發(fā)酵復(fù)習(xí)資料匯總

1、第一章 緒論1、生物技術(shù)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(guò)程的技術(shù)。現(xiàn)代生物工程技術(shù)包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程。2、發(fā)酵技術(shù)由兩個(gè)核心部分組成：第一部分是涉及獲得特殊反應(yīng)或過(guò)程所需的最良好的生物細(xì)胞微生物菌種（或酶）；第二部分則是選擇最精良設(shè)備，開(kāi)發(fā)最優(yōu)技術(shù)操作，創(chuàng)造充分發(fā)揮微生物細(xì)胞（或酶）作用的最佳環(huán)境發(fā)酵工藝與設(shè)備。3、工業(yè)生產(chǎn)上通過(guò)“工業(yè)發(fā)酵”來(lái)加工或制作產(chǎn)品，其對(duì)應(yīng)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(wèn)題：發(fā)酵工藝的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備和過(guò)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(yíng)養(yǎng)組成）的

2、確定，營(yíng)養(yǎng)物的準(zhǔn)備等。上游加工還包括原材料的物理和化學(xué)處理、培養(yǎng)基的配制和滅菌等問(wèn)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(dòng)力學(xué)和設(shè)備等有關(guān)工程問(wèn)題。優(yōu)良發(fā)酵生產(chǎn)菌的特點(diǎn)：能在廉價(jià)原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長(zhǎng)。培養(yǎng)條件易于控制。生長(zhǎng)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(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化的目的是：條件和相互關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化；復(fù)雜關(guān)系盡可能簡(jiǎn)化。7、下游工程是對(duì)目的產(chǎn)物的提取與精制。這一過(guò)程困難的原因是：一方面生物反應(yīng)液中目的產(chǎn)物的濃度是很低微的。另一方面是因?yàn)榉磻?yīng)液雜質(zhì)常與目

3、的產(chǎn)物有相似的結(jié)構(gòu)，加上一些具有生物活性的產(chǎn)品對(duì)溫度、酸堿度都十分敏感，一些作為藥物或食品的產(chǎn)品對(duì)純度、有害物質(zhì)都有嚴(yán)格的要求。8、發(fā)酵工程的一般特點(diǎn)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(jī)或無(wú)機(jī)氮源和少量無(wú)機(jī)鹽。微生物反應(yīng)過(guò)程以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行，數(shù)十個(gè)生化反應(yīng)過(guò)程能通過(guò)單一微生物的代謝活動(dòng)來(lái)完成，因而所需產(chǎn)品可在單一發(fā)酵設(shè)備中一次合成。微生物能利用簡(jiǎn)單的物質(zhì)合成復(fù)雜的高分子化合物。由于生命體特有的反應(yīng)機(jī)制，微生物能高度選擇性地在復(fù)雜化合物的特定部位進(jìn)行氧化、還原、官能團(tuán)導(dǎo)入等轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而獲得某些具有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)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(xué)工程的不同點(diǎn)在于：作為生物化學(xué)反應(yīng)，通常在常溫常壓下進(jìn)行，因此沒(méi)有爆炸之類的危險(xiǎn)，各種生產(chǎn)設(shè)備一般不必考慮防爆問(wèn)題。微生物發(fā)酵過(guò)程需防止雜菌污染，生產(chǎn)過(guò)程所需的設(shè)備、培養(yǎng)基和空氣都需進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)菌處理，一旦雜菌入侵就有可能導(dǎo)致發(fā)酵生產(chǎn)的失敗。微生物發(fā)酵液成分較復(fù)雜，大多為非牛頓流體，其產(chǎn)品分離與純化過(guò)程比化學(xué)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)品復(fù)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(xì)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(duì)生物體有害的物質(zhì)。10、發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)藥工業(yè)；食品工業(yè)；化學(xué)工業(yè)；農(nóng)業(yè)；環(huán)境保護(hù)；冶金工業(yè)。11、生物冶金技術(shù)：用含細(xì)菌的菌液進(jìn)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(guò)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(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：采用基因工程技術(shù)改良菌種。推廣大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。生物反應(yīng)和產(chǎn)物分離偶聯(lián)。微生物發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于高等動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)。固定化（細(xì)胞和酶）技術(shù)的應(yīng)用。開(kāi)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(shè)計(jì)1、發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)水平的三個(gè)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(shè)備。2、代謝控制發(fā)酵：是指利用生物化學(xué)和遺傳學(xué)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(jìn)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(gè)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(duì)菌種的要求有：有自我保護(hù)機(jī)制；發(fā)酵周期短；原料廉價(jià)，產(chǎn)量高；無(wú)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(kuò)大培養(yǎng)過(guò)程中兩個(gè)非常重要的工藝條件。7、天然培養(yǎng)基的優(yōu)點(diǎn)是營(yíng)養(yǎng)豐富、價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是每批次生產(chǎn)時(shí)由于天然培養(yǎng)基的成分含量都會(huì)不同而影響發(fā)酵。半合成培養(yǎng)基的優(yōu)點(diǎn)是；缺點(diǎn)是培養(yǎng)基中天然原料成分復(fù)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(huì)

7、對(duì)工業(yè)化微生物發(fā)酵過(guò)程代謝產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。合成培養(yǎng)基的優(yōu)點(diǎn)：成分已知。缺點(diǎn)：價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)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(guò)程中，必須除去碳源中的雜質(zhì)。對(duì)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(yàn)配方和發(fā)酵菌種兩方面來(lái)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(yàn)和培養(yǎng)基成分，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

8、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。第三章 滅菌與除菌工藝及設(shè)備1、在生產(chǎn)菌種接種之前要對(duì)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(jìn)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(wú)菌：對(duì)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(jìn)行嚴(yán)格的滅菌；消毒與滅菌技術(shù)合稱為發(fā)酵生產(chǎn)中的無(wú)菌技術(shù)；采用“污染概率”作為一個(gè)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)熱的抵抗力。 致死溫度：殺死微生物的極限溫度。 致死時(shí)間：在致死溫度下，殺死全部微生物所需要的時(shí)間。5、衡量滅菌是否徹底，一般以

9、能否殺死細(xì)菌芽孢為標(biāo)準(zhǔn)。6、采用高溫瞬間滅菌的原因：采用濕熱滅菌法對(duì)培養(yǎng)基滅菌時(shí)，隨著菌體的死亡，培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分也會(huì)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(shí)滅菌法處理后的培養(yǎng)基質(zhì)量較好。溫度越高，滅菌時(shí)間越短，營(yíng)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(jìn)行滅菌的工藝過(guò)程，又稱為實(shí)罐滅菌，簡(jiǎn)稱實(shí)消。8、實(shí)罐滅菌過(guò)程：首先打開(kāi)各排氣閥，將蒸汽引入夾套或蛇管預(yù)熱。當(dāng)罐溫升至80-90后，逐漸將排氣閥關(guān)小。然后將蒸汽從進(jìn)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(shí)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(guò)濾除菌等。10、過(guò)濾除菌法就是使含菌空氣通過(guò)過(guò)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(wú)菌空氣的方法。11、深層過(guò)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(guò)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(wú)菌空氣。這類過(guò)濾介質(zhì)有：有機(jī)合成纖維、玻璃纖維、燒結(jié)材料（如燒結(jié)塑料、燒結(jié)金屬及燒結(jié)陶瓷等）、棉花、活性炭等。12、無(wú)菌空氣制備流程包括空氣預(yù)處理和空氣過(guò)濾兩部分。13、空氣預(yù)處理的主要目的：一是提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過(guò)濾器的負(fù)荷；另一個(gè)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(jìn)入空氣過(guò)濾器。14、空氣預(yù)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(gè)過(guò)程。15、空氣預(yù)處理設(shè)備主要有粗過(guò)濾器、空氣壓縮機(jī)、空氣貯罐和氣液分離器等。16、設(shè)備與管道的清洗與滅菌的原因：一是設(shè)備和管道的潔凈可使?jié)撛诘奈廴疚ｋU(xiǎn)降至最小。二是有助于防止設(shè)備或管道污垢的產(chǎn)生。三是在許多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程如食品加工和制藥行業(yè)中，幾乎每一個(gè)國(guó)家都有相關(guān)的法規(guī)去保證其過(guò)程一定的衛(wèi)生要求。第四章厭氧發(fā)酵工藝及設(shè)備1、固態(tài)厭氧發(fā)酵的特點(diǎn)：可因陋就簡(jiǎn)、因地制宜地利用一些來(lái)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(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，不便于機(jī)械化操作，微生物品種少、生長(zhǎng)慢

12、，產(chǎn)品有限。2、酵母厭氧發(fā)酵過(guò)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(diǎn)：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(dòng)強(qiáng)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(tái)酒。6、傳統(tǒng)酒精發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)：畫(huà)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(guò)濾灌裝三個(gè)主要過(guò)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(shè)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(yīng)（二氧化碳固定反應(yīng)）等。2、控制谷氨酸發(fā)酵的關(guān)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(duì)谷氨酸合成的調(diào)節(jié)；增加細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的滲透性。3、細(xì)胞膜滲透性的控制方法有：化學(xué)控制方法：一種為控制磷脂的合成，一種是阻礙谷氨酸菌細(xì)胞壁的合成。物理控制方法：租用溫度敏感性突變株進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵，僅控制溫度就能實(shí)現(xiàn)谷氨酸生產(chǎn)。強(qiáng)制控制工藝的要點(diǎn)：采用“強(qiáng)制控制工藝”，通過(guò)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(jìn)行谷氨酸發(fā)酵。采用細(xì)胞膜滲透性的原因：對(duì)于

14、谷氨酸發(fā)酵來(lái)說(shuō)，生物素是谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵物質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的生物素水平高時(shí)，谷氨酸不能透過(guò)細(xì)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(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進(jìn)而影響磷脂的合成。當(dāng)磷脂合成減少到正常量的一半左右時(shí)，細(xì)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(guò)限量控制生物素的含量，也就是通過(guò)控制生物素亞適量，提高細(xì)胞膜的滲透性。在發(fā)酵的前期，滿足細(xì)胞的生長(zhǎng)，合成完整的細(xì)胞膜；中期生物素耗盡，細(xì)胞膜合成不完整，完成長(zhǎng)菌型細(xì)胞向產(chǎn)酸型細(xì)胞的改變，細(xì)胞膜的滲透性增加，使得谷氨酸滲透到細(xì)胞外，在細(xì)胞內(nèi)谷

15、氨酸達(dá)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(dòng)力學(xué)1、研究發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的目的：以發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型作為依據(jù)，合理設(shè)計(jì)發(fā)酵過(guò)程，確定最佳發(fā)酵工藝條件；利用電子計(jì)算機(jī)，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(guò)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(dá)到最優(yōu)化；在此研究基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)選，為試驗(yàn)工廠數(shù)據(jù)的放大、為分批發(fā)酵過(guò)渡到連續(xù)發(fā)酵提供理論依據(jù)。2、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究的一般步驟：盡可能收集或?qū)ふ夷芊从嘲l(fā)酵過(guò)程變化的各種理化參數(shù)（菌體濃度、基質(zhì)濃度、時(shí)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(lái)，找出各

16、參數(shù)之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律；建立各種“數(shù)學(xué)模型”以定量描述各參數(shù)之間變化的關(guān)系，反復(fù)驗(yàn)證模型的可行性與適用范圍；通過(guò)計(jì)算機(jī)在線控制并按照數(shù)學(xué)模型所給出的控制規(guī)律去調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程3、細(xì)胞得率系數(shù)：消耗1g基質(zhì)生成細(xì)胞的克數(shù)4、絕對(duì)速率：簡(jiǎn)稱速率。速率定義為單位時(shí)間內(nèi)消耗基質(zhì)或形成產(chǎn)物（菌體）的質(zhì)量。對(duì)于液態(tài)發(fā)酵過(guò)程，速率定義為單位時(shí)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：?jiǎn)挝粫r(shí)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(shí)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(yù)處理的目的：改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，促進(jìn)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(xiàng)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(yù)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(yīng)劑。4、目前對(duì)一種未知的發(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)酵液進(jìn)行提取時(shí)主要通過(guò)兩個(gè)步驟來(lái)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(jìn)行初步試驗(yàn)，可以大致確定它是屬于哪一類型。通過(guò)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(jìn)行處理，來(lái)檢查有效的物質(zhì)穩(wěn)定情況5、膜分離的作用機(jī)理：透析；超濾和微濾；反滲透；電滲析；氣體滲透。6、結(jié)晶：指溶質(zhì)從過(guò)飽和溶液中析出形成新相（固體）的過(guò)程，是制備純物質(zhì)的一種有效方法。7、常用的工業(yè)起晶