发酵工程重点.doc

发酵工程：利用微生物特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系。选择性压力：不同种类的微生物其生长繁殖对环境和营养的要求不同，人为控制某些条件，使之利于某类或某种微生物生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到使目的菌种占优势，而得以快速分离纯化的目的。分批培养:指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定条件下完成一个生长周期的微生物培养方法。 连续培养：使细胞或细菌生长和繁殖状态长时间维持稳定的培养技术。通常是使发酵罐或生物反应器内的条件(包括营养、pH、代谢产物等)保持连续稳定而实现。对数残留定律：微生物的死亡速率(dN/dt)与任意瞬时残存的微生物数量成正比，称之为对数残留定律种子扩大培养：是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。前体：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而又较大的提高。促进剂：促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。总染菌率：一年发酵染菌的批（次）数与总总投料批（次）数之比的百分率。DE值：糖化液中还原糖含量占干物质的百分率，用以表示淀粉糖的糖组成。培养基灭菌:是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去，为后续发酵过程创造无菌的条件。实罐灭菌：将配制好的培养基放在发酵罐中，通入蒸汽进行灭菌的方法，也称分批灭菌。发酵：指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式。接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。DX值：糖化液中葡萄糖含量占干物质的百分率，用以表示淀粉糖的糖组成。过滤除菌：使含菌空气通过过滤介质，以阻截空气流中所含微生物，从而取得无菌空气的方法。发酵工程的一般特征1.作为生物化学反应，通常是在常温、常温常压下进行的，爆炸危险较小。2.主要以可再生资源作原料，原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主，加入少量有机即或无机氮源，只要不含毒物，一般无精制必要，微生物本身能有选择地摄取所需物质。3.反应是以生命体的自动调节方式进行，因此数十个反应过程能象单一反应一样，在单一设备（发酵罐）内很容易进行。4.能容易生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域。5.由于生命体的特有反应机制，能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的氧化、还原、官能团导入等反应。6.生产发酵产物的微生物菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质。因此，除特殊情况外，发酵液通常对生物体无害。7.发酵生产在操作上最需要注意的是防止杂菌污染。进行设备的冲洗，灭菌，空气过滤等，使全过程处于无菌状态下运转，是非常重要的。一旦失败损失将非常惨重。特别是噬菌体。8.通过微生物的菌种改良，能够利用原有生产设备使生产飞跃上升。啤酒酵母根据长与宽的比例，分三组：第一组 长宽比为12 细胞多为圆形、卵圆形； 主要供生产啤酒、白酒和酒精及面包第二组 长宽比为2 多供生产葡萄酒、果酒用第三组 长宽比大于2 耐高渗透压，供发酵甘蔗糖蜜生产酒精用发酵工程工业生产水平的三个决定要素：1生产菌种的性能2发酵和提取工艺条件3生产设备发酵工业对微生物菌种的要求1.不是致病菌2.发酵周期短,产量高3.不易变异退化，抗噬菌体能力强4.最好是产生胞外产物的菌种,利于分离5.对医药和食品用产品还应考虑安全性发酵过程菌种有什么特点（1） 菌种细胞的生长活力强，一种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短（2） 生长性状稳定（3） 菌种总量及浓度能满足发酵罐的要求（4） 无杂菌污染（5） 保持稳定的生产能力微生物富集的原则 微生物富集方法：投其所好，取其所抗发酵过程中主要分析的项目抗生素的效价 PH 糖含量 氨基氮和氨氮磷 菌丝浓度和粘度淀粉水解糖的制备的主要方法（1）酸解法：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。(2) 酶解法：以酶为催化剂，在常温常压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。包括液化和糖化两个过程，故又称双酶水解法。(3) 酸酶结合纯种发酵和混种发酵纯种发酵：把各种微生物彼此分开并培养成纯种微生物的技术，也称为单一纯种培养混合发酵：混合培养物发酵，指多种微生物混合在一起共用一种培养基进行发酵，也 称混合培养。二者的比较：三多一少：生产人员少，原材料和能源消耗少，设备和器材少，而生产的效益高或产品种类多。混合发酵能过得到一些独特的产品而纯种发酵很难做到。混合的多种菌种，提高生产效益。种子及发酵液进行无菌状况检查常用的方法染菌的检查（1）显微镜检查法（最简单、最直接、最经常）：染色，镜检（形态特征）（2）平板划线培养或斜面培养检查法：观察菌落特征。平板制好后，应先保温24小时，确定无菌。可将样品先于37保温培养6-8h，使杂菌迅速增殖。（3）肉汤培养基检查法（酚红变色pH6.8-8.4）：用于培养基和无菌空气的检测。浑浊或者变色或平板培养发现异常菌落可判断为染菌。应有空白对照。种子扩大培养的一般步骤？分为两个阶段实验室种子制备阶段和生产车间种子制备阶段休眠孢子母斜面活化摇瓶种子或茄子瓶斜面或固体培养基孢子一级种子罐二级种子罐发酵罐微生物的分离和筛选查阅资料、调查研究设计实验方案试样的采集产生菌的分离初筛复筛高产菌株(野生菌株)小型试验采样时要注意的问题气候、水分、空气来源要广结合产品的特点标签：地点、时间、气候等工业上常用的糖类葡萄糖 纯葡萄糖、水解淀粉乳糖 纯乳糖、乳清粉 淀粉 大麦、木薯、红薯、玉米、马铃薯等蔗糖 甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖、精白糖等 影响灭菌的因素1培养基成分对灭菌的影响。油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热性；另一些物质，如高浓度的盐类、色素等可削弱其耐热性。2培养基的物理状态对灭菌的影响3培养基中微生物数量对灭菌的影响4培养基中氢离子浓度对灭菌的影响培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的pH越低，所需杀灭微生物的温度越低。5微生物细胞中水分对灭菌的影响细胞含水越多，蛋白质变性的温度越低6微生物细胞菌龄对灭菌的影响老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高7空气排除情况对灭菌的影响8搅拌对灭菌的影响9泡沫对灭菌的影响两级冷却、适当加热除菌流程粗过滤器压缩机贮罐冷却器旋风分离器冷却器丝网分离器加热器总过滤器发酵染菌的异常现象有哪些（1）菌体生长差 （2）pH不正常 （3）溶解氧异常（4）泡沫过多（5）菌体浓度过高或过低噬菌体污染的预防 合理使用抗性菌种严格活菌体排放，切断噬菌体的粮源做好环境卫生，消灭噬菌体与杂菌 严防噬菌体与杂菌进入种子罐或发酵罐内抑制罐内噬菌体的生长污染噬菌体后的处理方法并罐法添加噬菌体抑制剂的方法放罐重消法使用抗性菌株发酵过程工艺控制的代表参数中的物理参数温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、表观粘度等温度对发酵有何影响在最适温度下，微生物生长迅速；超过最高温度微生物即受到抑制或死亡；在最低温度范围内微生物尚能生长，但生长速度非常缓慢，世代时间无限延长。在最低和最高温度之间，微生物的生长速率随温度升高而增加，超过最适温度后，随温度升高，生长速率下降，最后停止生长，引起死亡。控制 在发酵罐上安装夹套和蛇罐，通过循环冷却水控制冷却介质：深井水或冷冻水控制方式：手动控制或自动控制在淀粉水解过程中，葡萄糖还发生较弱的脱水反应在淀粉水解过程中，葡萄糖除发生聚合反应外，还发生较弱的脱水反应，生成5羟甲基糠醛，5羟甲基糠醛不稳定，又进一步分解成乙酰丙酸，甲酸等，这些物质相互聚合，或与氨基酸聚合，生成有色物质。影响种子质量的因素1孢子的质量 2接种量3种龄4培养基5培养条件泡沫对发酵的影响1）降低了发酵罐的装料系数；2）增加了菌群的非均一性；3）增加了染菌的机会； 4）菌体生活环境发生改变，妨碍了菌体的呼吸，造成代谢异常，导致菌体提取自溶；5）导致产物的损失 ；6）消沫剂的加入将给提取工序带来困难。控制方法1机械方法消沫 利用物理作用，靠机械的强烈振动或压力的变化促使泡沫破碎。2消沫剂消沫微生物工业发酵的基本过程（1） 原料的选择与预处理（2） 微生物菌种的选育及种子扩大培养（3） 培养基的配制及灭菌（4） 无菌空气的制备（5） 发酵（6） 产物的分离，提取（7） 产物的精制，干燥 （8） 废物的回收和利用通风发酵罐的结构1、轴封；2、人孔；3、梯子；4、联轴器；5、中间轴承；6、搅拌桨；7、空气分布管；8、排料管；9、温度计；10、（换热装置）冷却器；11、轴；12、取样口；13、变速装置；14、电机。轴封联轴器和轴承二、填空题1、 微生物发酵培养（过程）方法主要有 分批 培养、补料分批 培养、连续 培养、半连续 培养四种。2、 微生物生长一般可以分为：调整期、对数期、稳定期和衰亡期。3、 发酵过程工艺控制的只要化学参数 溶解氧、PH、核酸量等.4、 发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。5、 菌种分离的一般过程 采样、富集、分离、目的菌的筛选。6、 富集培养目的就是让 目的菌 在种群中占优势，使筛选变得可能。7、 根据工业微生物对氧气的需求不同，培养法可分为 好氧培养 和 厌氧培养 两种。8、 微生物的培养基根据生产用途只要分为 孢子 培养基、种子 培养基和发酵培养基。9、 常用灭菌方法：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌10、 常用工业微生物可分为： 细菌、 酵母菌、 霉菌、 放线菌四大类。11、 发酵过程工艺控制的代谢参数中物理参数 温度、压力、搅拌转速、功率输入、流加数率和质量 等12、 环境无菌的检测方法有：显微镜检查法、肉汤培养法、平板培养法、发酵过程的异常观察法等13、 染菌原因： 发酵工艺流程中的各环节漏洞和发酵过程管理不善两个方面。14、 实验室中进行的发酵菌液体发酵方式主要有四种：试管液体培养、浅层液体培养、摇瓶培养、台式发酵罐加器15、 发酵高产菌种选育方法包括 （自然选育）、（杂交育种）、（诱变育种）、（基因工程育种）、（原生质体融合）。16、 发酵产物整个分离提取路线可分为：预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工加工等五个主要过程。17、 发酵过程主要分析项目如下 ：pH、排气氧、排气CO2和呼吸熵、糖含量、氨基氮和氨氮、磷含量、菌浓度和菌形态。18、 微生物调