发酵工程知识点总结

➢名词解释（每个3分）

➢填空题

➢单项选择题

➢计算题（2题）

➢简答题（4-5题）

➢分析题（1-2题）

➢论述或问答题(1题）

第一章

1发酵和发酵工程的概念

发酵

狭义：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。广义：凡是培养细胞（动、植物和微生物细胞）来制得产品的过程。

发酵工程

研究发酵工业生产过程中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学

2、发酵工程研究的内容

※发酵工业用生产菌种的选育：◆自然选育◆诱变育种◆基因工程育种

※发酵条件的优化与控制

※生物反应器的设计

※发酵产物的分离、提取和精制

3、发酵类型

1 按发酵产品的类型划分

2 按发酵工艺是否需氧划分

※厌氧发酵：如酒类发酵、酒精发酵、丙酮丁醇发酵、乳酸发酵和甲烷发酵

※通风发酵：如酵母菌生产、抗生素发酵、有机酸发酵、氨基酸发酵和酶制剂生产等

3 按发酵工艺培养基的状态划分

※固态发酵：主要应用于传统酿造业。

※液态发酵：，是目前发酵工业所采用的主要工艺。

4、发酵工艺培养方法

发酵工艺培养方法有：固态发酵工艺和液态发酵工艺

1固态发酵工艺※固态薄层发酵※固态厚层（通风）发酵

2 液态发酵工艺

※液态表面发酵（浅盘发酵）工艺

※液态深层通风发酵(Submerged fermentation)液态深层通风发酵是指在无菌条件下，在

液体培养基内部进行微生物培养，获得产品的过程。它包括向发酵罐中通入大量无菌空气、搅拌使空气均匀、培养基灭菌和无菌接种。液态深层通风发酵是发酵工业使用的主要工艺。

5、分批发酵，分批补料发酵

分批发酵(batch-process)：在生物反应器内投入限量培养基后，接入微生物菌种进行培养，完成一个生长周期，获得产品的微生物培养方法。是目前传统发酵工业所采用的主要发酵形式。

在分批补料发酵：发酵的开始投入一定量的培养基，在发酵过程的适当时期，开始连续补加碳或（和）氮源或（和）其他必需基质，直至发酵液体积达到发酵罐最大操作容积后，将发酵液一次放出，这种操作方式称为补料分批发酵。这种发酵方式能保持较高的活菌体浓度，目前，基因工程菌发酵常采用此方法

第二三章

1、发酵工业常用的微生物的种类，主要的发酵产品。

发酵工业常用的微生物有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类。

细菌：1、枯草杆菌与中性蛋白酶和α-淀粉酶；2、乳酸杆菌、双歧杆菌与酸奶、微生态剂；

3、醋酸杆菌与醋酸；

4、棒状杆菌与谷氨酸

5、大肠杆菌与基因工程受体菌；

6、目前正在研究和开发的重要细菌代谢产物枯草杆菌与溶栓酶；大肠杆菌与天冬酰胺酶放线菌：是一类呈分枝状生长，主要以孢子或菌丝体繁殖的单细胞原核型丝状微生物，是抗生素的主要生产菌，目前发现的近万种抗生素中，80%来源于放线菌。如链霉素、卡那霉素、新霉素、四环素、金霉素、土霉素、放线菌素D、红霉素、螺旋霉素、白霉素、制霉菌素等。

酵母菌：啤酒酵母（面包酵母）：

应用十分广泛，除用于传统的发酵行业外，还可用于提取核酸、麦角固醇、细胞色素C、凝血质和辅酶A等；同时，还可用作食用、药用和饲料用酵母。

假丝酵母( 有较强合成能力，可用于农产品废弃物及食品生产废水的处理。

红酵母但能同化某些糖类，产脂能力较强，可从菌体提取大量脂肪。并能合成β-胡罗卜素。发酵工业上常用的霉菌有：根霉、曲霉、青霉、木霉和红曲霉等。

根霉分泌淀粉酶、蛋白酶，能产生酒精、芳香脂类物质，是酿酒所必需的主要菌。毛霉能糖化淀粉并能少量乙醇，产生蛋白酶，有分解大豆蛋白能力。多用来做豆腐乳、豆豉。有的毛霉能产生脂肪酶、果胶酶、凝乳酶。对甾族化合物有转化作用.

米曲霉：具有较强的蛋白分解能力和糖化能力。用于酱油和酿酒生产

黑曲霉是发酵工业应用最广的曲霉菌，具有多种酶系，是糖化酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、植酸酶和葡萄糖氧化酶生产菌。黑曲霉能产生多种有机酸，如柠檬酸、衣康酸、葡萄糖酸、抗坏血酸、没食子酸等

栖土曲霉：栖土曲霉含有丰富的蛋白酶系，为蛋白酶生产菌。青霉能产生多种酶和有机酸。木霉主要用于纤维素酶的生产

红曲霉能分泌淀粉酶，产生红色素，产生酒精，产生降血压和降血脂的药物，。。。

产黄头孢霉：本种霉菌产头孢霉素N和头孢霉素C，其衍生物称为先锋霉素。

2、微生物的生长和繁殖的条件

1、营养物质：水、C源、N源、生长因子，矿质元素。

2、pH 值：通常细菌、放线菌在中性；酵母、霉菌在偏酸性条件下生长

3、温度：通常细菌最适生长条件为370C；放线菌、酵母、霉菌在280C生长

4、湿度：

5、气体：CO2 、O2等

3、微生物纯培养生长曲线及在发酵工业中的应用

A、迟缓期（适应期）

特点: ※生长速率等于零※细胞合成新的成分适应新的培养基或别的培养条件

※细胞形态变大或变长※对外界不良环境敏感

实际意义：

※种龄: 1对数期“种子”，迟缓期较短；2迟缓期或衰亡期“种子”,迟缓期较长

※接种量：1接种量大，迟缓期较短；2接种量小，迟缓期较长；

※培养基成分:1培养基成分丰富的，迟缓期较短培养基

2成分与种子培养基一致,迟缓期较短

B、对数生长期

影响因素：

※菌种：不同菌种的代时差异极大※营养物浓度：影响微生物的生长速率和总生长量※培养温度：影响微生物的生长速率※营养成分：营养越丰富，代时越短

对数期的实践意义

※代谢、生理研究的良好材料※增殖噬菌体的最适宿主菌龄

※发酵生产中用作“种子”的最佳种龄※因工程菌发酵要尽量延长对数期

C、稳定期

特点：※细胞生长速率为零;

※活细胞总数维持不变，即新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，菌体总数达到最高点。※细胞生理上处于衰老，代谢活力钝化，细胞成分合成缓慢，G+染色发生变化

稳定期的实践意义

※发酵生产中以菌体为终产品的最佳收获期※导致了连续培养原理的提出和工艺技术的改※某些代谢产物特别是次生代谢产物发生在此阶段，某些细菌的芽孢也发生在此阶段，故又称作代谢产物合成期；

D、衰退期

特点：

※细胞以指数速率死亡，有时细胞死亡速率降低是由于抗性细胞的积累；

※细胞变形退化，有的发生自溶，G+染色发生变化。

影响衰亡期的因素及实践意义

※菌种的遗传特性有关: 有些细菌的培养经历所有的各个生长时期，几天以后死亡, 有些细菌培养几个月乃至几年以后仍然有一些活的细胞；

※营养物质和有毒物质有关：补充营养和能源以及中和环境毒性，可以减缓死亡期细胞的死亡速率，延长细菌培养物的存活时间

4、初级代谢产物和次级代谢产物的定义。

1初级代谢产物的定义：微生物代谢产生的，并且是微生物生长与繁殖所必需的代谢产物初级代谢产物种类：有机酸、氨基酸、核苷酸、蛋白质（包括酶）、多糖、核酸等

2次级代谢产物的定义：微生物代谢产生的，与微生物生长与繁殖无明确关系的代谢产物；

种类包括：抗生素、激素、毒素、色素、信息素、生物碱等。

5、微生物合成次级代谢产物的基本特征。

A、次级代谢产物具有种属特异性

B、次级代谢产物在菌体稳定期合成

C、次级代谢产物不少是结构相似的混合物

D、次级代谢产物合成受多基因调控

6、提高次级代谢产物产量的方法。

A、补加前体类似物如青霉素生产补加苯乙酸能增加青霉素G；加苯氧乙酸得到青霉素K。

B、加入诱导物如加蛋氨酸能增加头孢霉素C的产生；加巴比妥可提高利福霉素产量

C、防止碳分解产物的阻遏或抑制：如限量流加法发酵