发酵工程样本

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。绪论对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必须的,称为初级代谢产物。各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的,非微生物生长所必须的物质。第二章工业微生物的菌种选育微生物是各种活性物质产物的丰富源泉。生物活性物质很多,有微生物的初级代谢产物,如氨基酸,多糖、核酸,维生素等,有微生物的次级代谢产物,如抗生素、酶抑制剂、色素等。工业菌种育种的方法诱变育种自然育种杂交育种(常规杂交育种、原生质体融合)分子育种自然选育的作用:自然选育在工业生产中能够达到纯化菌种,防止菌种衰退,稳定生产,提高产量的目的。有利于诱变:(诱变育种)重组修复SOS修复营养缺陷型是指经过诱变而产生的缺乏合成某些营养物质如氨基酸、维生素和碱基等的能力,必须在其基本培养基中加入相应的营养成分才能正常生长的变异株。筛选营养缺陷型的方法:淘汰野生型检出缺陷型第三章:工业培养基微生物生长的六大营养要素:碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水培养基的分类一、成分了解程度分天然培养基:采用天然原料合成培养基:原料其化学成分明确、稳定半合成培养基:部分原料其化学成分明确按状态:固体培养基半固体培养基液体培养基按用途(从发酵生产应用考虑):斜面培养基种子培养基发酵培养基a.葡萄糖b.糊精、淀粉及其水解物使用条件:微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类缺点:难利用、发酵液比较稠、成分比较复杂,有直链淀粉和支链淀粉等等。优点:来源广泛、价格底难利用,能够解除葡萄糖效应c.糖蜜(蔗糖、乳糖、麦芽糖)常见的氮源可分为两大类:有机氮源和无机氮源无机氮源被菌体作为氮源利用后,培养液中就留下了酸性或碱性物质,这种经微生物生理作用(代谢)后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质,如硫酸胺若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质,如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质,对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。有机氮源:一些廉价的原料:花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。成分复杂:除提供氮源外,有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子,少量糖类、脂肪。例玉米浆:①可溶性蛋白、生长因子(生物素)、苯乙酸②较多的乳酸③硫、磷、微量元素等无机盐及微量元素作用Na+维持细胞渗透压的功能K+影响细胞膜的透性Ca2+调节细胞透性,发酵液中磷酸盐含量从广义上讲,凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质,如嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。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合成到产物分子中去,而其自身的结构并没有多大变化,可是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。所谓产物促进剂是指那些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。影响工业培养基质量的因素1.原料质量2.培养基的配制工艺3.灭菌4.其它第四章灭菌灭菌与消毒的区别灭菌:采用强烈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。消毒:是指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法。一般见化学的方法来达到消毒的作用。灭菌实质:杀菌:指菌体虽死,但形体尚存溶菌:指菌体杀死后,其细胞发生溶化连续灭菌(连消)配好的培养基在通入发酵罐时进行的加热、保温、降温的灭菌过程,称为连续灭菌灭菌方法:化学灭菌物理灭菌:辐射灭菌干热灭菌湿热灭菌过滤除菌1.培养基的过滤除菌:对于含酶、血清、维生素和氨基酸等热敏物质的培养基,无法采用高温灭菌法,但能够经过过滤手段除去菌体。2.空气过滤除菌无菌空气制备过程p93第五章生产菌种的培养与保藏种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后,再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。种子扩培的目的获得纯而壮活力旺盛的菌种获得满足接种量要求的培养物在扩大过程中,对菌种进行驯化最终实现缩短发酵时间,保证生产水平发酵级数的确定制备种子需逐级扩大培养的次数,一般根据菌种生长特性,孢子发芽及菌体繁殖速度以及采用发酵罐体积而定。接种量:移入种子的体积接种量＝—————————接种后培养液的体积过大过小都不好,最终以实践定,如大多数抗生素为7-15%。可是一般认为大一点好。种龄:种龄是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。种子异常往往表现为:1)菌种生长发育缓慢或过快2)菌丝结团3)菌丝粘壁菌种保藏的原理根据菌种的生理、生化特性,人工创造条件使菌种的代谢活动处于休眠状态。理想的菌种保藏方法应具备的条件低温、干燥、真空。工业微生物菌种保藏技术1.定期移植保藏法2.

液体石蜡保藏法3.沙土保藏法4.真空冷冻干燥保藏法5.

液氮超低温保藏法6.固体曲保藏法等定期移植保藏法将菌种接种于适宜的斜面或液体培养基,待生长成健壮的菌体(对数期细胞)后,将菌种放置4℃冰箱保藏,每间隔一定时间需重新移植培养一次。缺点:微生物依然有活动,保藏的时间较短,菌种容易退化。第六章发酵的工艺控制发酵过程操作方式A.分批发酵B.补料分批发酵C.连续发酵补料分批培养的优点体现在如下几个方面:(1)能够消除底物抑制。(2)能够达到高密度细胞培养。(3)延长次级代谢产物的生产时间。(4)稀释有毒代谢产物。

(5)操作和控制都比较简单初级代谢的代谢变化产物:随菌体的生长在不断的进行,有的与菌体的生长呈平行关系。次级代谢的代谢变化菌体生长繁殖阶段(生长期)与产物形成阶段(生产期)是分开的,即非偶联型。菌体生长阶段营养物质浓度减少,菌体浓度明显增加,溶解氧不断下降,pH值也发生一定改变。营养物降到一定程度,菌体生长减慢,直至达到菌体的临界浓度。期间,积累了代谢中间体;与次级代谢有关酶被解除了控制,为产物合成做好了准备。产物合成阶段菌体的生长达到恒定贮藏期:细胞干重继续增加,开始形成产物持续期:细胞干重不变,继续耗糖和分泌产物。碳源种类速效碳源:较迅速的被利用,有利于菌体的生长,如葡萄糖迟效碳源:被菌体缓慢利用,有利于代谢产物的合成,如乳糖等速效氮源:较迅速的被利用,有利于菌体的生长。如氨基酸、玉米浆等迟效氮源:被菌体缓慢利用,有利于延长次级代谢产物的分泌期,如黄豆饼粉、花生饼粉等溶氧高,有利于菌体生长和产物合成,但太大,也会出现抑制产物的形成临界溶氧浓度:指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。发酵过程中氧的控制(一)从供氧方面考虑:a.改变通气速率(供气量)b.提高罐压c.在通入的空气中掺入纯氧,提高氧分压d.提高设备的供氧能力(KLa)增加搅拌,改变供气方式(二)从需氧方面考虑:a.养料的丰富程度影响菌体的生长b.温度的影响在微生物培养过程中,由于通气和搅拌、代谢气体的逸出以及培养基中的糖、蛋白质、代谢物等稳定泡沫的表面活性物质的存在,使发酵液中产生一定数量的泡沫。起泡的危害1、降低生产能力降低了发酵罐的装料系数,大多数罐的装料系数为0.6-0.72、引起原料浪费如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地,气泡会引起原料流失,造成浪费。3、影响菌的呼吸泡沫严重,无法进行搅拌,促进氧传递,如果气泡稳定,不破碎,那么随着微生物的呼吸,气泡中充满二氧化碳,而且又不能与空气中氧进行交换,这样就影响了菌的呼吸。4、引起染菌由于泡沫增多而引起逃液,于是在排气管中粘上培养基,就会长菌。随着时间延长,杂菌会长入发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到轴封,轴封处的润滑油可起点消泡作用,从轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。5、消泡剂的加入会使下游工程的分离带来困难常见消泡剂的种类和性能1)天然油脂:玉米油、米糠油、豆油、棉子油、鱼油及猪油2)聚醚类消泡剂3)高碳醇、脂肪酸和酯类4)硅酮类发酵终点的判断生产需要考虑成本和生产能力确定放罐时间,须考虑因素:1、经济因素2、产品质量因素3、特殊因素造成染菌的主要原因总结1、设备渗漏设备渗漏包括夹套穿孔、盘管穿孔、接种管穿孔、阀门渗漏、搅拌轴渗漏、罐盖漏和其它设备漏等。2、空气带菌从日本工业技术院和上海第四制药厂分析空气带菌而造成的染菌分别为19.96％和26%。国内外空气除菌技术虽已有较大改进,但依然没有使染菌率降低到理想的程度。因为空气除菌系统较为复杂,环节多,偶遇不慎便会导致空气除菌失败。3、种子带菌种子带菌又分为种子本身带菌和种子培养过程中染菌。加强种子管理,严格无菌操作,种子本身带菌是能够克服的。种子培养过程染菌与发酵一样有许多因素造成。4、灭菌不彻底灭菌技术的好坏与灭菌质量很有关系升温快慢、保温时间长短蒸汽总压是否达到要求标准环境中的杂菌数量因季节而有很大差别原材料储存和保管如:玉米浆、母液糖等有机原料——杂菌的数量发酵罐、培养基配制罐等设备的清洗质量——有无灭菌的死角对减少或避免染菌依然是十分必要的。5、技术管理不善技术管理就是要对发酵每个环节严格控制,发酵中稍有不慎就可能染菌,因此不能有侥幸心理而放松管理