生物技術最后的目的是建立工業(yè)生產過程或進行社會服務，稱為生物反應過程，包括材料的預處理及培養(yǎng)基的制備、生物催化劑的制備、生物反應器及反應條件的選擇和產物的分離純化四個組成部分。生物催化劑：是游離或固定化的酶或細胞的總稱。它包括從生物體，主要是微生物細胞中提取出的游離酶或經固定化技術加工后的酶；也包括統(tǒng)稱為的游離的、以整體微生物為主的活細胞及固定化活細胞。

4.說明發(fā)酵過程噬菌體污染的途徑.危害和防治措施。

途徑：空氣過濾系統(tǒng)侵入噬菌體、種子帶進噬菌體和種子本身是溶源性菌株，培養(yǎng)基滅菌不徹底是大規(guī)模污染

的主要途徑；發(fā)酵罐肌膚主管道有死角、滲漏、穿孔，接種操作失誤是單罐污染的主要途徑；補料過程侵入噬菌體，泡沫過多是造成后期感染的主要途徑。

危害：(烈性)造成短時間內大量菌體死亡自溶；代謝異常，糖耗、氨耗緩慢或停止，產物合成停止；產生大量

泡沫并造成倒罐。(溫和)不明顯，但是菌體代謝緩慢，合成產物減少。

防治措施：1.凈化生產環(huán)境，消滅污染源2.改進提高對空氣的凈化能力3.保證各級種子不帶噬菌體

4.改進設備裝置，消滅死角5.防止操作失誤

5.生產常規(guī)耗氧發(fā)酵產品需要哪些主要設備，分類并簡述其功能。

需要好氧反應器，分為機械攪拌式、氣升式和自吸式發(fā)酵罐三類。

機械攪拌式發(fā)酵罐：通過機械攪拌器使罐內物料混合與傳質，使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液混合均勻，并

使發(fā)酵液中的固形物料保持懸浮狀態(tài)，同時強化熱量的傳遞。缺點是剪切力容易使耐受性差的菌體受損，影響菌體的生長和代謝。

氣升式發(fā)酵罐：無菌空氣從罐的下部通過噴嘴或噴孔噴射進入發(fā)酵液中，通過噴嘴和氣液混合物的湍流作用使空

氣泡分割細碎，形成的氣液混合物由于密度降低，加上無菌空氣噴流的動能，向上運動，而含氣率低的發(fā)酵液下降，形成反復循環(huán)，實現(xiàn)溶氧傳質的混合。

自吸式發(fā)酵罐：不許空壓機提供壓縮空氣，利用特殊設計的攪拌吸氣裝置，吸入無菌空氣，同時實現(xiàn)混合攪拌與

溶氧傳質。

6.說明影響氧傳遞速率的主要因素和效果。

1.溶液的性質對氧溶解度的影響：氧是一種難溶氣體，且在電解質溶液中由于發(fā)生鹽析作用，氧的溶解度降低。在非電解質溶液中，氧的溶解度一般隨溶質濃度的增加而下降。要提高溶解度，簡單的方法是增加罐壓或進行富氧同期操作。

2.氣-液比表面積對氧溶解度的影響：氧的傳遞速率與氣-液比表面積成正比。氣-液比表面積的大小取決于截留在發(fā)酵液中的氣體體積及氣泡的大小。攪拌對比表面積影響較大，另外通過增大通氣量也可增大比表面積。3.影響氧傳遞系數的因素：攪拌、空氣線速度、空氣分布管、發(fā)酵液性質、表面活性劑、離子強度、菌體濃度。

7.用于在線檢測的傳感器必須符合哪些要求？

（1）準確性，精確性，靈敏度，分辨能力要高；響應時間滯后要小，能夠長時間穩(wěn)定工作，可靠性好，具有

可維修性。

（2）傳感器不能有雜菌污染（3）形狀結構要沒有死角（4）抗環(huán)境影響的能力

8.麥汁煮沸與添加酒花與啤酒泡沫質量有什么關系？

通過煮沸，消滅麥汁中存在的各種有害微生物，揮發(fā)出不良氣味，把具有不良氣味的碳氫化合物，如香葉烯等隨水蒸汽的揮發(fā)而逸出，提高麥汁質量。在煮沸過程中，麥汁色澤逐步加深，形成了一些成分復雜的還原物質，如類黑素等。對啤酒的泡沫性能以及啤酒的風味穩(wěn)定性和非生物穩(wěn)定性的提高有利。優(yōu)良的酒花和麥芽，能釀造出潔白、細膩、豐富且掛杯持久的啤酒泡沫來；啤酒花有利于麥汁的澄清。在麥汁煮沸過程中，由于酒花添加，可將麥汁中的蛋白絡合析出，從而起到澄清麥汁的作用，釀造出清純的啤酒來。

9.發(fā)酵工程有何特點？簡述發(fā)酵生產過程和主要環(huán)節(jié)。

特點：1.通常在常溫常壓下進行，一般操作條件比較溫和，設備不必考慮防爆問題2.所用原料主要以農副產品及其加工產品為主，基本屬于可再生的生物資源范疇

3.反應以生命體的自動調節(jié)方式進行，容易生產化學合成過程難以合成的結構復雜的有用物質4.與其他工業(yè)相比，相對投資少，見效較快，具有經濟和效能的統(tǒng)一性生產過程：

10.影響發(fā)酵菌種的因素有哪些？如何控制種子質量？影響因素：

1.培養(yǎng)基2.種齡與接種量3.培養(yǎng)溫度與濕度4.pH5.通風和攪拌6.泡沫7.染菌的控制8.種子罐級數的決定控制種子質量：

種子培養(yǎng)期取菌種的對數生長期；在最適溫度區(qū)和最適pH下培養(yǎng)種子；按氧溶解的多少控制通氣量；及時消泡；及時處理染菌；根據菌種確定種子罐級數。11.說明雙酶法水解制糖的工藝及特點。

使用α-淀粉酶和淀粉葡萄糖甘酶兩種酶進行水解。

工藝：調漿→配料→糊化→噴射液化→PH調節(jié)→糖化→滅酶→過濾→成品糖液

雙酶法水解制糖采用作用專一的酶制劑為催化劑，反應條件溫和，復合分解反應較少，可提高原料的轉化率及糖液濃度，改善糖液質量，是目前最理想的淀粉水解糖制備方法。

12.常用的原核生物基因表達系統(tǒng)有哪些？其特點是什么？表達系統(tǒng)：大腸桿菌，芽孢桿菌鏈霉菌。特點：（1）原核生物染色體DNA是裸露的環(huán)形DNA，其轉錄和翻譯是偶聯(lián)的連續(xù)進行

（2）原核生物形成多順反子mRNA：mRNA在合成過程中和多個核糖體結合，翻譯形成多條肽鏈（3）一般不含內含子，沒有轉錄及翻譯后加工系統(tǒng)

（4）原核生物中功能相關的基因串聯(lián)在一起，形成操縱子（5）原核生物中參與轉錄的基因結構：啟動子，終止子（6）與轉譯有關的原核細胞結構----核糖體結合位點

附錄：酒花詳細：

(1)賦予啤酒特有的香味。酒花中的酒花和酒花樹脂在煮沸過程中經過復雜的變化,以及不良成分的蒸發(fā)，可賦予啤酒以特有的香味。

(2)賦予啤酒爽快的苦味。酒花中α－酸經異構化形成異α－酸，β－酸氧化后的產物，均是苦味甚爽的物質。認真掌握工藝條件，可賦予啤酒理想的苦味。

(3)增加啤酒的防腐能力。酒花中的α－酸和β－酸具有抑制菌類生長和滅菌的作用，可以提高啤酒的防腐能力。(4)提高啤酒的非生物穩(wěn)定性。單寧、花色苷等多酚物質與麥汁中蛋白質形成復合物而沉淀析出，這個過程貫穿于整個釀造過程，在麥汁煮沸時有熱凝固物析出，在麥汁冷卻時又有冷凝固物析出，在發(fā)酵和貯酒期間還有冷混濁物析出，這些凝固物的析出，可大大提高啤酒的非生物穩(wěn)定性。

(5)防止煮沸時竄沫。麥汁煮沸開始，麥汁中蛋白質開始凝固，此時麥汁極易起沫，加入少量酒花，可以防止竄沫。

擴展閱讀：發(fā)酵課程總結

課程總結

魯彬彬100201*044

一、課程簡介

《發(fā)酵工程》是一門由化學、生物學和工程學相互融合的交叉學科。不僅涉及生物技術的前沿領域，而且是其他生物技術產業(yè)化得重要技術基礎，更是當今生物技術第三次浪潮工業(yè)生物技術的核心內容。發(fā)酵工程是包括上游的微生物菌種選育與培養(yǎng)技術、生化過程工程技術、下游的發(fā)酵產物的提取精制技術在內的綜合性技術。隨著現(xiàn)代生物技術日新月異、突飛猛進的發(fā)展，尤其是組學、系統(tǒng)生物學的發(fā)展，作為生物技術的重要組成部分的發(fā)酵工程也增加了更多的豐富內涵，也更加廣泛地應用在包括輕工、食品、化工、醫(yī)藥、農業(yè)、能源、環(huán)保等在內的國民經濟眾多領域中持續(xù)地造福人類。與傳統(tǒng)化學工程相比，發(fā)酵工程有一下突出特點：1、主要以可在生資源為主料

2、反應條件溫和，多為常溫、常壓、能耗低、選擇性好、效

率高的生產過程3、環(huán)境污染較小4、投資較小

5、能生產目前化學法不能生產的或用化學法生產教困難的性

能優(yōu)異的產品。二、學習心得

學習了發(fā)酵工程這門課程，才發(fā)現(xiàn)自己正真的進入了自己的生物專業(yè)，才知道自己的專業(yè)原來學問這么高深。通過對發(fā)酵課程的學習，充分了解了發(fā)酵工程學的特點，研究領域，工藝條件控制和一些重要的發(fā)酵工程原理。例如：發(fā)酵動力學及一系列知識。同時也學習了發(fā)酵設備的知識。對實際工廠發(fā)酵流程有了充分的了解，這對以后進入工廠進行實際操作打下基礎。其中，對通風發(fā)酵設備、厭氣發(fā)酵設備和固態(tài)發(fā)酵設備進行了詳細的學習。這使我們對發(fā)酵工藝流程有了非常的具體的掌握。最后、簡單總結一下學習這門課程總結的一些注意點：1、發(fā)酵工程學是一門理論結合實際的課程，所以在學習書本

知識的同時要注意實際操作。

2、在學習發(fā)酵設備時一定要注意整體流程，儀器注意事項要

牢記，以免出現(xiàn)安全隱患。

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