发酵工程重点

1、什么是发酵狭义“发酵”定义:在生物化学或生理学上发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直萄糖在无氧条件下被微生物利用生成乙醇并放出二氧化碳,同时获得能量；丙酮酸被复原为乳酸而获得能量等等。广义“发酵”的定义:工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。2、什么是发酵工程定义:应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进展酶促转化，将原料转化成产品或供给社会性效劳的一门科学。3、发酵工程的特点主要特点：以高产量、高转化率和高效率及低本钱为目标的发酵过程发酵过程一般来说都是在常温常压下进展的生物化学反响，反响安全，要求条件也比较简洁。所用原料主要是农副产品及其加工产品通常以淀粉、糖蜜或其它农副产品为主，只要参与少量的有机和无机氮源就可进展反响。因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的养分。发酵过程是通过生物体的自动调整方式来完成的，反响的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。必需对设备进展严格消毒处理和空气过滤外，了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。由于生物体本身所具有的反响机制，能够专一性和高度选择性地对某些较为简洁的化合物进展特定部位地氧化、复原等化学转化反响，也可以产生比较简洁的高分子化合物。(6)微生物菌种是进展发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。4、发酵工程的主要问题发酵工程的主要问题过程优化与放大:在高产菌株的根底上，如何把高产菌种在培育过程中详尽的了解，对生化反响做定量的和动力学方面的考察。1、与筛选养分缺陷型有关的三类培育基？答：根本培育基、补充培育基、完全培育基2、诱变育种的步骤？动身菌株的选择处理菌悬液的制备诱变处理中间培育分别和筛选3、什么叫养分缺陷性菌株？它的筛选步骤？的力气，无法再根本培育基上正常生长生殖的突变类型，称为养分缺陷型。筛选步骤：诱变淘汰野生型检出缺陷型确定生长谱4、工业微生物有哪些要求①养分特征：能在廉价或来源丰富的原料制成的培育基上快速生长；②培育条件：生长速度较快，发酵周期较短，易于把握，抗噬菌体及杂菌污染的力气强,生40℃，降低冷却本钱；③产物得率和浓度：生成的目的产物产量高、易于回收；5、从自然界分别筛选菌株需哪些步骤定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培育特性。采样：有针对性地采集样品。增殖：人为地通过把握养分或培育条件，使所需菌种增殖培育后，在数量上占优势。分别：利用分别技术得到纯种。发酵性能测定：进展生产性能测定〔形态、养分要求、生理生化特性、发酵周期、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH。6、富集培育：依据目的微生物的生理特点，设计一种选择性培育基，制造有利于目的微生物生长的条件，使目的微生物快速地生长生殖，数量增加，由原来的劣势种变的优势种，以利分别到所需要的菌株。7、利用平皿的生化反响进展分别①透亮圈法：平板培育基中参与溶解性较差的底物，使培育基浑浊。②变色圈法：在底物平板中参与指示剂或显色剂，使所需微生物能被快速鉴别出来。③生长圈法:生长圈法通常用于分别筛选氨基酸、核苷酸和维生素的产生菌。④抑菌圈法抑菌圈法是抗生素筛选常用的初筛方法。8、工业微生物育种目的防止菌种退化解决生产实际问题提高目标产物的力气提高产品质量开发产品9、自然选育:称为菌种的分别纯化在生产过程中,不经过人工处理,利用菌种的自然突变而进展菌种筛选的过程叫自然选育.10、菌种衰退〔degeneration〕：由于自发突变的结果，而使某物种原有的一系列生物学性状发生量变到质变的现象。11、菌种保藏原理：依据菌株生理生化特性，人工制造条件〔低温、枯燥、真空〕使菌体的代谢活动休眠期状态。12、菌种保藏的目的要求是不转变菌种代谢产物生产力气13、菌种保藏的方法1、冷冻保藏冷冻保藏-2℃以下：将菌种参与菌种保护剂〔甘油或二甲基亚砜〕代谢活动停顿。冷冻温度愈低，效果愈好。同时要把握好冷冻速度和解冻速变。冷冻保藏的缺点运输较困难。主要冷冻保藏方法：一般冷冻保藏技术(-20℃)超低温冷冻保藏技术(-60－-80℃)液氮冷冻保藏技术〔-130－-150℃〕2、冻干保藏-60℃菌种快速转移至-402.67～4.00Pa条件下使冻结的细胞悬液中的水分升华，使菌种枯燥成粉，分装密封安瓿，5℃下保藏。是微生物菌种长期保藏的最为有效的方法之一。保藏期限：10冷冻保藏，便于运输。3、其他保藏方法①传代保藏②矿物油中浸没保藏一、培育基的分类：按纯度合成培育基:原料其化学成清楚确、稳定自然培育基:承受自然原料按状态固体培育基半固体培育基液体培育基按用途孢子〔斜面〕培育基种子培育基发酵培育基二、孢子、种子、发酵培育基的用途及要求：孢子〔斜面〕培育基供菌体生殖产孢子的一种常用固体培育基，要求使菌体生长快，产生较多优质的孢子。1、养分不要太丰富〔特别是有机氮源；2、无机盐浓度要适量，否则影响孢子的颜色和数量；3、要留意培育基的pH种子培育基：种子要求：1、养分要求比较丰富和完全;2、氮源和维生素含量要求高，供菌体生长和生殖；3、最终一级种子培育基的成分要接近发酵培育基。发酵培育基：供菌体生长、生殖和合成产物之用。要求：1、满足菌体生长必需的元素和化合物；2、有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂；三、碳源作用：供给微生物菌体的生长生殖所需的能源和合成菌体所必需的碳骨架；〔和含氮代谢物。生理酸性物质：经微生物生理作用〔代谢〕后能形成酸性物质的无机氮源，如硫酸铵；生理碱性物质：经微生物生理作用〔代谢〕后能产生碱性物质的无机氮源，如硝酸钠。生长因子：但凡微生物生长不行缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。四、培育基成分选择的原则1、菌种的同化力气2、代谢的阻遏和诱导3、适宜的C、N100∶0.2～2.04、pH第四章灭菌一、湿热灭菌的原理高温的蒸汽使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子等大分子发生变性，使微生物死亡。热阻:不同种类的微生物对热的抵抗力不同，微生物对热的抵抗力称为热阻。噁3121-125)简洁地利用式㏑(N/N0)=-kt来粗略估算灭菌所需时间。40m31210C1ml2×105个耐12C时灭菌速度常数k=1.8mi-0.001解：N0=40×106×2×105=8×1012(个)Nt=0.001(个) k=1.8(min-1)㏑(Nt/N0)=-ktt=2.303/k[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8[lg(8×1015)]三、培育基分批灭菌的优缺点(书122)优点：无需特地的灭菌设备,设备投资少,灭菌效果牢靠,对灭菌用蒸汽要求低缺点:对培育基成分破坏大,升温时间长,难以实现自动把握.四、培育基连续灭菌的优缺点〔适用于大型罐〕1、可承受高温短时灭菌，养分成分破坏少，有利于提高发酵产率；2、发酵罐利用率高；3、蒸汽负荷均衡；4、承受板式换热器时，可节约大量能量；5、适宜承受自动把握，劳动强度小；6、可实现将耐热性物料和不耐热性物料在不同温度下分开灭菌，削减养分成分的破坏。缺点：1、对小型罐无优势，不便利，对设备要求高；2、蒸汽波动时灭菌不彻底；3、当培育基中含有固体颗粒或有较多泡沫时，以分批灭菌好，防止灭菌不彻底。五、热阻定义：是指微生物在某一特定条件〔主要是温度和加热方式〕下的致死时间。可用比死亡速率常数k六、空气除菌的方法1、辐射灭菌原理α射线、Xβ射线、γ射线、紫外线、超声波等能破坏微生物的核酸或蛋白质，从而起到杀菌作用。2.加热灭菌加热方法可用蒸汽、电和空气压缩机产生的热量3、静电除菌原理和液体微粒，使后者带上电荷分别向两极运动，利用静电引力来吸附带电粒子而到达除尘、除菌的目的介质过滤除菌法运动，从而把微生物微粒截留、捕获在纤维外表上，实现过滤的目的。第五章种子扩大培育一、什么是种子扩大培育二、种子扩大培育的目的和要求目的：接种量的需要、菌种的驯化、缩短发酵时间、保证生产水平。要求：应依据菌种的生理特性选择适宜的培育条件获得代谢旺盛、数量足够的种子。三、制备种子的准则1、细胞生长活力强，移种至发酵罐后能快速生长，缓慢期短；2、生理性状稳定；3、菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求；4、无杂菌污染；5、保持稳定的生产力气。四、种子罐的级数的概念速度；所承受发酵罐的容积五、接种量：移入种子的体积除以接种后培育液的体积的值。7双种:两个种子罐接种到一个发酵罐中。七、倒种:一局部种子来源于种子罐，一局部来源于发酵罐。第六章种子扩大培育一、什么是种子扩大培育二、种子扩大培育的目的和要求答：目的：接种量的需要、菌种的驯化、缩短发酵时间、保证生产水平。要求：应依据菌种的生理特性选择适宜的培育条件获得代谢旺盛、数量足够的种子。三、制备种子的准则答：1.细胞生长活力强，移种至发酵罐后能快速生长，缓慢期短；生理性状稳定；菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求；无杂菌污染；保持稳定的生产力气。第七章发酵工艺把握一、分批发酵：指在一封闭系统一次性投料、接种直到发酵完毕的发酵方式分批发酵过程中，微生物生长通常要经受延滞期、对数生长期、衰减期、稳定期〔静止期〕和衰亡期五个时期。二、分批发酵优缺点：优点：操作简洁、投资少；运行周期短；染菌时机削减；生产过程、产品质量较易把握缺点：1、不利于测定过程动力学，存在底物限制或抑制问题，会消灭底物分解阻遏效应及二次生长现象。2、对底物类型及初始高浓度敏感的次级代谢物如一些抗生素等就不适合用分批发酵〔生长与合成条件差异大〕3、养分会耗竭快，无法维持微生物连续生长和生产4、非生产时间长，生产率较低培育液。连续培育与发酵的特点①属于稳定状态下发酵方法，环境条件〔温度、pH、培育物浓度、产物浓度、溶解氧、氧化复原电位〕不发生变化，可以无限期延长分胞浓度、总菌体量和培育基的体积恒定不变；②可以削减分批培育与发酵中每次清洗、装料、消毒、接种、放罐等作业时间，节约人力物力，降低本钱，提高生产效率；③设备体积缩小，投资削减，可承受多级连续培育与发酵，便于机械化、自动化把握；④产品性能稳定；⑤便于进展微生物生理生化和遗传特性的争论；⑥易发生菌种变异、退化、杂菌污染；单级连续培育两个稳态方程是： D

SX/S

S优点：添加颖培育基，抑制养分缺乏所导致的发酵过程过早完毕，延长对数生长期，增加生物量等；缺点：在长时间发酵中，菌种易于发生变异，并简洁染上杂菌；假设操作不当，参与的培育基与原有培育基不易完全混合。优点：1、可以解除底物的抑制、产物反响抑制和葡萄糖分解阻遏效应。2、避开在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以至通风搅拌设备不能匹配的状况。3、菌体可被把握在一系列连续的过渡态阶段，可用来作为把握细胞质量的手段。与连续发酵相比，补料分批发酵的优点在于：①无菌要求低；②菌种变异，退化少；③适用范围更广。稀释率：表示单位时间内颖培育基流入培育器的体积与培育器中培育基总体积之比。分批发酵过程中，微生物生长通常要经受延滞期、对数生长期、衰减期、稳定期〔静止期〕和衰亡期五个时期。分批发酵动力学细胞生长动力学基质消耗动力学产物形成动力学〔µ,x〕和化学参数〔DO,C/N,磷含量等〕产物得率系数：消耗每克养分物〔s〕或每克分子氧(O2)生成的产物(P)、ATPCO2数。专一性得率专一性用于生长的底物量△S’不含用于维持能耗及产物形成局部的用量。依据发酵时间过程分析，微生物生长与产物合成存在以下三种关系：与生长相关→生长偶联型与生长局部相关→生长局部偶联型与生长不相关→无关联初级代谢物：一类低分子量的终点产物及这些终点产物的生物合成途径中的中间体。次级代谢产物:是指生物生长到确定阶段才产生的化学构造格外简洁、对该生物无明显生理功能，或并非是该生物生长和生殖所必需的物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同种次级代谢的特点及与初级代谢的关系次级代谢酶的特异性较初级代谢酶的特异性低，故受遗传及环境因素的影响大。次级代谢物的合成途径比初级代谢的种类多物组装的。中。温度对发酵的影响随温度增加而快速下降。不同生长阶段的微生物对温度的反响不同处于延迟期的细菌对温度的影响格外敏感。对于对数生长期的细菌，假设在略低于最适温度的条件下培育，即使在发酵过程中升温，则升温的破坏作用较弱。处于生长后期的细菌，其生长速度一般主要取决于溶解氧，而不是温度。酶本身很易因过热而失去活性，表现在菌体简洁年轻，发酵周期缩短，影响最终产量。大题:温度对发酵的影响：温度影响反响速率以看到KAeE/RTKE越大，温度变化对K温度影响发酵方向影响发酵过程中各种反响速率，从而影响微生物的生长代谢与产物生成。最适温度的选择:依据菌种微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。生长阶段选择吸与代谢，使菌生长快速；得比较严密有利于产物合成。到放罐。依据培育条件选择温度选择还要依据培育条件综合考虑，灵敏选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。培育基淡薄时，温度也该低些。由于温度高养分利用快，会使菌过早自溶。4.菌种的生长状况菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。发酵热:所谓发酵热是发酵过程中释放出来的净热量。1、生物热Q2、搅拌热Q3、蒸发热Q4、辐射热QQ＝QQQQ一、发酵过程pH1、基质代谢糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分子酸，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一。氮代谢 当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pHpH生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降。2、产物形成某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pHpH旋霉素等抗生素呈碱性，使pH3、菌体自溶，pHpH2、pHpH影响酶的活性。当pHpH值影响微生物细胞膜所带电荷的转变，从而转变细胞膜的透性，影响微生物对养分物质的吸取及代谢物的排泄，因此影响陈代谢的进展。pHpH(5)pH三、pH1、调整好根底料的pH。根底料中假设含有玉米浆，pH呈酸性，必需调整pH。假设要把握消pH6.0，消前pH6.5~6.82、在根底料中参与维持pH的物质，如CaCO33、通过补料调整pH在发酵过程中依据糖氮消耗需要进展补料。在补料与调pH没有冲突时承受补料调pH4、当补料与调pHpH５、发酵的不同阶段实行不同的pH临界氧浓度CC：指不影响菌体呼吸所允许的最低氧浓度。二.溶解氧对发酵的影响溶解氧对生长的影响溶解氧对产物合成的影响CCrCmCmCCr呼吸商RCO2RQ。补料的目的解除基质过浓的抑制解除产物的反响抑制解除分解代谢物阻遏作用避开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。在生产上，补料还常常作为订正特别发酵的一个重要手段。第八章发酵工艺把握及发酵动力学一、分批发酵：指在一封闭系统一次性投料、接种直到发酵完毕的发酵方式优点：操作简洁、投资少；运行周期短；染菌时机削减；生产过程、产品质量较易把握缺点：1、不利于测定过程动力学，存在底物限制或抑制问题，会消灭底物分解阻遏效应及二次生长现象。2〔生长与合成条件差异大〕3、养分会耗竭快，无法维持微生物连续生长和生产4、非生产时间长，生产率较低培育液。特点：1、属于稳定状态下发酵方法，环境条件〔pH、培育物浓度、产物浓度、溶解氧、氧化复原电位稳定的生长速率和比生长速率2、可以削减分批培育与发酵中每次清洗、装料、消毒、接种、放罐等作业时间，节约人力物力，降低本钱，提高生产效率；3、设备体积缩小，投资削减，可承受多级连续培育与发酵，便于机械化、自动化把握；4、产品性能稳定；5、便于进展微生物生理生化和遗传特性的争论；优点：添加颖培育基，抑制养分缺乏所导致的发酵过程过早完毕，延长对数生长期，增加生物量等；缺点：在长时间发酵中，菌种易于发生变异，并简洁染上杂菌；假设操作不当，参与的培育基与原有培育基不易完全混合。三、特点：1、与分批发酵相比，解除了由于养分物质浓度过高而形成的阻遏效应；避开了由于代谢产物积存过渡而造成的反响抑制作用；使菌体浓度和细胞浓度生长量把握在适当的水平的转化率。2优点：1、可以解除底物的抑制、产物反响抑制和葡萄糖分解阻遏效应。2、避开在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以至通风搅拌设备不能匹配的状况。3、菌体可被把握在一系列连续的过渡态阶段，可用来作为把握细胞质量的手段。4、与连续发酵相比，补料分批发酵的优点在于：①无菌要求低；②菌种变异，退化少；③适用范围更广。四、半连续发酵：在发酵过程中，每隔确定时间，取出确定体积的发酵液，同时在同一时间间隔内参与相等体积的培育基，如此反复进展的发酵方式。特点：稀释率、比生长速率以及其它与代谢有关的参数都将发生周期性的变化。五、单级连续发酵F液抽出，反响器中培育液体积V六、稀释率：表示单位时间内颖培育基流入培育器的体积与培育器中培育基总体积之比。单级连续培育两个稳态方程是：七、初级代线产物：一类低分子量的终点产物及这些终点产物的生物合成途径中的中间体。次级代谢产物该生物无明显生理功能，或并非是该生物生长和生殖所必需的物质。八、发酵热：引起发酵过程中温度变化的缘由是在发酵过程中所产生的热量，叫做发酵热。发酵热组成元素：生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热。Q=Q+Q发酵 生物

-Q-Q搅拌 蒸发 辐射九、温度对发酵的影响：温度影响反响速率、温度影响发酵方向。最适温度的选择：依据菌种、生长阶段选择、依据培育条件选择、菌种的生长状况。十、PH1、基质代谢糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子酸，使pHp