發酵工程原理與技術應用第一章 緒論1. 什么是發酵工程？ 發酵工程是指利用微生物的生長繁殖和代謝活動來大量生產人們所需產品過程的理論和工程技術體系，是生物工程與生物技術學科的重要組成部分。 利用微生物的特定性狀和功能，通過現代化工程技術來生產有用物質或將微生物直接用于工業化體系的一門技術，是建立在微生物發酵工業基礎上，與化學工程相結合而發展起來的。2. 發酵工業的特點 一步生產 反應條件溫和 原料純度要求低 設備的通用性高 對環境的污染相對較小 生產受自然條件限制小第二章 發酵工業菌種1. 發酵工業菌種的常用類型。 細菌 ：枯草芽孢桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、短桿菌等 放線菌：鏈霉菌屬、小單胞菌屬 酵母菌：啤酒酵母、假絲酵母、類酵母等 霉菌：根霉、毛霉、犁頭霉、紅曲霉、曲霉及青霉等 未培養微生物：2. 發酵工業對菌種的要求。 能在廉價原料制成的培養基上生長，且生成的目的產物產量高、易于回收。 生長較快，發酵周期短。 培養條件易于控制。 抗噬菌體及雜菌污染的能力強。 菌種不易變異退化，以保證發酵生產和產品質量的穩定。 對放大設備的適應性強。 菌種不是病原菌，不產生任何有害的生物活性物質和毒素。3. 從自然界分離篩選菌種常用步驟。 采樣：有針對性地采集樣品。 樣品預處理：可提高菌種分離效率。 增殖：人為地通過控制養分或培條件，使所需菌種增殖培養后，在數量上占優勢，使篩選變得可能。【目的菌富集培養】 富集培養方式：1.分批培養 2.連續培養 3.半連續培養 純種分離：利用分離技術得到純種。 常用的分離方法：1.平板劃線分離 2.稀釋分離 3.涂布分離 4.毛細管分離 5.小滴分離 初篩：從分離得到的大量微生物中將具有目的產物合成能力的菌株篩選出來的過程。 【（1）平板篩選（各種變化圈） ，（2）搖瓶發酵篩選】 菌種復篩。 菌種發酵性能鑒定。【鑒定技術四個水平：細胞的形態和習性水平細胞組分水平蛋白質水平基因或核酸水平】 菌種保藏。4. 代謝調控機制阻遏 阻遏的類型主要有：末端代謝產物阻遏 和 分解代謝產物阻遏。 末端產物阻遏： 是指由某代謝途徑末端產物過量積累而引起的阻遏。 分解代謝物阻遏：是指有兩種碳源（或氮源）分解底物同時存在時，細胞利用快的那種分解底物會阻遏利用慢的底物的有關分解酶的合成和積累。5. 發酵工業菌種改良的目的。 防止菌種退化 改良菌種性狀，改善發酵過程 提高生產能力 提高產品質量 開發新產品6. 誘變育種的基本步驟。 菌出發菌株的選擇：選擇好的出發菌株對誘變效果有著極其重要的作用。 【選擇標準：產量高、對誘變劑的敏感性大、變異幅度廣】 懸液的制備：這一步驟的關鍵是制備單細胞和單孢子狀態的、活力類似的菌懸液，為此要進行合適培養基的培養，并要離心，洗滌，過濾。 誘變處理： 將制備好的菌懸液與誘變劑接觸，進行誘變。 中間培養： 由于在發生了突變尚未表現出來之前，有一個表現延遲的過程，即細胞內原有酶量的稀釋過程(生理延遲)，需3代以上的繁殖才能將突變性狀表現出來。此過程稱為中間培養 分離和篩選：篩選分初篩和復篩。初篩以迅速篩出大量的達到初步要求的分離菌落為目的，以量為主。復篩則是精選，以質為主，也就是以精確度為主。7. 菌種變異及退化機理及防止措施。 菌種變異及退化機理： 菌種退化主要指生產菌種或選育過程中篩選出來的較優良菌株，由于進行接種傳代或保藏之后，群體中某些生理特征和形態特征逐漸減退或完全喪失的現象。 【主要原因：基因突變 ，連續傳代】 預防措施：減少傳代 、 經常純化 、 創造良好的培養條件、用單細胞移植傳代 科學保藏。8. 菌種保藏技術。 目的： 存活，不丟失，不污染； 防止優良性狀丟失； 隨時為生產、科研提供優良菌種 原理：根據菌種的生理生化特點，人工地創造條件，使菌種的代謝活動處于不活潑狀態、生長繁殖受抑制的休眠狀態。方法： 斜面低溫保藏法【低溫】 砂土管保藏法【低溫、干燥、隔氧、無營養物】 冷凍真空干燥法【低溫、干燥、缺氧】 液氮超低溫凍結法【超低溫】 石蠟油封保藏法 硅膠保藏法第三章 發酵工業培養基設計1. 工業大規模發酵的培養基應遵循的原則。 必須提供合成微生物細胞和發酵產物的基本成分。 有利于減少培養基原料的單耗，即提高單位營養物質的轉化率。 有利于提高產物的濃度，以提高單位容積發酵罐的生產能力。 有利于提高產物的合成速度，縮短發酵周期。 盡量減少副產物的形成，便于產物的分離純化，并盡可能減少產生“三廢”物質。 原料價格低廉，質量穩定，取材容易。 所用原料盡可能減少對發酵過程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率，能耗。2. 培養基的幾大營養成分的功能作用。常用的營養成分有哪些？ 幾大營養成分的功能作用： 碳源：碳源是組成培養基的主要成分之一，其主要功能有兩個：一是提供微生物菌體生長繁殖所需的能源以及合成菌體所需的碳骨架；二是提供菌體合成目的產物的原料。氮源：主要用于構成菌體細胞物質和合成含氮代謝物。無機鹽及微量元素：作為微生物生理活性物質的組成或生理活性作用的調節物。水：水是所有培養基的主要組成成分，也是微生物機體的重要組成成分。生長調節物質：發酵培養基中某些成分的加入有助于調