发酵工程知识点

发酵工程:是据生物学,化学和工程学的原理进行工业规划的经营和开发微生物动植物细胞及其亚细胞组分进而利用生体所具有的功能元件来提供商品而服务于社会的一门综合性科学技术发酵指生在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格的说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。自然选:再产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的程。诱变育:一采用物理，化学诱变因素使微生物的基排列发生变化，以使排列错误模形成异常的遗传信息，造成某些蛋白结构变异，而是细胞功能生改变。代谢控制发:用工诱变的方法识的改变微生物的代谢途径限的积累物，这种发酵形象的称为代谢控制发酵。回复突变:高产菌株在传代过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生性能下降的情况称之为、葡萄糖效应葡萄糖被快速分解代谢所积累的分解代谢产物在抑制抗生素合的同时也抑制其他某些碳，氮源的分解利用。结构类似物在化学和空间结构上和代谢的中间产物相似，因而在代谢调节面可以替代代谢中间产物的功能，但细胞不能以其作为自身的营养物质。蛋白质工程是以蛋白质结构与功能的关系为基础，通过周密的分子设计，蛋白质改造为合乎人类需要的新型蛋白质。代谢工:利重组技对细胞物质代谢，能量代谢及调控网络信号进行修饰与改造，进而优化细胞生理代谢，提高或修饰目标代谢产物以及合成全新的目标产物的新学科。渗漏缺陷型遗性障碍不完全的营养缺陷型变某一种酶的活性下降不是完全丧失，所以这种营养缺陷型能够少量的合成某一代谢产物，能在基本培养基上少量的生长。灭菌采强的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。热阻是微生物在某一特定条件下的致死时间。相对热阻指某一微生物在某件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。连续灭:将养基在发酵罐处连续不断的进行加热，维持和冷却，然后才进入发酵。间歇灭菌:将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定美军温度后，维持定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，叫做。同型乳酸发酵:进行乳酸发酵的主要细菌，利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸丙酮酸还原产生乳酸，发酵产物中只有乳酸的称之为。双歧途:双杆菌进行的乳酸发酵有两个磷酸酮解酶参与没氧化作用和脱氢用下，2分G分为3分乙酸和分3-磷甘醛，转化为乳酸。次级代谢产:由生物产生的微生物生长繁殖所必需的物质如蛋白质基酸。次级代谢产:由生物生产与微生物的生长繁无关的一类物质抗素素，毒素。发酵动力学:研微生物生长产合成底物消耗之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形成的过程菌体比生长速率菌浓度除菌体的生长速率或菌体浓度除菌体的繁殖.不但受到细胞自身遗传信息的影响还到环境因素的影.基质比消耗速率指克菌体在一小时内消耗营养物质.表细胞对营养物质的利用速率或效率.

产物比生产速率指克菌体在一小时内合成产物它示细胞合成产物的速度和能.反馈抑:代产物对菌体的生长或产物的形成产生抑制作影目标产物的进一步提.静息细:指胞在培养基内虽基本停止生但却能维持其生存与产活细.单一限制性基质指培养基微生物的营养物,对生物的生长起到限制作用的营养.耗氧速:指位体积的培养液在单位时间的耗氧.呼吸速:单质量的细胞干重在单位时间的耗氧.临界溶氧浓:培液中维持微生物呼吸的最低氧浓.菌体浓:指位体积培养液中菌体的含.呼吸商CO2的释放率与细菌耗氧速率称为呼吸.★发酵工程内容：菌种的选育培养基的配制,菌,大培养和接种发酵过程产的分离提等方面★生物反应过程特点酵料的选择和预处理②菌种的选育和扩大培养③微生物发酵和控制④产品的分离和纯化★微生物发酵工业产品的类型产微生物细胞物质②微生物酶发酵③微生物代谢产物发酵④微生物的生物转化⑤微生物特殊技能的利.★微生物工业对菌种的要求价原料迅产产量高②易于控制培养条件，酶活力高发周期短③抗杂菌噬菌体的能力强④菌种纯易变异和退化不生有害于活性的物质和毒素，保证安全生产。⑤对放大设备的适应性强。★菌种衰退的原因种保藏妥②菌种生长要求不达标或失去某些需要的条件③诱变新菌种发生回复突变，丧失新的特征④连续传代衰退菌种的特点体群体特征发生变化②生产能力降低③代谢能力降低④发酵周期延长⑤抗不良环境能力降低预防措施菌种的分离②菌种复壮③提供良好的环境条件④使用优良的保存方法⑤定期纯化菌种★工业生产菌种的基本方法：自然选育变种抗性菌种选育代控制育种及基因重组定向育种等。★灭菌的方法干热灭菌法②火焰灭菌法③湿热灭菌法④电磁波线菌法⑤化学药剂灭菌法⑥过滤除菌法★影响培养基灭菌效果的因素：①培养基成分影响③培养基中的颗粒物质④泡沫★空气灭菌的方法：①热灭菌法②静电除菌③辐射灭菌法④介质过滤除菌★连续灭菌和分批灭菌比较1)连灭：①高温快速，养分损失少，有利于提高发酵产率②发酵罐利用率高③节能④适宜自动控制2)批灭菌：适宜固体培养基或泡沫较多的培养基★氨基酸发酵的代谢控制制发酵的环境条件②控制细胞渗透压③控制旁路代谢④降低反馈作用物的浓度⑤消除终产物的反馈抑制与阻遏作用⑥促进ATP积于基酸的生物合成★分批发酵法的特点1)概：每一个分批发酵过程都经历接种，生长繁殖，菌体衰老进而结束发酵，最终提出产物特：微生物所处的环境是不断变化的，发生杂菌污染能够很容易结束操作当转条件发生化或需要生产新产品时改变对策对原料组成要求比较粗放。★连续发酵法特点1)概念：连续发酵过是当微生物培养到对数期时，一方面以一定速度连续不断的给发酵罐中添加新鲜的液体培养液方面又以同样的速度连续不断的将发酵液排出的方法特微物生长和代谢活动始终保持旺盛的稳定状态温度，营养成分的浓度溶解氧等都保一致并系统外部给与调整使体维持在恒定生长速

度下进行连续生长和发酵，这样就大大提高了发酵的生长效率和设备利用率。★发酵生产工艺控制最优化确控制目的②明确影响因素③确定实现目标值的方法④确定最佳工艺⑤实施最佳工艺★代谢参数：物理参数，化学参数，生物参数★温度对发酵的影响影各酶反应的速率②改变菌体代谢产物的合成方向响微生物的代谢调控机制③影响发酵液的理化性质影发酵的动力学特性和产物的生物合成。★不同染菌时间对发酵的影响子培养期：菌体浓度低，培养基丰富，易感染菌，灭菌后除去，并对种子罐，管道进行检查和彻底灭菌酵前染菌：杂菌与生产菌争夺营养成分，干扰生产菌的繁殖和产物的形成。易染菌，应特别防止，可重新灭菌，补充营养，重新接种发酵3)发中期染菌：严重干扰产菌的繁殖和产物的生产，挽救处理困难，危险性大4)酵后期染菌：如杂菌量不大，可继续发酵。如染菌严重，可采取措施提前放.★设备渗漏死角造的染菌及其防设渗漏主要是指发酵罐补糖罐冷盘管、管道阀门等于化学腐蚀发代谢所产生的有机酸等发腐蚀作电化学腐蚀氧溶解于水，使金属不断失去电子，加快腐蚀作、(如属与原料中的泥沙之间磨、工制作不良等原因形成微小漏孔后发生渗漏染菌。★噬菌体污染及其防治:利细菌或放线菌进行的发酵生产容易受噬菌体的污染，由噬菌体的感染力非常强，传播蔓延迅速，且较难防治，对发酵生产有很大威胁。★防治噬菌体染菌的方法具体归纳以下几点：①严禁活菌体排放，切断噬菌体的“根源”;②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；④抑制罐内噬菌体的生.★泡沫的控制，可以采用三种途径:①整培养基中的成分如加或缓加易起泡的原材料或改变某些物理化学参数如pH值温度通气和搅或改变发酵工艺如用分次投料来控制以减少泡沫形成的机会这些方法的效果有一定的限度采用机械消泡或消泡剂消泡这两种方法来消除已形成的泡沫过化学方法降低泡沫液膜的表面张力使泡沫破灭利物理方法，使泡沫液的局部受力，打破液膜原来受力平衡而破裂。③采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素★培养基灭菌时间计算1)批灭:例某酵罐内培养基在℃进分批灭菌。设培养基中含耐热芽孢为2×，理论灭菌时.t(2.303/k)log(N0/Nt)N0×2××个=0.001灭菌失败几率)k=1.8min-1，℃时灭菌速度常数.(2.303/1.8)log(8×1012/0.001)=20.342)续灭菌：按下式计但养基中的含菌应改为1ml培基的含菌数。例如；某发酵罐，内装培养基，121℃下进行连续灭/设培养基中含耐芽孢为2×105/mL求理论灭菌时.t(2.303/k)log(Co/Cs)；C02105个，灭菌前含菌数；Cs=0.001/40×106=2.5×个，灭菌后的含菌数；k=15min-1，℃灭菌速度常数；t=(2.303/15)log(2×105/2.5×10-11)=min★莫诺德方程微物分批培养的生长动学方程分批配养过程中,虽培养基中的培养物质随时间的变化而变化但通常在特定条件下其比生长速率往往是恒定的提了在特定温度pH值营物类型营物浓度等条件微物的比生长速率与限制性营养物质的浓度之间存在如下的关系μ=μmc(S)/(KS+①μm:微生物的最大比生长速率在业生产中有很大意义细的μ大真.温升,μm增.②限性营养物质的浓③

KS:和常.义当生长速率为大比生长速率的一半时底物浓越,表示微生物对营养物质的吸收亲和力越,反就越.溶解氧方程★★补料分批发酵法的特点分批发叫比较)①以解除培养过程中的底物抑制,产的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效.②好氧过可避免分批配养过程中应一次性投糖过多造成的细胞大量生长耗过多以致通风搅拌设备不能匹配的状.在某种程度上可减少微生物细胞的生成量提目标产物的转化.微生物细胞可以被投掷在一系列连续的过渡态阶段可来控制细胞的质量.并可重复个时期细胞培养的过渡态,可用于理论研究.2)(与续培养方式比较)①需要严格的无菌条件②不会产生微生物菌种的老化和变异.③终产物浓度较高有于产物的分离④适用范围.★柠檬酸积累原:①由于锰的缺乏，抑制了蛋白质的合，而导致细胞内的NH4+的浓度升高，促进了途的畅通②由组成型的丙酮酸羧化酶源源不断提供草酰乙酸③在控制Fe2+含量的情况下顺乌头酸酶活性低而使柠檬酸积累丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A和丙酮酸固反应相平衡及檬酸合成酶不被抑制强了合成柠檬酸的能力⑤柠檬酸积累增加降低，在低PH条件下，顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活而进一步促进了柠檬酸自身的积累。★杂菌污染的途径和防治㈠子带菌及其防治:1)种子带菌的原因.2)生上的一些措施①严格控制无菌室的污染根生工艺的要求和特点立相应的无菌室交使用各种灭菌手段对无菌室进行处理备种子时对沙土管瓶摇瓶均严格进行管理，防止杂菌的进入而受到污染对每一级种子的培养物均应进行严格的无菌检查保任何一级种子均未受杂菌感染后才能使用对菌种培养基或器具进行严格的灭菌处理证利用灭菌锅进行灭菌前先全除锅内的空气以造成假压使菌的温度达不到预定值，造成灭菌不彻底而使种子染菌㈡气带菌及其防治：要杜绝无菌空气带菌，就必须从空气的净化工艺和设备的设计滤质的选用和装填滤介质的灭菌和管理等方面完善空气净化系统㈢作失误导致菌及其防治：粉质原料容易结块“夹生”拌混合或加入一定量的α淀酶或罐外预配料混.2)菌时