提出的问题：发酵工程是利用现代技术，通过微生物功能过程进行发酵，进而生产出人类广泛需要的产品的工程。 发酵工程广泛应用于药品生产、食品加工、废物处理等多个领域，正在带动我国生物技术产业的发展。 例如，抗生素的生产就严重依赖发酵技术。 生物工程发酵常常伴随着泡沫问题，可以用发酵消泡剂来处理。 在发酵工程的发酵罐中，“消泡剂”出现在浙江科技版教材中，如下图。 为什么要添加消泡剂？ 产生气泡的原因是什么？ 消泡的方法和原理有哪些？
发酵罐发酵过程中，由于通风搅拌、代谢气体的产生以及蛋白质、油脂、脂肪酸等表面活性物质的存在，发酵液会产生一定量的泡沫。 少量的泡沫是正常的，也可以增加气液接触面积，提高氧传递率。 但大量的泡沫会给好氧发酵带来一系列的影响。 气泡的产生是一个复杂的过程，涉及多种因素的共同作用。 通过工艺参数的合理管理和调整，可以有效控制和利用发酵工程中的泡沫。
一、发酵过程中产生泡沫的原因
(1)泡沫的产生与通风条件和搅拌速度有关。 泡沫随着通气和搅拌速度的增加而增加，因此当泡沫过多时，可以降低通气和搅拌速度。
(2)培养基配比及原料成分：当培养基的营养成分含量高，特别是蛋白质含量高时，会产生较多的泡沫。 同时，培养基的粘度和浓度也会影响泡沫的稳定性和数量。 糖类物质本身起泡能力较差，但可以增加培养液的粘度，保持泡沫的稳定性。
(3)细菌细胞的生长状况：当细菌细胞生长旺盛时，会产生较多的泡沫。 随着发酵过程的进行，当营养基质被消耗时，泡沫量可能会减少，直到细菌自溶并释放出更多的蛋白质，此时泡沫会再次增加。
(4)培养基的灭菌方法及灭菌温度和时间：这些因素会影响培养基的性质，从而间接影响其发泡能力。
2、发酵过程中泡沫的危害
(1)降低生产率：在发酵罐中，为了容纳泡沫、防止溢出，会故意减少填充量，影响生产率。
(2)原料浪费：一旦设备容积无法容纳多余的泡沫，泡沫就会溢出，造成原料损失，造成浪费。
(3)造成细菌污染：如果液体因泡沫增多而逸出，培养基就会粘在排气管上，造成杂菌生长。 这些杂菌就会生长到发酵罐中，造成细菌污染。
（4）影响细菌的呼吸：如果气泡太稳定，不破裂，随着微生物的呼吸，气泡中就会充满二氧化碳，无法与空气中的氧气进行交换，最终会影响细菌的呼吸作用。细菌。
3、发酵过程中的泡沫消除方法
目前工业生产中的消泡方法主要有机械消泡和消泡剂消泡。 在发酵过程中，有很多因素会导致泡沫的形成。 为了控制泡沫的产生，需要了解所使用的细菌种类和产品特性，并据此选择合适的消泡方法和消泡剂。 过多的消泡剂会积聚在细胞表面，阻碍细菌对氧气和营养物质的吸收。 因此，需要综合考虑消泡方法以及消泡剂的种类和用量来控制消泡。
(1)机械消泡
利用强烈的机械振动或压力变化来打破泡沫是利用物理效应消除泡沫的一种方法。 机械消泡方法中，最简单的是在搅拌轴上层安装消泡桨，利用外力将泡沫压碎，达到消泡的目的。 优点是发酵液中不需要添加其他物质，不仅节省了原料，还降低了杂菌污染的风险。 但消泡效果较差，不能从根本上消除造成泡沫稳定性的因素，因此只能作为消泡的辅助方法。
(2)消泡剂消泡
消泡原理：当泡沫表面存在极性表面活性物质形成双电层时，可添加另一种带相反电荷的表面活性剂以降低其机械强度，也可添加一些高极性表面活性剂。 物质与发泡物质竞争液膜上的空间，降低液膜的机械强度，从而导致泡沫破裂。 当泡沫的液膜表面粘度较大时，可添加某些分子内聚力较小的物质，以降低液膜的表面粘度，从而促进液膜中液体的损失，导致泡沫破裂。
消泡剂性能：好的消泡剂可以同时具有以上两种性能，即能同时降低液膜的机械强度和降低液膜的表面粘度。 另外，为了使消泡剂易于在泡沫表面铺展，消泡剂必须具有小的表面张力和水溶性。 但消泡剂使用不当时，会干扰微生物的代谢，影响生物合成。
消泡剂的种类：发酵工业中常用的消泡剂有天然油类、聚醚类、有机硅类和高级醇类等。 还有一种聚醚改性聚硅氧烷消泡剂，它综合了聚醚消泡剂和有机硅消泡剂的优点，且无毒无害。
问：发酵工程在工业生产中应用广泛，其生产流程如下图所示。 根据赖氨酸或谷氨酸的实际生产情况回答相关问题。
(1)人为控制微生物代谢的措施包括和。 目前已利用①选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的新菌株。
(2)发酵过程中，产物不断产生。 这表明发酵方法可用于生产赖氨酸或谷氨酸。 在生产过程中，由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌株，往往需要增加氧气量。 当发酵产生的产物为代谢物时，必须采用②等分离纯化方法进行提取。
答：（1）改变微生物遗传特性，控制黄色短杆菌生产过程、诱变、育种中的各种条件（2）好氧菌提取（或蒸馏或离子交换等）连续培养
分析：（1）人工控制微生物代谢包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件等方法。 目前，除了通过基因工程和细胞工程培养的工程菌外，现有的菌株选育方法还包括诱变。 通过选育，成功选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌菌株来生产谷氨酸。 (2)生产中常采用连续培养方法，实现谷氨酸或赖氨酸的连续生产； 由于生产过程中需要增加氧合，用于生产赖氨酸或谷氨酸的黄色短杆菌属需氧菌； 由于发酵产生的产物是代谢物，常采用萃取、蒸馏、离子交换等方法进行分离纯化。
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