发酵工程111111111

1、1. 发酵工程：利用微生物的生长和代谢活动来大量生产人们所需产品的过程理论与工程技术体系，并将DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化与放大技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术体系。2. 发酵工程特点：发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。 可用较廉价原料生产较高价值产品。反应专一性强。能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的 化合物进行特定部位的生物转化修饰。 3. 发酵工业的基本生产过程：用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制；.培养基、发酵罐及

2、其附属设备的消毒灭菌；扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中；. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；. 将产物提取并精制，以得到合格的产品；. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。4. 未培养微生物：指迄今所采用的微生物纯培养分离及培养方法还未获得纯培养的微生物，其在自然环境微生物群落中占有非常高的比例，约为99。5. 菌种选择的总趋势：野生菌变异菌自然选育代谢控制育种诱发基因突变基因重组的定向育种 6. 菌种选择的要求：能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，且生成的目的产物产量高、易于回收；生长速度和反应速度较快，发酵周期较短；培养条件易于控制；抗噬菌体及杂菌污

3、染的能力强菌种不易变异退化对放大设备的适应性强菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。7. 设计筛选方案时必须考虑两个要点：选择性、灵敏度。8. 筛选步骤: 调查与研究 设计方案 含微生物样品的采集 样品预处理 菌种分离（根据目的菌株及产物的特点）采用选择性分离方法（富集液体培养或固体培养基培养）或者随机性分离方法 菌种纯化 复筛 菌种纯化 生产性能测试 取较优菌株 保藏或进一步实验。9. 连续富集培养技术分离菌株的优点：分离的菌株特别适合连续发酵生产过程有利于分离具有某种工业生产特性的菌株可以筛选出能共生的稳定混合培养物 10. 固体培养技术常用于分离某些酶生产菌。在选择培养基中

4、加入所需酶的基质。11. 随机性分离技术：从产物入手，通过设计高产培养基和建立快速灵敏专一的筛选方法，从随机分离的菌落中筛选出所需的目的菌。12. 代谢工程：利用多基因重组技术有目的地对细胞代谢途径进行修饰、改造，改变细胞特性，并与细胞基因调控、代谢调控及生化工程相结合，为实现构建新的代谢途径，生产特定目的产物而发展起来的一个新的学科领域。13. 培养基：培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。14. 发酵培养基要求： 培养基能够满足产物最经济的合成。 发酵后所形成的副产物尽可能的少。 培养基的原料应因地制宜，价格

5、低廉；且性能稳定，资源 丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的 供应。 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等。15. 生长因子：微生物生长必不可少的微量有机物，如氨基酸、嘌呤、嘧啶。16. 前体：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中合成到产物分子中，而自身机构变化不大，产物产量却因加入前体而大幅度提高。（青霉素、苯乙酸）17. 产物促进剂：非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。 18. 培养基成分的选择原则：菌种的同化能力、代谢的阻遏和诱导、合适的C/N比、PH要求。19. 培养基的设计步骤

6、：1 根据前人经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基成分。2 通过单因子实验确定最适宜的成分，3通过合适的试验方法确定各成分最适浓度。20. 灭菌与消毒的区别灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。22. 灭菌的必要：1生物反应的基质或产物因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。 2由于杂菌所产生的一些代谢产物改变了发酵液的某些理化性质，使目标产物的提取困难，造成收得率降低或使产品质量下降。 3污染的杂菌可能会分解产物，而使生产失效。 4发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，而

7、使生产失效。23. 灭菌方法：1 化学试剂灭菌：利用化学试剂对微生物的氧化或损伤作用灭菌。2 射线灭菌:用紫外线、高能电磁波穿透微生物进行灭菌。3 干热灭菌法：利用热空气将微生物体内的蛋白质氧化进行灭菌4 湿热灭菌法：利用高温饱和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白质变性进行灭菌。24. 湿热灭菌的优点：蒸汽具有潜热、蒸汽穿透力强，灭菌彻底、蒸汽来源容易，成本低、操作简单易管理。25. 对数残留定律：tt0lg303.2ln1)/ln(NNKNNKtKtNN00t=-=26. 分批灭菌：讲配置好的培养基放在发酵罐或其他容器中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起灭菌。27. 连续灭菌：将配制好的并

8、经预热的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使其在短时间内达到灭菌温度（126132）。然后进入维持罐（或维持管），使在灭菌温度下维持57分钟后再进入冷却管，使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌（空罐灭菌）过的发酵罐内。28. 连续灭菌的优缺点优点保留较多的营养物质容易放大，较易自动控制；糖受蒸汽的影响较少；缩短灭菌周期；在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少；发酵罐利用率高，蒸汽负荷均匀。缺点设备比较复杂，投资较大。29. 分批灭菌的优缺点优点设备投资较少染菌的危险性较小人工操作较方便对培养基中固体物质含量较多时更为适宜缺点灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发

9、酵装置30. 空气除菌的方法:热杀菌：将空气加热到一定温度后保温一段时间，使空气中微生物蛋白质失活变性致死。辐射杀菌：各种射线破坏蛋白质活性静电除菌：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除菌除尘的目的过滤除菌31. 对数穿透定律：L90：过滤效率90的滤层厚度 32. 单根纤维过滤除菌的原理：惯性冲击滞留作用 、滤层纤维阻挡作用、布朗扩散作用 、重力沉降作用 、静电吸附作用33. 空气过滤流程：粗过滤器（捕集较大的灰尘颗粒，保护空气压缩机）压缩机贮罐（消除压缩机排除空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，利用重力沉降作用除去部分油雾）冷却器旋风分离器（分离去除雾状颗粒）丝网过滤器加热器空气过滤器（关键设

10、备，去除细菌孢子）34. 优良种子应具备的条件a) 生长活力强，延迟期短；b) 生理状态稳定；c) 浓度及总量能满足发酵罐接种量的要求； d) 无杂菌污染，保证纯种发酵； e) 适应性强，生产能力稳定35. 种子制备步骤 1斜面培养基中活化； 2扁瓶固体培养基或摇瓶培养基中扩大培养，完成实验室种子制备3一级种子罐，制备生产用种子；视情况确定扩大级数，完成生产车间种子制备；4种子转种至发酵罐36. 大量地接入培养成熟的菌种的优点：缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，提高了设备利用率。节约发酵培养的动力消耗有利于减少染菌机会37. 影响种子质量的因素：原材料质量、温度、湿度、通气与搅拌、斜面

11、冷藏时间、培养基、PH38. 种子培养基特点：有较完全和丰富的营养物质，糖分少，需充足氮源和生长因子，无机氮源比例大；各种营养物质的浓度不必太高；供孢子用的种子培养基，可添加易被吸收利用的碳源和氮源；应考虑与发酵培养基的主要成分相近39. 分批培养：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40. 补料分批培养：在分批培养过程中，间接或者连续地补加新鲜培养基的培养方法。41. 连续培养是以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液量维持恒定，使微生物能在接近

12、恒定状态下生长。42. 细胞量的积累速率 = 细胞生长速率细胞的消失速率 X菌体浓度 比生长速率 F0 培养液移走速率 V培养液体积43. monod方程 n Ks越大，表示菌体对基质的亲和力越小. 对某一钟微生物在某种基质条件下，max 和Ks 是一定值。43. 与生长无关联的产物称为次级代谢产物，他们的合成发生在生长停止之后44. 连续培养特点：恒定状态可以有效地延长分批培养中的对数生长期。发酵周期短、设备利用率高、成本低、生产效率高。便于自动化控制。发酵产品性能稳定。适合于微生物生理生化和遗传特性的研究。易染菌、易发生菌种退化、变异。操作不当，新加入的培养基与原培养基不易混合45. 补料

13、分批培养特点：与分批发酵相比，发酵系统可维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点：可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不致于加剧供氧矛盾。避免在培养基中积累有毒代谢物，即代谢阻遏。不需要严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和变异等问题 。46. CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度47. r=qx kla=r/(c*-cL)48. 引起发酵液中pH下降的因素（1）C/N过高，或中间补糖过多，溶氧不足，致使有机酸积累，pH下降；（2）消泡剂加得过多：脂肪酸增加；（3）生理酸性盐的利用；（4）酸性产物形成：如有机酸发酵49. 引起发酵液中pH上升的因素 （1）C

14、/N过低（N源过多），氨基氮（NH4）释放； （2）中间补料中氨水或尿素等碱性物质加入过多； （3）生理碱性盐的利用； （4）碱性产物形成。50. 呼吸商（RQ）：指菌体呼吸过程中，CO2释放率和菌的耗 氧速率之比，RQ反映菌的代谢情况。51.补料的目的：解除基质过浓的抑制n 解除产物的反馈抑制n 解除分解代谢物阻遏作用n 避免因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多而造成波谷现象。n 在生产上，补料还经常作为纠正异常发酵的一个重要手段。52. 泡沫的影响：降低了发酵罐的装料系数 Ø 增加了菌群的非均一性Ø 增加了染菌机会 Ø 大量起泡引起“逃液”，导致产物的损

15、失 Ø 泡沫严重时会影响通气搅拌的正常进行Ø 消泡剂的加入将给提取工序带来困难53. 发酵前期染菌：此时生产菌与杂菌没有竞争优势，抵抗杂菌能力弱，杂菌会抑制生产菌的增值，应迅速灭菌，补加一些营养重新接种。 中期：杂菌影响生产菌的代谢和产物合成，应降温培养，减少补料，可提前放罐或加抗生素抑制杂菌。后期：此时已积累大量产物，对杂菌有一定抑制作用，若染菌不多，则影响不大，若染菌严重，可提前放罐。54. 染菌主要原因：设备渗漏、空气带菌、种子带菌、灭菌不彻底、管理不善。55. 染菌对发酵的危害：干扰生产菌的代谢，改变PH，降解某些产物，降低产物的质量与产量。 对提炼的危害：过滤困难，过滤收率低，有机溶剂萃取易发生乳化，降低离子交换树脂的交换容量。56、分批发酵：投资小，操作灵活，某阶段转化率高，发酵周期短，菌种退化率低，但是由于经常灭菌、放罐，非生产时间长，操作人员多，仪器寿命短。连续发酵;可实现自动化、机械化，操作人员少，产品质