发酵工艺原理

发酵工艺学原理讲义及思考题

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（1）丙酮酸的有氧氧化就会减弱(由于VH对TCA循环的促进作用)，则：乙酰辅酶A的生成量就会少，醋酸浓度降低，它的诱导作用降低；

（2）VH对TCA循环的促进作用的降低，使得其中间产物琥珀酸的氧化速度降低，其浓度得到积累，这样它的阻遏和抑制作用加强；

两者综合的作用使得，异柠檬酸裂解酶的活性丧失，DCA循环得到封闭。

2.生物素对氮代谢的影响

由以上分析可知，当VH缺乏时，异柠檬酸裂解酶的活性减弱，那么相反，当VH丰富时，异柠檬酸裂解酶的活性必然加强，则DCA 循环正常进行，DCA循环的进行，一方面提供了大量的“中间性产物”，另一方面，菌体的能和水平得到提高。前者是菌体增殖的物质基础，后者则是菌体增殖的能量的保证。这样的结果是，有利于菌体的增殖和生长，则GA的生物合成就会受到影响，甚至停止，这在生产上，就是通常我们说的“只长菌，不产酸”的现象。

以上分析说明，GA发酵过程中，前期，菌体的增殖期，一定的量的生物素是菌体增殖所必需的；而在产物合成期，则要限制生物素的浓度，以保证产物的正常合成。

3. VH对菌体细胞膜通透性的影响

细胞膜通透性的调节对于GA 发酵时非常重要的，正如前述，当菌体进入产物合成期时，开始有GA的产生，这是如果能够大量的把产物及时的排泄到细胞膜外，可以解除GA对L—谷氨酸脱氢酶活性的抑制作用，从而使现由

Glucose GA的高效率转化，反之，如果……。可见，改善细胞膜通透性的重要性，如何进行呢？

通常谷氨酸发酵采用的菌种都是VH-，而VH又是菌体细胞膜合成的必须物质，因此，可以通过控制VH的浓度，来实现对菌体细胞膜通透性的调节。

VH对细胞膜合成的影响主要是通过对细胞膜的主要成分——磷脂中的脂肪酸的生物合成来实现的，当限制了菌体脂肪酸的合成时，细胞就会形成一个细胞膜不完整的菌体。生物体内脂肪酸的合成途径如下：

葡萄糖丙酮酸+ 丙酮酸

乙酰辅酶A 乙酰辅酶Ａ

乙酰辅酶A羧化酶CO2

CO2

丙二酰辅酶A

C4

丙二酰辅酶A CO2

C6

其中，将乙酰辅酶A羧化生成丙二酰辅酶A的酶是乙酰辅酶A羧化酶，该酶的辅酶是VH，VH在此反应过程中起到传递CO2的作用。当培养基中VH的浓度较低时，细胞膜的合成就会受影响。

培养基中生物素限量时，胞内AA 92% 胞外

培养基中生物素丰富时，胞内AA 12% 胞外

五GA发酵的外在因素

GA发酵是一个典型的代谢控制发酵，固然有其内在的菌体特性，诸如：？（提问），但是正如任何事物发展的基本规律一样，外在因素仍然有重要的作用，对于GA的发酵也是一样。

1.供氧浓度

过量：NADPH的再氧化能力会加强，使α—KGA的还原氨基化受到影响，不利于GA 的生成。

供氧不足：积累大量的乳酸，使发酵液的pH值下降，不利于GA的产生，同时，一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖酸转化率，降低了产物的提出率。

2. NH4+浓度

（1）影响到发酵液的pH值

（2）与产物的形成有关：

过低，不利于α—KGA的还原氨基化

过高，产生固安酰胺（？，缺点？）

NH4+的供给方式：

（1）液氨

（2）流加尿素，条件和优缺点？

副反应：

3.磷酸盐

过量：（1）促进EMP途径，打破EMP与TCA之间的平衡，积累丙酮酸，产生乳酸等……

（2）产生并积累Val，

途径如下：

Glucose 丙酮酸+ 丙酮酸

（焦磷酸硫胺素，TPP）

活性乙醛

α—乙酰乳酸

Val

Val（1）可以抑制葡萄糖丙酮酸，使GA的生物合成受到阻止

（2）消耗了丙酮酸，降低了糖酸转化率

（3）发酵液中的Val存在，严重的影响GA 的结晶、提出。

§4-4 Lys的生物合成机制与代谢调节

一、行业简介

Lys是人体所必需的8种氨基酸之一，（Thr Val Ieu Lieu Phe Met Lys try，苏、氨酸、亮、异亮、苯、蛋、赖、色）

发酵法赖氨酸的生产最早起源于日本，我国80年代中期相继有赖氨酸的发酵生产厂家，山东海洋还有生产厂家。80年代赖氨酸食品曾经非常盛行，那时人们普遍认为，我国人民的膳食结构中Lys 的摄取量是不够的，因为Lys主要来自于动物蛋白质，而我国饮食结构

中的蛋白质的主要来源是植物蛋白，从这个意义上讲，适量的补充Lys是科学、合理的。然而，事物的发展是有其规律性的，……。现在，Lys食品非常少，一方面是由于人们的饮食结构发生了变化……；另一方面，人们对于基酸的摄取科学知识增加了……。现在，Lys主要作为添加剂用于饲料，人们发现动物缺乏……。

我国的Lys生产与国外的差距主要表现在：

（1）菌种性能的差异，Lys 是菌体代谢过程中的中间性产物，但不是主链上的产物，其生成机制很复杂，对菌种的要求很高，国内菌种的产酸水平为：35—55g/L，转化率为：20—25%。远低于国外的生产水平。

（2）提出率较低。

（3）生产规模较小。

二、赖氨酸的生物合成机制

目前已知的赖氨酸生物合成途径有两条，以细菌类为主的一条、以酵母菌为主的一条合成途径。由于酵母菌体内的赖氨酸的生物合成产率要低于细菌类的，因此，目前的赖氨酸发酵生产都是采用细菌为生产菌种。在微生物发酵过程中，通常细菌和酵母菌两者的各有优缺点，试比较如下：

细菌类发酵与酵母菌发酵的比较：

优点：（1）菌体体积较小，相对增殖所用的底物较少，产率高。

（2）细菌的繁殖速度快，在合适的生长条件下，其繁殖速度只有几分钟，而酵母的增殖速度最少在一个小时以上，这就为细菌发酵缩短发酵周期创造了条件。

（3）细菌的细胞膜的通透性易于调节，对于胞外产品，可以通过其细胞膜的通透性控制来促进产物的分泌，例如，GA的发酵；对于胞内产物，其细胞壁比酵母的细胞壁易于破碎。

缺点：（1）细菌菌体较小，当需要从发酵液中把菌体分离出来（有利于产物的结晶提出，或产物就是菌体或菌体内的胞内物），细菌比酵母菌难以分离。

（2）细菌发酵过程中的无菌程度要求非常严格，发酵过程中大部分的细菌对于溶氧的要求也很高，这就增加了细菌发酵的生产成本。

（3）细菌发酵易感染噬菌体，……

细菌赖氨酸发酵使用的菌种通常有两种类型，分述之：

1、大肠杆菌中的Lys的生物合成与代谢调控：

大肠杆菌中的Lys生物合成途径要比黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌的代谢调控要复杂，其过程如下：

Glucose EMP

丙酮酸草酰乙酸Asp

(天冬氨酸激酶AK，同功酶)

天冬氨酸磷酸（asp-p）

天冬氨酸β-半醛

（同功酶）

二羟吡啶羧酸

高丝氨酸（Hos）Lys

珀酰高丝氨酸O-磷酸高丝氨酸Met Thr

大肠杆菌赖氨酸代谢特点：

关键酶：天冬氨酸激酶是一个同功酶，分别受三个代谢产物的抑制，这三个终产物分别是：Lys、Met和Thr，只有当这三个代谢产物同时过量时，Asp激酶的活性才能完全被抑制。

同功酶：催化同一反应，但其活性受不同代谢产物体调节的酶。

根据上述代谢特点，要使菌体合成并积累Lys，可以选育Hos-，这样的话，既可以解除β—天冬氨酸的代谢支路，使代谢流向Lys的方向进行，提高了从底物葡萄糖到产物的转化率；更重要的是由于Hos-，使得代谢过程中不可能产生过量的Met、Thr，尽管产生了大量的Lys，Lys可以抑制关键酶——天冬氨酸激酶1，但是天冬氨酸激酶2、3的活性由于Met、Thr的限量，并没有受到抑制，也就是说，天冬氨酸β—半醛，仍可以大量的生成，这就保证了Lys的生物合成途径的畅通无阻。

2.黄色短杆菌Lys生物合成的调控

Glucose EMP

丙酮酸草酰乙酸Asp

(天冬氨酸激酶，AK

天冬氨酸磷酸（asp-p）

天冬氨酸β-半醛

二羟吡啶羧酸高丝氨酸

O-磷酸高氨酸

Lys Met

O-琥珀酰高丝氨酸

Thr

黄色短杆菌与大肠杆菌（E.coli）的区别：

（1）天冬氨酸激酶（AK），在黄色短杆菌中是一个变构酶，并有两个活性中心，分别受Lys、Thr的协同反馈抑制，？

协同反馈抑制，就是该酶有多个活性中心，抑制物可以分别和某一个特定的活性中心结合，但是并不影响该酶的活性，只有当该酶的所有的活性中心都被抑制物结合后，其活性才受到抑制。

（2）黄色短杆菌中，存在两个分支点的优先合成机制，如图所示（），即优先合成Hos，然后再优先合成Met，当Met过量时，阻遏：催化Hos 琥珀酰高丝氨酸所需要的酶的合成（即，琥珀酰高丝氨酸合成酶），使代谢流向合成Thr的方向进行，当Thr过量时，反馈抑制：Asp-β-半醛Hos所需要的酶的的活性（即高丝氨酸脱氢酶），使代谢流向Lys 的合成上。

根据以上代谢特点，利用黄色短杆菌生产Lys，需要选用Hos-，

其意义在于：

（1）解除了Hos的优先合成机制，阻断了代谢向Met、Thr的方向进行，节省了原料，可以使Asp-β-半醛这个中间代谢产物全部转入Lys的生物合成上。

（2）在培养基中限量的供给Met 、Thr（或者Hos），对于AK酶活性的调节有着重要意义。因为AK酶是一个协同反馈抑制的变构酶，限制了其中某一个抑制物（Thr），则Lys 的浓度再高，也不会影响到AK酶的活性，那么，代谢一直向着赖氨酸合成的方向进行，使

得产物的合成畅通无阻。

尽管，从理论上讲，选育Hos- 进行赖氨酸发酵，如果在其培养基中限量供给Thr，则AK酶的活性不会受到Lys的反馈抑制，实际上Lys对AK酶的活性存在一定的抑制作用（课本，第73页，表6—1）。因此，对于黄色短杆菌的Lys发酵，仅仅选育Hos- 是不够的，但是为了高效率的转化Lys，需要解决这一问题：

是该酶（AK）脱敏（就是该酶具有抗反馈抑制或阻遏的能力），如何使其脱敏呢？

可以选育结构类似物抗性突变株？（X r）

(1)S-L-半胱氨酸抗性突变株AECr

(2)γ-甲基赖氨酸抗性突变株MLr

（3）L-赖氨酸氧肟酸盐抗性突变株LysHxr

（4）苏氨酸氧肟酸盐抗性突变株ThrHxr

使用黄色短杆菌进行赖氨酸的发酵，还可以选育具有双重标记的营养缺陷型突变株（Met- + Thr-）,其本质上和Hos- 是一样的，但双重标记的营养缺陷型突变株的优点是：遗传性质稳定，恢复突变的几率少。

§4-5 抗生素的生物合成机制与代谢调节

一、次级代谢与初级代谢的关系

1.基本概念

初级代谢：是指微生物合成它们生长所必需的物质的诸如：糖、氨基酸等以及由这些化合物形成的高分子物质如：多糖、蛋白质、核酸等的代谢，称之为初级代谢。那么，这些化合物统称之为：初级代谢产物。

次级代谢：是指微生物在生长后期进行的与他们的生长无明显关系的代谢，这一类的物质统称之为：次级代谢产物。例如：抗生素、激素、某些酶制剂等。

其特点为：结构比较复杂，其合成的代谢过程比较复杂，大部分的合成机制到目前为止，尚没有搞清楚。

2.从菌体代谢途径上看两者之间的关系

许多抗生素等次代谢产物的基本结构是由少数几种初级代谢产物构成的，所以次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的，次级代谢途径并不是独立的，而是与初级代谢途径有密切关系的，如下图所示。

从下图可以看出，许多物质处于代谢的分叉点上，例如：CH3CO-SCoA，是葡萄糖糖经HMP、EMP生成的中间物质，经羧化后可形成丙二酰辅酶A，丙二酰辅酶A可用于脂肪酸的合成上，进而又可经多次重复缩合、环化等形成四环类或其他抗菌素等次级代谢产物，而CH3COSCoA又可以进入TCA循环。这类物质称之为：分叉中间体。如：丙酮酸、乙酰辅酶A、草酰乙酸等

这些个分叉中间体把微生物的次级代谢和初级代谢紧密地联系起来。

Glucose

C3 丝氨酸甘氨酸

莽草酸丙酮酸Val 次级代谢产物

芳香族氨基酸

芳香类次级代谢产物丙二酰辅酶A 乙酰辅酶A

脂肪酸

次级代谢产物

TCA循环

草酰乙酸、α-KGA 谷氨酸

Met 天冬氨酸次级代谢产物

次级代谢产物

3.从代谢调控上看两者之间的关系

两者都分别受到微生物的代谢调节控制，但在代谢调节上，两者又是相互影响的。研究表明：当抗生素合成的初级代谢途径受到控制时，即，Val对α—乙酰乳酸脱氢酶产生反馈抑制时，青霉素的生物合成必然受阻。从这种意义上讲，研究次级代谢的调节与控制要比初级代谢复杂得多，因为初级代谢的控制直接影响到了次级代谢。

以青霉素的合称为例：

青霉素的合成如下：

Glucose 丙酮酸+ 丙酮酸

（焦磷酸硫胺素，TPP）

活性乙醛α—乙酰乳酸脱氢酶α—乙酰乳酸Val

青霉素

实验表明：选育α—乙酰乳酸脱氢酶对Val不敏感的菌株，则可以提高青霉素的产率。

二、抗生素的生物合成途径：

抗生素的生物合成途径是比较复杂的，目前有许多抗生素的生物合成途径尚不清楚，还有许多是属于推测性的。这一部分的内容不作介绍，有兴趣的同学可查阅相关书。

重点介绍下一个内容：

三、抗生素的代谢调节机制

微生物体内有着微妙而科学代谢调节系统，在微生物体内存在多种生化反应，也就有多种的酶参入，这些酶的活性很大一部分是受到其代谢产物的调节与控制的，但是调节与控制的方式是不同的。总体上讲，存在两大类酶活性调节方式：抑制与阻遏

抑制：酶活性的抑制，对于多酶体系，则有：协同、增效、同工酶等

阻遏：酶合成的阻遏

前者是对酶活性的抑制，是被动的调节；后者是对酶的生物合成的阻遏，是主动的而有效的。在抗生素的生物合成过程中，由于存在极为复杂的生物化学过程，也就存在极为复杂的调节与控制机制，这里只从大的方面谈一下：

1.菌体由生长型到产物积累性的转变

初级代谢在大多数的情况下，产物的合成与菌体的生长是同步进行的（GA酸等除外），而次级代谢产物的合成只有在菌体完成增殖并停止生长以后，才有产物的生成。对于分批（batch）发酵过程，细胞在生长期，没有产物的形成，这一时期，参入次级代谢的酶系处于抑制状态，一旦细胞生长结束，则这些酶的活性被激活或者其合成机制被激活（阻遏被解除），这时次级代谢产物开始合成。可见，菌体实现从生长型到产物积累型的转变，是次级代谢发酵成功的关键，那么，菌体是如何完成这种转变的呢？

目前，由于基础理论的研究不够，引起上述转变的机制尚没有搞清楚（GA发酵研究得很清楚，它是初级代谢产物，生成的途径、机制有关的酶系也很清楚，但是大多数次级代谢产物的合成途径尚没有搞清楚，涉及到的酶系非常复杂……）因此，在次级代谢发酵工艺中，来完成这种转变的方法也没有固定模式，不同的发酵，采用不同的方法：

（1）在大多数的抗菌素发酵过程中，控制培养基中的特定的营养成分，当微生物达到生长平衡后，由于培养基中的特定的营养成分的减少，微生物停止生长，微生物群体则实现了从对数生长型到产物积累型的转变，这时，从微观的角度看，微生物的代谢流发生了转变；从宏观的角度看，微生物对于环境的要求也发生了转变（比如：溶氧水平的升高，pH 值的改变等），其本身的形态也会发会发生变化，例如：庆大霉素的发酵（放线菌）在菌体的增殖期，菌丝体细长，而进入庆大霉素的合成期，菌丝体变得粗短，……

（2）在酶制剂的发酵生产中，引起上述变化的因素仍然是不确定的，大多是情况下，是由于限制性营养成分浓度降低所致。

本人对地衣芽孢杆菌的耐高温α—淀粉酶发酵的研究研究发现，某些外界条件也可以引起微生物的代谢流的转变，例如：在菌体的增殖期突然停电2小时，停电即意味着发酵液的溶氧浓度DO=0，其结果是，来电后恢复到原来生物反应器的运行状态，但是菌体不能够继续增殖，而是转变成了产物积累型开始合成耐高温α—淀粉酶。这种转变，在微观上仍然是代谢流的转变，而在宏观上，仍然能够表现出菌体形态的变化，由原来生长期的粗短型，转变成细长。这与同样是细菌发酵的GA酸发酵不同，后者当菌体从生长型转变成产物积累型后，其形态则是由细长转变成粗短型。

2.磷酸盐调节

磷酸盐对抗生素发酵的影响具有双重性，主要表现在：

（1）高浓度的磷酸盐对抗生素的生物合成具有抑制和阻遏作用，例如：链霉素、金霉素、四环素等，现已发现有32种抗生素受到磷酸盐的抑制和阻遏。

(2)磷酸盐浓度低时，菌体生长速度缓慢，生长量（菌体浓度）也不够，不利于抗生素的生物合成。

高浓度的磷酸盐对于抗生素合成的影响机制有以下两种情况：

（1）抑制或阻遏抗生素合成途经中的某些关键酶。

已有许多研究证明：当磷酸盐的浓度≧10mmol/L时，菌体内与抗生素合成有关的酶的活性将受到抑制。

（2）高浓度的磷酸盐可以改变菌体的代谢途径。

分析磷酸盐对EMP途径、对TCA循环的影响（促进作用），带来的……；

高浓度的磷酸盐改变MEP：HMP，不利于HMP的进行，当然也不利于以HMP途经中的中间产为前提的次级代谢产物的生物合成。例如：过量的磷酸盐会减少四环素的生物合成，是由于HMP途经中的戊糖浓度降低造成的。

3. NH4+浓度

在抗生物的发酵过程中，培养基中如果存在容易被利用的无机氨态氮，例如：（NH4）2SO4、NH4CL等，或其他可以被迅速利用的氮源，则对抗生素的合成有强烈的抑制作用。

NH4+对于抗生素合成的抑制作用机制目前尚没有搞清楚，有人认为，NH4+可以强烈的刺激菌体的生长，进而影响了菌体从生长型到产物积累性的转变，影响了抗生素的生物合成。发酵中期当微生物群体进入产物合成期时，如果向发酵液中流加氮源，则可以造成发酵逆转，使微生物群体返回到生长期而停止产物的合成，这种现象在次级代谢产物发酵过程中是非常普遍的。

发酵逆转耐高温α—淀粉酶发酵中，流加：G、GA，停电等

§4-6 代谢产物的过量生产

所谓代谢产物的过量生产就是指微生物在一定的条件下或者说在一定的外界条件下，积累并分泌过量的代谢产物。例如：酵母菌在厌氧的条件下积累并分泌大量的乙醇，GA产生军在一定的条件下积累并分泌大量的谷氨酸……

众所周知，微生物细胞内有着非常完善的代谢调节控制机制，使细胞内复杂的生物化学反应可以高度有序的进行，在其生长过长中，能量的利用、各种物质的消耗与合成都是非常合理而经济的，需要多少合成多少，不需要的则不合成，因此，微生物的过量生产就意味着改变了它本身的这种调节机制，这正是现代发酵工业要研究的重要内容之一。

本节分为两个部分分别谈一下如何提高代谢产物的方法，本章前述的几个物质的发酵生产，各有不同的方法，本节实质上就是对前述内容的系统总结。

一、提高初级代谢产物产量的方法

初级代谢产物不同于次级代谢产物，微生物对于初级代谢的调节控制要比次级代谢控制要强烈的多，因此度对于提高初级代谢产物产量的方法不同于……

1.使用诱导物

对于许多酶类的发酵，特别是淀粉、蛋白质的水解酶，其大部分是诱导酶，对于这一类的酶类的发酵，向培养基中添加诱导物，可以促进酶的合成与分泌，有利于提高产量。

但是，诱导物往往是比较昂贵的，经济上并合算。例如：耐高温α—淀粉酶诱导物是乳糖，如果使用乳糖作为诱导物的话，生产成本很高，经济上是不可行的，乳糖作为诱导物通常在……。在实际生产中要选择一种廉价的、高效的诱导物是很困难的，通常选用诱导物的结构类似物是最理想的，因为结构类似物不能够被诱导产生的酶水解，可以在培养基中一直保持一个较高的、稳定的浓度，能够持续发挥诱导作用，从而得到较高的酶活。但结构类似物的选育？到目前为止，在生产上尚没有使用诱导物成功的例子。那么，对于这一类型的发酵，如何提高……？

2.选育组成型突变株

诱导机制：目前最清楚的是大肠杆菌的乳糖操纵子

无诱导物：

R P O S

产生有活性的阻遏蛋白，结合到操纵基因上，使NDA中的结构基因不能翻译（蛋白质），酶不能够合成。

R---调节基因，regulatiopn gene

P---启动子，Promotor

O---操纵基因，operation gene

S---结构基因，structure gene

有诱导物：

R P O S

产生有活性的阻遏蛋白，

阻遏蛋白+ 诱导物

阻遏蛋白无活性，不能结合到操纵基因上，NDA中的结构基因正常翻译（蛋白质），酶正常进行。

如果，通过化学的、物理的或者生物的方法，使上述操纵子中的调节基因发生突变，使之不能够合成这种阻遏蛋白，或者合成的阻遏蛋白无活性，或者突变发生在操纵基因上，那么，酶的这种诱导作用就解除了，酶的合成畅通无阻，这种突变株称之为，组成型突变株。

组成型突变株是微生物发酵领域，生产具有诱导机制的代谢产物行之有效的方法。

组成型突变株的选育方法？（可以作为作业）

3.解除分解代谢阻遏

分解代谢阻遏：当培养基中同时存在多种可供利用的底物时，分解利用某些底物的酶往往被最容易利用的底物所阻遏。

分解代谢阻遏，又称之为，葡萄糖效应。微生物细胞的这种机制保证了细胞只有在利用某些底物时才合成与之有关的酶类，而且保证了多种底物同时存在时，优先利用最好的底物，就像嘴馋的人一样，这对于细胞来讲无疑是极有意义也是极为合理的。

例如：

把E.coli培养在Gluose + 乳糖的Medium 中，其大肠杆菌的生长明显存在两个对数生长期。原因是E.coli在利用Glucose时，分解利用乳糖的酶——β—半乳糖苷酶的合成受阻，只有当Glucose被利用完以后，上述这种对β半乳糖苷酶合成的阻遏作用随之消失，于是出现了菌体利用乳糖进行生长的第二个对数生长期。

给生产带来的危害：

在正常的发酵过程中，微生物群体从完成了生长型到产物积累型的转变后，大量的产物开始生成，底物源源不断地转化成产物，但是当培养基中存在易引起分解代谢阻遏的物质时，菌体可能出现二次生长，微生物群体又回到了生长状态，即发生了前述的发酵逆转，这显然是不利于提高产量的。

生产中克服分解代谢阻遏的措施：

1抗性突变株的选育：

从遗传学看，如果调解基因发生突变，使阻遏蛋白失活；操作基因发生突变，不能与阻遏蛋白结合，那么这种分解代谢阻遏就不存在，有利于代谢产物的过量生产。

2生产中避免使用有阻遏作用的C源、N源

目前已知的不易引起分解代谢阻遏的C源：乳糖、有机酸；

目前已知的不易引起分解代谢阻遏的N源：黄豆粉，

黄豆粉之所以不易引起分解代谢阻遏，是因为黄豆粉是一个颗粒状的原料，其中的蛋白质存在于颗粒中，起到缓释的作用。

3流加C源、N源

缓慢的流加C源、N源，使发酵培养基中的C源、N源一直保持在一个均匀的、较低的水平，则有利于消除分解代谢阻遏的出现，可以明显的提高产量。

3.解除反馈抑制：

末端产物对于微生物代谢链中的几个关键酶通常都存在着反馈抑制作用。解除这种反馈抑制的方法有：

1抗性突变株，又称为结构类似物突变株。

例如：G GA Arg

根据上述谷氨酸棒杆菌中的精氨酸Arg的代谢途径，如果要积累Arg，使Arg过量生产，必须解除Arg对GA N---乙酰谷氨酸这一酶促反应的反馈抑制作用。

最有效的方法是选育抗性突变株，Argr

2对于分枝代谢，可以选育营养缺陷型突变株。

前述的Lys的发酵就是这样一个典型例子。

4.防止突变株的回复突变：

经诱变而产生的各种各样的突变株，在生产过程中易于发生回复突变，也就是说其存在一种遗传学上的不稳定性。解决这种恢复突变的方法：

1选择具有双重标记的突变株。

例如，在Lys的发酵中选育具有Hos- 和Met- 的双重标记菌株，可以提高其稳定性。

2对于抗性突变株。

可以在培养基中加入适量的结构类似物，以防止已经发生回复突变株的抗性突变株的增殖。

5.细胞膜透通行的调节：

在GA代谢部分讨论过细胞膜透通性对于微生物发酵工业的意义。细胞膜对于物质的进入（透通与排泄）是有高度的选择性的。其输送系统的这种高度的选择性，这主要取决于其透性酶的活性与结构。

改变细胞膜透通性的方法主要有：

1改变膜的组成与结构，使之成为不完整的细胞膜。

2破坏细胞壁的合成，使之不能合成完整的细胞壁，由此，细胞膜由于缺乏细胞壁的机械保护作用可以改变其渗透性。

3透通性酶活性的调节与控制：

上述表明，细胞膜对于要输送的物质具有高度的选择性，这种高度选择性与透通性酶的活性、结构有着直接的关系，而透性酶与其他酶相同，也有着自己的调节与控制机制。研究这种机制，有利于提高微生物的代谢产物的过量生产。

以上是从微生物的代谢机理方面，或者说从微观的角度，论述了提高微生物初级代谢产物的具体方法和措施，这些措施可以在同一种微生物的发酵中同时使用，也可以单独使用某一种方法。但是，在微生物的工业发酵过程中，提高微生物初级代谢产物，仅仅考虑上述的微观的方法是远远不能够实现大规模的工业化生产，还需要从工程的角度上：

1强化传质包括：底物和排泄的物质，氧的传递。

2控制生物反应的均一性。包括：底物浓度，H+浓度、氧化还原电位、温度等。

③控制泡沫的的生成与消除。

这就是下一章我们要讨论的内容，后述。

二、提高次级代谢产物的方法：

初级代谢产物与次级代谢产物两者是有着明显的区别的，其区别除了前边叙述的，

对于微生物生长的作用不同

产物的结构不同

产物形成的时间不同

除了上述差别此外，对于微生物的过量生产，其培养条件也不相同。初级代谢产物的形成一般只需简单的营养条件，在化学成分确定的培养基中即可生成。例如：Yeast的酒精发酵，柠檬酸发酵、甘油发酵、GA发酵等。而次级代谢产物则需要复杂的营养条件，通常要供给成分复杂的天然物质时才能形成，而且次级代谢产物形成的条件要求特殊，尤其是过量生产，其培养基不同，培养过程中的条件控制也不相同。

通常，次级代谢产物是在菌体生长高峰期后，Medium中的C、N、P、S等基本耗完以后，与这些物质代谢有关的酶系的活力趋于下降，这时，与次级代谢产物形成有关的酶系逐渐出现，次级产物开始形成。在发酵过程中，研究如何使次级代谢产物进入分化期，即如何诱导or引发次级代谢产物的形成，是目前发酵领域研究的热门课题之一。

这里介绍几种提高次级代谢产物的方法：

1、补加前体（前驱物质）：

在合成途径已基本清楚的条件下，向发酵培养基中补加前体，可以有效的提高次级代谢产物的产量。

例如：在青霉素G的发酵法生产中，补加前体物质，苯乙酸or其衍生物，可以明显的增加青霉素的产量。这是因为，在青霉素的发酵生产过程中，苯乙酰—CoA是青霉素G生物合成的限速性因子，受到许多代谢控制，添加苯乙酸or其衍生物后，可以提高苯乙酰CoA的浓度，解除了苯乙酰—CoA对于青霉素G合成的限速，从而提高青霉素的产量。

补加前体的有两个条件：

①前体是产物形成的限速因子，其合成受到众多的控制。

②必须已知其代谢途径，且补加的前体物质对于M体内其他酶系无抑制作用，否则，影响到了菌体的其他代谢，如：产能代谢等，仍然不能提高次级代谢产物的产量。

2、解除分解代谢阻遏：

何为分解代谢阻遏？提问这一概念。抗性突变株

对于初级代谢产物的过量生产，前述的方法是：控制培养基的组成

流加技术

对于次级代谢产物的过量生产，使用的方法是：

流加技术

控制培养基的组成

C源：使用缓慢利用的原料，寡糖、多糖、液化淀粉

N源:豆粉、蛋白胨等

提高次级代谢产物的方法，除了上述几种措施外，目前的研究主要集中在培养基的优化上，应该说，这是一种盲目性很大的方法，也可以说是一种很无奈的方法。出现这种情况的原因是由于对于次级代谢产物的理论研究不够深入，这在某种程度上，也给次级代谢产物的生产带来了一定的影响。

本章总结：

1.介绍了几种典型的代谢及其调控机制

厌氧发酵：酒精、甘油

从发酵类型上：

好氧发酵：GA、Lys、柠檬酸等

初级代谢：酒精、甘油、谷氨酸等

从代谢类型上：

次级代谢：抗生素

2.从微生物的代谢机制上，系统地总结了提高微生物代谢产物的方法。

下面一章的内容是在本章的基础上，从宏观或者说从工程的角度，来探讨提高微生物过量生产的方法。

思考题：

1．基本概念：

能荷、糖酵解、TCA循环、HMP途径、甘油发酵、侧系呼吸链、标准呼吸链、二氧化碳固定化反应、初级代谢、次级代谢、分叉中间体、发酵逆转、反馈抑制、阻遏、优先合成机制、同工酶、协同反馈抑制、营养缺陷型、抗性突变株、分解代谢阻遏、代谢控制发酵

调节基因，regulatiopn gene

P---启动子，Promotor

O---操纵基因，operation gene

S---结构基因，structure gene

2.厌氧甘油发酵和好氧甘油发酵的优缺点比较。

3.柠檬酸发酵过程中有哪几个控制要点，如何控制？

4.说明柠檬酸发酵过程中氧的重要性。

5.简述二氧化碳固定反映对于提高柠檬酸产率的意义。

6.比较细菌发酵和酵母发酵的优缺点。

7.写出大肠杆菌中Lys代谢途径，说明利用大肠杆菌发酵生产Lys

的菌种特性和控制要点。

8.写出黄色短杆菌中Lys代谢途径，说明利用大肠杆菌发酵生产Lys的菌种特性和控制要点。

9.简述磷酸盐在抗生素发酵过程中的调节作用。

10.说明微生物细胞内NH+4参与分解与合成代谢的途径。

11.写出谷氨酸发酵的最理想途径，说明CO2固定化反应的重要性。

12.谷氨酸产生菌之所以能够合成、积累并分泌大量的GA，其菌种内在的原因有哪些？

13.谷氨酸产生菌之所以能够在10%以上的葡萄糖培养基上，生产大量的GA,除了上述谷氨酸产生菌的内在本质外，其需要的外在条件有什么？

14.谷氨酸发酵过程中，生物素（VH）作用表现在那几个方面？

15.生物素（VH）如何封闭乙醛酸循环的？

16.微生物群体当实现从生长型到产物积累性的转变后，从外观上通常会有哪些变化？这些变化的本质是由什么引起的？

17.从能荷的角度解释柠檬酸发酵过程中，“只长菌，不产酸”的原因。

第五章发酵过程及控制

微生物发酵过程也就是微生物的反应过程。本章就是研究微生物群体在反应过程中的基本规律和控制方法，其目的同前一章是一样的，都是为了提高微生物的过量生产，提高生产效率。本章的基本内容：发酵过程中温度的控制、pH值、溶氧、泡沫以及基因工程菌的培养。

§5-1 微生物发酵的类型

一、微生物发酵的类型

1.根据微生物对氧的需求不同，可分为：

（1）厌氧发酵：乳酸杆菌的乳酸发酵、酵母的酒精发酵等

（2）好氧发酵：GA、其他AA、大部分的细菌和霉菌发酵

2.根据所用的培养基的状态

（1）固体发酵（solid fermentation）

就是微生物生长在固体培养基上

（2）液体发酵: 浅盘发酵：又称为表面培养

液体深层发酵（submerged fermentation）(优点？)

3.按照生物反应器的类型分

(1)敞口式发酵：属于繁殖速度快的好氧发酵，例如酵母工业

(2)半密闭式发酵：酵母菌等的发酵，大多数情况下属于不是很严格的厌氧发酵。

（3）密闭式发酵：好气性的液体深层培养，要求复杂，但无菌程度高。

二、生物反应器的操作方式

1分批式（fed-batch）

是目前微生物培养的最基本的方式，即是以微生物的一个生长周期为一个生产周期，包括设备的灭菌、种子培养、发酵操作。

优点：（1）每一次进行重复的配料、灭菌、等操作，微生物培养可靠、安全。

（2）微生物发酵过程中，微生物的各个阶段的生理、代谢特征不同，易于控制。

缺点：（1）效率较低，每次发酵重复进行既是一种时间的浪费，又是原材料和能量和浪费。

（2）底物利用率低，分次分批发酵都存在一个微生物自身的增殖过程，增殖本身就是底物消耗的过程，这必然导致转化率的降低，例如，在GA的发酵过程中，微生物增殖所需要的C源占总c源的20%左右。

（3）分批发酵培养基中的底物浓度较高，增加了培养基的渗透压，不利于微生物的生长。

尽管，分批……

2.连续操作

基本概念：当微生物菌体达到某一特定状态时，（这一状态可以是：菌体浓度、比生长速率、产物的比生成速率等），连续向反应器内流加混合底物（C、N、P……），同时反应器排放等量的发酵液。

优点：微生物处于一个稳定的底物浓度和产物浓度的环境中，从理论上讲，这种方式是最高效率的微生物培养方式？……节省消耗（底物、能量）

缺点：

(1)由于微生物菌种易发生变异，特别是代谢控制发酵所采用的菌种，大部分是经过诱变的突变菌株，其遗传性质非常不稳定，后期，当菌种发生变异或者说恢复突变的菌体占有优势时，发酵就意味着失败。

(2)长时间的连续培养，防止杂菌、phage的感染也是难以克服的问题。

目前，以分批培养的操作方式为主，能够实现工业化连续培养的可仍只有啤酒的发酵，和酒精的发酵，他们是采用固定化……因此，……

§5-2发酵过程中温度的变化及控制

一、发酵过程中的热源

热源：发酵过程中引起发酵液温度变化的原因。

O发酵热= O生物热+ O搅拌热+ O蒸发热+ O辐谢热

下边分述之

1. O生物热

微生物在生长过程中，由于培养基中的营养性物质：糖、蛋白质、脂肪等被氧化，同时产生大量的热量，这些热量一部分用于合成高能物质（ATP\GTP）等，这些高能物质用于菌体自身的生长、繁殖上；剩余的另一部分，则以热的形式散发出来，其表现在外观上，就是使培养基的温度升高，这一部分热量称之为:生物热

生物热的特点：具有强烈的时间性：不同的生长时期，底物消耗的水平不同则产生的……

与微生物生长过程中的供氧水平有着直接的关系

以酵母菌的生长为例说明：

（1）酵母菌在有氧条件下生长的生物热

在有氧的的条件下Glucose经过MEP途经生成丙酮酸，丙酮酸进TCA循环被氧化成CO2和H2O，并有38分子的ATP生成，总反应式如下：

C6H12O6 + 38ADP + 38Pi = 38ATP + 6H2O + 6CO2 + O生物热

-10×38×4.18KJ/mol

这一部分的能量用于菌体生长代谢，即△G= -10×38×4.18KJ/mol

根据化学反应的基本原理，对于一个化学反应，可以看成是一个平衡过程，则有下式：O生物热= O可逆= T?△S = △H - △G = -674-(-380) = - 294kcol/mol

式中：△H为反应的焓差，可以计算如下：

△H = △HG,C298 - △HCO2,C298 - △HH2O,C298

△HG,C298—葡萄糖的标准燃烧热，-674×4.18KJ/mol

△HCO2,C298，△HH2O,C298 分别表示CO2和H2O的标准燃烧热0.

△G 为反应的焓差，即自由能，其值为-10×38×4.18KJ/mol

则：

O生物热= -294kcol/mol = - 294×4.18KJ/mol

这就意味着，酵母菌在有氧的条件下，每氧化1mol的葡萄糖则可以产生：

- 294×4.18KJ/mol，用于使发酵液的温度升高。

（2）酵母菌在无氧的条件下

Glucose经过MEP途径生成2分子的丙酮酸，在无氧的条件下完全氧化生成乙醇、CO2。

C6H12O6 + 2ADP + 2Pi = 2ATP + 2 C2H5OH+ 2CO2 + O生物热

同样，有下列方程：

O生物热= O可逆= T?△S = △H-△G

=-674 - 2(-315 ) = - 20kcol/mol

式中：△H为反应的焓差，可以计算如下：

△H = △HG,C298 - △HCO2,C298 - △HH2O,C298 - △H C2H5OH,C298

△HG,C298—葡萄糖的标准燃烧热，-674×4.18KJ/mol

△H C2H5OH,C298—乙醇的标准然热，-315×4.18KJ/mol

△HCO2,C298，△HH2O,C298 分别表示CO2和H2O的标准燃烧热，0 △G 为反应的焓差，即自由能，其值为-10×2×4.18KJ/mol

则：

O生物热= -20kcol/mol = - 20×4.18KJ/mol

这就意味着，酵母菌在无氧的条件下，每氧化1mol的葡萄糖则可以产生：

- 20×4.18KJ/mol，用于使发酵液的温度升高。

以上计算表明：有氧代谢和无氧代谢，其生物热差别是很大的。这一计算结果本质上是由于在不同的代谢条件下，形成的代谢产物是不同的，其产能水平也是不同的，因此生物热也不相同。

这种差别提醒我们：

在进行生物反应器的设计时，对于生物反应器的换热系统的设计计算，应充分考虑不同的菌种、不同的代谢条件，其产生的热负荷是不同的，那么，生物反应器的有效传热面积也不相同，甚至差别是很大的，否则，满足不了工艺的要求，而且，很可能……

2.O搅拌热

由于机械搅拌通气式发酵罐在运行过程中，搅拌浆作比较剧烈的运动，造成液体之间、液体与搅拌浆等设备之间的摩擦，会产生大量的热量，可用下式计算：

O搅拌热= P×3601

式中——搅拌浆的搅拌功率（kw）

3061——机械能专为热能的热功当量（kw.h）

3. O蒸发热

生物反应器在运行过程中，空气进入反应器与发酵液进行长时间的气、液接触，除部分的氧被利用以外，大部分的气体（称为尾气）仍旧排放出反应器，由于尾气在与发酵液接触的过程中实际上在进行质量的传递，使进入的空气的湿度增加，水分随着尾气一起被排除，同时伴随热量传递，这一部分热量，称之为蒸发热。计算如下：

O蒸发热= G (I出–I进)

式中：G—空气的流量（Kg/h）

I出、I进分别表示尾气、进气得热焓(kJ/Kg)

4.O辐谢热

辐谢热：指反应器内部的温度与反应器的环境温度的差别造成的热量传递。

通常按照O发酵热的5%---10%计算。

二、温度对发酵的影响

1.从酶促反应动力学方面

微生物的发酵过程实际上就是一个酶促反应的过程，根据酶促反应动力学，温度越高，酶促反应速度越快，菌体增殖、产物合成的时间均可提前；但是温度越高，酶越易失活，表现在外观上，则是菌体易衰老，整个发酵周期缩短，影响发酵的最终产量，对于发酵是不利的。

微生物的生长速率的变化，可以使用下式描述：

dx/dt == μ- α*X

式中：μ——菌体的比生长速率

α——菌体的比死亡速率

因此，dx/dt是菌体生长和死亡平衡和结果。

α、μ与温度有关，可以使用阿累尼乌斯公式描述：

μ== Aμ*exp[-Eμ/RT]

α== Aα*exp[-Eα/RT]

式中：Aμ、Aα——常数

Eμ、Eα——分别是菌体生长和死亡的活化能

通常，生长的活化能Eμ= 25—32×104KJ/mol

死亡的活化能Eα== 104—122×104KJ/mol

因此，温度对死亡的影响要远比对生长的影响要大，从这个意义上讲，在发酵过程中，对于温度的控制应该是严格的，不能任意的、没有任何根据的升温，否则，可能导致菌体过早的衰老，发酵周期缩短，产物产量、产率下降。

2.从温度对发酵液的性质的影响方面

温度影响了发酵液的许多性质，包括：营养物质的电离状态、发酵液的粘度等。发酵液粘度的改变，影响了发酵过程中各种物质的传递，特别是氧和热量的传递，进而影响了微生物的发酵。研究表明，以蔗糖为底物的Xanthan的发酵过程中，当Xanthan 的浓度达到24g/L后，由于Xanthan的高粘度的性质，使得发酵液的温差可以达到15℃以上，严重的影响了黄源胶产生菌的代谢和生理活动。

3.温度对菌体代谢调节机制的影响

近几年来的研究表明，温度对于菌体的调节机制有着密切的影响。

例如：当温度20℃以下时，AA合成的最终产物对其合成链的第一个酶的反馈抑制作用比在正常的发酵温度37℃的条件下更大。

根据这个原理，有人提出对于次级代谢发酵，当菌体生长完成后，可以考虑降低发酵液的温度以强化上述这种抑制作用，使得菌体的AA合成受阻，进而抑制蛋白质的合成，菌体生长停止，有利于促进菌体由生长型到产物及类型的转变，当菌体完成了这种转变后，再升高发酵液的温度。当然，工业化的应用存在一定的问题，就是温度的升、降对于大体积的发酵也难以实现……。

三、温度的控制

CP：控制周期

SV：设定值

PV：显示值

NSB：不灵敏区

MS：最小动作时间

§5-3 氧传递与控制

供氧对于微生物的液体深层培养是必需的，也是目前各种生物反应器设计的主要的参数之一。由于氧难溶于水的特性，决定了氧的供给成为提高微生物培养密度、提高单位体积发酵液产量的限制性因子。

一、氧对发酵的影响

氧对微生物发酵的影响是多方面的，不同的菌系、不同的发酵阶段对于氧的要求也不相同，氧对其的影响也不相同，具体的讲：

1.影响了菌系的酶活性

在微生物的代谢过程中，有许多的催化脱氢氧化反应的酶都是以NAD(P)为辅酶的，NAD(P)的浓度是保证酶活力的基础。NAD(P)作为H的受体，脱氢后成为还原兴的NAD(P)H，NAD(P)H只有在有氧的的条件下可以及时地通过呼吸链被氧化（个别情况，NAD(P)H可以参入还原反应，比如：α—KGA的还原氨基化……），生成氧化性的NAD(P)，NAD(P)作为辅酶重新参入脱氢反应，一旦，发酵液中的氧的浓度不够，则与NAD(P)相关的酶促反应停止，那么，NAD(P)的浓度……。

2.氧的存在影响了代谢途径

氧存在是TCA循环能够进行的基础，缺氧必然导致丙酮酸的积累（丙酮酸的氧化脱羧强烈徐扬），丙酮酸的积累，导致乳酸的形成；其结果是发酵液的PH值不降；通常，当Broth 的溶氧急剧下降时，意味着菌体进入了对数生长期或产物合成期，这时，往往伴随的是发酵液的PH值下降。

虽然，大多是情况下，氧可能成为发酵的限制性因子，但是，在有的情况下，也并不是溶氧越高越好。

例如：

1在GA发酵的GA合成期（中后期），过量的供氧会使NADPH进入呼吸链被氧化，减少了NADPH的浓度，而NADPH与а-KGA的还原氨基化是相偶联的，这必然会影响а-KGA GA的合成。

2在地衣芽孢杆菌生产耐高温а-Amylase的发酵过程中，当菌体进入了а-Amylase的合成期后，发酵液的[DO]值可以回升到100%，这时，可以适当的降低Broth中的溶氧浓度，可以减缓菌体的PH回升速度，延长发酵周期，提高发酵液的酶活力。这种情况，更深层次的原因尚需进一步研究（代谢机制）。

二、氧传递动力学：

1、氧传递的双膜理论：

假设条件：（如下图所示）

1溶氧过程存在一个界面，这个界面的厚度可以忽略不计。在这个界面上，气相中氧的分压与溶于液相中氧的浓度呈平衡关系，既Pi与Ci呈平衡关系，符合亨利定律：Ci= K *Pi

2传质过程是一个稳定的过程，各点氧的浓度不是时间的函数。

3气膜、液膜都以层流状态存在。

气膜液膜

气相主流液相主流

传质方向

在以上三个条件的基础上，则有下列氧传递方程：

dc/dt = kLa×(c* - c)

式中：dc/dt——溶氧速率，mol/m3.h

kLa——体积溶氧系数，1/h

c*——与气相中氧的分压呈平衡的液相中的氧的浓度，也就是一定体系下的液相中的最大的溶氧浓度，mol/ m3

c——液相中氧的实际浓度，mol/ m3

上式是以(c* - c)为传质动力的氧传递方程式，也可以写成以（P*-P）为推动力的氧传递方程式：

dc/dt = kLa×（P*-P）

以双膜理论为基础，对氧传递过程中的现象进行定量的描述，其目的在于：正确认识氧传递过程中的本质，以提高传氧效率。实际上，在微生物发酵过程中，以双膜理论为基础的氧的传递方程式没有太大的计算意义，因为方程式中的kLa是一个变值，研究表明，kLa不但与反应器的设计参数（结构参数）（D/T、涡轮形式、N、Pg/v）的有关，还与发酵液的性质有关，而发酵液的粘度、浓度随着发酵的进行是不断的变化的，因此，kLa的值也在不断的变化，从这个意义上讲，研究氧传递动力学方程，其主要目的在于正确的认识氧传递过程中的各种阻力，以提高传氧效率。

2.氧传递过程中的阻力

上式中的溶氧速率dc/dt，实际上是发酵液中氧的实际浓度，更准确的说是供氧与耗氧的动态平衡，分析氧传递的阻力，可以分为供氧与耗氧两个方面：

供氧方面的阻力：气体主流到气膜的阻力k1-1

克服气膜的阻力，k2-1 通过气、液界面

气体克服液膜的阻力，k3-1 进入液体主流

气体在液相主流中的传递阻力，k4-1

耗氧方面：细胞膜的阻力：k5-1

细胞内氧与呼吸酶反应的阻力：k6-1

整个阻力：k-1 == k1-1 + k2-1 + k3-1 + k5-1 + k6-1

前4项，与发酵液的性质（组成、浓度）、操作运行条件有关，显然阻力越少，溶氧越好。后2项，与菌种的生理特性和种类有关，降低这一部分阻力，实际上就是提高了(c* - c)，即提高了溶氧传递推动力。

下边，结合氧传递动力学方程和上述氧传递过程中的各项阻力，来分析提高氧传递效率的方法。

三、提高氧传递效率的途径

从氧传递动力学方程式，可以看出：提高氧传递效率可以从两个方面研究：

kLa和（c* - c)

1.提高kLa

kLa与操作参数之间的关系，可以使用下式表示出来：

kLa = f(N Q μ Vs ……)

（1）搅拌

目的：（定性的描述）

打碎气流，形成小气泡，增加气液接触面积，以利于……

使液体形成涡流，增加气泡在液体中的滞留时间

增加液体的湍流程度，减少气泡周围的液膜阻力k3-1，减少氧在液体主流中的传递阻力k4-1

对于真菌、食用菌等易结团现象，降低细胞膜的表面阻力，降低细胞周围代谢物的浓度

定量的讲：

kLa ∝(Pg/V)α×Vsв

Pg ∝N2.46

可见，提高N可以有效的提高kLa，从而增加发酵液中的溶氧浓度。这一点，本人有着深刻的体会：

在耐高温α-淀粉酶的发酵过程中，当菌体进入对数生长期时，发酵液的溶氧浓度…

但是，高转速也有不利的方面：

能耗较高，生产成本高，黄源胶发酵……

形成漩涡，降低气液间的混合效果，起不到应有的作用

对于某些微生物，高转速产生的高剪切力，不利于菌体的生长

对于高粘度物系的发酵，搅拌产生的影响是多方面的：

a 对传热的影响

高粘度的物系发酵的发酵和其他发酵一样，发酵过程中有大量的热量产生，由于物料的高粘性使得热量的传递非常困难，例如，Xanthan的发酵，随着发酵液中的xanthan浓度的增加，发酵液的粘度也越来越大，当发酵进行到40小时时，发酵液中Xanthan的浓度可达到22g/L，严重的影响了热量的传递，对于一个6L的生物反应器，反应器中心的发酵液的温度与内壁发酵液的温度之差可达到15℃以上，这个温差严重的影响了发酵的正常进行，试想，……

b 搅拌对气液混合的影响

不同的搅拌速率对于气液混合也会带来比较显著的影响。以黄源胶发酵为例，当发酵液中的还原胶的含量较高时，发酵液的粘度很高，此时搅拌转速越大则气穴体积（Cavern Volume）越大。为了更好的说明这一问题可以引用一个概念来表示——气穴体积/发酵液中体积

（Cv/Tv），如图1所示，Cv/Tv越少则说明基本上处于停止不动的发酵液的体积越大，这一部分发酵液其内部氧的传递和其他营养物质的交换很少，甚至可以说根本就不存在质量的传递，这必然导致细胞活力的下降甚至细胞死亡，那么这一部分发酵液中黄原胶的浓度很低而且其分子量分布也很宽。A.Amanullah 和B.Tuttiett[13]在6L的玻璃生物反应器内系统的研究了这一问题，研究表明：当发酵液的黄原胶浓度在18g/l时，在搅拌速率分别为500转/和1000转/分的条件下，其Cv/Tv值基本上相同，近似于100%。但是当发酵液的黄原胶浓度的增加20g/l时，前者，其Cv/Tv值下降到77%，而当发酵液的黄原胶浓度的增加到26g/l 时，其Cv/Tv值进一步下降，只有35%；对于搅拌转速为1000转/分的发酵过程，当发酵液的黄原胶为24g/l时，其Cv/Tv值下降到88%，而当黄原胶的浓度达到32g/l时，其Cv/Tv 值随之进一步下降到80%。上述研究结果说明，搅拌转速对黄原胶的发酵有着重要的影响，而且这种影响随着发酵液中黄原胶浓度的增加将变得更为严重。

（2）Vs——空气流速

由公式kLa ∝(Pg/V)α×Vsв可知，提高Vs即提高通风量Q也可以有效的提高kLa，但不能够无限的增加通风量,研究表明，当通风量增加到一定的量后，(Pg/V)会随着Q的增加而下降，也就是说单位体积发酵液所拥有的搅拌功率会下降，不但不能提高kLa，甚至会造成kLa值的下降。

通风量Q与搅拌功率Pg的关系，可以使用迈凯尔公式描述：

P = ( P0*N*Di/Q0.08)0.39

式中：P0——不通风时的搅拌功率W

P0 == N3*(Di)5 *ρ

增加Q除了上述缺点外，还存在以下不足之处：

挥发性中间产物有一定量的损失，

搅拌浆过载，达不到良好的混合效果。

发酵液水分蒸发加大，增加了发酵液的粘度。

造成逃液，增加phage的感染机会。

通常，Vs = 150cm

2.提高（c* - c)，即氧传递动力

（1）c*，受到体系的温度、发酵液的浓度、粘度、pH值等因素的影响，改变c*是没有太大的余地的。因为，发酵温度、浓度等严格的受到菌体生长和发酵工艺的限制。

（2）提高罐压

Pi增加则与之平衡的Ci也会增加，对提高（c* - c)是有一定作用的。

缺点：气泡体积减少，不利于气、液的接触。

有害气体（CO2）浓度也在增加，同样不利于M的代谢。

微生物的生长也会对罐压提取要求。（≦0.1MPa）

发酵工艺流程图

发酵工艺流程图 打开备料泵，进料基质→开备料阀→备料100T，关备料阀→开搅拌器，设转速为200r/min→开排气阀，设参数→开通风阀，设参数→加菌种→开补糖阀→开硫铵阀→开前体罐的进料泵，设频率(0~100k/z) →开前体阀→开消泡补罐的进料泵，设频率→加消泡剂。 在发酵流程图里打开备料泵，在发酵罐操作里打开备料阀，备料开搅拌器，过程跟上述流程图一样，需要注意的是： 1.发酵过程中时时补糖，保持残糖浓度为5kg/m3. 2.发酵过程中时时补硫铵，保持硫铵浓度为0.25kg/m3 3.开冷却水，维持发酵温度在25℃ 4.控制PH在6.8左右，不可高于7.3或低于6.0 5.控制通风阀及排气阀开度，保持发酵罐压力为0.07Mpa 6.前体浓度不应超过1kg/m3，但也不能太低 7.保证发酵罐中的溶氧浓度不低于百分之30 8.泡沫高度不应超过35cm 9.不要满罐，超负荷生产 发酵后期处理与提纯 预处理： 开发酵液开关，加发酵液→开预处理罐搅拌器→加黄血盐，

去除铁离子至浓度为0→加磷酸盐，去除镁离子至浓度为0→加絮凝剂，去除蛋白质至浓度为0→打开转筒真空过滤器及其后阀门→待发酵液经过过滤排主混合罐B101后，关阀门，关泵，关真空过滤器。 一次BA提取： 开罐B101搅拌器→开阀，加BA（硝酸丁脂），质量为发宵夜的三分之一，关阀→开阀，加稀硫酸调PH至2.8-3.0，关阀→开阀，加破乳剂100kg，关阀→打开阀泵，向分离机注液→开分离机→开阀，开萃取回收阀，萃取→关阀，关泵→关B101搅拌器→关分离机 一次反提取： 开罐B102搅拌器→开阀，加碳酸氢钙溶液，质量为青霉素溶液的25倍，并调PH至6.8-7.2，关阀→开阀，开泵，向分离机注液→开分离机，开阀，开萃取相回X阀→关阀，关泵→关B102搅拌器→关分离机，及阀 脱色： 打开活性炭进料阀，进料25kg→关闭进料阀→开脱色罐搅拌器，设定时间10min→开泵，开阀，将青霉素溶液经过过滤器到结晶罐→关泵，关阀→关脱色罐搅拌器 结晶： 开结晶罐搅拌器→开阀，加硝酸钠一乙醇溶液，至青霉素浓度为0，关阀→开冷却水阀，控制结晶温度为5℃→开泵，

发酵工程 期末试卷A卷答案

一、选择题（共10小题，每题2分，共计20分） 1.下列关于发酵工程的说法，错误的是（C ） A 发酵工程产品主要是指微生物的代谢产物、酶和菌体本身 B 可以通过人工诱变选育新菌株 C 培养基、发酵设备和菌种必须经过严格的灭菌 D 环境条件的变化既影响菌种的生长繁殖又影响菌体代谢产物的形成 2.当培养基pH发生变化时，应该（C ） A 加酸 B 加碱 C 加缓冲液 D 加无机盐 3. 甘油生物合成主要由下列哪种物质引起（D ） A 尿素 B 硫酸铵 C 酶 D 亚硫酸盐 4. 对谷氨酸发酵的叙述正确的是（D ） A 菌体是异养厌氧型微生物 B 生物素对谷氨酸生成无影响 C 谷氨酸的形成与搅拌速度无关 D 产物可用离子交换法提取 5. 为使淀粉和纤维素进行代谢而提供能量，（B ） A 它们必须第一步变成脂肪分子 B 它们的葡萄糖单位必须被释放 C 环境中必须有游离氧存在 D 遗传密码必须起促进作用 6. 关于微生物代谢产物的说法中不正确的是（D ） A 初级代谢产物是微生物生长和繁殖所必须的 B 次级代谢产物并非是微生物生长和繁殖所必须的 C 初级代谢产物在代谢调节下产生 D 次级代谢产物的合成无需代谢调节 7. 在发酵中有关氧的利用正确的是（B ） A 微生物可直接利用空气中的氧 B 微生物只能利用发酵液中溶解氧 C 温度升高，发酵液中溶解氧增多 D 机械搅拌与溶氧浓度无关 8.某药厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸而产生乳酸及琥珀酸，其原因可能是（B ） A 温度控制不适 B 通气量过多 C pH呈酸性 D 溶氧不足 9.下列可用于生产谷氨酸的菌种是（C ）

发酵工程工艺原理复习思考题答案。修改版

《发酵工程工艺原理》复习思考题 第一章思考题： 1．何谓次级代谢产物？次级代谢产物主要有哪些种类？举例说明次级代谢产物 在食品中的应用及对发酵食品的影响。P50 初级代谢：指微生物的生长、分化和繁殖所必需的代谢活动而言的。初级代谢过程所生成的产物就是初级代谢产物。 关系不大，生理功能也不十分清楚，但可能对微生物的生存有一定价值。次级代谢过程所生成的产物就是次级代谢产物。通常在细胞生成的后期形成。 次级代谢产物有抗生素、生物碱、色素和毒素等。 2．典型的发酵过程由哪几个部分组成？ 发酵工程的一般过程可分为三个步骤：第一，准备阶段；第二，发酵阶段；第三，产品的分离提取阶段。 准备阶段的任务包括四个方面，即各种器具的准备，培养基的准备，优良菌种的选择或培育，器具和培养基的消毒。 优良菌种是保证发酵产品质量好、产量高的基础。优良菌种的取得，最初是通过对自然菌体进行筛选得到的。20世纪40年代开始使用物理的或化学的诱变剂，如紫外线、芥子气等处理菌种，进行人工诱发突变，从而迅速选育出比自然菌种更优良的菌种。后来，又运用细胞工程和遗传工程的成果来获取菌种。例如，使用大肠杆菌生产人类的胰岛素、生长素、干扰毒等等。 在发酵过程中，还要防止“不速之客”来打扰。发酵工程要求纯种发酵，以保证产品质量。因此，防止杂菌污染是确实保证正常生产的关键之一。其方法是，对于这些不受欢迎的“来客”进行灭菌消毒。在进行发酵之前，对有关器械、培养基等也进行严格的消毒。 第二章思考题： 1．食品发酵对微生物菌种有何要求？举例说明。 ?能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能高产和稳产所需的代谢产物。 ?可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高。 ?生长速度和反应速度快，发酵周期短。 ?副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。 ?菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。 ?对于用作食品添加剂的发酵产品以及进行食品发酵，其生产所用菌种必须符合食品卫生要求。 2．什么叫自然突变和诱发突变？诱变育种的实质是什么？P17 自然突变：在自然状况下发生的突变；

发酵工艺流程

发酵工艺标准操作流程 (SOP) 一生产前准备 每次生产前按品种配方将所需原料称重准备齐全,并确认生产原料库存量,保证原料库存量足够下次生产所需、 二生产前检查 1检查蒸汽、压缩空气、冷却水进出的管路就是否畅通,所有阀门就是否良好,并关闭所有阀门、 2检查电路、控制柜、开关的状态,确保控制柜运行正常、 3检查空压机油表油表及轴承、三角带、气缸等就是否正常,确保空压机运行正常、 4检查发酵罐搅拌减速机的油量及密封轴降温水就是否正常、 三总过滤器灭菌 当蒸汽总管路上的压力为0、2-0、25MPa时,打开总过滤器进气阀输入蒸汽,同时打开出气阀的跑分阀、排气阀、排污阀,当三个阀均排出蒸汽时,调整进气阀、排污阀,稳定总过滤器压力0、15-0、2MPa,此时打开压力表下跑分,计时灭菌2-2、5小时、灭菌结束后启动空压机,当空气输入管道压力大于总过滤器压力时,关闭蒸汽阀,打开空气阀,将空气出入总过滤器,然后调整进气阀与排污阀,稳定总过滤器压力在0、15-0、2MPa,保持通气在15-20小时,当出气阀跑分与排污阀放出的空气为干燥空气时,完成灭菌、 四分过滤器灭菌 1当蒸汽管路压力为0、2-0、25MPa时,打开蒸汽过滤器的进气阀与排污阀,当蒸汽管路中无蒸汽凝结液后,再将蒸汽输入空气管路,然后打开分过滤器的进气阀、排污阀及出气阀上的跑分,当所有阀门均有蒸汽排出后,调整进气与排污阀,就是压力稳定在0、11-0、15MPa,计时灭菌30-35分钟、灭菌结束后,关闭蒸汽过滤器进出气阀、排污阀,并立即将空气输入预过滤器,使空气通过预过滤器进入到分过滤器,再调整分过滤器排污阀使压力稳定在0、11-0、15MPa,备用、

华南理工发酵工艺学试题

华南理工大学20XX年攻读硕士学位研究生入学考试试题科目名称：发酵工艺学 适用专业：发酵工程 一、选择题（每小题１分，21题共21分）daaba,abbbb,caaac,aaadb,c 1、细菌对革兰氏染色的不同反应主要是由于革兰氏阳性和阴性细菌在（）的结构和化学组成上的差别所引起的。 A细胞核B细胞质C细胞膜D细胞壁E鞭毛 2、霉菌的有性孢子是（） A.孢囊孢子 B.卵孢子C节孢子D厚垣孢子 E.分生孢子 3、干热法常用于（）灭菌。 A.盐溶液 B.细菌培养基 C.油料物质 D.医院的毛毯 4、与细菌耐药性有关的遗传物质是（）。 A鞭毛B质粒C细菌染色体D毒性噬菌体E异染颗粒 5、要制备原生质体，可采用（）来破壁。 A溶菌酶 B.纤维素酶 C.蜗牛酶 D.甘露聚糖酶 E.果胶酶 6、BOD有助于确定（）。 A.废水的污染程度 B.土壤的过滤能力 C. 100ml水样中的细菌数 D.生态系统中的生物群类型 7、下列脂肪酸中，属必需脂肪酸的是： A、油酸 B、亚油酸 C、软脂酸 D、棕榈酸 8、醛缩酶作用的底物是下列哪种物质？ A、6-磷酸葡萄糖 B、6-磷酸果糖 C、1，6-二磷酸果糖 D、1，3-二磷酸甘油酸 9、一分子葡萄糖经EMP途径与TCA循环进行彻底氧化可产生几分子ATP？ A、18分子ATP B、38分子ATP C、35分子ATP D、15分子A TP 10、果糖激酶所催化的反应生成下列哪种中间产物？ A、1-磷酸果糖 B、6-磷酸果糖 C、1，6-二磷酸果糖 D、3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮 11、下列哪个酶是调控柠檬酸循环运转速度的变构酶？ A、顺乌头酸梅 B、异柠檬酸脱氢酶 C、苹果酸脱氢酶 D、柠檬酸脱氢酶 12、利用PRPP作为合成前体的氨基酸有： A、Phe和Try B、Try和His C、Try和Tyr D、Tyr和His 13、tRNA分子具有下列何种功能： A、识别密码子 B、识别反密码子 C、识别氨基酸 D、将mRNA接到核糖体上 14、脂肪酸全合成过程中，延伸的二碳单位的直接供体是： A、乙酰CoA B、丙二酰CoA C、丙二酰ACP D、胆碱-CDP 15、酵解途径中各步反应是以下列哪种条件进行？ A、需要氧气 B、需要二氧化碳 C、不需要氧气 D、需要氮气 16、甘油生物合成主要是下列哪种物质引起的？ A、氢氧化钠 B、硫酸铵 C、酶 D、亚硫酸盐 17、强酸型阳离子交换树脂中含有以下哪种成分？ A、磺酸基 B、磷酸基 C、羧基 D、酚羟基 18、使用化学消泡剂时应选用以下哪种类型？

白酒酿造工艺流程

白酒酿造工艺流程文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

物流与供应链管理 课程作业 题目：白酒酿造工艺流程研究 年级： 2009级 专业：管理科学与工程 任课老师：吕周洋 组员：吴蓉肖笑颖王婷王忠会徐继尧徐永新 2010年6月27日

白酒的酿造工艺流程 科学饮用白酒，有益身体健康。由于白酒中含有乙醇，少量饮用后能刺激食欲，促进消化液的分泌和血液循环，使人精神振奋。 1.白酒分类概述 中国白酒产品种类繁多。按酒的香型可将白酒划分为5种香型，又称5种风格。 （1）酱香型：以高粱、小麦为原料，经发酵、蒸馏、贮存、勾兑而制成，具有酱香特点的蒸馏酒。采用高温制曲，二次投料，堆积发酵的生产工艺，一般一年为一个生产周期。取酒后经过勾兑、陈贮而成。其酒味呈酱香、窖底香、醇甜香而具独特风格。酒体完美，香气幽雅，酒味丰满、醇厚。酒色微黄而透明，酱香、焦香、糊香配合谐调，口味细腻、优雅，空杯留香持久。口感风味具有酱香、细腻、醇厚、回味长久等特点。酱香型白酒以国酒茅台为代表，又称茅型。 （2）清香型：以粮谷等为主要原料，经糖化、发酵、贮存、勾兑而酿制成，具有以乙酸乙酯为主体的复合香气的蒸馏酒。属大曲酒类。它入口绵，落口甜，香气清正。采用大麦、豌豆制曲，清蒸清烧两遍，固体发酵工艺生产。清香型酒生产用三种大曲，即：清茬曲、红心曲、后火曲(高温曲)。这三种大曲在生产工艺、生化指标、微生物种群数量以及在产酒量上都有一些差异，这些差异主要是由于大曲的培养温度不同而产生的。其酒气清香芬芳，醇厚绵软，甘润柔和，余味爽净是中国传统酿酒技术的正宗。清香型白酒特点的标准是：清香纯正，醇甜柔和，自然谐调，余味爽净。清香纯正就是主体香乙酸乙酯与乳酸乙酯搭

发酵工艺原理复习题2013

发酵工艺原理复习题 名词解释：工业发酵的含义；发酵工程的含义；代谢控制发酵；发酵机制；巴斯德效应；次级代谢与次级代谢；初级代谢产物与次级代谢产物；自发突变与诱发突变；自然选育；诱变育种；营养缺陷型菌株；发酵培养基；C/N比；DE值；生长因子；前体物、产物促进剂；过滤介质除菌；实罐灭菌（实消）；空消；种子的扩大培养；接种量；种龄；菌体比生长速率；基质比消耗速率；补料分批发酵；产物比生产速率；产物与生长偶联型；产物与生长非偶联型；部分偶联型；分批发酵；连续发酵；补料分批发酵；发酵热；生物热；溶解氧；呼吸强度；氧的消耗速率；临界氧浓度；K L a；染菌时间；染菌率； 简答题或问答题： 1、简述自然发酵产品特点及其例子。 2、简述发酵工业经历的几个不同阶段及特点 3、常见的厌氧和耗氧发酵产物种类。 4、酵母的酒精发酵机制是什么？巴斯德效应及其机理是什么？ 5、酱油酿造的基本过程及其主要微生物种类的作用？ 6、了解常见发酵产品的工业微生物菌种类型，如高温淀粉酶采用地衣芽孢杆菌，谷氨酸采用棒杆菌或黄色短杆菌；糖化酶采用黑曲霉菌株，许多抗生素采用放线菌来生产等等。 7、简述谷氨酸发酵过程中改变细胞膜通透性的措施及意义。 8、简述工业发酵对菌种的要求。 9、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？ 10、什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？ 11、简述诱变育种的基本方法和筛选。 12、举例说明菌种选育目标的确定。 13、工业发酵中菌种的退化原因及防止措施有哪些？ 14、常见菌种保藏方法的条件和原理是什么？菌种保藏方法的各自优缺点。 15、酱油酿造的菌株选育主要方向是什么？ 16、常用的碳源有哪些？常用的糖类有哪些，各自有何特点？ 17、简述双酶法制备淀粉糖的基本步骤及其优缺点。 18、常用的无机氮源和有机氮源有哪些？有机氮源在发酵培养基中的作用？ 19、什么是生理性酸性物质？什么是生理性碱性物质？举例 20、常用产物促进剂的种类。 21、发酵培养基灭菌的基本要求是什么？ 22、为什么发酵培养基采用高温短时灭菌效果的更佳，依据是什么？ 23、简述影响培养基灭菌效果的因素。 24、培养基灭菌过程对营养成份和浓度有何影响？对发酵过程有何影响？ 25、什么是分批灭菌？什么是连续灭菌？分批灭菌和连续灭菌的优缺点。

发酵工艺学试卷

试卷一 一、名词解释 铁混浊：由于葡萄酒中的氧化亚铁被氧化成氧化铁，氧化铁与单宁结合，则生成青色的鞣酸铁沉淀，即所谓的铁沉淀。 煮沸强度：又称蒸发强度，是指单位时间内所蒸发的水分占混合麦芽汁的百分比例，要求为8%—10%。 上霉：指在曲坯表面，因霉菌生长繁殖而长出霉点。 生啤：生啤酒：又叫鲜啤酒，这种啤酒不经过杀菌，具有独特的啤酒风味。 熟啤：普通啤酒都是要杀菌(巴氏杀菌)，杀了菌之后叫熟啤酒。 扎啤：扎啤就是经过微孔膜过滤的啤酒。 二、填空 1．葡萄酒按酒液的颜色，可分为红葡萄酒和白葡萄酒两大类，根据酒液含糖分多少，分为干葡萄酒和甜葡萄酒两种。2．根据酵母在啤酒发酵液中的性状，可将它们分为：上面啤酒酵母，下面啤酒酵母。 3．大曲中的微生物以霉菌占绝大多数，小曲中的微生物主要是霉菌和酵母。 4．白酒酿造分为清渣和续渣两种方法。 三、选择 1．葡萄酒受污的酒液中，常见的乳酸菌不包括（D）。

A．明串珠菌 B．乳酸杆菌 C．足球菌D．枯草杆菌 2．酿造酱油的生产，主要以（ A ）为主要原料。 A．大豆或豆粕等植物蛋白质 B．面粉等淀粉质 C．大米或高粱D．优质大麦芽 3．微生物生长繁殖减慢，曲坯品温逐渐下降的阶段称为（ A ）。A．后火 B．大火 C．起潮火 D．凉霉 4传统法酿醋工艺中，老陈醋的配制以（ A ）为发酵剂。 A．大曲 B．小曲 C．麸曲 D．麦曲 四、简答 1．列举我国八大名白酒。 答：贵州茅台酒，山西汾酒，四川泸州老窖特曲酒，陕西西凤酒，四川五粮液，四川全兴大曲酒，安徽古井贡酒，贵州遵义董酒。2．说明酱油中风味物质的来源。 答：蛋白质的水解，淀粉的分解，脂肪的分解，纤维素的分解。 六、论述 1．试述啤酒发酵过程中对绿麦芽的质量要求及其质量控制措施？

发酵工艺原理期末复习范围

发酵工艺原理期末复习范围 一、名词解释 1.反馈调节：生物学内容在一个系统中，系统本身的工作效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，这种调节方式叫做反馈调节。 2.补料分批培养：是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法。 3.限速酶：指整条代谢通路中催化反应速度最慢的酶，它不但可以影响整条代谢途径的总速度，还可以改变代谢方向。 4.温度系数（Q10）：为温度升高10℃时的反应速度常数与原温度时的反应速度常数的比值。 5.发酵：是指酵母作用于果汁或发芽谷物时产生CO2的现象。 6.深层培养法：是微生物细胞在液体深层中进行厌氧或需氧的纯种培养的方法。 7.生理性迟延：突变基因由杂合状态变为纯和状态时，还不一定出现突变表型，新的表型必须等到原有基因的产物稀释到某一程度后才能表现出来，而这些原有基因产物的浓度降低到能改变表型的临界水平之前，细胞已经分裂多次，经过了好几个世代的现象。 8.前体：在产物的生物合成过程中被菌体直接用于产物合成而自身结构无显著改变的物质称为前体。 9.能荷调节：指细胞通过改变ATP、ADP、AMP三者比例来调节其代谢活动。 10.诱导酶：只有在它们催化的底物（或底物的结构类似物）存在时才能合成似的酶。 11.分批培养：是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖在特定条件下完成一个生长周期的微生物培养方法。 12.连续培养：是采用有效的措施让微生物在某特定的环境中保持旺盛生长状态的培养方法。 13.连续灭菌：培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续的加热灭菌，冷却后送入已灭菌的发酵罐内的工艺过程称为连续灭菌。 14.摄氧率（γ）：单位体积培养液每小时消耗的氧量，单位为mmol（O2）/（L·h）。 15.呼吸商（RQ）：指生物体在同一时间内释放CO2与吸收O2的体积之比或摩尔数之比，即指呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子比。 16.组成酶：糖酵解途径中的各种酶，称为组成酶。 17.诱变育种：通过诱变剂处理提高菌种的突变频率，扩大变异幅度，从中选出具有优良特性的变异菌株，这种方法就称为诱变育种。 18.种子制备：是将固体培养基上培养出的孢子或菌体转入到液体培养基中培养，使其繁殖成大量菌丝或菌体的过程。 19.呼吸临界氧浓度：在溶氧浓度低时，呼吸强度随溶解氧浓度的增加而增加，当溶氧浓度达某一值后，呼吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化，此时的溶氧浓度称为呼吸临界氧浓度。 20.临界菌体浓度：是氧传递速率随菌体浓度变化曲线和摄氧速率随菌体浓度变化曲线的交叉点处的菌体浓度。 21.粘度：液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的粘性，粘性的大小用粘度表示。 22.初级代谢产物：微生物代谢产生的，并是微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物。 23.异核体：在同一个细胞质中含有两种或多种不同基因型的细胞核的细胞、孢子或菌丝体。 二、判断题 1.能荷调节是通过改变ATP、ADP、AMP三者比例来调节微生物的代谢活动。（√） 2.牛顿型培养液的临界氧浓度受培养条件的影响。（） 3.磷酸二氢钾为生理酸性物质，可用于调节发酵液pH值。（）

发酵工艺原理与设备教学大纲

发酵工艺原理与设备教学大纲 一、本课程的目的、要求、地位和作用 发酵工艺原理与设备是发酵工程专业及相关的生物工程、生物化工等专业的重要专业课。这门课是学生先期学习了“生物学基础”、“生物化学”、“微生物学”、“物理化学”、“机械基础”和“化工原理”等基础课或专业技术基础课后开设的一门必修学位课。该课程突出有关发酵过程的化学、生物学、生物化学和微生物学的原理，全面系统的阐述从发酵原辅料处理、培养基用水的处理和无菌空气的制备，到工业微生物菌种的扩大培养、各种发酵操作方式的工艺规律；下游工程的分离方法等发酵工程基础，发酵工业的主要设备的操作原理、性能及构造和设计方法。简要介绍一些非常规发酵过程，如固态发酵、基因工程菌发酵和动植物细胞培养等。同时还涉及发酵经济学的一些基本原理。 二、课程内容 第一篇发酵生物学原理（11学时） 第一章绪论（5学时） 第一节发酵过程的领域 第二节发酵过程的组成 第三节发酵工业的发展史 第二章发酵过程的生物学基础（5学时） 第一节发酵过程与微生物（自学） 第二节微生物的营养与培养基的设计（自学） 第三节微生物的生长模式及其动力学（自学） 第四节环境对微生物的影响（自学） 第五节代谢产物的代谢调控 第六节微生物代谢产物的过量产生 第三章发酵过程的生物化学基础（1学时） 第一节糖的微生物代谢（自学） 第二节脂类和脂肪酸的微生物代谢（自学） 第三节氨基酸和核酸的微生物代谢（自学） 第四节微生物的次级代谢 第五节芳香族化合物的微生物代谢 第六节 H2和CO2等的微生物代谢 第七节微生物的光合作用 第八节常见发酵产品的发酵机制（自学）

第二篇发酵过程工程原理及设备（52学时） 第四章培养基及其制备（6学时） 第一节原料 第二节原料的预处理 第三节淀粉的水解糖的制备 第四节糖蜜原料的处理 第五节前体物质、促进剂 第五章培养基及设备的灭菌（4学时） 第一节培养基灭菌的目的、要求和方法 第二节湿热灭菌的理论基础 第三节培养基灭菌的工程设计 第六章空气除菌的工艺及设备（4学时） 第一节空气中微生物的分布和发酵工业对空气无菌程度的要求第二节空气除菌方法 第三节介质过滤除菌的机理 第四节介质过滤除菌的流程 第五节介质过滤除菌的设备及计算 第七章生产菌种的扩大培养及保藏（4学时） 第一节种子的制备过程 第二节种子质量的控制 第三节实例 第四节生产发酵罐的无菌接种 第五节菌种的保藏和复壮 第八章发酵过程（12学时） 第一节发酵过程的代谢变化规律 第二节发酵的工艺控制 第三节发酵过程的主要控制参数 第四节发酵过程的自动控制 第五节发酵动力学 第六节发酵过程优化 第九章嫌气发酵设备（2学时） 第一节酒精发酵设备

完整版发酵工艺学原理复习题答案

发酵工艺学原理复习题参考答案 （2011级） 第二章 1.比较固体培养与液体培养的优缺点。 固体培养优点：（1）酶活力高。（因为菌丝体密度大）（2）生产过程中无菌程度要求不是很严格。（3）对于固体培养，通常用于固体发酵，由于产物浓度大，易于分离，可以有效的降低产品分离成本。 缺点：（1）生产劳动强度较大，占地面积大，不宜自动化生产。（2）周期长。 （3）培养过程中环境条件控制较难。（4）生产过程中，由于无菌程度较低，其菌种菌类不纯。液体培养优点：（1）生产效率高，便于自动化管理。（2）生产过程中温度、溶氧、pH值等参数可以实现全面控制。（3）通常生产液体种子，整个生产周期较短。 缺点：（1）无菌程度要求高，相对生产设备投资较大。（2）对于某些种类的发酵，液体培养因投资大、生产密度大而难以实现。 2.说明菌种扩大培养的条件。 菌种扩大培养条件因不同的菌种差异是非常大的，通常是与菌种的性质有关的，也与后续的发酵工艺有关。但是，与发酵工艺却有着很大的差别。 1.培养基：种子培养基因不同的微生物种类差别是很大的，同一种微生物因不同的扩大培养过程（一级、二级）其培养基往往也有较大差异。通常，对于种子用的培养基，摇瓶与种子罐用的培养基也不相同，摇瓶要求培养基用的原材料精细，碳源浓度较低而且是用微生物较易利用的碳源；对于种子罐用培养基，要求使用接近大生产用的原材料，氮源浓度较高，有利于菌体的增殖。 2.温度种子扩大培养的温度，从试管到三角瓶到种子罐，其温度也应逐步调整，最后接近大生产的温度，目的在于使菌种逐渐适应。 需要指出的是： （1）许多微生物其最适生长温度与最适发酵温度往往有差异的，例如：谷氨酸发酵，谷氨酸产生菌的最适合生长温度为：30℃，而产物合成温度为32-34℃ （2）种子扩大培养的温度的选择，应该考虑的是菌体的快速增殖上，一方面可以缩短周期，另一方面有利于抑制其他杂菌的生长。 3.氧的供给菌种扩大培养的目的就是提供大量的强壮的菌体，因此在扩培过程要求菌体增殖速度越快越好，增殖期消耗的底物葡萄糖越少越好，从这个意义上讲，扩培过程中应提供足够的氧气，无论是厌氧发酵还是好氧发酵。 足够的溶氧取决于：搅拌转速、通气量、搅拌轴功率等 4.pH值菌种扩大培养的pH值很重要，直接影响到菌体的正常生长，需要注意以下两点： （1）扩培选择的pH值是菌体的最适生长pH值，往往与发酵最适pH值不同。 （2）培养基灭菌后，通常其pH值要下降0.5——1.0个单位 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。 （空气过滤设备有效时间是有限的）减少染菌的机会降低能耗、缩短发酵周期，、a目的是：

好氧发酵工艺

好氧发酵工艺 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

好氧发酵工艺 一．工艺原理 好氧发酵是好氧微生物如细菌、放线菌和真菌等通过自身的生命活动，通过氧化、还原与合成，把一部分有机质氧化成无机质，提供微生物生长所需的能量；一部分有机质转化成微生物合成新细胞所需的营养物质。好氧发酵过程见图1。 图1 好氧发酵过程 二．工艺特点 好氧发酵的主要特点在于省地，省投资，省动力消耗，不产生废水和烟气，无异味，无需高压和锅炉，杜绝了安全隐患，设备结构简单，操作方便，产品质量稳定，处理效果好。 产出物：生物肥（发酵肥）约0.9元/kg 生物蛋白：约5~9元/kg 三．工艺过程控制 1.水分：发酵过程中水分的主要作用：（1）溶解有机物，参与微生物的 新陈代谢；（2）水分蒸发带走热量，起到调节温度的作用。 一般认为含水率50~60%为最佳条件。 当含水率低于40%时，微生物在水中提取营养物质的能力降低，有机物分解缓慢； 当水分低于15%时，微生物活动几乎停止； 当含水率高于65%时，水就会充满物料颗粒间的间隙，堵塞空 S等中间产气通道，发酵由好氧状态向厌氧转化，结果形成发臭的H 2物，影响有机物的降解效果。

2. 温度：温度可影响微生物生长、反应速率和水分脱除。高温分解较中温分解速度要快，且高温可将虫卵、病原菌、寄生虫等迅速彻底杀灭。一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌，高温菌的理想温度为50~60 o C。 3. pH值：由于在中性或弱碱性条件下，细菌和放线菌生长最适宜，所以发酵过程中的pH应控制在6-8.一般情况下好氧发酵中微生物在分解有机物过程中其pH能自动调节。在好氧发酵初期，由于酸性细菌的作用，物料产生有机酸，pH值可下降到5.0左右，此时有利于微生物生存繁殖。随着pH逐渐上升，最高可达到8.0左右。 4. 氧气：在好氧发酵过程中氧的供应是限制发酵速率的主要因素。如果氧气供应不充分或传递不均匀，一则会造成局部厌氧发酵，这是发酵过程中产生臭味的主要原因，二则会延长发酵时间。相反，如果供氧量过多（如鼓风量过大或搅拌太多）就会使发酵的温度偏低，而使有机物转化为类腐殖质的过程不够充分。一般而言，氧气浓度不低于10%。 ），影响通气搅拌5. 泡沫：发酵过程中发酵液内部会产生泡沫（如CO 2 的正常进行，使部分菌体粘附在罐盖或罐壁上而失去作用。可添加化学消泡剂：（1）天然油脂；（2）高碳醇、脂肪酸和酯类；（3）聚醚类；（4）硅酮类。

发酵工艺流程

发酵工艺标准操作流程(SOP) 生产前准备 每次生产前按品种配方将所需原料称重准备齐全,并确认生产原料库存量,保证原料库存量 足够下次生产所需. 二生产前检查 1检查蒸汽、压缩空气、冷却水进出的管路是否畅通, 所有阀门是否良好,并关闭所有阀门2检查电路、控制柜、开关的状态, 确保控制柜运行正常. 3检查空压机油表油表及轴承、三角带、气缸等是否正常,确保空压机运行正常. 4检查发酵罐搅拌减速机的油量及密封轴降温水是否正常. 三总过滤器灭菌 当蒸汽总管路上的压力为0.2-0.25MPa 时,打开总过滤器进气阀输入蒸汽,同时打开出气阀的跑分阀、排气阀、排污阀,当三个阀均排出蒸汽时,调整进气阀、排污阀,稳定总过滤器压力0.15-0.2MPa,此时打开压力表下跑分，计时灭菌2-2.5小时?灭菌结束后启动空压机，当空气输入管道压力大于总过滤器压力时,关闭蒸汽阀,打开空气阀,将空气出入总过滤器,然后调整进气阀与排污阀,稳定总过滤器压力在0.15-0.2MPa, 保持通气在15-20 小时,当出气阀跑分和排污阀放出的空气为干燥空气时,完成灭菌. 四分过滤器灭菌 1 当蒸汽管路压力为0.2-0.25MPa 时,打开蒸汽过滤器的进气阀和排污阀,当蒸汽管路中无蒸汽凝结液后,再将蒸汽输入空气管路,然后打开分过滤器的进气阀、排污阀及出气阀上的跑分,当所有阀门均有蒸汽排出后,调整进气与排污阀,是压力稳定在0.11-0.15MPa, 计时灭菌30-35 分钟.灭菌结束后,关闭蒸汽过滤器进出气阀、排污阀,并立即将空气输入预过滤器,使空气通过预过滤器进入到分过滤器，再调整分过滤器排污阀使压力稳定在0.11-0.15MPa,备用.

单细胞蛋白及其发酵生产与工艺流程

单细胞蛋白及其发酵生产与工艺流程 一、单细胞蛋白 1、单细胞概述 单细胞生物产生的细胞蛋白质称为单细胞蛋白(single cell protein简称SCP)，这一词是1966年在美国麻省理工学院命名的。它所包含的产品有饲用酵母，食用酵母和药用酵母三大类。单细胞蛋白是解决世界蛋白质不足的一个重要途径。与用农牧业生产的蛋白质相比，它的生产占用土地甚少，投资较省。它的营养丰富．售价亦较适宜，是良好的饲用和食用蛋白资源。对于人多地少的我国来说，建立单细胞蛋白产业对改善人民食物构成和生物技术的开发，都具有重要的意义。 2、单细胞蛋白的含义及氨基酸组成 单细胞蛋白（Single—Cell—Protein，简称SCP）是从酵母或细菌等微生物菌体中获取的蛋白质。微生物细胞中含有丰富的蛋白质，例如酵母菌蛋白质含量占细胞干物质的45%～55%；细菌蛋白质占干物质的60%～80%；霉菌丝体蛋白质占干物质的30%～50%；单细胞 藻类如小球藻等蛋白质占干物质的55%～60%，而作物中含蛋白质最高的是大豆，其蛋白质含量也不过是35%～40%。单细胞蛋白的氨基酸组成不亚于动物蛋白质，如酵母菌体蛋白，其营养十分丰富，人体必需的8种氨基酸，除蛋氨酸外，它具备7 种，故有“人造肉”之称。一般成人每天吃干酵母10～15g，蛋白质的需要量就足够了。微生物细胞中除含有蛋白质外，还含有丰富的碳水化合物以及脂类、维生素、矿物质，因此单细胞蛋白营养价值很高。 3、生产单细胞蛋白的原料 生产单细胞蛋白的原料种类很多，大体分为3类。 （1）工业废液类 包括造纸废液、酒精废液、味精废液、淀粉废液、生产柠檬酸废液、糖蜜废液、木材水解废液、豆制品废液等。 （2）工农业糟渣类 包括白酒糟、啤酒糟、果酒渣、醋糟、酱油糟、豆渣、粉渣、玉米淀粉渣、药渣、甜菜渣、甘蔗渣、果渣、饴糖渣等。 （3）化工产品类 包括石油、石蜡、柴油、天然气、正烷烃、甲醇、乙醇、醋酸等。 除以上所介绍的外，农作物秸秆、批壳、饼粕类、畜禽粪便、有机垃圾、风化煤等也可作为原料生产单细胞蛋白。 4、单细胞蛋白的生产特点

发酵工艺学原理作业

调味品报告 姓名：班级：学号： 一、行业简介 1.行业的历史 （1）调味品定义 调味品（flavouring、condiment、seasoning）是指在饮食、烹饪和食品加工中广泛应用的，用于调和滋味和气味并具有去腥、除膻、解腻、增香、增鲜等作用的产品。 （2）调味品历史沿革 ①第一代——单味调味品 例如：酱油、食醋、酱、腐乳及辣椒、八角等天然香辛料，其盛行时间最长，跨度数千年。 ②第二代——高浓度及高效调味 例如：超鲜味精、甜蜜素、阿斯巴甜、甜叶菊和木糖等，还有酵母抽提物、HVP、HAP、食用香精、香料等。此类高效调味品从70年代流行至今。 ③第三代——复合调味品 例如：火锅底料、烧肠香料、午餐肉香料、酱猪头香料、五香扒鸡料。现代化复合调味品起步较晚，进入90年代才开始迅速发展。目前，上述三代调味品共存，但后两者逐年扩大市场占有率和营销份额。 ④第四代——纯天然调味品 纯天然调味品以纯提前技术为前提，更以营养健康为重。目前，在益意追求健康为主的呼吁下，纯天然调味品所占领的市场份额越来越大。 （3）酱油的历史 酱油及酱类酿造调味品生产最早发明于我国，至今已有两千多年的历史。制酱的方法最早出现在《齐民要术》中〔公元532-549年)。中国历史上最早使用“酱油”名称是在宋朝，林洪著《山家清供》中有记述。此外，古代酱油还有其他名称，如清酱、豆酱清、酱汁等。公元755年后，酱油生产技术随鉴真大师传至日本，后又相继传入朝鲜、越南、泰国、马来西亚、菲律宾等国。制作酱油的原料因国家、地区的不同，使用的配料不同，风味也不同，比较出名的是泰国的鱼露（使用鲜鱼）和日本的味噌(使用海苔)。 2.产品的分类和用途 （1）调味品按照性质分类 ①酿造类调味品 以含有较丰富的蛋白质和淀粉等成分的粮食为主要原料，经过处理后进行发酵，即借有关微生物酶的作用产生一系列生物化学变化，将其转变为各种复杂的有机物。此类调味品主要包括：酱油、食醋、酱、豆豉、豆腐乳等。 ②腌菜类调味品 将蔬菜加盐腌制，通过有关微生物及鲜菜细胞内的酶的作用，将蔬菜体内的蛋白质及部分碳水化合物等转变成氨基酸、

发酵工艺及设备期末复习

《发酵工艺及设备》期末复习 一、填空题 1、现代生物技术包含、、、、五大主要工程技术体系？ 2、发酵菌种培养有哪六种基本类型和方法？ 3、厌氧固体发酵设备有：发酵室、发酵槽(池)、发酵缸。 4、厌氧液体发酵设备有哪些？ 5、好氧固体深层发酵设备：机械搅拌通风制曲池、旋转式固体深层发酵罐、传送带式固体深层发酵设备。 6、好氧液体深层通气菌种培养包括哪三个基本控制点？ 7、发酵过程产生泡沫的消除方法有哪些？

34、污水生物处理的优点有：效率高、效果好、适用范围广、成本低运行费用少、处理的水量大方法成熟 35、污水生物处理的方法按微生物与氧的关系可分为：好氧处理与厌氧处理；按微生物在构筑物中的状态可分为：活性污泥法与生物膜法 36、污水生物处理的作用机理是：吸附作用、生物氧化和细胞合成作用、絮凝体的形成与絮凝沉淀 37、污水生物处理的类型有：推流式曝气处理、完全混合曝气、接触氧化稳定法、分段布水推流式活性污泥法、氧化沟（氧化塘）式活性污泥法。 38、污水生物膜法类型有：生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床 39、氧化塘活性污泥法的类型有：厌氧塘、好氧塘、兼性塘和曝气塘 40、污水的厌氧生物处理方法有：常规消化池或普通消化池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器。 41、沼气发酵有：水解和发酵性细菌群、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌等五大微生物菌群参与活动。 42、人工制取沼气的基本条件是：、适宜的发酵原料、质优足量的菌种、严格的厌氧环境、适宜的发酵温度、适度的发酵浓度、适宜的酸碱度。 43、青贮饲料的分类：（1）高水分青贮、（2）低水分青贮、（3）特种青贮（添加剂青贮）。 44、微生物资源开发六大新领域：A 微生物食品、B 微生物饲料、C微生物肥料、D微生物农药、 E微生物能源、F、微生物生态环境保护剂 45、SCP生产的原料有：（1）从甲醇、乙醇、甲烷和多链烷烃等能源物质生产单细胞蛋白、（2）从纤维素、淀粉和糖类等可再生资源生产单细胞蛋白、（3）从甘薯、木薯以及马铃薯等淀粉质原料生产单细胞蛋白、（4）以糖蜜原料生产单细胞蛋白、（5）用纤维素类原料生产单细胞蛋白、（6）从造纸厂、酒精厂、味精 1、发酵过程的影响因素有哪些？温度、ph值、基质浓度如何控制？如何判断发酵终点？P150-174 影响因素有：温度、ph值、溶解氧、基质浓度、泡沫、CO2浓度、空气量、设备管道消毒、杂菌、罐压等控制：温度—根据菌种特性、生长阶段及培养条件综合选择最适温度，控制手段：热交换。 ph值—根据菌种特性、发酵各阶段要求选择最适ph值，手段：加缓冲剂、弱酸碱、氨水、通风、变温等。基质浓度—根据菌体生长代谢、合成途径选择最适补料时机、方式。手段：中间流加补料、放料 终点判断：根据产物量、残糖、氨基氮含量、菌体形态、ph、外观、黏度、发酵类型、成本构成、有无异常等综合考虑。 2、连续式发酵及特点：p34-36 培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。 优点：能维持低基质浓度；简化了发酵罐的多次灭菌、清洗、出料，可以提高设备利用率和单位时间的产量；便于自动控制；产品质量稳定。 缺点：菌种发生变异的可能性较大；易污染要求严格的无菌条件；工艺控制较分批发酵难度大；难以用于发酵次生代谢物的工业化生产。 3，分批式发酵及特点：p31-32 A、属于非稳态培养发酵法，发酵的环境条件(温度、pH值、培养基成分、溶解氧、氧化还原电位等)随微生物生长代谢的变化而变化，细胞生长可分为延迟、对数生长、稳定生长、衰亡期四个阶段。 B、发酵动力学模型根据细胞生长和产物生成的关系可分为偶联型、非偶联型、混合型；根据基质消耗和产物生成的关系可分为类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ C、一旦发生杂菌污染，容易终止操作 D、对原料组分的要求比较粗放 E、很难采用控制培养条件的方法提供生产能力

乳酸发酵工艺流程

工艺流程：淀粉 水解反应 葡萄糖 预处理 液仓 淀粉乳 盐酸（酸化）调配 预热（85℃～90℃） 均质（300～500KPa） 杀菌(100℃，10min) 冷却(50℃左右) 菌种保藏菌种活化菌种扩培接种 发酵（终点） 冷却（15℃～20℃） 溶解杀菌混合

氮源、中和剂（碳酸钙）分离 提纯 乳酸成品 保持冷链贮存或销售 4.2.1.2 操作要点说明 （1）预处理 净化可以除去原料中的杂质，使淀粉达到最高的纯净度。 （2）水解 淀粉是葡萄糖以ɑ-1，4-糖苷键连接起来的多聚体，在催化剂存在和适宜温度等条件下，易于水解成葡萄糖、麦芽糖、糊精等单体或低聚物。合理控制水解，尽可能减少副反应发生，则是糖化工艺所要控制的关键。 （3）预热 预热一方面可以杀菌，而且由于适当加热，可以使葡萄糖液化，并完全去除淀粉和多聚糖的存在，增加产品的稳定性。预热温度控制在85℃～90℃。 （4）均质 均质主要是使原料充分混合均匀，阻止分层，提高葡萄糖的稳定性和稠度，并保证单体均匀分布，从而获得质地细腻、口感良好的产品。均质压力控制在300～500KPa。 （5）杀菌 杀菌目的在于杀灭原料中的杂菌确保乳酸杆菌的正常生长和繁殖，钝化原料中的天然抑制物。杀菌温度控制在100℃，保温10min进行杀菌。 （6）冷却 冷却主要是为接种的需要。经过热处理的糖乳需要冷却到一个适宜的接种温度，此温度控制在50℃左右。

（7）接种 接种是造成糖乳受微生物污染的主要环节之一，因此严格注意操作卫生，防止细菌、酵母、霉菌、噬菌体及其他有害微生物的污染。接种时充分搅拌，使发酵菌与原料混合均匀。 （8）发酵 发酵温度控制在50℃左右，从而为微生物代谢提供最适的温度环境，发酵时间24h，且期间不搅拌。 发酵终点判定：发酵时罐口敞开，让CO 自由逃逸。当残糖降到1g/1时， 2 就识为发酵已经完成，再测定pH 时即可停止发酵。 （9）冷却 冷却目的是抑制乳酸菌的生长、降低酶的活性、防止产酸过度、使糖液逐渐凝固、降低和稳定CO 析出的速度。将发酵乳迅速降温至15℃～20℃。 2 （10）混合 将经溶解和杀菌的氮源、中和剂与发酵乳进行混合。 （11）分离提纯 由于乳酸在发酵过程中加入碳酸钙，因此，发酵最终的醪液悬乳酸与碳酸钙形成的乳酸钙，以水和形式存在。根据这一特性，采取相应的过滤介质和方法，即离子交换脱盐转酸方式及其分离提纯工艺。 （12）灌装和冷藏 采用相应灌装机进行灌装后的成品置于0℃～5℃冷藏12h～24h，进行后熟。

微生物发酵工程复习题答案版

第一篇微生物工业菌种与培养基 一、选择题 2．实验室常用的培养细菌的培养基是（A） A 牛肉膏蛋白胨培养基 B 马铃薯培养基 C 高氏一号培养基 D 麦芽汁培养基 3．在实验中我们所用到的淀粉水解培养基是一种（D）培养基 A 基础培养基 B 加富培养基 C 选择培养基 D 鉴别培养基 7．实验室常用的培养放线菌的培养基是（C） A 牛肉膏蛋白胨培养基 B 马铃薯培养基 C 高氏一号培养基 D 麦芽汁培养基 8．酵母菌适宜的生长pH值为（ A ） 4.5-5 A 5.0-6.0 B 3.0-4.0 C 8.0-9.0 D 7.0-7.5 9．细菌适宜的生长pH值为（ D ） A 5.0-6.0 B 3.0-4.0 C 8.0-9.0 D 7.0-7.5 10.培养下列哪种微生物可以得到淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、多肽类抗生素、氨基酸、维生素及丁二 醇等产品。( A )A 枯草芽孢杆菌 B 醋酸杆菌 C 链霉素 D 假丝酵母 二、是非题 1.根据透明圈的大小可以初步判断菌株利用底物的能力( X ) 2.凡是影响微生物生长速率的营养成分均称为生长限制性基质。（ X ） 3.在最适生长温度下，微生物生长繁殖速度最快，因此生产单细胞蛋白的发酵温度应选择最适生长温度。（ X ） 4.液体石蜡覆盖保藏菌种中的液体石蜡的作用是提供碳源( X ). 5.种子的扩大培养时种子罐的级数主要取决于菌种的性质、菌体的生长速度、产物品种、生产规模等（√） 6.碳源对配制任何微生物的培养基都是必不可少的．（√） 7.亚硝基胍能使细胞发生一次或多次突变,尤其适合于诱发营养缺陷型突变株,有超诱变剂之称.√ 9.参与淀粉酶法水解的酶包括淀粉酶、麦芽糖酶和纤维素酶等。（X） 三、填空题 1.菌种扩大培养的目的是接种量的需要、菌种的纯化、缩短发酵时间、保证生产水平。 2.进行紫外线诱变时,要求菌悬液浓度:细菌约为10^6个/mL,放线菌为 ,霉菌为10^6~10^7个/mL. 3.培养基应具备微生物生长所需要的六大营养要素是碳源、氮源、无机盐和微量元素、前体、促进剂和抑制剂和水。

好氧发酵工艺

好氧发酵工艺 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

好氧发酵工艺 一．工艺原理 好氧发酵是好氧微生物如细菌、放线菌和真菌等通过自身的生命活动，通过氧化、还原与合成，把一部分有机质氧化成无机质，提供微生物生长所需的能量；一部分有机质转化成微生物合成新细胞所需的营养物质。好氧发酵过程见图1。 图1 好氧发酵过程 二．工艺特点 好氧发酵的主要特点在于省地，省投资，省动力消耗，不产生废水和烟气，无异味，无需高压和锅炉，杜绝了安全隐患，设备结构简单，操作方便，产品质量稳定，处理效果好。 产出物：生物肥（发酵肥）约元/kg 生物蛋白：约5~9元/kg 三．工艺过程控制 1.水分：发酵过程中水分的主要作用：（1）溶解有机物，参与微生物的新陈代谢； （2）水分蒸发带走热量，起到调节温度的作用。 一般认为含水率50~60%为最佳条件。 当含水率低于40%时，微生物在水中提取营养物质的能力降低，有机物分解缓慢； 当水分低于15%时，微生物活动几乎停止；

当含水率高于65%时，水就会充满物料颗粒间的间隙，堵塞空气通 S等中间产物，影响有道，发酵由好氧状态向厌氧转化，结果形成发臭的H 2 机物的降解效果。 2. 温度：温度可影响微生物生长、反应速率和水分脱除。高温分解较中温分解速度要快，且高温可将虫卵、病原菌、寄生虫等迅速彻底杀灭。一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌，高温菌的理想温度为50~60 o C。 3. pH值：由于在中性或弱碱性条件下，细菌和放线菌生长最适宜，所以发酵过程中的pH 应控制在6-8.一般情况下好氧发酵中微生物在分解有机物过程中其pH能自动调节。在好氧发酵初期，由于酸性细菌的作用，物料产生有机酸，pH值可下降到左右，此时有利于微生物生存繁殖。随着pH逐渐上升，最高可达到左右。 4. 氧气：在好氧发酵过程中氧的供应是限制发酵速率的主要因素。如果氧气供应不充分或传递不均匀，一则会造成局部厌氧发酵，这是发酵过程中产生臭味的主要原因，二则会延长发酵时间。相反，如果供氧量过多（如鼓风量过大或搅拌太多）就会使发酵的温度偏低，而使有机物转化为类腐殖质的过程不够充分。一般而言，氧气浓度不低于10%。 5. 泡沫：发酵过程中发酵液内部会产生泡沫（如CO ），影响通气搅拌的正常 2 进行，使部分菌体粘附在罐盖或罐壁上而失去作用。可添加化学消泡剂：（1）天然油脂；（2）高碳醇、脂肪酸和酯类；（3）聚醚类；（4）硅酮类。