简答题
1. 发酵过程中异常现象(发酵液转稀、发酵液过浓、耗糖缓慢、pH不正常)处理措施?
答:a、发酵液转稀:现象;粘度下降,泡沫上升,消沫效果减弱; 原因: 噬菌体侵染或其它未知因素;?
措施:适时补入适当碳源或氮源促使繁殖新菌体,恢复正常 b、发酵液过浓:
原因:氮源过多,菌体过剩,溶解氧下降;
措施: 补入10%无菌水,使菌液浓度下降,粘度下降,改善发酵条件。 c、 耗糖缓慢:
原因:种子质量,灭菌质量,磷盐浓度低。
措施:补入适量合适的氮源,磷盐,提高发酵温度,风量;
d、pH不正常: 原因: 灭菌质量,原料质量,水质,通气,补料;措施:酸或碱调整。
2. Monod(莫诺)方程表明了什么和什么的重要关系?简介Monod(莫诺)方程? 答:莫诺方程表明了比生长速率和生长基质浓度的关系。
式中,μm 最大比生长速率(h -1);S 限制性底物浓度(g/L);Ks 是饱和常数,微生物μ =μm / 2 时的S。
该式表示微生物对生长限制性基质的亲和力:Ks越大,亲和力越小,μ对S的变化越不敏感。当s→∞时,μ→μmax。
3. 补料分批发酵技术的特点,与分批发酵、连续发酵的区别?
答:特点:由于基质的缓慢补入,既满足了微生物生长和产物合成的持续需要,又要避免了由于基质过量引起的各种调控反应,从而能使产率获得很大提高;补料技术本身的提高:少次多量——少量多次——流加——微机控制流加;整个发酵过程中不断地调节补料率,维持各项物质的供需平衡。
区别:补料分批发酵是介于分批发酵和连续发酵之间的发酵形式;区别于分批发酵技术:由于补加物料,补料分批发酵系统不再是封闭系统;区别于连续发酵技术:补料分批系统并不是连续地向外放出发酵液,罐内的培养液体积(V)不再是个常数,而是随时间(t)和物料流速(F)而变化的变量(变体积操作)。
4. 通风发酵设备中的机械搅拌发酵罐必须满足的基本条件?
答:机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是利用机械搅拌器的作用使空气和醪液充分混合,促使氧在醪液中溶解,以保证供给微生物生长繁殖和代谢所
需要的溶解氧。为保证发酵工艺应满足下列条件:
1. 发酵罐应具有适宜径高比。罐身越长,氧的利用率越高,一般的高度与直径之比在1.7~4倍左右。
2. 能承受一定压力。由于发酵罐在消毒及正常运转时,罐内有一定压力(气压和液压)和温度,因此罐体各部件要有强度,能承受相当的压力。 3. 发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合,保证发酵必须的溶解氧。 4. 具有足够的冷却面积。微生物生长代谢过程放出大量的热,为了控制发酵过程不同阶段所需的温度,应装有足够的冷却部件。
5. 罐内应尽量减少死角,避免藏污积垢,灭菌能彻底,避免染菌。 6. 搅拌器的轴封应严密,尽量减少泄漏。
5. 发酵液pH对发酵的影响包括哪些方面? 答:(1)影响酶活力。
(2)影响细胞膜所带电荷的状态,改变膜的渗透性,影响对营养的吸收利用。 (3)影响某些底物和中间体的离解,影响菌对营养的利用。
(4)改变细胞形态;如:青霉素产生菌pH 6.2~7.0 当pH大于7.0时,膨胀,菌丝增多,壁的强度减弱,难以耐受内部渗透压。
(5)改变代谢方向:如:谷氨酸产生菌As1.299 pH 7.0 - 8.0----产生谷氨酸pH 5.0-5.8---谷酰胺和N-乙酰谷酰胺
6. 比底物消耗速率方程?
答:底物消耗速率可通过菌体得率与菌体生长速率关联起来。单位体积培养液中底物 S 的消耗速率 rs (g/L?h) 可表示为:
Y x/s:菌体得率 (g/mol, g/g),rs:底物消耗速率 (g/L?h)。
底物消耗的快慢也常用比底物消耗速率Qs(g/g?h)表示,即相对单位质量于菌体单位时间内的底物消耗量,Qs = rs/X ,若μ用Monod方程表示
其中,Qsmax是最大比底物消耗率。
7. 补料分批发酵的适用范围 ?
答:1)高菌体浓度培养(高密度培养)系统;
2)存在高浓度底物抑制的系统;如苯酚等,通过流加底物降低抑制。 3)存在Crabtree效应的系统(酵母培养中,初糖过高,即使溶氧充足,也会
产生乙醇,影响菌体得率);
4)受异化代谢物阻遏的系统(葡萄糖作碳源时,分解代谢物抑制异化代谢有关的酶合成);
5)利用营养突变体的系统;
6)希望延长反应时间或补充损失水分的系统。
8. 优良的发酵装置应具有的基本特征包括哪些内容 ?
答:发酵设备必须具有适宜于微生物生长和产物形成的各种条件,促进微生物的新陈代谢,使之能在低消耗下获得高产量。因此,优良的发酵设备应具有严密的结构,良好的液体混合性能,较高的传质、传热速率,同时还应具有配套而又可靠的检测及控制仪表。判断发酵设备好坏的唯一标准应是能否适合工艺要求,以获得最大的生产效率。另外,由于发酵采用的菌种不同,产物不同或发酵类型不同,发酵条件又各不相同,应根据发酵过程的特定和要求来设计和选择发酵设备的型式和结构。
9. 控制发酵过程pH的方法?
答:1)培养基中适当添加生理酸性盐或生理碱性盐;
2)培养基中适当添加缓冲剂:磷酸-磷酸盐 CaCO3 + 有机酸 ------ 有机酸盐 + H2O + CO2
3)自动检控,补酸或碱氨水:(NH4)2SO4 、CaCO3
4)补料:按需补糖;恒速补糖,酸,碱调节;如:青霉素发酵根据代谢情况,改变加糖率控制pH比固定加糖率,用酸碱调节pH增产25%。
10. 生长关联型产物合成动力学方程? 答:类型1: 产物合成与利用糖类有化学计量关系的发酵,糖提供了生长所需的能量。糖利用速度的变化与产物合成速度的变化是平行的。如利用酵母菌的酒精发酵和酵母的好气性培养属于此型。该型为生长关联型,这一类型是由碳原直接氧化进行的初级代谢物的生产,其合成动力学可表为:
dP/ dt =α μ X
α为生长关联型产物的形成比率(g产物 /g菌体)?由此可得出产物合成比速率(Qp): Qp =dP/X dt =αμ
由于 dP/ dt =αμX 并且 Qp =dP/X dt =αμ所以, 产物合成速度dP/dt 与比生长速率和菌体浓度
南开大学微生物发酵工程-复习题
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