發(fā)酵工程總結(jié)

1、緒論：一、概念：發(fā)酵工程（Fermentation Engineering）指在最適發(fā)酵條件下，在發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的技術(shù)。二、 發(fā)酵工程研究的主要內(nèi)容發(fā)酵工程主要包括代謝工程和發(fā)酵工藝兩個(gè)主要內(nèi)容具體來(lái)說(shuō)它一般包括微生物細(xì)胞或動(dòng)植物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，或利用固定化酶，固定化細(xì)胞所做的反應(yīng)器加工底物，以及培養(yǎng)加工后產(chǎn)物大規(guī)模的分離提取等工藝。發(fā)酵工藝主要是在生物反應(yīng)過(guò)程中提供各種所需的最適環(huán)境條件。如酸堿度、濕度、底物濃度、通氣量以及保證無(wú)菌狀態(tài)等研究?jī)?nèi)容。 四、發(fā)酵工程的特點(diǎn)一個(gè)完整的發(fā)酵過(guò)程包括：1材料的預(yù)處理2生物催化劑的制備3生化反應(yīng)器及發(fā)應(yīng)條件的選擇與監(jiān)控 第二章：菌種的

2、來(lái)源一、工業(yè)化生產(chǎn)菌種的要求q 能夠利用廉價(jià)的原料，簡(jiǎn)單的培養(yǎng)基，大量高效地合成 產(chǎn)物q 有關(guān)合成產(chǎn)物的途徑盡可能地簡(jiǎn)單，或者說(shuō)菌種改造的 可操作性要強(qiáng)q 遺傳性能要相對(duì)穩(wěn)定q 不易感染它種微生物或噬菌體q 產(chǎn)生菌及其產(chǎn)物的毒性必須考慮（在分類學(xué)上最好與致病 菌無(wú)關(guān)）q 生產(chǎn)特性要符合工藝要求二、自然界中菌種分離的一般過(guò)程(步驟): 土樣的采取 預(yù)處理 培養(yǎng) 菌落的選擇 產(chǎn)品的鑒定.目的：高效地獲取一株高產(chǎn)目的產(chǎn)物的微生物.三、采樣時(shí)要注意的問(wèn)題: 氣候、水分、空氣;來(lái)源要廣;結(jié)合產(chǎn)品的特點(diǎn);標(biāo)簽：地點(diǎn)、時(shí)間、氣候等四、目的微生物富集的一些基本方法富集的目的：讓目的微生物在種群中占優(yōu)勢(shì)，使篩選

3、變得可能。富集的三種方案：q 定向培養(yǎng):采用特定的有利于目的微生物富集的條件，進(jìn)行培養(yǎng)。q 當(dāng)不可能采用定向培養(yǎng)時(shí)，則可設(shè)計(jì)在一個(gè)分類學(xué)中考慮，q 不能提供任何有助于篩選產(chǎn)生菌的信息，這時(shí)只能通過(guò)隨機(jī)分離的辦法.定向培養(yǎng)的方法物理方法：加熱、膜過(guò)濾等 但主要是通過(guò)培養(yǎng)的方法定向培養(yǎng)的富集方法1、底物 2、pH條件 3、培養(yǎng)時(shí)間 4、培養(yǎng)溫度等一切能提高目的微生物相對(duì)生長(zhǎng)速度的手段，培養(yǎng)（固體、液體；分批連續(xù)）后使目的微生物在種群中占優(yōu)勢(shì)。五、菌落的選出1.從產(chǎn)物角度出發(fā)：在培養(yǎng)時(shí)以產(chǎn)物的形成有目的的設(shè)計(jì)培養(yǎng)基 利用簡(jiǎn)單、快速的鑒定方法，如抗生素2.從形態(tài)的角度：菌落的外觀形態(tài)，是微生物的一個(gè)重

4、要表征。如多糖產(chǎn)生菌在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上生長(zhǎng)，從具有粘液性的菌落外觀上就可以初步識(shí)別。六、菌株選育、分子改造方法： 基因突變：自然選育、誘變育種基因重組: 雜交、原生質(zhì)體融合、基因工程基因的直接進(jìn)化：點(diǎn)突變、易錯(cuò)PCR、同序法DNA Shuffling等第三章:發(fā)酵培養(yǎng)基一、發(fā)酵培養(yǎng)基所需成分1、碳源1)、作用：提供微生物菌種的生長(zhǎng)繁殖所需的能源和合成菌體所必需的碳成分 提供合成目的產(chǎn)物所必須的碳成分2)、來(lái)源：糖類、油脂、有機(jī)酸、正烷烴3)、工業(yè)上常用的糖類 葡萄糖 糖蜜 淀粉、糊精2、氮源氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)

5、氮源。 1)、無(wú)機(jī)氮源 選擇合適的無(wú)機(jī)氮源有兩層意義： 滿足菌體生長(zhǎng)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的pH2)、有機(jī)氮源成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無(wú)機(jī) 鹽及生長(zhǎng)因子3、無(wú)機(jī)鹽和微量元素來(lái)源：C、N源，以鹽的形式補(bǔ)充使用注意點(diǎn)：A 對(duì)于其它渠道有可能帶入的過(guò)多的某種無(wú)機(jī)離子和 微量元素在發(fā)酵過(guò)程中必須加以考慮 B使用時(shí)注意鹽的形式（pH的變化）4、生長(zhǎng)因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑前體作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份用法：前體使用時(shí)普遍采用流加的方法5、水三 、發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和優(yōu)化：1、培養(yǎng)基成分選擇的原則 ：菌種的同化能力、代謝的阻遏和誘導(dǎo)、合適的C、N比：1000.22.0、pH的要求2、

6、成分含量的確定1）、理論轉(zhuǎn)化率與實(shí)際轉(zhuǎn)化率 理論轉(zhuǎn)化率是指理想狀態(tài)下根據(jù)微生物的代謝途徑進(jìn)行物料衡算，所得出的轉(zhuǎn)化率的大小。 實(shí)際轉(zhuǎn)化率是指實(shí)際發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)化率的大小 2）、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)基成分的含量最終都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的合理的實(shí)驗(yàn)方法：多因子實(shí)驗(yàn)：均勻設(shè)計(jì)、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面分析等3、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的步驟： 根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)基成分確定時(shí)一些必須考慮的問(wèn)題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分；通過(guò)單因子實(shí)驗(yàn)最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；當(dāng)培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問(wèn)題就是各成分最適的濃度，由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采用一些合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。4、搖瓶水平到反應(yīng)器水平的優(yōu)化配方搖瓶培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的第

7、一步反應(yīng)器最終的優(yōu)化的基礎(chǔ)配方5、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)時(shí)注意的一些相關(guān)問(wèn)題 : 原料及設(shè)備的預(yù)處理、原材料的質(zhì)量 、發(fā)酵特性的影響、滅菌第四章 種子的擴(kuò)大培養(yǎng)一、種子擴(kuò)大培養(yǎng)的概念: 種子擴(kuò)大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過(guò)扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng),最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。二、種子擴(kuò)大培養(yǎng)的目的：接種量的需要菌種的馴化縮短發(fā)酵時(shí)間、保證生產(chǎn)水平三、種子的要求：總量及濃度能滿足要求生理狀況穩(wěn)定，個(gè)體與群體活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵后，能夠迅速生長(zhǎng)無(wú)雜菌污染四、種子制備的技術(shù)概要主要包括：實(shí)驗(yàn)室階段、生產(chǎn)車間階段實(shí)驗(yàn)室階段：1

8、培養(yǎng)物選擇的原則 2培養(yǎng)基選擇的原則 3起始接種物的傳代問(wèn)題1培養(yǎng)物選擇的原則：目的：種子擴(kuò)培到一定的量和質(zhì)，根據(jù)菌種的特點(diǎn)最終的培養(yǎng)物2培養(yǎng)基選擇的原則培養(yǎng)基的選擇應(yīng)該是有利于菌體的生長(zhǎng)，對(duì)孢子培養(yǎng)基應(yīng)該是有利于孢子的生長(zhǎng)。在原料方面，實(shí)驗(yàn)室種子培養(yǎng)階段，規(guī)模一般比較小，因此為了保證培養(yǎng)基的質(zhì)量，培養(yǎng)基的原料一般都比較精細(xì)。3起始接種物的傳代問(wèn)題 細(xì)菌： 保藏斜面 活化斜面產(chǎn)孢子：保藏 母斜面 子斜面目的：使菌種的傳代次數(shù)盡可能的少。生產(chǎn)車間階段: 1、培養(yǎng)物的選擇原則 2、培養(yǎng)基選擇的原則 3、發(fā)酵級(jí)數(shù)的確定4、接種量的確定5、種齡6、種子的質(zhì)量要求1培養(yǎng)物的選擇原則：q 縮短發(fā)酵時(shí)間q

9、有利于獲得好的發(fā)酵結(jié)果2、培養(yǎng)基選擇的原則目的：獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的菌體，因此培養(yǎng)基的選擇應(yīng)首先考慮的是有利于孢子的發(fā)育和菌體的生長(zhǎng)，所以營(yíng)養(yǎng)要比發(fā)酵培養(yǎng)基豐富。3、發(fā)酵級(jí)數(shù)的確定q 級(jí)數(shù)受發(fā)酵規(guī)模、菌體生長(zhǎng)特性、接種量的影響q 級(jí)數(shù)大，難控制、易染菌、易變異，管理困難，一 般2-4級(jí)。q 在發(fā)酵產(chǎn)品的放大中，反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定是非常重要的一個(gè)方面4、接種量的確定接種量移入種子的體積/接種后培養(yǎng)液的體積過(guò)大過(guò)小都不好，最終以實(shí)踐定，如大多數(shù)抗生素為7-15%。但是一般認(rèn)為大一點(diǎn)好。5、種齡種齡是指種子罐中培養(yǎng)的菌體開(kāi)始移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間。種齡短：菌體太少；種齡長(zhǎng)：易老化。6、種子

10、的質(zhì)量要求：量：要求達(dá)到一定的濃度質(zhì): 形態(tài) （生長(zhǎng)處于某個(gè)階段、均勻等等） 理化指標(biāo)：C、N、P的含量，pH，酶活等無(wú)污染第五章 發(fā)酵過(guò)程動(dòng)力學(xué)的基本概念一、發(fā)酵過(guò)程的反應(yīng)描述及速度概念1.發(fā)酵過(guò)程反應(yīng)的描述: XS（底物） X（菌體） P（產(chǎn)物）2發(fā)酵研究的內(nèi)容：菌種的來(lái)源找到一個(gè)好的菌種發(fā)酵過(guò)程的工藝控制最大限度發(fā)揮菌種的潛力單位時(shí)間內(nèi)單位菌體消耗基質(zhì)或形成產(chǎn)物（菌體）的量稱為比速，是生物反應(yīng)中用于描述反應(yīng)速度的常用概念3.發(fā)酵過(guò)程反應(yīng)速度的描述:XS（底物） X（菌體） P（產(chǎn)物）比生長(zhǎng)速率，單位為時(shí)間的倒數(shù)，有一個(gè)精確的生物學(xué)含義：它表示在固定的生長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)由已有的數(shù)量確定的個(gè)體產(chǎn)生的

11、新個(gè)體數(shù)。數(shù)值越大，群體中產(chǎn)生新個(gè)體的速率也越大。4.微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的基本概念一) 微生物在一個(gè)密閉系統(tǒng)中的生長(zhǎng)情況：二) 微生物的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、Monod方程q 微生物的生長(zhǎng)速度：f(s,p,T,pH,)q 在一定條件下(基質(zhì)限制)：f(S)Monod研究了基質(zhì)濃度與生長(zhǎng)速度的關(guān)系Monod方程(1949)米氏方程:：菌體的生長(zhǎng)比速S：限制性基質(zhì)濃度Ks：半飽和常數(shù)max: 最大比生長(zhǎng)速度單一限制性基質(zhì)：就是指在培養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)物中，對(duì)微生物的生長(zhǎng)起到限制作用的營(yíng)養(yǎng)物。2.Monod方程的參數(shù)求解(雙倒數(shù)法)：將Monod方程取倒數(shù)可得：這樣通過(guò)測(cè)定不同限制性基質(zhì)濃度下，微生物的比生長(zhǎng)速度，

12、就可以通過(guò)回歸分析計(jì)算出Monod方程的兩個(gè)參數(shù)。二、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用連續(xù)培養(yǎng)的操作特性1.連續(xù)反應(yīng)器：流入速度=流出速度=F反應(yīng)器內(nèi)(V)全混流溶質(zhì)濃度處處相等基于細(xì)胞量的物料平衡細(xì)胞的進(jìn)入速率細(xì)胞的流出速率細(xì)胞的生長(zhǎng)速率細(xì)胞的死亡速率細(xì)胞的積累速率在連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，上式可變?yōu)?（沒(méi)有加入菌體、連續(xù)培養(yǎng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，菌體濃度和基質(zhì)保持不變）2. D在連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)中稱為稀釋速率，用符號(hào)“D”表示(等于培養(yǎng)液在罐中平均停留時(shí)間的倒數(shù)）在穩(wěn)定狀態(tài)下，細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率等于稀釋速率。 3.基于限制性營(yíng)養(yǎng)成分的物料平衡養(yǎng)分進(jìn)入系統(tǒng)的速率養(yǎng)分流出系統(tǒng)的速率用于生長(zhǎng)的養(yǎng)分消耗的速率用于維持的養(yǎng)分消

13、耗的速率用于產(chǎn)物形成的養(yǎng)分消耗的速率養(yǎng)分在系統(tǒng)中積累的速率 4.物料衡算（連續(xù)培養(yǎng)的反應(yīng)器特性）第六章 氧的供需及對(duì)發(fā)酵的影響溶氧(DO)是需氧微生物生長(zhǎng)所必需。在發(fā)酵過(guò)程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成為控制因素。 一 微生物對(duì)氧的需求一）描述微生物需氧的物理量1.比耗氧速度或呼吸強(qiáng)度（QO2）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位體積重量的細(xì)胞所消耗的氧氣，單位mmol O2·g菌-1·h-1 2.攝氧率(r)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位體積的發(fā)酵液所需要的氧量。單位mmol O2·L-1·h-1 r= QO2 .X二）溶解氧濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的影響1.CCr:臨界溶氧

14、濃度, 指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度。2.定義：氧飽和度發(fā)酵液中氧的濃度/臨界溶氧溶度所以對(duì)于微生物生長(zhǎng)，只要控制發(fā)酵過(guò)程中氧飽和度>1.三）影響需氧的因素(菌體濃度和QO2)r= QO2 .XQO2與遺傳因素、菌齡、營(yíng)養(yǎng)的成分與濃度、有害物質(zhì)的積累、培養(yǎng)條件有關(guān)二 反應(yīng)器中氧的傳遞一）發(fā)酵液中氧的傳遞方程：N：傳氧速率 kmol/m2.hkg:氣膜傳質(zhì)系數(shù) kmol/m2.h.atmKL:液膜傳質(zhì)系數(shù) m/h調(diào)節(jié)Kla是最常用的方法，kla反映了設(shè)備的供氧能力，一般來(lái)講大罐比小罐要好。二) 發(fā)酵液中氧的平衡1.發(fā)酵液中供氧和需氧始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡中Nv：體積傳氧速率 kmol/

15、m3.h Kla: 以(C*-C)為推動(dòng)力的體積溶氧系數(shù) h-1三 影響Kla的因素Kla反映了設(shè)備的供氧能力，發(fā)酵常用的設(shè)備為搖瓶與發(fā)酵罐。一）、影響搖瓶kla的因素：為裝液量和搖瓶機(jī)的種類二）影響發(fā)酵罐中Kla的因素1.已知在通風(fēng)發(fā)酵罐中，全擋板條件下：提高攪拌，調(diào)節(jié)kla的效果顯著2、實(shí)際上對(duì)于轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有時(shí)是有限度的通風(fēng)的增加也是有限的：蒸發(fā)量大、中間揮發(fā)性代謝產(chǎn)物帶走3、小型發(fā)酵罐和大型發(fā)酵罐調(diào)節(jié)kla的特點(diǎn)q 小型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速可調(diào)q 大型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速往往不可調(diào)（大型反應(yīng)器的合理設(shè)計(jì)、對(duì)現(xiàn)有設(shè)備一定要注意工藝配套）4、影響Kla的其它因素：空液體的粘度、氣分布器五 溶氧濃度的變化及其

16、控制一）典型的分批發(fā)酵中氧濃度的變化規(guī)律（一定Kla下）：一般有一個(gè)低谷，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)的末期二）發(fā)酵過(guò)程中溶氧的控制1、溶氧控制的策略微生物反應(yīng)(發(fā)酵):XS P+ XPirt方程：=a+b發(fā)酵過(guò)程的控制一般策略：前期有利于菌體生長(zhǎng)，中后期有利用產(chǎn)物的合成溶氧控制的一般策略：前期大于臨溶氧濃度，中后期滿足產(chǎn)物的形成一般認(rèn)為，發(fā)酵初期較大的通風(fēng)和攪拌而產(chǎn)生過(guò)大的剪切力，對(duì)菌體的生長(zhǎng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不利的影響，所以有時(shí)發(fā)酵初期采用小通風(fēng)，停攪拌，不但有利于降低能耗，而且在工藝上也是必須的。但是通氣增大的時(shí)間一定要把握好。（分階段控制）三）發(fā)酵過(guò)程中溶氧濃度監(jiān)控的意義1、考察工藝控制是否滿足要求2、其它異常

17、情況的表征染菌、噬菌體、設(shè)備和操作故障3、間接控制的措施第七章 發(fā)酵過(guò)程的代謝控制第一、二節(jié) 控制難點(diǎn)：過(guò)程的不確定性和參數(shù)的非線性一、發(fā)酵過(guò)程的種類:分批培養(yǎng)、補(bǔ)料分批培養(yǎng)、半連續(xù)培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)分批培養(yǎng):簡(jiǎn)單的過(guò)程，培養(yǎng)基中接入菌種以后，沒(méi)有物料的加入和取出，除了空氣的通入和排氣。整個(gè)過(guò)程中菌的濃度、營(yíng)養(yǎng)成分的濃度和產(chǎn)物濃度等參數(shù)都隨時(shí)間變化。微生物生長(zhǎng)分為：遲滯期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、穩(wěn)定期和死亡期 對(duì)于初級(jí)代謝產(chǎn)物，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期初期就開(kāi)始合成并積累，而次級(jí)代謝產(chǎn)物則在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期后期和穩(wěn)定期大量合成。補(bǔ)料分批培養(yǎng): 在分批培養(yǎng)過(guò)程中補(bǔ)入新鮮的料液，以克服營(yíng)養(yǎng)不足而導(dǎo)致的發(fā)酵過(guò)早結(jié)束的缺點(diǎn)。在此過(guò)程

18、中只有料液的加入沒(méi)有料液的取出，所以發(fā)酵結(jié)束時(shí)發(fā)酵液體積比發(fā)酵開(kāi)始時(shí)有所增加。在工廠的實(shí)際生產(chǎn)中采用這種方法很多。半連續(xù)培養(yǎng):在補(bǔ)料分批培養(yǎng)的基礎(chǔ)上間歇放掉部分發(fā)酵液（帶放）稱為半連續(xù)培養(yǎng)。某些品種采取這種方式，如四環(huán)素發(fā)酵連續(xù)培養(yǎng):發(fā)酵過(guò)程中一邊補(bǔ)入新鮮料液一邊放出等量的發(fā)酵液，使發(fā)酵罐內(nèi)的體積維持恒定二、排氣氧、排氣CO2和呼吸熵排氣氧的濃度表征了進(jìn)氣的氧被微生物利用以后還剩余的氧，因此排氣氧的大小反映了菌生長(zhǎng)的活性，通過(guò)計(jì)算可以求得攝氧率（OUR）。排氣二氧化碳反映了微生物代謝的情況，因?yàn)槲⑸飻z入的氧并不是全部變成二氧化碳的，有的進(jìn)入代謝中間物分子，有的進(jìn)入細(xì)胞或產(chǎn)物，因此消耗的氧并不

19、等于排出的二氧化碳，此外，含氧的有機(jī)物降解后會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，使排氣二氧化碳大于消耗的氧。 CER表示單位體積發(fā)酵液?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)釋放的二氧化碳的量呼吸熵三、產(chǎn)物量的測(cè)定: 化學(xué)法:滴定法、比色法、測(cè)壓法物理法:許多酶、抗生素都有不對(duì)稱碳原子，具有旋光性，因此可以通過(guò)測(cè)定旋光度來(lái)測(cè)定酶或抗生素的含量。生物法:適用于抗生素效價(jià)的測(cè)定 生物法以抗生素的殺菌能力為衡量效價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)四、菌濃測(cè)定方法: 測(cè)粘度 、 壓縮體積法（離心）、 靜置沉降體積法、 光密度測(cè)定法 OD600660 適合于細(xì)菌、酵母五、酶活力表示法:規(guī)定在250C下，以最適的底物濃度，最適的緩沖液離子強(qiáng)度，以及最適的pH諸條件下，每分鐘能轉(zhuǎn)化

20、一微克分子底物的酶定量為一個(gè)活性單位。第三節(jié) 發(fā)酵過(guò)程的pH控制pH是微生物代謝的綜合反映，又影響代謝的進(jìn)行，所以是十分重要的參數(shù)。發(fā)酵過(guò)程中pH是不斷變化的，通過(guò)觀察pH變化規(guī)律可以了解發(fā)酵的正常與否.一、發(fā)酵過(guò)程pH變化的原因 1、基質(zhì)代謝 （1）糖代謝 特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一（2）氮代謝 當(dāng)氨基酸中的-NH2被利用后pH會(huì)下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，當(dāng)碳源不足時(shí)氮源當(dāng)碳源利用pH上升。（3）生理酸堿性物質(zhì)利用后pH會(huì)上升或下降2、產(chǎn)物形成 某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機(jī)酸類產(chǎn)

21、生使pH下降，紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使pH上升。 3、菌體自溶，pH上升，發(fā)酵后期，pH上升。 二、pH對(duì)發(fā)酵的影響 1.pH對(duì)發(fā)酵的影響 （1）pH影響酶的活性。當(dāng)pH值抑制菌體某些酶的活性時(shí)使菌的新陳代謝受阻（2）pH值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的改變，從而改變細(xì)胞膜的透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進(jìn)行 （3）pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用 （4）pH影響代謝方向 pH不同，往往引起菌體代謝過(guò)程不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。2pH在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響 pH對(duì)菌體生長(zhǎng)影響比產(chǎn)

22、物合成影響小3最佳pH的確定配制不同初始pH的培養(yǎng)基，搖瓶考察發(fā)酵情況三、pH的控制 1、調(diào)節(jié)好基礎(chǔ)料的pH?；A(chǔ)料中若含有玉米漿，pH呈酸性，必須調(diào)節(jié)pH。若要控制消后pH在6.0，滅菌前pH往往要調(diào)到6.56.82、在基礎(chǔ)料中加入維持pH的物質(zhì)，如CaCO3 ，或具有緩沖能力的試劑，如磷酸緩沖液等3、通過(guò)補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH 在發(fā)酵過(guò)程中根據(jù)糖氮消耗需要進(jìn)行補(bǔ)料。在補(bǔ)料與調(diào)pH沒(méi)有矛盾時(shí)采用補(bǔ)料調(diào)pH4、當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)pH發(fā)生矛盾時(shí)，加酸堿調(diào)pH 5、選擇合適的pH調(diào)節(jié)劑6、發(fā)酵的不同階段采取不同的pH值第四節(jié) 溫度變化及其控制一、溫度對(duì)生長(zhǎng)的影響 不同微生物的生長(zhǎng)對(duì)溫度的要求不同，根據(jù)它們對(duì)溫度的要

23、求大致可分為四類：嗜冷菌適應(yīng)于0260C生長(zhǎng)，嗜溫菌適應(yīng)于15430C生長(zhǎng)，嗜熱菌適應(yīng)于37650C生長(zhǎng)，嗜高溫菌適應(yīng)于650C以上生長(zhǎng) , 每種微生物對(duì)溫度的要求可用最適溫度、最高溫度、最低溫度來(lái)表征。 在最適溫度下，微生物生長(zhǎng)迅速；超過(guò)最高溫度微生物即受到抑制或死亡；在最低溫度范圍內(nèi)微生物尚能生長(zhǎng)，但生長(zhǎng)速度非常緩慢，世代時(shí)間無(wú)限延長(zhǎng)。在最低和最高溫度之間，微生物的生長(zhǎng)速率隨溫度升高而增加，超過(guò)最適溫度后，隨溫度升高，生長(zhǎng)速率下降，最后停止生長(zhǎng)，引起死亡。微生物受高溫的傷害比低溫的傷害大，即超過(guò)最高溫度，微生物很快死亡；低于最低溫度，微生物代謝受到很大抑制，并不馬上死亡。這就是菌種保藏的原

24、理。二、微生物與溫度相關(guān)性的原理1、微生物對(duì)溫度的要求不同于它們膜的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系根據(jù)細(xì)胞膜的液體鑲嵌模型，細(xì)胞在正常生理?xiàng)l件下，膜中的脂質(zhì)成分應(yīng)保持液晶狀態(tài)，只有當(dāng)細(xì)胞膜處于液晶狀態(tài)，才能維持細(xì)胞的正常生理功能，使細(xì)胞處于最佳生長(zhǎng)狀態(tài)。(1)什么是液晶狀態(tài)？液晶狀態(tài)是指某些有機(jī)物在發(fā)生固相到液相轉(zhuǎn)變時(shí)的過(guò)渡狀態(tài)稱為液晶態(tài)。由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕B(tài)的溫度稱為熔點(diǎn)，以T1表示；由液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度稱為清亮點(diǎn)，以T2表示。T1與T2之間的溫度稱為液晶溫度范圍。(2)那么為什么不同微生物對(duì)溫度的要求不同呢？根據(jù)細(xì)胞膜脂質(zhì)成分分析表明，不同最適溫度生長(zhǎng)的微生物，其膜內(nèi)磷脂組成有很大區(qū)別。嗜

25、熱菌只含飽和脂肪酸，而嗜冷菌含有較高的不飽和脂肪酸。三、溫度的影響與控制（一）溫度對(duì)發(fā)酵的影響1、溫度影響反應(yīng)速率發(fā)酵過(guò)程的反應(yīng)速率實(shí)際是酶反應(yīng)速率，酶反應(yīng)有一個(gè)最適溫度。2、溫度影響發(fā)酵方向 四環(huán)素產(chǎn)生菌金色鏈霉菌同時(shí)產(chǎn)生金霉素和四環(huán)素，當(dāng)溫度低于300C時(shí)，這種菌合成金霉素能力較強(qiáng)；溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高，溫度達(dá)到350C時(shí)，金霉素的合成幾乎停止，只產(chǎn)生四環(huán)素。溫度還影響基質(zhì)溶解度，氧在發(fā)酵液中的溶解度也影響菌對(duì)某些基質(zhì)的分解吸收。因此對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的溫度要嚴(yán)格控制。（二）最適溫度的選擇1、根據(jù)菌種及生長(zhǎng)階段選擇1）微生物種類不同，所具有的酶系及其性質(zhì)不同，所要求的溫度范圍也不同。

26、2）根據(jù)生長(zhǎng)階段選擇 在發(fā)酵前期由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達(dá)到大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長(zhǎng)迅速； 在中期菌量已達(dá)到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長(zhǎng)中期，從而提高產(chǎn)量，因此中期溫度要稍低一些，可以推遲衰老。因?yàn)樵谏缘蜏囟认掳被岷铣傻鞍踪|(zhì)和核酸的正常途徑關(guān)閉得比較嚴(yán)密有利于產(chǎn)物合成。 發(fā)酵后期，產(chǎn)物合成能力降低，延長(zhǎng)發(fā)酵周期沒(méi)有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。 (1) 如何維持適度的菌體濃度和延長(zhǎng)分泌期？適當(dāng)降低培養(yǎng)溫度可以延緩菌體的衰老和維持相當(dāng)數(shù)量的有強(qiáng)生產(chǎn)能力的菌絲體存在2、根據(jù)培養(yǎng)條件選擇 溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。通氣條件差時(shí)可適當(dāng)降

27、低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。培養(yǎng)基稀薄時(shí)，溫度也該低些。因?yàn)闇囟雀郀I(yíng)養(yǎng)利用快，會(huì)使菌過(guò)早自溶。3、根據(jù)菌生長(zhǎng)情況 菌生長(zhǎng)快，維持在較高溫度時(shí)間要短些；菌生長(zhǎng)慢，維持較高溫度時(shí)間可長(zhǎng)些。培養(yǎng)條件適宜，如營(yíng)養(yǎng)豐富，通氣能滿足，那么前期溫度可髙些，以利于菌的生長(zhǎng)。 總的來(lái)說(shuō)，溫度的選擇根據(jù)菌種生長(zhǎng)階段及培養(yǎng)條件綜合考慮。要通過(guò)反復(fù)實(shí)踐來(lái)定出最適溫度.四、發(fā)酵過(guò)程引起溫度變化的因素（一）發(fā)酵熱Q發(fā)酵 發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過(guò)程溫度變化的原因。 所謂發(fā)酵熱就是發(fā)酵過(guò)程中釋放出來(lái)的凈熱量。什么叫凈熱量呢？在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生菌分解基質(zhì)產(chǎn)生熱量，機(jī)械攪拌產(chǎn)生熱量，而罐壁散熱、水分蒸發(fā)、空氣排氣帶走熱

28、量。這各種產(chǎn)生的熱量和各種散失的熱量的代數(shù)和就叫做凈熱量。發(fā)酵熱引起發(fā)酵液的溫度上升。發(fā)酵熱大，溫度上升快，發(fā)酵熱小，溫度上升慢。1、生物熱Q生物 在發(fā)酵過(guò)程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將其分解氧化而產(chǎn)生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供細(xì)胞合成和代謝產(chǎn)物合成需要的能量，其余一部分以熱的形式散發(fā)出來(lái)，這散發(fā)出來(lái)的熱就叫生物熱。 微生物進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多。 培養(yǎng)過(guò)程中生物熱的產(chǎn)生具有強(qiáng)烈的時(shí)間性。 生物熱的大小與呼吸作用強(qiáng)弱有關(guān)在培養(yǎng)初期，菌體處于適應(yīng)期，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，產(chǎn)生熱量較少。菌體在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，菌體繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌體也較多

29、，所以產(chǎn)生的熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度。培養(yǎng)后期，菌體已基本上停止繁殖，主要靠菌體內(nèi)的酶系進(jìn)行代謝作用，產(chǎn)生熱量不多，溫度變化不大，且逐漸減弱。如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說(shuō)明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，有可能染菌，此外培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)越豐富，生物熱也越大2、攪拌熱Q攪拌 在機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機(jī)械攪拌帶動(dòng)發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，造成液體之間，液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀的熱量。3、蒸發(fā)熱Q蒸發(fā) 通氣時(shí)，引起發(fā)酵液的水分蒸發(fā)，水分蒸發(fā)所需的熱量叫蒸發(fā)熱。此外，排氣也會(huì)帶走部分熱量叫顯熱Q顯熱，顯熱很小，一般可以忽略不計(jì)。4、輻射熱Q輻射 發(fā)酵罐內(nèi)溫度與環(huán)境溫

30、度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過(guò)罐體向外輻射。輻射熱的大小取決于罐溫與環(huán)境的溫差。Q發(fā)酵Q生物Q攪拌Q蒸發(fā)Q輻射（二）發(fā)酵熱的測(cè)定一種是用冷卻水進(jìn)出口溫度差計(jì)算發(fā)酵熱。另一種是根據(jù)罐溫上升速率來(lái)計(jì)算第五節(jié) 防止染菌及染菌來(lái)源一、防止染菌及措施：1、防止種子帶菌：制備種子時(shí)對(duì)沙土管及搖瓶嚴(yán)格加以控制。沙土制備時(shí)要多次間歇滅菌注意接種時(shí)的無(wú)菌操作子瓶、母瓶的移種和培養(yǎng)無(wú)菌室和搖床間都要保持清潔。無(wú)菌室內(nèi)要供給恒溫恒濕的無(wú)菌空氣，還要裝紫外燈用以滅菌，或用化學(xué)藥品滅菌2、防止設(shè)備滲漏：試漏方法可采用水壓試漏法。閥門滲漏可以用集氣桶來(lái)試漏。3、防止培養(yǎng)基滅菌不徹底：培養(yǎng)基滅菌方法高壓蒸汽滅菌分批滅菌 12

31、10C，30分鐘連續(xù)滅菌 罐溫1251300C，3045分鐘培養(yǎng)基滅菌前含有大量雜菌，滅菌時(shí)如果蒸汽壓力不足，就達(dá)不到要求的溫度；滅菌時(shí)產(chǎn)生大量泡沫或發(fā)酵罐中有污垢堆積，就會(huì)窩藏大量雜菌，造成滅菌不徹底。為什么蒸汽滅菌時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量泡沫呢？培養(yǎng)基和水的傳熱系數(shù)比空氣的傳熱系數(shù)大，如果滅菌時(shí)升溫太快，培養(yǎng)基急劇膨脹，發(fā)酵罐內(nèi)的空氣排出較慢，就會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，泡沫上升到發(fā)酵罐頂，泡沫中的耐熱菌就不能與蒸汽直接接觸，未被殺死。防止方法：緩慢開(kāi)啟蒸汽閥門，或加入少量消泡劑。滅菌時(shí)還會(huì)因設(shè)備安裝或污垢堆積造成一些“死角”。這些死角蒸汽不能有效達(dá)到，常會(huì)窩藏耐熱芽孢桿菌，所以設(shè)備安裝要注意不能造成死角，發(fā)酵

32、設(shè)備要經(jīng)常清洗，鏟除污垢。4、防止空氣引起的染菌5、發(fā)酵染菌后的措施l 染菌后的培養(yǎng)基必須滅菌后才可放下水道。滅菌方法：可通蒸汽滅菌，也可加入過(guò)氧乙酸等化學(xué)滅菌劑攪拌半小時(shí)，才放下水道。否則由于各罐的管道相通，會(huì)造成其它罐的染菌，而且直接放下水道也會(huì)造成空氣的污染而導(dǎo)致其它罐批染菌。l 凡染菌的罐要找染菌的原因，對(duì)癥下藥，該罐也要徹底清洗，進(jìn)行空罐消毒，才可進(jìn)罐。l 染菌厲害時(shí)，車間環(huán)境要用石灰消毒，空氣用甲醛熏蒸。特別，若染噬菌體，空氣必須用甲醛蒸汽消毒。染噬菌體表現(xiàn)為：1、鏡檢可發(fā)現(xiàn)菌體數(shù)量明顯減少，菌體不規(guī)則，嚴(yán)重時(shí)完全看不到菌體，且是在短時(shí)間內(nèi)菌體自溶。2、發(fā)酵pH值逐漸上升，48小時(shí)

33、之內(nèi)可達(dá)8.0以上，不再下降。3、發(fā)酵液殘?zhí)歉?，有刺激臭味，粘度大，泡沫多?、生產(chǎn)量甚少或增長(zhǎng)緩慢或停止有無(wú)染噬菌體，根本的要做噬菌斑檢驗(yàn)產(chǎn)生噬菌體的原因：主要是由于生產(chǎn)和試驗(yàn)過(guò)程中不斷不加注意地把許多活菌體排放到環(huán)境中去，自然界中的噬菌體就在活菌體中大量生長(zhǎng)，造成了自然界中噬菌體增殖的好機(jī)會(huì)。染噬菌體對(duì)發(fā)酵的影響：發(fā)酵過(guò)程中如果受噬菌體的侵染，一般發(fā)生溶菌，隨之出現(xiàn)發(fā)酵遲緩或停止，而且受噬菌體感染后，往往會(huì)反復(fù)連續(xù)感染，使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行，甚至使種子全部喪失。噬菌體的防治：1、必須建立工廠環(huán)境清潔衛(wèi)生制度，定期檢查、定期清掃，車間四周有嚴(yán)重污染噬菌體的地方應(yīng)及時(shí)撒石灰或漂白粉。 2、車間地面和

34、通往車間的道路盡量采取水泥地面 3、種子和發(fā)酵工段的操作人員要嚴(yán)格執(zhí)行無(wú)菌操作規(guī)程，認(rèn)真地進(jìn)行種子保管，不使用本身帶有噬菌體的菌種。感染噬菌體的培養(yǎng)物不得帶入菌種室、搖瓶間4、認(rèn)真進(jìn)行發(fā)酵罐、補(bǔ)料系統(tǒng)的滅菌。嚴(yán)格控制逃液和取樣分析和洗罐所廢棄的菌體。對(duì)倒罐所排放的廢液應(yīng)滅菌后才可排放。 5、選育抗噬菌體的菌種，或輪換使用菌種。 6、發(fā)現(xiàn)噬菌體停攪拌、小通風(fēng)，將發(fā)酵液加熱到70800C殺死噬菌體，才可排放。發(fā)酵罐周圍的管道也必須徹底滅菌染菌對(duì)發(fā)酵的危害：干擾生產(chǎn)菌的正常代謝，降低產(chǎn)量改變pH，降解某些產(chǎn)物污染不同的微生物，不同階段染菌危害染菌對(duì)提煉的危害：過(guò)濾困難而大幅度降低過(guò)濾收率有機(jī)溶劑萃取

35、時(shí)發(fā)生乳化染菌原因：設(shè)備滲漏、空氣帶菌、種子帶菌、滅菌不徹底、技術(shù)管理不善染菌后的措施：發(fā)酵液必須滅菌后才可放下水道尋找染菌的原因染菌厲害時(shí)，車間環(huán)境要用石灰消毒產(chǎn)生噬菌體的原因：活菌體隨意排放，造成噬菌體的感染源噬菌體的防治： 建立工廠環(huán)境清潔衛(wèi)生制度感染噬菌體的培養(yǎng)物不得帶入菌種室、搖瓶間發(fā)現(xiàn)噬菌體停攪拌、小通風(fēng)，將發(fā)酵液加熱到70800C殺死噬菌體，才可排放。環(huán)境用漂白粉消毒選育抗噬菌體第六節(jié) 發(fā)酵過(guò)程泡沫的形成與控制泡沫：發(fā)酵過(guò)程起泡的利弊：氣體分散、增加氣液接觸面積，但過(guò)多的泡沫是有害的。（一）泡沫形成的原因1、氣液接觸：因?yàn)榕菽菤怏w在液體中的粗分散體，產(chǎn)生泡沫的首要條件是氣體和液

36、體發(fā)生接觸。而且只有氣體與液體連續(xù)、充分地接觸才會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的泡沫。氣液接觸大致有以下兩類情況：（1）氣體從外部進(jìn)入液體，如攪拌液體時(shí)混入氣體（2）氣體從液體內(nèi)部產(chǎn)生。氣體從液體內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，形成的泡沫一般氣泡較小、較穩(wěn)定。2、含助泡劑：在未加助泡劑，但并不純凈的水中產(chǎn)生的泡沫，其壽命在0.5秒之內(nèi)，只能瞬間存在。搖蕩純?nèi)軇┎黄鹋?，如蒸餾水。只有搖蕩某種溶液才會(huì)起泡。在純凈的氣體、純凈的液體之外，必須存在第三種物質(zhì)，才能產(chǎn)生氣泡。對(duì)純凈液體來(lái)說(shuō)，這第三種物質(zhì)是助泡劑。3、起泡速度高于破泡速度起泡的難易，取決于液體的成分及所經(jīng)受的條件；破泡的難易取決于氣泡和泡破滅后形成的液滴在表面自由能上的差別；同

37、時(shí)還取決于泡沫破裂過(guò)程進(jìn)行得多快這一速度因素。高起泡的液體，產(chǎn)生的泡沫不一定穩(wěn)定。體系的起泡程度是起泡難易和泡沫穩(wěn)定性兩個(gè)因素的綜合效果。泡沫產(chǎn)生速度小于泡沫破滅速度，則泡沫不斷減少，最終呈不起泡狀態(tài)；泡沫產(chǎn)生速度等于泡沫破滅速度，則泡沫數(shù)量將維持在某一平衡狀態(tài)；泡沫產(chǎn)生速度高于泡沫破滅速度，泡沫量將不斷增加。4 發(fā)酵過(guò)程泡沫產(chǎn)生的原因（1）通氣攪拌的強(qiáng)烈程度通氣大、攪拌強(qiáng)烈可使泡沫增多，因此在發(fā)酵前期由于培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分消耗少，培養(yǎng)基成分豐富，易起泡。應(yīng)先開(kāi)小通氣量，再逐步加大。攪拌轉(zhuǎn)速也如此。也可在基礎(chǔ)料中加入消泡劑。（2）培養(yǎng)基配比與原料組成培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，黏度大，產(chǎn)生泡沫多而持久，前期難

38、開(kāi)攪拌。（3）菌種、種子質(zhì)量和接種量菌種質(zhì)量好，生長(zhǎng)速度快，可溶性氮源較快被利用，泡沫產(chǎn)生幾率也就少。菌種生長(zhǎng)慢的可以加大接種量 ，減少泡沫。（4）滅菌質(zhì)量培養(yǎng)基滅菌質(zhì)量不好，糖氮被破壞，抑制微生物生長(zhǎng)，使種子菌絲自溶，產(chǎn)生大量泡沫，加消泡劑也無(wú)效。二）起泡的危害1、降低生產(chǎn)能力在發(fā)酵罐中，為了容納泡沫，防止溢出而降低裝量2、引起原料浪費(fèi)3、影響菌的呼吸4、引起染菌二、泡沫的控制（消泡劑消泡）1、.消泡劑可使泡沫液局部表面張力降低，因而導(dǎo)致泡沫破滅研究發(fā)現(xiàn)：低濃度的，表面張力比起泡液低的物質(zhì)，如果與起泡液成為均相，則促進(jìn)起泡；如果呈飽和狀態(tài)，而且被均勻分散在起泡液中，就可能有消泡作用。2、破泡

39、劑與抑泡劑的區(qū)別破泡劑是加到已形成的泡沫中，使泡沫破滅的添加劑抑泡劑是發(fā)泡前預(yù)先添加而阻止發(fā)泡的添加劑（2）作用機(jī)理上的區(qū)別破泡過(guò)程中，破泡劑不斷失效、消耗，而助泡劑卻不受影響 3、對(duì)消泡劑的要求（1）在起泡液中不溶或難溶只有不溶或難溶才易于達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)（2）表面張力低于起泡液只有消泡劑分子間作用力小，表面張力低于起泡液，消泡劑微粒才能夠在泡膜上浸入及擴(kuò)展。值得注意的是，起泡液的表面張力并非溶液的表面張力，而是助泡溶液的表面張力。 （3）與起泡液有一定程度的親和性 消泡過(guò)程實(shí)際上是泡沫崩潰速度與泡沫生成速度的競(jìng)爭(zhēng)，所以消泡劑必須能在起泡液中快速分散。使消泡劑擴(kuò)散較快，消泡劑活性成分須與起泡液

40、具有一定程度的親和性4）與起泡液不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（5）揮發(fā)性小，作用時(shí)間長(zhǎng)第八章 生物反應(yīng)器1.發(fā)酵罐：進(jìn)行微生物深層培養(yǎng)的裝置2.微生物反應(yīng)器可分為: 需氧微生物反應(yīng)器（通氣發(fā)酵罐） 厭氧微生物反應(yīng)器（嫌氣發(fā)酵罐）3.自吸式發(fā)酵罐:自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機(jī)，而在攪拌過(guò)程中自吸入空氣的發(fā)酵罐。工作原理：自吸式發(fā)酵罐的構(gòu)件主要使自吸攪拌器和導(dǎo)輪，又稱轉(zhuǎn)子及定子。轉(zhuǎn)子由罐底向上升入的主軸帶動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)空氣則由導(dǎo)氣管吸入。在轉(zhuǎn)子啟動(dòng)前，先用液體將轉(zhuǎn)子浸沒(méi)，然后啟動(dòng)馬達(dá)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，液體或空氣在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣，在這個(gè)過(guò)程中，流體便獲得能量，若轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速愈快，

41、旋轉(zhuǎn)的線速度也愈大，則流體的動(dòng)能也愈大，流體離開(kāi)轉(zhuǎn)子時(shí)，由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芤灿?，排出的風(fēng)量也越大。當(dāng)轉(zhuǎn)子空膛內(nèi)的流體從中心被甩向外緣時(shí)，在轉(zhuǎn)子中心處形成負(fù)壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈大，所造成的負(fù)壓也愈大，由于轉(zhuǎn)子的空膛用管子與大氣相通，因此大氣的空氣不斷地被吸入，甩向葉輪的外緣，通過(guò)導(dǎo)向葉輪而使氣液均勻分布甩出。由于轉(zhuǎn)子的攪拌作用，氣液在葉輪周圍形成強(qiáng)烈的混合流（湍流），使剛離開(kāi)葉輪的空氣立即在循環(huán)的發(fā)酵液中分裂成細(xì)微的氣泡，并在湍流狀態(tài)下混合，翻騰，擴(kuò)散到整個(gè)罐中，因此自吸式充氣裝置在攪拌的同時(shí)完成了充氣作用。發(fā)酵工程百度試題一、 填空（一）1、 生物發(fā)酵工藝多種多樣，但基本上包括菌種制備、種子培養(yǎng)、

42、發(fā)酵和提取精制等下游處理幾個(gè)過(guò)程。2、 根據(jù)過(guò)濾介質(zhì)截留的物質(zhì)顆粒大小的不同，過(guò)濾可分為粗濾、微濾、超濾和反滲透四大類。3、 微生物的育種方法主要有三類：誘變法，細(xì)胞融合法，基因工程法。4、 發(fā)酵培養(yǎng)基主要由碳源，氮源，無(wú)機(jī)鹽，生長(zhǎng)因子組成。5、青霉素發(fā)酵生產(chǎn)中，發(fā)酵后的處理包括：過(guò)濾、提煉，脫色，結(jié)晶。6、利用專門的滅菌設(shè)備進(jìn)行連續(xù)滅菌稱為連消，用高壓蒸汽進(jìn)行空罐滅菌稱為空消。7、可用于生產(chǎn)酶的微生物有細(xì)菌、真菌、酵母菌。常用的發(fā)酵液的預(yù)處理方法有酸化、加熱、加絮凝劑。8、根據(jù)攪拌方式的不同，好氧發(fā)酵設(shè)備可分為機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐和通風(fēng)攪拌式發(fā)酵罐兩種。9、依據(jù)培養(yǎng)基在生產(chǎn)中的用途，可將其分成孢

43、子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基三種。10、現(xiàn)代發(fā)酵工程不僅包括菌體生產(chǎn)和代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，還包括微生物機(jī)能的利用。11、發(fā)酵工程的主要內(nèi)容包括生產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及產(chǎn)物的分離、提取與精制。12、發(fā)酵類型有微生物菌體的發(fā)酵、微生物酶的發(fā)酵、微生物代謝產(chǎn)物的發(fā)酵、微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵、生物工程細(xì)胞的發(fā)酵。13、發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)上常用的微生物主要有細(xì)菌、放線菌、酵母菌、霉菌。14、當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)所用的菌種總趨勢(shì)是從野生菌轉(zhuǎn)向變異菌，從自然選育轉(zhuǎn)向代謝調(diào)控育種，從誘發(fā)基因突變轉(zhuǎn)向基因重組的定向育種。15、根據(jù)操作方式的不同，液體深層發(fā)酵主要有分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵。16

44、、分批發(fā)酵全過(guò)程包括空罐滅菌、加入滅過(guò)菌的培養(yǎng)基、接種、發(fā)酵過(guò)程、放罐和洗罐，所需的時(shí)間總和為一個(gè)發(fā)酵周期。17、分批發(fā)酵中微生物處于限制性的條件下生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)周期分為延滯期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、穩(wěn)定期、衰亡期。18、根據(jù)攪拌的方式不同，好氧發(fā)酵設(shè)備又可分為機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐、通風(fēng)攪拌式發(fā)酵罐。19、下流加工過(guò)程由許多化工單元操作組成，通?？梢苑譃榘l(fā)酵液預(yù)處理和固液分離、提取、精制及成品加工四個(gè)階段。20、當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)所用的菌種總趨勢(shì)是從野生菌轉(zhuǎn)向變異菌 ，從自然選育轉(zhuǎn)向代謝調(diào)控育種，從誘發(fā)基因突變轉(zhuǎn)向基因重組的定向育種。21、微生物發(fā)酵產(chǎn)酶步驟為先選擇合適的產(chǎn)酶菌株、后采用適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基和培養(yǎng)方式進(jìn)行發(fā)

45、酵、微生物發(fā)酵產(chǎn)酶、酶的分離純化、制成酶制劑。(二)1.淀粉水解糖的制備可分為酸解法、酶解法和酸酶結(jié)合法 三種。2.糖酵解途徑中的三個(gè)重要的關(guān)鍵酶是己糖激酶、磷酸丙糖激酶、丙酮酸激酶。3.甘油的生物合成機(jī)制包括在酵母發(fā)酵醪中加入亞硫酸氫鈉 與乙醛起加成反應(yīng)和在堿性條件下乙醛起歧化反應(yīng)。4.微生物的吸氧量常用呼吸強(qiáng)度和耗氧速率兩種方法來(lái)表示5.發(fā)酵熱包括生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱和輻射熱等幾種熱。6.發(fā)酵過(guò)程中調(diào)節(jié)pH值的方法主要有添加碳酸鈣法、氨水流加法和尿素流加法。7.微生物工業(yè)上消除泡沫常用的方法有化學(xué)消泡；機(jī)械消泡 兩種。8.谷氨酸等電點(diǎn)提取工藝是根據(jù)在等電點(diǎn)時(shí)氨基酸的溶解度最小的原理確定的

46、。9.固定化酶的制備方法可分物理吸附法、載體偶聯(lián)法、交聯(lián)法和包埋法等。10.可比喻成細(xì)胞內(nèi)流通的能量貨幣是 ATP。11.一條典型的微生物群體生長(zhǎng)曲線可分為遲滯期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期四個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期。12.常用菌種保藏方法有斜面保藏法、沙土管保藏法、液體石蠟保藏法；真空冷凍保藏法等。13.培養(yǎng)基應(yīng)具備微生物生長(zhǎng)所需要的五大營(yíng)養(yǎng)要素是碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子和水。14.電子通過(guò)電子傳遞鏈傳遞的最終命運(yùn)是和_氧（O2）分子結(jié)合。 15.提高細(xì)胞膜的谷氨酸通透性，必須從控制磷脂的合成著手或者使細(xì)胞膜受損傷。16.根據(jù)微生物與氧的關(guān)系，發(fā)酵可分為有（需）氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵兩大類。17.在三羧酸循環(huán)和

47、糖酵解反應(yīng)中，一個(gè)吸收電子的重要輔酶是_ NAD+_ _。 18.工業(yè)微生物育種的基本方法包括自然選育、誘變育種、 代謝控制育種、基因重組定向育種等。19.腸膜明串珠菌進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵時(shí)，產(chǎn)物為乳酸、乙醇、CO2。20.誘導(dǎo)酶指存在底物時(shí)才能產(chǎn)生的酶，它是轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)酶濃度的一種方式。21.谷氨酸對(duì)糖的重量理論轉(zhuǎn)化率為81.7%。22.發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了自然發(fā)酵，純培養(yǎng)技術(shù)的建立，通氣攪拌的好氣性發(fā)酵技術(shù)的建立，人工誘變育種代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立，開(kāi)拓新型發(fā)酵原料時(shí)期，與基因操作技術(shù)相結(jié)合的現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)等六個(gè)階段。23.去除代謝終產(chǎn)物主要是通過(guò)改變細(xì)胞的.膜的通透性來(lái)實(shí)現(xiàn)。24.谷氨酸

48、的生物合成的途徑包括 EMP，HMP，TCA循環(huán)，DCA循環(huán)，CO2固定作用。25.獲得純培養(yǎng)的方法有稀釋法，劃線法，單細(xì)胞挑選法，利用選擇培養(yǎng)基分離法等方法。26.生長(zhǎng)因子主要包括維生素，氨基酸，堿基，它們對(duì)微生物所起的作用是供給微生物自身不能合成但又是其生長(zhǎng)必需的有機(jī)物質(zhì)。27.微生物生長(zhǎng)和培養(yǎng)方式，可以分為 分批培養(yǎng)，連續(xù)培養(yǎng)，補(bǔ)料分批培養(yǎng)三種類型。 28.影響種子質(zhì)量的主要因素包括培養(yǎng)基，種齡與接種量，溫度，pH值，通氣和攪拌，泡沫，染菌的控制和種子罐級(jí)數(shù)的確定。29.抗生素形成的主要代謝調(diào)節(jié)機(jī)制有分解代謝物調(diào)節(jié)，磷酸鹽調(diào)節(jié)，NH4+的抑制作用，次級(jí)代謝的反饋調(diào)節(jié)和次級(jí)代謝的能荷調(diào)節(jié)等

49、。30.空氣除菌的方法有 .加熱殺菌法，靜電除菌法，介質(zhì)過(guò)濾除菌法。31.發(fā)酵產(chǎn)物的濃縮和純化過(guò)程一般包括發(fā)酵液預(yù)處理，提取，精制。 32.菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的是為每次發(fā)酵罐的投料提供數(shù)量相當(dāng)?shù)拇x旺盛的種子。33.碳源物對(duì)微生物的功能是構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物、異養(yǎng)微生物的主要能源物質(zhì) _。34.微生物的營(yíng)養(yǎng)類型可分為光能自養(yǎng)型，光能異養(yǎng)型，化能自養(yǎng)型，化能異養(yǎng)型。 35.在微生物研究和生長(zhǎng)實(shí)踐中，選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的最基本要求是_ 目的明確，營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)，物理化學(xué)條件適宜和價(jià)廉易得。36.液體培養(yǎng)基中加入CaCO3的目的通常是為了調(diào)節(jié)pH值。37.實(shí)驗(yàn)室常用的有機(jī)氮源有牛肉膏，蛋白胨等，無(wú)機(jī)氮源有

50、硫酸銨，硝酸鈉， 等。為節(jié)約成本，工廠中常用尿素等作為有機(jī)氮源。38.呼吸作用與發(fā)酵作用的根本區(qū)別在于電子的最終受體不同。39.乳酸菌進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵時(shí)通過(guò)EMP途徑，產(chǎn)物為乳酸，腸膜明串珠菌進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵時(shí)通過(guò)HMP 途徑，產(chǎn)物為乳酸、乙醇和 二氧化碳。40.操縱子是由 結(jié)構(gòu)基因，操縱基因，啟動(dòng)子組成。二、判斷（一）1、 微生物發(fā)酵的最適氧濃度與臨界氧濃度的概念是完全一樣的（×）2、 從微生物中發(fā)現(xiàn)的抗生素，有約90%是由放線菌產(chǎn)生的。（×）3、在微生物殺蟲劑中，引用最廣泛的是蘇云金芽孢桿菌，他用來(lái)毒殺鱗翅目和雙翅目的害蟲。（）4、分批發(fā)酵又稱為半連續(xù)發(fā)酵。（×

51、;）5、青霉素是由放線菌產(chǎn)生的。（×）6、培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌稱為空消（×）7、在微生物殺蟲劑中，引用最廣泛的是蘇云金芽孢桿菌，他用來(lái)毒殺鱗翅目和雙翅目的害蟲。（）8、在分批發(fā)酵中，最好的收獲期是指數(shù)生長(zhǎng)期。（×）9、奶制品的發(fā)酵主要是一種叫大腸桿菌的微生物的作用。（×）10、固體垃圾進(jìn)行填埋處理時(shí)，必須留有排氣孔。（）11、目前，人們把利用微生物在有氧和無(wú)氧條件下的生命活動(dòng)來(lái)制備微生物菌體或其代謝產(chǎn)物的過(guò)程稱為發(fā)酵。（）12、在微生物菌體的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期所產(chǎn)生的產(chǎn)物如氨基酸、核苷酸等是菌體生長(zhǎng)繁殖所必須的，這些產(chǎn)物叫初級(jí)代謝產(chǎn)物。（）13、微生物轉(zhuǎn)化是利用微生

52、物細(xì)胞的一種或多種酶，把一種化合物轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物。（）14、發(fā)酵過(guò)程中需要防止雜菌污染，大多數(shù)情況下設(shè)備需要進(jìn)行嚴(yán)格的沖洗、滅菌，但空氣不需要過(guò)濾。（×）15、酵母菌是兼性厭氧微生物，它在缺氧條件下進(jìn)行厭氧性發(fā)酵積累酒精，在有氧天津下進(jìn)行好氧發(fā)酵，大量產(chǎn)生菌體細(xì)胞。（）16、發(fā)酵工業(yè)中常用的細(xì)菌有：枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、短桿菌等。（）17、發(fā)酵培養(yǎng)基的組成和配比由于菌種不同、設(shè)備和工藝不同等有所差異，但都包括碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽類、生長(zhǎng)因子等幾類。（）18、發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量與成品的質(zhì)量，與菌種性能及 孢子和種子的制備情況密切相關(guān)。（）19、在發(fā)酵

53、過(guò)程中要控制溫度和pH，對(duì)于需氧微生物還要進(jìn)行攪拌和通氣。（）20、通用式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐是機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐。（）(二)、判斷改錯(cuò)題1.人工誘變、細(xì)胞工程、基因工程等都能對(duì)微生物進(jìn)行定向改造。.× 2.單細(xì)胞蛋白是從微生物細(xì)胞中提取出來(lái)的。× 3.精確定量某些成分而配制的培養(yǎng)基是所有成分的性質(zhì)和數(shù)量已知的培養(yǎng)基，稱為天然培養(yǎng)基。× 4.環(huán)境條件的變化不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，也會(huì)影響微生物的代謝途徑。 5.發(fā)酵罐中微生物的生長(zhǎng)繁殖、代謝產(chǎn)物的形成都與攪拌速度有關(guān)。6.微生物的最適生長(zhǎng)繁殖溫度就是積累代謝產(chǎn)物的最適溫度。× 7.通過(guò)調(diào)節(jié)基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配

54、方和補(bǔ)料控制可以調(diào)控發(fā)酵醪的pH值。8.滅菌就是殺死一定環(huán)境中所有微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、孢子和胚芽。× 9.巴斯德消毒法能殺死牛奶或奶制品中存在的所有微生物。× 10.發(fā)酵產(chǎn)物的提取和精制過(guò)程也就是產(chǎn)物濃縮和純化過(guò)程。 11.細(xì)菌分裂繁殖一代所需時(shí)間為代時(shí)。 12.凡是影響微生物生長(zhǎng)速率的營(yíng)養(yǎng)成分均稱為生長(zhǎng)限制因子。 13.在最適生長(zhǎng)溫度下，微生物生長(zhǎng)繁殖速度最快，因此生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的發(fā)酵溫度應(yīng)選擇最適生長(zhǎng)溫度。× 14.參與淀粉酶法水解的酶包括淀粉酶、麥芽糖酶和纖維素酶等。×15.EMP和HMP代謝途徑往往同時(shí)存在于同一種微生物的糖代謝中。× 16.同功酶是行使同一功能、結(jié)構(gòu)不同的一組酶 17.最適的生長(zhǎng)繁殖溫度就是微生物代謝的最適溫度。× 18.微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物是初級(jí)代謝不暢通時(shí)，由支路代謝產(chǎn)生的。× 19.底物水平磷酸化和氧化磷酸化一樣都是