發(fā)酵工程章節(jié)復(fù)習(xí)資料

1、第一章緒論1、發(fā)酵及發(fā)酵工程的概念1、傳統(tǒng)發(fā)酵最初發(fā)酵是用來描述酵母菌作用于果汁或麥芽汁產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，或者是指酒的生產(chǎn)過程。2、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴(yán)格地說，發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出CO2。3、工業(yè)上的發(fā)酵泛指利用微生物制造或生產(chǎn)某些產(chǎn)品的過程包括：1 .厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精，乳酸等。2 .通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等。產(chǎn)品有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶等。發(fā)酵工程（FermentationBiotechnology）:應(yīng)用

2、微生物學(xué)等相關(guān)的自然科學(xué)以及工程學(xué)原理，利用微生物等生物細(xì)胞進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化，將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品或提供社會(huì)性服務(wù)的一門科學(xué)。2、發(fā)酵工程技術(shù)的發(fā)展大致可分為哪幾個(gè)階段，每段的技術(shù)特點(diǎn)是什么？?1.自然發(fā)酵時(shí)期：嫌氣性發(fā)酵用于酒類釀造，好氣性發(fā)酵用于釀醋、制曲。?2.純培養(yǎng)技術(shù)的建立：人工控制環(huán)境條件使發(fā)酵效率迅速提高。?3.通氣攪拌好氣發(fā)酵過程技術(shù)的建立：從分解代謝轉(zhuǎn)為生物合成代謝，可以利用微生物合成積累大量有用的代謝產(chǎn)物。?4.人工誘變育種與代謝控制發(fā)酵工程技術(shù)的建立：遺傳水平上控制微生物代謝。?5.發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、發(fā)酵工程連續(xù)化、自動(dòng)化工程：以數(shù)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化工原理等為基礎(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程的

3、自動(dòng)化控制的研究，使發(fā)酵過程的工藝控制更為合理。?6.微生物酶反應(yīng)生物合成與化學(xué)合成反應(yīng)結(jié)合工程技術(shù)：可生產(chǎn)許多過去不能生產(chǎn)的有用物質(zhì)。3、發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用范圍1.釀酒工業(yè)（啤酒、葡萄酒、白酒）2.食品工業(yè)（醬、醬油、食醋、腐乳、面包、乳酸）3.抗生素工業(yè)（青霉素、鏈霉素、土霉素）4.有機(jī)酸工業(yè)（檸檬酸、葡萄糖酸）5.酶制劑工業(yè)（淀粉酶、蛋白酶）6.氨基酸工業(yè)（谷氨酸、賴氨酸）7.核甘酸發(fā)酵工業(yè)（肌甘酸、肌昔）8.有機(jī)溶劑工業(yè)（酒精、丙酮）9.維生素工業(yè)（VB2、VB12）10.生物能源工業(yè)（沼氣、生物柴油）11.環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)（廢水生物處理）12.生理活性物質(zhì)發(fā)酵工業(yè)（激素）13.冶金工業(yè)（微生

4、物探礦、石油脫硫）14.微生物菌體蛋白發(fā)酵工業(yè)（酵母、單細(xì)胞蛋白）4、發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)與化學(xué)工程相比，發(fā)酵工程具有以下特點(diǎn)：1、發(fā)酵過程是極其復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，與微生物細(xì)胞息息相關(guān)2、通常在常溫常壓下進(jìn)行，反應(yīng)安全，需求條件也比較簡單3、發(fā)酵醪（包括固相、液相、氣相，還含有活細(xì)胞體或菌絲體），屬非牛頓流體，其特性影響因素很多，對(duì)發(fā)酵工程都有關(guān)聯(lián)4、具有嚴(yán)格的滅菌系統(tǒng)，以防止雜菌污染如空氣除菌系統(tǒng)、培養(yǎng)基滅菌系統(tǒng)、設(shè)備的沖洗滅菌等5、反應(yīng)以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行，因此數(shù)十個(gè)反應(yīng)過程能夠像單一反應(yīng)一樣，在同一發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行6、后處理階段，為了適應(yīng)菌體與發(fā)酵產(chǎn)物的特點(diǎn)，需采取一些特殊的工藝措施并選用

5、合適的設(shè)備。如酶類避免過熱。5、液體發(fā)酵生產(chǎn)的一般工藝流程（1）用作種子擴(kuò)大培養(yǎng)及發(fā)酵生產(chǎn)的各種培養(yǎng)基的配制；（2）培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的消毒滅菌；（3）擴(kuò)大培養(yǎng)出有活性的適量純種，以一定比例接種入發(fā)酵罐中；（4）控制最適發(fā)酵條件使微生物生長并形成大量的代謝產(chǎn)物；（5）將產(chǎn)物提取并精制，以得到合格的產(chǎn)品。6、發(fā)酵工業(yè)的類型（1）按微生物對(duì)氧的不同需求：厭氧發(fā)酵、需氧發(fā)酵、兼性厭氧發(fā)酵；（2）按培養(yǎng)基的物理性狀：液體發(fā)酵（包括液體深層發(fā)酵）、淺層固體發(fā)酵、深層固體發(fā)酵（機(jī)械通風(fēng)制曲）；（4）按菌的種類：單菌種發(fā)酵、（3）按發(fā)酵工藝流程：分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵多菌種混合發(fā)酵（混合菌

6、發(fā)酵）。第二章菌種與菌種擴(kuò)大培養(yǎng)1、 微生物工業(yè)對(duì)菌種的要求（1） 能夠利用廉價(jià)的原料，簡單的培養(yǎng)基，大量高效地合成產(chǎn)物（2） 有關(guān)合成產(chǎn)物的途徑盡可能地簡單，或者說菌種改造的可操作性要強(qiáng)（3） 遺傳性能要相對(duì)穩(wěn)定；（4）不易感染它種微生物或噬菌體（5）產(chǎn)生菌及其產(chǎn)物的毒性必須考慮（在分類學(xué)上最好與致病菌無關(guān)）（6）生產(chǎn)特性要符合工藝要求2、未培養(yǎng)微生物的概念定義：指迄今所采用的微生物純培養(yǎng)分離及培養(yǎng)方法還未獲得純培養(yǎng)的微生物，其在自然環(huán)境微生物群落中占有非常高的比例，約為99%。3菌種保藏方法及其特點(diǎn)（1）斜面低溫保藏法：操作簡單、使用方便，不需要特殊設(shè)備，能隨時(shí)檢查所保藏的菌株是否死亡、變

7、異與污染雜菌等。（2）石蠟封存法：制作簡單，不需要特殊設(shè)備。（3）沙土管保藏法：多用于產(chǎn)生抱子的微生物如霉菌、放線菌，因此在抗生素工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣，效果亦好，可保存2年左右。（4）真空冷凍保藏法：保存效果好，對(duì)各種微生物都適用。（5）液氮超低溫保藏法：適用于一般微生物的保藏外，對(duì)于一些用于冷凍干燥法都難以保藏的微生物如支原體、衣原體、氫細(xì)菌，難以形成抱子的霉菌、噬菌體及動(dòng)物細(xì)胞均可長期保藏，而且性狀不變異。4、新種分離與篩選步驟樣品的采集一一樣品的處理一一目的菌富集培養(yǎng)一一分離純化一一性能測(cè)定菌種分離的一般過程：土樣的采取-土樣預(yù)處理-富集培養(yǎng)-菌種初篩-菌種復(fù)篩-性能鑒定-菌種保藏5、樣品

8、采集注意的問題1、采樣時(shí)應(yīng)盡可能保持相對(duì)無菌；2、所采集的樣本必須具有某種代表性；3、采好的樣必須完整地標(biāo)上樣本的種類及采集日期、地點(diǎn)以及采集地點(diǎn)的地理、生態(tài)參數(shù)等；4、應(yīng)充分考慮采樣的季節(jié)性和時(shí)間因素，因?yàn)檎嬲脑鼐旱某霈F(xiàn)可能是短暫的；5、采好的樣應(yīng)及時(shí)處理，暫不能處理的也應(yīng)貯存于4c下，但貯存時(shí)間不宜過長。這是因?yàn)橐坏┎蓸咏Y(jié)束，試樣中的微生物群體就脫離了原來的生態(tài)環(huán)境，其內(nèi)部生態(tài)環(huán)境就會(huì)發(fā)生變化，微生物群體之間就會(huì)出現(xiàn)消長6、如何防止菌種退化（1）控制傳代次數(shù)；（2）選擇合適的培養(yǎng)條件；（3）選擇合適的保藏方法；（4）菌種穩(wěn)定性檢查；（5）分離復(fù)壯。7、菌種選育分子改造具體有那些方法8

9、、種子擴(kuò)大培養(yǎng)的目的與要求及一般步驟目的與要求：不但要得到純而壯的培養(yǎng)物，而且要獲得活力旺盛的、接種數(shù)量足夠的培養(yǎng)物。一般步驟：斜面菌種一一級(jí)種子搖床培養(yǎng)一二級(jí)種子罐培養(yǎng)一三級(jí)種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)一發(fā)酵罐9、優(yōu)良種子具備的條件（1）.生長活力強(qiáng)，延遲期短；（2）.生理狀態(tài)穩(wěn)定；（3）濃度及總量能滿足發(fā)酵罐接種量的要求；（4） .無雜菌污染，保證純種發(fā)酵；（5）適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)能力穩(wěn)定10、種子罐級(jí)數(shù)確定方法（5） 菌種的性質(zhì)（如菌種傳代后的穩(wěn)定性）；（2）瓶中的抱子數(shù)，抱子發(fā)芽及菌絲繁殖度（3）發(fā)酵罐中種子培養(yǎng)液的最低接種量（4）種子罐與發(fā)酵罐的容積比（5）生產(chǎn)規(guī)模（6）隨工藝條件的改變作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整1

10、1、種齡、接種量、雙種和倒種的概念種齡：是指種子的培養(yǎng)時(shí)間。接種量：移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體的體積的比例雙種：兩個(gè)種子罐接種到一個(gè)發(fā)酵罐中倒種：一部分種子來源于種子罐，一部分來源于發(fā)酵罐12、影響種子質(zhì)量的因素1原材料質(zhì)量2.培養(yǎng)溫度3.濕度4.通氣與攪拌5.斜面冷藏時(shí)間6.培養(yǎng)基7.PH13、種子質(zhì)量控制的措施（1）菌種穩(wěn)定性的檢查；（2）測(cè)定其生產(chǎn)能力，從中挑選高產(chǎn)菌株，并及時(shí)對(duì)退化菌種進(jìn)行復(fù)壯（3）提供適宜的生長環(huán)境（4）種子無雜菌檢查，保證純種發(fā)酵第二章培養(yǎng)基的制備與滅菌1、培養(yǎng)基的組成成分及培養(yǎng)基的類型組成成分：碳源、氮源、無機(jī)元素、生長因子及水、氧氣等培養(yǎng)基的類型：按培養(yǎng)基

11、組成物質(zhì)的化學(xué)成分：合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基。（6） 按物理性質(zhì)：固體，液體（3）按用途：選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)2、 淀粉水解糖的制備方法及其特點(diǎn)（1.）酸解法：酸（無機(jī)酸或有機(jī)酸）為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解為葡萄糖的方法優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)簡單、設(shè)備要求簡單、水解時(shí)間短、設(shè)備生產(chǎn)能力大。缺點(diǎn)：要求耐腐蝕、耐高溫、高壓的設(shè)備、有副反應(yīng)、對(duì)原料要求嚴(yán)格等。（2）.酶解法（雙酶水解法）：用淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和；專一性強(qiáng)，轉(zhuǎn)化率高；可高濃度水解；可使發(fā)酵培養(yǎng)基的組成簡化；糖液質(zhì)量高。缺點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間長、設(shè)備多、需專門的培養(yǎng)條件、糖液過濾難。3、糖蜜前處理的方法及其特點(diǎn)（1

12、）加酸通風(fēng)沉淀法特點(diǎn)：可趕走SO2或NO2等有害氣體以及揮發(fā)性酸和其他揮發(fā)物質(zhì)；可增加糖液中的含氧量，提高糖液的溶氧系數(shù)，以利微生物的增殖。（2）加熱加酸沉淀法特點(diǎn)：對(duì)糖蜜中有害微生物的滅菌作用和膠體物質(zhì)、灰分雜質(zhì)的澄清沉降作用均較強(qiáng)。（3）添加絮凝劑澄清處理法特點(diǎn)：可大大縮短澄清時(shí)間。4、生長因子、前體和促進(jìn)劑的概念生長因子：凡是微生物生長不可缺少的微量的有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、喋吟、喀咤、維生素等均稱生長因子。前體：指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接在微生物生物合成過程中合成到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高促進(jìn)劑：指那些非細(xì)胞生長所必須

13、的營養(yǎng)物，又稱非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。5、滅菌與消毒的區(qū)別滅菌：采用強(qiáng)烈的理化因素使任何物體內(nèi)外部的一切微生物永遠(yuǎn)喪失其生長繁殖能力的措施，稱為滅菌，例如各種高溫滅菌措施等。消毒：是一種采用較溫和的理化因素，僅殺死物體表面或內(nèi)部一部分對(duì)人體有害的病原菌，而對(duì)被消毒的物體基本無害的措施。6、 滅菌方法類型、微生物熱阻、致死時(shí)間、致死溫度概念滅菌方法類型：（1）培養(yǎng)基的加熱滅菌（包括常壓或蒸汽高壓加熱法）（2）空氣的過濾除菌（3）紫外線或電離輻射（4址學(xué)藥物滅菌微生物熱阻：微生物的熱阻就是指微生物對(duì)熱的抵抗能力。致死時(shí)間：在致死溫度下，殺死全部微生物所需的時(shí)間。致死溫度：殺死微生物的

14、極限溫度（10分鐘，全部死亡的溫度）7、濕熱滅菌優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、蒸汽來源容易，操作費(fèi)用低廉，本身無毒2、蒸汽具有很強(qiáng)的穿透力，滅菌易于徹底；3、蒸汽具有很大潛熱，蒸汽冷凝放出2093kj/kg的熱量，蒸汽冷凝后的水分又有利于濕熱滅菌；4、蒸汽輸送可借助本身的壓強(qiáng)，調(diào)節(jié)方便，技術(shù)管理容易。缺點(diǎn)：1、設(shè)備費(fèi)用貴；2、不能用于怕受潮的物料滅菌。8、分批滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.設(shè)備要求低，不需另外設(shè)置加熱、冷卻裝置；2.操作要求低，適于手動(dòng)操作；3.適合于小批量生產(chǎn)規(guī)模；4.適合于含有大量固體物質(zhì)的培養(yǎng)基的滅菌。缺點(diǎn)：1.培養(yǎng)基的營養(yǎng)物質(zhì)損失較多，滅菌后培養(yǎng)基的質(zhì)量下降；2.需進(jìn)行反復(fù)的加熱和冷卻能耗較

15、高；3.不適合于大規(guī)模生產(chǎn)過程的滅菌；4.發(fā)酵罐的利用率較低。9、空氣除菌的方法（1）熱殺菌原理：基于加熱后微生物體內(nèi)的蛋白（酶）熱變性而得以實(shí)現(xiàn)。（2）靜電除菌原理：利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌目的。（3）介質(zhì)過濾除菌是使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達(dá)到除菌的目的。（4）輻射殺菌：最常用的是用紫外光線進(jìn)行無菌室滅菌。10、介質(zhì)過濾機(jī)理發(fā)酵機(jī)制1、發(fā)酵機(jī)制概念發(fā)酵機(jī)制微生物通過其代謝活動(dòng)，利用基質(zhì)（底物）合成人們所需要的代謝產(chǎn)物的內(nèi)在規(guī)律。2、巴斯德效應(yīng)及其機(jī)制巴斯德效應(yīng)：在好氣條件下，酵母菌發(fā)酵能力下降（細(xì)胞內(nèi)糖代謝降低，乙醇積累減少）

16、；不僅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和發(fā)酵能力的其他細(xì)胞中。機(jī)制：在好氣條件下，糖代謝進(jìn)入TCA循環(huán)-檸檬酸ATPT抑制磷酸果糖激酶的合成-6-P-葡萄糖T（積累）反饋抑制己糖激酶-抑制葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)-葡萄糖利用降低。同時(shí)，在好氣條件下，丙酮酸激酶活性降低。另外，丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶活性降低所致。丙酮酸激酶活性J使磷酸烯醇式丙酮酸T反饋抑制己糖激酶活性糖酵解速度J3、 檸檬酸發(fā)酵機(jī)制(1) Mn2+缺乏-抑制蛋白合成-NH4T解除磷酸果糖激酶的代謝調(diào)節(jié)，促進(jìn)EMP途徑暢通有一條呼吸活動(dòng)強(qiáng)的不產(chǎn)生ATP的側(cè)呼吸鏈.(2)由于丙酮酸竣化酶是組成型酶，不被調(diào)節(jié)控制。丙酮酸氧化脫竣

17、生成乙酰CoA和CO2的固定兩個(gè)反應(yīng)的平衡，以及檸檬酸合成酶不被調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了合成檸檬酸的能力。(3)由于順烏頭酸水合酶在催化時(shí)建立了以下平衡：檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸=90:3:7.同時(shí)控制Fe2+含量時(shí)，順烏頭酸酶活力降低，使檸檬酸積累。(4)隨著檸檬酸積累，pH降低到一定程度時(shí)，使順烏頭酸酶和異檸檬酸脫氫酶失活，更有利于檸檬酸的積累及排出細(xì)胞外。4、 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制(1)內(nèi)在方面：TCA循環(huán)：在有機(jī)酸含量很高時(shí)，檸檬酸合成酶、烏頭酸酶、異檸檬酸酶等活性很高，促使谷氨酸大量生成，而“-酮戊二酸脫氫酶、異檸檬酸裂解酶的活力很弱，使糖代謝流入TCA循環(huán)后受阻在a-酮戊二酸處，在有NH4+的情況

18、下，由谷氨酸脫氫酶催化還原氨基化大量生成谷氨酸。DCA循環(huán)：菌體內(nèi)有機(jī)酸含量很低時(shí)，使DCA運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)而生成草酰乙酸，以補(bǔ)充TCA缺少的C4二竣酸。細(xì)胞膜通透性的改變：在發(fā)酵液中加生物素、表面活性劑等，使細(xì)胞膜通透性增大，終產(chǎn)物谷氨酸不斷地排出細(xì)胞外，加快糖代謝的速度。(2)外在環(huán)境因素方面：溶解氧：在O2不足的情況下，谷氨酸會(huì)生成乳酸或琥珀酸，充足時(shí)生成a-酮戊二酸；PH值：若PH值為58則會(huì)生成谷氨酰胺或其他物質(zhì)；磷酸：若環(huán)境中充滿高濃度的磷酸鹽則會(huì)生成繳氨酸；氨的導(dǎo)入：NH4+充足的情況下，由谷氨酸脫氫酶催化還原氨基化大量生成谷氨酸。若不足則會(huì)生成a-酮戊二酸。第八章發(fā)酵動(dòng)力學(xué)1、微生物培養(yǎng)

19、方式及其特點(diǎn)(1汾批發(fā)酵：準(zhǔn)封閉培養(yǎng)，指一次性投料、接種直到發(fā)酵結(jié)束，屬典型的非穩(wěn)態(tài)過程。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單、投資少；運(yùn)行周期短；染菌機(jī)會(huì)減少；生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量較易控制缺點(diǎn)：不利于測(cè)定過程動(dòng)力學(xué)，存在底物限制或抑制問題，會(huì)出現(xiàn)底物分解阻遏效應(yīng)及二次生長現(xiàn)象。對(duì)底物類型及初始高濃度敏感的次級(jí)代謝物如一些抗生素等就不適合用分批發(fā)酵(生長與合成條件差別大)。養(yǎng)分會(huì)耗竭快，無法維持微生物繼續(xù)生長和生產(chǎn)。非生產(chǎn)時(shí)間長，生產(chǎn)率較低(2)連續(xù)發(fā)酵概念：在發(fā)酵過程中，連續(xù)向發(fā)酵罐流加培養(yǎng)基，同時(shí)以相同流量從發(fā)酵罐中取出培養(yǎng)液。特點(diǎn)：添加培養(yǎng)基的同時(shí)，放出等體積發(fā)酵液，形成連續(xù)生產(chǎn)過程，獲得相對(duì)穩(wěn)定的連續(xù)發(fā)酵狀態(tài)

20、。補(bǔ)料分批培養(yǎng)：在發(fā)酵過程中，不連續(xù)地向發(fā)酵罐內(nèi)加入培養(yǎng)基，但不取出發(fā)酵液的發(fā)酵方式。特點(diǎn)：由于培養(yǎng)基的加入，發(fā)酵液體積不斷增加。優(yōu)點(diǎn)：可以解除底物的抑制、產(chǎn)物反饋抑制和葡萄糖分解阻遏效應(yīng)。避免在分批發(fā)酵中因一次性投糖過多造成細(xì)胞大量生長，耗氧過多，以至通風(fēng)攪拌設(shè)備不能匹配的狀況。菌體可被控制在一系列連續(xù)的過渡態(tài)階段，可用來作為控制細(xì)胞質(zhì)量的手段。與連續(xù)發(fā)酵相比，補(bǔ)料分批發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)在于：無菌要求低；菌種變異，退化少；適用范圍更廣。2、補(bǔ)料培養(yǎng)的類型(1)補(bǔ)料方式：連續(xù)流加；不連續(xù)流加；多周期流加。(2)流加方式：快速流加；恒速流加；變速流加。(3)以補(bǔ)加的培養(yǎng)基成分來區(qū)分：單一組分補(bǔ)料；多組分

21、補(bǔ)料。3、連續(xù)培養(yǎng)的類型(1) 罐式連續(xù)發(fā)酵：單級(jí)；多級(jí)串聯(lián)；細(xì)胞回流式(2)活塞流式連續(xù)發(fā)酵4、連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)：添加新鮮培養(yǎng)基，克服養(yǎng)分不足所導(dǎo)致的發(fā)酵過程過早結(jié)束，延長對(duì)數(shù)生長期，增加生物量等；在長時(shí)間發(fā)酵中，菌種易于發(fā)生變異，并容易染上雜菌；如果操作不當(dāng)，新加入的培養(yǎng)基與原有培養(yǎng)基不易完全混合。第九章發(fā)酵工業(yè)中氧的供需1、呼吸強(qiáng)度、攝氧率的概念及其關(guān)系呼吸強(qiáng)度（Qo2）：表示單位重量干菌體在單位時(shí)間內(nèi)所吸收的氧量。單位為mmolO2/（g干菌體.h）耗氧速率（r）：表示單位體積培養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量單位為mmolO2/（L.h）關(guān)系：r=Q02X式中X發(fā)酵液中菌體濃度（g/L

22、）2、臨界氧濃度的概念當(dāng)氧濃度低時(shí)，呼吸強(qiáng)度Qo2隨溶解氧濃度Cl增加而增加；當(dāng)溶解氧濃度達(dá)某一值后，Cl增加而Qo2不變，此時(shí)的溶解氧濃度稱為呼吸臨界氧濃度用C臨界表示。它是維持微生物細(xì)胞進(jìn)行正常呼吸所需的最低濃度3、影響微生物耗氧的因素（一）微生物的種類和生長階段1、微生物種類不同，其生理特性不同，代謝活動(dòng)的需氧量不同；一般為25100mm0102/（L.h）2、同一菌種的不同生長階段，其需氧量不同。一般生長階段的攝氧率合成期的攝氧率種子培養(yǎng)階段總耗氧量C長廟，生長較好，各種代謝活動(dòng)不受干擾ClC長臨，多種生化代謝受影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)抑制菌體生長和產(chǎn)物合成的現(xiàn)象（四）、培養(yǎng)條件與PH、T等有關(guān)

23、。一般，T,營養(yǎng)愈豐富，Q02,C臨界。（五）C02的影響C02是菌體代謝產(chǎn)生的氣態(tài)終產(chǎn)物，在相同條件下，其溶解度為氧的30倍。如不能及時(shí)去除C02,就會(huì)影響菌體的呼吸，進(jìn)而影響代謝活動(dòng)。4、影響氧傳遞的因素有那些，氧在傳遞過程中的傳質(zhì)阻力有那些供氧方面的阻力：1）氣膜阻力（1/k1）：2）氣液界面阻力（1/k2）：3）液膜阻力（1/k3）：4）液流阻力（1/k4）：耗氧方面的阻力：1）細(xì)胞周圍液膜阻力（1/k5）,與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)。2）菌絲叢或團(tuán)內(nèi)的擴(kuò)散阻力（1/k6）,與微生物的種類、生理特性狀態(tài)有關(guān)，單細(xì)胞的細(xì)菌和酵母菌不存在這種阻力；對(duì)于菌絲，這種阻力最為突出。3）細(xì)胞膜的阻力

24、（1/k7）:與微生物的生理特性有關(guān)。4）細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)阻力（1/k8）5、氧傳遞方程、Kla的概念及其物理意義氧傳遞方程N(yùn)=KLa（C*-Cl）KLa-以濃度差為推動(dòng)力的體積溶氧系數(shù)6、根據(jù)傳質(zhì)方程式分析影響氧傳遞的因素根據(jù)氣液傳質(zhì)方程式N=KLa（C*-Cl）看出，影響發(fā)酵過程中傳遞速率N（或供氧）的主要因素有推動(dòng)力（C*-Cl）和液相溶氧系數(shù)KLa。若能改變這兩個(gè)因素，則能改變N,即改變發(fā)酵罐的供氧能力。（一）、影響氧傳遞推動(dòng)力的因素若想（C*-Cl）C*或Cl（二）、影響Kl3（液相體積溶氧系數(shù)）的因素影響KLa的因素主要有攪拌、空氣線速度（或空氣流速）、空氣分布器的形成、發(fā)酵液的理化性質(zhì)

25、、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)等。7、 測(cè)定Kla的方法,5。（。進(jìn)-。出）1 V（C-C）?用溶陽電極與氧氣分析儀相配合，可直接測(cè)量實(shí)際發(fā)酵液中的容積傳氧系數(shù)Kla?式中C進(jìn)，C*為常量：C出可用氧氣分析儀自排出氣體測(cè)得，C為培養(yǎng)液中的溶氧濃度用溶氧電極測(cè)得。8、什么是雙膜理論氧首先由氣相擴(kuò)散到氣液兩相的接觸界面，再進(jìn)入液相，界面的一側(cè)是氣膜，另一側(cè)是液膜，氧由氣相擴(kuò)散到液相必須穿過這兩層-雙膜理論。第十章發(fā)酵過程的控制一、溫度控制1、發(fā)酵熱概念及其組成發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。它是引起發(fā)酵過程中溫度變化的主要原因。Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌Q蒸發(fā)Q顯Q輻射組成：生物熱（Q生物產(chǎn)生菌在生長繁殖過程中

26、產(chǎn)生的熱能）、攪拌熱（Q攪拌液體與攪拌器等設(shè)備之間摩擦產(chǎn)生的熱量）、蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）和Q顯水份蒸發(fā)所需的熱量為蒸發(fā)熱。水的蒸發(fā)熱及排出氣體因溫度差異所帶的部分顯熱（Q顯）都散失到外界。）輻射熱（Q輻射罐內(nèi)外溫度差使發(fā)酵液中部分熱量通過罐體向大氣輻射。）2、溫度對(duì)發(fā)酵的影響（1）影響酶反應(yīng)速率和產(chǎn)物生成：溫度升高，反應(yīng)速率加快，生長代謝加快，產(chǎn)物分泌期提前。但溫度過高，易使酶失活，菌體易于衰老，發(fā)酵周期縮短，影響最終產(chǎn)量。（2）影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)，間接影響菌的生物合成（3）影響生物合成的方向（4）影響酶系組成及酶的特性3、最適溫度控制所謂最適溫度是指在該溫度下最適于菌的生長或產(chǎn)物的合成。對(duì)于不

27、同的菌種和不同的培養(yǎng)條件以及不同的酶反應(yīng)和不同的生長階段，最適溫度應(yīng)有所不同。1、最適溫度的選擇應(yīng)考慮不同的發(fā)酵階段：菌體生長（最適生長溫度）產(chǎn)物合成（最適生產(chǎn)溫度）2、溫度的選擇還要參考其它發(fā)酵條件靈活掌握如（1）通氣條件較差的情況下，降低發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵有利可提高氧的溶解度降低菌體生長速率減少氧的消耗量彌補(bǔ)通氣條件差所帶來的不足（2）培養(yǎng)基的成分和濃度大小也對(duì)溫度的確定有影響：在使用易利用或較稀薄的培養(yǎng)基時(shí)，提高發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵不利。發(fā)酵溫度營養(yǎng)物質(zhì)代謝快，耗竭過早導(dǎo)致菌體自溶代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量下降二、pH的控制1、pH對(duì)菌體生長和代謝產(chǎn)物合成的影響1、PH影響酶的活性：當(dāng)PH抑制菌體中某些酶的活

28、性時(shí)，使菌體的新陳代謝受阻；2、PH影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)，從而改變細(xì)胞膜的滲透性，影響微生物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝產(chǎn)物的泄漏；3、PH影響培養(yǎng)基中某些組分和中間代謝產(chǎn)物的離解，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用4、PH不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變2、pH的調(diào)節(jié)控制PH控制的方法：應(yīng)根據(jù)具體的情況，選用適宜的方法調(diào)節(jié)控制PH值。使發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎(chǔ)配方有適當(dāng)?shù)呐浔?，特別是代謝產(chǎn)酸、產(chǎn)堿物質(zhì)以及緩沖劑（如磷酸鹽CaCO3等）等成分的用量。直接補(bǔ)加酸（如H2SO4）或堿（如NaOH）來控制，現(xiàn)常用生理酸性物質(zhì)（NH4）2SO4和堿性物質(zhì)氨水來控制。通過中間補(bǔ)料

29、的方法調(diào)節(jié)控制PH值三、泡沫的控制1、消泡方法（1）機(jī)械消泡：是一種物理消泡的方法，利用機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)或壓力變化而使泡沫破裂。（2）化學(xué)消泡是利用外界加入消泡劑，使泡沫破裂的方法2、化學(xué)消泡劑的特點(diǎn)及類型特點(diǎn)：是表面活性劑，且具有較低的表面張力，消泡作用迅速，效率高；對(duì)氣-液界面的散布系數(shù)必須足夠大，才能迅速發(fā)揮它的消泡作用-要求消泡劑具有一定的親水性；在水中的溶解度較小，以保持其持久的消泡或抑泡功能；對(duì)微生物、人、畜無毒無害，不影響產(chǎn)物的提取和產(chǎn)品的質(zhì)量；不干擾溶解氧、PH值等測(cè)定儀表使用，最好不影響氧的傳遞；消泡劑來源方便，價(jià)格便宜。類型：天然油脂類；高碳醇、脂肪酸和酯類；聚醍類；硅酮類3、

30、機(jī)械消泡類型有罐內(nèi)消泡和罐外消泡兩種方法罐內(nèi)消泡：耙式消泡漿的機(jī)械消泡；旋轉(zhuǎn)圓板式的機(jī)械消泡；氣流吸入式的機(jī)械消泡；流體吹入式的機(jī)械消泡；沖擊反射板式的機(jī)械消泡；碟式及超聲波的機(jī)械消泡罐外消泡：旋轉(zhuǎn)葉片罐外消泡；噴霧消泡；離心力消泡；旋風(fēng)分離器消泡；轉(zhuǎn)向板式消泡四、補(bǔ)料的控制1、補(bǔ)料的作用產(chǎn)生菌的自溶期被推遲，生物合成期延長，可維持較高的產(chǎn)物增長幅度和增加發(fā)酵的總體積，使產(chǎn)量大幅度上升；作為糾正異常發(fā)酵的一個(gè)重要手段。2、補(bǔ)料內(nèi)容（一）補(bǔ)充微生物能源和C源如添加葡萄糖、液化淀粉、天然油脂等（二）補(bǔ)充N源如蛋白月東、豆餅粉、花生餅、玉米漿、酵母粉、尿素等有機(jī)N源，或采用通氨工藝（三）補(bǔ)充微量元素

31、或無機(jī)鹽如磷酸鹽、硫酸鹽、氯化鉆等（四）對(duì)于產(chǎn)誘導(dǎo)酶的微生物，補(bǔ)充酶的作用底物，提高酶產(chǎn)量3、補(bǔ)料原則控制微生物的中間代謝，使之向著有利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。五、發(fā)酵終點(diǎn)判斷的因素(1)經(jīng)濟(jì)因素：發(fā)酵產(chǎn)物的生產(chǎn)能力是實(shí)際發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵準(zhǔn)備時(shí)間(放罐、洗罐、裝料、滅菌等)的綜合體現(xiàn)。實(shí)際發(fā)酵時(shí)間要以最低的成本來獲得最大生產(chǎn)能力的時(shí)間為發(fā)酵時(shí)間；盡量縮短準(zhǔn)備時(shí)間。(2)產(chǎn)品質(zhì)量因素：發(fā)酵時(shí)間長短對(duì)后續(xù)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響。(3)特殊因素六、染菌控制1、染菌時(shí)間對(duì)發(fā)酵的影響(1)種子培養(yǎng)期染菌：由于接種量較小，生產(chǎn)菌生長一開始不占優(yōu)勢(shì)，而且培養(yǎng)液中幾乎沒有抗生素(產(chǎn)物)或只有很少抗生素(產(chǎn)物)

32、。因而它防御雜菌能力低，容易污染雜菌。(2)發(fā)酵前期染菌：發(fā)酵前期菌量不很多，與雜菌沒有競爭優(yōu)勢(shì)；且還未合成產(chǎn)物(抗生素)或產(chǎn)生很少，抵御雜菌能力弱。(3)發(fā)酵中期染菌：發(fā)酵中期染菌會(huì)嚴(yán)重干擾產(chǎn)生菌的代謝。(4)發(fā)酵后期染菌：如果染菌不多，對(duì)生產(chǎn)影響不大。如果染菌嚴(yán)重，又破壞性較大，可以提前放罐。2、發(fā)酵總?cè)揪矢拍羁側(cè)揪手敢荒臧l(fā)酵染菌的批(次)數(shù)與總投料批(次)數(shù)之比的百分率。3、染菌原因分析及其防止(1)設(shè)備滲漏：設(shè)備滲漏包括夾套穿孔、盤管穿孔、接種管穿孔、閥門滲漏、攪拌軸滲漏、罐蓋漏和其它設(shè)備漏等。防止：加強(qiáng)設(shè)備本身及附屬零部件的嚴(yán)密度檢查，對(duì)制服染菌是極其主要的，也是重要的。(2)空

33、氣帶菌：因?yàn)榭諝獬到y(tǒng)較為復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，偶遇不慎便會(huì)導(dǎo)致空氣除菌失敗。(3)種子帶菌：種子帶菌又分為種子本身帶菌和種子培養(yǎng)過程中染菌。加強(qiáng)種子管理，嚴(yán)格無菌操作，種子本身帶菌是可以克服的。種子培養(yǎng)過程染菌與發(fā)酵一樣有許多因素造成。(4)滅菌不徹底：滅菌技術(shù)的好壞與滅菌質(zhì)量很有關(guān)系(5械術(shù)管理不善：技術(shù)管理就是要對(duì)發(fā)酵每個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制，發(fā)酵中稍有不慎就可能染菌，所以不能有僥幸心理而放松管理4、染菌后的處理方法(1)染菌后的培養(yǎng)基必須滅菌后才可放下水道。(2)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。(3)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

34、，若染噬菌體，空氣必須用甲醛蒸汽消毒。第十一章發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制1、發(fā)酵產(chǎn)物的分類(1)菌體:主要以菌體細(xì)胞作為發(fā)酵產(chǎn)品，如單細(xì)胞蛋白、食用酵母、飼料酵母等。(2)酶:發(fā)酵產(chǎn)物為酶制劑，包括胞外酶和胞內(nèi)酶。(3*謝產(chǎn)物：發(fā)酵產(chǎn)物為代謝產(chǎn)物，包括各種有機(jī)酸、有機(jī)溶劑、氨基酸、核甘酸類物質(zhì)、抗生素、多糖、維生素等。2、發(fā)酵醪預(yù)處理一般的要求菌體的分離；(2)固體懸浮物的去除；(3)蛋白質(zhì)白去除：(4)重金屬離子的去除；(5心素、熱原質(zhì)、毒性物質(zhì)等有機(jī)雜質(zhì)的去除；(6)改變發(fā)酵醪的性質(zhì)；(7)調(diào)節(jié)適宜的PH值和溫度3、提高過濾設(shè)備過濾能力的途徑等電點(diǎn)；(2)蛋白質(zhì)變性；(3)吸附;(4)凝聚和絮凝

35、；(5)加入助濾劑；(6)直接在發(fā)酵液中形成填充-凝固劑；(7)酶解作用4、細(xì)胞破碎的方法(1)機(jī)械方法：1)球磨機(jī)2)高壓勻漿器3)X-press法4)超聲波破碎(2月機(jī)械方法:1)酶解2)滲透壓沖擊3處結(jié)和融化4)干燥法5)化學(xué)法5、萃取的概念及其類型、萃取工藝類型萃?。菏抢靡后w混合物各組分在某有機(jī)溶劑中的溶解度的差異而實(shí)現(xiàn)分離的。類型:單級(jí)萃?。欢嗉?jí)錯(cuò)流萃??；多級(jí)逆流萃取萃取工藝類型：（1）單級(jí)提煉法（2）多次提煉法（3）多級(jí)對(duì)流萃?。?）分儲(chǔ)萃?。?）微分萃取6、影響溶媒萃取的主要因素（1） 乳化與去乳化；（2）pH值；（3）溫度；（4）鹽析；（5）帶溶劑；（6蹄媒的選擇7、影響萃取

36、的因素1 .影響萃取操作的因素：pH、溫度、鹽析；2.有機(jī)溶劑的選擇；3.帶溶劑；4.乳化與去乳化8、離子交換概念是應(yīng)用合成的離子交換劑作為吸附劑，將溶液中的物質(zhì)，吸附在交換劑上，然后用合適的洗脫劑將吸附物質(zhì)從交換劑上洗脫下來，達(dá)到分離、濃縮、提純的目的。9、離子交換的過程（1）原料液的預(yù)處理，使得流動(dòng)相易于被吸附劑吸附；（2）原料液和離子交換樹脂的充分接觸，使吸附進(jìn)行；（3）淋洗離子交換樹脂，以去除雜質(zhì)；（4）把離子交換樹脂上的有用物質(zhì)解吸并洗脫下來；（5）離子交換樹脂的再生。10、影響離子交換速度的因素（1）樹脂顆粒大??；（2）樹脂的交聯(lián)度；（3）溶液中離子濃度；（4）溫度；（5）離子的大

37、?。唬?）離子價(jià)；（7）樹脂的強(qiáng)弱；（8）樹脂層裝填的松緊度11、吸附的概念、吸附的分類吸附是利用吸附劑對(duì)液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使其富集在吸附劑表面,再用適當(dāng)?shù)南疵搫⑵浣馕_(dá)到分離純化的過程。分類：（1）物理吸附：溶質(zhì)與吸附劑之間由于范德華力而產(chǎn)生的吸附。（2）化學(xué)吸附：溶質(zhì)與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的吸附化學(xué)鍵和表面絡(luò)合物。（3）交換吸附：溶質(zhì)的離子由于靜電引力作用聚集在吸附劑表面的帶電點(diǎn)上，并置換出原先固定在這些帶電點(diǎn)上的其他離子。12、吸附法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)溶劑摻入少；操作簡便，安全，設(shè)備簡單；pH變化小，適于穩(wěn)定性差的物質(zhì)缺點(diǎn)：選擇性差；收率低；無機(jī)吸附劑性

38、能不穩(wěn)定；不能連續(xù)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大；碳粉等吸附劑有粉塵污染13、膜分離的概念及其特點(diǎn)膜分離：用半透膜作為選擇障礙層，利用膜的選擇性（孔徑大?。?，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動(dòng)力，允許某些組分透過而保留混合物中其它組分，從而達(dá)到分離目的的技術(shù)。特點(diǎn)：操作在常溫下進(jìn)行；是物理過程，不需加入化學(xué)試劑；不發(fā)生相變化（因而能耗較低）；在很多情況下選擇性較高；濃縮和純化可在一個(gè)步驟內(nèi)完成；設(shè)備易放大,可以分批或連續(xù)操作14、膜的分類按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜按膜結(jié)構(gòu)：對(duì)稱性膜、不對(duì)稱膜、復(fù)合膜按材料分：合成有機(jī)聚合物膜、無機(jī)材料膜多孔膜與致密膜：前者微濾膜、超濾膜、納濾膜，后者反滲透膜、

39、滲透蒸發(fā)15、 濃差極化概念在膜分離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜表面上，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的截流作用，在膜表面附近濃度升高。這種在膜表面附近濃度高于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化。16、 凝膠層析的概念及其特點(diǎn)概念：是指混合物隨流動(dòng)相經(jīng)過凝膠層析柱時(shí)，由于各組分流經(jīng)體積的差異，使不同分子量的組分的以分離的層析方法。特點(diǎn)：（1）凝膠層析操作簡便，所需設(shè)備簡單；（2）分離效果好，重復(fù)性高；（3）分離條件緩和；（4）應(yīng)用廣泛；（5）分辨率不高，分離操作較慢。發(fā)酵工藝實(shí)例1、啤酒、黃酒、白酒、葡萄酒的概念啤酒以大麥芽、酒花、水為主要原料，經(jīng)酵母發(fā)酵作用釀制而成的飽含二氧化碳的低酒精

40、度酒。黃酒以稻米、黍米、黑米、玉米、小麥等為原料，經(jīng)過蒸料，拌以麥曲、米曲或酒藥，進(jìn)行糖化和發(fā)酵釀制而成的各類黃酒。白酒以曲類、酒母為糖化發(fā)酵劑，利用淀粉質(zhì)（或糖質(zhì)）原料，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸儲(chǔ)、陳釀和勾兌釀制而成的酒。葡萄酒只能是破碎或未破碎的新鮮葡萄果實(shí)或葡萄汁經(jīng)完全或部分酒精發(fā)酵后獲得的飲料,其酒度不能低于8.5度。2、啤酒、黃酒、白酒、葡萄酒的分類啤酒：（1.）按酵母性質(zhì)不同分：上面發(fā)酵啤酒；下面發(fā)酵啤酒：最普遍（2）根據(jù)是否巴氏滅菌分：生啤酒：（鮮?。┪唇?jīng)巴氏滅菌過濾除菌；熟啤酒：經(jīng)巴氏滅菌（3.）根據(jù)麥芽度分乙醇含量0.82.2%2.53.5%3.65.5%低濃度啤酒：2.58中濃度啤酒：912高濃度啤酒：1322（4）.根據(jù)色澤分淡色啤酒：514EBC色淺濃色啤酒：1540EBC紅棕色黑色啤酒：50130EBC紅褐或黑褐色（5）啤酒新品種干?。╠rybeer）：發(fā)酵度高，殘?zhí)堑蜔o醇（alcohol-free）（低醇）啤酒：0.5%2.5%稀釋啤酒：高濃度麥汁釀造后稀釋啤