发酵工程与设备

发酵工程与设备

2022-3-24

重要文件

发酵工程是应用生物 (主要是微生物) 的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系。也称作微生物工程

发酵工程组成从广义上讲，由三部份组成：上游工程、发酵工程、下游工程。

工业发酵的类型按微生物对氧的需求：厌氧发酵、好氧发酵、兼性厌氧发酵。

按发酵工艺流程：分批发酵、连续发酵、补料分批发酵

菌丝结团液体培养条件下，繁殖的菌丝不分散舒展，而是聚成团状。

菌丝粘壁：在种子培养过程中，菌丝正常发育生长，但再继续培养时菌丝逐步粘附在罐壁上。

反馈抑制：是生物化学途径的末端产物抑制反应途径中某个催化酶的活性，是由于末端产物连接到该酶的变构位点，从而影响酶与底物的接触。

反馈阻遏：是生物化学途径的末端产物阻挠反应途径中某个催化酶的合成。阻遏发生在基因水平，通过末端产物和基因组连接阻挠某因子的转录，从而导致酶合成的阻断。

抗体突变株：是诱变后能够在含有合适浓度的结构类似物的培养基中生长的菌落。

诱变育种：利用物理或者化学诱导剂处理均匀分散的微生物细胞群。

育种方法具有：方法简单、快速、收效显著等特点。

杂交育种：指两个基因型不同的菌株通过接合使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。

细胞的杂交可以通过：细菌结合、 f 因子转移、转化和转导等方法促使基因重组。

代谢控制发酵：用人工诱变的方法，故意识地改变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用

回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变

结构类似物：在化学和空间结构上和代谢的中间物(终产物)相似，于是在代谢调节方面可以代替代谢中间物 (终产物) 的功能，但细胞不能以其作为自身的营养物质。

接种龄：指种子罐中培养的菌体从开始移入下一级种子罐或者发酵罐时的培养时间，以对数生长期为宜。

接种量：是指移入的种子悬浮体积和接种后培养液体的体积的比例。

初级代谢产物：对数生长期形成的，细胞自身生长所必需的代谢产物。

次级代谢产物：在稳定期所产生的自身生长非必需代谢产物。 (微量、特殊活性、明显种属特异性)

培养基种类分类

按成份不同划分：天然培养基、合成培养基、半合成培养基

按物理状态不同划分：固体培养基、半固体培养基、液体培养基

按生产工艺的要求：孢子(斜面)培养基、种子培养基、发酵培养基

按用途不同划分：基本培养基、加富培养基、选择培养基、鉴别培养基

糖蜜：糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。含有较丰富的糖、氨素化合物和无机维生素等，是微生物工业的价廉物美的原料。

无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或者碱性物质，这种经微生物生理作用 (代谢) 后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，

如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的 ph 有积极作用。

速效氮源：铵盐、硝酸盐、尿素等氮化物中的氮是水溶性的，玉米浆、牛肉膏、蛋白胨、醇母膏等有机氮化物中的氮主要是蛋白质的降解产物，都可以被菌体直接吸收利用，称为速效性氮源。

迟效氮源：饼粕中氮主要以蛋白质的形式存在，属迟效性氮源。

前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接在生物合成过程中合成到产物份子中去，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有较大的提高。

老化：淀粉的老化实际上是份子间氢键已断裂的糊化淀粉重新罗列形成新的氢键的过程，也就是复结晶过程。

动物细胞培养方法：贴壁培养、悬浮培养、固定化培养

高温致死原理：由于它使微生物的蛋白质和核酸等重要生物高份子发生变性、破坏，例如它可使核酸发生脱氨、脱嘌呤或者降解，以及破坏细胞膜上的类脂质成份等。

致死温度：杀死微生物的极限温度。

致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所需要的时间。

微生物对热的反抗力用“热阻”表示。热阻指微生物在某一条件下的致死时间。

营养细胞和细菌芽孢对热的反抗力不同。

相对热阻：在相同条件下两种微生物热阻的比值。

分批灭菌过程：升温、保温和降温，灭菌主要是在保温过程中实现的，在升温的后期和冷却的初期，培养基的温度很高，于是对灭菌也有一定贡献。

分批灭菌：将配好的培养基打入发酵罐，通入蒸汽将培养基和所用的设备(一般是发酵罐)一起进行灭菌，也称实罐灭菌。

连续灭菌(连消)：培养基在罐外连续进行加热、维持和冷却，然后进入发酵罐的杀菌方法。

衰减时间 d 值：活得微生物在受热过程中减少到原来数目的 1/10

(ns/n0=1/10)所需要的时间。

过滤除菌机理：惯性作用、扩散作用、静电吸附、拦截作用

过滤器的类型：机械过滤、介质过滤、绝对过滤

空气除菌的方法：辐射杀菌、加热杀菌、化学药物杀菌、静电吸附、机械过滤

为了获得无菌空气，普通采用三个主要工段：提高空气的洁净度、除去空气中油和水、获得无菌空气

空气压缩机：活塞式空气压缩机、离心式空气压缩机、螺杆式空气压缩机

绝对过滤器：介质孔径小于被截留的微生物体积，如四氟乙烯、纤维素树脂微孔滤膜。

深层过滤器：介质空隙对于被截留的微生物体积，但有一定厚度，靠静电、扩散、惯性、拦截。棉花过滤器、超细玻璃纤维纸、石棉过滤、金属烧结管等。

限制性底物是培养基中任何一种与微生物生长有关的营养物，只要该营养物相对贫乏时，就可能成为限制微生物生长的因子，可以是 c 源、 n 源、无机或者有机因子。

产物形成动力学模型：生长偶联型、部份生长偶联型、非生长偶联型

发酵周期：实验周期是指接种开始至培养结束放罐这段时间。但在工业生产上计算劳动生产率时则还应把发酵罐的清洗、投料、灭菌、冷却等辅助时间也计算在内。即从第一罐接种经发酵到结束至第二次接种为止这段时间为一个发酵周期，这样才干正确地反映发酵设备的利用效率。

微生物在具有一定温度和湿度的固体培养基的表面进行生长、繁殖、代谢的发酵过程称作为固态发酵

氧的传递速率：通入发酵液中的气泡愈小，气泡与液体的接触面积就愈大，液体中氧的溶解速率也就愈快。

涡轮式搅拌器的类型: (1)圆盘平直叶涡轮(2)圆盘弯叶涡轮 (3)圆盘箭叶涡轮

包埋培养：海藻酸钠包埋；海藻酸钙包埋；琼脂糖株包埋

kl α 的测定方法有亚硫酸盐氧化法；极谱法；溶氧电极

生物反应器搅拌方式： a、机械搅拌式 b、鼓泡式 c、环流式。

比拟放大:是把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大，而是以相似论的方法进行放大。

壁生长 : (可提高发酵液通过比色杯表面的速度；或者将壁生长考虑在内的光电补偿)

基本的自动控制系统：前馈控制、反馈控制、自适应控制

下游加工过程：从发酵液、反应液中分离、纯化有关产品的过程统称生物工程的下游加工过程。

生化分离技术：指从发酵液或者酶反应液或者动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程(后处理技术)。

凝结：在中性盐的作用下，胶体粒子之间双电子层排斥电位降低，导致胶体体系不稳定浮现会萃的现象。