发酵工程重点(6801)

第一章绪论

1、什么是发酵

狭义“发酵”定义:在生物化学或生理学上发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用生成乙醇并放出二氧化碳,同时获得能量；丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。

广义“发酵”的定义:工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。2、什么是发酵工程

定义: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。

3、发酵工程的特点

主要特点：以高产量、高转化率和高效率及低成本为目标的发酵过程

(1)发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。

(2)所用原料主要是农副产品及其加工产品

通常以淀粉、糖蜜或其它农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。

(3)发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。

(4)发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。

(5)由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。

(6)微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。

4、发酵工程的主要问题

发酵工程的主要问题过程优化与放大:在高产菌株的基础上，如何把高产菌种在培养过程中进一步考察它的生理生化特性，稳定或改进微生物反应工艺过程，要求对生物物性的动态有详尽的了解，对生化反应做定量的和动力学方面的考察。

第二章菌种选育

1、与筛选营养缺陷型有关的三类培养基？

答：基本培养基、补充培养基、完全培养基

2、诱变育种的步骤？

出发菌株的选择

处理菌悬液的制备

诱变处理

中间培养

分离和筛选

3、什么叫营养缺陷性菌株？它的筛选步骤？

营养缺陷型是指因发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子、氨基酸、维生素和碱基等的能力，无法再基本培养基上正常生长繁殖的突变类型，称为营养缺陷型。

筛选步骤：诱变

淘汰野生型

检出缺陷型

确定生长谱

4、工业微生物有哪些要求

①营养特征：能在廉价或来源丰富的原料制成的培养基上迅速生长；

②培养条件：生长速度较快，发酵周期较短，易于控制，抗噬菌体及杂菌污染的能力强，生长温度应高于40℃，降低冷却成本；

③产物得率和浓度：生成的目的产物产量高、易于回收；

5、从自然界分离筛选新菌株需哪些步骤

定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。

采样：有针对性地采集样品。

增殖：人为地通过控制养分或培养条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。分离：利用分离技术得到纯种。

发酵性能测定：进行生产性能测定（形态、营养要求、生理生化特性、发酵周期、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值等）。

6、富集培养：根据目的微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利于目的微生物生长的条件，使目的微生物迅速地生长繁殖，数量增加，由原来的劣势种变的优势种，以利分离到所需要的菌株。

7、利用平皿的生化反应进行分离

①透明圈法：平板培养基中加入溶解性较差的底物，使培养基浑浊。

②变色圈法：在底物平板中加入指示剂或显色剂，使所需微生物能被快速鉴别出来。

③生长圈法:生长圈法通常用于分离筛选氨基酸、核苷酸和维生素的产生菌。

④抑菌圈法

抑菌圈法是抗生素筛选常用的初筛方法。

8、工业微生物育种目的

防止菌种退化

解决生产实际问题

提高目标产物的能力

提高产品质量

开发新产品

9、自然选育:称为菌种的分离纯化在生产过程中,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叫自然选育.

10、菌种衰退（degeneration）:由于自发突变的结果，而使某物种原有的一系列生物学性状发生量变到质变的现象。

11、菌种保藏原理：根据菌株生理生化特性，人工创造条件（低温、干燥、真空）使菌体的代谢活动休眠期状态。

12、菌种保藏的目的要求：经长期保藏后菌种存活健在，保证菌种不改变表型和基因型，特别是不改变菌种代谢产物生产能力

13、菌种保藏的方法

1、冷冻保藏

冷冻保藏（-20℃以下）：将菌种加入菌种保护剂（甘油或二甲基亚砜）通过冷冻，使微生物代谢活动停止。冷冻温度愈低，效果愈好。同时要掌握好冷冻速度和解冻速变。冷冻保藏的缺点运输较困难。

主要冷冻保藏方法：普通冷冻保藏技术（-20℃）

超低温冷冻保藏技术（-60－-80℃）

液氮冷冻保藏技术（-130－-150℃）

2、冻干保藏

保藏方法：将混有保护剂冰冻至-60℃菌种迅速转移至-40℃时启动真空泵，使真空度减压到2.67〜4.00Pa条件下使冻结的细胞悬液中的水分升华，使菌种干燥成粉，分装密封安瓿，低于5℃下保藏。是微生物菌种长期保藏的最为有效的方法之一。

保藏期限：10年以上

注意事项：冷冻干燥过程中必须使用冷冻保护剂，如脱脂乳和蔗糖，冻干后的菌株无需进行冷冻保藏，便于运输。

3、其他保藏方法

①传代保藏

②矿物油中浸没保藏

第三章微生物培养基

一、培养基的分类：

按纯度合成培养基:原料其化学成分明确、稳定