1、發酵：通過微生物的生長繁殖和代謝活動，產生和積累人們所需產品的生物反應過程。2、發酵工程：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，它是生物工程和生物技術學科的重要組成部分，又叫微生物工程3、發酵工程技術的發展史：①1900年以前一一自然發酵階段②1900—1940——純培養技術的建立（第一個轉折點）③1940—1950——通氣攪拌純培養發酵技術的建立（第二個轉折點）④1950—1960——代謝控制發酵技術的建立（第三個轉折點）⑤1960—1970——開發發酵原料時期（石油發酵時期）⑥1970年以后一一進入基因工程菌發酵時期以及細胞大規模培養技術的全面發展4、工業發酵的類型：①按微生物對氧的不同需求：厭氧發酵、需氧發酵、兼性厭氧發酵②按培養基的物理性狀：固體發酵、液體發酵③按發酵工藝流程：分批發酵、補料發酵、連續發酵5、發酵生產的流程：（重要）①用作種子擴大培養及發酵生產的各種培養基的制備②培養基、發酵罐及其附屬設備的滅菌③擴大培養有活性的適量純種，以一定比例將菌種接入發酵罐中④控制最適的發酵條件使微生物生長并形成大料的代謝產物⑤將產物提取并精制，以得到合格的產品⑥回收或處理發酵過程中所產生的三廢物質6、常用的工業微生物：①細菌：枯草芽孢桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、短桿菌等②放線菌：鏈霉菌屬、小單胞菌屬和諾卡均屬③酵母菌：啤酒酵母、假絲酵母、類酵母7、未培養微生物：指迄今所采用的微生物純培養分離及培養方法還未獲得純培養的微生物8、rRNA序列分析：通過比較各類原核生物的16S和真核生物的18S的基因序列，從序列差異計算它們之間的進化距離，從而繪制進化樹。選用16S和18S的原因是：它們為原核和真核所特有，其功能同源且較為古老，既含有保守序列又含有可變序列，分子大小適合操作，它的序列變化與進化距離相適應。9、菌種選育改良的具體目標：①提高目標產物的產量②提高目標產物的純度③改良菌種性狀，改善發酵過程④改變生物合成途徑，以獲得高產的新產品10、發酵工業菌種改良方法：①常規育種：誘變和篩選，最常用。關鍵是用物理、化學或生物的方法修改目的微生物的基因組，產生突變。②細胞工程育種：雜交育種和原生質體融合育種③代謝工程育種：組成型突變株的選育、抗分解調節突變株的選育、營養缺陷型在代謝調節育種中的應用、抗反饋調節突變株的選育、細胞膜透性突變株的選育④基因工程育種：原核表達系統、真核表達系統⑤蛋白質工程育種：定點突變技術、定向進化技術⑥代謝工程育種：改變代謝途徑、擴展代謝途徑⑦組成生物合成育種：通過合成化合物庫進行高效率的篩選⑧反向生物工程育種：希望表型的確定一一確定表型的決定基因一一重組DNA技術將該基因在特定生物中表達。11、發酵工業菌種保藏的必要性和技術：必要性：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喪失的現象。技術：斜面低溫保藏法、砂土管保藏法、冷凍真空干燥法、液氮超低溫保藏法12、適宜于大規模工業微生物發酵的培養基的共性：（1）單位培養基能夠生產最大量的目的產物（2）能夠使目的產物的合成速率最大（3）能夠使副產物合成的量最少（4）所采用的培養基應該質量穩定、價格低廉、易于長期獲得（5）所采用的培養基盡量不影響工業好氣發酵中的通氣攪拌性能及發酵產物的后處理13、培養基中的碳源：作用：a提供微生物菌體生長繁殖所需要的能源以及合成菌體所需的碳骨架b提供菌體合成目的產物的原料。常用的碳源有糖類、油脂、有機酸和低碳醇等14、培養基中的氮源：作用：主要用于構成菌體細胞物質（氨基酸、蛋白質、核酸等）和含氮代謝物常用的氮源:a無機氮源（速效氮源）:銨鹽、硝酸鹽和氨水b有機氮源：如花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿、蛋白胨、酵母粉、酒糟15、生理酸性物質：經微生物代謝后能形成酸性物質的無機氮源（硫酸銨）生理堿性物質：菌體代謝后能產生堿性物質的無機氮源（硝酸鈉）16、前體：指加入到發酵培養基中，能直接被微生物在生物合成過程中結合到產物分子中去，其自身的結構并沒有多大變化，但是產物的產量卻因其加入二有較大提高的一類化合物17、產物合成促進劑：指那些細胞生長非必需的，但加入后能顯著提高發酵產量的一些物質18、發酵培養基的設計原理：①首先確定培養基的組成成分，然后再決定各組分之間的最佳配比。②培養基的組分配比、緩沖能力、黏度、滅菌是否徹底、滅菌后營養破壞的程度以及原料中雜質的含量等因素對菌體生長和產物合成有影響。③從微生物生長、產物合成的角度需考慮：菌體的同化能力、培養基對菌體代謝的阻遏與誘導的影響、碳氮比對菌體代謝調節的重要性、pH對不同菌體代謝的影響19、發酵培養基的優化方法：①根據前人的經驗和培養基成分確定時一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養基成分②通過單因子實驗最終確定出最為適宜的培養基成分③培養基成分確定后，剩下的問題就是各成分最適的濃度，由于培養基成分很多，為減少實驗次數常采用一些合理的實驗設計方法：正交實驗、響應面法、響應面法：利用合理的實驗設計，建立多元二次方程模型來擬合因素和響應值之間的函數關系，通過對回歸方程的分析來尋求最優工藝，解決多變量問題的一種統計學方法，該法被廣泛應用于農、生物、食品、化工等領域。（了解）20、滅菌:用化學或物理方法殺死物料或設備中所有有生命物質的過程消毒:用物理或化學方法殺死空氣、地表以及容器和器具表面的微生物除菌:用過濾方法除去空氣或液體中的微生物及其抱子的微生物及其抱子b管道安裝不當或配置不合理形成的芽孢）在T相同時，對數與非對數定律的防腐:用物理或化學方法殺死或抑制微生物的生長和繁殖21、發酵工業污染的危害：①染菌對不同菌種發酵有不同的影響（消耗營養、合成新產物、改來H、分解產物、噬菌體破壞極大②不同發酵時期染菌對發酵有不同的影響（種子擴大時，發酵前期、中期、后期染菌）④雜菌污染對發酵產物提取和產品質量有一定的影響22、雜菌污染的防治：⑴染菌的檢查與類型的判斷：顯微鏡檢查法、平板劃線培養檢查法、肉湯培養檢查法、發酵過程中的異常現象觀察法⑵污染的原因分析：從污染雜菌的種類、污染時間、染菌的程度進行分析⑶雜菌污染的途徑及其預防：①種子帶菌：培養基及器具滅菌要徹底、避免菌種在移接過程中受污染、避免菌種培養過程或保藏過程中受污染②過濾空氣帶菌：正確選擇采氣口、根據氣候條件設計合理的空氣處理流程、設計安裝合理的空氣過濾器③設備的滲漏或“死角”造成染菌：a發酵罐的“死角”：加強清洗并定期鏟除污垢、安裝放汽邊閥“死角”：法蘭的加工、焊接和安裝要符合滅菌要求，使銜接處管道暢通、光滑、密封性好，盡可能減少連接法蘭④培養基滅菌不徹底造成的染菌：徹底滅菌⑤操作不當造成染菌：操作要嚴格規范⑥噬菌體染菌：以凈化環境為中心的綜合防治23、設備的“死角”：由于操作、設備結構或人為因素造成的屏障等原因，使蒸汽不能到達預定的滅菌部位或該部位的冷空氣不易在加熱過程中排凈，從而不能達到徹底滅菌要求的設備的滲漏：指發酵設備、管道、閥門等在長期使用過程中，由于化學腐蝕、電化學腐蝕、磨蝕、加工制作不良等原因形成微小漏孔后發生滲漏染菌24、致死溫度：殺死微生物的極限溫度對數殘留定律：在一定溫度下，微生物受熱致死遵循分子反應速率理論，微生物受熱死亡的速率-dN/dt與任何瞬間殘留的活菌數N成正比：-dN/dt=kN非對數殘留定律：實際過程中某些微生物受熱死亡的速率不符合對數殘留定律，Nt/No對滅菌時間t在半對數坐標中標繪得到的殘留曲線不是直線。（微生物滅菌時間t不同。25、當滅菌溫度升高時，微生物死亡速率大于培養基成分破壞的速率（高溫加快滅菌法）26、分批滅菌：將配制好的培養基放入發酵罐或其它裝置中，通入蒸汽將培養基和所用設備儀器進行滅菌的操作，也稱為實罐滅菌。分批滅菌的階段：升溫、保溫、冷卻27、連續滅菌：將配制好的培養基向發酵罐等培養裝置輸送的同時進行加熱、保溫和冷卻等滅菌操作。發酵罐應在連續滅菌開始前先進行空罐滅菌，以容納經過滅菌的培養基28、空氣過濾除菌：采用定期滅菌的介質來阻截流過的空氣所含的微生物而取得無菌空氣。常用的過濾介質有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機合成纖維、有機和無機燒結材料等。流程：前置空氣過濾器進行粗慮f空壓機升壓f一級冷凝器對壓縮空氣降溫f二級甚至多級進行降溫除水、除油f空氣加熱器降低濕度f空氣儲罐穩壓f空氣過濾器除菌f無菌空氣進入發酵罐典型的設備流程：①壓縮空氣兩級冷卻析水:兩次析水、兩次分離、適當加熱流程：高位吸風塔吸入空氣f粗過濾f空氣壓縮機加熱f冷卻析水（兩次）f再加熱f空氣過濾器除菌②一次冷卻、冷熱空氣直接混合式的空氣過濾除菌：總之，要滿足好氧發酵，必須保證空氣無菌、溫度和相對濕度合適，并具有一定的壓力。29、空氣預處理的步驟：①外源空氣的前處理：提高空氣吸風口的位置、加強吸入空氣的前過濾②空氣壓縮及壓縮空氣的冷卻③壓縮空氣冷卻后的除水、除油*為什么要進行空氣壓縮？為了克服輸送過程中過濾介質的阻力*為什么空氣壓縮后要進行冷卻？高壓空氣直接通入空氣過濾器，可能引起過濾介質碳化或燃燒，而且增大發酵罐的降溫負荷，給發酵帶來困難，導致菌種損傷。*為什么要除水、除油？除水：冷卻降溫后壓縮空氣的相對濕度增大，會析出水來，致使過濾介質受潮失效除油：若壓縮空氣是由含油壓縮機制得，會不可避免地夾帶潤滑油30、空氣的絕對濕度：1m3濕空氣中含有的水蒸氣絕對量（kg）空氣的相對濕度（@）：空寂的絕對濕度與同溫下飽和絕對濕度之比值或者空氣中水蒸氣分壓與同溫度時的飽和水蒸氣壓之比值空氣的濕含量（x）：1kg干空氣中含有的水汽量露點：當空氣的相對濕度等于1時，空氣中水蒸氣已飽和，此時的溫度稱為露點Td*當T<Td時，有水析出，空氣的濕含量降低。31、種子擴大的級數：制備種子需逐級擴大培養的次數，這要根據菌體的生長繁殖速率、包子發芽速率以及發酵罐的容積綜合確定。32、種子培養：將冷凍干燥管、沙土管中處于休眠狀體的工業菌種接入斜面活化后，在經過搖瓶及種子罐逐級擴大培養而獲得一定數量和質量的純種的過程。33、優良種子應具備的條件：①菌種細胞的生長活力強②菌種生理狀態穩定③菌體濃度及總量滿足大容量發酵罐接種量的要求④無雜菌污染，保證純種發酵⑤菌種適應性強，能保持穩定的生產能力34、種子制備的步驟：活化培養f擴大培養f一級種子罐（可變）f發酵罐進行發酵種子制備分成兩個階段：實驗室種子制備階段、生產車間種子制備階段種子罐的作用是使有限數量的包子或菌絲生長繁殖成大量的菌絲體35、種齡：種子的培養時間接種齡：種子罐中培養的菌絲體轉入下一級種子罐或發酵罐時的培養時間接種量：移入的種子液體積和接種后培養液體積的比例36、影響種子質量的因素：原材料質量、培養溫度、濕度、通氣與攪拌、斜面冷藏時間、培養基、pH37、絲狀真菌發酵的種子擴大培養：①利用孢子作為接種物：在固化的培養基上產生孢子、在固體培養基上產生孢子、在液體深層培養基中產生孢子②用絲狀真菌的菌絲體作為接種物：難以獲得均一的接種物38、發酵動力學：研究微生物生長、發酵產物合成、底物消耗之間動態定量關系，是對微生物生長和產物形成過程的定量描述。39、微生物生產通常要經過延滯期、對數生長期、衰減期、穩定期和衰亡期五個階段。40、底物消耗動力學：底物主要消耗在：用于合成新的細胞物質、合成代謝產物、提供細胞生命活動的能量41、發酵動力學分類：①生長相關型：產物的生成與細胞的生長密切相關的動力學過程，產物的生成是微生物細胞主要能量代謝的直接結果。②生長部分相關型：指代謝產物是能量代謝的間接結果，不是底物的直接氧化產物，而是菌體內生物氧化過程的主流產物③非生長相關型：指代謝產物的生成與能量代謝無關，與細胞生長也無直接關系，即產物生成與微生物細胞生長不偶聯42、分批發酵的優缺點：優點：操作簡單、周期短、染菌的機會減少，且生產過程、產品質量易控制缺點：不利于測定過程動力學，對底物類型及初始高濃度敏感的次級代謝物如一些抗生素等就不適合用分批發酵，養分消耗快，非生產時間長、產率低43、連續發酵：在發酵過程中，連續向發酵罐流加培養基，同時以相同流量從發酵罐中取出培養液稀釋率D：將單位時間內連續流入發酵罐中的新鮮培養基體積與發酵罐內的培養液總體積的比值稱為稀釋率。D=F/V在穩態時，比生長速率等于稀釋率，即比生長速率收到稀釋率的控制細胞的生長可導致底物的消耗，直至底物的濃度足以支持比生長速率與稀釋率相等為止臨界稀釋率D：導致菌體開始從系統中洗出時的稀釋率44、恒化器：連續培養系統。培養物的比生長速率收到化學環境的控制，即培養基中某一西安執行組分的控制作用恒濁器：通過控制補充培養基的流速，使得發酵管內發酵液細胞濃度保持恒定，即將發酵液的濁度保持在某一窄小的范圍內45、培養物產率：單位發酵時間形成的菌體量46、分配補料發酵：分批發酵過程中補充培養基，不從發酵體系中排出發酵液，使發酵液的體積隨著發酵時間逐漸增加半穩態：雖然細胞的總量隨著時間的延長而增加，但細胞濃度實際上仍是一個常數，這種狀態稱為半穩態7章之后1、呼吸強度：單位質量干菌體在單位時間內所吸取的氧量耗氧速率（攝氧率）：單位體積培養液在單位時間內的耗氧量2、影響微生物耗氧的因素：①微生物本身遺傳特征的影響②培養基的成分和濃度：碳源種類、培養基濃度、是否有生長抑制劑③菌齡④發酵條件⑤代謝類型3、控制溶解氧的意義：①溶解氧濃度對細胞生長和產物合成的影響是不同的，須了解生長期和生產期的最適需氧量②氧傳遞率已成為許多好氣性發酵產量的限制因素③發酵工業上氧的利用率很低，提高傳氧效率，能大大降低空氣消耗量，從而降低設備費用和動力消耗，且減少泡沫形成和染菌的機會，大大提高設備利用率4、發酵過程中氧的傳遞氧的傳遞可分為供氧和耗氧兩個方面，供氧是指空氣中的氧氣從空氣泡里通過氣膜、氣液界面和液膜擴散到液體主流中；耗氧是自液體主流通過液膜、菌絲叢、細胞膜擴散到細胞內。供氧方面的主要阻力使氣膜和液膜阻力5、雙膜理論假說：①氣泡和包圍著氣泡的液體之間存在著界面，在界面的氣泡一側存在著一層氣膜，在界面液體一側存在著一層液膜；氣膜內氣體分子和液膜內液體分子都處于流層狀態，氧以濃度差方式透過雙膜；氣泡內氣膜以外的氣體分子處于對流狀態，稱為氣體主流，任一點氧濃度，氧分壓相等；液膜以外的液體分子處于對流狀態，稱為液體主流，氧在兩膜間的傳遞在定態下進行，因此，氧在氣膜和液膜間的傳遞速率相等。②在雙膜之間界面上，氧分壓與溶于液體中氧濃度處于平衡關系③氧傳遞過程處于穩定態時，傳質途徑上各點的氧濃度不隨時間而變化，且其與該點的氧氣分壓的平衡關系遵循亨利定律6、氣體溶解于液體中，液膜阻力使主要因素7、氣體傳質的基本方程：OTR=KLa（C*-CL）OTR——單位體積培養液的氧傳遞速率Kl0——以濃度差為推動力的體積溶氧系數a——內界面，即氣液比表面積供氧與耗氧達到平衡時：otr=y（攝氧率）8、無量綱數Da為Damkohler數，物理意義是細胞的最大耗氧量與最大供氧量之比當Da<1時，細胞的耗氧量小于最大供氧量，整個過程受呼吸速率控制當Da>1時，細胞的耗氧量超過最大供氧能力，存在供氧限制，整個過程受氧傳遞速率控制9、影響推動力的因素：①溫度：氧傳遞過程中的推動力將隨發酵液溫度的升高而下降②溶質：電解質、非電解質、混合溶液，氧的溶解度隨溶質濃度的增加而下降③溶劑：合理添加有機溶劑可降低水的極性從而增加溶解氧的濃度④氧分壓：增加氧分壓也能通過提高氧的溶解度來增加氧傳遞的推動力10、影響KLa的因素：設備參數、操作條件、發酵液性質11、溶解氧的測定方法：化學法、極譜法、復膜氧電極法攝氧率Y的測定方法：瓦式呼吸儀法、物料衡算法、氧電極法KLa的測定方法：亞硫酸鹽氧化法、取樣極譜法、物料衡算法、動態法、排氣法、復膜電極法12、發酵過程參數的檢測分為兩種方式，一是利用儀器進行在線檢測，而是從發酵罐中取出樣品進行離線檢測13、直接狀態參數：能直接反映發酵過程中微生物生理代謝狀況的參數間接狀態參數：采用直接狀態參數計算求得的參數14、發酵熱：在發酵過程中，引起溫度變化的原因是由于發酵過程中所產的凈熱量發酵熱=生物熱+攪拌熱+通氣熱-蒸發熱-輻射熱生物熱：指微生物在生長繁殖過程中，本身產生的大量熱量15、最適溫度：最適于菌的生長或產物的生成的溫度，是一個相對概念16、pH調控的方法：①配置合適的培養基②加入非營養基質的酸堿調節劑，碳酸鈣③加入基質性酸堿調節劑，氨水④加生理酸性或堿性鹽基質⑤將pH控制欲代謝調節結合起來，通過補料控制pH17、臨界氧濃度：指不影響呼吸系統所允許的最低溶氧濃度18、二氧化碳對細胞的作用機制是影響細胞膜的結構，使細胞處于“麻醉”狀態，生長受到抑制19、呼吸商RQ：二氧化碳的釋放率（CER）與攝氧率（OUR）的比值20、泡沫對發酵的影響：①降低了發酵罐的裝料系數②增加了菌群的非均一性③增加了污染雜菌的機會④大量起泡，控制不及時會引起“逃液”，導致產物流失

⑤消泡劑的加入有時會影響發酵產量或給下游分離純化與精致工序帶來麻煩21、泡沫的控制方法：①機械消泡②消泡劑消泡：表面活性劑，有一定的親水性，在水中的溶解度小，對發酵過程無毒，不干擾溶氧、pH等儀表的使用，消泡劑來源方便、價格便宜③生產菌種本身的特性22、對基因工程菌發酵過程進行控制的關鍵在于宿主的生理遺傳特性影響著外源基因的表達，而外源基因的表達又影響著宿主的生長特性23、外源基因表達的控制機制：外源基因的表達由組成型基因或構建質粒時加入凱0孰Trp、PL、PR等啟動子控制24、基因工程菌發酵的生物反應器主要有：機械攪拌發酵罐、氣升式發酵罐25、基因工程菌不穩定性包括：質粒的不穩定性、表達產物的不穩定性表現形式為：質粒的丟失、重組質粒發生DNA片段脫落、表達產物不穩定26、清潔生產：是一種創新性思想，該思想將整體預防的環境戰略持續應用于生產過程、產品和服務中，以增加生態效率和減少人類及環境的污染具體內容：①對生產過程，要求節約原材料和能源，淘汰有毒材料，減少、降低廢棄物的數量和毒性主要來源，價格受種植面積和收獲情況以低廢棄物的數量和毒性主要來源，價格受種植面積和收獲情況以②對產品，要求減少從原材料利用到及市場需求量的影響產品最終處置的全生命周期的不利影響供培養基用的磷酸鹽要求是食用級的③對服務，要求將環境因素納入設計而不是肥料級和所提供的服務中實行清潔生產包括清30、發酵工廠為節約冷卻水用量的潔生產過程、清潔產品和服務三個方面辦法：27、清潔生產的與方法：①采用氣升式發酵罐①污染防治：產品改進，采用代替原②選育嗜熱或耐熱的生產菌株材料，技術革新、工藝自動化、生產過程③改變原料路線，少用烴類原料，以優化，內部管理優化、減少廢物產生、加降低發酵產能強排放的管理31、當微生物不受底物抑制，具有較②消減有毒物品使用：注重產品配方，強的基質轉化能力和生產效率時，可采用原料代替，改變或重新設計生產工藝單分批發酵元，改善工藝、實現