微生物工程重點內(nèi)容課件

微生物工程的基本概念

的特定性狀和機(jī)能，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)，生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系；是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代基因工程、細(xì)胞工程、代謝工程、生物信息工程和計算機(jī)控制等新技術(shù)結(jié)合并迅速發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)。微生物工程是滲透有工程學(xué)的微生物學(xué)，是發(fā)酵技術(shù)工程化的發(fā)展。微生物工程發(fā)展簡史1、傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵技術(shù)——天然發(fā)酵2、第一代微生物發(fā)酵技術(shù)——純培養(yǎng)技術(shù)3、第二代微生物發(fā)酵技術(shù)——深層培養(yǎng)技術(shù)4、第三代微生物發(fā)酵技術(shù)——代謝調(diào)控技術(shù)5、第四代發(fā)酵技術(shù)——基因工程技術(shù)微生物工程

微生物工程既基于生物學(xué)知識、又依托工程概念，解決的是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵問題，被譽(yù)為工業(yè)生物技術(shù)的核心。借助于微生物進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)或環(huán)境改造是微生物工程的基本內(nèi)容和目標(biāo)，涉及到解決人類所面臨的食品與營養(yǎng)、健康與環(huán)境、資源與能源等重大問題，為人類社會帶來巨大經(jīng)濟(jì)和社會效益。菌種的選育培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)和接種發(fā)酵過程產(chǎn)品的分離提純等微生物發(fā)酵生產(chǎn)流程微生物工程產(chǎn)品類型1.微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵2、微生物菌體的發(fā)酵3、微生物的生物轉(zhuǎn)化初級代謝產(chǎn)物與菌體生長相伴隨的產(chǎn)物，氨基酸、核苷酸、維生素、有機(jī)酸、溶劑菌體對其合成反饋控制嚴(yán)密，一般不過量積累次級代謝產(chǎn)物與菌體生長不相伴隨，以初級代謝產(chǎn)物為原料而合成

抗生素、生物堿、毒素、胞外多糖等

結(jié)構(gòu)常較復(fù)雜對環(huán)境條件敏感1.微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)品的類型目的次級代謝產(chǎn)物

secondarymetabolite

是指微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同種類的微生物所產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物不相同，他們可能積累在細(xì)胞內(nèi)，也可能排到外環(huán)境中。2、微生物菌體的發(fā)酵SCP、藥用真菌（冬蟲夏草、茯苓等）生物防治制劑（如蘇云金桿菌）活性乳酸菌制劑、食用和藥用酵母細(xì)胞的生長與產(chǎn)物的積累成平行關(guān)系，生長速率最大的時期也是產(chǎn)物合成最高階段3、微生物的生物轉(zhuǎn)化

利用微生物細(xì)胞的一種或幾種酶，對外源化合物的特定部位進(jìn)行加工，如加入羥基、還原雙鍵、脫氧或切斷支鏈等。

轉(zhuǎn)化的最終產(chǎn)物并不是微生物細(xì)胞利用營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)細(xì)胞代謝產(chǎn)生，而是微生物細(xì)胞的酶或酶系作用于底物的某一部位，進(jìn)行特定部位的化學(xué)反應(yīng)而形成。

反應(yīng)最顯著的特點是特異性強(qiáng)，包括反應(yīng)特異性、結(jié)構(gòu)位置特異性、立體特異性工業(yè)微生物的特點1、概念(什么是工業(yè)微生物)

從來源于自然界大量的微生物中分離并篩選出有用菌種，再加以改良，貯存待用于生產(chǎn)的微生物稱為工業(yè)微生物。通常在發(fā)酵過程作為活細(xì)胞催化劑

傳統(tǒng)的工業(yè)微生物包括細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌四大類。目前最有應(yīng)用前景的工業(yè)微生物：基因工程菌株2、工業(yè)微生物種類2.1原核細(xì)胞類微生物:細(xì)菌、放線菌、立克次氏體、衣原體等2.2真核細(xì)胞類微生物:酵母菌和霉菌，單細(xì)胞藻類、原生動物等2.1非細(xì)胞類微生物（主要作為基因工程的載體）:RNA病毒（逆轉(zhuǎn)錄病毒）DNA病毒（腺病毒）3、微生物的特點3.1種類多3.2分布廣3.3體積小3.4繁殖快3.5代謝強(qiáng)3.6易變異（1）廉價原料、生長迅速、目的產(chǎn)物產(chǎn)量高。（2）易于控制培養(yǎng)條件，生產(chǎn)效率高。發(fā)酵周期較短。（3）抗雜菌和噬菌體的能力強(qiáng)。（4）菌種遺傳性能穩(wěn)定，不易變異和退化，不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質(zhì)和毒素，保證安全生產(chǎn)。（5）產(chǎn)品容易分離提純。對于胞外產(chǎn)品，細(xì)胞膜具有良好的滲透性，或者細(xì)胞膜的滲透性可以調(diào)節(jié)，細(xì)胞不易發(fā)生菌體自溶；對于胞內(nèi)產(chǎn)品，要求菌體易分離和收集，菌體易破碎。二、工業(yè)化菌種的要求基因工程菌與傳統(tǒng)工業(yè)微生物的差別前者含有帶外源基因的重組載體;而后者是單一的微生物細(xì)胞;前者需要發(fā)酵條件滿足外源基因的表達(dá)，后者則只需要滿足細(xì)菌本身的生長和代謝需要要獲得高水平的產(chǎn)品，基因工程菌生產(chǎn)過程中往往使用高密度發(fā)酵基因工程菌發(fā)酵問題中最重要的兩個問題是菌體的高密度發(fā)酵和誘導(dǎo)條件的確定。

培養(yǎng)基的主要成分及作用

一、碳源主要功能：1）為菌體的生長繁殖提供能源和合成菌體所必需的成分；2）為合成目的產(chǎn)物提供所需的碳素成分常用的碳源:特殊情況下（如碳源貧乏時），蛋白質(zhì)水解物或氨基酸等也可被微生物作為碳源使用。糖類發(fā)酵培養(yǎng)基中使用最廣泛的碳源;主要有葡萄糖、糖蜜和淀粉糊精等油脂這些微生物都具有比較活躍的脂肪酶，在脂肪酶的作用下，油或脂肪被水解為甘油和脂肪酸，在溶解氧的參與下，進(jìn)一步氧化成CO2和H2O，并釋放出大量的能量。當(dāng)微生物利用脂肪作為碳源時，要供給比糖代謝更多的氧，不然大量的脂肪酸和代謝中的有機(jī)酸會積累，從而引起pH的下降，并影響微生物酶系統(tǒng)的作用。常用豆油、菜油、葵花籽油、豬油、魚油、棉籽油等有機(jī)酸一些微生物對多種有機(jī)酸（如乳酸、檸檬酸、乙酸等）有很強(qiáng)的氧化能力，可以有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽作為碳源。有機(jī)酸的利用常會使pH上升，尤其是有機(jī)酸鹽氧化時，常伴隨著堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，使pH進(jìn)一步上升。低碳醇等三、無機(jī)鹽和微量元素◆磷酸鹽：磷是某些蛋白質(zhì)和核酸的組成成分磷酸鹽在培養(yǎng)基中還具有緩沖作用微生物對磷的需要量一般為0.005～0.01mol/L常用K3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4◆鉀鹽：鉀不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成是許多酶的激活劑菌體生長所需鉀量約為0.1g/L(以K2SO4計)◆微量元素：需量微少，但又不可缺少一般作為碳、氮源的農(nóng)副產(chǎn)物天然原料中，本身含有，不必另加某些金屬離子，特別是汞離子和銅離子，具有明顯的毒性硫酸鎂：Mg2+是許多重要酶（如己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、羧化酶等）的激活劑鎂離子能提高一些氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生菌對自身所產(chǎn)的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、鏈霉素、新生霉素等產(chǎn)生菌。

硫存在于細(xì)胞的蛋白質(zhì)中，是含硫氨基酸的組成成分硫是構(gòu)成一些酶的活性基硫酸鎂加入培養(yǎng)基中，在堿性條件下會形成氫氧化鎂沉淀，配料時要注意。四、生長因子概念：微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物質(zhì)。類別：維生素、氨基酸、嘌呤嘧啶及其衍物提供生長因子的農(nóng)副產(chǎn)品原料1）玉米漿

用亞硫酸浸泡玉米而得的浸泡液的濃縮液，也是玉米淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)品

雖然主要用作氮源，但它含有豐富的氨基酸、核酸、維生素、無機(jī)鹽等，常用作為提供生長因子的物質(zhì)。2）麩皮水解液：

可代替玉米漿，蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)成分比玉米漿少。

用量一般為1%（以干麩皮計）左右3）糖蜜

甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜均可代替玉米漿，但氨基酸等有機(jī)氮含量較低

甘蔗糖蜜用量為0.1%～0.4%4)酵母：

酵母膏、酵母浸出液、酵母粉5）其他：

牛肉膏、蛋白胨、動物心、肝等組織浸液等都含有豐富的生長因子1、培養(yǎng)基分類：按培養(yǎng)基成分1）合成培養(yǎng)基：所用原料的化學(xué)成分明確、穩(wěn)定如葡萄糖、硫酸銨適于研究菌種基本代謝和過程的物質(zhì)變化等科研工作；在生產(chǎn)某些疫苗的過程中，為了防止異性蛋白質(zhì)等雜質(zhì)摻入，也常用合成培養(yǎng)基；營養(yǎng)單一、價格較高，不適于大規(guī)模生產(chǎn)2）天然培養(yǎng)基：原料是一些天然動、植物產(chǎn)品如花生餅粉、蛋白胨等來源廣泛（大多為農(nóng)副產(chǎn)品）、營養(yǎng)豐富、價格低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)一般不需要另加微量元素、維生素等物質(zhì)由于成分復(fù)雜，不易重復(fù)，如對原料質(zhì)量等方面不加控制會影響生產(chǎn)穩(wěn)定性3.半合成（組合）培養(yǎng)基：

在合成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加些天然成份，以更有效地滿足微生物對營養(yǎng)物的需要如馬鈴薯-蔗糖培養(yǎng)基3、根據(jù)培養(yǎng)基用途來分基礎(chǔ)培養(yǎng)基富集培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基按生產(chǎn)工藝來分孢子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基小結(jié)培養(yǎng)基的類型

分類依據(jù)類型

營養(yǎng)物質(zhì)來源天然、合成、半合成

培養(yǎng)基物理狀態(tài)液體、固體、半液體

培養(yǎng)基的成分和目的基本、完全、鑒別、選擇

生產(chǎn)工藝的要求孢子(Spore)、種子、發(fā)酵培養(yǎng)基的用途：

篩選菌種、保藏菌種、檢驗雜菌、培養(yǎng)種子、

發(fā)酵生產(chǎn)等巴斯德效應(yīng)Pasteureffect

1861年巴斯德(L.Pasteur)在研究酵母的酒精發(fā)酵量和氧分壓之間的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)在厭氧條件下,向高速發(fā)酵的培養(yǎng)基中通入氧氣,則葡萄糖消耗減少,抑制發(fā)酵產(chǎn)物積累的現(xiàn)象稱為巴斯德效應(yīng)。即呼吸抑制發(fā)酵的作用。

在好氧條件下，酵母發(fā)酵能力下降。磷酸果糖激酶，是變構(gòu)酶，受ATP，檸檬酸及其他高能化合物抑制，被AMP,ADP激活；在好氣條件下，糖代謝進(jìn)入TCA，產(chǎn)生檸檬酸并通過氧化磷酸化生成大ATP，細(xì)胞內(nèi)檸檬酸生成增加，反饋抑制磷酸果糖激酶的合成，阻遏作用由于ATP反饋抑制此酶的活性而加強(qiáng)；由于磷酸果糖激酶受抑制，導(dǎo)致6-磷酸果糖積累，當(dāng)反應(yīng)6-磷酸葡萄糖≒6-磷酸果糖達(dá)到平衡，醛糖和酮糖的摩爾比=7:3，導(dǎo)致6-磷酸葡萄糖積累，反饋抑制己糖激酶，抑制葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致葡萄糖利用率降低；好氣條件下丙酮酸激酶的活性降低，此酶受磷酸果糖激酶催化生成的1,6-二磷酸果糖的激活，丙酮酸激酶活性降低，導(dǎo)致磷酸烯醇丙酮酸積累，反饋抑制己糖激酶；在厭氧發(fā)酵過程中，丙酮酸在不同的受氫體的作用下產(chǎn)物會不同，也就是說在不同酶的催化下會獲得不同的產(chǎn)物，都有哪些酶和哪些產(chǎn)物？

乳酸脫氫酶----乳酸丙酮酸脫羧酶------乙醛-----乙醇脫氫酶-----乙醇丙酮酸脫氫酶----乙酰CoA---------丁酰CoA丁醛-----丁醇丙酮什么是好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵，其主要代表產(chǎn)品有哪些好氧發(fā)酵：發(fā)酵時需要氧的參與，而且在氧氣充足的條件下發(fā)酵效率更高代表產(chǎn)品：鏈霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四環(huán)素厭氧發(fā)酵：發(fā)酵時不需要氧的參與，氧氣可能會對發(fā)酵產(chǎn)生不良影響代表產(chǎn)品：酒精、丙酮、丁醇、甘油A.亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵（酵母第二型發(fā)酵）C6H12O6+NaSHO3→2CH2OHCHOHCH2OH+CH3CHOHOSO2Na+CO2在酵母中，乙醇脫氫酶活力很強(qiáng)，在該酶的作用下，乙醛作為受氫體而被還原成乙醇，因此，在乙醇發(fā)酵中，甘油生成量很少。如果改變發(fā)酵條件或者加入某種抑制劑，阻止乙醛作為受氫體，就可以積累大量甘油，如在發(fā)酵醪中加入亞硫酸氫鈉，與乙醛起加成反應(yīng)生成難溶的乙醛亞硫酸氫鈉加成物。這樣乙醛不能作為受氫體，必須有磷酸二羥丙酮作為受氫體，生成大量甘油，即轉(zhuǎn)為甘油發(fā)酵，也叫做酵母第二型發(fā)酵。B.堿法甘油發(fā)酵(酵母第三型發(fā)酵)2C6H12O6+H2O→2CH2OHCHOHCH2OH+C2H5OH+CH3COOH+2CO2當(dāng)酵母在堿性（PH7.6）條件下進(jìn)行發(fā)酵，所生成的乙醛也不能作為受氫體，兩個乙醛分子起歧化作用，相互氧化還原，生成等量的乙醇和乙酸，這時，硫酸二羥丙酮又成為NADH+H+的受氫體，總的產(chǎn)物為甘油，乙酸，乙醇，和CO2.總反應(yīng)式為:

C6H12O6+2ADP+2H3PO4→2CH3CHOHCOOH+2ATP+135.56KJ

理論轉(zhuǎn)化率:

2×90/180×100%=100%乳酸鏈球菌、酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌、德氏乳桿菌同型乳酸發(fā)酵是指發(fā)酵終產(chǎn)物中90％以上為乳酸的乳酸發(fā)酵過程。

同型乳酸發(fā)酵(Homofermentationof

lacticacidpatheay)糖酵解途徑（EMP）丙酮酸脫氫酶異型乳酸發(fā)酵

Heterofermentationof

lacticacidpatheay

總反應(yīng)式為:

C6H12O6→CH3CHOHCOOH+CH3CH2OH

理論轉(zhuǎn)化率:

90/180×100%=50%磷酸戊糖途徑（HMP)腸膜明串珠菌、葡聚糖明串珠菌

是指發(fā)酵終產(chǎn)物中除乳酸外，還有乙醇、乙酸和二氧化碳等成分的乳酸發(fā)酵過程。

磷酸解酮酶雙歧途徑

Bifidumpatheay

總反應(yīng)式為:

2C6H12O6→2CH3CHOHCOOH+3CH3COOH

理論轉(zhuǎn)化率:

(2×90)/(2×180)×100%=50%磷酸解酮酶途徑（HK）6-磷酸果糖酮解酶5-磷酸木酮糖磷酸酮解酶檸檬酸生物合成途徑丙酮酸羧化酶丙酮酸脫氫酶檸檬酸合成酶第一個調(diào)節(jié)酶是磷酸果糖激酶（PFK）

Δ檸檬酸和ATP對該酶有抑制

生產(chǎn)菌需要解除該抑制作用ΔAMP、無機(jī)磷以及NH4+對該酶有活化作用NH4+有效解除檸檬酸和ATP對該酶的抑制，NH4+濃度與檸檬酸生產(chǎn)速度有密切關(guān)系，正是細(xì)胞內(nèi)NH4+濃度升高，使PFK對細(xì)胞內(nèi)積累的大量檸檬酸不敏感。故生產(chǎn)上通過添加銨鹽來提高檸檬酸產(chǎn)量磷酸果糖激酶1.糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)ΔMn2+的影響：Mn2+缺乏HMP和TCA循環(huán)酶水平低，生長期菌絲體的蛋白質(zhì)、核酸和脂肪含量明顯減少，氨基酸和NH4+水平升高M(jìn)n2+缺乏可能干擾蛋白質(zhì)合成，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分解NH4+水平升高減少檸檬酸對PFK的抑制Mn2+缺乏高糖NH4+↑GluGlnOrnArg氨基丁酸蛋白質(zhì)和RNA轉(zhuǎn)換過程中細(xì)胞蛋白的再合成受損傷1.糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)丙酮酸羧化酶和丙酮酸脫氫酶的平衡1.糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)丙酮酸羧化酶丙酮酸脫氫酶檸檬酸合成酶是TCA循環(huán)第一個酶。但黑曲霉中檸檬酸合成酶沒有調(diào)節(jié)作用。大量生成草酰乙酸是積累檸檬酸的關(guān)鍵。丙酮酸羧化酶和檸檬酸合成酶基本上不受代謝調(diào)節(jié)的控制或其控制及微弱，而且這兩個反應(yīng)的平衡保證了草酰乙酸的提供，增加了檸檬酸的合成能力。2.三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)——檸檬酸合成酶順烏頭酸水合酶是催化檸檬酸------順烏頭酸正逆反應(yīng)的酶，作用需要Fe2+。（1）添加Fe2+絡(luò)合物（2）篩選該酶缺失或活力降低的菌株（3）隨著檸檬酸的積累，高酸環(huán)境可進(jìn)一步造成順烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶失活2.三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)——順烏頭酸水合酶2.三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)—NAD和NADP-異檸檬酸脫氫酶黑曲霉中只有一種NAD-異檸檬酸脫氫酶，且活力很低。NADP-異檸檬酸脫氫酶有兩種：（1）細(xì)胞質(zhì)中的不受檸檬酸抑制（2）線粒體中受生理濃度檸檬酸抑制。一旦檸檬酸積累到一定水平，就能抑制其自身的進(jìn)一步分解，從而促進(jìn)自身的積累2.三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)——α-酮戊二酸脫氫酶

在黑曲霉檸檬酸產(chǎn)生菌中，TCA循環(huán)的一個顯著特點是，α-酮戊二酸脫氫酶的合成受葡萄糖和NH4+的阻遏。因此當(dāng)以葡萄糖為碳源時，在檸檬酸生成期，菌體內(nèi)不存在α-酮戊二酸脫氫酶或活力很低。α-酮戊二酸脫氫酶催化的反應(yīng)是TCA循環(huán)中唯一不可逆反應(yīng)，一旦α-酮戊二酸脫氫酶喪失，就會引起：①TCA循環(huán)中的蘋果酸、富馬酸、琥珀酸是由草酰乙酸逆TCA循環(huán)生成，使TCA循環(huán)成“馬蹄形”。②α-酮戊二酸又抑制異檸檬酸脫氫酶的活性。

乙酰CoA和草酰乙酸結(jié)合生成檸檬酸過程中要引進(jìn)一個氧原子，因此氧也可以看作為檸檬酸生物合成底物。它對檸檬酸發(fā)酵的作用為：(1)氧是發(fā)酵過程生成的NADH2重新氧化的氫受體。(2)近來的研究發(fā)現(xiàn)，黑曲霉中除了具有一條標(biāo)準(zhǔn)呼吸鏈以外，還有一條側(cè)系呼吸鏈。

2.三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)--氧對檸檬酸積累的調(diào)節(jié)

當(dāng)缺氧時，只要很短時間中斷供氧，就會導(dǎo)致此側(cè)系呼吸鏈的不可逆失活，而導(dǎo)致檸檬酸產(chǎn)酸急劇下降。2.三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)——氧對檸檬酸積累的調(diào)節(jié)檸檬酸的積累機(jī)制小結(jié)：①Mn2+缺乏→抑制蛋白合成→NH4+↑，形成一條呼吸活動強(qiáng)的不產(chǎn)生ATP的側(cè)呼吸鏈，解除磷酸果糖激酶的代謝調(diào)節(jié)，促進(jìn)EMP途徑暢通。②丙酮酸羧化酶是組成型酶，不被調(diào)節(jié)控制，草酰乙酸合成有保證。③丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA和CO2的固定兩個反應(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。檸檬酸的積累機(jī)制小結(jié)：

④順烏頭酸水合酶在催化時建立了以下平衡：檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸=90：3：7，同時控制Fe2+含量時，順烏頭酸酶活力降低，使檸檬酸積累。⑤隨著檸檬酸積累，pH降低到一定程度時，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。檸檬酸的積累機(jī)制小結(jié)：α-酮戊二酸脫氫酶的合成受葡萄糖和NH4+的阻遏。因此當(dāng)以葡萄糖為碳源時，在檸檬酸生成期，菌體內(nèi)不存在α-酮戊二酸脫氫酶或活力很低。α-酮戊二酸抑制異檸檬酸脫氫酶的活性，促使檸檬酸的積累檸檬酸發(fā)酵過程的控制要點（1）控制Mn2+、NH4+濃度，解除檸檬酸對PFK的抑制，使EMP暢通無阻。（3）控制培養(yǎng)基中的Fe2+的濃度，使順烏頭酸水合酶失活。（2）

控制溶氧，防止側(cè)系呼吸鏈?zhǔn)Щ?。氨基酸發(fā)酵的代謝調(diào)控1控制旁路代謝2降低反饋作用物的濃度3消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏4控制細(xì)胞滲透性5控制發(fā)酵的環(huán)境6促進(jìn)ATP的積累以利氨基酸的生物合成一、谷氨酸生物合成途徑及調(diào)節(jié)機(jī)制3mol醋酸：1mol檸檬酸生成的檸檬酸一半轉(zhuǎn)化為異檸檬酸酵母N源耗盡后開始烷烴發(fā)酵，低濃度AMP抑制NAD-異檸檬酸脫氫酶的活性，檸檬酸大量合成并積累。此時順烏頭酸水合酶催化反應(yīng)平衡為：檸檬酸：異檸檬酸：順烏頭酸=90：7：3。細(xì)胞質(zhì)中積累大量異檸檬酸。谷氨酸生產(chǎn)菌中存在2個糖酵解途徑EMP/HMP生物素參與糖代謝作用：增加糖代謝的速度丙酮酸積累亞砷酸抑制EMP途徑：HMP途徑90％：10％生物素HMP38%HMP26%黃色短桿菌產(chǎn)氨短桿菌TCA循環(huán)檸檬酸合成酶烏頭酸酶異檸檬酸脫氫酶拮抗氟乙酸氟乙酸抗性株谷氨酸產(chǎn)量升高氟乙酸是烏頭酸酶的專一抑制劑α－酮戊二酸脫氫酶活力低α－酮戊二酸積累NH4+谷氨酸脫氫酶谷氨酸α-酮戊二酸脫氫酶ATP3C6H12O6→6C3H4O3→6CH3COOH＋6CO26CH3COOH+2NH3+3O2→2C5H9O4N+2CO2+6H2O以葡萄糖為原料的谷氨酸發(fā)酵中，特別是在谷氨酸生成期DCA循環(huán)應(yīng)關(guān)閉異檸檬酸裂解酶TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸裂解酶＜抑制黃色短桿菌Km0.01mmol/LKm0.8mmol/L有機(jī)酸濃度低時→DCA循環(huán)有機(jī)酸濃度高時→TCA循環(huán)在谷氨酸發(fā)酵中，DCA環(huán)一方面可以作為TCA循環(huán)有缺陷時C4二羧酸的補(bǔ)充在谷氨基酸生產(chǎn)菌的生長中提供能量作用DCA循環(huán)異檸檬酸脫氫酶CO2固定Δ在生產(chǎn)菌中檢出CO2固定反應(yīng)酶活性磷酸烯醇丙酮酸(PEF)羧化酶和蘋果酸酶谷氨酸對糖的轉(zhuǎn)化率達(dá)到81.7%PEP乙酰CoA草酰乙酸、PEP羧化酶丙酮酸激酶PEP濃度低時→乙酰CoA與二磷酸果糖不能激活PEP羧化酶→分解乙酰CoA濃度增加，與二磷酸果糖共同激活PEP羧化酶，→CO2固定增加TCA循環(huán)中間產(chǎn)物濃度→天冬氨酸↑→反饋抑制PEP羧化酶→分解→防止草酰乙酸↑當(dāng)乙酰CoA氧化→ATP↑→丙酮酸激酶抑制→CO2固定氨的導(dǎo)入合成谷氨酸的反應(yīng)有3種：+α-酮戊二酸+天冬氨酸或丙氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶α-酮戊二酸+α-酮戊二酸+谷氨酰胺NADPH+2谷氨酸NADP+谷氨酸合成酶α-酮戊二酸+NH4+NADPH谷氨酸H2ONADP++谷氨酸脫氫酶生產(chǎn)菌中谷氨酸脫氫酶是合成積累谷氨酸的主要酶谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶活力低，轉(zhuǎn)氨作用可以不考慮谷氨酸合成酶由于不受高濃度谷氨酸抑制，其作用值得重視谷氨酸+α-酮戊二酸+天冬氨酸或丙氨酸α-酮戊二酸+谷氨酸α-酮戊二酸+為何谷氨酸合成酶在合成谷氨酸過程中值得重視？谷氨酸合成酶的KmNH4+只有谷氨酸脫氫酶的1/10，當(dāng)環(huán)境中NH4+濃度很低時，由該途徑合成谷氨酸。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)谷氨酸濃度高時，反饋抑制谷氨酸脫氫酶活性，但不抑制谷氨酸合成酶。異檸檬酸脫氫酶（NADP）與谷氨酸脫氫酶（NADPH+H+）形成共軛體系，在活細(xì)胞中異檸檬酸脫氫酶活性總比谷氨酸脫氫酶低谷氨酸為何說NADP濃度是限速因子，決定谷氨酸的產(chǎn)量？生物素和NH4+對谷氨酸發(fā)酵如何影響？生物素缺乏，NH4+提高糖代謝速度高效合成谷氨酸生物素充足時，NH4+不影響糖代謝速度細(xì)胞膜通透性控制結(jié)論：谷氨酸分泌是由細(xì)胞膜控制的。結(jié)論：細(xì)胞膜的谷氨酸通透性受細(xì)胞膜的磷脂含量控制菌種選育模型細(xì)胞膜通透性細(xì)胞膜磷脂含量磷脂不飽和脂肪酸甘油磷酸側(cè)鏈控制油酸合成控制甘油合成控制磷脂合成生物素缺陷型阻斷不飽和脂肪酸的合成磷脂含量減少，影響細(xì)胞膜的合成飽和脂肪酸表面活性劑對生物素有拮抗阻斷脂肪酸的合成影響細(xì)胞膜的合成在對數(shù)生長期添加青霉素抑制細(xì)胞壁合成細(xì)胞膜損傷甘油缺陷型磷脂的合成受阻影響細(xì)胞膜的合成油酸缺陷型阻斷不飽和脂肪酸的合成影響細(xì)胞膜的合成菌種選育模型(1)細(xì)胞生長期到抗生素產(chǎn)生期的過渡

次級代謝產(chǎn)物是在菌體生長到達(dá)相對靜止期才產(chǎn)生。在細(xì)胞生長階段,負(fù)責(zé)次級代謝產(chǎn)物合成的酶處于抑制狀態(tài)。

A.誘導(dǎo)因子在生長期末積累或從外源加入;

B.初級代謝的終產(chǎn)物耗盡解除反饋阻遏作用;

C.易被利用的糖源分解代謝物被利用后,便解除了阻遏作用;

D.高能化合物ATP形成減少后，阻遏作用也就解除;

E.在生長期，RNA聚合酶只能啟動生長期基因的轉(zhuǎn)錄作用；當(dāng)生長停

止后,酶的結(jié)構(gòu)改變,允許RNA聚合酶啟動生產(chǎn)期基因的轉(zhuǎn)錄作用,

負(fù)責(zé)抗生素合成的酶開始生成。

抗生素生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制(3)分解代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)控制碳、氮分解代謝產(chǎn)物(如葡萄糖)阻遏和抑制作用,抑制抗生素合成。在抗生素發(fā)酵過程中，若供給高濃度的無機(jī)氨態(tài)氮或其他容易被利用的氮源，會促進(jìn)菌體生長，強(qiáng)烈抑制抗生素的合成。葡萄糖效應(yīng)glucoseeffect(2)酶的誘導(dǎo)作用

在抗生素合成期,參與次級代謝的有些酶是誘導(dǎo)酶。

需要底物或底物的結(jié)構(gòu)類似物(外源和內(nèi)源誘導(dǎo)劑)。(3)分解代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)控制解除分解產(chǎn)物阻遏的方法:

A.選育對葡萄糖代謝產(chǎn)物類似物抗性突變型;

B.培養(yǎng)過程中利用緩慢的碳源和氮源,連續(xù)流加葡萄糖和無機(jī)氨態(tài)氮;C.使用含有慢慢向培養(yǎng)基內(nèi)滲透營養(yǎng)物質(zhì)的顆粒。

（4）磷酸鹽的調(diào)節(jié)1抗生素只有在磷酸鹽含量控制在生長的“亞適量”時才能合成。2磷酸鹽抑制抗生素合成的機(jī)制可能有以下方面：A.抑制或阻遏抗生素生物合成途徑中有關(guān)酶的活力和合成。B.改變代謝途徑。(HMP→EMP，減少抗生素的芳香族前體合成)C.磷酸鹽可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)ATP的形成。

(5)初級代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)A.有一條共同的合成途徑,當(dāng)初級代謝產(chǎn)物積累時,反饋抑制了某一步反應(yīng)的進(jìn)行,而最終抑制了次級代謝產(chǎn)物的合成。B.初級代謝產(chǎn)物直接參與次級代謝產(chǎn)物的生物合成,反饋抑制了它自身的合成時,必然也同時影響了次級代謝產(chǎn)物的合成。如纈氨酸是合成青霉素的前體，其生物合成受到反饋調(diào)節(jié)，必然對青霉素的合成有影響。(6)次級代謝產(chǎn)物的自身反饋調(diào)節(jié)抗生素本身的過量積累，存在著與初級代謝相似的反饋調(diào)節(jié)現(xiàn)象。如氯霉素、卡那霉素、泰樂菌素、制霉菌素、瑞斯托霉素等抗生素都對本身的合成有抑制作用。

產(chǎn)生菌抗生素的生產(chǎn)能力與自身抑制所需抗生素濃度呈正相關(guān)性。因此要選育生產(chǎn)能力強(qiáng)的抗反饋調(diào)節(jié)的突變菌株。(7)細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的通透性影響胞內(nèi)合成及代謝物分泌和發(fā)酵產(chǎn)物收獲。

例：在青霉素發(fā)酵中,生產(chǎn)菌細(xì)胞膜輸入硫化物能力的大小影響青霉素發(fā)酵單位的高低。誘變選育出來的青霉素高產(chǎn)菌株中，改變了細(xì)胞膜的通透性，使硫酸鹽更容易透過細(xì)胞膜，提高了胞內(nèi)硫酸鹽濃度，進(jìn)而促進(jìn)了青霉素前體物半胱氨酸的合成，最終提高了青霉素的產(chǎn)量。(8)次級代謝的能荷調(diào)節(jié)A.能荷調(diào)節(jié)機(jī)制對次級代謝途徑的控制是有效的。B.抗生素生產(chǎn)菌株的ATP含量在生長期中迅速增加,而在抗生素形成期ATP含量迅速下降,并保持在較低的水平上。高ATP含量不利于抗生素的積累。C.磷酸鹽可通過增加ATP的含量來影響抗生素的生產(chǎn)。（9）金屬離子和溶解氧的調(diào)節(jié)★在多數(shù)情況下，微量的金屬離子是參與次級代謝產(chǎn)物合成酶的活化因子，甚至有時在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯水平上起作用。如，Mg2+可增加卡那霉素合成中的卡那霉素乙?；?、乙?？敲顾匕坊负透ナ湘溍咕膲A性磷酸酶的活力，促進(jìn)這些酶的合成。★有些金屬離子（如Mg2+和Ca2+等）可解除產(chǎn)生菌（卡那霉素、新生霉素和鏈霉素等產(chǎn)生菌）對所產(chǎn)抗生素的特異性吸附作用，使抗生素從菌絲上游離下來，促進(jìn)產(chǎn)物分泌?！镞€有一些金屬離子（如Mg2+）可增加產(chǎn)生菌對所產(chǎn)抗生素的抗性?！锎渭壌x產(chǎn)物的發(fā)酵過程需要適量的溶解氧，溶解氧的降低影響次級代謝產(chǎn)物的生物合成。例如，由青霉素N進(jìn)行頭孢菌素合成時，氧分壓的增大促進(jìn)頭孢菌素的合成，同時降低攪拌速度合成量則減少。什么是發(fā)酵動力學(xué)？研究內(nèi)容：微生物生長過程中的質(zhì)量和能量平衡，發(fā)酵過程中菌體生長速率、基質(zhì)消耗速率和產(chǎn)物生成速率的相互關(guān)系，環(huán)境因素對三者的影響以及影響反應(yīng)速度的條件。發(fā)酵動力學(xué)：發(fā)酵過程中菌體生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成的動態(tài)平衡及其內(nèi)在的規(guī)律。發(fā)酵分類（按發(fā)酵動力學(xué)原則）Gaden分類法Ⅰ型——生長聯(lián)系型（簡單發(fā)酵型）Ⅱ型—部分生長聯(lián)系型（中間發(fā)酵型）Ⅲ型——非生長聯(lián)系型（復(fù)雜發(fā)酵型）Ⅰ型——生長聯(lián)系型（簡單發(fā)酵型）產(chǎn)物直接由碳源代謝而來，產(chǎn)物生成速率的變化與微生物對碳源利用速度的變化相平行，產(chǎn)物生成和糖的利用有直接的化學(xué)計量關(guān)系，產(chǎn)物形成與微生物生長相偶聯(lián)。酒精發(fā)酵酵母菌體培養(yǎng)菌體生長碳源消耗產(chǎn)物生成Ⅱ型——部分生長聯(lián)系型（中間發(fā)酵型）產(chǎn)物不是碳源的直接氧化產(chǎn)物，而是菌體內(nèi)生物氧化過程的主流產(chǎn)物，碳源既供微生物的生長又供產(chǎn)物生成，糖的消耗主要在微生物的旺盛生長階段和產(chǎn)物最大形成期，但糖的消耗與產(chǎn)物合成無直接計量關(guān)系，產(chǎn)物生成與微生物的生長部分偶聯(lián)。黑曲霉檸檬酸發(fā)酵土霉素生產(chǎn)菌體生長碳源消耗產(chǎn)物生成Ⅲ型——非生長聯(lián)系型（復(fù)雜發(fā)酵型）產(chǎn)物合成與碳源利用無準(zhǔn)量關(guān)系，產(chǎn)物生成量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碳源消耗量，產(chǎn)物生成在菌體和基質(zhì)消耗完以后才開始，與生長不偶聯(lián)，所形成產(chǎn)物均是次級代謝產(chǎn)物。青霉素和鏈霉素生產(chǎn)菌體生長碳源消耗產(chǎn)物生成1.生長速率細(xì)胞濃度，g/L限制性基質(zhì)濃度，g/L抑制劑濃度g/L生長速率,g/(L·h)產(chǎn)物形成動力學(xué)1生長聯(lián)系型模式（初級代謝產(chǎn)物）當(dāng)?shù)孜镆曰瘜W(xué)計量關(guān)系轉(zhuǎn)變成單一的一種產(chǎn)物P時，產(chǎn)物形成速率與生長速率成正比2非生長聯(lián)系型模式（次級代謝產(chǎn)物）產(chǎn)物的形成速率只和細(xì)胞濃度有關(guān)

3復(fù)合模式比生產(chǎn)速率，單位菌體的產(chǎn)物生成速率，g產(chǎn)物/（g細(xì)胞·h)或1/h對于生長聯(lián)系型，比生長速率與比生產(chǎn)速率成正比對于非生長聯(lián)系型，比生長速率與比生產(chǎn)速率無關(guān)比生長速率比生長速率：單位菌體的生長速率，時間的倒數(shù)一般以1/h表示。與多種因素有關(guān)，隨溫度、pH、基質(zhì)濃度等條件改變比生長速率與基質(zhì)濃度的關(guān)系Monod方程底物飽和(親和）常數(shù)最大比生長速率一級反應(yīng)當(dāng)限制性底物濃度非常小時比生長速率與限制性底物濃度成正比，微生物的生長顯示為一級反應(yīng)零級反應(yīng)當(dāng)限制性底物濃度很大時比生長速率達(dá)到最大比生長速率，菌體的生長速率與底物濃度無關(guān)，而與菌體濃度成正比，微生物顯示為零級反應(yīng)。飽和常數(shù)KS的物理意義KS為比生長速率等于最大比生長速率的一半時的底物濃度同一微生物菌體，對不同的基質(zhì)具有不同的飽和常數(shù)KS，而具有最小KS值的底物為微生物生長的天然底物。KS的大小反映了比生長速率對底物濃度的敏感性。當(dāng)KS較大時，μ值變化小，微生物對基質(zhì)的敏感性小當(dāng)KS較小時，μ值變化大，微生物對基質(zhì)的敏感性大生長得率與產(chǎn)物得率生長得率消耗每單位數(shù)量的基質(zhì)所得到的菌體量產(chǎn)物得率

消耗每單位數(shù)量的基質(zhì)所得到的產(chǎn)物量理論生長得率和表觀生長得率理論得率

只考慮細(xì)胞合成時細(xì)胞對底物的得率叫做生長的理論得率。表觀得率

既考慮合成又考慮細(xì)胞維持時細(xì)胞對底物的得率叫做生長的表觀得率。理論生長得率與表觀生長得率的區(qū)別和聯(lián)系理論得率只取決于細(xì)胞的組成與合成途徑與生長速率無關(guān)，表觀得率與生長速率及培養(yǎng)條件有關(guān)在生長速率較高時，生長速率很低時，表觀得率可在培養(yǎng)過程中隨時測定，而理論得率不能直接測定≈＞第三節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)方法培養(yǎng)基液體發(fā)酵固體發(fā)酵淺層發(fā)酵深層發(fā)酵分批發(fā)酵補(bǔ)料分批發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵深層液體發(fā)酵

liquidsubmergedfermentation深層液體發(fā)酵是把菌種接種到發(fā)酵罐中，使菌體細(xì)胞游離懸浮在液體培養(yǎng)基中，并進(jìn)行生長和將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的發(fā)酵方法。深層液體發(fā)酵一般需要通入空氣并進(jìn)行攪拌，是傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵培養(yǎng)方法。

分批發(fā)酵

batchculture在一個密閉系統(tǒng)內(nèi)投入有限數(shù)量的營養(yǎng)物質(zhì)后，接入少量的微生物菌種進(jìn)行培養(yǎng)，使微生物生長繁殖，在特定的條件下只完成一個生長周期的微生物培養(yǎng)方法。分批發(fā)酵

batchculture

在發(fā)酵開始時，將微生物菌種接入已經(jīng)滅菌的培養(yǎng)基中，在微生物最適宜的培養(yǎng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)，在整個培養(yǎng)過程中，除氧氣的供給、發(fā)酵尾氣的排出、消泡劑的添加和控制pH需加入的酸或堿外，整個培養(yǎng)系統(tǒng)與外界沒有其他物質(zhì)的交換。分批發(fā)酵特點：1.培養(yǎng)基一次滅菌，一次投料，容易實現(xiàn)無菌狀態(tài)2.易于操作控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定3.培養(yǎng)濃度較高，易于產(chǎn)品分離4.輔助時間較多，設(shè)備生產(chǎn)能力低補(bǔ)料分批發(fā)酵（流加培養(yǎng)）

fed-batchculture

先將一定量的培養(yǎng)液裝入反應(yīng)器中，在適宜的條件下接種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，細(xì)胞不斷生長，產(chǎn)物也不斷形成。隨著細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的不斷消耗，向反應(yīng)器中不斷補(bǔ)充新的營養(yǎng)成分，使細(xì)胞進(jìn)一步生長代謝，到反應(yīng)終止時取出整個反應(yīng)系。補(bǔ)料內(nèi)容和原則內(nèi)容：碳源氮源微量元素和無機(jī)鹽誘導(dǎo)物原則：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。分批補(bǔ)料發(fā)酵的特點：可解除底物抑制和分解代謝物的阻遏防止某些限制性營養(yǎng)成分在培養(yǎng)過程中被耗盡而影響細(xì)胞的生長和產(chǎn)物的形成可以避免在分批發(fā)酵中因一次投料過多造成細(xì)胞大量生長而產(chǎn)生的一切影響，改善發(fā)酵液流變學(xué)的性質(zhì)連續(xù)發(fā)酵

continuousculture

以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)基，同時以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)培養(yǎng)液的量維持恒定，使微生物細(xì)胞能在近似恒定狀態(tài)下生長的微生物發(fā)酵方式微生物細(xì)胞的生長速率、產(chǎn)物代謝均處于恒定狀態(tài)，可以達(dá)到穩(wěn)定、高速培養(yǎng)微生物細(xì)胞或產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物的目的連續(xù)發(fā)酵特點：1.維持低基質(zhì)濃度，避免有毒代謝物積累2.設(shè)備生產(chǎn)能力高、易于實現(xiàn)自動控制和勞動生產(chǎn)率高3.很難保證長期的無菌操作，菌種易發(fā)生變異4.培養(yǎng)濃度較低，不易于產(chǎn)品分離三種不同發(fā)酵工藝適用的范圍。分批發(fā)酵：發(fā)酵過程不存在明顯的底物抑制，發(fā)酵周期長補(bǔ)料分批發(fā)酵：存在底物抑制的發(fā)酵生產(chǎn)，營養(yǎng)物濃度高導(dǎo)致副作用的發(fā)酵生產(chǎn)。連續(xù)發(fā)酵：菌體比生長速率較高的發(fā)酵生產(chǎn)，不易雜菌污染的發(fā)酵生產(chǎn)。連續(xù)培養(yǎng)模型全混式（COST）進(jìn)料液＝出料反應(yīng)器中無濃度梯度流出液物料＝反應(yīng)器中物料連續(xù)培養(yǎng)模型活塞流式（PFR）物料先進(jìn)先出細(xì)胞濃度和營養(yǎng)組分濃度沿反應(yīng)器軸向變化，徑向無變化反應(yīng)器各處各組分濃度不隨時間變化單級連續(xù)培養(yǎng)洗出當(dāng)稀釋率提高到使反應(yīng)器中底物濃度S接近進(jìn)料液中的底物濃度SO時，反應(yīng)器中細(xì)胞濃度將趨于零，整個連續(xù)培養(yǎng)過程也就完全破壞了。稱為洗出現(xiàn)象。

連續(xù)過程的最大稀釋率也稱為臨界稀釋率：發(fā)生洗出時的稀釋率DC工業(yè)生產(chǎn)使用發(fā)酵罐的基本條件(1)應(yīng)具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)。(2)良好的液體混合特性。(3)較高的傳質(zhì)、傳熱速率。(4)具有配套而又可靠的檢測、控制儀表。3．按容積分類：500L以下的是實驗室發(fā)酵罐；500-5000L是中試發(fā)酵罐；5000L以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。密閉厭氧發(fā)酵罐：酒精、乳酸通氣好氧發(fā)酵罐：檸檬酸、谷氨酸

2.按照發(fā)酵罐設(shè)備特點分類：機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：

循環(huán)式：伍式發(fā)酵罐，文氏管發(fā)酵罐非循環(huán)式：通風(fēng)式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：

循環(huán)式：氣提式、液提式發(fā)酵罐非循環(huán)式：排管式和噴射式發(fā)酵罐。密閉厭氧發(fā)酵罐攪拌器攪拌器有平葉式、彎葉式、箭葉式三種其作用是打碎氣泡，使氧溶解于醪液中，從攪拌程度來說，以平葉渦輪最為激烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。機(jī)械攪拌發(fā)酵

罐的結(jié)構(gòu)1、罐體2、攪拌器和擋板3、消泡器

4、聯(lián)軸器及軸承5、變速裝置

6、空氣分布裝置7、軸封8、冷卻裝置

2、微生物工程下游工程的一般程序成品加工發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離提取精制改變發(fā)酵液性質(zhì)，固液分離以及細(xì)胞破碎提?。ǔ醪郊兓┠康氖浅ヅc目標(biāo)產(chǎn)物性質(zhì)差異大的雜質(zhì)精制（高度純化）是采用對產(chǎn)品有高度選擇性的分離技術(shù)，除去與產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)相近的雜質(zhì)最終獲得質(zhì)量合格的產(chǎn)品2.下游加工過程的一般流程（沉淀、吸附、萃取、超濾、結(jié)晶）發(fā)酵液初步純化細(xì)胞碎片分離細(xì)胞破碎細(xì)胞分離高度純化成品加工預(yù)處理胞外產(chǎn)物（加熱、調(diào)pH、絮凝）（過濾、離心分離、膜分離)（勻漿、研磨、酶解）（離心分離、雙水相萃取、膜分離）（重結(jié)晶、離子交換、色譜分離、膜分離）（濃縮、無菌過濾、干燥、成型）胞外產(chǎn)物提取精制——產(chǎn)品的收得率和質(zhì)量控制。復(fù)習(xí)題：發(fā)酵液細(xì)胞破碎固液分離預(yù)處理初步提純精制成品（加熱、調(diào)pH、凝集、絮凝）（過濾、離心分離、膜分離)（勻漿、研磨、酶解）（沉淀、吸附、萃取、離子交換、膜分離）（重結(jié)晶、色譜分離、電泳）（濃縮、無菌過濾、干燥、成型）1）發(fā)酵液預(yù)處理的意義和方法目的：分離菌體和其他懸浮顆粒，除去部分可溶性雜質(zhì)和改變?yōu)V液的性質(zhì)，以利于提取和精制后繼各工序的順利進(jìn)行。方法選擇：根據(jù)對產(chǎn)品的要求來選擇1采用絮凝或凝聚的方法，設(shè)法增大懸浮液中固體粒子的大小，提高其沉降速度；2或采用稀釋、加熱等方法降低黏度，以利于過濾2.改善發(fā)酵液過濾特性的物理化學(xué)方法

通過對發(fā)酵液進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，即可改善其流體性能降低濾餅比阻，提高過濾與分離的速率1）降低液體粘度：①

加水稀釋法②升高溫度2）調(diào)整pH：3）凝聚與絮凝：凝聚：指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。絮凝：指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團(tuán)的過程。4）加入助濾劑：助濾劑是一種不可壓縮的多孔微粒，它能使濾餅疏松，吸附膠體，擴(kuò)大過濾面積，濾速增大。常用的助濾劑有硅藻土、纖維素、石棉粉、珍珠巖、白土炭粒、淀粉等，其中最常用的是硅藻土。5）加入反應(yīng)劑：復(fù)習(xí)題：1.常用的層析技術(shù)包括：離子交換層析、親和層析、分子篩層析、分配層析。2.產(chǎn)生均一結(jié)晶的條件1純度高2.飽和介穩(wěn)態(tài)3.合適的溫度和溶劑3.電泳分離的原理1.電泳淌度2.分子篩效應(yīng)常見層析技術(shù)的總結(jié)名稱分離原理吸附層析法組份在吸附劑表面吸附固定相是固體吸附劑，各能力不同分配層析法各組份在流動相和靜止液相（固相）中的分配系數(shù)不同離子交換層析法固定相是離子交換劑，各組份與離子交換劑親和力不同凝膠層析法固定相是多孔凝膠，各組份的分子大小不同，因而在凝膠上受阻滯的程度不同親和層析法固定相只能與一種待分離組份專一結(jié)合，以此和無親和力的其它組份分離影響發(fā)酵過程的主要因素溫度pH溶解氧菌體濃度和基質(zhì)濃度二氧化碳和呼吸商泡沫溫度控制措施：發(fā)酵溫度的確定應(yīng)根據(jù)發(fā)酵的不同階段，確定其最適溫度。在發(fā)酵的前期應(yīng)選擇菌體的生長溫度；在產(chǎn)物分泌階段應(yīng)選擇有利于代謝產(chǎn)物積累的溫度。

溫度的選