发酵工程复习重点

第一章

1 发酵的概念

传统概念：指酵母作用于果汁或发芽谷物，进行酒精发酵时产生CO2的现象。

生物学概念：发酵是指微生物在无氧条件下分解代谢有机物质开释能量的过程。（生化）工业生物学家概念：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

现代概念：培养生物细胞（含动植物和微生物）来制取产物的所有过程

2 生物工程（Microbial engineering ）是利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直截了当应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代DNA 重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并进展起来的现代发酵技术。

发酵工程的进展简史

1、传统的发酵时期——天然发几千年

酒（古埃及龙山文化）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等

特点

多数产品为嫌气性发酵

非纯种培养

单凭体会传授技术，使产品质量不稳固

（不了解微生物与发酵的关系）

2、近代发酵工程时期——纯培养技术

1665 英国物理学家Robert Hooke（罗伯特·胡克）细胞壁

1680 荷兰列文·虎克(Antonie vanLeeuwenhoek) 活细胞人类认识到微生物的存在

特点

多数产品为嫌气性发酵

非纯种培养

单凭体会传授技术，使产品质量不稳固

（不了解微生物与发酵的关系）

由天然发酵时期转向纯培养发酵（第一次转折

过程特点

产品的生产过程较为简单，对生产要求不高，规模不大

3、近代发酵工程时期——深层培养技术

显现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志青霉素的发觉与大量需求

表面培养法(surface culture) 效价40U/mL，纯度20%，收率30%

二战期间，青霉素发酵生产成功

青霉素发酵生产的成功，给发酵工业带来两大功绩：

开拓了以青霉素为先锋的庞大抗生素发酵工业

建立深层培养法（submerged fermentation），把通气搅拌技术引入发酵工业。它使得需氧菌的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。通气搅拌液体深层发酵技术是现代发酵工业最要紧的生产方式

机械搅拌通气发酵技术的建立是第二次转折

4、近代发酵工程时期——代谢操纵发酵技术

定义：以动态生物化学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某种产品的突变株，再在人工操纵的条件下培养，即能选择性地大量生产人们所需要的物

质。

1956 日本人Kinoshita（木下祝郎）谷氨酸发酵

已用于氨基酸、核苷酸、有机酸以及一部分抗生素的发酵代谢操纵发酵技术的建立是第三次转折

5、近代发酵工程时期——连续化、自动化发酵技术

6、近代发酵工程时期——开拓发酵原料时期

7、现代发酵工程时期——现代分子生物学技术

定义：应用分子生物学和分子遗传学的方法，人为的将任意生物的特定又有用的遗传基因组合到特定微生物的基因中去，在分子水平上选育新的物种，制造新的微生物，从而达到定向改变自然界微生物所不能合成的产物。（基因工程时期）

现代分子生物学技术的应用是第四次转折

初级代谢产物：

指微生物从外界吸取各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成坚持生命活动所需要的物质，如氨基酸、核苷酸、脂类、有机酸、糖等，即为初级代谢产物

次级代谢产物：

指某些微生物在一定的生长时期（通常是稳固期），能合成一些具有特定功能的产物，而这些产物与微生物的生长繁育无明显关系，如抗生素、色素、生物碱、胞外多糖等，即为次级代谢产物

比较初级代谢产物和次级代谢产物

初级代谢产物：

与菌体生长相相伴的产物，

氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、溶剂

菌体对其合成反馈操纵严密，一样只是量积存

次级代谢产物：

与菌体生长不相相伴，以初级代谢产物为原料而合成

抗生素、生物碱、毒素、胞外多糖等

结构常较复杂对环境条件敏锐

甾体转化

化学转化：步骤繁多、得率低、价格昂贵（Savett, 576kg脱氧胆酸，30多步反应，两年→938mg醋酸可的松）

生物法：高效、收率高（1952年，Munrry等，黑根霉，仅1步就将孕酮11位上导入一个羟基，使从孕酮合成皮质酮只需3步，如此才使可的松问世）

第二章

发酵工业对微生物菌种的要求

1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并形成所需的代谢产物，产量高

2、能够在易于操纵的培养条件下迅速生长和发酵，且所需酶活力高

3、依照代谢操纵的要求，选择单产高的营养缺陷型突变株或调剂突变株或野生菌株

4、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体

5、菌种纯，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳固性

6、菌种不是病原菌，不产生有害的生物活性物质和毒素，以保证安全

细菌、酵母菌、霉菌和放线菌

细菌1、枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis生芽孢、需氧菌，G+，30-39℃，pH6.7-7.2分布广，常存在于枯草、土壤等，一样为腐生菌；生产各种酶制剂：如淀粉酶和蛋白酶

2、大肠杆菌Escherichia coli可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在工业上被用来进行谷氨酸的定量分析基因工程的专门好材料

3、乳酸杆菌(Lactobacillus sp.)革兰氏阳性，无芽孢，厌氧或兼性厌氧可生产乳酸干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作

6、醋酸杆菌 (Acetobacter)不形成芽孢，G－，好气性分两群：

1）只将乙醇氧化成醋酸

2）将产生的醋酸连续氧化成CO2和水可生产醋酸

7、棒状杆菌 (Corynebacterium)以葡萄糖为原料发酵产生酸，是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌生产谷氨酸等

9、黄单胞菌 (Xanthomonas)细胞直杆状，G－，无芽孢，极生鞭毛在含蔗糖的琼脂平板上形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄色菌落；液体培养形成黄色粘稠的胶状物——荚膜多糖，其黄色为一种水溶性色素野油菜黄单胞菌(X. campestris) 能够淀粉生产黄原胶(Xanthan gum)

放线菌

链霉菌属 ( Streptomyces )

灰色链霉菌(Streptomyces griseus)生产链霉素

金霉素链霉菌(Streptomyces aureofaciens)在PDA培养基上生长时，基内菌丝产生金黄色色素

生产金霉素红霉素链霉菌(Streptomyces erythreus)产红霉素

龟裂链霉菌(Streptomyces rimosus)菌落灰白色，表面后期有皱折，呈龟裂状生产土霉素

小单胞菌属(Micromonospora)

与一样放线菌不同，菌丝体长入培养基内，不形成气生菌丝，而在基内菌丝体上长出孢子梗，其顶端生一个球形、椭圆形孢子。菌落致密，与培养基紧密结合在一起，表面凸起，多坎坷，疣状；菌落常为橙黄色、红色、深褐色、黑色和兰色。

酵母菌

啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)

啤酒酵母在液体培养基中的生长行为有两类

上面酵母——发酵度较高，不易凝集沉淀，浮于上面

下面酵母——发酵度较低，易凝集沉淀

啤酒酵母的应用专门广，常用于传统的发酵行业，如啤酒、白酒、果酒、酒精、药用酵母、面包制作，故又称酿酒酵母。

5、假丝酵母(Candida)能形成假丝，液体培养时能形成浮膜

可生产SCP、甘油、脂肪酶

毕赤氏酵母( Pichia )

霉菌曲霉Aspergillus

米曲霉( Aspergillus oryzae )有较强的蛋白分解能力，同时又具有糖化能力；酿酒中的糖化菌；蛋白酶和淀粉酶的生产菌；还能够用于L-乳酸的生产黑曲霉( Aspergillus niger )

1具有多种强大的酶系，如淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶和葡萄糖氧化酶等；

2还能产生多种有机酸，如抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖酸和没食子酸等

3是生产柠檬酸和葡萄糖酸的重要菌种

产黄青霉( Penicillum chrysogenum )生产青霉素，也可用来生产葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸

橘青霉( P. citrinum ) :

许多菌系可产生橘霉素，也能产生脂肪酶、葡萄糖氧化酶和凝乳酶

微生物工程工业生产水平的三个决定要素:

1生产菌种的性能

2发酵和提取工艺条件

3生产设备

分离与选择菌种的具体做法一样分4个步骤：

样品采集增殖培养纯种分离生产性能测定

富集(enrichment)培养

是在目的微生物含量较少时，依照微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，制造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁育，数量增加，由原先自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，以利分离到所需的菌株。

目的菌种的分离与选择

分离的效率取决于培养基养分、pH值和加入的选择性抑制剂

通常有两种方法

1 涂布法

将菌液梯度稀释后以灭菌的涂布器涂布于平板培养基表面。（易污染菌落，且一种菌/平板）

2 影印平板法

把长有许多菌落的母培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的圆木柱上，然后把这一“印章”上的细菌一次接种到一系列选择培养基平板上。（不适用不长孢子的链霉菌和游动细菌）

可显著提高分离选择效率的方法有

1、透亮圈法

在平板培养基中加入溶解性较差的底物，使培养基混浊能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透亮圈，圈的大小初步反应菌株利用底物的能力。

2、变色圈法

关于一些不易产生透亮圈产物的产生菌，可在底物平板中加入指示剂或显色剂，使目的微生物菌落周围出现变色圈，从而能被快速鉴别出来；

3、生长圈法

通常用于分离选择氨基酸、核苷酸和维生素的产生菌

将待检菌涂布于高浓度指示菌并缺少所需营养物的平板上进行培养，若某菌株能合成平板所需的营养物，在该菌株的菌落周围便会形成一个混浊的生长圈

4、抑菌圈法

常用于抗生素产生菌的分离选择

据估量，选择1万个菌株才能得到1株有用的抗生素产生菌；因此，设计一个准确、快速的选择模型十分重要。

抑菌圈法是常用的初筛方法。若被检菌能分泌某些抑制菌生长的物质，如

抗生素等，便会在该菌落周围形成指示菌不能生长的抑菌圈

菌种选育定义：

应用微生物遗传和变异理论，用人工方法(或自然变异的方法)造成变异，再通过选择以得到人们所需菌种的过程。菌种选育的目的是：a.为了不断提高发酵工业产品的产量和质量；b.增强对所用原辅料的适应性；c.增强对不良培养条件的抗击；d.缩短生产周期；e.简化发酵和下游处理工艺。

诱变育种确实是利用物理或化学诱变剂等处理平均分散的微生物细胞群，促使其突变率大幅度提高，然后采纳简便、快速和高效的选择方法，从中选择少数符合育种目标的突变株用于生产和研究

表型拖延现象：指某一突变在DNA复制和细胞分裂后，才在细胞表型上显示出来，造成不纯的菌落的现象。（如多核）

生理性延迟现象：菌体尽管发生了突变，同时突变基因由杂合状态变成了纯合状态，但仍旧不表现突变性状。如营养缺陷型

凡能引起生物体遗传物质发生变异的因素，统称诱变剂

分为物理化学生物诱变剂（亚硝酸盐）

菌种退化通常指在较长时期传代保藏后，菌株的一个或多个生理性状和形状特点逐步减退或消逝的现象。

防止菌种退化的方法

操纵传代次数

合理的育种：单核（幸免表型延迟）

选用合适的培养基

制造良好的培养条件

采纳有效的菌种保藏方法及多种保藏方法

菌种的复壮

在菌种的生产性能尚未衰退前，就经常有意识的进行纯种分离和生产性能的测定工作，从而逐步提高菌种的生产特性。（广义）

概念：在菌种已发生衰退的情形下，通过纯种分离和测定生产性能等方法，从衰退的群体中找出少数尚未衰退的个体，从而达到复原该菌原有典型性状的目的。（狭义）

菌种复壮的方法

退化菌种的复壮：稀释分离法、平板划线法、组织分离法

通过寄主进行复壮：适用退化的寄生型微生物

联合复壮：诱变育种

菌种保藏

要紧是依照菌种的生理、生化特性，在人工制造的条件下，使其代谢活动处于不爽朗的休眠状态，生长繁育受到抑制。如此也减少了菌种的变异率。

方法1真空冻干保藏2蒸馏水悬浮法3矿物油中浸没保藏4干燥载体保藏种子扩大培养

指将储存在沙土管、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，再通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

种子的制备过程分两个时期：实验室种子制备、生产车间种子制备

实验室种子制备

1、孢子的制备：适用于产孢子能力强及孢子发芽、生长繁育快

细菌孢子的制备：C限制，N丰富；

霉菌孢子的制备：大米、小米、麸皮、麦粒等放线菌孢子的制备：含适合产孢子的物质组成，如麸皮、豌豆浸汁、蛋白胨及无机盐等

如：谷氨酸棒杆菌、青霉、龟裂链霉菌

2、液体种子的制备：产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌种

好氧培养：如产卡那霉素的S.kanamuceticus（卡那链霉菌）用摇瓶液体培养法。斜面试管→三角瓶→摇床→种子罐

厌氧培养：如酵母菌斜面试管→三角瓶→卡式罐→种子罐

生产车间种子的制备

1、种子罐的作用：

使孢子发芽，生长繁育成菌（丝）体

保持种子的活力

保证种子的数量

2、种子罐级数的确定

种子罐级数是指制备种子需逐级扩大培养的次数，菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁育速度，所采纳发酵罐的容积

如：细菌，二级；霉菌，三级；放线菌，三级或四级

3、确定种子罐级数需注意：

种子级数越少越好。简化工艺和操纵，减少染菌太少，导致接种量小→发酵时刻长，降低生产率，增加染菌机会级数随产物的品种及生产规模确定。但工艺或其他条件改变（如工程菌）时，也有可能阻碍级数

二、种子质量的操纵（重要）

阻碍孢子质量的因素及操纵

阻碍因素通常有：培养基、培养条件、培养时刻和冷藏时刻等

培养基原材料（要紧缘故）：产地、品种、加工方法、用量等无机离子水质解决的措施：

1培养基所用原料要通过发酵试验合格才可使用

2严格操纵灭菌后培养基的质量

3斜面培养基使用前，需在适当温度下放置一定时刻

4单一氮源（生产），较复杂的有机氮源（选种或分离）

培养条件

温度：有显著阻碍。如龟裂链霉菌在高于37℃培养→C代谢↓、氨基氮回升提早、菌丝过早自溶、效价降低等

措施：严格操纵孢子斜面的培养温度

培养时刻和冷藏时刻

培养时刻：衰老的孢子不如年轻的孢子，过于衰老的导致生产能力下降措施：严格操纵在孢子量多、成熟、发酵产量正常时期终止培养

湿度：对数量和质量有较大阻碍。措施：严格操纵孢子斜面的培养湿度冷藏时刻：对孢子的生产能力有阻碍。如灰色链霉菌在6℃冷藏2个月比1个月发酵单位下降18%；3个月下降35%

措施：依照生产打算有规律的培养成熟孢子

阻碍种子质量的因素及操纵

阻碍因素通常有：孢子的质量、培养基、培养条件、种龄、接种量等

培养基

1营养成分适合种子培养的需要

2选择有利于孢子发芽和菌体生长的培养基

3营养上要易于被菌体直截了当吸取和利用

4营养成分要适当丰富和完全，N和Vitamin要高

5最后一级种子罐的培养基成分应尽可能与发酵培养基相同

培养条件

温度：选择最适温度

通气量：选择适宜的通气量

种龄定义：指种子罐中培养的菌（丝）体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时刻

通常以处于生命力极旺盛的对数生长期，菌体量还未达到最大值时的培养时刻较为合适

接种量定义：指移入的种子液体积占接种后培养液体积的比例

接种量大能够缩短发酵周期

接种量的大小决定生产菌种在发酵罐中生长繁育的速度

采纳较大接种量的优缺点：

优点：

–缩短延滞期和对数期的时刻，产物形成速度加快；

–种子液中大量的体外水解酶有利于原料的利用

–菌量大，可减少污染杂菌机会

缺点：

–菌体生长过快，培养液粘度增加溶氧不足，阻碍产物合成

–培养种子费工费时

–同时也移入了过多的代谢废物，阻碍正常发酵

生产中通常进行两项检查

菌种稳固性的检查（选择）

无杂菌检查

种子质量标准细胞或菌体生化指标产物生成量酶活力

第三章

培养基按生产工艺分

孢子培养基种子培养基发酵培养基

1）孢子培养基

供制备孢子用的，要求此种培养基能形成大量优质孢子。常用固体培养基

孢子培养基差不多要求：

差不多要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质孢子，且不易引起菌种发生变异。

配制时需注意：

A）营养不要太丰富（专门是有机氮源），否则不易产孢子。

C）注意pH和培养基的湿度。

常用孢子培养基：

麸皮培养基小米培养基玉米碎屑培养基大米培养基

用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制的琼脂斜面培养基

2）种子培养基

供孢子发芽或菌体生长繁育用的，营养成分应容易被菌体吸取利用。营养要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，如此可达较高的溶解氧，供大

量菌体生长和繁育。种子培养基的成分要考虑在代谢过程中能坚持稳固的pH，其成分还要依照不同菌种的要紧特点而定。

一样种子培养基都用营养丰富而完全的天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。但无机氮源容易利用，有利菌体的迅速生长，因此在种子培养基中常包括有机氮源和无机氮源。

最后一级的种子培养基的成分最好能较接近于发酵培养基，如此可使种子进入发酵培养基后能迅速适应，快速生长。（营养成分要求速效）

氮源

凡是作为微生物细胞结构或代谢产物中氮的来源的营养物质，都称为氮源

有机氮源豆饼（粕）粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米浆、尿素、蛋白胨、酵母膏、牛肉膏等

无机氮源铵盐、硝酸盐等

无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，为速效氮

蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸取利用，属迟效氮

在常用的无机氮中，象硫酸铵那样被微生物代谢后形成酸性物质的，为生理酸性物质；

硝酸钠被同化时则引起培养液pH上升，为生理碱性物质

前体(precursor)：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直截了当被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，然而产物的产量却因此有较大的提高。

淀粉水解糖的制备

酸解法（acid hydrolysis method）

以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。

优点生产简易,对设备要求简单;水解时刻短; 设备生产能力大等优点。

缺点: 要求有耐腐蚀，耐高温、高压的设备; 副反应的发生，这将造成葡萄糖的缺失而使淀粉转化率降低; 对淀粉原料要求严格，淀粉颗粒不宜过大,大小要平均；颗粒大，易造成水解不透彻；淀粉乳浓度也不宜过高,浓度高,淀粉转化率低。

酶解法（enzyme hydrolysis method）是用酶将淀粉水解为葡萄糖。（双酶水解法）

酶解法可分两步：

第一步：利用α-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖，使淀粉的可溶性增加，此过程称“液化”；第二步：利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖，此过程称“糖化”。

双酶法优点：

1）淀粉水解是在酶的作用下进行的，酶解反应条件温顺，对设备要求较低。

2）微生物酶作用的专一性强，淀粉的水解副反应少，因而水解糖p液H纯6.度0-7高.0，；淀用粉糖的化转酶化，率反（应出温糖度率50）-60高°。C，pH3.5-5.0

3）可在较高淀粉乳浓度下水解，且可采纳粗原料。

4）酶法制得的糖液色浅、较纯洁、无苦味、质量高。

双酶法缺点：

酶解反应时刻较长（需2-3天），要求的设备较多，需具备专门培养酶的条件，由于酶本身是蛋白质，易造成糖液过滤困难。

酸酶结合法

酸酶法淀粉———糊精或低聚糖+（糖化酶

葡萄糖值（DE值; dextrose equivalent value ）——指葡萄糖（所有测定的还原糖都当作葡萄糖）占干物质的百分率，用于表示淀粉水解程度及糖化程度。

酸酶法特点

1液化速度快；2糖化是由酶来进行的，对液化液要求不高，可采纳较高的淀粉乳浓度，提

高生产效率；3用酸较少，产品颜色浅，糖液质量较高。

酶酸法淀粉+（α-淀粉酶）———糊精或低聚糖+（酸）———葡萄糖

酶酸法特点：

可用于粗原料淀粉，淀粉浓度也较酸法高，糖液色浅

培养基优化

1、确定起始培养基；

2、单因素试验,确定最适宜的培养基成分；

3、多因素试验，进行各组分之间浓度优化和最佳配比；

4、放大试验

5、确定最终培养基

第四章

按照不同的工业发酵方式分类：

依照微生物需氧或不需氧厌氧发酵好氧发酵

依照培养基是固态或液态液态发酵固态发酵

依照发酵位置是表面或深层表面发酵深层发酵

依照发酵是间歇或是连续进行（重点）分批发酵连续发酵补料分批发酵

依照菌种是否被固定游离发酵固定化发酵

依照所用的菌种是单一或多种单一纯种发酵混合发酵

分批发酵定义：营养物和菌种一次加入进行培养，直到终止放罐，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换。

特点

操作简单，除了操纵温度、泡沫和pH及通气以外，不进行任何其他操纵

从细胞所处的环境看，发酵初期营养物质过多，可能抑制微生物生长；发酵中后期又可能因为营养物减少而降低培养效率

从细胞的增殖来看，初期浓度低，增长慢；后期浓度高，但营养物浓度低，也生长不快；总的生长能力不是专门高。

分批发酵的具体操作过程

种子培养系统开始工作（空消、实消）接种（摇瓶种子接入种子罐）培养（同时进行主发酵罐的预备工作，若为大型发酵罐，则对培养基连消）种子转移到主发酵罐中发酵（操纵温度、pH值；搅拌和通气）终止后提取、精制

补料分批发酵

定义：是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术，又称半连续发酵。

分两种类型：

单一补料分批发酵：在开始时投入一定量的基础培养基，到发酵过程的适当时期，开始连续补加碳源、氮源和其他的必需基质，直到发酵液体积达到发酵罐最大操作容积后，停止补料，最后将发酵液一次全部放出。

特点：受罐容积的限制

反复补料分批发酵：在单一补料分批发酵的基础上，每隔一定时刻按一定比例放出一部分发酵液，使发酵液体积始终不超过发酵罐的最大操作容积，从而在理论上能够延长发酵周期，直至发酵产率明显下降，才最终将发酵液全部放出。

特点：保留了优点，幸免了缺点

补料分批发酵的优点

同分批发酵相比：

能够解除营养物基质的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖效应；能够幸免在分批发酵中因糖过多，造成细胞大量生长，耗氧过多，以致通风搅拌设备不能匹配的状况；能够减少菌体量，提高有用产物的转化率。

葡萄糖效应：葡萄糖被快速分解代谢，所积存的产物在抑制所需产物合成的同时，也抑制了其它一些碳源、氮源的分解利用。（葡萄糖分解阻遏效应）

发酵工艺操纵

微生物发酵是一个复杂的生化过程，涉及诸多因素。

那个地点要紧讲温度、pH值、溶氧、泡沫及补料等因素对发酵的阻碍及其操纵

一、温度对发酵的阻碍及其操纵Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发±Q辐射

方法：罐壁调温夹层调温罐内调温

二、溶氧浓度对发酵的阻碍及操纵

1、供氧方面

1）增加空气中氧的含量，使氧分压增加，进行富氧通气

2）提高罐压

3）改变通气速率

4）增加搅拌速度

2、需氧方面

1）调整养料的浓度

2）调剂操纵温度

3、提高溶解氧的措施（重点）

1）搅拌是提高溶氧的重要的措施

2）在培养基方面：操纵限制因子，以降低菌的生长速率，限制菌对氧的大量消耗，提高溶氧水平

3）改善发酵液的黏度：降低黏度，增大流淌性，能有效的提高传质成效，专门是溶氧

染菌，是指在发酵培养基中侵入了有碍生产的其它微生物。

从染菌的现象分析染菌的缘故

1）从染菌的时刻分析

●早期（如接种后12 h或24 h），除了种子带菌外，主要是培养基或设备灭菌不完全。

●相反，中、后期染菌则可能与中间补料、设备渗漏以及操作不合理等有关，也可能是空气过滤器不严所致。

2）从污染的杂菌类型分析

●污染耐热的芽孢杆菌，多数是因培养基灭菌不完全或设备存在死角所致；

●污染无芽孢杆菌、球菌等不耐热菌，可能是从蒸汽的冷凝水中带来的，或空气系统不严造成。

3）从发酵罐及批次分析

大批发酵罐染菌是指整个工厂各个产品的发酵罐都显现杂菌现象，而且染的是同一种菌，要紧是空气过滤器除菌不净，空气带菌而造成的。

个别发酵罐连续染菌，较多地是由于设备问题而造成的。如阀门的渗漏或罐体破旧，专门是蛇形管的穿孔，有时不易察觉。有时设备破旧引起的染菌会显现每批染菌时刻前移现象。染菌通常通过3个途径发觉：无菌试验、发酵液直截了当镜检、发酵液的生化分析。其中无菌试验是判定染菌的要紧依据。

无菌试验方法有平板培养、斜面培养、肉汤培养等，其中以双碟和肉汤培养为主。

第五章

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

配套而又可靠的检测及操纵外表判定发酵设备好坏的唯独标准：能否适合工艺要求，获得最大生产效率

通用式发酵罐（机械搅拌通风发酵罐）

差不多条件

1、适宜的径高比。[高：直径约为1.7～4]

2、能承担一定的压力。

3、搅拌通风装置要能使气泡分散细碎、气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高O2的利用率。

4、应具有足够的冷却面积。[代谢产热]

5、发酵罐内应抛光，尽量减少死角。[幸免积污、染菌]

6、轴封应严密，尽量减少泄漏。

部分配件

1、搅拌器

机械搅拌的作用：（重点）

打碎空气气泡，增加气液接触面积，以提高气液间的传质速率；使发酵液充分混合，液体中的固形物料保持悬浮状态。

2、挡板

作用：改变液体的方向，由径向流改为轴向流，使液体猛烈翻动，增加溶解氧。

3、空气分布装置

作用：通入无菌空气并使分散平均

位置：罐底中央

类型：

环形管：环径=0.8 d; 多喷孔，向下；易堵

单管式：普遍采纳向下的管口距罐底约30～60mm 分散器（防止空气喷击、蚀穿罐底）灭菌

一、空罐灭菌

1、目的：

1）排除罐内死角，确保下一批发酵的成功

2）杀灭与罐直截了当相通的各管路、阀门的微生物

2、步骤：（热蒸汽法）

1）先完全清洗

作用：a）有利于排除死角

b）免于料受热（专门是干热的部位）干焦于罐体、管或阀门

2）从底部通入蒸汽3）排冷气

4）升压打开各个需灭菌的管路、放气阀等（如接种管、取样管、空气进管、流量计等）5）保压通常1kg/cm2, 30~60min

6）降温关闭各放汽阀、进汽阀；然后慢慢放汽，或自然冷却，或泵循环水加速冷却

二、实罐灭菌

1、在进行培养基灭菌之前，通常应先把发酵罐的分空气过滤器灭菌并用无菌空气吹干。

2、预热向夹套或蛇管中通入蒸汽，间接将培养基加热至70℃左右。

作用：利于糊化；减少冷凝水的生成；减轻噪音

3、开启蒸汽管，向培养基中通入蒸汽，升温。（3 4两步为升温时期）

4、罐压达1kg/cm2 (0.1MPa)时，装在发酵罐封头的接种管、补料管、消泡剂管等应排汽。

5、保温调剂好各进汽和排汽阀门，使罐压和温度保持在一稳固水平，坚持一定时刻。

在保温时期，凡进口在培养基液面下的各管道都应通入蒸汽；在液面上的其余管道则应排放蒸汽，如此才能保证灭菌完全，不留死角。

6、保温终止后，依次关闭各排汽、进汽阀；待罐内压力降至0.5～0.8kg/cm2时，向罐内通入无菌空气，向夹套或蛇管中通入冷水，使培养基降至所需温度。

通入无菌空气的作用：加速降温；保持罐内正压（降温时期）

第六章

一、啤酒生产的原料

以大麦为要紧原料，以其他谷物等为辅料，并添加少量啤酒花等。

1、大麦（主原料）

2、辅助原料辅料以不发芽谷类为主，如大米和脱胚玉米等

降低生产成本，提高啤酒的非稳固性，降低啤酒的色度，改善麦汁浸出物组成

3、酒花（hop）

酒花的功能：

1）给予啤酒香味和爽口苦味

2）增进啤酒泡持性和稳固性

3）与麦汁共沸时能促进蛋白凝固，利于澄清

4）增加麦汁和啤酒的防腐能力

酒花的成分：

1）α-酸具苦味和防腐能力，其多少是衡量酒花质量的重要标准

2）酒花油花粉内，味芳香；萜烯、酯类等

3）多酚物质能与蛋白结合，促进凝固沉淀（双重性——稳固、浑浊）

抗生素定义：由微生物(包括细菌、真菌、放线菌等)或动植物等在其生命活动过程中所产生的，或通过其他方法（生物化学或半合成）衍生的，在一定(低微)浓度下，具有抑制或杀灭病原体的一类化学物质。

依照微生物来源分类：

放线菌产生的抗生素：链霉素、金霉素等

真菌产生的：青霉素、头孢菌素类、灰黄霉素等

细菌产生的：短杆菌肽（地衣芽孢杆菌）

植物或动物产生的：大蒜素、乳铁蛋白(Lactoferrin)等

以放线菌产生的最多，真菌次之，细菌再次之，动植物专门少。放线菌中以链霉菌属产生的抗生素最多

依照抗生素的作用分类：

抗细菌类抗生素：青霉素族抗生素、头孢菌族抗生素、喹诺酮类抗生素等

抗真菌类：两性霉素B、制霉菌素等抗结核分枝杆菌类：氨基糖苷类等抗癌细胞类：丝裂霉素等抗病毒和噬菌体类：抗原虫类：灭滴虫素

依照抗生素的作用机制分类：

抑制细胞壁合成的抗生素：青霉素、头孢菌素、杆菌肽等

阻碍细胞膜功能的：多粘菌素、短杆菌素等

抑制核酸合成的：丝裂霉素、利福霉素等

抑制蛋白质合成的：链霉素、庆大、卡那等

抑制生物能作用的：抗霉素（antimycin）（抑制电子转移）

依照化学结构分类：

β-内酰胺类：青霉素、头孢菌素氨基糖苷类：链霉素、庆大、卡那等大环内酯类：红霉素、乙酰螺旋霉素等四环类：四环素、金霉素、土霉素等多肽类：多粘菌素、杆菌肽德国多烯类：制霉菌素、两性霉素B 苯烃基胺类：氯霉素等蒽环类：罗红霉素、正定霉素等环桥类：利福霉素等

青霉素的生产工艺

作用机理：抑制肽聚糖合成的第三时期只生长中的细胞有效，静止细胞无效

发酵工艺过程

1、生产孢子制备工艺

斜面种子：砂土孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的固体培养基进行培养

米孢子：移植到小米或大米固体培养基上，生长7天，25℃

注意：每批孢子必需进行严格摇瓶试验，测定效价及杂菌情形。

2、种子罐培养工艺

一级种子发酵：发芽罐，孢子萌发，形成菌丝。

培养基：葡萄糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油，消沫

剂等。空气流量1：3（体积比）；300-350rpm；pH自然，温度27±1℃,40h

二级种子罐：繁育罐，大量繁育。接种量10％

培养基：葡萄糖、玉米浆，玉米油，消沫剂等。1:1-1.5；250-280rpm；pH自然，25±1℃。10-14h 质量：菌丝致密，细小，III期，倍增期6-8h

3、生产罐培养工艺

三级罐：生产罐；接种量12-15％

培养基：花生饼粉，葡萄糖，尿素，硝酸铵，

硫代硫酸钠，苯乙酰胺，CaCO3, 玉米油,

参数条件：

通气量1：0.8-1.2；150-200r/min；前60小时:pH6.4-6.6，26℃；60小时后:pH6.7,24℃。

4、发酵培养与过程操纵

操作方式：补料分批式发酵

发酵罐：100M3，装料80M3.

带放:6-10次，带放量10％，间隔24h。

发酵周期：180-220h

添加青霉素侧链前体

时期：合成时期

种类：苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸

毒性：抑制细胞生长和青霉素合成。

策略：低浓度流加

浓度：苯乙酸0.1%，苯乙酰胺0.05-0.08%

操纵：保持供应速率略大于生物合成需要。

提炼工艺过程

1、预处理与过滤

青霉素的存在部位：发酵液

浓度较低：30－60Kg/M3（青霉素G钠盐0.6ug为1个IU ）

含有大量杂质：菌体细胞、核酸、杂蛋白质、细胞壁多糖等、残留的培养基、色素、盐离子、代谢产物等

目的：浓缩目的产物，去除大部分杂质，改变发酵液的流变学特点，利于后续的分离纯化过程。

预处理:发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白

2、萃取（溶媒萃取法）

目的：提纯浓缩萃取：2－3次。

原理：青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。

萃取剂：青霉素分配系数高的有机溶剂。工业上通常用：醋酸丁酯和醋酸戊酯。

萃取：2－3次。

3、脱色---活性炭脱色

目的：除去色素、热原

步骤：在BA液中加活性炭，除去色素、热原，过滤，除去活性炭

4、结晶----用丁醇共沸结晶法

发酵工程要点总结

第一章绪论发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞的培养，大量生成和积累特定的代谢产物或菌体的过程。发酵工程：是发酵原理和工程学的结合，是研究由生物细胞（包括微生物、动植物细胞）参与的工艺过程的原理的科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务于人类的一门综合性科学技术。这里所指的生物材料包括来自自然界微生物、基因重组微生物等以及各种来源的动物细胞和植物细胞。发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程第二章发酵设备固体发酵液体发酵（厌氧发酵，好氧发酵）厌氧发酵：酒精发酵罐好氧发酵：通风搅拌发酵罐通风搅拌发酵罐设备主要部件包括： 1罐身酒精发酵罐2电机 3搅拌器 4轴封 5消泡器 6联轴器 7中间轴承 8空气吹泡管（或空气喷射器） 9挡板 10冷却装置 1.罐体：罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。罐体上的管路越少越好 2.搅拌作用：打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率使发酵液充分混和。3挡板的作用：防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用； 4消泡器：利用机械的方法打碎气泡 5仪表：测量相关参数为什么压力表不用直管：会有培养基冲入，污染压力表；起不到缓冲作用；灭菌冷却后有冷凝水（含菌）掉入罐内，污染菌种，弯管液封，上面的杂菌不会掉入下面管道中。 6罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。发酵罐的灭菌（在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/cm2（160℃）。当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，计时25min时立即关掉蒸气阀。关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。升温降温时注意缓冲性灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染冬天温度低、散热快，低于30℃需加温。加温时蒸气由下进入、从上

发酵工程期末考试重点终极版

●发酵工程：以微生物、动植物细胞为生物作用剂进行工业化生产的工程，包括发酵工艺和发酵设备。 ●主要研究内容：菌种选育与构建、大规模培养基和空气的灭菌、大规模细胞培养过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反应器的优化设计和操作、发酵产品的分离纯化过程中的技术问题等。 ●发酵工程原理：指导发酵产品研究与开发，发酵工厂设计与建设以及发酵生产实践的理论。 ●初级代谢：是许多生物都具有的生物化学反应，蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢。 ●初级代谢产物：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、多糖等。 ●次级代谢：微生物以初级代谢产物为前提合成的对微生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程。 ●自然选育：不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程。 ●杂交育种：将两个基因型不同的菌株经吻合使遗传物质重新组合，分离和筛选具有新性状的菌株。 ●诱变育种：利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显着提高的基础上，采用简便、高效的筛选方法，从中挑选出少数符合目的

的突变株，以供科学实验或生产实践使用。 ●原生质体融合育种：两个亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞融合，接着两个亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。 ●前体：某些化合物加入发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而自身结构并没有明显变化，产物的产量却因前体的加入而有较大的提高。 ●抑制剂：某些化合物可以抑制特定代谢途径的进行，使另一种代谢途径活跃，获得人们所需产物的积累。如生产甘油加抑制剂亚硫酸钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。这样使乙醇代谢途径中的乙醛不能成为NADH 2(还原型辅酶I)的受氢体，而使NADH 2在细胞中积累，从而激活α－磷酸甘油脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH 2的受氢体而还原为α－磷酸甘油，其水解后即形成甘油。 ●促进剂：指那些既不是营养物质又不是前体，但却能提高产量的添加剂，如加巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。 ●灭菌：用化学或物理的方法杀灭或除掉物料及其器皿中所有的生命体。消毒是指杀死病原微生物的过程。 ●分批灭菌：培养基置于发酵罐中加热，达到预定温度后维持一段时间，再冷却到发酵所需温度的灭菌。

发酵工程总结

绪论：一、概念：发酵工程（Fermentation Engineering）指在最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。二、发酵工程研究的主要内容发酵工程主要包括代谢工程和发酵工艺两个主要内容具体来说它一般包括微生物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化酶，固定化细胞所做的反应器加工底物，以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。发酵工艺主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。四、发酵工程的特点一个完整的发酵过程包括：1材料的预处理2生物催化剂的制备3生化反应器及发应条件的选择与监控第二章：菌种的来源一、工业化生产菌种的要求 ?能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物 ?有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强 ?遗传性能要相对稳定 ?不易感染它种微生物或噬菌体 ?产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关） ?生产特性要符合工艺要求二、自然界中菌种分离的一般过程(步骤): 土样的采取→预处理→培养→菌落的选择→产品的鉴定. 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物. 三、采样时要注意的问题: 气候、水分、空气;来源要广;结合产品的特点;标签：地点、时间、气候等四、目的微生物富集的一些基本方法富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。富集的三种方案： ?定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的条件，进行培养。 ?当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分类学中考虑， ?不能提供任何有助于筛选产生菌的信息，这时只能通过随机分离的办法. 定向培养的方法物理方法：加热、膜过滤等但主要是通过培养的方法定向培养的富集方法 1、底物 2、pH条件 3、培养时间 4、培养温度等一切能提高目的微生物相对生长速度的手段，培养（固体、液体；分批连续）后使目的微生物在种群中占优势。五、菌落的选出 1.从产物角度出发：在培养时以产物的形成有目的的设计培养基利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素

发酵工程完整版考试复习资料

一、名词解释 1传统发酵工程：通过微生物生长的繁殖和代谢活动，产的生物反应过程。将DNA重组细胞融合技术、酶工程技综合对发酵过程控制、优化及放大指迄今所采用的微生物培养分离及培养微生物。（特别是极端微生物） 4富集培养主要方法：是利用不同种类的微生物其生长繁求不同，如温度、PH、培养基C/N 等，是目的微生物在最适条件下迅速生长繁殖，数量增加，成为人工环境下的优势种。方法：⑴控制培养基的营养成消毒仅仅是杀死生物体或非生物体表死营养细胞，而不能杀死细菌芽孢和真菌孢子等，特别适合与发酵车间的环境和发酵设备、器具的灭菌处理。灭菌杀灭所有的生命体，因此灭菌特别适的灭菌处理。法及其区别：湿热灭菌法：指将物品置高压饱和蒸汽、过热水喷淋等手段使微生物菌体中的蛋白质、核酸发生变性而杀灭微生物的方法。该法灭菌能力强，为热力灭菌中最有效、应用最广泛的灭菌方法。药品、容器、培养基、无菌衣、胶塞以及其他遇高温和潮湿不发生变化或损坏的物品，均可采用本法灭菌。干热灭菌法：指将物品置于干热灭菌柜、隧道灭菌器等设备中，利用干热空气达到杀灭微生物或消除热原物质的方法。适用于耐高温但不宜用湿热灭菌法灭菌的物品灭菌，如玻璃器具、金属制容器、纤维制品、固体试药、液用本法灭菌。即在规定温度下杀死一定比例的微生物所用 8致死温度：杀死微生物的极限温在致死微生物所需要对的致死时间。制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，基和所用设备一起（实罐灭菌）进行灭菌 10连续灭菌：将配制好的培养基向发酵罐等培养装置输热、保温盒冷却等灭菌操作过程。是指将冷冻干燥管，沙土管中处于休眠状入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而和质量的纯种的过程纯培养物称为种是指种子的龄：是指种子始移入下一级的培养是指移入的种子液体积和影响呼吸所能允许的最低溶氧浓 13稀释度D：单位时间内连续连续流入发酵罐中的新鲜的培养总体积的比值。把导致菌体开始从系统中洗出时的稀发酵过程中，引起温度变化的原因是由于生的净物在生长繁殖过程中，本身产生的耗氧培养的发酵罐都有一定功率的做机械运动，造成液体之间、液体与设备之间的摩擦，由此产生。依靠无菌压缩空气作为液体的提升力，翻动实现混合和传质传热过程。其特点是结构简单，无轴封，不易污染，氧传质效率高，能耗低，安装维修方便。缺点：不适合高粘度或含大量固体感菌体的生产。培养基中某些成分的加入有助于生长因子、前体。产物抑制和促进剂。微生物生长不可缺少的微量的有机物质，不是必需。 18前体：指加入到发酵培养基中能直接被微生物在生物到产物分子中去，其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因其加入而有较大提高的一类那些细胞生长非必需的，但加入量的一些物质，常以添加剂的形式 20 分批发酵（序批式发酵）：指一次性投料、接种直到发留在发酵罐内。在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基，培养液。搅拌器输入搅拌液体的功率，具用以客服介质阻力所需用的功率。 23供氧：指空气中的氧气从空气泡里通过气膜、气液界液体主指氧气从液体主流通内。生产菌种或选育过程中筛选出来的优良传代和保藏之后，群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。 25氨基酸发酵：指合成菌体蛋白质的氨基酸脱离其正常是对产品使污染物产生量、流失量和治理量达到最小，使资源充分利用。② 末端治理：把环境责任放在保护研究、管理等人员身上，产生的污染物的处理上，总是处于一种被动的、消极的地位。③因为工业生产无法完全避免污染的产生，推行清洁生产的同时还需要末端治理。二、选择填空 1染菌概率：在实际生产过程中，要实现每批次发酵都完染几乎是不可能的，一般采用“染菌概率” 一般为10-3 ①细菌②放线菌③酵母菌④霉菌⑤未培养采集样品→样品预处理→目的菌富酵性能鉴定→菌种保藏层的微生物数量最多，秋季采土样物理方法、化学方法、诱饵法。因突变；直接原因：连续传菌种保藏方法：①斜面低温保藏法②砂土管保藏法 ③冷液保藏法⑥液体石蜡保藏据微生物生理、生化特点，人为地于不活泼、生长繁殖受抑制的持菌种存活率②减少变异③保持优良性状 7液氮超低温保藏法：原理：在超低温（-130℃）状态下延续，且不发生加保护剂（甘油等）制成菌悬液封于安瓿管内温速度的冻结后，贮藏在-150～-190℃液氮冰箱内；特点：适合各类微生物①适合各类微生物②保存时间长③需特殊设备④操作较复杂 8培养基成分： ①碳源（糖类，导致PH下降；油和脂肪，，导致PH上升）②氮源（有机、无量元素④水⑤生长调节物质。 ⑴一般首先是通过单因子实验确定培养基成因子实验确定培养基个组分及其适宜的浓度；⑵响应面分析法对培养基进行优化①最陡爬坡实验 10检测染菌方法：镜检查法 ②平板划线培养检法④发酵过程异常现象观察法(溶 CO 2、粘度）。种子带菌②过滤空气带菌③设备的培养基霉菌不彻底⑤操作不当⑥噬干热灭菌法，湿热灭菌法，射线灭菌法，除菌法，火焰灭菌法 13空气除菌方法：辐射杀菌，加热杀菌，静电除菌，过乙醇发酵；部分相关型，中间复杂发酵类型：抗生 15DO值只是发酵与配合起OUR： CER：CO2 的产品的质量和经济效式、固定化、指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增加而漩涡基本消 18发酵罐构件：搅拌器，挡板，空气分布器，换热装置。罐的基本体积上升，单位发酵液清洁生产过程，清洁产品和理，改进生产工艺，废 20工艺技术改革方式：改变原料，改进生产设备，改革经济效益，环境效益，社会效，反应过程，后 23总成本费用=成本+销售费用+管理费用+财务费用 ①气泡与包围着气泡的液体之间体分子处于层流状态，氧气以浓度差方式透过双膜，任何一点的氧浓度氧分压相等；② 在双膜之间的界面上，氧分压与溶于液体中的氧浓度处于平衡状态；③氧传递过程处于稳定状态时，传递途径上各间而变化。为了提高分离效率，通常富集培养课增加数量。是为了获得大量的活力强的种子，以便中尽可能的缩短延迟期，种子最好是在对数生长期接种。 27. S0 为底物初始St为发酵时间为t时底物的残留小。、传热及混合效 30发酵罐放大极限为100级成本的20% ~30% 32酒精发酵原料：淀粉质原料、糖质原料、纤维质原料。三、简答 1影响微生物耗氧因素：①微生物本身遗传特征的影响菌龄④发酵条件⑤代谢类影响③碳氮比对菌体代谢调节的重要性④ PH对不同 3发酵工艺过程：①用作种子扩大培养及发酵生产的各种基、发酵罐及其附属设备的灭菌； ③扩大培养有活性的适量纯种，以一定比例形成大量的代谢产物；④控制最适的发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；⑤将产物提取并精制，以得到合格的产品；酵过程中所产生的三废物质。（P8图） ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且生量高、易于回收；②生长较快，发酵周期短；③培养条件易于控制；④抗噬菌体及杂菌污染的能力强；⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定；⑥对放大设备的适应性强；⑦菌种不是病原菌，不性物质和毒素。必须提供合成微生物细胞和发酵产少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质的转化率。③有利于提高产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。④有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。⑤尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化，并尽可能减少“三废”物质。⑥原料价格低廉，质量稳定，取材容易。⑦所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能 ①原材料质量：生产过程中经常其主要原因在于原材料质量波动；②培养温度：温度对多数微生物的斜面孢子质量有显著影响；③湿度：斜面孢子培养基的湿度对孢子的数量和质量都有较大影响。湿度低，孢子生长快；湿度高，孢子生长慢；④通气与搅拌：在种子罐中培养的种子除保证供给易于利用的营养物质外，应有足够的通气量，以保证菌种代谢的正常，提高种子的质量；⑤斜面冷藏时间：斜面冷藏时间对孢子的生产能力有较大影响，通常冷藏时间越长，生产能力降低越多；⑥培养基：一般来说，种子罐是培养菌体的，培养基的糖分要少而对微生物生长起主导作用的氮源要多，而且其中无机氮源所占比例要大些；⑦ pH：各种微生物都有自己生长和合成酶的最适pH，为了达到微生物的打了繁殖和酶合成的目的，培养基必须要保 ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且生量高、易于回收；②生长较快，发酵周期短；③培养条件易于控制；④抗噬菌体及杂菌污染的能力强；⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定；⑥对放大设备的适应性强；⑦菌种不是病原菌，不性物质和毒素。 ①分批作业操作简单，周期短，染菌程产品质量易控制；②不利于测定其过程动力学，存在底物限制或抑制问题，出现底物分解阻遏效应以及二次生长现象；③对底物类型及初始浓度敏感的次级代谢产物如一些抗生素等就不适合采用分批发酵； ④营养层分很快耗竭，无法维持微生物继续生长和生产； ①添加新鲜培养基，克服养分不足所延长对数期生长期，增加生物量等；②长时间发酵，菌种易变异，易染菌；③操作不当，新加入的培养基与原有培养基不易完全混合。 10补料分批发酵优缺点：①可以解除底物的抑制，产物应；③避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧量过多，以致通风搅拌设备不能匹配的状况；③菌体可被控制在一续的过度态阶段，可用来作为控制细胞质量的手段 ①无菌要求低；②菌体变异 11分批补料发酵的应用：①消除分解阻遏作用，保障通浓度培养基的抑制作用并延配置合适的培养基，调节培养基初始使其具有很好的缓冲能力；②培养过程中加入非营养物质的酸碱调节剂；③培养过程中加入基质性酸碱调节剂；④加入生理酸性或碱性盐基质；⑤将pH 控制与代谢结合起来，通过补料来控制pH。 13搅拌式、气升式结构特征及其应用：①搅拌式：带有机械搅拌的作用是使发酵液充分混合，保持液体中的固性物料呈悬浮状态，并能打破空气气泡以提高气液间的传氧速率。较适合对剪切力生长，不适于高粘度或含大量固体的培依靠无菌压缩空气作为液体的提升力，下翻动实现混合和传质传热过程，特点是结构简单、无轴封、不易污染、氧传质效率高、能耗低、安装维修方便。 14清洁生产与末端治理的比较：①清洁生产：是对产品使污染物量和治理量达到最小，使资源充分利用。② 把环境责任放在保护研究、管理等人员身上，产生的污染物的处理上，总是处于一种被动的、消极的地位。③因为工业生产无法完全避免污染的产生，推行清洁生产的同时还需 15味精清洁生产工艺优点：①取消离子交换工艺，减少温结晶，节约大量冷冻耗电；③因为采用闭路循环工艺，除了副产品中夹带少量目标产物外，没有其他损失，故产品得率高；④实现物料主体闭路循环，达到经济、环境和社会效应的三统一；⑤ 冷凝水可循环作为工艺用水，实现废水零排放。

微生物工程总复习整理

微生物工程总复习名词解释：15题共45分简答题： 7题共35分论述题： 2题共20分第一章概论微生物工程：将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。又称为发酵工程，是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。简述微生物工程发展简史（四个阶段特征） 1、天然发酵 2、纯培养技术——第一代发酵技术 3、深层培养技术——第二代发酵技术 4、微生物工程——第三代发酵技术简述微生物工程组成及研究内容 1、微生物工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程发酵工程下游工程 2、微生物工程研究内容（1）无菌生长技术；（2）计算机控制技术；（3）种子培养和生产培养工艺技术；（4）小试中试动力学模型；（5）发酵工程工艺放大。第二章生产菌种的来源试述生产菌种的来源及其分离思路来源：根据资料直接向科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。分离思路：依照生产要求、产物性质、菌种特性（分类地位及生态环境），设计各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生产用菌种若不慎污染杂菌，也必须重新进行分离纯化。筛选重点：抗生素及治疗作用的药物产生菌。试述生物物质产生菌的分离纯化和筛选步骤（1）定方案查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。（2）标本采集有针对性地采集样品。

（3）增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。（4）分离：利用分离技术得到纯种。（5）性能鉴定发酵性能测定进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适 pH值、提取工艺等。第三章微生物代谢调节及代谢工程新陈代谢（分解代谢、合成代谢）:新陈代谢（metabolism）是指发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和。即：新陈代谢=分解代谢+合成代谢分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力（或称还原当量，一般用[H]来表示）的作用。合成代谢：与分解代谢正好相反，是指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起合成复杂大分子的过程。分解代谢与合成代谢的含义及其间的关系可简单地表示为：酶活性调节：酶分子水平上的一种代谢调节，通过改变酶分子活性来调节新陈代谢的速率，包括：酶活性的激活和抑制两个方面。能荷：细胞 ATP、ADP、AMP可作为代谢反应功能的高能磷酸键的量度，通过 ATP、ADP、AMP三者的比例调节代谢。协同反馈抑制：指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式合作反馈抑制：两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。累积反馈抑制：每一分支途径的末端产物按一定百分率单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时，它们的抑制作用发生累积。顺序反馈抑制：当 E过多时，抑制 C→D，由于 C浓度过大而促使反应向 F、G方向进行，结果造成 G浓度的增高。由于 G过多抑制了 C→F，结果造成 C的浓度进一步增高。C过多又对 A→B间的酶发生抑制，从而达到反馈抑制的效果。通过逐步有顺序的方式达到的调节称为顺序反馈抑制。试述酶活性调节、合成调节的异同点酶分子水平上的一种代谢调节，通过改变酶分子活性来调节新陈代谢的速率，包括：酶活性的激活和抑制两个方面。酶活性激活系指在分解代谢途径中，后面的反应可被较前面的中间产物所促进。

发酵工程总结

1 绪论 1-1何谓发酵？生物化学和工业上的发酵有何不同？生物化学意义上的发酵是指细胞在无氧条件下，分解葡萄糖或有机物产生能量的过程。工业意义上的发酵是泛指利用培养细胞（包括动物、植物和微生物）获得产物的任何有氧或无氧的过程。 1-2何谓发酵工程？其主要内容是什么？请简述其与生物技术的关系。发酵工程是利用生物体为工业化生产服务的一门工程技术，即利用生物体的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物反应过程），获得产品的工程化技术。它是研究生物技术产业化的一门学科，其主体包括生物反应工程和产品提取、精制的下游工程。主要研究内容： 1）优良菌种的选育； 2）合适的生物反应工程包括生物反应过程的优化、反应器的选择和下游工程生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂（酶或细胞）的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。它包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等五大工程。生物技术的核心是基因工程，但又离不开发酵工程。发酵工程是基因工程和酶工程的表达，即大部分生物工程的产品均要通过发酵工程来完成。所以说，发酵工程在生物工程中是最关键的过程。现代发酵工程处于生物技术的中心地位，绝大多数生物技术的目标都是通过发酵工程来实现的。因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的研究对象。 1-3请简述发酵工程的发展史。 1）基因工程出现之前的时代（1982年前）； 1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐； 1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业； 1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立； 60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵； 2）基因工程出现后的时代（1982年后）。 80 年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株； 1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。组学的发展…… 系统工程和合成生物学…… 1-4 何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。

发酵工程知识点

第一章发酵工程概述一、发酵工程：是利用微生物特定的形状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用与工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。二、发酵工程简史： 1590 荷兰人詹生制作了显微镜 1665 英国人胡克制作的显微镜观察到了霉菌近代发酵工程建立初期 1864 巴斯德灭菌法 1856 psateur 酵母导致酒精发酵 19世纪末 Koch 纯种分离和培养技术三、发酵工程技术的特点（1）主体微生物的特点 ①微生物种类繁多，繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株； ②微生物酶的种类很多，能催化各种生化反应 ③微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源 ④可以用简易的设备来生产多种多样的产品 ⑤不受气候、季节等自然条件的限制等优点（2）发酵工程技术的特点 ①发酵工程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应能够在发酵设备中一次完成 ②反应通常在常温下进行，条件温和，耗能少，设备简单

③原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主 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 (3)发酵工程反应过程的特点 ①在温和条件下进行的 ②原料来源广泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物为主 ③反映以生命体的自动调节形式进行（同（2）①） ④发酵分子通常为小分子产品，但也很容易生产出复杂的高分子化合物四、发酵工程的一般特征 ①与化学工程相比，发酵工程中微生物反应具有以下特点：作为生物化学反应，通常在常温常压下进行，没有爆炸之类的危险，不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途 ②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，加入少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精制的必要，微生物本身就有选择的摄取所需物质 ③反应以生命体的自动调节方式进行因此数十个反应过程能够像单一反应一样，在称为发酵罐的设备内很容易进行 ④能够容易的生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域 ⑤由于生命体特有的反应机制，能高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化还原官能团导入等反应 ⑥生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质，因此除特殊情况外，发酵液等一般对生物体无害。 ⑦发酵生产在操作上最需要注意的是防止杂菌污染。进行设备的冲洗、灭菌，空气过滤

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1发酵:把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：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酶活性调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。3为什么要采用高浓度微生物的培养？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到很高的浓度，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倍以上高浓度细胞培养的方法:1流加培养2 高细胞浓度连续培养3菌体循环利用等 4四大工程:发酵工程 ( Fermentation )2 酶工程 (蛋白质工程) 3基因工程 4细胞工程 5菌种：用于发酵过程作为活细胞催化剂的微生物，包括细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类。 6具有生产价值的发酵类型有五种：①微生物菌体发酵；②微生物酶发酵；③微生物代谢产物发酵；④ 微生物的转化发酵； ⑤生物工程细胞的发酵 7初级代谢产物：在

菌体对数生长期所产生的产物，是菌体生长繁殖所必需的。8液体深层发酵优点：①液体悬浮状态是很多微生物的最适生长环境。②在液体中，菌体及营养物、产物（包括热量）易于扩散，使发酵可在均质或拟均质条件下进行，便于控制，易于扩大生产规模。③液体输送方便，易于机械化操作。④厂房面积小、生产效率高，易进行自动化控制，产品质量稳定。⑤产品易于提取、精制等。因而液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。 9自然选育在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程 10诱变育种：就是人为地利用物理或化学等因素，使诱变对象细胞内的遗传物质发生变化，引起突变，并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。 11表型迟延现象：突变基因的出现并不等于突变表型的出现，表性的改变落后于基因型改变的现象成为表型延迟现象。 12原料：从工艺角度来看，凡是能被生物细胞利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产的原料。 13培养基灭菌的定义：是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。 14灭菌与消毒的区别：灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。消毒：用物理或化学

医学微生物学重点整理

第三章消毒灭菌与病原微生物实验室生物安全一、消毒灭菌的常用术语 ⑴灭菌：杀灭物体上所有微生物的方法。灭菌比消毒要求高，包括杀灭细菌芽胞在内的全部病原微生物和非病原微生物。 ⑵消毒：杀死物体上病原微生物的方法，并不一定能杀死含芽胞的细菌或非病原微生物。用以消毒的药品称为消毒剂。⑶抑菌：抑制体内或体外细菌的生长繁殖。常用的抑菌剂为各种抗生素。⑷防腐：防止或抑制体外细菌生长繁殖的方法。细菌一般不死亡。⑸无菌：不存在活菌，多是灭菌的结果。⑹无菌操作：防止微生物进入人体或物体的操作技术。⑺清洁：是指通过除去尘埃和一切污秽以减少微生物数量的过程。二、热力灭菌法原理： ⑴干热灭菌法：通过脱水、干燥和大分子变性。一般细菌繁殖体在干燥状态下，80-100℃经1小时可被杀死，芽胞则需要更高温度才能被杀死。包括：焚烧、烧灼、干烤、红外线。 ⑵湿热灭菌法：最常用，在相同温度下湿热灭菌法比干热灭菌法效果更好，因为：①湿热中细菌菌体蛋白较易凝固变性；②湿热的穿透力比干热大；③湿热的蒸汽有潜热效应存在。包括：巴氏消毒法（加热至61.1-62.8℃30分钟，71.7℃经15-30秒）、煮沸法、流动蒸汽消毒法、间歇蒸汽灭菌法、高压蒸汽灭菌法（压力103.4KPa （1.05Kg/cm2）、温度121.3 ℃、时间—15-20min；效果：杀灭包括芽孢在内所有微生物；应用：所有耐高温、高压、耐湿的物品）。三、辐射杀菌法紫外线原理：波长200-300nm的紫外线具有杀菌作用。其中260~266nm波长UV与DNA吸收光谱一致。其主要作用于DNA，使一条DNA链上相邻的两个胸腺嘧啶共价结合形成二聚体，干扰DNA复制与转录，导致细菌变异和死亡，并可杀灭病毒。特点：穿透力较弱。应用：物体表面及空气消毒四、滤过除菌法用物理阻留的方法除去液体或空气中的细菌, 真菌。特点：只能除去细菌，真菌, 不能除去病毒、支原体、L型细菌。应用：用于一些不耐高温灭菌的血清、毒素、抗生素，以及空气的除菌。五、口腔黏膜消毒可用3%过氧化氢；冲洗阴道、膀胱、尿道等可用0.1%~0.5%氯已定或1g/L高锰酸钾。六、第一类、第二类病原微生物统称为高致病性病原微生物。一、二级实验室不得从事高致病性病原微生物实验活动。三级、四级实验室从事高致病性病原微生物实验活动。第四章噬菌体一、噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。基本特点★个体微小，可以通过细菌滤器；★无细胞结构，主要由衣壳（蛋白质）和核酸组成；★只能在活的微生物细胞内复制增殖，是一种专性胞内寄生的微生物。★噬菌体分布极广。二、噬菌体感染细菌有两种结果： ①毒性噬菌体：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，建立溶菌周期。②温和噬菌体：噬菌体基因与宿主染色体整合，成为前噬菌体，细菌变成溶原性菌，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代，建立溶原性状态。三、溶原性细菌温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体。带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌。第五章细菌的遗传与变异一、细菌变异的类型：表型变异与基因型变异。二、细菌变异的机理：？突变的概念，规律及分子基础。遗传性变异是细菌DNA的结构发生了改变而引起的,改变了的性状能相对稳定地遗传给子代。三、基因转移：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内的过程。基因重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶原性转换、原生质体融合。四、转化：是供体菌裂解释放的DNA被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。转导：是以温和噬菌体为载体，将供体菌的DNA转入到受体菌，使受体菌获得供菌的部分遗传性状。根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：普遍性转导和局限性转导。溶原性转换是指温和噬菌体感染宿主菌后，以前噬菌体形式与细菌基因组整合，成为溶原性细菌，从而获得由噬

发酵工程总结50327复习课程

发酵工程总结50327

标都是通过发酵工程来实现的。因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的研究对象。 1-3请简述发酵工程的发展史。 1）基因工程出现之前的时代（1982年前）； 1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐； 1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业；1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立； 60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵； 2）基因工程出现后的时代（1982年后）。 80 年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株； 1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。组学的发展…… 系统工程和合成生物学…… 1-4 何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。

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第一章，绪论一、填空：微生物工程可分为发酵和提纯两部分，其中以发酵为主。化学工程与发酵工程的本质区别在于化学工程利用非生物催化剂，发酵工程利用生物催化剂---酶。二、判断：发酵产品是经微生物厌氧生物氧化过程获得的。错三、课后思考题： 1、发酵的定义：利用微生物的新陈代谢作用，把底物（有机物）转化成中间产物，从而获得某种工业产品。（工业上定义、广义、有氧无氧均可） 2、发酵流程： 3、比拟放大的基本过程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产 4、发酵工程的发展经历了哪几个阶段？ 1.）自然发酵时期 2）纯培养技术建立(第一个转折期) 3）通气搅拌的好气性发酵工程技术建立(第二个转折期) 4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期) 5）发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期) 6）生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期) 5、微生物工业发展趋势 1）、几个转变分解代谢→合成代谢自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵（如工程菌） 2）、化学合成与生物合成相结合 3）、大型、连续化、自动化发酵发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。 4）、人工诱变育种和代谢控制发酵

微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。 5）、原料范围不断扩大石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等 6、举例说明微生物工业的范围酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒）食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳）有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇）抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等）有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等）酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等）维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等）生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等）名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等）微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白）微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等）生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质）微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等）第二章发酵基础知识 1、写出生产以下产品的主要菌种：啤酒（啤酒酵母）、黄酒（霉菌（根霉、曲霉）、酵母菌、细菌）、味精（谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌）、柠檬酸（黑曲霉）、食醋（霉菌、酵母菌、醋酸菌）、酸奶（乳酸菌（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌）） 2、发酵工艺控制中，主要应监控温度、pH值、溶解氧、泡沫、氧化还原电位等。 3、概念：单菌发酵: 现代发酵工业中最常见，传统发酵工业中很难实现。混合菌发酵: 自然发酵和人工接种发酵液态发酵: 发酵基质呈流动状态，如啤酒发酵、柠檬酸发酵等。固态发酵: 发酵基质呈不流动状态。如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒（白酒）发酵等。半固态发酵: 发酵基质呈半流动状态，如黄酒发酵、传统稀醪酱油发酵等。 4、发酵产品主要类型微生物菌体、代谢产物、酶 5、如何理解：传统工艺，原料决定菌种；现代工艺，菌种决定原料？传统工艺，原料决定菌种：传统工艺中，发酵原料是一种选择培养基。传统工艺就是利用这种选择作用，把自然界带入的各种野生菌，在发酵基质上进行选择富集培养，这些微生物生长和代谢的结果可生产出有特殊风味的食品。现代工艺，菌种决定原料：在使用纯种发酵剂前，我们必须对原料进行灭菌，以防止其他杂菌对发酵的干扰。 6、发酵产品主要有哪些附加值 1）发酵有利于食品保藏食品发酵后，改变了食品的渗透压、酸度、水的活性等，从而抑制了腐败微生物的生长，有利于食品保藏。 2）发酵产品有保健作用有些食品经过微生物发酵后，不仅能产生酸类和醇类等，还能产生某些抗菌素可抑制致病菌和肠内腐败菌。

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微生物工程是利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代发酵技术。富集培养是在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，以利分离到所需的菌株。透明圈法、变色圈法、生长圈法、抑菌圈法（概念）组成酶：不依赖于酶底物或类似物的存在而合成诱导酶：依赖于某种底物或底物的结构类似物的存在而合成代谢工程：利用生物学原理，系统分析细胞代谢网络，并通过DNA重组技术合理设计细胞代谢途径及遗传修饰，进而完成细胞特性改造的应用性学科。节点：代谢网络分流处的代谢产物（其中对终产物合成起决定作用的少数节点称为主节点）依赖型网络：如果网络或亚网络中的每一节点都依照化学计量规则将代谢物转化为终端产物的组成部分，那么这样的网络或亚网络就是相依型网络。独立型网络：若由主要节点流出的代谢物不能完全合成终端产物，即代谢网络的主节点不集中，就属于独立型网络。原生质体融合：就是把两个亲本的细胞分别去掉细胞壁，获得原生质体，将两亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇（PEG）作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞质融合，接着两亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。生长因子：微生物生长不可缺少的微量有机物质。前体：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而又较大的提高。促进剂：是指那些非细胞生长所必需的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。抑制剂：抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。溶解氧(DO)：是指溶解于水中的氧的含量,它以每升水中氧气的毫克数表示. 摄氧率（OUR）：单位时间内单位体积培养液中微生物摄取氧的量。记作rO2 (mmol/L·h)。比耗氧速率：相对于单位质量的干菌体在单位时间内所消耗的氧量。也称呼吸强度；用Q O2表示(mmol O2 /g ·h) 临界溶氧浓度：当不存在其他限制性基质时，如果溶氧浓度高于某定值，细胞的比耗氧速率保持恒定；如果溶氧浓度低于该值，细胞的比耗氧速率就会大大下降；则该值即为临界溶氧浓度。[DO]cri 剪应力：单位流体面积上的切向力；F/A 最适温度：是指在该温度下最适于菌的生长或产物的生成，它是一种相对概念，是在一定条件下测得的结果。变温培养：在抗生素发酵过程中采用变温培养比用恒温培养所获得的产物有较大幅度的提高。二阶段发酵：最适温度分最适生长温度和最适产物合成温度，两者往往不同，各阶段可用不同温度。呼吸商（RQ）：指菌体呼吸过程中，CO2释放率和菌的耗氧速率之比，RQ反映菌的代谢情况。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。

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