發(fā)酵工程知識點

第一章發(fā)酵工程概述一、 發(fā)酵工程：是利用微生物特定的形狀和功能，通過現(xiàn)代化［程技術生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應用與工業(yè)化生產(chǎn)的技術體系，是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代的DNA重組、細胞融合、分子修飾和改造等新技術結合并開展起來的發(fā)酵技術。二、 發(fā)酵工程簡史：1590荷蘭人詹生制作了顯微鏡1665英國人胡抑制作的顯微鏡觀察到了霉菌近代發(fā)酵工程建立初期1864巴斯德滅菌法1856psateur酵母導致酒精發(fā)酵19世紀末Koch純種別離和培養(yǎng)技術三、發(fā)酵工程技術的特點（1） 主體微生物的特點微生物種類繁多，繁殖速度快、代井能力強，容易通過人［誘變獲得有益的突變株；微生物■的種類很多，能催化各種生化反響微生物能夠利用有機物、無機物等各種營養(yǎng)源可以用簡易的設備來生產(chǎn)多種多樣的產(chǎn)品不受氣候、季節(jié)等自然條件的限制等優(yōu)點（2） 發(fā)酵工程技術的特點發(fā)酵工程以生命體的自動調(diào)節(jié)方式進展，數(shù)十個反響能夠在發(fā)酵設備中一次完成反響通常在常溫下進展，條件溫和，耗能少，設備簡單原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物為主容易生產(chǎn)復雜的高分子化合物發(fā)酵過程中需要防止雜菌污染（3）發(fā)酵工程反響過程的特點. .word..在溫和條件下進展的原料來源廣泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物為主反映以生命體的自動調(diào)節(jié)形式進展〔同〔2〕①〕發(fā)酵分子通常為小分子產(chǎn)品，但也很容易生產(chǎn)出復雜的高分子化合物四、發(fā)酵工程的一般特征與化學工程相比，發(fā)酵工程中微生物反響具有以下特點：作為生物化學反響，通常在常溫常壓下進展，沒有爆炸之類的危險，不必考慮防爆問題，還有可能使一種設備具有多種用途原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物為主，參加少量的各種有機或無機氮源，只要不含毒，一般無精制的必要，微生物本身就有選擇的攝取所需物質(zhì)反響以生命體的自動調(diào)節(jié)方式進展因此數(shù)十個反響過程能夠像單一反響一樣，在稱為發(fā)酵罐的設備內(nèi)很容易進展能夠容易的生產(chǎn)復雜的高分子化合物，是發(fā)酵工業(yè)最有特色的領域由于生命體特有的反響機制，能高度選擇性的進展復雜化合物在特定部位的氧化復原官能團導入等反響生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物的生物物質(zhì)菌體本身也是發(fā)酵產(chǎn)物，富含維生素、蛋白質(zhì)、酶等有用物質(zhì)，因此除特殊情況外，發(fā)酵液等一般對生物體無害。發(fā)酵生產(chǎn)在操作上最需要注意的是防止雜菌污染。進展設備的沖洗、滅菌，空氣過濾等，便全過程在無菌條件下運轉(zhuǎn)通過微生物的菌種改進，能夠利用原有生產(chǎn)設備使生產(chǎn)飛躍上升五、發(fā)酵耀的類型按微生物生長：厭氧和好氧發(fā)酵設備按發(fā)酵罐設備特點：1〕機械攪拌通風發(fā)酵罐循環(huán)式：伍式、文氏管式發(fā)酵罐非循環(huán)式：通風式、自吸式發(fā)酵罐2〕非機械攪拌通風發(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、噴射式發(fā)酵罐按溶積分類50L以下的是實驗室發(fā)酵罐50~5000L是中試發(fā)酵罐5000以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐按微生物生長環(huán)境懸浮生長系統(tǒng)支持生長系統(tǒng)按操作方式分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵.常見發(fā)酵設備的類型機械攪拌發(fā)酵罐利用機械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液混合并落解在發(fā)酵液中，根本要求：1〕適宜的徑高比，罐身較長，氧利用率較高2〕能耐受一定的壓力3〕攪拌通風裝置4〕足夠的冷卻面積5〕罐內(nèi)要減少死角6〕攪拌器的軸封要嚴密，以減少泄露自吸式發(fā)酵罐最關鍵的部件是帶有中央吸氣口的攪拌器浸在發(fā)酵液中的轉(zhuǎn)子迅速旋轉(zhuǎn)，液體和空氣在離心力作用下被甩向葉輪外緣，中心形成負壓轉(zhuǎn)子的空膛與大氣相通發(fā)酵罐外的空氣通過過濾器不斷被吸入轉(zhuǎn)子的攪拌使氣體分散空氣帶升環(huán)流式發(fā)酵罐在罐外裝設上升管，上升管兩端與罐底及罐上部相連接，構成一個循環(huán)系統(tǒng).在上升管的下部裝設空氣噴嘴，以250~300m/s的高速噴入上升管。借助噴嘴的作用將空氣分散。分為內(nèi)環(huán)流式和外環(huán)流式兩種。高位塔式發(fā)酵罐罐內(nèi)裝有假設干塊篩版。壓縮空氣由罐底導入，經(jīng)過篩版逐漸上升，并帶動發(fā)酵液同時上升。上升后的發(fā)酵液又通過篩板上帶有液封作用的降液管下降而循環(huán)。特點：培養(yǎng)基及操作合理，根本上可到達通用式發(fā)酵罐的水平。六、發(fā)酵工程中常見的發(fā)酵類型（1） 液體發(fā)酵與固體發(fā)酵（2） 厭氧發(fā)酵與好氧發(fā)酵（3）分批發(fā)酵與連續(xù)發(fā)酵單一純種發(fā)酵與混合發(fā)酵固定化發(fā)酵技術試管液體培養(yǎng)僅適用于培養(yǎng)兼性好氧菌實驗室常見的液體發(fā)酵方式淺層液體培養(yǎng) 僅適用于兼性好氧搖瓶培(旋轉(zhuǎn)式和往復式)被應用于微生物的生理生化試驗臺式發(fā)酵罐淺盤培養(yǎng)工業(yè)生產(chǎn)中常用的液體發(fā)酵方式發(fā)酵罐深層培養(yǎng)生產(chǎn)中常見的固定培養(yǎng)實驗室常見的固定化培養(yǎng)實驗室主要有試管斜面、培養(yǎng)皿平板、較大型的克氏扁平和茄子瓶斜面等固體培養(yǎng)方法，用于菌種的別離、純化、保藏和生產(chǎn)種子的制備。用接種針挑取原始培養(yǎng)物后，在固體培養(yǎng)基外表劃線接種〔未〕分批發(fā)酵：分批發(fā)酵又稱分批培養(yǎng)。所謂分批發(fā)酵是指將所有的物料一次參加發(fā)酵罐，然后滅菌、接種培養(yǎng)，最后將整個罐的內(nèi)容物放出，進展產(chǎn)物回收。清罐完畢后，重新開場新的裝料發(fā)酵的發(fā)酵方式?！参础尺B續(xù)發(fā)酵：是指以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)液，同事以一樣的速度流出培養(yǎng)液，從而使培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)培養(yǎng)液的量維持恒定，使微生物細胞能在近似恒定狀態(tài)下生長的微生物發(fā)酵培養(yǎng)方式。分類：具有菌體再循環(huán)或不循環(huán)的單罐連續(xù)發(fā)酵，具有菌體再循環(huán)或不循環(huán)的多罐連續(xù)發(fā)酵第二章生物菌種選育一、菌種的來源二、工業(yè)發(fā)酵中常見微生物的種類枯草芽孢桿菌大腸桿菌乳酸桿菌丙酮丁醇梭菌①細菌假單胞菌〔可以利用烴類產(chǎn)生單細胞〕①細菌假單胞菌〔可以利用烴類產(chǎn)生單細胞〕醋酸桿菌棒狀桿菌黃單胞菌〔產(chǎn)生黃原膠〕釀酒酵母〔啤酒酵母〕異常漢遜式酵母②酵母菌假絲酵母畢赤式酵母釀酒酵母〔啤酒酵母〕異常漢遜式酵母②酵母菌假絲酵母畢赤式酵母r根霉屬③霉菌曲霉屬④放線菌⑤擔子菌⑥藻類青霉屬毛霉屬三、工業(yè)微生物的來源〔菌種來源〕需要補充①向菌種保藏機構索取有關菌株，從中篩選所需菌株②自然環(huán)境中別離③從發(fā)酵制品中別離目的菌株四、微生物菌種的選擇性別離菌株的別離和篩選一般可以分為〔采樣〕、〔富集〕、〔別離〕、〔目的菌的篩選〕等幾個步驟。(1)微生物樣品的采集控制培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分:(2)(1)微生物樣品的采集控制培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分:(2)微生物樣品的富集培養(yǎng)控制培養(yǎng)條件：PH溫度及通氣量(3)(4(3)(4)目的菌種的篩選：涂布法、影印平板法(5)自然界別離微生物的一般操作步驟?抑制不需要的菌類目的菌種的別離：透明圈法、變色圈法、生長圈法、抑菌圈法、(6)(6)樣品的采取一預處理一培養(yǎng)一菌落的選擇一初篩一復篩一性能的鑒定―菌種保藏五、發(fā)酵高產(chǎn)菌株的選育方法自然選育、誘變育種、雜交育種、原生質(zhì)體融合、基因工程育種六、 常用的菌種保藏方法、原理以及各自的適用對象原理：采用低溫枯燥缺氧、缺乏營養(yǎng)，添加保護劑或酸度中和劑等方法，使微生物處于代謝不活潑，生長受抑制的環(huán)境中。蒸餾水懸浮法：好氧性細菌和酵母菌斜面?zhèn)鞔２兀悍啪€菌、酵母菌霉菌礦物油浸沒保藏：絲狀真菌、酵母菌、細菌、放線菌、擔子菌〔各類菌〕枯燥載體保藏〔沙土管保藏〕：產(chǎn)孢子微生物冷凍枯燥法〔超低溫冷凍保藏、普通冷凍保藏、液氮冷凍保藏〕各大類大、菌種復壯定義：狹義菌種已發(fā)生衰退的情況下，通過純種別離和測定生產(chǎn)性能等方法，從衰退的群體中找出少數(shù)尚未衰退的個體，從而到達恢復該菌原有典型性狀的目的。廣義：在菌種的生產(chǎn)性能尚未衰退前，就經(jīng)常有意識的進展菌種別離和生產(chǎn)性能的測定工作，從而逐步提高菌種的生產(chǎn)特性。七、 純種別離的方法〔稀釋別離法〕〔平板劃線法〕〔組織別離法〕八、 種子的擴大培養(yǎng)：是指將保存在砂土管，冷凍枯燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，在經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級放大培養(yǎng)而荻得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物成為種子。i1細菌孢子的制備霉菌孢子的制備放線菌孢子的制備液體種子制備生產(chǎn)車間種子制備九、影響種子質(zhì)量的因素：〔接種量〕〔種齡〕〔孢子的質(zhì)量〕〔培養(yǎng)基〕〔培養(yǎng)條件〕影響孢子質(zhì)量的因素：〔培養(yǎng)基〕〔培養(yǎng)條件〕〔培養(yǎng)時間〕〔冷藏時間〕十、種子罐級數(shù)確實定：種子罐是指：制備種子需要逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)，主要取決于兩個方面菌種生長特性，孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度所采用發(fā)酵罐的容積十一、接種量：是指移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例第三章發(fā)酵機制及發(fā)酵動力學〔需看課本代謝調(diào)節(jié)〕十二、分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵的關系十三、初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物的關系1、概念不同在微生物的新陳代謝中，一般將微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動的物質(zhì)和能量的過程，稱為初級代謝而次級代謝是相對于初級代謝而提出的一個概念。一般認為，次級代謝是指微生物在一定的生長時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質(zhì)的過程2產(chǎn)物不同初級代謝的產(chǎn)物，如單糖或單糖衍生物、核苷酸、維生素、氨基酸、脂肪酸等單體以及由它們組成的各種大分子聚合物，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)等生命必需物質(zhì)。通過次級代謝合成的產(chǎn)物稱為次級代謝產(chǎn)物，大多是分子構造比擬復雜的化合物，可將其分為抗生素、激素、生物堿、毒素等類型次級代謝產(chǎn)物可積累在細胞內(nèi)，但通常都分泌到細胞外，有些與機體的分化有一定的關系，并在同其它生物的生存競爭中起著重要的作用。3存在乂圍不同初級代謝的代謝系統(tǒng)，它是一類普遍存在于各類微生物中的一種根本代謝類型。次級代謝只存在于某些微生物中，并且代謝途徑和代謝產(chǎn)物因生物不同而不同，就是同種生物也會由于培養(yǎng)條件不同而產(chǎn)生不同的次級代謝產(chǎn)物。4對微生物的作用不同通過初級代謝，能使營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為構造物質(zhì)、具生理活性物質(zhì)或為生長提供能量，因此初級代謝產(chǎn)物，通常都是機體生存必不可少的物質(zhì)，只要在這些物質(zhì)的合成過程的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，輕那么引起生長停頓，重那么導致機體發(fā)生突變或死亡，是一種根本代謝類型。次級代謝產(chǎn)物-般對菌體自身的生命活動無明確功能，不參與細胞構造組成,也不是酶活性必需的，不是機體生長與繁殖所必需的物質(zhì)，即使在次級代謝的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，也不會導致機體生長的停頓或死亡，至多只是影響機體臺成某種次級代謝產(chǎn)物的能力。但許屢次級代謝產(chǎn)物通常對人類和國民經(jīng)濟的開展有重大影響5同微生物生長過程的關系初級代謝自始至終存在于生活的菌體中，同菌體的生長過程呈平行關系，只有微生物大量生長，才能積累大量初級代謝產(chǎn)物。次級代謝那么是在菌體生長到一定時期內(nèi)〔通常是微生物的對數(shù)生長期末期或穩(wěn)定期〕產(chǎn)生的，它與機體的生長不呈平行關系，一般可明顯地表現(xiàn)為菌體的生長期和次級代謝產(chǎn)物形成期二個不同的時期。6對環(huán)境條件的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同初級代謝產(chǎn)物對環(huán)境條件的變化敏感性小〔即遺傳穩(wěn)定性大〕，而次級代謝產(chǎn)物對環(huán)境條件變化很敏感，其產(chǎn)物的合成往往因環(huán)境條件變化而停頓。7相關酶的專一性不同相對來說催化初級代謝產(chǎn)物合成的酶專一性強，催化次級代謝產(chǎn)物合成的某些酶專一性不強，因此在某種次級代謝產(chǎn)物合成的培養(yǎng)基中參加不同的前體物時，往往可以導致機體合成不同類型的次級代謝產(chǎn)物另外，催化次級代謝產(chǎn)物合成的酶往往是一些誘導酶，它們是在菌體對數(shù)生長末期或穩(wěn)定生長期里，由于某種中間代謝產(chǎn)物積累而誘導機體合成的一種能催化次級代謝產(chǎn)物臺成的酶，這些酶通常因環(huán)境條件變化而不能合成。十四、如何選育抗反響調(diào)節(jié)的突變菌種微生物生長時常需要一些代謝物如氨基酸、維生素嘌呤和嘧啶化合物等用于細胞的生物合成。如果將這些代謝物的構造類似物〔擠代謝物〕添加與培養(yǎng)基內(nèi)，由于它們可以和正常的代謝物競爭同一酶系，因此使微生物不能夠再將正常的代謝物用于細胞的生物臺成，結果便菌體不能正常生長。如果將菌體誘變，荻得在擠代謝物同時也能夠正常生長的突變株，那么證明給突變株的有關酶系對某擠代謝物已不敏感了。在一般情況下，該突變株的有關酶系對相應的代謝物也不敏感了，這樣也就解除了某些代謝物對有關酶系的反響抑制和阻遏。十五、分解代謝物阻遏〔葡萄糖效應〕原因：大腸桿菌優(yōu)先利用葡萄糖，并在葡萄糖耗盡后開場利用乳糖。葡萄糖分解的中間產(chǎn)物阻遏了分解葡萄糖酶系的合成。第四章 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理一、 培養(yǎng)基要滿足：滿足菌的生長，促進菌的生成二、 發(fā)酵培養(yǎng)基一般含有五大方面的要素：碳源、氮源、無機鹽及微量元素、水，以及生長因子、前體、產(chǎn)物促進劑和抑制劑等。發(fā)酵培養(yǎng)基一般有三種分類方法，按原料的化學純度不同分為：天然合成培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基；按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)不同分為：固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基和半固體培養(yǎng)基；按培養(yǎng)基的用途不同分為：孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基三、 常用的成源：葡萄糖、糖蜜、酯類、烴類、〔淀粉、糊精需要先糖化〕常用的氮源：氨水、蛋白胨、尿素四、 工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基按照用途分實驗室常用培養(yǎng)基、發(fā)酵生產(chǎn)中常用培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基實驗室常用的培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基發(fā)酵生產(chǎn)中常用的培養(yǎng)基｛種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基第五章一、 常用的滅菌方法：化學義菌、射線義菌、干熱義菌、濕熱義菌二、 求滅菌時間三、 空氣除菌的工藝流程〔兩次冷卻兩次別離適當加熱〕預處理的目的：提高壓縮空氣的干凈度，降低空氣過濾器的負荷；除去壓縮后空氣中所帶的油水，以適宜的空氣濕度和溫度進入空氣過濾器六章一、影響發(fā)酵的原因及控制. .word..營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度：碳源的種類和濃度；氮源的種類和濃度；磷酸鹽的濃度；菌體濃度；溫度：生物熱；攪拌熱；蒸發(fā)熱；輻射熱；發(fā)酵熱pH：使微生物細胞的原生質(zhì)膜的電荷發(fā)生改變；直接影響酶活性；直接影