发酵工程原理期末复习

发酵工程原理期末复习一1、微生物的无氧呼吸称发酵2、现代发酵工程：是将现代DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术体系。

强调现代生物技术、控制技术和装备技术在发酵工业领域的集成应用。

3、发酵工程在生物技术中的地位:发酵工程是生物技术的基础，是生物技术产业的核心。

4、广义发酵工程对生物学和工程学的要求:上游技术:优良种株的选育和保藏（包括菌种筛选、改造，菌种代谢路径改造等），中游技术:发酵过程控制，主要包括发酵条件的调控，无菌环境的控制，过程分析和控制等下游技术: 分离和纯化产品。

包括固液分离技术、细胞破壁技术、产物纯化技术，以及产品检验和包装技术等5、日常发酵产品：酒、酒精、醋、啤酒、干酪、酸乳等6、以高产量、高转化率和高效率及低成本为目标的发酵过程优化技术：高产量：微生物生理、遗传、营养及环境因素高转化率：微生物代谢途径和过程条件高效率：微生物反应动力学和系统优化低成本：技术综合及产业化技术集成7.发酵工程技术：分子层次，生物催化→催化剂发现/改造细胞层次，细胞工厂→代谢工程过程层次，过程优化→单元放大/耦合/集成/优化8.发酵工业的范围：①微生物菌体②酶制剂③代谢产物④生物转化⑤微生物特殊机能的利用利用微生物消除环境污染利用微生物发酵保持生态平衡微生物湿法冶金利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域9、新的菌体发酵产品: 茯苓菌→茯苓担子真菌→灵芝、香菇类虫草头孢菌密环菌二、1.发酵工业对菌种的要求：1)能在价廉原料制备的培养基上迅速生长并生成所需代谢产物,且产量高2).培养条件易于控制,3)生长迅速,发酵周期短,4)满足代谢控制的要求5)抗噬菌体和杂菌的能力强6)遗传性状稳定,菌种不易变异退化7）在发酵过程中产生的泡沫少,这对装料系数,提高单罐产量,降低成本有重要意义8）.对需要添加的前体物质有耐受力,并且不能将这些前体物质作为一般碳源利用9）不是病原菌,同时在系统发育上与病原菌无关,不产生任何有害的生活物质,以保证安全2、工业上常见菌种：细菌：大肠杆菌、醋酸杆菌、假单孢菌。

黄单孢菌、棒状杆菌酵母菌霉菌放线菌3.微生物的代谢调节：在生物进化过程中，微生物细胞形成了愈来愈完善的代谢调节机制，在代谢繁殖过程中，能量的利用以及对细胞生长繁殖过程中所需的各种物质的形成是非常合理和经济的，细胞经常处于平衡生长状态，不会有代谢产物的积累。

4.现代发酵工业要研究的主要内容就是通过改变培养条件和遗传特性，使微生物的代谢途径改变或代谢调节失控而获得某一发酵产物的过量产生。

其方法大体可分为两类：改变产生菌的基因型而改变代谢途径；改变控制代谢速率，即影响基因型的表达。

5.代谢调节(regulation of metablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。

包括酶量的调节、酶活性的调节6.代谢调节方式：细胞透性的调节代谢途径区域化代谢流向的调控代谢速度的调控7.在真核微生物细胞里，各种酶系被细胞器隔离分布。

8.酶合成的调节：酶合成的诱导酶合成的阻遏9.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。

10.反馈抑制（feedback inhibition)：反馈抑制是指代谢的末端产物对酶(往往是代谢途径中的第一个酶)活性的抑制。

无分支代谢途径的调节有分支代谢途径的调节11.初级代谢产物调节:微生物合成主要供给细胞生长的一类物质。

如氨基酸、核苷酸等等，这些物质称为初级代谢产物。

次级代谢产物调节:对细胞的代谢功能没有明显的影响，一般是在稳定期形成，如抗生素等，这一类化合物称为次级代谢产物。

12、碳源代谢产物的调节：碳分解代谢产物调节指能迅速被利用的碳源(葡萄糖)或其分解代谢产物，对其他代谢中的酶(包括分解酶和合成酶)的调节。

分为分解产物阻遏和抑制两种。

葡萄糖是菌体生长良好的碳源和能源，但对青霉素、头孢菌素、卡那霉素、新霉素、丝裂霉素等都有明显降低产量的作用氮代谢物的调节作用：在次级代谢中，氮分解代谢产物调节，即被迅速利用的氮源(氨)抑制作用于含底物的酶(蛋白酶、硝酸盐还原酶、酰胺酶、脲酶、组氨酸酶)的合成。

在次级代谢中，其阻遏作用也确实存在。

在抗生素生产中使用黄豆饼粉就是由于它缓慢分解成有阻遏作用的氨基酸和氨，防止或减弱氮分解代谢产物阻遏作用的结果。

13.提高初级代谢产物产量的方法:1)使用诱导物2）除去诱导物——选育组成型产生菌3）降低分解4）解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株5）解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株6）防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株7）改变细胞膜的通透性8）筛选抗生素抗性突变株9）选育条件抗性突变株10）调节生长速率14、提高次级代谢产物产量的方法：1）补加前体类似物2）加入诱导物3）防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生4）防止氮代谢阻遏的发生5）筛选耐前体或前体类似物的突变株6）选育抗抗生素突变株7）筛选营养缺陷型的回复突变株8）抗毒性突变株的选育15、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。

16、高细胞浓度培养技术的原理：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。

17、高浓度细胞培养的方法：流加培养高细胞浓度连续培养菌体循环利用等三、1.微生物培养基：是指可供微生物细胞生长、繁殖所需的一组营养物质和原料、以及其它所必须的条件。

2.培养基的类型及功能：（1）按纯度分类：①合成培养基→适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化②天然培养基2）按状态分类：①固体培养基:适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应用于食用菌类生产，如香菇、白木耳等的生产。

②半固体培养基(软琼脂):用于微生物的鉴定、观察细菌运动特征。

液体培养基: 是发酵工业大规模常用的培养基。

（3）按用途分类孢子培养基、种子培养基和发酵培养基3 、发酵培养基的成分及来源：碳源、氮源、无机盐及微量元素、生长因子、前体、产物促进剂4、常见N源：有机氮源--- 花生饼粉、豆饼粉、棉子饼、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。

Cl无机氮源-- (NH4) 2SO4 , NH4 Cl , NH4 NO3 , KNO3, NaNO3, NH35、常见无机盐：磷(phosphorus)、镁(magnesium)、硫(sulphur)、钾(potassium)、钠(sodium)、铁(iron)、氯(chlorine)、锰(manganese)、锌(zinc)、钴(cobalt)、钙（calcium）等。

6、产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。

7、培养基优化的基本原则：（1）菌种特性，同化能力（2）合适的C、N比。

工业发酵培养基的C、N比为100: (0.2~2.0)（3）合适的快速利用碳源、氮源。

（4）合适的生理性酸性与碱性（5）pH、离子强度等8、培养基优化目标：提高生产率（提高发酵单位、缩短生产时间）价廉的原料替代，降低成本降低物耗、能耗、三废排放9、培养基优化方法：单因子实验、正交实验、均匀设计、神经网络、响应面分析、聚类分析10、响应面设计方法(Response Surface Methodology，RSM)是利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法。

11、适用范围：确信或怀疑因素对指标存在非线性影响；因素个数2-7个，一般不超过4个，经典的3个；所有因素均为计量值数据；试验区域已接近最优区域；基于2水平的全因子正交试验。

最陡爬坡实验——确定最佳中心点12、响应面方法分类：Box-Behnken试验设计（BBD）中心复合试验设计(CCD）13.、中心复合试验设计：中心复合设计是在2水平全因子和分部试验设计的基础上发展出来的一种试验设计方法，它是2水平全因子和分部试验设计的拓展。

通过对2水平试验增加一个设计点（相当于增加了一个水平），从而可以对评价指标（输出变量）和因素间的非线性关系进行评估。

立方点、轴向点、中心点14、Box-Behnken试验设计：特点：没有将所有试验因素同时安排为高水平的试验组合，对某些有安全要求或特别需求的试验尤为适用；在因素相同时，比中心复合设计的试验次数少；当一个实验设计需要推倒从来时，可以选择BBD设计第三章1、消毒与灭菌的区别：消毒是指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。

灭菌是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。

2、消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。

3、灭菌的方法：化学药物灭菌紫外线或电离辐射空气的过滤除菌加热灭菌4、谷氨酸棒状杆菌的培养液常采用的灭菌方法是（A ）A．高压蒸汽灭菌B．高温灭菌C．加入抗生素灭菌D．酒精灭菌关于灭菌和消毒的不正确的理解是（）A．灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子B．消毒和灭菌实质上是相同的C．接种环用灼烧法灭菌D．常用灭菌的方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法5、间歇灭菌：将配制好的培养基同时放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，也称实罐灭菌。

6、连续灭菌（又称连消）：将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌。

连续灭菌的基本设备有哪些 ？（1）配料预热罐，、（2）连消塔（3）维持罐（4）冷却管7、空气除菌的方法 ：（一） 辐射杀菌（二） 热杀菌（三） 静电除菌（四） 过滤除菌8、空气过滤器：过滤除菌的关键设备四、1、基质的消耗速度：基质的消耗比速:2、微生物在一个密闭系统中的生长情况：延迟期：指数生长期：减速期:静止期：衰亡期:3、Monod 方程：μ：菌体的生长比速S ：限制性基质浓度Ks ：半饱和常数μmax: 最大比生长速度米氏方程: 4、单一限制性基质：就是指在培养微生物的营养物中，对微生物的生长起到限制作用的营养物。

5、初级代谢产物：微生物合成主要供给细胞生长的一类物质。