1、精選優質文檔-傾情為你奉上 第一章 發酵工程概述一、發酵工程：是利用微生物特定的形狀和功能，通過現代化工程技術生產有用物質或直接應用與工業化生產的技術體系，是將傳統發酵與現代的DNA重組、細胞融合、分子修飾和改造等新技術結合并發展起來的發酵技術。二、發酵工程簡史： 1590 荷蘭人詹生制作了顯微鏡 1665 英國人胡克制作的顯微鏡觀察到了霉菌 近代發酵工程建立初期 1864 巴斯德滅菌法 1856 psateur 酵母導致酒精發酵 19世紀末 Koch 純種分離和培養技術三、發酵工程技術的特點（1） 主體微生物的特點 微生物種類繁多，繁殖速度快、代謝能力強，容易通過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微生物能夠利用有機物、無機物等各種營養源可以用簡易的設備來生產多種多樣的產品不受氣候、季節等自然條件的限制等優點（2） 發酵工程技術的特點發酵工程以生命體的自動調節方式進行，數十個反應能夠在發酵設備中一次完成反應通常在常溫下進行，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復雜的高分子化合物發酵過程中需要防止雜菌污染(3) 發酵工程反應過程的特點在溫和條件下進行的原料來源廣泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物為主反映以生命體的自動調節形式進行（同（2）發酵分子通常為小分子產品，但也很容易生產出復雜的高分子化合物四、發酵工程的一般特征與化學

3、工程相比，發酵工程中微生物反應具有以下特點：作為生物化學反應，通常在常溫常壓下進行，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，加入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反應以生命體的自動調節方式進行因此數十個反應過程能夠像單一反應一樣，在稱為發酵罐的設備內很容易進行能夠容易的生產復雜的高分子化合物，是發酵工業最有特色的領域由于生命體特有的反應機制，能高度選擇性的進行復雜化合物在特定部位的氧化還原官能團導入等反應生產發酵產物的生物物質菌體本身也是發酵產物，富含維生素、蛋白質、酶等有用

4、物質，因此除特殊情況外，發酵液等一般對生物體無害。發酵生產在操作上最需要注意的是防止雜菌污染。進行設備的沖洗、滅菌，空氣過濾等，使全過程在無菌條件下運轉通過微生物的菌種改良，能夠利用原有生產設備使生產飛躍上升五、發酵罐的類型 1. 按微生物生長：厭氧和好氧發酵設備 2. 按發酵罐設備特點： 1）機械攪拌通風發酵罐 循環式：伍式、文氏管式發酵罐 非循環式：通風式、自吸式發酵罐 2）非機械攪拌通風發酵罐 循環式：氣提式、液提式發酵罐 非循環式：排管式、噴射式發酵罐 3. 按溶積分類 50L以下的是實驗室發酵罐 505000L是中試發酵罐5000以上是生產規模的發酵罐 4. 按微生物生長環境 懸浮生

5、長系統 支持生長系統 5. 按操作方式 分批發酵和連續發酵. 常見發酵設備的類型1. 機械攪拌發酵罐 利用機械攪拌器的作用，使空氣和發酵液混合并溶解在發酵液中，基本要求：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）罐內要減少死角6）攪拌器的軸封要嚴密，以減少泄露 2.自吸式發酵罐最關鍵的部件是帶有中央吸氣口的攪拌器浸在發酵液中的轉子迅速旋轉，液體和空氣在離心力作用下被甩向葉輪外緣，中心形成負壓轉子的空膛與大氣相通發酵罐外的空氣通過過濾器不斷被吸入轉子的攪拌使氣體分散3. 空氣帶升環流式發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

6、，構成一個循環系統.在上升管的下 部裝設空氣噴嘴，以250300 m/s的高速噴入上升管。借助噴嘴的作用將空氣分散。分為內環流式和外環流式兩種。 4. 高位塔式發酵罐罐內裝有若干塊篩板。壓縮空氣由罐底導入，經過篩板逐漸上升，并帶動發酵液同時上升。上升后的發酵液又通過篩板上帶有液封作用的降液管下降而循環。特點：培養基及操作合理，基本上可達到通用式發酵罐的水平。6、 發酵工程中常見的發酵類型（1） 液體發酵與固體發酵（2） 厭氧發酵與好氧發酵（3） 分批發酵與連續發酵（4） 單一純種發酵與混合發酵（5） 固定化發酵技術 試管液體培養 僅適用于培養兼性好氧菌 實驗室常見的液體發酵方式 淺層液體培養

7、僅適用于兼性好氧 搖瓶培(旋轉式和往復式) 被應用于微生物的生理生化試驗 臺式發酵罐 淺盤培養工業生產中常用的液體發酵方式 發酵罐深層培養 生產中常見的固定培養 實驗室常見的固定化培養 實驗室主要有試管斜面、培養皿平板、較大型的克氏扁平和茄子瓶斜面等固體培養方法，用于菌種的分離、純化、保藏和生產種子的制備。用接種針挑取原始培養物后，在固體培養基表面劃線接種（未）分批發酵：分批發酵又稱分批培養。所謂分批發酵是指將所有的物料一次加入發酵罐，然后滅菌、接種培養，最后將整個罐的內容物放出，進行產物回收。清罐結束后，重新開始新的裝料發酵的發酵方式。（未）連續發酵：是指以一定的速度向培養系統內添加新鮮的培

8、養液，同事以相同的速度流出培養液，從而使培養系統內培養液的量維持恒定，使微生物細胞能在近似恒定狀態下生長的微生物發酵培養方式。 分類：具有菌體再循環或不循環的單罐連續發酵，具有菌體再循環或不循環的多罐連續發酵 第二章 微生物菌種選育一、菌種的來源二、工業發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 細菌 假單胞菌（可以利用烴類產生單細胞） 醋酸桿菌 棒狀桿菌 黃單胞菌（產生黃原膠） 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 放線菌擔子菌藻類 青霉屬 毛霉屬 三、工業微生物的來源（菌種來源） 需要補充向菌種保藏機構索取有關

9、菌株，從中篩選所需菌株 自然環境中分離 從發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）等幾個步驟。(1)微生物樣品的采集 控制培養基的營養成分：(2)微生物樣品的富集培養 控制培養條件：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） 樣品的采取預處理培養菌落的選擇初篩復篩性能的鑒定菌種保藏  五、發酵高產菌株的選育方法自然選育、誘變育種、雜交育種、原

10、生質體融合、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：采用低溫干燥缺氧、缺乏營養，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，生長受抑制的環境中。（1） 蒸餾水懸浮法：好氧性細菌和酵母菌（2） 斜面傳代保藏：放線菌、酵母菌（3） 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）（4） 干燥載體保藏（沙土管保藏）：產孢子微生物（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、菌種復壯定義：狹義菌種已發生衰退的情況下，通過純種分離和測定生產性能等方法，從衰退的群體中找出少數尚未衰退的個體，從而達到恢復該菌原有典型性狀的目

11、的。廣義：在菌種的生產性能尚未衰退前，就經常有意識的進行菌種分離和生產性能的測定工作，從而逐步提高菌種的生產特性。七、純種分離的方法（稀釋分離法）（平板劃線法）（組織分離法）八、種子的擴大培養：是指將保存在砂土管，冷凍干燥管中處于休眠狀態的生產菌種接入試管斜面活化后，在經過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級放大培養而獲得一定數量和質量的純種過程。這些純種培養物成為種子。 細菌孢子的制備 孢子制備 霉菌孢子的制備 實驗室種子制 放線菌孢子的制備 備種子擴大培養 液體種子制備 生產車間種子制備9、 影響種子質量的因素：（接種量）（種齡）（孢子的質量）（培養基）（培養條件）影響孢子質量的因素：（培養基）（培養條

12、件）（培養時間）（冷藏時間）十、種子罐級數的確定：種子罐是指：制備種子需要逐級擴大培養的次數，主要取決于兩個方面菌種生長特性，孢子發芽及菌體繁殖速度所采用發酵罐的容積 十一、接種量：是指移入的種子液體積和接種后培養液體積的比例 第三章 發酵機制及發酵動力學（需看課本代謝調節）12、 分批發酵和連續發酵的關系 13、 初級代謝產物和次級代謝產物的關系  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物質，通過分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動的物質和能量的過程，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

13、代謝是指微生物在一定的生長時期，以初級代謝產物為前體，合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質的過程  2  產物不同 初級代謝的產物，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、核酸、多糖、脂質等生命必需物質。通過次級代謝合成的產物稱為次級代謝產物，大多是分子結構比較復雜的化合物，可將其分為抗生素、激素、生物堿、毒素等類型  次級代謝產物可積累在細胞內，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 

14、60;存在范圍不同  初級代謝的代謝系統，它是一類普遍存在于各類微生物中的一種基本代謝類型。次級代謝只存在于某些微生物中，并且代謝途徑和代謝產物因生物不同而不同，就是同種生物也會由于培養條件不同而產生不同的次級代謝產物。4  對微生物的作用不同  通過初級代謝，能使營養物轉化為結構物質、具生理活性物質或為生長提供能量，因此初級代謝產物，通常都是機體生存必不可少的物質，只要在這些物質的合成過程的某個環節上發生障礙，輕則引起生長停止，重則導致機體發生突變或死亡，是一種基本代謝類型。  次級代謝產物一般對菌體自身的生命活

15、動無明確功能，不參與細胞結構組成，也不是酶活性必需的，不是機體生長與繁殖所必需的物質，即使在次級代謝的某個環節上發生障礙，也不會導致機體生長的停止或死亡，至多只是影響機體合成某種次級代謝產物的能力。但許多次級代謝產物通常對人類和國民經濟的發展有重大影響  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物  。次級代謝則是在菌體生長到一定時期內（通常是微生物的對數生長期末期或穩定期）產生的，它與機體的生長不呈平行關系，一般可明

16、顯地表現為菌體的生長期和次級代謝產物形成期二個不同的時期。  6  對環境條件的敏感性或遺傳穩定性上明顯不同 初級代謝產物對環境條件的變化敏感性小（即遺傳穩定性大），而次級代謝產物對環境條件變化很敏感，其產物的合成往往因環境條件變化而停止。  7  相關酶的專一性不同  相對來說催化初級代謝產物合成的酶專一性強，催化次級代謝產物合成的某些酶專一性不強，因此在某種次級代謝產物合成的培養基中加入不同的前體物時，往往可以導致機體合成不同類型的次級代謝產物  另外，催化次級

17、代謝產物合成的酶往往是一些誘導酶，它們是在菌體對數生長末期或穩定生長期里，由于某種中間代謝產物積累而誘導機體合成的一種能催化次級代謝產物合成的酶，這些酶通常因環境條件變化而不能合成。14、 如何選育抗反饋調節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結構類似物（抗代謝物）添加與培養基內，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合成，結果使菌體不能正常生長。如果將菌體誘變，獲得在抗代謝物同時也能夠正常生長的突變株，則證明給突變株的有關酶系對某抗代謝物已不敏感了。在一般情況下，該突變

18、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饋抑制和阻遏。15、 分解代謝物阻遏（葡萄糖效應）原因：大腸桿菌優先利用葡萄糖，并在葡萄糖耗盡后開始利用乳糖。葡萄糖分解的中間產物阻遏了分解葡萄糖酶系的合成。 第四章 發酵工業培養基及原料處理1、 培養基要滿足：滿足菌的生長，促進菌的生成2、 發酵培養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、產物促進劑和抑制劑等。 發酵培養基一般有三種分類方法，按原料的化學純度不同分為：天然合成培養基、合成培養基和半合成培養基；按培養基的物理狀態不同分為：固體培養基、液體培養基和半固體培養基；按培

19、養基的用途不同分為：孢子培養基、種子培養基、發酵培養基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、 工業發酵中培養基按照用途分 實驗室常用培養基、發酵生產中常用培養基 選擇培養基實驗室常用的培養基 鑒別培養基 孢子培養基 發酵生產中常用的培養基 種子培養基 發酵培養基 第五章 1、 常用的滅菌方法 ：化學滅菌、射線滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌2、 求滅菌時間3、 空氣除菌的工藝流程（兩次冷卻 兩次分離 適當加熱）預處理的目的：提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過濾器的負荷；除去壓縮后空氣中所帶的油水，以合適的空氣濕度和溫度進入空氣過濾器 六章 1、 影響發酵的原因及控制（1） 營養基質和菌體濃度：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；蒸發熱；輻射熱；發酵熱（3） pH：使微生物細胞的原生質膜