发酵工程课程总结

发酵工程概图微生物特点：①微生物比外表积大；②转化才干强；③敏殖速度快；④变异率高；⑤分布范围广泛。发酵:是指利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动，来制备微生物菌体本身或其代谢产物的过程。发酵工业是指利用微生物生命活动产生的酶，对无机或有机原料进展酶加工获得产品的工业。其主体是利用微生物酶进展生化反响的工业。发酵工业：传统发酵〔也称酿造，如醋、酱、酒等〕近代发酵工业〔如酒精、乳酸等〕现代发酵工业〔抗生素、氨基酸、酶制剂等〕发酵工程：是指具有工程技术的微生物学在工、农、医等领域运用，而构成的一门多学科交叉的学科。实现发酵工程，必备条件：①某种功能的微生物；②控制微生物生长和代谢的各种条件；③微生物发酵设备；④发酵产物提取、精制的条件和设备。发酵工业大致阅历如下几个阶段：1．自然发酵阶段2．纯培育技术的建立3．通气搅拌发酵技术的建立4．代谢控制发酵技术5．开辟发酵原料时期6．基因工程阶段1、微生物菌体发酵2．微生物酶发酵3．代谢产物发酵4．微生物的生物转化发酵5．微生物特殊机能的利用发酵工程的范围发酵工程的未来

1．利用基因工程技术改良菌种2．动植物细胞培育技术3．固定化酶或细胞技术微生物代谢代谢：生物体内所进展的全部化学反响的总和。代谢----物质代谢和能量代谢〔酶〕；物质代谢--分解代谢与合成代谢〔酶〕；能量代谢--产生、储运和利用〔酶〕。微生物代谢：初级代谢：普通把具有明确的生理功能，对维持生命活动不可短少的物质代谢过程。其产物称为初级代谢产物，如氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和维生素等。次级代谢：把一些没有明确的生理功能，不是维持生命活动所必需的物质的代谢过程。其产物称为次级代谢产物，如某些色素、抗生素、毒素、生物碱等。代谢过程错综复杂，但受体内调理系统严厉控制，并按照顺序、协调有效地进展，维持体内代谢平衡。对微生物而言：代谢过程----细胞内自我调理微生物代谢调理方式:1.细胞透性调理；2.代谢途径调理；3.代谢流向调理；4.代谢速度调理(酶活性或酶数量)。发酵工程消费程度由消费菌种性能、发酵条件、提取工艺和消费设备。其中消费菌种是最重要的，消费菌种最初都来源于自然界。①具有在较短的发酵周期内产生大量发酵产物的才干。②在发酵过程中不产生或少产生与目的产品性质相近的副产物及其他产物。③生长繁衍才干强，生长速率快。优良的消费菌种应具备根本特性：④可以高效地将原料转化为产品。⑤有广泛利用不同来源原资料的才干，并对发酵原料成分动摇敏感性较小。⑥对需求添加的前体物质有耐受才干，并且不能将这些前体物质作为普通碳源利用。⑦发酵过程中产生泡沫要少。⑧具有抗噬菌体感染才干。⑨遗传特性稳定，保证发酵过程可以长期、稳定地进展，同时有利于实施最正确工艺控制。消费菌种选育方法：自然选育、诱变选育、抗噬菌体菌种选育、杂交育种、原生质体交融技术、基因工程技术等。自然选育:不经人工处置，利用微生物自然突变进展菌种选育的过程。自然突变缘由：1.多要素低剂量的诱变效应，2.互变异构效应。自然选育程序:取样→菌悬液→稀释→平板分别→单菌落→才干检测→菌种。诱变育种：是利用物理、化学诱变剂处置微生物细胞，提高基因突变频率，再经过适当的挑选方法获得所需求的高产优质菌种的育种方法。常用的诱变剂--物理、化学和生物的三大类。诱变育种根本方法诱变育种----诱变和挑选诱变----包括出发菌株选择、诱变剂种类和剂量选择，以及合理运用方法。挑选----初筛和复筛，测定菌种的消费才干。诱变剂的运用方法诱变的方法：单一诱变和复合诱变。单一诱变：指只用一种诱变剂处置菌种。复合诱变：指两种以上诱变剂处置菌种。复合诱变处置包括同一诱变剂多次处置、两种以上诱变剂同时、先后处置或多次处置。原生质体交融技术基因工程技术杂交育种菌种保藏的原理和方法发酵类型：1.分零售酵2.补料分零售酵3.半延续发酵4.延续发酵5.细胞高浓度发酵是研讨各种环境要素与微生物代谢活动之间相互作用随时间而变化－－即生物反响速度的规律。微生物发酵动力学研讨方法：是用数学模型定量地描画发酵过程中细胞生长速率、基质利用速率和产物生成速度等要素的变化，以到达对发酵过程有效的控制，从而提高产品的产率及降低消费本钱的目的。发酵动力学模型：发酵动力学模型，是为了描画菌体生长、碳源利用与代谢产物构成速度变化，以及它们相互之间的动力学关系。目前有多种动力学分型。碳源利用与产物构成速度的关系动力学分型，它将发酵过程分成了三个类型。1〕Ⅰ型——产物直接与碳源利用有关；2〕Ⅱ型——产物间接与碳源利用有关；3〕Ⅲ型——产物外表与碳源利用无关。分零售酵动力学分批培育：是一次投料，一次接种，一次收获的间歇培育方式。这种培育方式操作简单，发酵液中细胞浓度、基质浓度和产物浓度均随时间而不断变化。就细胞浓度变化而言，在分批培育中要阅历延迟期、对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期〔图4-2〕。延续培育动力学延续培育或延续发酵是指在培育过程中，延续地向发酵罐中加人培育基，同时以一样流速从发酵罐中排出含有产品的培育基。普通延续培育方式可归纳为两种根本方式：一种是罐式或搅拌发酵罐，另一种是管式反响器。微生物发酵营养基质控制营养物质：可以满足微生物生长、繁衍和各种生理活动所需的物质。生长因子种类：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶、卟啉及其衍生物、固醇、胺类、C2～C6直链或分支脂肪酸等，还有一些特殊的辅酶。能提供生长因子的天然物质有酵母膏、蛋白胨、麦芽汁、玉米浆、动植物组织或细胞浸液以及微生物生长环境的提取液等。微生物发酵pH控制发酵液pH变化，与发酵关系极为亲密，对菌体生长繁衍和产物积累影响极大，因此是一项重点检测的发酵参数。pH影响结果1.菌体大小、长度缩短、直径和数量。2.pH影响细胞膜的电荷形状，进而引起膜的浸透性发生改动，再进而影响菌体对营养物质吸收和代谢产物的构成。对产物的稳定性同样有影响。3.pH对某些生物合成途径有显著影响引起pH变化缘由：①取决于微生物本身的代谢，②还与培育基的成分有极大关系。生理碱性物质:某些物质被微生物利用、氧化复原后，可使pH上升，这些物质称为生理碱性物质。如有机氮源、硝酸盐、有机酸等。生理酸性物质:某些物质被微生物利用、氧化复原后，使pH下降，这些物质称为生理酸性物质。碳源代谢往往起到降低pH作用，例如，糖类氧化不完全时产生的有机酸；脂肪不完全氧化产生的脂肪酸、硅盐氧化后产生的硫酸等。发酵过程pH控制方法①主要思索培育基中生理酸性物质与生理碱性物质的配比；②经过中间补料进一步加以控制。生理酸性物质－－〔NH4〕2SO4；生理碱性物质－－氨水。当pH和氨氮含量均低时，补加氨水；假设pH较高，而氨氮较低时，应该补加〔NH4〕2SO4微生物发酵温度控制温度是影响有机体生长繁衍最重要的要素之一。任何生物化学酶促反响都直接与温度变化有关的。对微生物发酵来说，温度影响是多方面的，可以影响各种发酵条件，最终影响微生物生长和产物构成。温度对发酵影响:酶反响看，温度上升→生长、繁衍、代谢。酶促反响动力学看，温度升高→反响速度加快→呼吸加强→细胞生长、繁衍加快。但随着温度上升→酶失活速度加快→菌体衰老提早→发酵周期缩短→对发酵消费是极为不利。最适发酵温度选择与控制选择最适发酵温度应该思索两个方面：①微生物生长最适温度，②产物合成最适温度。不同菌种、菌种不同生长阶段以及不同培育条件，最适温度都不同。微生物发酵时间控制发酵时间：是指菌种接入发酵基质起至发酵终了为止的时间间隔。发酵时间尽能够短、思索提高产物收得率、降低底物耗费率、提高经济效益、利于后序处置及产质量量等。过度延伸发酵时间缺陷：①消费效率降低；②对后续提取工序不利，如菌体自溶释放出菌体蛋白或体内的酶，改动发酵液性质，使发酵液过滤困难，会使一些不稳定产物遭到破坏，降低不稳定发酵产物的产量。过度缩短发酵时间：①会减少产物产量，降低了消费效率；②发酵液还残存较多的糖、氨基酸、消沫剂、无机盐离子等对发酵液过滤和产物提取时的树脂交换有影响。微生物发酵溶氧控制氧是细胞呼吸底物。溶氧量是指溶于培育液中的氧气量。适宜溶氧量能保证菌体内正常氧化复原反响。溶氧量少，导致能量供应缺乏，微生物将从有氧代谢转化为无氧代谢来供应能量；碳源物质不完全氧化产生乙醇、乳酸、短链脂肪酸等有机酸的积累，都将抑制菌体生长与代谢。溶氧量高，导致培育基过度氧化；细胞成分由于氧化而分解，也不利于菌体生长。溶解氧对产物构成影响是多样性：①大量供氧才干高产，供氧缺乏，产量下降。如谷氨酸、精氨酸发酵。②对氧不敏感，虽然氧充足时高产，但限制供氧量对产量影响不明显，如赖氨酸、苏氨酸等发酵。③供氧充足，产物合成遭到抑制，只需在供氧遭到限制时才干高产，如亮氨酸、苯丙氨酸等发酵。发酵过程对氧需求与产物合成代谢途径有关，假设代谢途径中产生NADH越多，呼吸链需求氧就越多，必需多供氧。有的发酵需求在不同阶段进展不同供氧。如天冬酷胺酶消费，前期好氧发酵，后期厌氧发酵，能提高酶活性。消费上影响需氧要素主要有以下几方面:①溶解氧浓度：溶解氧浓度高时普通需氧量相对较低。②消费菌种：不同菌种对氧的要求不同，即使同一菌种的不同时期对氧的需求亦不一样。如：在发酵初期，呼吸最强但总菌量小，总需氧量不大，通气量可减小些；进入对数期，菌体大量添加，呼吸又在较高程度上，此时需氧量增大，直到最高，这时通气量要加大，直到最大。③培育基：不同种类和不同浓度的碳源对微生物的需氧量影响明显。当碳源浓度添加，菌种需氧量也添加；如发酵中补料会添加微生物对氧的需求量；无机浓度对微生物需氧量也有较大影响，如磷酸盐浓度升高，金霉素产生菌对氧气的需求也大大添加。④有毒产物的构成和积累：发酵液中二氧化碳等代谢产物假设不能及时从培育液中排出，让其在发酵罐中积累，就会抑制微生物的呼吸并对微生物有毒害作用，减小氧的需求量。⑤消沫剂的影响：如运用消沫剂可被微生物利用，那么会加强需氧量。⑥其它要素：发酵接种量大，微生物生长快，菌体浓度大需氧量多；幼龄菌体呼吸强度高，需氧量大。影响供氧要素：供氧是指氧溶于培育液中的过程。氧在培育液中溶解度很低，对于好氧发酵必需不断通人空气并搅拌，以满足对溶解氧的需求。溶解氧浓度与发酵液物理化学性质、温度等有关。消费上影响供氧主要要素有以下几方面。①搅拌，在深层培育过程中机械搅拌是加速氧溶解的重要条件。②空气流速，普通空气流速提高，可提高供氧量，但空气流速过大，搅拌器叶轮发生过载，即叶轮不能分散空气，此时气流构成大气泡在轴的周围逸出。当空气流速超越过载速度时，通气效率就不再添加，反而添加动力耗费。③罐压，罐压增大，普通溶氧量增大，但也会增大二氧化碳溶解度，影响发酵。④空气分布器，良好分布器可增大供氧量。⑤温度，温度升高氧溶解量下降。⑥空气含氧量，富氧空气可提高溶解氧量，即提高氧供应量。工艺控制：氧的供应是用空气紧缩机将空气紧缩，经除菌后经过分布管通入发酵罐内，并经过搅拌把培育液内的空气打碎，使之与培育液充分混合，添加通气效果。溶氧量的调理普通可经过调理通气量大小及搅拌强度实现〔空气流量增大、添加搅拌转速可使供氧量提高，反之下降〕。另外，控制发酵液中菌体浓度也可调理氧的供需情况；经过控制培育基浓度来实现调理氧。如青霉素发酵消费中就是经过控制补料中葡萄糖浓度来控制发酵液中菌丝浓度，进而实现氧供需情况的调理。此外，工业消费中还可以经过调理罐温、排二氧化碳、改善发酵液的物理性质、液化培育基、中间加水、运用外表活性剂等方法来控制溶氧浓度；经过控制补料速率及罐压及空气中氧气含量也可调理溶氧量。发酵染菌危害——产物收得率低；——产质量量差；——浪费原资料；——经济效益差；——呵斥环境污染。发酵过程异常景象判别〔1〕溶解氧程度异常；〔2〕排气中CO2异常；

〔3〕pH变化及菌体酶活力异常。〔1〕种子带菌〔2〕无菌空气系统染菌〔3〕培育基灭菌不彻底〔4〕设备管道灭菌不彻底〔5〕设备管道系统渗漏杂菌污染缘由分析呵斥杂菌污染主要缘由:——设备问题为主，如设备渗漏、管道不严密、设备中存在死角、空气过滤系统失效等；——其次是种子〔主要是二