發(fā)酵復習資料匯總

1、第一章 緒論1、生物技術是利用生物系統(tǒng)、活生物體及其衍生物，為特定用途面生產(chǎn)或改良產(chǎn)品或過程的技術?，F(xiàn)代生物工程技術包括基因工程、細胞工程、酶工程和發(fā)酵工程。2、發(fā)酵技術由兩個核心部分組成：第一部分是涉及獲得特殊反應或過程所需的最良好的生物細胞微生物菌種（或酶）；第二部分則是選擇最精良設備，開發(fā)最優(yōu)技術操作，創(chuàng)造充分發(fā)揮微生物細胞（或酶）作用的最佳環(huán)境發(fā)酵工藝與設備。3、工業(yè)生產(chǎn)上通過“工業(yè)發(fā)酵”來加工或制作產(chǎn)品，其對應的加工或制作工藝被稱為“發(fā)酵工藝”。4、發(fā)酵工程解決的問題：發(fā)酵工藝的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、設備和過程控制。5、上游工程包括優(yōu)良種株的選育，最適發(fā)酵條件（pH、溫度、溶氧和營養(yǎng)組成）的

2、確定，營養(yǎng)物的準備等。上游加工還包括原材料的物理和化學處理、培養(yǎng)基的配制和滅菌等問題，這里包括有物料破碎、混合和輸送等多種化工單元操作以及熱量傳遞、滅菌動力學和設備等有關工程問題。優(yōu)良發(fā)酵生產(chǎn)菌的特點：能在廉價原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長。培養(yǎng)條件易于控制。生長速度快，產(chǎn)能高，發(fā)酵周期短。菌種純粹，抗噬菌體，非病原菌。6、中游工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術。發(fā)酵過程優(yōu)化的目的是：條件和相互關系進行優(yōu)化；復雜關系盡可能簡化。7、下游工程是對目的產(chǎn)物的提取與精制。這一過程困難的原因是：一方面生物反應液中目的產(chǎn)物的濃度是很低微的。另一方面是因為反應液雜質(zhì)常與目

3、的產(chǎn)物有相似的結構，加上一些具有生物活性的產(chǎn)品對溫度、酸堿度都十分敏感，一些作為藥物或食品的產(chǎn)品對純度、有害物質(zhì)都有嚴格的要求。8、發(fā)酵工程的一般特點為：生產(chǎn)所用的原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合物為主，輔料包括一定的有機或無機氮源和少量無機鹽。微生物反應過程以生命體的自動調(diào)節(jié)方式進行，數(shù)十個生化反應過程能通過單一微生物的代謝活動來完成，因而所需產(chǎn)品可在單一發(fā)酵設備中一次合成。微生物能利用簡單的物質(zhì)合成復雜的高分子化合物。由于生命體特有的反應機制，微生物能高度選擇性地在復雜化合物的特定部位進行氧化、還原、官能團導入等轉(zhuǎn)化反應，從而獲得某些具有重大經(jīng)濟價值的物質(zhì)。微生物在自然界中分布很廣，種類繁多

4、。9、發(fā)酵工程與化學工程的不同點在于：作為生物化學反應，通常在常溫常壓下進行，因此沒有爆炸之類的危險，各種生產(chǎn)設備一般不必考慮防爆問題。微生物發(fā)酵過程需防止雜菌污染，生產(chǎn)過程所需的設備、培養(yǎng)基和空氣都需進行嚴格的無菌處理，一旦雜菌入侵就有可能導致發(fā)酵生產(chǎn)的失敗。微生物發(fā)酵液成分較復雜，大多為非牛頓流體，其產(chǎn)品分離與純化過程比化學反應過程產(chǎn)品復雜得多。制造發(fā)酵產(chǎn)物的微生物菌體也是發(fā)酵產(chǎn)物，微生物細胞富含蛋白質(zhì)、核酸、維生素等有用物質(zhì)。微生物發(fā)酵液一般不含對生物體有害的物質(zhì)。10、發(fā)酵工程的應用領域：醫(yī)藥工業(yè)；食品工業(yè)；化學工業(yè)；農(nóng)業(yè)；環(huán)境保護；冶金工業(yè)。11、生物冶金技術：用含細菌的菌液進行浸泡

5、，這些微生物大多是一些化能自養(yǎng)菌，它們以礦石為食，通過氧化獲得能量，這些礦石由于被氧化，從不溶于水變成可溶，人們就能夠從溶液中提取出礦物。12、發(fā)酵工程技術的發(fā)展趨勢：采用基因工程技術改良菌種。推廣大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置及計算機自動控制。生物反應和產(chǎn)物分離偶聯(lián)。微生物發(fā)酵技術應用于高等動植物細胞培養(yǎng)。固定化（細胞和酶）技術的應用。開發(fā)清潔生產(chǎn)工藝。第二章 生產(chǎn)菌種的選育培養(yǎng)及發(fā)酵培養(yǎng)基設計1、發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)水平的三個決定要素：生產(chǎn)菌種的性能、發(fā)酵和提取工藝條件以及生產(chǎn)設備。2、代謝控制發(fā)酵：是指利用生物化學和遺傳學的原理，利用生物工程手段控制微生物的代謝朝人們希望的方向進行，更多地產(chǎn)生和積累人們

6、需要的目的產(chǎn)物。3、微生物代謝的人工控制，包括控制發(fā)酵（外因控制）和控制育種（內(nèi)因控制）兩個方面。4、菌種選育的目的就是改良菌種的特性，使其適合符合工業(yè)生產(chǎn)的需要。菌種選育包括選種和育種兩大方面內(nèi)容。5、工業(yè)上對菌種的要求有：有自我保護機制；發(fā)酵周期短；原料廉價，產(chǎn)量高；無害；遺傳性穩(wěn)定；培養(yǎng)和發(fā)酵條件溫和易控制；單產(chǎn)量高。6、種齡和接種量是菌種擴大培養(yǎng)過程中兩個非常重要的工藝條件。7、天然培養(yǎng)基的優(yōu)點是營養(yǎng)豐富、價格便宜；缺點是每批次生產(chǎn)時由于天然培養(yǎng)基的成分含量都會不同而影響發(fā)酵。半合成培養(yǎng)基的優(yōu)點是；缺點是培養(yǎng)基中天然原料成分復雜，而且因品種、產(chǎn)地、加工方法不同，組分含量差異很大，這就會

7、對工業(yè)化微生物發(fā)酵過程代謝產(chǎn)生相當大的影響。合成培養(yǎng)基的優(yōu)點：成分已知。缺點：價格相對來說較昂貴，成分單一，不適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。8、碳源選擇考慮因素：原料成本占生產(chǎn)總成本的比例。在某些發(fā)酵過程中，必須除去碳源中的雜質(zhì)。對碳源的選擇，往往還受到政策的影響。培養(yǎng)基的配制方法，特別是滅菌方法。9、在培養(yǎng)基成分的選擇上需要根據(jù)以往的經(jīng)驗配方和發(fā)酵菌種兩方面來綜合考慮。需要遵循的原則：菌種的同化能力；合適的碳源和氮源比例；pH值。10、培養(yǎng)基優(yōu)化的步驟：根據(jù)前人的經(jīng)驗和培養(yǎng)基成分，初步確定可能的培養(yǎng)基成分；通過單因子實驗最終確定出最為適宜的培養(yǎng)基成分；當培養(yǎng)基成分確定后，剩下的問題就是各成分最適的濃

8、度，由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實驗次數(shù)常采用一些合理的實驗設計方法。第三章 滅菌與除菌工藝及設備1、在生產(chǎn)菌種接種之前要對發(fā)酵培養(yǎng)基、發(fā)酵罐、管路系統(tǒng)及空氣系統(tǒng)和環(huán)境等方面進行滅菌，防止雜菌和噬菌體的大量繁殖。2、發(fā)酵生產(chǎn)中的無菌：對發(fā)酵培養(yǎng)基、發(fā)酵罐、管道系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)及流加料等進行嚴格的滅菌；消毒與滅菌技術合稱為發(fā)酵生產(chǎn)中的無菌技術；采用“污染概率”作為一個評價的標準。允許的染菌概率為10 -3.3、發(fā)酵工業(yè)中允許的染菌概率為10 -3.4、微生物的熱阻：微生物對熱的抵抗力。 致死溫度：殺死微生物的極限溫度。 致死時間：在致死溫度下，殺死全部微生物所需要的時間。5、衡量滅菌是否徹底，一般以

9、能否殺死細菌芽孢為標準。6、采用高溫瞬間滅菌的原因：采用濕熱滅菌法對培養(yǎng)基滅菌時，隨著菌體的死亡，培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分也會隨之受到影響。在高壓加熱情況下，酶類及維生素類極易被破壞。采用高溫瞬時滅菌法處理后的培養(yǎng)基質(zhì)量較好。溫度越高，滅菌時間越短，營養(yǎng)成分的破壞率越小。7、分批滅菌是將高壓蒸汽直接通入裝有培養(yǎng)基的發(fā)酵罐中進行滅菌的工藝過程，又稱為實罐滅菌，簡稱實消。8、實罐滅菌過程：首先打開各排氣閥，將蒸汽引入夾套或蛇管預熱。當罐溫升至80-90后，逐漸將排氣閥關小。然后將蒸汽從進氣口、排料口、取樣口等直接通入罐中升溫、升壓。罐溫上升至118-120，罐壓維持至（0.9-1.0）*105Pa，一般保

10、溫半小時左右。9、空氣凈化除菌的方法包括加熱滅菌、輻射滅菌、靜電吸附除菌和過濾除菌等。10、過濾除菌法就是使含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣流中所含微生物，使其與空氣分離從而取得無菌空氣的方法。11、深層過濾除菌是指的介質(zhì)間孔隙大于微生物直徑，依靠空氣氣流及微粒與過濾層介質(zhì)的多種相互作用而截留分離微生物等微粒獲得無菌空氣。這類過濾介質(zhì)有：有機合成纖維、玻璃纖維、燒結材料（如燒結塑料、燒結金屬及燒結陶瓷等）、棉花、活性炭等。12、無菌空氣制備流程包括空氣預處理和空氣過濾兩部分。13、空氣預處理的主要目的：一是提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過濾器的負荷；另一個是去除壓縮后的空氣中所帶的油水，以合適

11、的空氣濕度和溫度進入空氣過濾器。14、空氣預處理可分為空氣的采集和壓縮、壓縮空氣除油水和空氣再加熱三個過程。15、空氣預處理設備主要有粗過濾器、空氣壓縮機、空氣貯罐和氣液分離器等。16、設備與管道的清洗與滅菌的原因：一是設備和管道的潔凈可使?jié)撛诘奈廴疚ｋU降至最小。二是有助于防止設備或管道污垢的產(chǎn)生。三是在許多工業(yè)生產(chǎn)過程如食品加工和制藥行業(yè)中，幾乎每一個國家都有相關的法規(guī)去保證其過程一定的衛(wèi)生要求。第四章厭氧發(fā)酵工藝及設備1、固態(tài)厭氧發(fā)酵的特點：可因陋就簡、因地制宜地利用一些來源豐富的工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品，至今仍在白酒、醬油等產(chǎn)品的生產(chǎn)上沿用著。缺點：勞動強度大，不便于機械化操作，微生物品種少、生長慢

12、，產(chǎn)品有限。2、酵母厭氧發(fā)酵過程Hong，主要產(chǎn)物是酒精。副產(chǎn)物：醇、醛、酸、酯。3、白酒固態(tài)發(fā)酵法的特點：采用多菌種混合發(fā)酵；采用低溫蒸煮和低溫發(fā)酵工藝；配醅調(diào)節(jié)酒醅淀粉濃度、酸度及殘余淀粉再利用；采用甑桶固態(tài)蒸餾工藝；勞動強度大，原料出酒率低。4、白酒固態(tài)法生產(chǎn)工藝的分類：大曲法；小曲法；混合曲法；麩曲法。5、濃香型酒代表：瀘州特曲。清香型酒代表：山西汾酒。醬香型酒代表：茅臺酒。6、傳統(tǒng)酒精發(fā)酵罐結構：畫圖7、啤酒生產(chǎn)大致可分為麥芽制造和啤酒釀造（包括麥芽汁制造、啤酒發(fā)酵、啤酒過濾灌裝三個主要過程）兩大部分。最高溫度控制在8-13。第五章 好氧發(fā)酵工藝及設備1、谷氨酸產(chǎn)生菌中谷氨酸的生物合

13、成途徑包括糖酵解途徑（EMP）、磷酸己糖途徑（HMP）、三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）、乙醛酸循環(huán)、伍德-活克曼反應（二氧化碳固定反應）等。2、控制谷氨酸發(fā)酵的關鍵代謝調(diào)控：完全氧化能力降低；蛋白質(zhì)合成能力降低；環(huán)境條件對谷氨酸合成的調(diào)節(jié)；增加細胞膜對谷氨酸的滲透性。3、細胞膜滲透性的控制方法有：化學控制方法：一種為控制磷脂的合成，一種是阻礙谷氨酸菌細胞壁的合成。物理控制方法：租用溫度敏感性突變株進行谷氨酸發(fā)酵，僅控制溫度就能實現(xiàn)谷氨酸生產(chǎn)。強制控制工藝的要點：采用“強制控制工藝”，通過添加青霉素、頭孢霉素C或添加表面活性劑的方法，或者利用溫度敏感性突變株進行谷氨酸發(fā)酵。采用細胞膜滲透性的原因：對于

14、谷氨酸發(fā)酵來說，生物素是谷氨酸發(fā)酵的關鍵物質(zhì)。當細胞內(nèi)的生物素水平高時，谷氨酸不能透過細胞膜，因而得不到谷氨酸。谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，谷氨酸生產(chǎn)菌屬于生物素缺陷型菌種，生物素作為脂肪酸生物合成最初反應的關鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進而影響磷脂的合成。當磷脂合成減少到正常量的一半左右時，細胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于發(fā)酵液中。因而可以通過限量控制生物素的含量，也就是通過控制生物素亞適量，提高細胞膜的滲透性。在發(fā)酵的前期，滿足細胞的生長，合成完整的細胞膜；中期生物素耗盡，細胞膜合成不完整，完成長菌型細胞向產(chǎn)酸型細胞的改變，細胞膜的滲透性增加，使得谷氨酸滲透到細胞外，在細胞內(nèi)谷

15、氨酸達不到引起反饋調(diào)節(jié)的程度，從而使得谷氨酸能夠源源不斷地被優(yōu)先合成。第六章 發(fā)酵動力學1、研究發(fā)酵動力學的目的：以發(fā)酵動力學模型作為依據(jù)，合理設計發(fā)酵過程，確定最佳發(fā)酵工藝條件；利用電子計算機，模擬最優(yōu)化的工藝流程和發(fā)酵工藝參數(shù)，確立發(fā)酵過程中菌體濃度、基質(zhì)濃度、溫度、pH、溶氧等工藝參數(shù)的控制方案，從而使生產(chǎn)控制達到最優(yōu)化；在此研究基礎上進行優(yōu)選，為試驗工廠數(shù)據(jù)的放大、為分批發(fā)酵過渡到連續(xù)發(fā)酵提供理論依據(jù)。2、發(fā)酵動力學研究的一般步驟：盡可能收集或?qū)ふ夷芊从嘲l(fā)酵過程變化的各種理化參數(shù)（菌體濃度、基質(zhì)濃度、時間、pH、溶氧、二氧化碳生成等）；將各種參數(shù)變化和現(xiàn)象與發(fā)酵代謝規(guī)律聯(lián)系起來，找出各

16、參數(shù)之間的相互關系和變化規(guī)律；建立各種“數(shù)學模型”以定量描述各參數(shù)之間變化的關系，反復驗證模型的可行性與適用范圍；通過計算機在線控制并按照數(shù)學模型所給出的控制規(guī)律去調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程3、細胞得率系數(shù)：消耗1g基質(zhì)生成細胞的克數(shù)4、絕對速率：簡稱速率。速率定義為單位時間內(nèi)消耗基質(zhì)或形成產(chǎn)物（菌體）的質(zhì)量。對于液態(tài)發(fā)酵過程，速率定義為單位時間內(nèi)消耗基質(zhì)或形成產(chǎn)物（菌體）的濃度變化。5、比速率：單位時間內(nèi)單位菌體消耗基質(zhì)或形成產(chǎn)物（或菌體）的量（菌體量通常以菌體干重表示）。如果用濃度表示，即為單位菌體濃度在單位時間內(nèi)引起的基質(zhì)或產(chǎn)物（或菌體）的濃度變化。第七章 發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取1、發(fā)酵醪具有的一般特征包

17、含：含水量高；產(chǎn)品濃度低；懸浮物顆粒小，密度與液體相差不大；固體粒子可壓縮性大；液體粘度大，大多為非牛頓型流體；產(chǎn)物性質(zhì)不穩(wěn)定。2、預處理的目的：改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，促進懸浮液中分離型固形物的速度，提高固液分離器的效率；盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的某一項中（多數(shù)是液體）；去除發(fā)酵液中部分雜質(zhì)，以利于后續(xù)各步操作。3、預處理常用的方法：加熱法；調(diào)節(jié)懸浮液的pH；凝聚和絮凝；添加助濾劑；添加反應劑。4、目前對一種未知的發(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)酵液進行提取時主要通過兩個步驟來確定：先研究該發(fā)酵產(chǎn)物是屬于哪一類型，是屬堿性、酸性、兩性物質(zhì)或它的溶媒系統(tǒng)，進行初步試驗，可以大致確定它是屬于哪一類型。通過穩(wěn)定性的研究，如將發(fā)酵物用各種不同的溫度，條件及不同的pH值進行處理，來檢查有效的物質(zhì)穩(wěn)定情況5、膜分離的作用機理：透析；超濾和微濾；反滲透；電滲析；氣體滲透。6、結晶：指溶質(zhì)從過飽和溶液中析出形成新相（固體）的過程，是制備純物質(zhì)的一種有效方法。7、常用的工業(yè)起晶