5、 发酵操作方式可以分为分批、补料分批和连续发酵三种，试述三种培养方式的优缺点。

分批发酵的优点：①对温度的要求低，工艺操作简单；②比较容易解决杂菌污染和菌种退化的问题；③对营养物的利用效率较高，产物浓度也比连续发酵要高一些。

缺点：①人力、物力、动力消耗较大；②生产周期较长，由于分批发酵时菌体有一定的生长跪履，都要经历延滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期，而且每批发酵都要经过菌种扩大发酵、设备冲洗、灭菌等阶段；③生产效率低，生产上常以体积生产率（以每小时每升发酵物中代谢产物的克数来表示）来计算效率，在分批发酵过程中，必须计算全过程的生产率，即时间不仅包括发酵时间，而且还包括放料、洗罐、加料、灭菌等时间。

连续发酵的优点：①在连续发酵达到稳态之后，其非生产时间要少许多，故其设备的利用率高、操作简单、产品质量较稳定；②对发酵设备以外的外围设备（如蒸汽锅炉、泵等）的利用率高，可以及时排除在发酵过程中产生的对发酵过程有害的物质。

缺点：①污染杂菌的问题，在连续发酵的过程中需要不断的向发酵系统供给无菌的新鲜空气和培养基，这大大增加了污染杂菌的可能性；②生产菌种的突变问题，微生物细胞的遗传物质DNA在复制的过程中出错的概率为百万分之一，但是，一旦连续培养系统的生产菌出现某一个细胞的突变，且突变的结果使得这一细胞获得高生长能力，那么它最终会取代系统中原来的生产菌株，使连续发酵过程失败。 补料分批发酵的优点：①通过控制底物初始浓度水平来消除高浓度底物对生长代谢的抑制作用或由于可被快速利用的碳源所引起的分解阻遏作用，并且能够使发酵对于溶解氧的需求保持在发酵罐通气能力范围之内；②避免某些培养基组分高浓度下对微生物的生长及代谢的抑制甚至毒副作用，可以延长发酵生产时间，特别是代谢产物的积累时间，提高发酵产量。

缺点：相对于分批发酵来说，污染杂菌的可能性要大一些。

6、 什么是菌体的比生长速率、产物比生成速率以及基质的比消耗速率？

比生长速率是菌体的生长速率与菌体的浓度的比值，而产物的比生成速率则是产物生成速率和所形成的产物的浓度的比值，基质的比消耗速率是基质的消耗速率跟基质的浓度的比值。

7、 什么是Monod方程？其使用条件是什么？请说明各个参数的意义。

KS?CSMonod方程是，它的使用条件是：当培养物中只有一种限制性基质而不存在其他生长因素的限制时。其中，?是微生物的比生长速率，?max是最大比生长速率， KS是底物亲和常数，表示的是微生物对该底物的亲和力，其数值相当于?处于?max的一半时的底物浓度， CS是限制性底物的浓度。

8、 什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？ 初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导致机体发生突变或死亡，是一种基本代谢类型。

次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质，这一过程的产物，即为次级代谢产物。它们大多是分子结构比较复杂的化合物.根据其作用,可将其分为抗生素,激素,生物碱,毒素及维生素等类型。

9、 什么是连续培养？什么是连续培养的稀释率？ 连续培养是在培养的过程中在添加培养基的同时，从容器中放出等体积的发酵液，从而形成的一个连续生产的过程，即在发酵罐中所形成的新细胞数量与从发酵罐中流出的细胞数量相等。它又可以分为单级连续发酵和多级连续发酵。

将单位时间内连续流入发酵罐中的新鲜培养基体积与发酵罐内的培养液的总体积的比值称为稀释率。

10、恒化培养与恒浊培养各自有哪些特点？

连续培养系统被称为恒化器；通过控制补充的培养基的流速，使得发酵罐内发酵液中细胞浓度保持恒定，即将发酵液的浊度保持在某一窄小的范围内的发酵系统称为恒浊器。

现在广泛使用的是恒化器，因为它又明显优于恒浊器的地方，即保持稳态时不需要控制系统，但是在连续发酵时，采用恒浊器独特的优点是在发酵的早期避免细胞被完全洗出。

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生物技术053班

聂斯做第七章1.2.和第八章第6题 田根根做第七章3.4题 尹江安做第七章567题

黄佳彬做第8.9.10题和第八章第8题 肖林做第七章11题和第八章1.2.7题 郑亮做3.4.5题

谢家钊做9.10.11.12题 陈旭峰做13.14.15.16题

1微生物生长中呼吸强度和摄氧率变化的一般规律及其影响因素各有哪些？ 答：在培养初期，呼吸强度Qo2逐渐增高，此时菌体浓度很低。在对数生长期初期呼吸强度达到最大值，即，但此时菌体浓度还较低，摄氧率并不高。随着细胞浓度的迅速增高，培养液的摄氧率也迅速增高，在对数生长期的后期达到最大值，此时呼吸强度低于最大值，菌体浓度也低于最大值。在对数生长期末，由于培养基中营养物质的消耗以及培养装置氧传递能力的限制，呼吸强度下降，虽然这时细胞浓度仍有增加甚至达到最大值，但是细胞活力已经下降，导致培养液的摄氧率下降。培养后期，因基质耗尽，细胞自溶，呼吸强度进一步下降，摄氧率也随着迅速下降，以上是呼吸强度和摄氧率变化的一般规律。

影响因素：微生物本身遗传特征的影响；培养基的成分和浓度；菌龄：一般幼龄菌生长旺盛，呼吸强度大，老菌生长慢，呼吸强度小；发酵条件；代谢类型。

2影响氧传递的因素有哪些？氧在传递过程中的传质阻力有哪些？

在氧的传递过程中，主要阻力在于气液间的传递过程。根据气液传递速率方程OTR＝KLa(C*-CL) 凡影响推动力C*-CL、比表面积a、和传递系数KL的因素都会影响氧传递速率，从而影响到供氧。

(1) 影响推动力的因素

温度，推动力随着发酵液温度的升高而下降。

溶质 a.电解质 在溶液中，由于发生盐析作用使氧的饱和溶解度降低，推动力随着发酵液中电解质浓度的增加而下降。

b.非电解质 氧的溶解度一般随着溶质浓度的增加而下降 c.混合溶液

溶剂：发酵过程中，通常使用的溶剂为水。由于氧在一些有机物中的溶解度比水中高，因此实际发酵过程中也可以通过合理添加有机溶剂来降低水的极性从而增加溶解氧的浓度。

氧分压：增加氧分压也能 通过提高氧的溶解度来增加氧传递的推动力。方法之一是提高空气总压，即增加罐压，相应的氧溶解度也得到提高。方法之二是保持空气总压不变，提高氧分压，即改变空气中氧的组分浓度，

如进行富氧通气，但此方法成本较高。 （2）影响KLa的因素

KLa与以下因素有关：

设备参数 发酵罐的形状结构、搅拌器、挡板、空气分布器等参数，

通常以搅拌器直径d作为基本参数。

操作条件 通气表观线速度Ws、搅拌转速N、搅拌功率Pw、发酵体

积V、液柱高度HL，通常以Ws，N作为基本参数。

发酵液性质 发酵液的密度 ，黏度，界面张力及扩散系数

(1) 操作条件的影响 搅拌的影响 通气的影响

（2）设备参数的影响 （3）发酵液性质的影响

表面活性剂 由于消泡用的油脂是具有亲水端和疏水端的表面活

性物质，加入发酵液后分布在气液界面，会增大传递阻力，使KL下降。

离子强度 在同一气液接解反应器中，相同的操作条件下，电解质溶

液的KLa比水大，而且随电解质浓度的增加，KLa也有较大的增加。

菌体浓度 菌体浓度的增加会使KLa变小

氧在传递过程中的传质阻力：

气膜传递阻力 气液界面的传递阻力 液膜传递阻力 液相传递阻力 细胞或细胞团表面的液膜阻力 固液界面传递阻力 细胞团内的传递阻力 细胞膜和细胞壁阻力 细胞内反应阻力

3.什么是临界饱和溶氧浓度，临界溶氧浓度以及氧饱和度？ Answer：

临界饱和溶氧浓度是指满足发酵微生物正常生长最大的溶解氧浓度，超过这一浓度则会影响微生物的正常生长。

临界溶氧浓度是指满足微生物呼吸的发酵液中最低溶氧浓度。在临界溶氧浓度以下，微生物的呼吸速率随溶解氧浓度降低而显著下降。

氧饱和度是之培养液中当前实际溶解的氧占其溶氧饱和状态下氧的比例。

4，影响微生物需氧的因素有哪些？如何调节摇瓶发酵的供氧水平？如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平？ Answer:

影响微生物需氧的因素有很多，包括微生物本身的遗传特征，其所处的培养基的成分和浓度，菌龄的大小，发酵的条件包括温度PH以及发酵过程中的一些有害代谢物的积累，最后还与微生物的代谢类型相联系。

对于摇瓶发酵，要改变其供氧水平，主要是通过改变摇床的摇动频率来实现的。

对于通气搅拌发酵，可以通过以下一些方式改变其供氧水平，比如改变通入的空气中氧气的浓度，改变通气速率，实际生产中更多的采用的是改变搅拌的转速。