发酵工程原理及技术期末复习试题3套含答案(大学期末复习资料)

一、填空（每空1分，共30分）

1，工业上的发酵产品分为 菌体、 代谢产物 、 微生物酶 和 生物转化产品                     四个类别。

2，从本质上来说，微生物代谢是通过  酶量调节     和   酶活性调节   两种方式来进行调节的。

3，根据对氧需求的不同可将发酵分为   通风发酵         和 厌氧发酵          两种类型。

4，根据产物合成途径，我们可将次级代谢分为 与糖代谢有关的类型、与脂肪酸代谢有关的类型、与萜烯和甾体化合物有关的类型、与TCA环有关的类型和与氨基酸代谢有关的类型五种类型。

5，卡尔文循环由 羧化 、 还原 和 再生 三个阶段（部分）组成。

6，发酵厂用于原料除杂的方法有 筛选 、  风选     和    磁力除铁     。

7，种子的制备可分为 实验室种子制备 和 车间种子制备 两个阶段。

8，空气除菌的方法有 加热 、 静电 、 射线 和 介质过滤 。

10，常用的连续灭菌工艺有 喷射加热 、 薄板换热器 和 喷淋冷却 。

11，氢化酶是氢细菌进行无机化能营养方式生长的关键酶，在多数氢细菌中有两种氢化酶，它们是 颗粒状氢化酶 和  可溶性氢化酶 。

二、名词解释（每题4分，共20分）

1，发酵工程

应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。

2，无菌空气

发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。此种空气称为“无菌空气”。

3，种子的扩大培养

是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。

4，酶合成的阻遏

某些酶在微生物生长时可正常地产生，但当生化途径的终产物浓度增加时或向生长培养基加入这种终产物时，酶的合成就被阻遏。这种低分子量的终产物(辅阻遏物)被认为是同胞内由调节基因编码的蛋白质(阻遏蛋白)结合，产生一种阻遏物，该阻遏物“关闭”对酶编码的结构基因。这样的酶称为可受阻遏的酶。阻遏酶合成的物质称为阻遏物。

根据阻遏物的不同，可将阻遏分成两类：

（1）终点产物反馈阻遏(feed-back repression) ：阻遏物是被阻遏生成的酶(或酶系)所催化生成的终点产物。

（2）分解代谢物阻遏(catabolic repression)：阻遏物是被阻遏生成的酶(或酶系)分解代谢的产物。

5，微生物热阻

是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。

三、简答题（每题4分，共20分）

1，请简述防止菌种衰退（退化）措施。

控制传代次数

选择合适的培养条件

选择合适的保藏方法

菌种稳定性检查 

分离复壮

2，微生物代谢调节的方式有哪些。

细胞透性的调节

，代谢途径区域化

，代谢流向的

和代谢速度的

3，淀粉酶法液化的工艺有哪几种及各自的优缺点。

间歇（升温）液化法

优点：此方法简便

缺点：效果较差，能耗大，原料利用率低，过滤性能差。

半连续（高温）液化法（喷淋连续进出料液化法）

优点：设备和操作简单，效果比间歇液化好。

缺点：不安全，蒸汽耗量大，温度无法达到最佳温度，液化效果差，糖液过滤性能也差。

连续（喷射）液化法

优点：设备小，便于连续操作，原料利用率高，转化率高，蛋白质凝聚好。

缺点：但要求一定压力的蒸汽，进出料的速度要稳定。

4，简述无菌空气制备工艺中，介质过滤除菌的机理。

直接拦截、惯性撞击、扩散拦截

5，简述发酵工业发展的阶段。

天然发酵阶段（古代~1900年）

纯培养技术的建立（1905年~）

通气搅拌发酵技术的建立（1940年~）

开拓发酵原料时期（1960年~）

基因工程阶段（1979~）

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

1，根据微生物的热死灭动力学方程和温度对微生物热死灭常数（K）的影响，论述为什么采用高温短时间灭菌既有利于杀灭微生物又有利于减少营养物质的破坏？

实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即：

N：任一时刻的活细菌浓度（个/L）

t：时间（min）

微生物的热死灭动力学接近一级反应动力学，它的比热死灭速率常数K与灭菌温度T的关系可用阿累尼乌斯方程表征

     A：频率因子（min-1）

ΔE：活化能（J/mol）

     R：通用气体常数[J/（mol.k）]

从方程（4）可以看出：

（1）活化能ΔE的大小对K值有重大影响。其它条件相同时，ΔE越高，K越低，热死速率越慢。

（2）不同菌的孢子的热死灭反应ΔE可能各不相同。

K是ΔE和T的函数，K的对T的变化率与有关，对方程（5）两边对T取导数，得方程（6）。

由方程（6）可得出结论：反应的ΔE越高，lnK对T的变化率越大，即T的变化对K的影响越大

试验表明，细菌孢子热死灭反应的ΔE很高，而某些有效成分热破坏反应的ΔE较低（见下表）。将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间，由于有效成分的ΔE很低，温度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少。

2，论述高浓度细胞培养的目的、原理、优点、方法及存在的问题。

目的

微生物液体发酵大都采用分批培养，这种培养方式的缺点是：发酵液中最终细胞浓度不高。如果通过改进工艺技术，使发酵液中微生物细胞增殖很高的浓度，那么，高浓度的细胞将会产生高浓度的发酵产物，这样就可以大大提高发酵设备的利用率，降低生产成本。基于这种目的，人们开始研究微生物高细胞浓度的培养技术。采用高细胞浓度培养技术，发酵液中菌体浓度比分批式培养可高10倍以上。例如用高细胞浓度连续培养技术，培养大肠杆菌HBl01(pPAKS2)，可得到95g／L的菌体。用同样的方法培养酒精酵母可得到219g／L的菌体。而一般用分批法培养酵母和细菌，得到的菌体浓度仅为10g／L左右。

原理

    采用一定的工艺技术，保证微生物生长的适宜条件，延长微生物的指数增殖过程，从而得到高浓度的细胞。

优点

可大大提高发酵设备的利用率、节省能源

方法

流加培养、连续培养

存在的问题

    培养基流加控制与其他条件控制、菌体分离装置的效能、菌种退化

3，某啤酒厂采用真空气流输送麦芽，每日操作6小时，共输送36吨麦芽，请计算输料管的管径。（空气的密度为1.2kg/m3，混合比的经验数据为：原粮装卸μ =7~14，米厂μ =4左右）

根据所输送的原料，选择混合比μ =4

根据上表，选择气流速度v气=22

每日操作6小时，共输送36吨麦芽，则

G物=36000/6=6000kg/h

Q气= G物/μρ气=6000/4×1.2=1250m3/h

=0.14m

样卷2

一、填空（每空1分，共30分）

1，酒精发酵罐的冷却装置有                                                         、

                                和                                    三种类型。

2，发酵罐上常用的轴封有                        和                         两种类型。

3，按细胞类型可将固定化细胞分为             、              和            三种类型。

4，发酵产品的下游加工工艺过程可分为                       、                       、

                                     和                                 四个阶段。

5，发酵过程的主要控制参数主要分为                                                、

                                 和                                  三种类型。

6，超临界流体萃取的流程有                 、                 和                  。

7，植物细胞大规模培养的方式有                      和                           。

8，细胞固定化的方法有                               、                            、

                                       和                                       。

10，质粒的不稳定性有                           和                         两种类型。

11，影响植物细胞培养的因素有                           和                         。

12，发酵过程中参数测定的方法                   和                       哪两种。

二、名词解释（每题4分，共20分）

3，分批发酵

2，物理密封

3，错流过滤

4，死角

三、简答题（每题4分，共20分）

1，大部分通风发酵过程都会产生泡沫，请问泡沫的形成对发酵过程有何不利影响？

4，简述影响超滤速度的因素。

3，简述动植物细胞培养与微生物细胞培养有何区别。

4，简述Monod方程与米氏方程的区别与联系。

5，搅拌器的轴功率

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

1，按照产物生成与菌体生长是否同步，可将分批发酵分为哪两种类型，并用公式进行表述。这种分类方法对实际生产有何指导意义？

3，根据功率准数所表征的意义推导下式

3，请问下图中的管道连接方式有何不合理之处，为什么？请画出正确的连接方式

样卷3

一、填空（每空1分，共30分）

1，发酵过程的基本自控系统包括                                                     、

                                      和                                      。

2，机械搅拌发酵罐的搅拌器有                       和                      两种类型。

3，按生理状态可将固定化细胞分为                     和                     两种类型。

4，常用的膜分离设备包括                             、                             、

                                     和                                  四种类型。

5，在工程菌培养过程中，造成工程菌外漏的原因可能有                、               、

                 、                  、                 和                      。

6，动物细胞大规模培养的方法有                、               和                  。

7，膜的清洗方法有                               和                                。

8，常见的固定化细胞反应器有                             、                          、

                                       和                                       。

10，研究发酵动力学方法有                           和                             。

11，盘管试漏方法有                           和                                  。

二、名词解释（每题4分，共20分）

5，连续发酵

2，全挡板条件

3，生物学密封

4，浓差极化

5，双水相萃取

三、简答题（每题4分，共20分）

1，请推导单级恒化器产物形成动力学方程。

6，简述啤酒圆筒体锥底发酵罐的优缺点。

3，根据氧的传质方程，简述影响氧传递的因素。

4，简述等电沉淀的原理和优缺点

5，简述发酵罐管路的连接方式

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

1，目前补料分批发酵已成为发酵工业中最常见的一种生产方式，请论述发酵过程中补料控制的目的，所补的物料包括哪些类型，补料的原则及控制策略。

2，年产1万吨谷氨酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为10%，提取总收率90%，年生产日期为300天，发酵周期为48小时。请合理选择发酵罐的公称容积并计算所需要的发酵罐个数，发酵罐及搅拌器主要尺寸，发酵罐的实际容积。（发酵罐装液系数0.75，采用标准通风搅拌发酵罐尺寸,椭圆形封头直边高hb=0.1D）封头容积的计算公式如下

3，某一酶制剂厂的发酵车间连续数批出现染菌，染菌发现时间一般在18-20小时左右，经镜检确认所染杂菌为单一的芽孢杆菌，请分析导致染菌的可能原因并说明理由，同时请提出解决措施。

样卷1及参

一、填空（每空1分，共30分）

1，工业上的发酵产品分为 菌体、 代谢产物 、 微生物酶 和 生物转化产品                     四个类别。

2，从本质上来说，微生物代谢是通过  酶量调节     和   酶活性调节   两种方式来进行调节的。

3，根据对氧需求的不同可将发酵分为   通风发酵         和 厌氧发酵          两种类型。

4，根据产物合成途径，我们可将次级代谢分为 与糖代谢有关的类型、与脂肪酸代谢有关的类型、与萜烯和甾体化合物有关的类型、与TCA环有关的类型和与氨基酸代谢有关的类型五种类型。

5，卡尔文循环由 羧化 、 还原 和 再生 三个阶段（部分）组成。

6，发酵厂用于原料除杂的方法有 筛选 、  风选     和    磁力除铁     。

7，种子的制备可分为 实验室种子制备 和 车间种子制备 两个阶段。

8，空气除菌的方法有 加热 、 静电 、 射线 和 介质过滤 。

10，常用的连续灭菌工艺有 喷射加热 、 薄板换热器 和 喷淋冷却 。

11，氢化酶是氢细菌进行无机化能营养方式生长的关键酶，在多数氢细菌中有两种氢化酶，它们是 颗粒状氢化酶 和  可溶性氢化酶 。

二、名词解释（每题4分，共20分）

7，发酵工程

应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。

2，无菌空气

发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。此种空气称为“无菌空气”。

3，种子的扩大培养

是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。

4，酶合成的阻遏

某些酶在微生物生长时可正常地产生，但当生化途径的终产物浓度增加时或向生长培养基加入这种终产物时，酶的合成就被阻遏。这种低分子量的终产物(辅阻遏物)被认为是同胞内由调节基因编码的蛋白质(阻遏蛋白)结合，产生一种阻遏物，该阻遏物“关闭”对酶编码的结构基因。这样的酶称为可受阻遏的酶。阻遏酶合成的物质称为阻遏物。

根据阻遏物的不同，可将阻遏分成两类：

（1）终点产物反馈阻遏(feed-back repression) ：阻遏物是被阻遏生成的酶(或酶系)所催化生成的终点产物。

（2）分解代谢物阻遏(catabolic repression)：阻遏物是被阻遏生成的酶(或酶系)分解代谢的产物。

5，微生物热阻

是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。

三、简答题（每题4分，共20分）

1，请简述防止菌种衰退（退化）措施。

控制传代次数

选择合适的培养条件

选择合适的保藏方法

菌种稳定性检查 

分离复壮

8，微生物代谢调节的方式有哪些。

细胞透性的调节

，代谢途径区域化

，代谢流向的

和代谢速度的

3，淀粉酶法液化的工艺有哪几种及各自的优缺点。

间歇（升温）液化法

优点：此方法简便

缺点：效果较差，能耗大，原料利用率低，过滤性能差。

半连续（高温）液化法（喷淋连续进出料液化法）

优点：设备和操作简单，效果比间歇液化好。

缺点：不安全，蒸汽耗量大，温度无法达到最佳温度，液化效果差，糖液过滤性能也差。

连续（喷射）液化法

优点：设备小，便于连续操作，原料利用率高，转化率高，蛋白质凝聚好。

缺点：但要求一定压力的蒸汽，进出料的速度要稳定。

4，简述无菌空气制备工艺中，介质过滤除菌的机理。

直接拦截、惯性撞击、扩散拦截

5，简述发酵工业发展的阶段。

天然发酵阶段（古代~1900年）

纯培养技术的建立（1905年~）

通气搅拌发酵技术的建立（1940年~）

开拓发酵原料时期（1960年~）

基因工程阶段（1979~）

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

1，根据微生物的热死灭动力学方程和温度对微生物热死灭常数（K）的影响，论述为什么采用高温短时间灭菌既有利于杀灭微生物又有利于减少营养物质的破坏？

实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即：

N：任一时刻的活细菌浓度（个/L）

t：时间（min）

微生物的热死灭动力学接近一级反应动力学，它的比热死灭速率常数K与灭菌温度T的关系可用阿累尼乌斯方程表征

     A：频率因子（min-1）

ΔE：活化能（J/mol）

     R：通用气体常数[J/（mol.k）]

从方程（4）可以看出：

（1）活化能ΔE的大小对K值有重大影响。其它条件相同时，ΔE越高，K越低，热死速率越慢。

（2）不同菌的孢子的热死灭反应ΔE可能各不相同。

K是ΔE和T的函数，K的对T的变化率与有关，对方程（5）两边对T取导数，得方程（6）。

由方程（6）可得出结论：反应的ΔE越高，lnK对T的变化率越大，即T的变化对K的影响越大

试验表明，细菌孢子热死灭反应的ΔE很高，而某些有效成分热破坏反应的ΔE较低（见下表）。将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间，由于有效成分的ΔE很低，温度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少。

4，论述高浓度细胞培养的目的、原理、优点、方法及存在的问题。

目的

微生物液体发酵大都采用分批培养，这种培养方式的缺点是：发酵液中最终细胞浓度不高。如果通过改进工艺技术，使发酵液中微生物细胞增殖很高的浓度，那么，高浓度的细胞将会产生高浓度的发酵产物，这样就可以大大提高发酵设备的利用率，降低生产成本。基于这种目的，人们开始研究微生物高细胞浓度的培养技术。采用高细胞浓度培养技术，发酵液中菌体浓度比分批式培养可高10倍以上。例如用高细胞浓度连续培养技术，培养大肠杆菌HBl01(pPAKS2)，可得到95g／L的菌体。用同样的方法培养酒精酵母可得到219g／L的菌体。而一般用分批法培养酵母和细菌，得到的菌体浓度仅为10g／L左右。

原理

    采用一定的工艺技术，保证微生物生长的适宜条件，延长微生物的指数增殖过程，从而得到高浓度的细胞。

优点

可大大提高发酵设备的利用率、节省能源

方法

流加培养、连续培养

存在的问题

    培养基流加控制与其他条件控制、菌体分离装置的效能、菌种退化

3，某啤酒厂采用真空气流输送麦芽，每日操作6小时，共输送36吨麦芽，请计算输料管的管径。（空气的密度为1.2kg/m3，混合比的经验数据为：原粮装卸μ =7~14，米厂μ =4左右）

根据所输送的原料，选择混合比μ =4

根据上表，选择气流速度v气=22

每日操作6小时，共输送36吨麦芽，则

G物=36000/6=6000kg/h

Q气= G物/μρ气=6000/4×1.2=1250m3/h

=0.14m

样卷2参

一、填空（每空1分，共30分）

1，酒精发酵罐的冷却装置有 罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却  、

 蛇管和罐外壁喷洒联合冷却  和 罐外列管式喷琳冷却  三种类型。

2，发酵罐上常用的轴封有   填料函式轴封    和  端面式（机械）轴封         两种类型。

3，按细胞类型可将固定化细胞分为 微生物  、 动物 和 植物 三种类型。

4，发酵产品的下游加工工艺过程可分为培养液(发酵液)的预处理和固液分离；初步纯化(提取)；高度纯化(精制)；。和成品加工  四个阶段。

5，发酵过程的主要控制参数主要分为 物理 、 化学  和 生物       三种类型。

6，超临界流体萃取的流程有等温变压法；等压变温法；和吸附法。

7，植物细胞大规模培养的方式有 悬浮培养 和 固定化培养 。

8，细胞固定化的方法有 吸附 、 共价 、 交联 和 包埋 。

10，质粒的不稳定性有 分离性不稳定 和 结构性不稳定 两种类型。

11，影响植物细胞培养的因素有 细胞的遗传特性 和 培养环境 。

12，发酵过程中参数测定的方法  在线   和  取样（离线）       两种。

二、名词解释（每题4分，共20分）

9，分批发酵

是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖（2分）。其特点是微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程（2分）。

2，物理密封

物理密封是将重组菌封闭于设备内，以防止传染给实验人员和向外界扩散（2分）。实验规模在20L以下时，物理密封由密封设施、实验室设计和实验注意事项组成（1分）。密封程度分为P1、P2、P3和P4级，数字越大，密封水平越高（1分）。

3，错流过滤

错流过滤是一种新的过滤方式与常规过滤的区别在于它的固体悬浮液流动方向与过滤介质平行，而常规过滤则是垂直的，因此，能连续清除过滤介质表面的滞留物，使滤饼不能形成，所以整个过滤中能保持较高的滤速。

4，死角

所谓死角是指灭菌时因某些原因使灭菌温度达不到或不易达到的局部地区。发酵罐及其管路如有死角存在，则死角内潜伏的杂菌不易杀死，会造成连续染菌，影响生产的正常进行。

5，搅拌器的轴功率

是指搅拌器以既定的速度旋转时，用以克服介质的阻力所需的功率，简称轴功率（2分）。它不包括机械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不是电动机的轴功率或耗用功率（1分）。发酵罐液体中的溶氧速率以及气液固相的混合强度与单位体积液体中输入的搅拌功率有很大关系（1分）。

三、简答题（每题4分，共20分）

1，大部分通风发酵过程都会产生泡沫，请问泡沫的形成对发酵过程有何不利影响？

降低发酵设备的利用率；增加了菌群的非均一性；增加了染菌的机会；导致产物的损失；消泡剂会给后提取工序带来困难。

10，简述影响超滤速度的因素。

压力；发酵液浓度、温度、流速；膜的污染

3，简述动植物细胞培养与微生物细胞培养有何区别。

动物细胞无细胞壁，且大多数哺乳动物细胞附着在固体或半固体的表面才能生长；对营养要求严格，除氨基酸、维生素、盐类、葡萄糖或半乳糖外，还需有血清。动物细胞对环境敏感，包括pH、溶氧、温度、剪切应力都比微生物有更严的要求，一般须严格的监测和控制（2分）。

植物细胞对营养要求较动物细胞简单。但由于植物细胞培养一般要求在高密度下才能得到一定浓度的培养产物，以及植物细胞生长较微生物要缓慢，长时间的培养对无菌要求及反应器的设计也提出特殊的要求（2分）。

4，简述Monod方程与米氏方程的区别与联系。

Monod方程是对实验现象的总结，是经验方程，米氏方程是根据酶反应极力推导得出，是机理方程（2分）。Monod方程与米氏方程的具有相似性（2分）。

5，动物细胞培养的条件控制有何特殊要求

动物细胞生长缓慢，又具有锚地依赖性，培养时为防止污染，除反应器密封性能良好外，尚需添加抗生素（1分），培养过程还要求培养器、管道及接头处所用材质不可释放出对细胞有毒害的物质（1分）。 在分批培养时，随着细胞生长，营养消耗，必然产生乳酸等代谢物的积累，引起细胞衰退死亡，需更换培养液或移植继代培养（1分）。 

动物细胞对环境变化适应能力较微生物细胞小得多，故条件控制精密度要求更高。其中特别重要的是溶解氧和pH的控制（1分）。

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

1，按照产物生成与菌体生长是否同步，可将分批发酵分为哪两种类型，并用公式进行表述。这种分类方法对实际生产有何指导意义？

生长关联型 (第一类型)：产物形成与生长有关，如酒精、某些酶等。（1分）

（2分）

生长无关联型（第二，三类型）

产物的形成速度与生长无关，只与细胞积累量有关。如，抗生素。（1分）

（2分）

上述分批发酵类型可以分析：如果生产的产品是生长关联型（如菌体与初级代谢产物），则宜采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期；如果产品是非生长关联型（如次级代谢产物），则宜缩短对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后延长平衡期，以提高产量。（4分）

5，根据功率准数所表征的意义推导下式

功率准数表征着机械搅拌所施与单位体积被搅拌液体的外力与单位体积被搅拌液体的惯性之比。所以（2分）

3，请问下图中的管道连接方式有何不合理之处，为什么？请画出正确的连接方式

采用种子罐接种时是利用压力差将种子罐中培养好的种子输入发酵罐内，种子罐与发酵罐的一段连接管路的灭菌是与发酵罐的灭菌同时进行的。上图所示有一小段管路存在蒸汽不流通的死角，所以应在阀1的半截上装设旁通，焊上一个小的放气阀，如下图所示，此段管路即可得到蒸汽的充分灭菌。（5分，要求适当展开论述，否则酌情扣分）

（5分）

样卷3及参

一、填空（每空1分，共30分）

1，发酵过程的基本自控系统包括   前馈控制                   、

    反（后）馈控制               和   自适应控制               。

2，机械搅拌发酵罐的搅拌器有    径向         和       轴向          两种类型。

3，按生理状态可将固定化细胞分为    固定化活细胞    和    固定化死细胞     两种类型。

4，常用的膜分离设备包括    管式         、     中空        、

           卷式                   和          平板式               四种类型。

5，在工程菌培养过程中，造成工程菌外漏的原因可能有   接种     、    取样     、

  机械密封     、   排气      、    培养后灭菌     和   排液       。

6，动物细胞大规模培养的方法有  悬浮     、   固定化     和   微载体        。

7，膜的清洗方法有     化学               和      机械                。

8，常见的固定化细胞反应器有  细胞再循环            、  填充床    、

      流化床        和     絮凝细胞系统            。

10，研究发酵动力学方法有   宏观处理法       和    质量平衡法         。

11，盘管试漏方法有     水压           和      气压                  。

二、名词解释（每题4分，共20分）

1，连续发酵：

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。（2分）

优点：能维持低基质浓度；可以提高设备利用率和单位时间的产量；便于自动控制。（1分）

缺点：菌种发生变异的可能性较大；要求严格的无菌条件。（1分）

2，全挡板条件：

是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：（2分）

（2分）

3，生物学密封

要求用只有在特殊培养条件下才能生存的宿主，同时用不能转移至其它活细胞的载体，通过这样组合的宿主载体系统，可以防止重组菌向外扩散。（3分）

按密封程度分B1和B2级，B2级的密封要求最严格。（1分）

4，浓差极化

当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而便膜面浓度增大，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。（3分）

浓差极化是可逆，即变更操作条件可以使浓差极化消除（1分）

5，双水相萃取

双水相系统是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的两水相或多水相系统。通过溶质在双水相间的分配系数的差异而进行萃取的方法即为双水相萃取。（2分）

优点：易于放大；双水相系统之间的传质过程和平衡过程快速 ,因此能耗较小 , 可以实现快速分离；易于进行连续化操作；相分离过程温和,生化分子如酶不易受到破坏；选择性高、收率高；操作条件温和。（2分）

三、简答题（每题4分，共20分）

1，请推导单级恒化器产物形成动力学方程。

积累的产物=（生成-流出）的产物（1分）

2，述啤酒圆筒体锥底发酵罐的优缺点。

优点（2分）

加速发酵，C.C.T发酵和传统发酵相比，由于发酵基质(麦汁)和酵母对流获得强化，可加速发酵。

厂房投资节省。

冷耗节省。

C.C.T 发酵可依赖CIP自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证。   

缺点（2分）

酵母泥使用代数一般比传统低(只能使用5~6代)； 

贮酒时，澄清比较困难(特别在使用非凝聚性酵母)，过滤必须强化； 

若采用单酿发酵，罐壁温度和罐中心温度一致，一般要5~7d以上，短期贮酒不能保证温度一致。

3，根据氧的传质方程，简述影响氧传递的因素。

供氧：（2分）

耗氧：γ = Qo2X 

影响因素：（2分）

搅拌

空气流速

空气分布管

发酵罐内液柱的高度，氧分压

发酵液的性质及温度

泡沫和消泡剂

4，简述等电沉淀的原理和优缺点

原理：等电点沉淀法主要利用两性分子上的电中性时溶解度最低，而各种两性分子具有不同等电点而进行分离的一种方法。两性分子在处于等电点时的pH值，再加上其他沉淀因素，则很易沉淀析出。（2分）

优点：很多蛋白质的等电点都在偏酸性范围内，而无机酸通常价较廉，井且某些酸，如磷酸、盐酸和硫酸的应用能为蛋白质类食品所允许。同时，常可直接进行其他纯化操作，无需将残余的酸除去。（1分）

缺点：酸化时，易使蛋白质失活，这是由于蛋白质对低pH比较敏感。（1分）

5，简述发酵罐管路的连接方式

螺纹

焊接

法兰

四、问答、计算题（每题10分，共30分）

1，目前补料分批发酵已成为发酵工业中最常见的一种生产方式，请论述发酵过程中补料控制的目的，所补的物料包括哪些类型，补料的原则及控制策略。（2分）

目的：解除基质过浓的抑制；解除产物的反馈抑制；解除葡萄糖分解代谢阻遏效应（2分）

类型：补充微生物能源和碳源的需要；补充菌体所需要的氮源；补充微量元素或无机盐。（2分）

原则：控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物积累的方向发展。为实现这一目标，在中间补料控制时，必须选择恰当的反馈控制参数和补料速率。 （2分）

策略：大多数补料分批发酵均补加生长性基质（4分）

–以经验数据或预测数据控制流加；

–以pH、尾气、溶氧、产物浓度等参数间接控制流加；

–以物料平衡方程，通过传感器在线测定的一些参数计算性基质的浓度，间接控制流

–用传感器直接测定性基质的浓度，直接控制流加。

（此题要求在上述回答的基础上进行适当展开，如未展开，扣2分）

2，年产1万吨谷氨酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为10%，提取总收率90%，年生产日期为300天，发酵周期为48小时。请合理选择发酵罐的公称容积并计算所需要的发酵罐个数，发酵罐及搅拌器主要尺寸，发酵罐的实际容积。（发酵罐装液系数0.75，采用标准通风搅拌发酵尺寸,椭圆形封头直边高hb=0.1D）封头容积的计算公式如下

(1)每日的产量=10000/300=33.33 吨（5分）

每日所需发酵液的量=100/（0.1×0.9）=370.4米3

则每日所需发酵罐容积=370.4/0.75=493.87米3

取发酵罐的公称容积为100米3或250米3

则每日需要5或2个发酵罐

发酵周期为2天，考虑放罐洗罐等辅助时间，整个周期为3天。

则所需发酵罐的总数=5×3+1=16 个或2×3+1=7

(2)采用标准通风搅拌发酵尺寸，即各部分比例尺寸为：（5分）

D1=D/3,H0=2D

由圆桶体计算公式：V1=πD2 H0/4  计算罐体的直径D

根据罐体的直径D分别计算：

搅拌器直径D1

发酵罐圆桶体部分的高度H0

由发酵罐全容积计算公式计算发酵罐的实际容积：

3，某一酶制剂厂的发酵车间连续数批出现染菌，染菌发现时间一般在18-20小时左右，经镜检确认所染杂菌为单一的芽孢杆菌，请分析导致染菌的可能原因并说明理由，同时请提出解决措施。

（1）原因分析

早期18-20小时左右发现染菌，其原因可能有：种子带菌、发酵罐内有死角、设备泄漏、培养基灭菌不彻底、空气带菌

由于所染杂菌为单一的芽孢杆菌，因此可将设备泄漏的原因排除。

在剩余的原因中，只有空气带菌才有可能导致整个车间连续数批出现染菌。种子带菌、发酵罐内有死角、培养基灭菌不彻底等原因导致的染菌一般都出现在个别发酵罐，而且不具有连续性。虽然从理论上分析，空气带菌造成的染菌，所染杂菌的类型应该不会是单一菌型，但由于空气压缩机的出口温度高达140℃左右，因此在实际生产过程中，由于空气过滤器失效导致的染菌，在绝大部分情况下，所观察到的杂菌一般为单一的芽孢杆菌。

根据以上分析，基本可以断定染菌的原因为空气带菌。

（2）措施

首先对所有发酵罐进行熏罐或煮罐处理，然后通过空培养进一步确证染菌的原因。

在确证染菌原因为空气带菌，更换空气过滤器。

本题评分原则：

能分析早期染菌的原因但没包含空气带菌（3分）

能完整分析早期染菌的原因（5分）

能分析出染菌的原因并适当进行解释（6-7分）

能分析出染菌的原因并适当进行解释，提出的解决措施合理（10分）