發(fā)酵工程111111111

1、1. 發(fā)酵工程：利用微生物的生長和代謝活動來大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的過程理論與工程技術(shù)體系，并將DNA重組及細胞融合技術(shù)、酶工程技術(shù)、組學(xué)及代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控技術(shù)、過程工程優(yōu)化與放大技術(shù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵工程融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)水平，拓展傳統(tǒng)發(fā)酵應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物技術(shù)體系。2. 發(fā)酵工程特點：發(fā)酵過程一般是在常溫常壓下進行的生化反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件較簡單。 可用較廉價原料生產(chǎn)較高價值產(chǎn)品。反應(yīng)專一性強。能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的 化合物進行特定部位的生物轉(zhuǎn)化修飾。 3. 發(fā)酵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程：用作種子擴大培養(yǎng)及發(fā)酵生產(chǎn)的各種培養(yǎng)基的配制；.培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及

2、其附屬設(shè)備的消毒滅菌；擴大培養(yǎng)出有活性的適量純種，以一定比例接種入發(fā)酵罐中；. 控制最適發(fā)酵條件使微生物生長并形成大量的代謝產(chǎn)物；. 將產(chǎn)物提取并精制，以得到合格的產(chǎn)品；. 回收或處理發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的三廢物質(zhì)。4. 未培養(yǎng)微生物：指迄今所采用的微生物純培養(yǎng)分離及培養(yǎng)方法還未獲得純培養(yǎng)的微生物，其在自然環(huán)境微生物群落中占有非常高的比例，約為99。5. 菌種選擇的總趨勢：野生菌變異菌自然選育代謝控制育種誘發(fā)基因突變基因重組的定向育種 6. 菌種選擇的要求：能在廉價原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長，且生成的目的產(chǎn)物產(chǎn)量高、易于回收；生長速度和反應(yīng)速度較快，發(fā)酵周期較短；培養(yǎng)條件易于控制；抗噬菌體及雜菌污

3、染的能力強菌種不易變異退化對放大設(shè)備的適應(yīng)性強菌種不是病原菌，不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質(zhì)和毒素。7. 設(shè)計篩選方案時必須考慮兩個要點：選擇性、靈敏度。8. 篩選步驟: 調(diào)查與研究 設(shè)計方案 含微生物樣品的采集 樣品預(yù)處理 菌種分離（根據(jù)目的菌株及產(chǎn)物的特點）采用選擇性分離方法（富集液體培養(yǎng)或固體培養(yǎng)基培養(yǎng)）或者隨機性分離方法 菌種純化 復(fù)篩 菌種純化 生產(chǎn)性能測試 取較優(yōu)菌株 保藏或進一步實驗。9. 連續(xù)富集培養(yǎng)技術(shù)分離菌株的優(yōu)點：分離的菌株特別適合連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)過程有利于分離具有某種工業(yè)生產(chǎn)特性的菌株可以篩選出能共生的穩(wěn)定混合培養(yǎng)物 10. 固體培養(yǎng)技術(shù)常用于分離某些酶生產(chǎn)菌。在選擇培養(yǎng)基中

4、加入所需酶的基質(zhì)。11. 隨機性分離技術(shù)：從產(chǎn)物入手，通過設(shè)計高產(chǎn)培養(yǎng)基和建立快速靈敏專一的篩選方法，從隨機分離的菌落中篩選出所需的目的菌。12. 代謝工程：利用多基因重組技術(shù)有目的地對細胞代謝途徑進行修飾、改造，改變細胞特性，并與細胞基因調(diào)控、代謝調(diào)控及生化工程相結(jié)合，為實現(xiàn)構(gòu)建新的代謝途徑，生產(chǎn)特定目的產(chǎn)物而發(fā)展起來的一個新的學(xué)科領(lǐng)域。13. 培養(yǎng)基：培養(yǎng)基是指一切可供微生物細胞生長 繁殖所需的一組營養(yǎng)物質(zhì)和原料。同時培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營養(yǎng)外的其它所必須的條件。14. 發(fā)酵培養(yǎng)基要求： 培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成。 發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。 培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜，價格

5、低廉；且性能穩(wěn)定，資源 豐富，便于采購運輸，適合大規(guī)模儲藏，能保證生產(chǎn)上的 供應(yīng)。 所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求，如不應(yīng)該影響 通氣、提取、純化及廢物處理等。15. 生長因子：微生物生長必不可少的微量有機物，如氨基酸、嘌呤、嘧啶。16. 前體：某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成中合成到產(chǎn)物分子中，而自身機構(gòu)變化不大，產(chǎn)物產(chǎn)量卻因加入前體而大幅度提高。（青霉素、苯乙酸）17. 產(chǎn)物促進劑：非細胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。 18. 培養(yǎng)基成分的選擇原則：菌種的同化能力、代謝的阻遏和誘導(dǎo)、合適的C/N比、PH要求。19. 培養(yǎng)基的設(shè)計步驟

6、：1 根據(jù)前人經(jīng)驗和培養(yǎng)基成分確定時一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養(yǎng)基成分。2 通過單因子實驗確定最適宜的成分，3通過合適的試驗方法確定各成分最適濃度。20. 滅菌與消毒的區(qū)別滅菌：用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細胞、細菌芽孢和孢子消毒：用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器皿內(nèi)外的病源微生物。22. 滅菌的必要：1生物反應(yīng)的基質(zhì)或產(chǎn)物因雜菌的消耗而損失，造成生產(chǎn)能力的下降。 2由于雜菌所產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物改變了發(fā)酵液的某些理化性質(zhì)，使目標(biāo)產(chǎn)物的提取困難，造成收得率降低或使產(chǎn)品質(zhì)量下降。 3污染的雜菌可能會分解產(chǎn)物，而使生產(chǎn)失效。 4發(fā)生噬菌體污染，微生物細胞被裂解，而

7、使生產(chǎn)失效。23. 滅菌方法：1 化學(xué)試劑滅菌：利用化學(xué)試劑對微生物的氧化或損傷作用滅菌。2 射線滅菌:用紫外線、高能電磁波穿透微生物進行滅菌。3 干熱滅菌法：利用熱空氣將微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)氧化進行滅菌4 濕熱滅菌法：利用高溫飽和蒸汽將物料的溫度升高使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)變性進行滅菌。24. 濕熱滅菌的優(yōu)點：蒸汽具有潛熱、蒸汽穿透力強，滅菌徹底、蒸汽來源容易，成本低、操作簡單易管理。25. 對數(shù)殘留定律：tt0lg303.2ln1)/ln(NNKNNKtKtNN00t=-=26. 分批滅菌：講配置好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他容器中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起滅菌。27. 連續(xù)滅菌：將配制好的并

8、經(jīng)預(yù)熱的培養(yǎng)基用泵連續(xù)輸入由直接蒸汽加熱的加熱塔，使其在短時間內(nèi)達到滅菌溫度（126132）。然后進入維持罐（或維持管），使在滅菌溫度下維持57分鐘后再進入冷卻管，使其冷卻至接種溫度并直接進入已事先滅菌（空罐滅菌）過的發(fā)酵罐內(nèi)。28. 連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點優(yōu)點保留較多的營養(yǎng)物質(zhì)容易放大，較易自動控制；糖受蒸汽的影響較少；縮短滅菌周期；在某些情況下，可使發(fā)酵罐的腐蝕減少；發(fā)酵罐利用率高，蒸汽負(fù)荷均勻。缺點設(shè)備比較復(fù)雜，投資較大。29. 分批滅菌的優(yōu)缺點優(yōu)點設(shè)備投資較少染菌的危險性較小人工操作較方便對培養(yǎng)基中固體物質(zhì)含量較多時更為適宜缺點滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負(fù)荷波動大，一般只限于中小型發(fā)

9、酵裝置30. 空氣除菌的方法:熱殺菌：將空氣加熱到一定溫度后保溫一段時間，使空氣中微生物蛋白質(zhì)失活變性致死。輻射殺菌：各種射線破壞蛋白質(zhì)活性靜電除菌：利用靜電引力來吸附帶電粒子而達到除菌除塵的目的過濾除菌31. 對數(shù)穿透定律：L90：過濾效率90的濾層厚度 32. 單根纖維過濾除菌的原理：慣性沖擊滯留作用 、濾層纖維阻擋作用、布朗擴散作用 、重力沉降作用 、靜電吸附作用33. 空氣過濾流程：粗過濾器（捕集較大的灰塵顆粒，保護空氣壓縮機）壓縮機貯罐（消除壓縮機排除空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力，利用重力沉降作用除去部分油霧）冷卻器旋風(fēng)分離器（分離去除霧狀顆粒）絲網(wǎng)過濾器加熱器空氣過濾器（關(guān)鍵設(shè)

10、備，去除細菌孢子）34. 優(yōu)良種子應(yīng)具備的條件a) 生長活力強，延遲期短；b) 生理狀態(tài)穩(wěn)定；c) 濃度及總量能滿足發(fā)酵罐接種量的要求； d) 無雜菌污染，保證純種發(fā)酵； e) 適應(yīng)性強，生產(chǎn)能力穩(wěn)定35. 種子制備步驟 1斜面培養(yǎng)基中活化； 2扁瓶固體培養(yǎng)基或搖瓶培養(yǎng)基中擴大培養(yǎng)，完成實驗室種子制備3一級種子罐，制備生產(chǎn)用種子；視情況確定擴大級數(shù)，完成生產(chǎn)車間種子制備；4種子轉(zhuǎn)種至發(fā)酵罐36. 大量地接入培養(yǎng)成熟的菌種的優(yōu)點：縮短生長過程的延緩期，因而縮短了發(fā)酵周期，提高了設(shè)備利用率。節(jié)約發(fā)酵培養(yǎng)的動力消耗有利于減少染菌機會37. 影響種子質(zhì)量的因素：原材料質(zhì)量、溫度、濕度、通氣與攪拌、斜面

11、冷藏時間、培養(yǎng)基、PH38. 種子培養(yǎng)基特點：有較完全和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，糖分少，需充足氮源和生長因子，無機氮源比例大；各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高；供孢子用的種子培養(yǎng)基，可添加易被吸收利用的碳源和氮源；應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近39. 分批培養(yǎng)：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，接入少量微生物菌種進行培養(yǎng)，使微生物生長繁殖，在特定條件下完成一個生長周期的微生物培養(yǎng)方法40. 補料分批培養(yǎng)：在分批培養(yǎng)過程中，間接或者連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。41. 連續(xù)培養(yǎng)是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)液量維持恒定，使微生物能在接近

12、恒定狀態(tài)下生長。42. 細胞量的積累速率 = 細胞生長速率細胞的消失速率 X菌體濃度 比生長速率 F0 培養(yǎng)液移走速率 V培養(yǎng)液體積43. monod方程 n Ks越大，表示菌體對基質(zhì)的親和力越小. 對某一鐘微生物在某種基質(zhì)條件下，max 和Ks 是一定值。43. 與生長無關(guān)聯(lián)的產(chǎn)物稱為次級代謝產(chǎn)物，他們的合成發(fā)生在生長停止之后44. 連續(xù)培養(yǎng)特點：恒定狀態(tài)可以有效地延長分批培養(yǎng)中的對數(shù)生長期。發(fā)酵周期短、設(shè)備利用率高、成本低、生產(chǎn)效率高。便于自動化控制。發(fā)酵產(chǎn)品性能穩(wěn)定。適合于微生物生理生化和遺傳特性的研究。易染菌、易發(fā)生菌種退化、變異。操作不當(dāng)，新加入的培養(yǎng)基與原培養(yǎng)基不易混合45. 補料

13、分批培養(yǎng)特點：與分批發(fā)酵相比，發(fā)酵系統(tǒng)可維持很低的基質(zhì)濃度。低基質(zhì)濃度的優(yōu)點：可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不致于加劇供氧矛盾。避免在培養(yǎng)基中積累有毒代謝物，即代謝阻遏。不需要嚴(yán)格的無菌條件，也不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題 。46. CCr: 臨界溶氧濃度, 指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度47. r=qx kla=r/(c*-cL)48. 引起發(fā)酵液中pH下降的因素（1）C/N過高，或中間補糖過多，溶氧不足，致使有機酸積累，pH下降；（2）消泡劑加得過多：脂肪酸增加；（3）生理酸性鹽的利用；（4）酸性產(chǎn)物形成：如有機酸發(fā)酵49. 引起發(fā)酵液中pH上升的因素 （1）C

14、/N過低（N源過多），氨基氮（NH4）釋放； （2）中間補料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過多； （3）生理堿性鹽的利用； （4）堿性產(chǎn)物形成。50. 呼吸商（RQ）：指菌體呼吸過程中，CO2釋放率和菌的耗 氧速率之比，RQ反映菌的代謝情況。51.補料的目的：解除基質(zhì)過濃的抑制n 解除產(chǎn)物的反饋抑制n 解除分解代謝物阻遏作用n 避免因一次性投糖過多造成細胞大量生長，耗氧過多而造成波谷現(xiàn)象。n 在生產(chǎn)上，補料還經(jīng)常作為糾正異常發(fā)酵的一個重要手段。52. 泡沫的影響：降低了發(fā)酵罐的裝料系數(shù) Ø 增加了菌群的非均一性Ø 增加了染菌機會 Ø 大量起泡引起“逃液”，導(dǎo)致產(chǎn)物的損

15、失 Ø 泡沫嚴(yán)重時會影響通氣攪拌的正常進行Ø 消泡劑的加入將給提取工序帶來困難53. 發(fā)酵前期染菌：此時生產(chǎn)菌與雜菌沒有競爭優(yōu)勢，抵抗雜菌能力弱，雜菌會抑制生產(chǎn)菌的增值，應(yīng)迅速滅菌，補加一些營養(yǎng)重新接種。 中期：雜菌影響生產(chǎn)菌的代謝和產(chǎn)物合成，應(yīng)降溫培養(yǎng)，減少補料，可提前放罐或加抗生素抑制雜菌。后期：此時已積累大量產(chǎn)物，對雜菌有一定抑制作用，若染菌不多，則影響不大，若染菌嚴(yán)重，可提前放罐。54. 染菌主要原因：設(shè)備滲漏、空氣帶菌、種子帶菌、滅菌不徹底、管理不善。55. 染菌對發(fā)酵的危害：干擾生產(chǎn)菌的代謝，改變PH，降解某些產(chǎn)物，降低產(chǎn)物的質(zhì)量與產(chǎn)量。 對提煉的危害：過濾困難，過濾收率低，有機溶劑萃取易發(fā)生乳化，降低離子交換樹脂的交換容量。56、分批發(fā)酵：投資小，操作靈活，某階段轉(zhuǎn)化率高，發(fā)酵周期短，菌種退化率低，但是由于經(jīng)常滅菌、放罐，非生產(chǎn)時間長，操作人員多，儀器壽命短。連續(xù)發(fā)酵;可實現(xiàn)自動化、機械化，操作人員少，產(chǎn)品質(zhì)