發(fā)酵工程知識(shí)點(diǎn)

第一章發(fā)酵工程概述一、 發(fā)酵工程：是利用微生物特定的形狀和功能，通過(guò)現(xiàn)代化［程技術(shù)生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應(yīng)用與工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系，是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代的DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等新技術(shù)結(jié)合并開(kāi)展起來(lái)的發(fā)酵技術(shù)。二、 發(fā)酵工程簡(jiǎn)史：1590荷蘭人詹生制作了顯微鏡1665英國(guó)人胡抑制作的顯微鏡觀察到了霉菌近代發(fā)酵工程建立初期1864巴斯德滅菌法1856psateur酵母導(dǎo)致酒精發(fā)酵19世紀(jì)末Koch純種別離和培養(yǎng)技術(shù)三、發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn)（1） 主體微生物的特點(diǎn)微生物種類(lèi)繁多，繁殖速度快、代井能力強(qiáng)，容易通過(guò)人［誘變獲得有益的突變株；微生物■的種類(lèi)很多，能催化各種生化反響微生物能夠利用有機(jī)物、無(wú)機(jī)物等各種營(yíng)養(yǎng)源可以用簡(jiǎn)易的設(shè)備來(lái)生產(chǎn)多種多樣的產(chǎn)品不受氣候、季節(jié)等自然條件的限制等優(yōu)點(diǎn)（2） 發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn)發(fā)酵工程以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)展，數(shù)十個(gè)反響能夠在發(fā)酵設(shè)備中一次完成反響通常在常溫下進(jìn)展，條件溫和，耗能少，設(shè)備簡(jiǎn)單原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物為主容易生產(chǎn)復(fù)雜的高分子化合物發(fā)酵過(guò)程中需要防止雜菌污染（3）發(fā)酵工程反響過(guò)程的特點(diǎn). .word..在溫和條件下進(jìn)展的原料來(lái)源廣泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物為主反映以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)形式進(jìn)展〔同〔2〕①〕發(fā)酵分子通常為小分子產(chǎn)品，但也很容易生產(chǎn)出復(fù)雜的高分子化合物四、發(fā)酵工程的一般特征與化學(xué)工程相比，發(fā)酵工程中微生物反響具有以下特點(diǎn)：作為生物化學(xué)反響，通常在常溫常壓下進(jìn)展，沒(méi)有爆炸之類(lèi)的危險(xiǎn)，不必考慮防爆問(wèn)題，還有可能使一種設(shè)備具有多種用途原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物為主，參加少量的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)氮源，只要不含毒，一般無(wú)精制的必要，微生物本身就有選擇的攝取所需物質(zhì)反響以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)展因此數(shù)十個(gè)反響過(guò)程能夠像單一反響一樣，在稱(chēng)為發(fā)酵罐的設(shè)備內(nèi)很容易進(jìn)展能夠容易的生產(chǎn)復(fù)雜的高分子化合物，是發(fā)酵工業(yè)最有特色的領(lǐng)域由于生命體特有的反響機(jī)制，能高度選擇性的進(jìn)展復(fù)雜化合物在特定部位的氧化復(fù)原官能團(tuán)導(dǎo)入等反響生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物的生物物質(zhì)菌體本身也是發(fā)酵產(chǎn)物，富含維生素、蛋白質(zhì)、酶等有用物質(zhì)，因此除特殊情況外，發(fā)酵液等一般對(duì)生物體無(wú)害。發(fā)酵生產(chǎn)在操作上最需要注意的是防止雜菌污染。進(jìn)展設(shè)備的沖洗、滅菌，空氣過(guò)濾等，便全過(guò)程在無(wú)菌條件下運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)微生物的菌種改進(jìn)，能夠利用原有生產(chǎn)設(shè)備使生產(chǎn)飛躍上升五、發(fā)酵耀的類(lèi)型按微生物生長(zhǎng)：厭氧和好氧發(fā)酵設(shè)備按發(fā)酵罐設(shè)備特點(diǎn)：1〕機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐循環(huán)式：伍式、文氏管式發(fā)酵罐非循環(huán)式：通風(fēng)式、自吸式發(fā)酵罐2〕非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐循環(huán)式：氣提式、液提式發(fā)酵罐 非循環(huán)式：排管式、噴射式發(fā)酵罐按溶積分類(lèi)50L以下的是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐50~5000L是中試發(fā)酵罐5000以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐按微生物生長(zhǎng)環(huán)境懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)支持生長(zhǎng)系統(tǒng)按操作方式分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵.常見(jiàn)發(fā)酵設(shè)備的類(lèi)型機(jī)械攪拌發(fā)酵罐利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液混合并落解在發(fā)酵液中，根本要求：1〕適宜的徑高比，罐身較長(zhǎng)，氧利用率較高2〕能耐受一定的壓力3〕攪拌通風(fēng)裝置4〕足夠的冷卻面積5〕罐內(nèi)要減少死角6〕攪拌器的軸封要嚴(yán)密，以減少泄露自吸式發(fā)酵罐最關(guān)鍵的部件是帶有中央吸氣口的攪拌器浸在發(fā)酵液中的轉(zhuǎn)子迅速旋轉(zhuǎn)，液體和空氣在離心力作用下被甩向葉輪外緣，中心形成負(fù)壓轉(zhuǎn)子的空膛與大氣相通發(fā)酵罐外的空氣通過(guò)過(guò)濾器不斷被吸入轉(zhuǎn)子的攪拌使氣體分散空氣帶升環(huán)流式發(fā)酵罐在罐外裝設(shè)上升管，上升管兩端與罐底及罐上部相連接，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng).在上升管的下部裝設(shè)空氣噴嘴，以250~300m/s的高速?lài)娙肷仙堋＝柚鷩娮斓淖饔脤⒖諝夥稚?。分為?nèi)環(huán)流式和外環(huán)流式兩種。高位塔式發(fā)酵罐罐內(nèi)裝有假設(shè)干塊篩版。壓縮空氣由罐底導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)篩版逐漸上升，并帶動(dòng)發(fā)酵液同時(shí)上升。上升后的發(fā)酵液又通過(guò)篩板上帶有液封作用的降液管下降而循環(huán)。特點(diǎn)：培養(yǎng)基及操作合理，根本上可到達(dá)通用式發(fā)酵罐的水平。六、發(fā)酵工程中常見(jiàn)的發(fā)酵類(lèi)型（1） 液體發(fā)酵與固體發(fā)酵（2） 厭氧發(fā)酵與好氧發(fā)酵（3）分批發(fā)酵與連續(xù)發(fā)酵單一純種發(fā)酵與混合發(fā)酵固定化發(fā)酵技術(shù)試管液體培養(yǎng)僅適用于培養(yǎng)兼性好氧菌實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的液體發(fā)酵方式淺層液體培養(yǎng) 僅適用于兼性好氧搖瓶培(旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式)被應(yīng)用于微生物的生理生化試驗(yàn)臺(tái)式發(fā)酵罐淺盤(pán)培養(yǎng)工業(yè)生產(chǎn)中常用的液體發(fā)酵方式發(fā)酵罐深層培養(yǎng)生產(chǎn)中常見(jiàn)的固定培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的固定化培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室主要有試管斜面、培養(yǎng)皿平板、較大型的克氏扁平和茄子瓶斜面等固體培養(yǎng)方法，用于菌種的別離、純化、保藏和生產(chǎn)種子的制備。用接種針挑取原始培養(yǎng)物后，在固體培養(yǎng)基外表劃線接種〔未〕分批發(fā)酵：分批發(fā)酵又稱(chēng)分批培養(yǎng)。所謂分批發(fā)酵是指將所有的物料一次參加發(fā)酵罐，然后滅菌、接種培養(yǎng)，最后將整個(gè)罐的內(nèi)容物放出，進(jìn)展產(chǎn)物回收。清罐完畢后，重新開(kāi)場(chǎng)新的裝料發(fā)酵的發(fā)酵方式。〔未〕連續(xù)發(fā)酵：是指以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)液，同事以一樣的速度流出培養(yǎng)液，從而使培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)培養(yǎng)液的量維持恒定，使微生物細(xì)胞能在近似恒定狀態(tài)下生長(zhǎng)的微生物發(fā)酵培養(yǎng)方式。分類(lèi)：具有菌體再循環(huán)或不循環(huán)的單罐連續(xù)發(fā)酵，具有菌體再循環(huán)或不循環(huán)的多罐連續(xù)發(fā)酵第二章生物菌種選育一、菌種的來(lái)源二、工業(yè)發(fā)酵中常見(jiàn)微生物的種類(lèi)枯草芽孢桿菌大腸桿菌乳酸桿菌丙酮丁醇梭菌①細(xì)菌假單胞菌〔可以利用烴類(lèi)產(chǎn)生單細(xì)胞〕①細(xì)菌假單胞菌〔可以利用烴類(lèi)產(chǎn)生單細(xì)胞〕醋酸桿菌棒狀桿菌黃單胞菌〔產(chǎn)生黃原膠〕釀酒酵母〔啤酒酵母〕異常漢遜式酵母②酵母菌假絲酵母畢赤式酵母釀酒酵母〔啤酒酵母〕異常漢遜式酵母②酵母菌假絲酵母畢赤式酵母r根霉屬③霉菌曲霉屬④放線菌⑤擔(dān)子菌⑥藻類(lèi)青霉屬毛霉屬三、工業(yè)微生物的來(lái)源〔菌種來(lái)源〕需要補(bǔ)充①向菌種保藏機(jī)構(gòu)索取有關(guān)菌株，從中篩選所需菌株②自然環(huán)境中別離③從發(fā)酵制品中別離目的菌株四、微生物菌種的選擇性別離菌株的別離和篩選一般可以分為〔采樣〕、〔富集〕、〔別離〕、〔目的菌的篩選〕等幾個(gè)步驟。(1)微生物樣品的采集控制培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分:(2)(1)微生物樣品的采集控制培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分:(2)微生物樣品的富集培養(yǎng)控制培養(yǎng)條件：PH溫度及通氣量(3)(4(3)(4)目的菌種的篩選：涂布法、影印平板法(5)自然界別離微生物的一般操作步驟?抑制不需要的菌類(lèi)目的菌種的別離：透明圈法、變色圈法、生長(zhǎng)圈法、抑菌圈法、(6)(6)樣品的采取一預(yù)處理一培養(yǎng)一菌落的選擇一初篩一復(fù)篩一性能的鑒定―菌種保藏五、發(fā)酵高產(chǎn)菌株的選育方法自然選育、誘變育種、雜交育種、原生質(zhì)體融合、基因工程育種六、 常用的菌種保藏方法、原理以及各自的適用對(duì)象原理：采用低溫枯燥缺氧、缺乏營(yíng)養(yǎng)，添加保護(hù)劑或酸度中和劑等方法，使微生物處于代謝不活潑，生長(zhǎng)受抑制的環(huán)境中。蒸餾水懸浮法：好氧性細(xì)菌和酵母菌斜面?zhèn)鞔２兀悍啪€菌、酵母菌霉菌礦物油浸沒(méi)保藏：絲狀真菌、酵母菌、細(xì)菌、放線菌、擔(dān)子菌〔各類(lèi)菌〕枯燥載體保藏〔沙土管保藏〕：產(chǎn)孢子微生物冷凍枯燥法〔超低溫冷凍保藏、普通冷凍保藏、液氮冷凍保藏〕各大類(lèi)大、菌種復(fù)壯定義：狹義菌種已發(fā)生衰退的情況下，通過(guò)純種別離和測(cè)定生產(chǎn)性能等方法，從衰退的群體中找出少數(shù)尚未衰退的個(gè)體，從而到達(dá)恢復(fù)該菌原有典型性狀的目的。廣義：在菌種的生產(chǎn)性能尚未衰退前，就經(jīng)常有意識(shí)的進(jìn)展菌種別離和生產(chǎn)性能的測(cè)定工作，從而逐步提高菌種的生產(chǎn)特性。七、 純種別離的方法〔稀釋別離法〕〔平板劃線法〕〔組織別離法〕八、 種子的擴(kuò)大培養(yǎng)：是指將保存在砂土管，冷凍枯燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，在經(jīng)過(guò)扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)而荻得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。這些純種培養(yǎng)物成為種子。i1細(xì)菌孢子的制備霉菌孢子的制備放線菌孢子的制備液體種子制備生產(chǎn)車(chē)間種子制備九、影響種子質(zhì)量的因素：〔接種量〕〔種齡〕〔孢子的質(zhì)量〕〔培養(yǎng)基〕〔培養(yǎng)條件〕影響孢子質(zhì)量的因素：〔培養(yǎng)基〕〔培養(yǎng)條件〕〔培養(yǎng)時(shí)間〕〔冷藏時(shí)間〕十、種子罐級(jí)數(shù)確實(shí)定：種子罐是指：制備種子需要逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù)，主要取決于兩個(gè)方面菌種生長(zhǎng)特性，孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度所采用發(fā)酵罐的容積十一、接種量：是指移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例第三章發(fā)酵機(jī)制及發(fā)酵動(dòng)力學(xué)〔需看課本代謝調(diào)節(jié)〕十二、分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵的關(guān)系十三、初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物的關(guān)系1、概念不同在微生物的新陳代謝中，一般將微生物從外界吸收各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過(guò)程，稱(chēng)為初級(jí)代謝而次級(jí)代謝是相對(duì)于初級(jí)代謝而提出的一個(gè)概念。一般認(rèn)為，次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程2產(chǎn)物不同初級(jí)代謝的產(chǎn)物，如單糖或單糖衍生物、核苷酸、維生素、氨基酸、脂肪酸等單體以及由它們組成的各種大分子聚合物，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)等生命必需物質(zhì)。通過(guò)次級(jí)代謝合成的產(chǎn)物稱(chēng)為次級(jí)代謝產(chǎn)物，大多是分子構(gòu)造比擬復(fù)雜的化合物，可將其分為抗生素、激素、生物堿、毒素等類(lèi)型次級(jí)代謝產(chǎn)物可積累在細(xì)胞內(nèi)，但通常都分泌到細(xì)胞外，有些與機(jī)體的分化有一定的關(guān)系，并在同其它生物的生存競(jìng)爭(zhēng)中起著重要的作用。3存在乂圍不同初級(jí)代謝的代謝系統(tǒng)，它是一類(lèi)普遍存在于各類(lèi)微生物中的一種根本代謝類(lèi)型。次級(jí)代謝只存在于某些微生物中，并且代謝途徑和代謝產(chǎn)物因生物不同而不同，就是同種生物也會(huì)由于培養(yǎng)條件不同而產(chǎn)生不同的次級(jí)代謝產(chǎn)物。4對(duì)微生物的作用不同通過(guò)初級(jí)代謝，能使?fàn)I養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為構(gòu)造物質(zhì)、具生理活性物質(zhì)或?yàn)樯L(zhǎng)提供能量，因此初級(jí)代謝產(chǎn)物，通常都是機(jī)體生存必不可少的物質(zhì)，只要在這些物質(zhì)的合成過(guò)程的某個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，輕那么引起生長(zhǎng)停頓，重那么導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生突變或死亡，是一種根本代謝類(lèi)型。次級(jí)代謝產(chǎn)物-般對(duì)菌體自身的生命活動(dòng)無(wú)明確功能，不參與細(xì)胞構(gòu)造組成,也不是酶活性必需的，不是機(jī)體生長(zhǎng)與繁殖所必需的物質(zhì)，即使在次級(jí)代謝的某個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，也不會(huì)導(dǎo)致機(jī)體生長(zhǎng)的停頓或死亡，至多只是影響機(jī)體臺(tái)成某種次級(jí)代謝產(chǎn)物的能力。但許屢次級(jí)代謝產(chǎn)物通常對(duì)人類(lèi)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展有重大影響5同微生物生長(zhǎng)過(guò)程的關(guān)系初級(jí)代謝自始至終存在于生活的菌體中，同菌體的生長(zhǎng)過(guò)程呈平行關(guān)系，只有微生物大量生長(zhǎng)，才能積累大量初級(jí)代謝產(chǎn)物。次級(jí)代謝那么是在菌體生長(zhǎng)到一定時(shí)期內(nèi)〔通常是微生物的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期末期或穩(wěn)定期〕產(chǎn)生的，它與機(jī)體的生長(zhǎng)不呈平行關(guān)系，一般可明顯地表現(xiàn)為菌體的生長(zhǎng)期和次級(jí)代謝產(chǎn)物形成期二個(gè)不同的時(shí)期。6對(duì)環(huán)境條件的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同初級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境條件的變化敏感性小〔即遺傳穩(wěn)定性大〕，而次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境條件變化很敏感，其產(chǎn)物的合成往往因環(huán)境條件變化而停頓。7相關(guān)酶的專(zhuān)一性不同相對(duì)來(lái)說(shuō)催化初級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶專(zhuān)一性強(qiáng)，催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的某些酶專(zhuān)一性不強(qiáng)，因此在某種次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的培養(yǎng)基中參加不同的前體物時(shí)，往往可以導(dǎo)致機(jī)體合成不同類(lèi)型的次級(jí)代謝產(chǎn)物另外，催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶往往是一些誘導(dǎo)酶，它們是在菌體對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期或穩(wěn)定生長(zhǎng)期里，由于某種中間代謝產(chǎn)物積累而誘導(dǎo)機(jī)體合成的一種能催化次級(jí)代謝產(chǎn)物臺(tái)成的酶，這些酶通常因環(huán)境條件變化而不能合成。十四、如何選育抗反響調(diào)節(jié)的突變菌種微生物生長(zhǎng)時(shí)常需要一些代謝物如氨基酸、維生素嘌呤和嘧啶化合物等用于細(xì)胞的生物合成。如果將這些代謝物的構(gòu)造類(lèi)似物〔擠代謝物〕添加與培養(yǎng)基內(nèi)，由于它們可以和正常的代謝物競(jìng)爭(zhēng)同一酶系，因此使微生物不能夠再將正常的代謝物用于細(xì)胞的生物臺(tái)成，結(jié)果便菌體不能正常生長(zhǎng)。如果將菌體誘變，荻得在擠代謝物同時(shí)也能夠正常生長(zhǎng)的突變株，那么證明給突變株的有關(guān)酶系對(duì)某擠代謝物已不敏感了。在一般情況下，該突變株的有關(guān)酶系對(duì)相應(yīng)的代謝物也不敏感了，這樣也就解除了某些代謝物對(duì)有關(guān)酶系的反響抑制和阻遏。十五、分解代謝物阻遏〔葡萄糖效應(yīng)〕原因：大腸桿菌優(yōu)先利用葡萄糖，并在葡萄糖耗盡后開(kāi)場(chǎng)利用乳糖。葡萄糖分解的中間產(chǎn)物阻遏了分解葡萄糖酶系的合成。第四章 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理一、 培養(yǎng)基要滿(mǎn)足：滿(mǎn)足菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)菌的生成二、 發(fā)酵培養(yǎng)基一般含有五大方面的要素：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽及微量元素、水，以及生長(zhǎng)因子、前體、產(chǎn)物促進(jìn)劑和抑制劑等。發(fā)酵培養(yǎng)基一般有三種分類(lèi)方法，按原料的化學(xué)純度不同分為：天然合成培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基；按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)不同分為：固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基和半固體培養(yǎng)基；按培養(yǎng)基的用途不同分為：孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基三、 常用的成源：葡萄糖、糖蜜、酯類(lèi)、烴類(lèi)、〔淀粉、糊精需要先糖化〕常用的氮源：氨水、蛋白胨、尿素四、 工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基按照用途分實(shí)驗(yàn)室常用培養(yǎng)基、發(fā)酵生產(chǎn)中常用培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基實(shí)驗(yàn)室常用的培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基發(fā)酵生產(chǎn)中常用的培養(yǎng)基｛種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基第五章一、 常用的滅菌方法：化學(xué)義菌、射線義菌、干熱義菌、濕熱義菌二、 求滅菌時(shí)間三、 空氣除菌的工藝流程〔兩次冷卻兩次別離適當(dāng)加熱〕預(yù)處理的目的：提高壓縮空氣的干凈度，降低空氣過(guò)濾器的負(fù)荷；除去壓縮后空氣中所帶的油水，以適宜的空氣濕度和溫度進(jìn)入空氣過(guò)濾器六章一、影響發(fā)酵的原因及控制. .word..營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度：碳源的種類(lèi)和濃度；氮源的種類(lèi)和濃度；磷酸鹽的濃度；菌體濃度；溫度：生物熱；攪拌熱；蒸發(fā)熱；輻射熱；發(fā)酵熱pH：使微生物細(xì)胞的原生質(zhì)膜的電荷發(fā)生改變；直接影響酶活性；直接影