发酵工程复习题.docx

第一章发酵工程概述 1. 发酵的传统概念和现代概念传统概念:微生物在无氧条件下分解代谢有机物质释放能量的过程。现代概念: 利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。 2. 发酵工程: 发酵工程是利用微生物或其他生物细胞, 在特定的生物反应器内生产某种特定的产品的工业化生产过程和技术体系。 3. 图1- 1 微生物工业发酵的基本过程 4. 发酵工程与传统酿造和化学工程相比的特点。: 1. 发酵过程以生命体自动调节方式进行 2. 条件温和,耗能少,设备简单 3. 原料以碳水化合物为主 4. 容易生产复杂的高分子化合物 5. 发酵过程中需要防止杂菌污染,: 1. 常温常压反应 2. 原料无毒,很多发酵行业生产比较粗放 3. 遵循生物代谢规律 4. 较易生产复杂的高分子化合物 5. 发酵液下游提取常需预处理 6. 注重发酵过程染菌的防止 7. 育种是提高产量的重要途径 5. 发酵工程存在的问题(1 )转化率低、副产物多和下游提取困难(2 )中游监控难,菌种易变异(3 )原料质量波动大(4 )规模放大困难;发酵废液处理困难 6. 发酵罐的分类按微生物生长代谢需要分类:分为好氧和厌氧二类按照发酵罐设备特点分类:分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐按容积分类:实验室用( 1~ 50L )中试用( 50~ 5000L )生产用( 5000L 以上) 按微生物生长环境分类:悬浮生长发酵罐和支持生长发酵罐发酵罐的特征径高比适当;耐压性能合格;搅拌系统和通风系统合格尽量减少死角;有足够的冷却面积;轴封无渗漏 7. 通用型机械搅拌通气发酵罐为发酵工厂最常用的发酵罐, 特点是由压空系统负责通气, 机械搅拌系统机械搅拌。缺点是能耗较大,机械剪切力较大,容易产生死角。 8. 发酵优化的定义,目的,内容发酵过程优化定义发酵过程的优化是指最佳控制发酵过程(指其某一项或几项主要参数)的方案和方法。发酵过程优化目的协调细胞到反应器各尺度的相互关系,从而使发酵过程更有效的进行。发酵过程优化的研究内容微生物细胞生长过程——背景信息微生物反应的化学计量——数据基础生物反应动力学——核心内容生物反应器工程——实现手段 9. 常见的发酵方式及主流形式工业发酵方式分批发酵单一纯种发酵混合发酵固定化发酵游离发酵连续发酵深层发酵表面发酵固态发酵液态发酵厌氧发酵好氧发酵根据微生物需氧或不需氧根据菌种是否被固定根据发酵是间歇或是连续进行根据发酵位置是表面或深层根据培养基是固态或液态根据所用的菌种是单一或多种图 1- 19 微生物工业发酵方式 10. 分批发酵和补料分批发酵。分批发酵又称分批培养, 是指将所有的物料( 除空气、消沫剂、调节 pH 值的酸碱物外) 一次性加入发酵罐, 然后灭菌、接种、培养, 最后将整个罐的内容物放出, 进行产物回收。清罐结束后, 重新开始新的装料发酵的发酵方式。优点:操作简单,易于掌握缺点 1. 半封闭体系,非稳态过程 2. 发酵周期长,工作重复 3. 微生物体现典型生长曲线,生产效率没有最大化补料分批发酵补料分批发酵又称半连续培养或半连续发酵, 是指在分批发酵过程的中后期, 给发酵罐间歇或连续地补加某些成分的发酵方式。补料分批发酵是介于分批发酵过程与连续发酵过程之间的一种过渡培养方式。优点补料分批发酵与分批培养方式比较补料分批发酵与连续培养方式比较 1 .可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应 2 .对于耗氧过程,可以避免在分批培养过程中因一次性投糖过多造成的细胞大量生长、耗氧过多以至通风搅拌设备不能匹配的状况 3. 减少菌体生成量,提高有用产物转化率 1 .不需要严格的无菌条件 2 .不会产生微生物菌种的老化和变异 3 .最终产物浓度较高,有利于产物的分离 4 .使用范围广缺点: 染菌问题和生产效率。 11. 连续发酵又称为连续培养, 是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基, 同时以相同的速度流出培养液, 从而使培养系统内培养液的量维持恒定, 并使微生物细胞能在近似恒定状态下生长发酵方式。特点 1. 封闭体系,稳态过程 2. 发酵周期短,工作不重复 3. 微生物不体现典型生长曲线,生产效率最大化缺点: 1. 运转时间长,菌种多退化 2. 容易污染,培养基的利用率低 3. 变量多,较难控制 4. 不能用于生产次级代谢产物 12. 混合发酵混合发酵又称为混菌发酵,是指多种微生物混合在一起共用一种培养基的发酵方式。固体发酵固体发酵也称为固体培养或固态发酵, 就是指利用固体培养基进行微生物的繁殖。微生物贴附在营养基质表面生长,所以又可称为表面培养。 13. 发酵工程的后处理是指大规模发酵后直到产品形成的整个工艺过程,也称为发酵工程