發(fā)酵工程知識(shí)點(diǎn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 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(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應(yīng)用與工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系，是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代的DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等新技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來(lái)的發(fā)酵技術(shù)。二、發(fā)酵工程簡(jiǎn)史： 1590 荷蘭人詹生制作了顯微鏡 1665 英國(guó)人胡克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 1856 psateur 酵母導(dǎo)致酒精發(fā)酵 19世紀(jì)末 Koch 純種分離和培養(yǎng)技術(shù)三、發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn)（1） 主體微生物的特點(diǎn) 微生物種類繁多，繁殖速度快、代謝能力強(qiáng)，容易通過(guò)人工誘變獲得有益的突變株；微

2、生物酶的種類很多，能催化各種生化反應(yīng)微生物能夠利用有機(jī)物、無(wú)機(jī)物等各種營(yíng)養(yǎng)源可以用簡(jiǎn)易的設(shè)備來(lái)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(diǎn)（2） 發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn)發(fā)酵工程以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行，數(shù)十個(gè)反應(yīng)能夠在發(fā)酵設(shè)備中一次完成反應(yīng)通常在常溫下進(jìn)行，條件溫和，耗能少，設(shè)備簡(jiǎn)單原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物為主容易生產(chǎn)復(fù)雜的高分子化合物發(fā)酵過(guò)程中需要防止雜菌污染(3) 發(fā)酵工程反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn)在溫和條件下進(jìn)行的原料來(lái)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(dòng)調(diào)節(jié)形式進(jìn)行（同（2）發(fā)酵分子通常為小分子產(chǎn)品，但也很容易生產(chǎn)出復(fù)雜的高分子化合物四、發(fā)酵工程的一般特征與化學(xué)

3、工程相比，發(fā)酵工程中微生物反應(yīng)具有以下特點(diǎn)：作為生物化學(xué)反應(yīng)，通常在常溫常壓下進(jìn)行，沒有爆炸之類的危險(xiǎn)，不必考慮防爆問題，還有可能使一種設(shè)備具有多種用途原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物為主，加入少量的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)氮源，只要不含毒，一般無(wú)精制的必要，微生物本身就有選擇的攝取所需物質(zhì)反應(yīng)以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行因此數(shù)十個(gè)反應(yīng)過(guò)程能夠像單一反應(yīng)一樣，在稱為發(fā)酵罐的設(shè)備內(nèi)很容易進(jìn)行能夠容易的生產(chǎn)復(fù)雜的高分子化合物，是發(fā)酵工業(yè)最有特色的領(lǐng)域由于生命體特有的反應(yīng)機(jī)制，能高度選擇性的進(jìn)行復(fù)雜化合物在特定部位的氧化還原官能團(tuán)導(dǎo)入等反應(yīng)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

4、物質(zhì)，因此除特殊情況外，發(fā)酵液等一般對(duì)生物體無(wú)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(jìn)行設(shè)備的沖洗、滅菌，空氣過(guò)濾等，使全過(guò)程在無(wú)菌條件下運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)微生物的菌種改良，能夠利用原有生產(chǎn)設(shè)備使生產(chǎn)飛躍上升五、發(fā)酵罐的類型 1. 按微生物生長(zhǎng)：厭氧和好氧發(fā)酵設(shè)備 2. 按發(fā)酵罐設(shè)備特點(diǎn)： 1）機(jī)械攪拌通風(fēng)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(fēng)式、自吸式發(fā)酵罐 2）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、噴射式發(fā)酵罐 3. 按溶積分類 50L以下的是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐 505000L是中試發(fā)酵罐5000以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐 4. 按微生物生長(zhǎng)環(huán)境 懸浮生

5、長(zhǎng)系統(tǒng) 支持生長(zhǎng)系統(tǒng) 5. 按操作方式 分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵. 常見發(fā)酵設(shè)備的類型1. 機(jī)械攪拌發(fā)酵罐 利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液混合并溶解在發(fā)酵液中，基本要求：1）適宜的徑高比，罐身較長(zhǎng)，氧利用率較高2）能耐受一定的壓力 3）攪拌通風(fēng)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(yán)密，以減少泄露 2.自吸式發(fā)酵罐最關(guān)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(fù)壓轉(zhuǎn)子的空膛與大氣相通發(fā)酵罐外的空氣通過(guò)過(guò)濾器不斷被吸入轉(zhuǎn)子的攪拌使氣體分散3. 空氣帶升環(huán)流式發(fā)酵罐在罐外裝設(shè)上升管，上升管兩端與罐底及罐上部相連接

6、，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng).在上升管的下 部裝設(shè)空氣噴嘴，以250300 m/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。 4. 高位塔式發(fā)酵罐罐內(nèi)裝有若干塊篩板。壓縮空氣由罐底導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)篩板逐漸上升，并帶動(dòng)發(fā)酵液同時(shí)上升。上升后的發(fā)酵液又通過(guò)篩板上帶有液封作用的降液管下降而循環(huán)。特點(diǎn)：培養(yǎng)基及操作合理，基本上可達(dá)到通用式發(fā)酵罐的水平。6、 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（4） 單一純種發(fā)酵與混合發(fā)酵（5） 固定化發(fā)酵技術(shù) 試管液體培養(yǎng) 僅適用于培養(yǎng)兼性好氧菌 實(shí)驗(yàn)室常見的液體發(fā)酵方式 淺層液體培養(yǎng)

7、僅適用于兼性好氧 搖瓶培(旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式) 被應(yīng)用于微生物的生理生化試驗(yàn) 臺(tái)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(shí)驗(yàn)室常見的固定化培養(yǎng) 實(shí)驗(yàn)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，用于菌種的分離、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)基表面劃線接種（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加入發(fā)酵罐，然后滅菌、接種培養(yǎng)，最后將整個(gè)罐的內(nèi)容物放出，進(jìn)行產(chǎn)物回收。清罐結(jié)束后，重新開始新的裝料發(fā)酵的發(fā)酵方式。（未）連續(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

8、養(yǎng)液，同事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(zhǎng)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 微生物菌種選育一、菌種的來(lái)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 細(xì)菌 假單胞菌（可以利用烴類產(chǎn)生單細(xì)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 酵母菌 假絲酵母 畢赤式酵母 根霉屬 霉菌 曲霉屬 放線菌擔(dān)子菌藻類 青霉屬 毛霉屬 三、工業(yè)微生物的來(lái)源（菌種來(lái)源） 需要補(bǔ)充向菌種保藏機(jī)構(gòu)索取有關(guān)

9、菌株，從中篩選所需菌株 自然環(huán)境中分離 從發(fā)酵制品中分離目的菌株四、微生物菌種的選擇性分離菌株的分離和篩選一般可以分為（采樣）、（富集）、（分離）、（目的菌的篩選）等幾個(gè)步驟。(1)微生物樣品的采集 控制培養(yǎng)基的營(yíng)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 抑制不需要的菌類（3） 目的菌種的分離 ：透明圈法、變色圈法、生長(zhǎng)圈法、抑菌圈法、（4） 目的菌種的篩選 ：涂布法、影印平板法（5） 自然界分離微生物的一般操作步驟？ （6） 樣品的采取預(yù)處理培養(yǎng)菌落的選擇初篩復(fù)篩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

10、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(duì)象原理：采用低溫干燥缺氧、缺乏營(yíng)養(yǎng)，添加保護(hù)劑或酸度中和劑等方法，使微生物處于代謝不活潑，生長(zhǎng)受抑制的環(huán)境中。（1） 蒸餾水懸浮法：好氧性細(xì)菌和酵母菌（2） 斜面?zhèn)鞔２兀悍啪€菌、酵母菌（3） 霉菌礦物油浸沒保藏：絲狀真菌、酵母菌、細(xì)菌、放線菌、擔(dān)子菌（各類菌）（4） 干燥載體保藏（沙土管保藏）：產(chǎn)孢子微生物（5） 冷凍干燥法（超低溫冷凍保藏、普通冷凍保藏、液氮冷凍保藏）：各大類六、菌種復(fù)壯定義：狹義菌種已發(fā)生衰退的情況下，通過(guò)純種分離和測(cè)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(gè)體，從而達(dá)到恢復(fù)該菌原有典型性狀的目

11、的。廣義：在菌種的生產(chǎn)性能尚未衰退前，就經(jīng)常有意識(shí)的進(jìn)行菌種分離和生產(chǎn)性能的測(cè)定工作，從而逐步提高菌種的生產(chǎn)特性。七、純種分離的方法（稀釋分離法）（平板劃線法）（組織分離法）八、種子的擴(kuò)大培養(yǎng)：是指將保存在砂土管，冷凍干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(guò)扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。這些純種培養(yǎng)物成為種子。 細(xì)菌孢子的制備 孢子制備 霉菌孢子的制備 實(shí)驗(yàn)室種子制 放線菌孢子的制備 備種子擴(kuò)大培養(yǎng) 液體種子制備 生產(chǎn)車間種子制備9、 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

12、件）（培養(yǎng)時(shí)間）（冷藏時(shí)間）十、種子罐級(jí)數(shù)的確定：種子罐是指：制備種子需要逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù)，主要取決于兩個(gè)方面菌種生長(zhǎng)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(jī)制及發(fā)酵動(dòng)力學(xué)（需看課本代謝調(diào)節(jié)）12、 分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵的關(guān)系 13、 初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物的關(guān)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過(guò)程，稱為初級(jí)代謝 而次級(jí)代謝是相對(duì)于初級(jí)代謝而提出的一個(gè)概念。一般認(rèn)為，次級(jí)

13、代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程  2  產(chǎn)物不同 初級(jí)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(guò)次級(jí)代謝合成的產(chǎn)物稱為次級(jí)代謝產(chǎn)物，大多是分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(jí)代謝產(chǎn)物可積累在細(xì)胞內(nèi)，但通常都分泌到細(xì)胞外，有些與機(jī)體的分化有一定的關(guān)系，并在同其它生物的生存競(jìng)爭(zhēng)中起著重要的作用。3 

14、60;存在范圍不同  初級(jí)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基本代謝類型。次級(jí)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(huì)由于培養(yǎng)條件不同而產(chǎn)生不同的次級(jí)代謝產(chǎn)物。4  對(duì)微生物的作用不同  通過(guò)初級(jí)代謝，能使?fàn)I養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)物質(zhì)、具生理活性物質(zhì)或?yàn)樯L(zhǎng)提供能量，因此初級(jí)代謝產(chǎn)物，通常都是機(jī)體生存必不可少的物質(zhì)，只要在這些物質(zhì)的合成過(guò)程的某個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，輕則引起生長(zhǎng)停止，重則導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生突變或死亡，是一種基本代謝類型。  次級(jí)代謝產(chǎn)物一般對(duì)菌體自身的生命活

15、動(dòng)無(wú)明確功能，不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成，也不是酶活性必需的，不是機(jī)體生長(zhǎng)與繁殖所必需的物質(zhì)，即使在次級(jí)代謝的某個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，也不會(huì)導(dǎo)致機(jī)體生長(zhǎng)的停止或死亡，至多只是影響機(jī)體合成某種次級(jí)代謝產(chǎn)物的能力。但許多次級(jí)代謝產(chǎn)物通常對(duì)人類和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重大影響  5  同微生物生長(zhǎng)過(guò)程的關(guān)系  初級(jí)代謝自始至終存在于生活的菌體中，同菌體的生長(zhǎng)過(guò)程呈平行關(guān)系，只有微生物大量生長(zhǎng)，才能積累大量初級(jí)代謝產(chǎn)物  。次級(jí)代謝則是在菌體生長(zhǎng)到一定時(shí)期內(nèi)（通常是微生物的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期末期或穩(wěn)定期）產(chǎn)生的，它與機(jī)體的生長(zhǎng)不呈平行關(guān)系，一般可明

16、顯地表現(xiàn)為菌體的生長(zhǎng)期和次級(jí)代謝產(chǎn)物形成期二個(gè)不同的時(shí)期。  6  對(duì)環(huán)境條件的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同 初級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境條件的變化敏感性?。催z傳穩(wěn)定性大），而次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境條件變化很敏感，其產(chǎn)物的合成往往因環(huán)境條件變化而停止。  7  相關(guān)酶的專一性不同  相對(duì)來(lái)說(shuō)催化初級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶專一性強(qiáng)，催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的某些酶專一性不強(qiáng)，因此在某種次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的培養(yǎng)基中加入不同的前體物時(shí)，往往可以導(dǎo)致機(jī)體合成不同類型的次級(jí)代謝產(chǎn)物  另外，催化次級(jí)

17、代謝產(chǎn)物合成的酶往往是一些誘導(dǎo)酶，它們是在菌體對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期或穩(wěn)定生長(zhǎng)期里，由于某種中間代謝產(chǎn)物積累而誘導(dǎo)機(jī)體合成的一種能催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶，這些酶通常因環(huán)境條件變化而不能合成。14、 如何選育抗反饋調(diào)節(jié)的突變菌種微生物生長(zhǎng)時(shí)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(xì)胞的生物合成。如果將這些代謝物的結(jié)構(gòu)類似物（抗代謝物）添加與培養(yǎng)基內(nèi)，由于它們可以和正常的代謝物競(jìng)爭(zhēng)同一酶系，因此使微生物不能夠再將正常的代謝物用于細(xì)胞的生物合成，結(jié)果使菌體不能正常生長(zhǎng)。如果將菌體誘變，獲得在抗代謝物同時(shí)也能夠正常生長(zhǎng)的突變株，則證明給突變株的有關(guān)酶系對(duì)某抗代謝物已不敏感了。在一般情況下，該突變

18、株的有關(guān)酶系對(duì)相應(yīng)的代謝物也不敏感了，這樣也就解除了某些代謝物對(duì)有關(guān)酶系的反饋抑制和阻遏。15、 分解代謝物阻遏（葡萄糖效應(yīng)）原因：大腸桿菌優(yōu)先利用葡萄糖，并在葡萄糖耗盡后開始利用乳糖。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1、 培養(yǎng)基要滿足：滿足菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)菌的生成2、 發(fā)酵培養(yǎng)基一般含有五大方面的要素：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽及微量元素、水，以及生長(zhǎng)因子、前體、產(chǎn)物促進(jìn)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(xué)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

19、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3、 常用的碳源：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4、 工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基按照用途分 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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 1、 常用的滅菌方法 ：化學(xué)滅菌、射線滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌2、 求滅菌時(shí)間3、 空氣除菌的工藝流程（兩次冷卻 兩次分離 適當(dāng)加熱）預(yù)處理的目的：提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過(guò)濾器的負(fù)荷；除去壓縮后空氣中所帶的油水，以合適的空氣濕度和溫度進(jìn)入空氣過(guò)濾器 六章 1、 影響發(fā)酵的原因及控制（1） 營(yíng)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； （2） 溫度：生物熱；攪拌熱；蒸發(fā)熱；輻射熱；發(fā)酵熱（3） pH：使微生物細(xì)胞的原生質(zhì)膜