發(fā)酵工程知識點(diǎn)

發(fā)酵工程:是據(jù)生物學(xué),化學(xué)和工程學(xué)的原理進(jìn)行工業(yè)規(guī)劃的經(jīng)營和開發(fā)微生物動植物細(xì)胞及其亞細(xì)胞組分進(jìn)而利用生體所具有的功能元件來提供商品而服務(wù)于社會的一門綜合性科學(xué)技術(shù)發(fā)酵指生在無氧條件下，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)格的說，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)。自然選:再產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工處理，利用菌種的自然突變而進(jìn)行菌種篩選的程。誘變育:一采用物理，化學(xué)誘變因素使微生物的基排列發(fā)生變化，以使排列錯誤模形成異常的遺傳信息，造成某些蛋白結(jié)構(gòu)變異，而是細(xì)胞功能生改變。代謝控制發(fā):用工誘變的方法識的改變微生物的代謝途徑限的積累物，這種發(fā)酵形象的稱為代謝控制發(fā)酵?；貜?fù)突變:高產(chǎn)菌株在傳代過程中，由于自然突變導(dǎo)致高產(chǎn)性狀的丟失，生性能下降的情況稱之為、葡萄糖效應(yīng)葡萄糖被快速分解代謝所積累的分解代謝產(chǎn)物在抑制抗生素合的同時也抑制其他某些碳，氮源的分解利用。結(jié)構(gòu)類似物在化學(xué)和空間結(jié)構(gòu)上和代謝的中間產(chǎn)物相似，因而在代謝調(diào)節(jié)面可以替代代謝中間產(chǎn)物的功能，但細(xì)胞不能以其作為自身的營養(yǎng)物質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系為基礎(chǔ)，通過周密的分子設(shè)計，蛋白質(zhì)改造為合乎人類需要的新型蛋白質(zhì)。代謝工:利重組技對細(xì)胞物質(zhì)代謝，能量代謝及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行修飾與改造，進(jìn)而優(yōu)化細(xì)胞生理代謝，提高或修飾目標(biāo)代謝產(chǎn)物以及合成全新的目標(biāo)產(chǎn)物的新學(xué)科。滲漏缺陷型遺性障礙不完全的營養(yǎng)缺陷型變某一種酶的活性下降不是完全喪失，所以這種營養(yǎng)缺陷型能夠少量的合成某一代謝產(chǎn)物，能在基本培養(yǎng)基上少量的生長。滅菌采強(qiáng)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。熱阻是微生物在某一特定條件下的致死時間。相對熱阻指某一微生物在某件下的致死時間與另一微生物在相同條件下的致死時間的比值。連續(xù)滅:將養(yǎng)基在發(fā)酵罐處連續(xù)不斷的進(jìn)行加熱，維持和冷卻，然后才進(jìn)入發(fā)酵。間歇滅菌:將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達(dá)到預(yù)定美軍溫度后，維持定時間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，叫做。同型乳酸發(fā)酵:進(jìn)行乳酸發(fā)酵的主要細(xì)菌，利用糖經(jīng)糖酵解途徑生成丙酮酸丙酮酸還原產(chǎn)生乳酸，發(fā)酵產(chǎn)物中只有乳酸的稱之為。雙歧途:雙桿菌進(jìn)行的乳酸發(fā)酵有兩個磷酸酮解酶參與沒氧化作用和脫氫用下，2分G分為3分乙酸和分3-磷甘醛，轉(zhuǎn)化為乳酸。次級代謝產(chǎn):由生物產(chǎn)生的微生物生長繁殖所必需的物質(zhì)如蛋白質(zhì)基酸。次級代謝產(chǎn):由生物生產(chǎn)與微生物的生長繁無關(guān)的一類物質(zhì)抗素素，毒素。發(fā)酵動力學(xué):研微生物生長產(chǎn)合成底物消耗之間動態(tài)定量關(guān)系,定量描述微生物生長和產(chǎn)物形成的過程菌體比生長速率菌濃度除菌體的生長速率或菌體濃度除菌體的繁殖.不但受到細(xì)胞自身遺傳信息的影響還到環(huán)境因素的影.基質(zhì)比消耗速率指克菌體在一小時內(nèi)消耗營養(yǎng)物質(zhì).表細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的利用速率或效率.

產(chǎn)物比生產(chǎn)速率指克菌體在一小時內(nèi)合成產(chǎn)物它示細(xì)胞合成產(chǎn)物的速度和能.反饋抑:代產(chǎn)物對菌體的生長或產(chǎn)物的形成產(chǎn)生抑制作影目標(biāo)產(chǎn)物的進(jìn)一步提.靜息細(xì):指胞在培養(yǎng)基內(nèi)雖基本停止生但卻能維持其生存與產(chǎn)活細(xì).單一限制性基質(zhì)指培養(yǎng)基微生物的營養(yǎng)物,對生物的生長起到限制作用的營養(yǎng).耗氧速:指位體積的培養(yǎng)液在單位時間的耗氧.呼吸速:單質(zhì)量的細(xì)胞干重在單位時間的耗氧.臨界溶氧濃:培液中維持微生物呼吸的最低氧濃.菌體濃:指位體積培養(yǎng)液中菌體的含.呼吸商CO2的釋放率與細(xì)菌耗氧速率稱為呼吸.★發(fā)酵工程內(nèi)容：菌種的選育培養(yǎng)基的配制,菌,大培養(yǎng)和接種發(fā)酵過程產(chǎn)的分離提等方面★生物反應(yīng)過程特點(diǎn)酵料的選擇和預(yù)處理②菌種的選育和擴(kuò)大培養(yǎng)③微生物發(fā)酵和控制④產(chǎn)品的分離和純化★微生物發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品的類型產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)②微生物酶發(fā)酵③微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵④微生物的生物轉(zhuǎn)化⑤微生物特殊技能的利.★微生物工業(yè)對菌種的要求價原料迅產(chǎn)產(chǎn)量高②易于控制培養(yǎng)條件，酶活力高發(fā)周期短③抗雜菌噬菌體的能力強(qiáng)④菌種純易變異和退化不生有害于活性的物質(zhì)和毒素，保證安全生產(chǎn)。⑤對放大設(shè)備的適應(yīng)性強(qiáng)?！锞N衰退的原因種保藏妥②菌種生長要求不達(dá)標(biāo)或失去某些需要的條件③誘變新菌種發(fā)生回復(fù)突變，喪失新的特征④連續(xù)傳代衰退菌種的特點(diǎn)體群體特征發(fā)生變化②生產(chǎn)能力降低③代謝能力降低④發(fā)酵周期延長⑤抗不良環(huán)境能力降低預(yù)防措施菌種的分離②菌種復(fù)壯③提供良好的環(huán)境條件④使用優(yōu)良的保存方法⑤定期純化菌種★工業(yè)生產(chǎn)菌種的基本方法：自然選育變種抗性菌種選育代控制育種及基因重組定向育種等?！餃缇姆椒ǜ蔁釡缇á诨鹧鏈缇á蹪駸釡缇á茈姶挪ň€菌法⑤化學(xué)藥劑滅菌法⑥過濾除菌法★影響培養(yǎng)基滅菌效果的因素：①培養(yǎng)基成分影響③培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì)④泡沫★空氣滅菌的方法：①熱滅菌法②靜電除菌③輻射滅菌法④介質(zhì)過濾除菌★連續(xù)滅菌和分批滅菌比較1)連滅：①高溫快速，養(yǎng)分損失少，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)率②發(fā)酵罐利用率高③節(jié)能④適宜自動控制2)批滅菌：適宜固體培養(yǎng)基或泡沫較多的培養(yǎng)基★氨基酸發(fā)酵的代謝控制制發(fā)酵的環(huán)境條件②控制細(xì)胞滲透壓③控制旁路代謝④降低反饋?zhàn)饔梦锏臐舛娶菹K產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用⑥促進(jìn)ATP積于基酸的生物合成★分批發(fā)酵法的特點(diǎn)1)概：每一個分批發(fā)酵過程都經(jīng)歷接種，生長繁殖，菌體衰老進(jìn)而結(jié)束發(fā)酵，最終提出產(chǎn)物特：微生物所處的環(huán)境是不斷變化的，發(fā)生雜菌污染能夠很容易結(jié)束操作當(dāng)轉(zhuǎn)條件發(fā)生化或需要生產(chǎn)新產(chǎn)品時改變對策對原料組成要求比較粗放?！镞B續(xù)發(fā)酵法特點(diǎn)1)概念：連續(xù)發(fā)酵過是當(dāng)微生物培養(yǎng)到對數(shù)期時，一方面以一定速度連續(xù)不斷的給發(fā)酵罐中添加新鮮的液體培養(yǎng)液方面又以同樣的速度連續(xù)不斷的將發(fā)酵液排出的方法特微物生長和代謝活動始終保持旺盛的穩(wěn)定狀態(tài)溫度，營養(yǎng)成分的濃度溶解氧等都保一致并系統(tǒng)外部給與調(diào)整使體維持在恒定生長速

度下進(jìn)行連續(xù)生長和發(fā)酵，這樣就大大提高了發(fā)酵的生長效率和設(shè)備利用率。★發(fā)酵生產(chǎn)工藝控制最優(yōu)化確控制目的②明確影響因素③確定實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值的方法④確定最佳工藝⑤實(shí)施最佳工藝★代謝參數(shù)：物理參數(shù)，化學(xué)參數(shù)，生物參數(shù)★溫度對發(fā)酵的影響影各酶反應(yīng)的速率②改變菌體代謝產(chǎn)物的合成方向響微生物的代謝調(diào)控機(jī)制③影響發(fā)酵液的理化性質(zhì)影發(fā)酵的動力學(xué)特性和產(chǎn)物的生物合成。★不同染菌時間對發(fā)酵的影響子培養(yǎng)期：菌體濃度低，培養(yǎng)基豐富，易感染菌，滅菌后除去，并對種子罐，管道進(jìn)行檢查和徹底滅菌酵前染菌：雜菌與生產(chǎn)菌爭奪營養(yǎng)成分，干擾生產(chǎn)菌的繁殖和產(chǎn)物的形成。易染菌，應(yīng)特別防止，可重新滅菌，補(bǔ)充營養(yǎng)，重新接種發(fā)酵3)發(fā)中期染菌：嚴(yán)重干擾產(chǎn)菌的繁殖和產(chǎn)物的生產(chǎn)，挽救處理困難，危險性大4)酵后期染菌：如雜菌量不大，可繼續(xù)發(fā)酵。如染菌嚴(yán)重，可采取措施提前放.★設(shè)備滲漏死角造的染菌及其防設(shè)滲漏主要是指發(fā)酵罐補(bǔ)糖罐冷盤管、管道閥門等于化學(xué)腐蝕發(fā)代謝所產(chǎn)生的有機(jī)酸等發(fā)腐蝕作電化學(xué)腐蝕氧溶解于水，使金屬不斷失去電子，加快腐蝕作、(如屬與原料中的泥沙之間磨、工制作不良等原因形成微小漏孔后發(fā)生滲漏染菌。★噬菌體污染及其防治:利細(xì)菌或放線菌進(jìn)行的發(fā)酵生產(chǎn)容易受噬菌體的污染，由噬菌體的感染力非常強(qiáng)，傳播蔓延迅速，且較難防治，對發(fā)酵生產(chǎn)有很大威脅。★防治噬菌體染菌的方法具體歸納以下幾點(diǎn)：①嚴(yán)禁活菌體排放，切斷噬菌體的“根源”;②做好環(huán)境衛(wèi)生，消滅噬菌體與雜菌;嚴(yán)防噬菌體與雜菌進(jìn)入種子罐或發(fā)酵罐內(nèi)；④抑制罐內(nèi)噬菌體的生.★泡沫的控制，可以采用三種途徑:①整培養(yǎng)基中的成分如加或緩加易起泡的原材料或改變某些物理化學(xué)參數(shù)如pH值溫度通氣和攪或改變發(fā)酵工藝如用分次投料來控制以減少泡沫形成的機(jī)會這些方法的效果有一定的限度采用機(jī)械消泡或消泡劑消泡這兩種方法來消除已形成的泡沫過化學(xué)方法降低泡沫液膜的表面張力使泡沫破滅利物理方法，使泡沫液的局部受力，打破液膜原來受力平衡而破裂。③采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素★培養(yǎng)基滅菌時間計算1)批滅:例某酵罐內(nèi)培養(yǎng)基在℃進(jìn)分批滅菌。設(shè)培養(yǎng)基中含耐熱芽孢為2×，理論滅菌時.t(2.303/k)log(N0/Nt)N0×2××個=0.001滅菌失敗幾率)k=1.8min-1，℃時滅菌速度常數(shù).(2.303/1.8)log(8×1012/0.001)=20.342)續(xù)滅菌：按下式計但養(yǎng)基中的含菌應(yīng)改為1ml培基的含菌數(shù)。例如；某發(fā)酵罐，內(nèi)裝培養(yǎng)基，121℃下進(jìn)行連續(xù)滅/設(shè)培養(yǎng)基中含耐芽孢為2×105/mL求理論滅菌時.t(2.303/k)log(Co/Cs)；C02105個，滅菌前含菌數(shù)；Cs=0.001/40×106=2.5×個，滅菌后的含菌數(shù)；k=15min-1，℃滅菌速度常數(shù)；t=(2.303/15)log(2×105/2.5×10-11)=min★莫諾德方程微物分批培養(yǎng)的生長動學(xué)方程分批配養(yǎng)過程中,雖培養(yǎng)基中的培養(yǎng)物質(zhì)隨時間的變化而變化但通常在特定條件下其比生長速率往往是恒定的提了在特定溫度pH值營物類型營物濃度等條件微物的比生長速率與限制性營養(yǎng)物質(zhì)的濃度之間存在如下的關(guān)系μ=μmc(S)/(KS+①μm:微生物的最大比生長速率在業(yè)生產(chǎn)中有很大意義細(xì)的μ大真.溫升,μm增.②限性營養(yǎng)物質(zhì)的濃③

KS:和常.義當(dāng)生長速率為大比生長速率的一半時底物濃越,表示微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收親和力越,反就越.溶解氧方程★★補(bǔ)料分批發(fā)酵法的特點(diǎn)分批發(fā)叫比較)①以解除培養(yǎng)過程中的底物抑制,產(chǎn)的反饋抑制和葡萄糖的分解阻遏效.②好氧過可避免分批配養(yǎng)過程中應(yīng)一次性投糖過多造成的細(xì)胞大量生長耗過多以致通風(fēng)攪拌設(shè)備不能匹配的狀.在某種程度上可減少微生物細(xì)胞的生成量提目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化.微生物細(xì)胞可以被投擲在一系列連續(xù)的過渡態(tài)階段可來控制細(xì)胞的質(zhì)量.并可重復(fù)個時期細(xì)胞培養(yǎng)的過渡態(tài),可用于理論研究.2)(與續(xù)培養(yǎng)方式比較)①需要嚴(yán)格的無菌條件②不會產(chǎn)生微生物菌種的老化和變異.③終產(chǎn)物濃度較高有于產(chǎn)物的分離④適用范圍.★檸檬酸積累原:①由于錳的缺乏，抑制了蛋白質(zhì)的合，而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的NH4+的濃度升高，促進(jìn)了途的暢通②由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供草酰乙酸③在控制Fe2+含量的情況下順烏頭酸酶活性低而使檸檬酸積累丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A和丙酮酸固反應(yīng)相平衡及檬酸合成酶不被抑制強(qiáng)了合成檸檬酸的能力⑤檸檬酸積累增加降低，在低PH條件下，順烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶失活而進(jìn)一步促進(jìn)了檸檬酸自身的積累?！镫s菌污染的途徑和防治㈠子帶菌及其防治:1)種子帶菌的原因.2)生上的一些措施①嚴(yán)格控制無菌室的污染根生工藝的要求和特點(diǎn)立相應(yīng)的無菌室交使用各種滅菌手段對無菌室進(jìn)行處理備種子時對沙土管瓶搖瓶均嚴(yán)格進(jìn)行管理，防止雜菌的進(jìn)入而受到污染對每一級種子的培養(yǎng)物均應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的無菌檢查保任何一級種子均未受雜菌感染后才能使用對菌種培養(yǎng)基或器具進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理證利用滅菌鍋進(jìn)行滅菌前先全除鍋內(nèi)的空氣以造成假壓使菌的溫度達(dá)不到預(yù)定值，造成滅菌不徹底而使種子染菌㈡氣帶菌及其防治：要杜絕無菌空氣帶菌，就必須從空氣的凈化工藝和設(shè)備的設(shè)計濾質(zhì)的選用和裝填濾介質(zhì)的滅菌和管理等方面完善空氣凈化系統(tǒng)㈢作失誤導(dǎo)致菌及其防治：粉質(zhì)原料容易結(jié)塊“夾生”拌混合或加入一定量的α淀酶或罐外預(yù)配料混.2)菌時