生物工艺学复习资料

生物工艺学：应用自然科学及工程学的原理，依托生物作用剂的作用将物料进行加工以及提供产品为社会服务。代谢控制发酵：运用生物化学或遗传学的措施，人为地变化或控制微生物代谢，使其有用产物大量积累的措施。生理酸性物质经微生物生理作用（代谢）的能形成酸性的无机氮源称为生理酸性物质生理碱性物质经微生物生理作用（代谢）的能形成碱性的无机氮源称为生理酸性物质生长因子：微生物生长不可缺乏的微量的有机物（微量的一类调整微生物正常代谢所必需，但不能用简朴的碳、氮源自行合成的有机物）。DE值：淀粉水解程度及糖化程度。是指葡萄糖（所有测定的还原糖权当葡萄糖来计算）占干物质的百分率。代谢产物糖类厌气代谢产物特点：（1）微生物类型，厌气性菌或兼性厌气菌，这种类型发酵都在厌气性环境下进行的厌气性发酵；（2）代谢途径明确，EMP、HMP、丙酮酸循环；（3）产物率高、产量大、原料广，与消耗碳源有准量关系，产物有：酒精、丙酮。糖类好气性代谢产物特点：（1）好气性微生物，有氧呼吸好气发酵。菌体生长速度减少或停止生长时，产物才能大量生长；（2）代谢途径清晰；（3）与消耗碳源无准量关系。次级代谢产物定义：既不作为细菌或酶的构导致分，也不是一般的细胞储存物质，它对产生菌自身的生理功能物不明确的一类代谢产物。培养基定义：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。同步培养基也为微生物提供除营养外的其他生长所必需的条件。（营养、环境条件）规定：（1）都必须要具有作为合成细胞构成的原料；（2）满足一般生化反应的基本条件；（3）一定的PH条件；（4）工业生产培养基所用的原材料还必须①来源丰富，价格低廉，质量稳定；②根据生产菌的营养特性与产物合成两者兼顾；③符合工艺、设备的规定（配制培养基时要有助于发酵液质量）。作用：培养基的构成和配比与否恰当对微生物的生长、产物的形成、提取工艺选择、产品的质量和产量均有很大的影响。培养基成分碳源：（1）形式：糖类、油脂、有机酸、低碳醇等（2）功能：①为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分；②为合成目的产物提供所需的碳成分。1、迅速运用的糖为培养基，有时反而会克制产物合成，在菌体生长过程作为碳源的来源2、慢速运用的糖为培养基，常会增进产物合成，在产物合成过程作为碳的来源原因：迅速运用碳源的分解产物克制了产物形成的关键酶生产上采用的措施：（1）缓慢运用碳源的使用（2）流加葡萄糖（3）用混合碳源氮源：（1）种类：有机、无机（2）作用：构成细胞构质，含N代谢物（3）不一样氮源差异①有机氮源②无机氮源与有机N相比，更轻易被微生物吸取1°生理酸性物质：经微生物生理作用，能形成酸性物质的无机氮源2°生理碱性物质：经微生物生理作用，能形成碱性物质的无机氮源无机盐及微量元素：（1）作用：为微生物生理活性物质的构成或生理活性作用的调整物。一般低浓度时，对微生物合成产物增进，高浓度对微生物合成产物形成克制。（2）各元素作用①P：核酸和蛋白质必要成分，ATP，代谢调整②Ca：细胞透性③Mg：多数酶激活剂，芽孢的重要成分④S：含硫AA的构成和某些酶（CoA）活性剂⑤Fe：细胞色素，细胞色素氧化酶和过氧化酶成分⑥Cl：啫盐菌必需，改善啤酒味⑦Na+，K+：Na维持渗透性，K渗透压和透性⑧微量元素：酶的辅基和激活剂，机体对其需求很少前体：某些化合物加入到发酵培养基中可直接被微生物合成中结合到产物中去，而其自身的构造并没有多大变化，但产物的产量却因加入前体而有较大提高。增进剂：非常营养，非前体物，却能提高产量的添加剂。克制剂：发酵中加入克制剂会克制某些代谢途径进行，同步使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需的某种产物，或使正常代谢的某一中间代谢产物积累起来。生长因子：生物素、VB1、提供成长因子的农副产物培养基配置原则：（1）营养物质应满足微生物需要；（2）营养物浓度及配比应当合适；（3）物理化学条件合适；（4）根据培养基的目的。培养基种类：（1）天然培养基：凡运用生物的组织、器官及其他抽取或制品配成的培养基。长处：配制以便，经济，营养缺陷：化学成分不清晰或不稳定（2）合成培养基：使用成分完全理解的化学药物配制而成的培养基。长处：成分已知，精确，反复性好缺陷：价格昂贵，培养微生物生长较慢（3）半合成培养基：由部分天然材料和部分已知的纯化药物构成的培养基。（4）液体培养基：各营养成分按一定比例配制而成的液体状态或水溶液状的培养基。（5）固体培养基：液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基，此外，固体营养物与水和盐等混合构成的疏松状培养基也属于固体培养基。理想固体培养基凝固剂条件：1、不被微生物液化、分解和运用2、在微生物生长的温度范围内保持固体状态，凝固点温度对微生物无害3、不会因消毒、灭菌而破坏4、配制以便，价格低，透明性好（6）半固体培养基：指琼脂加入量为0.2~0.5%而配制的固体状态的培养基（7）种子培养基：是为下一步发酵提供数量较多、强健而整洁的种子细胞。一般规定氮源、维生素丰富、原料要精（8）发酵培养基：碳为重要元素，用于生产预定发酵产物的培养基（9）繁殖和保藏培养基：用于菌种保藏，采用斜面培养基（10）基本培养基：满足某种野生型菌株最低营养规定的合成的培养基（11）加富培养基：一般培养基加入血、血清、动植物组织液或其他营养物，用于培养某种或某些营养规定苛刻的异样型微生物或选择性培养（分离、富集）某种微生物使自身大量繁殖，其他菌受克制。（12）选择性培养基：根据微生物某种对特定营养规定或物化条件，运用此根据把某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。（13）鉴别培养基：一类在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而到达只须用肉眼鉴别颜色就能以便地从近似菌落中找出目的菌菌落的培养基。种子扩大培养定义：将休眠的生产菌种经斜面培养基活化，经扁平或摇瓶及种子罐逐层扩大数量，至一定数量和质量的纯种的过程。种子培养任务：保持生产菌种的优良生产性能，得到比较纯净的种子，菌强健，还要有足够的量，以供大规模生产用，好坏关系到产物产量和质量。生产菌种的基本规定：一种发酵产物可有多种生产菌，但产生菌不等同于生产菌，作为生产菌要有一定条件和规定产生菌：可产出所需代谢产物的菌生产菌：用于生产所用的产生菌（1）高产稳产性能、合成能力高，遗传性相对稳定，菌种不衰退，难变异；（2）规定粗放，较易培养，生长繁殖较快，可运用比较多的原料，比原料规定经济易得；（3）非病原菌，对发酵操作如此，且发酵产品用于食品、医药有很大部分，用于此类的菌还规定不产生毒素；（4）最佳能耐受自身代谢产物，最佳是可耐高下温，可耐高温则热天可生产，省下冷却水，最佳可耐酸、碱，产泡沫少，泡沫多需消耗消泡剂多，产品提炼困难。发酵生产措施的类型按发酵过程状态分：（1）间歇①培养基的加入和发酵液放出是一致的②发酵一次一次进行（2）持续①培养液加入到放出是持续的②培养罐中处在稳定状态（3）半持续发酵：培养基持续加入发酵液分批或分别放出分批发酵定义：一封闭系统内具有初始限量基质的发酵方式。特点：环境在发酵过程中不停变化。物理、化学、生物参数都随时间而变化，是一种不稳定的体系。长处：操作简朴，操作引起染菌的概率低，不会产生菌种老化和变异等稳定。缺陷：非生产时间较长，设备运用率低。持续发酵定义：培养基料液持续输入发酵罐并同步放出具有产品的相似体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的PH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。长处：能维持低基质浓度，可提高设备运用率和单位时间产量，便于自动控制。缺陷：菌种发生变异也许性大，规定严格的无菌条件。半持续（补料分派比）发酵定义：在发酵过程中，间歇或持续地补加新鲜培养基的发酵方式。长处：使发酵系统中维持很低的基质浓度和持续相比，不需要严格的无菌不产生菌种老化、变异等问题。缺陷：存在一定的非生产时间和分批发酵比，中途要流加新鲜培养基，增长了染菌的危险。类型：（1）补料方式：持续流加、不持续流加、多周期流加（2）补料成分：单一组分流加多组分流加（3）控制方式：反馈控制、无反馈控制发酵过程的动力学类型发酵动力学：多种发酵中变量在活细胞下变化规律，以及多种条件对变量变化速度的影响，以数学、工程学的原理定量描述。产量常数=产物的量/基质的量=Z/S类型Ⅰ类型Ⅱ类型Ⅲ（一）类型Ⅰ乳酸发酵1、特点：①菌生长的比碳源消耗速率Mc比，产物形成速率Mp均有一种高峰；②三个高峰同步出现，基本平行；③产物和碳源消耗有一定的化学剂量关系，可进行理论计算。2、产物类型：菌体、代谢产物、次级代谢产物（二）类型Ⅱ谷氨酸发酵1、特点：①分为两个时期：菌体生长期、产物形成期；②c源运用的比速度有两个高峰，在产物形成期菌株第二次生长；③c源运用和产物形成无明确的化学剂量关系，但还是有一定关系。2、产物类型：①在产物形成时有中间产物积累②无中间产物积累（三）类型Ⅲ大多次级代谢产物（抗生素）1、特点：①分为两个时期，但产物形成比类型Ⅱ早，在菌体靠近或到达最大值时产物开始生长；②菌体生长碳源运用无第二个高峰；③c源运用与产物形成无量化关系，为次级代谢产物，产物量占发酵液0.1~2%。2、产物类型：①将预知某个发酵按什么状况进展②作为发酵的中间产物控制的理论基础，实践上指导生产、监督生产③持续发酵的设计上，（Ⅰ）用于单级，（Ⅱ）（Ⅲ）用于二级以上使菌体生长和产物形成都得到保证持续发酵动力学持续发酵长处：1、提高了生产率，罐运用率上升，减少菌的非旺盛生长期2、便于管理控制T温度对发酵的影响及其控制一、影响发酵温度的原因（1）产热原因：生物热，搅拌热（2）散热原因：蒸发热，辐射热生物热定义：分解营养物释放出大量能量用途：高能化合物，生长代谢，热量散发影响原因：运用营养速率越大，培养基成分越丰富，旺盛期，呼吸强度发酵热的测定：（1）冷却水流量，进出口温度；（2）罐温自动控制，罐温到达恒定再关闭，测温度随时间上升的速率。二、温度对发酵的影响1、T低，反应速度低，周期长2、T高，反应速度低，但菌易衰老，影响产量3、菌合成与产物合成温度规定不一样三、影响途径1、影响多种酶的反应速率和蛋白质性质；2、影响发酵液物理性质；3、影响生物合成的方向。四、最适温度确实定：在该温度下最适干菌的生长或发酵产物的生成。五、温度的控制发酵罐：夹套（10立方米如下）、盘管（10立方米以上）微生物的耗氧量及氧的供应影响：生长代谢、变化代谢途径需氧量与如下原因有关（1）菌种特性（2）生理状态（3）培养基成分与浓度（4）细胞浓度（5）温度氧的溶解度：25℃25℃25℃1atm空气氧的传递：（1）搅拌成为细胞，阻力有培养液和微生物细胞（2）氧局限性，微生物缺氧窒息（3）耗氧，溶氧要平衡（4）溶氧低于耗氧，氧下降生长受影响溶氧速率：单位体积的培养液在单位时间里溶耗的氧量，单位mM/l.h提高培养液溶解氧速率常用措施：1、提高氧分压（1）通入的空气中掺入纯氧（2）提高罐压；2、提高氧的吸取速率（最重要的一种措施）（1）搅拌，适合细菌生产（2）提高通气量，带走液体水分使发酵液浓缩；3、减少培养液粘度，粘度越大，就湍流下降，液膜变厚，气泡越稳定性；4、减少培养液温度，在容许的条件下减少，可增长溶解速率；5、添加某些物质增长溶氧。表面活性剂可增长溶氧，但不得对菌生长产生影响，不使产物提纯度难，要经济；6、与培养液液柱体积有关。PH值、二氧化碳、基质浓度对发酵的影响PH影响及控制背景（1）菌类在一定的PH内繁殖代谢（2）发酵过程中PH变化。外界变化不大时，菌自身可以调整，但有限引起PH下降的原因：（1）CN比C过多，中间补空气溶氧局限性（2）消泡油过多（3）生理酸性物存在，氨被运用引起PH上升的原因：（1）CN比N过多，AA释放（2）中间补料中氨水或尿素等碱性物加入过多（3）生理碱性物质过多PH值控制：（1）培养基的配比（2）中间补料控制PH值，补Glc或补氨水、尿素（3）PH电极控制加补料或酸、碱来控制PH二氧化碳和呼吸商RE＝CER／OURCER：二氧化碳释放率RQ：呼吸商OUR：菌的耗氧速率对发酵影响：（1）对菌体有克制作用微生物的糖代谢和呼吸率下降，对产物合成影响着详细产品，多为克制，少为增进（2）对发酵的增进作用半链球菌发酵生产多糖（3）影响发酵液酸碱平衡控制：一般通过调整痛通风和搅拌来控制基质浓度对发酵影响及补料控制补料：（1）采用丰富培养基，成分全，浓度高达10~15%（2）补料：在发酵过程中，中途补加的料液，赔偿作用长处：（1）控制营养物质浓度控制菌生长速率，不致太快衰老，自溶推迟，到达增长合成时间，提高产量作用（2）作为控制，扭生异常发酵的手段（3）增长发酵液的总体积泡沫的产生影响、控制产生：通气搅拌，代谢气体逸出，培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂增进影响：（1）减少装料系数；（2）增长菌群非均一性；（3）增长染菌机会；（4）产物损失；（5）消泡剂的加入增长提取困难。控制：机械搅拌、消泡剂、分散剂发酵终点的判断：（1）放罐时间晚，菌自溶，延长过滤处理时间，产物不稳定；（2）放罐时间早，残留过多养分，不利提取；（3）缩短发酵周期，可提高总得生产率；（4）放罐前，补料谨慎。生产率（kg/m3h）得率（kg产物/kg基质）发酵系数（kg产物/罐容积m3发酵周期h）污染的防止与挽救污染：微生物发酵为纯种发酵，如有其他菌侵入称为污染（杂菌污染、噬菌体污染）杂菌污染的防治与挽救体现：（1）生产菌生产受克制，测OD值，菌浓度下降；（2）C、N消耗加速，PH值的不正常变化；（3）泡沫一般增多，粘稠颜色加深，使培养液发酵发臭；（4）发酵周期缩短，产量下降。影响：1、产物产量2、影响产物提炼，使产物质量不得保证，如溶媒存在，使培养液乳化，不易分层①有机溶剂萃取工艺；②离子互换工艺3、对产品质量的影响（内在质量和产品外观）4、对过滤的影响粘度提高，菌体大多自溶，发酵不彻底，基质的残留浓度影响设备的周转使用，破坏生产平衡，大幅度减少过滤吸率5、染菌对三废处理的影响与危害程度有关的几种方面与产品的品种有关，酒精和丙酮丁酸较小，AA破坏严重染菌与发酵周期有关，发酵周期长，较易染菌，如前中期染菌后果较严重染菌类型时间越早、量多，危害越大④染菌原因：公共系数引起染菌，影响面大，后果严重，公共系数为空气，总过滤器，空气管道不严密、公共补料系数、公共系统染菌就会引起持续染菌、大面积染菌。发酵过程染菌的检查判断检查措施：①显微镜检查②平板划线检查③肉汤培养检查检查中注意事项：（1）检查成果以AB成果为重要根据（2）做三个平行样（3）定期取样（4）放罐后12h，确定为无菌时方可弃去（5）取样时防外界杂菌混入引起染菌的重要途径和原因生产环节1、种子培养阶段也许染菌①生产菌种在保留、转移时②种子扩大培养，种子罐也许染菌，培养基带菌防治措施：抗污染强的菌株，定期进行分离，严格无菌操作，培养基首先要进行无菌试验，种子自身也要无菌试验。2、培养基规定灭菌彻底，培养基尽量不能破坏，灭菌过程中培养基要到达预定体积，培养基灭菌后泡沫不可太多。培养基灭菌措施：持续灭菌（长处：高温、短时间、培养基破坏小）、实罐灭菌、空消培养基灭菌的几种环节易导致染菌的：①冷空气排除不彻底导致假压，有空气混入水蒸汽（三路进气：列管、排料管、进空气管）②防止蒸汽走短路，由于空气走阻力小的管路③负压抽吸，无菌空气保压④泡沫过多（由于其传热性差，使其中杂质保留）3、空气系数过滤系统出问题，重要是过滤介质失效4、设备渗透安装不妥，有死角存在状况分析1、杂菌类型染芽孢：设备死角，使芽孢存活，培养基不彻底染霉菌：培养基灭菌不彻底染球菌：大部分从空气来，重要是空气过滤系数失效染G-：大部分从水中来，是由于设备的渗透2、染菌规模多罐：同步，同类型——公共系统染菌单罐持续——大多设备问题，染菌时间会往前推偶尔染菌状况较复杂，几种状况都也许，偶尔单罐染菌，操作不慎引起3、从染菌时间来分析（1）初期：也许是种子罐培养基灭菌不彻底，设备渗透，管道有死角，操作不慎，染菌防治，以防为主；（2）应把染菌的位置时间和染菌的类型等多种现象加以综合分析，才能对的判断从而采用对应的对策和措施；（3）严格无菌操作，加强对染菌的检测。发酵染菌的原因及防止1、种子带菌的原因①无菌室的无菌条件不符合规定；②培养基灭菌不彻底；③操作不妥。2、种子带菌的防止种子带杂菌是发酵前期染菌的重要原因之一每次接种后，取少许的种子悬浮液进行平板检测，肉汤培养基阐明与否染菌染菌后的挽救措施种子罐染菌：先灭菌再倒灌，再空消取用备种或倒种发酵罐染菌：根据染菌时间不一样采用对应的措施前期染菌：染菌危害不大，采用补种措施，使生产菌在发酵罐中占绝对优势染菌危害大，先补加营养再重新灭菌，再接种染菌危害极大，先放掉一部分发酵液，新配培养基加入，先灭菌接种，再发酵中后期发酵：①用减少罐温，调PH，变化通气量，减少染菌繁殖发酵；②对分法，减少染菌数量及有害物质浓度；③加抑菌体、杀菌剂，如抗生素、添加量根据试验来定；④提前放罐提炼杂菌会分解产物状况下，可加磷、玉米浆，让菌加速代谢，提前放罐。噬菌体的污染防治比染菌要严重得多，极其一般①其个体极小，过滤介质都易受之污染，甚至厌气性发酵也会受之污染；②其繁殖快，引起生产菌大量裂解，子代数量大；③会产生发酵侵染噬菌体的恶性循环，也许引起整个车间持续倒灌。污染途径：①溶源菌为生产菌，其感染的温和噬菌体，在转移中，由于条件的变化，也许发生变异，也许变为裂解性或烈性噬菌体，从而引起危害②感染的三个基本条件：环境中有噬菌体，环境中有活菌体，要有接解条件工厂周围一般均有噬菌体，通过气流、尘埃、人车来往，因而也许从生产的多种环节中侵染环境中活菌体，随排气，从泡沫中排出，倒灌中取样口，洗罐液中防止措施：①消灭噬菌体，检查出噬菌体，对周围环境普查，琼脂平板，生产菌为指标菌，检查噬菌斑。有威胁时，常常检查种子液、发酵液与否正常倒灌前要灭菌，洗罐取样要集中在一种地方，废气也要药物处理②选育抗噬菌体的菌株注意：（1）耐受性因变异而消失（2）噬菌体变异③采用专一性不一样的生产菌株选噬菌体不侵染的种，噬菌体侵染特性不一样的菌株④采用药物防治的措施在生产已受到噬菌体的威胁和侵染时，可采用药物防治，螯合剂、表面活性剂、抗生素、聚胺类挽救措施：种子罐：重消→倒罐→空消前期：补料→重消（温度可低一点80~90℃中后期：加热处理再提取，适于产物耐热耐热，药物处理染了噬菌体都要灭菌，最佳用甲醛熏蒸氨基酸工艺学氨基酸发酵工业是运用微生物的生长和代谢活动生产多种AA的现代工业。氨基酸发酵代谢控制（1）控制发酵条件（2）控制细胞渗透性（3）控制旁路代谢（4）减少反馈作用物浓度（5）消除终产物的反馈克制与阻遏作用（6）增进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成谷氨酸发酵机制（1）菌体代谢调整机制；（2）细胞膜通透性的特异调整；（3）菌种选育模型与控制措施。谷氨酸生长水平好坏有关原因：（1）菌种、工艺、设备条件协同配合（2）正常条件下，菌体产生谷氨酸在发酵液中为1mg/ml（1%）（3）谷氨酸代谢调整，细胞膜透性调整与环境条件协调配合谷氨酸生物合成途径（1）二氧化碳固定1Glc~1Glc81.7%（2）乙醛酸循环1.5Glc~1Glc54.4%包括EMP、HMP、TCA、DCA（乙醛酸循环）、二氧化碳固定谷氨酸合成的理想途径：（1）产生菌必须具有（内在原因）①a-kGAC脱氢酶活性微弱或缺失②谷氨酸产生菌体内的NADPH的氧化能力欠缺或丧失③DCA关键酶—异柠檬酸裂解酶④菌有强烈的谷氨酸脱氢酶活性体系中存在二氧化碳固定反应，二氧化碳酶需Mn离子，培养基中加入微量Mn离子生物素：由一种噻吩环和一种脲基构成的双环化合物，作为羧基的载体在多种酶促催化反应中接受和供出羧基提高生产能力详细体现：①强化二氧化碳固定，详细措施，控制好Mn离子和生物素浓度②控制溶氧浓度氨导入：还原氨基化反应为主导（2）外在原因1、生物素对GA发酵的影响：①参与糖代谢，影响糖降解速度，不影响EMP、HMP比率②控制生物素浓度，以实现对DCA的封闭当生物素缺乏时：①PEP有氧氧化就会减弱，则乙酰辅酶A的生成就会少，醋酸浓度减少，它的诱导作用减少；控制生物素，异柠檬酸裂解酶活性消失；②生物素对TCA的增进作用下降，使琥珀酸上升，阻遏作用加强。乙醛酸循环基本上是封闭的，代谢流向异柠檬酸→a-kGAC→谷氨酸，两者作用使异柠檬酸丧失，DCA封闭；③生物素对氮代谢的影响。生物素丰富时，出现“只张菌，不产酸”现象，GA发酵中晚期，一定量的生物素是必须的，但在产物合成期，则要限制生物素浓度，以保证产物正常合成。生物素缺乏时，铵离子影响N代谢速度生物素丰富时，铵离子不影响N代谢速度④生物素对菌的细胞膜通透性，生物素是菌体合成细胞膜的必需物2、供氧浓度：低，需氧发酵；高，NADPH氧化，产物少。3、铵离子浓度①PH②产物形成低，不利于a-kGAC还原氨基化；高，产生Gln铵离子的供应体：液氨、流加尿素4、磷酸盐过量①促EMP，积累PEP，产生乳酸；②产生并积累缬氨酸缬氨酸①克制Glc→PEP，使GA的生物合成受到制止；②消耗了PEP，减少了糖酸化；③缬氨酸严重影响了GA结晶提取。谷氨酸生产菌的特性、育种及扩大培养谷氨酸生产菌的重要特性与菌学性质既有葡萄糖生产重要是四个属：短杆菌属（短杆菌科），棒杆菌属、小杆菌属、节杆菌属（棒杆菌科）既有谷氨酸生产菌的重要特性：1、细胞形态为球形，棒形以至短杆2、G+无芽孢，无鞭毛，不能运动3、都是需氧型微生物4、都是生物素缺陷型5、腺酶强阳性6、不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白及明胶等7、发酵中菌体发生明显的形态变化，同步发生细胞渗透性的变化8、、二氧化碳固定酶系活力强9、异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱10、a-酮戊二酸能力缺失或微弱11、还原性辅酶Ⅱ进入呼吸链能力弱12、柠檬酸合成酶、乌头羧酶，异柠檬酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力强13、能运用醋酸，不能运用石蜡14、具有向环境中泄露谷氨酸的能力15、不分解运用谷氨酸，并能耐高浓度谷氨酸，产生谷氨酸5%以上国内谷氨酸生产菌及其比较发酵过程中形态变化Glu菌对生物素有蓄积，因此在种子罐中适量不过量1、种子的菌体形态斜面菌稍小，一、二级种子菌体大而粗壮0~7h生物素处在贫乏16~20h生物素耗完非积累型→积累型2、Glu发酵不一样阶段的菌体形态0~8h/0~10h长菌型细胞：短杆至棒状，单个/成对/“V”字型8~18h/10~20h转移期细胞：伸长、膨大，长菌型与产酸型同存16~20h产酸型细胞（含磷脂局限性），伸长、膨大、不规则，细胞长，多展现明显的多节细胞，类似花生状，产酸高3、Glu发酵代谢控制育种（1）平常菌种工作①定期分纯；②小剂量诱变剂刺激，淘汰生长微弱菌株；③高产菌种制作安培瓶。（2）选育耐高渗透压菌株①耐高温选育在20~30%葡萄糖的平板上生长好的突变株②耐高谷氨酸选育15~20%味精的平板上（3）选育不分解运用谷氨酸的突变株使用不分解运用的GA切断a-酮戊二酸继续向下氧化的反应，即选育以葡萄糖为唯一碳源，菌体不长或生长微弱的突变株（4）选育细胞膜渗透性好的突变株①抗Vp类衍生物；②溶菌酶敏感突变株；③选育温度敏感突变株（5）选育强化二氧化碳固定反应的突变株①选育以琥珀酸为唯一碳源的培养基上生长快、大的菌株；②选育氟丙酮酸脱氢酶敏感的菌株。（6）选育减弱乙醛酸循环的突变株①选育琥珀酸敏感型突变型；②选育不运用醋酸的突变株。（7）选育强化TCA中从柠檬酸酸-a-酮戊二酸代谢的突变株①选育柠檬酸合成酶强的突变株；②选育抗氟乙酸、氟化钠、氟柠檬酸等突变株。（8）选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调整的突变株（9）选育强化能量代谢的突变株①抗呼吸链克制剂突变株；②抗ADP磷酸化克制的突变株；③抗克制能量代谢抗生素的突变株。（10）选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株①选育莽草酸缺陷型或添加芳香族AA能增进生长的突变株；②抗嘌呤、嘧啶类似物的突变株；③选育抗核酸类抗生素突变株。菌种的扩大培养和种子质量规定斜面菌株→一级种子培养→二级种子培养→发酵罐种子的扩大培养1、斜面的扩大培养：有助于菌种生长而不长酸，菌种纯度高，不得有杂菌、噬菌体，培养基多具有机氮而不含或少含糖为原则①斜面培养基葡萄糖0.1%，蛋白胨1.0%，牛肉膏1.0%，氯化钠0.5%，琼脂2.0~75%，PH7.0~7.2②培养条件7338、B930~32℃T6-1333~34一级种子目的：培养大量繁殖活力强的菌体培养基：少含糖，多具有机氮，利于菌体生长培养条件：1000ml三角瓶，灭菌后置于冲程7.6cm,频率96次/min往复式摇床，（10~20%）震荡培养12h一级种子的质量规定：种龄12h，PH值6.3~6.5，光密度净增OD值0.5以上，残糖0.5%如下无菌检查、噬菌体检查镜检：菌体生长均匀、粗壮、排列整洁二级种子种子罐容积取决于发酵罐容积大小和接种量比例培养基构成：根据菌种生长状况增减生物素用量，随时间整培养基构成培养条件靠近于发酵生产的条件：接种量0.8~1.0%，温度32无菌检查、噬菌体检查、残粒0.1%左右，镜检：生长旺盛、排列整洁影响种子质量的原因：培养基构成、温度、PH值、溶解度、接种量、培养时间淀粉水解糖制备意义及规定1、意义：碳源是构成葡萄糖的碳架，同步提供能量糖需预处理：减少生物素含量→活性炭处理、水解活性炭处理、树脂处理2、具有规定：①含糖量>16%；②糖液清净；③糖液不能模糊精；④糖液不变质；⑤分光率90%以上；⑥转化率90%左右。转化率=水解糖液数量（升）*含糖量（%）*100%/(投入淀粉量*原料淀粉中含纯淀粉*1.11)DE值：淀粉水解程度及糖化程度。是指葡萄糖（所有测定的还原糖权当葡萄糖来计算）占干物质的百分率。DE值=还原糖/干物质*100%DX值：糖化液中葡萄糖含量占干物质的百分率。淀粉水解糖的制备措施酸水解、原理：以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压下将淀粉转化为葡萄糖的措施。特点：生产以便、设备简朴，水解时间短，设备生产能力大规定：设备耐腐蚀、耐高温、耐高压，对原料规定严格淀粉酸水解工艺（1）工艺流程①淀粉乳浓度的选择淀粉水解时，淀粉乳的浓度越低，水解液的Glc值越高，糖液色泽越浅，淀粉乳的浓度越高，易发生复合分解反应，故一般控制在10~11°Beˊ。②酸种类的影响常用的酸：盐酸、硫酸和草酸催化效率：盐酸最强，另一方面是硫酸、草酸加酸量—加盐酸0.5~0.8%，控制PH值在1.5左右酸添加措施：③压力和时间的选择④糖化设备的选择2、酶解法a-淀粉酶液化后在酸水解葡萄糖3、双酶法淀粉酶+糖化酶条件温和、原料粗放、生产周期长4、酸酶法先将淀粉水解制成糊精、低聚糖，再水解成Glc酶解法制糖工艺原料（淀粉、水、盐酸）→液化→糖化→冷却→中和、脱色→过滤→糖液（1）淀粉乳溶度的选择，10~11°Be′淀粉乳浓度越低，水解液的葡萄糖值越高，糖液色泽越低淀粉乳浓度越高，易发生复合分解反应（2）酸的种类和影响催化效率：盐酸最强，另一方面是硫酸、草酸盐酸：产生氯化物，增长糖液灰分，影响结晶、分离和收率，颜色浅硫酸：用硫酸钙中和时，生成的硫酸钙在蒸发时易生成结垢，影响传热草酸：用碳酸钙中和时，生成的草酸可基本除去，糖液纯度高，颜色浅，但催化能力较低加酸量：以淀粉的PH值为指标，当采用10~11°Be′的淀粉乳时，加盐酸0.5~0.8%，控制PH在1.5左右添加措施：一般先将1/3的酸稀释放入锅内，其他酸放入粉浆中，再泵入（3）压力和时间的选择245~392Kpa高温短时，压力大水解快（4）糖化设备的选择高径比中和、脱色、除杂中和：纯碱，氢氧化钠，温度140~150脱色、除杂：活性炭用量0.2~0.8%，温度70~80℃双酶法制糖工艺（1）淀粉液化措施：升温液化法，高温液化法，喷射液化法、分段液化法（2）糖化：曲霉糖化剂：60℃，PH跟酶：55℃Glu发酵控制（一）发酵培养基：需要大量C、N源，控制生物素（1）碳源淀粉水解糖规定：①糖浓度高：影响氧溶解浓度，Glu对糖的转化率低②淀粉水解糖的质量：水解局限性运用率低，产泡沫水解过度复合水解产生龙胆二糖、异麦芽糖等物质（2）氮源作用：合成菌体Pro、核酸等合成物质，一部分用于调整PH。一般发酵工业C/N为100:0.2~2.0GluC/N100:15~30当C/N在100:1以上才开始积累GAC/N对发酵的影响极大GA发酵合成菌长菌：铵离子过量会克制菌生长产酸：铵离子局限性会使a-酮戊二酸积累菌运用无机N比有机N快：铵盐、尿素、氨水①尿素高浓度尿素抑菌，灭菌温度不适宜过高作用：构成菌体含氮物质；构成GA的氨基；调整PH值，可分批流加②液氨99~99.8%含氨量，20%含氨水③碳酸氢铵N17.6%有机氮有助于长菌，GA发酵对有机氮需要量不多（3）无机盐①P过高——转向合成缬氨酸、Ala过低——菌生长，代谢不好②硫酸镁Mg最低25PPmm酶的激活剂③K酶的激活剂菌生长0.1g/LGA生成0.2~1.0g/L少——长菌体多——产GA④微量元素酶的激活剂量多既有有毒性⑤有害元素Hg、硫酸铜（4）生长因子定义：微生物生长不可缺乏的微量的有机物目前以糖质原料为碳源的Glu生产菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子，有些还以硫胺素为生长因子，油酸缺陷型则以油酸为生长因子。①生物素作用：影响到细胞透性及代谢途径菌体吸取培养液中生物素的速度是极高，远超过菌体所需②维生素B1硫胺素③提供生长因子的原料：玉米浆亚硫酸浸泡玉米面得到浸泡水浓缩物0.4~0.8%用量麸皮水解液Pro、AA等成分较玉米浆少1%左右用量廉价糖蜜AA、有机氮低0.1~0.4%用量酵母酵母膏、酵母浸出粉(二)PH对GA发酵影响（1）影响酶活性；（2）影响微生物细胞膜电荷；（3）影响培养基某些培养物中产物代谢物的离解，既而影响微生物对这些物质的运用；（4）往往引起代谢途径的变化。采用尿素流加措施来控制（分批次）长处：由于尿素分解，运用及PH值变化有一定规律易控制流加量和次数根据：PH值变化和菌生长消耗、发酵不一样阶段来决定前期PH7.5（控制杂菌）中期PH7.2后期PH7.0放罐PH6.5~6.8（以利于提取）①菌生长较慢、耗糖慢，应少许多次PH低以利长菌，脲酶活力弱，耐尿力强②生长和耗糖快，流加尿素可多，一直菌体生长③后期，少加还是不加残糖少，靠近放罐时，防止导致提取困难④氨水对PH值影响大，持续流加（三）温度对GA发酵的影响GA发酵属动力学类型Ⅱ，菌生长到一定阶段再生产GA，最适温度30~32GA合成温度34~37℃采用措施：少许多次流加尿素，维持最适温度，减少风量等（四）供氧对GA发酵的影响当Pl<Pl临界，菌的需氧量得不到满足。供氧太多导致挥霍，高氧水平克制菌生长和GA生长一般培养基丰富、糖浓度高、生物素含量高、需氧量大长菌阶段，供氧过量，生物素限量下，一直菌体生长，体现为耗糖慢、长菌慢，PH较高，且不易下降发酵阶段，供氧过量，竞争氢离子，阻碍代谢导致a-酮的积累发酵前期以低通风量为宜；发酵中、后期为高通风量（五）泡沫的形成和消除发酵中PH前高后低（原因：发酵前期细菌生长需要较高PH，也可以克制杂菌生长，后期克制其生长需要减少PH）；温度前低后高（原因：在前期温度过高，菌易衰老，PH高，糖耗慢，周期长，产酸量低）谷氨酸发酵（一）发酵过程重要变化和中间代谢物的控制（1）适应期（3h）PH上升，糖不运用（2）对数生长期（3~8/4~10h）长菌期，糖耗快，尿素大量分解使PH上升，氨被运用后PH又下降。溶氧急剧下降后维持在一定水平，菌体浓度增大，形态为排列整洁的八字形，不产酸。及时供应菌体生长必须的氮源及调整PH，维持30~32（3）转化期（8~14/10~18h）繁殖型变为产酸型，膜变得不完整（4）产酸期（14~32/18~36h）提高温度为36~37℃提供必须的氨及PH维持在7.2~7.4，大量通气，控制温度34~37（二）提高发酵产率的安全措施（1）优良的高产菌种；（2）合适的环境条件；（3）原料质量好；（4）合理的发酵