發(fā)酵工程復習重點

1、1、發(fā)酵工程的概念：發(fā)酵原理與工程學的結(jié)合，利用生物細胞(含動物、植物和微生物細胞)，在合適的條件下，經(jīng)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物或菌體的過程。是研究利用生物材料生產(chǎn)有用物質(zhì)，服務(wù)于人類的一門綜合性科學技術(shù)。2、發(fā)酵過程的分類：1）獲取能量的方式：好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵；2）發(fā)酵狀態(tài)：固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)發(fā)酵、液體表面發(fā)酵、液體深層發(fā)酵；3）發(fā)酵工藝類型：批式發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵4）產(chǎn)物類型：初級代謝產(chǎn)物發(fā)酵、次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵；(或)食品發(fā)酵、有機酸發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵、維生素發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酵母培養(yǎng)3、巴氏滅菌法：又稱低溫滅菌法，先將要求滅菌的物質(zhì)加熱到65 30分鐘或72 15分鐘，隨后迅速冷

2、卻到10以下。這樣既不破壞營養(yǎng)成分，又能殺死細菌的營養(yǎng)體。如：啤酒、黃酒、醬油、醋、牛奶等4、發(fā)酵工程的第一次飛躍：通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立世界上第一個抗生素青霉素世界上第二個抗生素鏈酶素5、生物工程研究的領(lǐng)域：基因工程、酶工程、細胞工程、發(fā)酵工程、生物反應(yīng)器、生物分離工程6、工業(yè)微生物的特點：1）種類繁多，分布廣泛2）生長繁殖快，代謝能力強3）遺傳穩(wěn)定性差，容易發(fā)生變異7、發(fā)酵工業(yè)對菌種的要求：(1)能在廉價原料制備的培養(yǎng)基上迅速生長并生成所需的代謝產(chǎn)物，且產(chǎn)量高；(2)培養(yǎng)條件易于控制；(3)生長迅速，發(fā)酵周期短；(4)滿足代謝控制的要求；(5)抗噬菌體和雜菌的能力強；(6)遺傳性狀穩(wěn)定，菌

3、種不易變異退化；(7)在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡沫要少；(8)對需要添加的前體物質(zhì)有耐受能力，并且不能將這些前體物質(zhì)作為一般碳源利用；(9)不是病原菌，同時在系統(tǒng)發(fā)育上與病原菌無關(guān)，不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質(zhì)(包括抗生素、激素和毒素)。8、微生物菌種的分離：1）施加選擇性壓力分離法 利用不同種類的微生物其生長繁殖對環(huán)境和營養(yǎng)要求的不同，如溫度、pH、滲透壓、氧氣、碳源、氮源等，人為控制這些條件，使之利于某類或某種微生物生長，而不利于其他種類微生物的生存，以達到使目的菌種占優(yōu)勢，而得以快速分離純化的目的。 平板劃線或平板稀釋法：稀釋涂布法 劃線分離法 2）利用固體平板的生化反應(yīng)進行分離 透明圈法、變

4、色圈法、生長圈法、抑菌圈法 3）隨機分離方法：抗生素產(chǎn)生菌的分離、多糖產(chǎn)生菌的分離、生長因子產(chǎn)生菌的分離、酶抑制劑產(chǎn)生菌的分離9、菌種選育：自然選育、誘變育種、雜交育種(有性、準性)、原生質(zhì)體融合育種、基因工程育種10、菌種退化：在較長時期傳代保藏后，菌株的一個或多個生理性狀和形態(tài)特征逐漸減退或消失的現(xiàn)象。11、復壯：使衰退的菌種重新恢復原來的優(yōu)良特性。方法：單細胞分離純化(菌絲尖端)、減少傳代次數(shù)、適當更換培養(yǎng)基12、菌種保藏：使孢子或菌體的生長代謝活動盡量降低，以減少其變異。 方法：斜面低溫保藏法、石蠟油封保藏法、砂土管保藏法、冷凍干燥法、超低溫保藏法13、種子擴大培養(yǎng)：將保存在砂土管、冷

5、凍干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，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級放大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。14、菌種擴大培養(yǎng)的任務(wù)：純而壯、活力旺盛、接種量足夠的培養(yǎng)菌15、種子罐級數(shù)：制備種子需要逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)，取決于生產(chǎn)所用菌種的生長特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖的速度、所用發(fā)酵罐的容積。如：谷氨酸二級發(fā)酵：一級種子罐擴大培養(yǎng)；青霉素三級發(fā)酵：二級種子罐擴大培養(yǎng)16、菌種的種齡：種子罐中培養(yǎng)的菌絲體移入下一級種子罐或發(fā)酵罐時的培養(yǎng)時間。17、接種量：移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例。接種量的大小決定于生產(chǎn)菌種在發(fā)酵罐中生長繁殖的速度。18、初級代謝產(chǎn)物：微生物自身生長繁

6、殖所必需的代謝產(chǎn)物。如氨基酸、核苷酸、多糖、維生素、有機酸、蛋白質(zhì)、核酸等次級代謝產(chǎn)物：代謝產(chǎn)物與微生物生長繁殖無明確關(guān)系。如抗生素、生物堿、色素等19、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分包括：碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水20、前體：加入培養(yǎng)基后，能夠直接在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而自身的結(jié)構(gòu)并未發(fā)生太大變化，卻能提高產(chǎn)物產(chǎn)量的小分子物質(zhì)。 使用過程注意：采用少量多次的流加工藝(為了減少毒性和增加前體的利用率)21、促進劑：是一類刺激因子。影響微生物的正常代謝，或促進中間代謝產(chǎn)物的積累，或提高次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。 使用過程注意：專一性很強，用量極微，使用得當，效果顯著22、抑制劑：抑制某些代謝途徑

7、的進行，同時刺激另一代謝途徑，以致可以改變微生物的代謝途徑。 使用過程注意：專一性很強，用量極微，使用得當，效果顯著23、淀粉水解糖的制備方法：工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。 水解方法可分為：酸水解法、酶水解法、酸酶結(jié)合水解法。 酶水解法(得率最高、生產(chǎn)周期最長)：分兩步：液化、糖化 液化：利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚糖，使黏度大為降低，流動性增高； 糖化：利用糖化酶將糊精或低聚糖進一步水解為葡萄糖。24、淀粉的雙酶法制糖：1)-淀粉酶：內(nèi)切型淀粉酶，作用于-1,4-糖苷鍵，使水溶液中的淀粉分子迅速液化，產(chǎn)生糊精。高濃度底物及Ca2+對-

8、淀粉酶的耐熱性有很大幫助 2)淀粉葡萄糖苷酶：外切型淀粉酶，作用于-1,4-糖苷鍵、-1,6-糖苷鍵3)糊化：淀粉顆粒由于受熱吸水膨脹，晶體結(jié)構(gòu)消失，變成糊狀液體的現(xiàn)象。 糊化過程可分為三個階段：預糊化、糊化、溶解4)檢測液化終點的方法：碘液滴入液化液中，顯棕紅色或橙黃色5)糖化終點檢測方法：無水乙醇滴入糖化液中，無白色沉淀25、消毒與滅菌的區(qū)別：1）消毒：采用物理或化學方法殺死容器、器具內(nèi)外、車區(qū)等環(huán)境中的病原微生物，但一般只能殺死營養(yǎng)細胞而不能殺死細菌的芽孢。例如巴氏滅菌法（60 ，30min）。 2）滅菌：采用物理或化學方法殺死或除去物料、空氣、容器、器具等環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細胞

9、、細菌芽孢和孢子3）消毒不一定達到滅菌的要求，而滅菌可以達到消毒的目的26、各種滅菌法的基本原理：1）干熱滅菌法：利用高溫產(chǎn)生的干熱對微生物有氧化、蛋白質(zhì)變性和電解質(zhì)濃縮引起中毒等作用而殺滅微生物2）濕熱滅菌法：借助蒸汽釋放的熱能使微生物細胞中的蛋白質(zhì)、酶和核酸分子內(nèi)部的化學鍵、特別是氫鍵受到破壞，引起不可逆的變性，使微生物死亡。3）輻射滅菌法：利用高能量的電磁輻射與菌體核酸的光化學反應(yīng)造成菌體死亡。4）化學藥劑滅菌法：利用藥物與微生物細胞中的成分發(fā)生反應(yīng),使蛋白質(zhì)變性、酶失活。5）過濾除菌法：利用微生物不能透過濾膜而達到除菌目的。27、發(fā)酵對空氣無菌程度的要求：一般要求1000次使用周期中只

10、允許有一個菌通過，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3。 提供無菌空氣：空氣壓縮機28、微生物發(fā)酵機理：微生物通過其代謝活動，利用基質(zhì)合成人們所需要的產(chǎn)物的內(nèi)在規(guī)律。29、代謝控制發(fā)酵：人為改變微生物的代謝調(diào)控機制，使有用中間代謝產(chǎn)物過度積累的發(fā)酵30、微生物積累的產(chǎn)物：微生物菌體、微生物酶、代謝產(chǎn)物31、能量代謝的中心任務(wù)：把外界環(huán)境中的各種初級能源轉(zhuǎn)換成對一切生命活動都能使用的能源ATP32、糖酵解：葡萄糖經(jīng)過1,6-二磷酸果糖生成3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛再降解生成丙酮酸并產(chǎn)生ATP的代謝過程。糖酵解過程：從葡萄糖或糖原開始至生成丙酮酸，分別包括10步連續(xù)的酶促步驟33、丙酮酸的去

11、路：1）無氧條件下，生成乳酸 2）無氧條件下，生成乙醇 3）有氧條件下，氧化成CO2和H2O 34、巴斯德效應(yīng)：氧對發(fā)酵的抑制現(xiàn)象35、同型乳酸發(fā)酵：經(jīng)EMP途徑。理論轉(zhuǎn)化率：100% 菌種：乳酸鏈球菌、乳酪桿菌、保加利亞乳桿菌、德氏乳桿菌異型乳酸發(fā)酵：經(jīng)HMP途徑。理論轉(zhuǎn)化率：50% 菌種：腸膜明串珠菌、葡聚糖明串珠菌36、異型乳酸菌：發(fā)酵1mol葡萄糖產(chǎn)生的乳酸少于1.8mol，同時還產(chǎn)生較多的乙醇、CO2或乙酸、甘油、甘露醇等產(chǎn)品的乳酸菌。37、檸檬酸發(fā)酵機制： 38、生物反應(yīng)器：（發(fā)酵罐、酶反應(yīng)器）以活細胞或酶為生物催化劑進行細胞增殖或生化反應(yīng)提供適宜環(huán)境的設(shè)備，它是生物反應(yīng)過程中的關(guān)鍵設(shè)備。39、生物反應(yīng)器組成部分：罐體、攪拌裝置、傳熱裝置、通氣部分、進出料口、溫控測量系統(tǒng)、附屬系統(tǒng)40、下游技術(shù)：也稱為下游工程或下游加工過程，是對于由生物界自然產(chǎn)生的或由微生物菌體發(fā)酵的、動植物細胞組織培養(yǎng)的、酶反應(yīng)等各種生物工業(yè)生產(chǎn)過程獲得的生物原料，經(jīng)提取分離、加工并精制為目的成分，最終使其成為產(chǎn)品的技術(shù)。41、從發(fā)酵液中可獲得的產(chǎn)物有：菌體及胞內(nèi)產(chǎn)物、酶、代謝產(chǎn)物42、發(fā)酵液的組成特點： 發(fā)酵液含水量達90%-99% ； 發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低； 發(fā)酵液中的懸浮固形物使發(fā)酵液黏度增加，不利于過濾及提取和精制