第三章发酵工程
第一节绪论
远古时代已经有发酵工程：酿酒、造醋、制面包等。
发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。
现代发酵工程不仅生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。
发酵工程从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程。
上游工程包括：基因工程或细胞工程，种子培养，培养基配制，灭菌，接种。
下游工程包括：产物提取和纯化，废弃物处理，产品的获得。
一、发酵工程定义：
发酵工程（fermentation engineering）主要指在最适发酵条件下，在生物反应器中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。
发酵工程是生物技术产业化的基础和关键技术，无论传统发酵产品，如抗生素、氨基酸等，还是现代基因工程产品，如疫苗、人体蛋白质等，都需要发酵技术进行生产。
1．传统发酵
最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。ferver：发泡、沸腾——fermentation
发酵现象的本质
①显微镜观察：微生物（列文虎克）
②著名的巴斯德实验：微生物作用（1857年法国化学家、微生物家巴斯德（Pasteur）提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。”）巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。
③著名的毕希纳实验：酵素（酶）的作用（1897年德国化学家毕希纳（Buchner）发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精———酶）
2．生化和生理学意义的发酵
指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
3．工业上的发酵
泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。包括：
①厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
②通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
4．对发酵现象的不同理解——两种角度（能量、产物）
①生物化学家（侧重能量代谢）：
A能够在氧分子参与下进行有氧呼吸产生能量的生物可以进行：有氧呼吸（氧供应充分、有机物氧化彻底、产生大量能量）和糖酵解（暂时缺氧、有机物氧化不彻底、产生少量能量）。
B无氧呼吸：特指那些不需要氧的微生物所进行的能量代谢。指有机物经彻底或不彻底氧化，所脱下来的电子最后传给外源的无机氧化物（个别是有机氧化物）并释放较少能量。
生物化学家看待微生物发酵过程：发酵是酵母无氧呼吸产生能量的过程。发酵是指有机化合物进行无氧代谢释放能量的过程。厌氧发酵是厌氧菌借助氧化-还原反应释放能量的过程。需氧发酵是好氧生物在受到分子态氧短缺限制时的不完全氧化释放能量的过程。
②工业微生物学家（侧重产品的生产）：
发酵是利用微生物培养来生产产物的无氧或需氧的任何过程。利用生物细胞（包括动、植物细胞）培养来生产产物的所有过程（需氧过程、细胞工程）。
5．发酵工程的内容：
①有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；
②在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；
③种子培养和生产培养的不同的工艺技术。
④在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。
⑤由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。
二、发酵工业的发展历史
1．天然发酵阶段
①纯培养技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地控制微生物的发酵进程。
②通气搅拌发酵技术的建立：青霉素的生产——深层培养
③代谢控制发酵技术的建立：微生物进行甾体化合物的转化，Glu和Lys发酵生产。对微生物具有高度专一性的酶反应
作为合成手段的一部分加以利用，进行合理的代谢。
2．开拓发酵原料时期
寻求更多更广泛的新型的发酵原料，如石油发酵，醋酸生产谷氨酸。
3．基因工程阶段
采用酶学的方法，将不同来源的DNA进行体外重组，再把重组DNA设法转入受体细胞内，并进行繁殖和遗传下去。人们能够根据自己的意愿将微生物以外的基因导入微生物细胞中，从而达到定向地改变生物性状与功能创新的物种，使发酵工业能够生产出自然界微生物所不能合成的产物。
三、发酵工业的范围
1．以微生物细胞为产物的发酵工业
定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。
特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定期产量最高。
2．以微生物代谢产物为产品的发酵工业
①对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。
②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，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。
生产初级代谢产物和次级代谢产物所采取的发酵方法和注意事项不同。
3．以微生物酶为产品的发酵工业
酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。
分类：胞内酶和胞外酶。
生物合成特点：需要诱导作用，会遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，因此在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。
4、生物转化或修饰化合物的发酵工业
定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物。
最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成的。
5、微生物废水处理和其他
①利用微生物消除环境污染
②利用微生物发酵保持生态平衡
③微生物湿法冶金
④利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域
四、发酵方法的类别与流程
1．发酵方法的类别：
①根据对氧的需要区分：无氧和有氧发酵
②根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵
③根据微生物生长特性区分：分批发酵，补料分批发酵和连续发酵
④根据微生物种类区分：单菌种发酵和多菌种混合发酵
2．发酵工程的流程：
3．获得发酵产品的条件：
①适宜的微生物
②保证或控制微生物进行代谢的各种条件
③进行微生物发酵的设备
④精制成产品的方法的设备
五、发酵工业的意义与展望
①利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种
②采用发酵技术进行高等动植物细胞培养
③固定化技术广泛应用
④开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动控制将成为发酵生产控制的主要手段
⑤应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸
⑥将生物技术理论广泛地用于环境工程
第二节发酵工业菌种
一、利用微生物的特点：
1．对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力
2．有极强的消化能力和极强的繁殖能力
二、常用的工业微生物
发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌。
1．细菌
乳酸杆菌、枯草杆菌、大肠杆菌等
2．酵母菌
酿酒酵母、假丝酵母属等
3．霉菌
曲霉属（米曲霉、黑曲霉）、青霉属（点青霉、产黄青霉）、根霉属（米根霉、小麦曲根霉）、红曲霉属（紫红曲霉）等
4．放线菌
链霉菌属、小单孢菌属等
三、发酵工业菌种筛选原则与基本技术
1．发酵工业菌种筛选的总趋势
野生菌→变异菌
自然选育→代谢控制育种
诱发基因突变→基因重组的定向育种
2．菌种选择的要求
①能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，且生成的目的产物产量高、易于回收；
②生长速度和反应速度较快，发酵周期较短；
③培养条件易于控制；
④抗噬菌体及杂菌污染的能力强；
⑤菌种不易变异退化；
⑥对放大设备的适应性强；
⑦菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。
3．分离筛选原理与技术
新种分离与筛选的步骤：调查研究（包括资料查阅）→试验方案设计→含微生物样品的采集（如何使样品中含所需微生物的可能性大？）→样品预处理→菌种分离即初筛（根据目的菌株及其产物特点来分，有两种分离方法）→纯化→复筛→纯化→再复筛→经初步工艺条件摸索和生产性能测试，选定较优菌株1-3株→保藏及进一步做生产试验或作为育种的出发菌株，还需进行某些必要试验和毒性试验等
①如何使样品中含所需微生物的可能性大？采样时应注意的问题：土壤微生物的分布；采土深度；土壤植被情况；采样季节；土壤的酸碱度等
②样品的预处理目的：提高分离效率；方法：物理方法包括热处理；膜过滤法；离心法等。还有化学方法和诱饵法等。
③分离方法的选择：根据目的菌有无选择性特征来选择分离方法
如果菌种的营养特征独特或菌种的生长特征独特则采用选择性分离方法
无选择性特征则根据产物的特征进行随机分离
ⅰ选择性分离方法的原理
生长条件的选择与控制原理：控制营养成分、控制培养基酸碱度、添加抑制剂、控制培养温度、控制通气条件等。
ⅱ选择性分离技术：施加选择压力，进行定向筛选
A富集液体培养技术是增加混合菌群中所需菌株数量的一种技术。其技术特点：给混合菌群提供一些有利于目的菌株生长或不利于目的菌以外的其他菌型生长的条件。
B固体培养技术常用于分离某些酶产生菌。施加选择压力的方式是在选择培养基中加入所需酶的基质。
选择性分离方法的关键在于生长培养条件的选择与控制，从而实现定向富集筛选。
ⅲ随机分离方法（用筛选方案-检测系统进行间接分离）
从产物入手，通过设计高产培养基和建立快速灵敏专一的筛选方法，从随机分离的菌落中筛选出所需的目的菌。其技术关键在于产物合成条件的选择与控制及相应筛选方法的确定。
四、发酵工业菌种育种的基本技术
工业菌种的育种是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，去除不良性状或增加新的性状。
1．菌种选育改良的具体目标：
①提高目标产物的产量；
②提高目标产物的纯度，减少副产物；
③改良菌种性状，改善发酵过程；
④改变生物合成途径，以获得高产的新产品。
2．基本技术
①诱变是以微生物的自然变异作为基础的生产选种。机率并不很高，因为一个基因的自然突变频率仅10-6~10-10左右。
②基因转移或基因重组是运用体外DNA各种操作或修改手法获得目的基因，再借助于病毒、细菌质粒或其他载体，将目的基因转移至新的宿主细胞并使其在新的宿主细胞系统内进行复制和表达，或者通过细胞间的相互作用，使一个细胞的优秀性状经其间遗传物质的交换而转移给另一个细胞的方法。
第三节发酵工业培养基设计
一、培养基的营养成分
所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的能源，包括碳源、氮源、无机元素、生长因子及水、氧气等。对于大规模发酵生产，除考虑上述微生物的需要外，还必须重视培养基原料的价格和来源。
1．能源
自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚铁盐。
异养菌：碳水化合物等有机物，石油天然气和石油化工产品，如醋酸。
2．碳源
碳酸气；淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等；石油、正构石蜡，天然气；醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品。
3．氮源
豆饼或蚕蛹水解液，味精废液，玉米浆，酒糟水等有机氮；尿素，硫酸铵，氨水，硝酸盐等无机氮；气态氮。
4.无机盐
磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等其他矿盐；铁、锰、钴等微量元素及其他。
5.特殊生长因子
硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等
二、培养基的用途
筛选菌种、保藏菌种、检验杂菌、培养种子、发酵生产。不同用途的培养基类型也不同。
（一）工业发酵中培养基往往是依据生产流程和作用分为：
1．斜面培养基
①作用：这是供微生物细胞生长繁殖用的，包括细菌，酵母等的斜面培养基以及霉菌、放线菌生孢子培养基或麸曲培养基等。这类培养基主要作用是供给细胞生长繁殖所需的各类营养物质。
②斜面培养基特点：
A富含有机氮源，少含或不含糖分。有机氮有利于菌体的生长繁殖，能获得更多的细胞。
B对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源和碳源均不宜太丰富，否则容易长菌丝而较少形成孢子。
C斜面培养基中宜加少量无机盐类，供给必要的生长因子和微量元素。
2．种子培养基包括摇瓶种子和小罐种子培养基
①培养种子的目的：扩大培养，增加细胞数量；同时也必须培养出强壮、健康、活性高的细胞。为了使细胞迅速进行分裂或菌丝快速生长。
②种子培养基特点：
A必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子。
B种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。供孢子发芽生长用的种子培养基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。
C种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。
3．发酵培养基
发酵培养基是发酵生产中最主要的培养基，它不仅耗用大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的重要因素。
①根据产物合成的特点来设计培养基：A对菌体生长与产物相偶联的发酵类型，充分满足细胞生长繁殖的培养基就能获得最大的产物。B对于生产氨基酸等含氮的化合物时，它的发酵培养基除供给充足的碳源物质外，还应该添加足够的铵盐或尿素等氮素化合物。
②发酵培养基的各种营养物质的浓度应尽可能高些，这样在同等或相近的转化率条件下有利于提高单位容积发酵罐的利用率，增加经济效益。
③发酵培养基需耗用大量原料，因此，原料来源、原材料的质量以及价格等必须予以重视。
（二）按纯度分类
1．合成培养基：原料化学成分明确、稳定；培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产；适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律。
2．天然培养基：采用天然原料；原料来源丰富（大多为农副产品）、价格低廉、适于工业化生产；原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性。
（三）按状态分类
1．固体培养基：适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产。
2．半固体培养基：即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂，一般用量为0.5%~0.8%，主要用于微生物的鉴定。
3．液体培养基：80%~90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。
三、发酵培养基的选择
1．必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。
2．有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。
3．有利于提高培养基和产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。
4．有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。
5．尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化。
6．原料价格低廉，质量稳定，取材容易。
7．所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。
8．有利于产品的分离纯化，并尽可能减少产生“三废”的物质。
四、培养条件
1．温度
通常在生物学范围内每升高10℃，生长速度就加快一倍，所以温度直接影响酶反应，对于微生物来说，温度直接影响其生长和合成酶。机体的重要组成如蛋白质、核酸等都对温度较敏感，随着温度的增高有可能遭受不可逆的破坏。
微生物可生长的温度范围较广，总体说在零下10℃~95℃。
任何微生物的生长都需要有最适的生长温度，在此温度范围内微生物生长繁殖最快。如果所培养的微生物能承受稍高一些的温度进行生长和繁殖，这对生产有很大的好处，即可减少污染杂菌的机会和夏季培养所需降温的辅助设备，因此培养耐高温的菌种有一定的生产现实意义。
2．pH值
培养基中的pH值与微生物生命活动有着密切关系，各种微生物有其可以生长的和最适生长的pH范围。
微生物通过其活动也能改变环境的pH值。培养基pH在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子（如醋酸根、磷酸根）被吸收或氮源被利用后产生NH3，则pH上升；阳离子（如NH4、K+）被吸收或有机酸的积累，使pH下降。一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pH转移，高氮源培养基倾向于向碱性pH转移，这都跟碳氮比直接有关。
发酵过程中，控制发酵液的pH值是控制生产的指标之一，pH值过高、过低都会影响微生物的生长繁殖以及代谢产物的积累。控制pH值不但可以保证微生物良好的生长，而且可以防止杂菌的污染。
3．氧
微生物对氧的需要不同，是由于依赖获得能量的代谢方面的差异。好气性菌主要是有氧呼吸或氧化代谢，厌气菌为厌气发酵（分子间呼吸），兼性厌气菌则两者兼而有之。
不同微生物或同一微生物的不同生长阶段对通风量的要求也不相同。
通风和搅拌
通气可以供给大量的氧。
通气量与菌种、培养基性质、培养阶段有关。通气量的多少，最好按氧溶解的多少来决定。只有氧溶解的速度大于菌体的吸氧量时，菌体才能正常地生长和合成酶。因此随着菌体繁殖，呼吸增强，必须按菌体的吸氧量加大通气量，以增加溶解氧的量。
搅拌则能使新鲜氧气更好地与培养液混合，保证氧的最大限度溶解，并且搅拌有利于热交换，使培养液的温度一致，还有利于营养物质和代谢物的分散。此外，挡板则有助于搅拌，使其效果更好。
一般来说，若培养罐深，搅拌转速大，通气管开孔小或多，气泡在培养液内停留时间就长，氧的溶解速度就大，而且在这些因素确定下，培养基的粘度越小，氧的溶解速度也越大。
搅拌可以提高通气效果，但是过度地剧烈搅拌会导致培养液大量涌泡，容易增加杂菌污染的机会，液膜表层的酶容易氧化变性，微生物细胞也不宜剧烈搅拌。
4．种龄与接种量
种子培养期应取菌种的对数生长期为宜，菌种过嫩或过老，不但延长发酵周期，而且会降低产量。而接种量的大小直接影响发酵周期。
一般在发酵工业中，大量地接入培养成熟的菌种。其优点：
①可以缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，提高了设备利用率；
②节约了发酵培养的动力消耗；
③并有利于减少染菌机会。
为了能得到比较大量的成熟菌种，一般都将菌种扩大培养，进行两级发酵或三级发酵。
接种量过多也无必要。因培养种子费时，而且过多地移入代谢废物，反而会影响正常发酵。
第三节发酵设备与发酵工艺
典型的发酵设备包括：种子制备设备；主发酵设备；辅助设备；发酵液预处理设备；粗产品的提取设备；产品精制与干燥设备；流出物回收、利用和处理设备。
一、发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
一个优良的发酵罐装置和组成特点：应具有严密的结构；良好的液体混合特性；好的传质相传热速率；具有配套而又可
靠的检测、控制仪表。
1．厌氧发酵罐
设备简单。主要用于酒精、乳酸及啤酒等厌氧发酵。
2．好氧发酵罐
发酵工业上最常用的是机械搅拌通风发酵罐。
通风目的：a）供给微生物所需要的氧b）代替搅拌器使发酵液均匀混合
二、发酵罐的结构
罐体、搅拌器和挡板、联轴器及轴承、消泡器、变速装置、空气分布装置、轴封、冷却装置
三、发酵辅助设备
主要包括：无菌空气系统；培养基配制和灭菌系统；发酵车间的管道及阀门等。
1．空气除菌流程和设备
空气预过滤→空气压缩机→冷却器→析水器→加热器→空气贮罐→空气过滤器→发酵罐
2．培养基灭菌设备
①加热设备：在配料罐里培养基被加热到70℃，然后用泵送到加热设备，20秒内继续加热到130~140℃。常用的加热设备有：塔式加热设备又称连消塔，塔的有效高度2~3m，料液在塔中的流速是0.1m/s，因此料液在塔内的滞留时间为2~30s。它是有一多孔导入管和一外套管组成，多孔管的孔径是5~8mm。喷射式加热器有一喷嘴，蒸汽由喷嘴喷出，料液从侧面进入加热器而被蒸汽加热。
②维持设备：使加热后的培养基保温一定的时间，从而达到灭菌的目的。维持设备有两种：罐式的是一个带有上下开口用于进出料的立式密封容器。管式的是用无缝钢管焊成，管内流速可取0.3~0.6m/s。
③冷却设备：喷淋冷却器、套管冷却器、板式换热器、螺旋板换热器
3．管道及阀门
①管道：与发酵罐连接的管道有水管、料管、空气管和蒸汽管。发酵罐内的冷却蛇管与发酵罐内直接相连的料管等，最好采用不锈钢管。
②阀门：阀门是发酵罐的重要组成，它被用于调节控制气体和液体的流量。
四、发酵操作方法和工艺控制
根据对氧的需要区分：厌氧发酵和有氧发酵
根据培养基物理性状区分：液体发酵和固体发酵
根据从微生物生长特性区分：分批发酵和连续发酵
1．分批发酵法
又称间歇发酵法。在一个密闭系统内一次性加入营养物和菌种进行培养，直到结束放出，中间除了空气进入和尾气排出，与外界没有物料交换。
分批发酵过程微生物的生长可分为四个不同的阶段：
①调整期（lag phase）是微生物生长过程对外界的适应期
特点：个体重量增加，体积增大，活菌数为增加；菌体对外界物理、化学因素的抵抗力弱；“幼龄期”，代谢活跃。
注意事项：发酵生产中，早期保证营养和氧气，使幼龄菌很好生长。
②对数生长期（log phase）
特点：细胞的代时（generation time）最短且恒定，群体细胞以几何级数增加，单位时间内细胞数目或细胞重量的增加（生长速率）恒定；细胞分裂产生的所有菌都是活菌，总菌数与活菌数接近相等；细胞的形态、生理特征一致。
注意事项：在发酵工业中要设法延长此期，获得更多的活细胞。
③稳定期（stationary phage）
特点：菌体的世代时间加长且不稳定，活菌数的增加与死菌数的增加接近平衡；原生质内出现贮藏物质，如糖原、异染颗粒、脂肪粒等。
注意事项：稳定期内代谢活动活跃进行，大量的初级和次级代谢产物主要在此期形成，是发酵生产的关键时期。
④衰亡期（decline or death phase）
特点：总菌数可以恒定，但活菌数逐渐减少；细胞容易出现多形态，包括畸形，最后菌体自溶死亡。
注意事项：在发酵工业中，由于活菌数大减，产物产生少，甚至破坏多，菌体自溶影响产物提取，应及时结束发酵。
2．连续发酵法
向发酵罐中连续供给新鲜培养基的同时，将含有微生物和产物的培养液以相同的速度连续放出，从而使发酵液中的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。
优点：提高设备、原料利用率和便于实现自动化
缺点：1）开放系统，容易杂菌污染；2）对设备、仪器要求高。
3．补料分批发酵法
指在分批培养过程中，间歇的或连续的补加新鲜培养基，但所需产物不到一定时刻不放出的培养方法。又称半连续发酵，是分批发酵和连续发酵之间的一种过渡培养方法。
优点：1）与连续发酵相比，不需要严格的无菌条件，不会产生菌种老化和变异问题，以及适用范围广；2）与分批发酵相比，可以解除底物的抑制，产物反馈抑制。
根据补料方式不同，分为单一补料（在分批发酵的基础上补一次料）和反复补料分批发酵（发酵过程中每隔一定时间按一定比例放出一部分发酵液，直至发酵产率明显下降。目前应用十分广泛，面包酵母、氨基酸、抗生素、单细胞蛋白质等发酵工业）。
五、现代发酵工业的特点
1．低值工业品大型化以规模取胜（几十数百吨）。如味精、氨基酸、有机酸、抗生素、饲料、食品工业用产品等。
2．高价值转基因产品小型化（几十数百升）。如基因工程大肠杆菌、酵母菌高密度培养；动物细胞植物细胞培养等
3．发酵反应器智能化、全能化
六、发酵产物的后处理
1．发酵产物的分离和纯化的目的及基本要求
目的：发酵液中杂质含量较多，代谢产物的浓度较低，低浓度的发酵产品不能直接作为工业生产的原料或为我所用。
基本要求：操作简单费用低；提取率高，能够达到要求纯度，废液中最终产品含量低；不影响产品质量；提取所用试剂对设备腐蚀性小；产生废物能够处理，对环境污染少。
2．发酵液下游处理的流程和方法
①发酵液的预处理和固液分离
目的：分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒；除去部分可溶性杂质；改变滤液性质
方法：调节pH、加热、过滤、离心分离等；
②纯化
提取：除去与目标产物性质有很大差别的物质，滤液体积减小但纯度不高。方法有吸附法、离心分离、萃取、沉淀、超滤等。
精制：除去有类似化学功能和物理性质的不纯物。方法有沉淀、超滤、层析、电泳、高效液相等。
成品加工：进一步浓缩、无菌过滤、干燥、加稳定剂等等。方法有结晶、干燥等。
第五节发酵工程的应用
发酵工程的特点：①生产条件温和，②原料来源丰富且价格低廉，③产物专一，④废弃物对环境的污染小或容易处理等。因而在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用，逐步形成了规模庞大的发酵工业。
一、发酵工程在医药工业上的应用
生产出种类繁多的药品，如抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸、核苷酸（如肌苷）等。其中，抗生素是人们使用最多的药物，也是制药工业利润最高的产品。目前，常用的抗生素已达一百多种，如青霉素类、头孢菌素类、红霉素类和四环素类。
有些药物如人生长激素、胰岛素，过去主要是靠从生物体器官、组织、细胞或尿液中提取，因受到原料的限制无法推广使用。发酵工程对医药工业的一个重大贡献，就是使这类药物得以大量生产和使用。例如，生长激素释放抑制因子是一种人脑激素，能够抑制生长激素的不适宜分泌，用于治疗肢端肥大症。最初，生产生长激素释放抑制因子的方法是从羊脑中提取，50万个羊脑才能提取5mg，远远不能满足需要。而利用含有生长激素释放抑制因子的基因的工程菌进行发酵生产，7-9L培养液就能得到5mg的生长激素释放抑制因子，而价格只有原来的几百分之一。
目前用发酵工程大量生产的基因工程药品，有人生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素–2、抗血友病因子等。
二、发酵工程在食品工业上的应用
1．生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等，使产品的产量和质量得到明显的提高。
2．生产各种各样的食品添加剂，改善了食品的品质及其色、香、味。例如，用发酵方法制得的L-苹果酸是国际食品界公认的安全型酸味剂，广泛用于果酱、果汁、饮料、罐头、糖果、人造奶油等的生产中。
3．随着人口增长，粮食短缺已成为困扰人类的社会问题之一，发酵工程的发展将为解决这一问题开辟新的途径。
研究表明，微生物含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%~80%，酵母菌的蛋白质占45%~65%，而且它们的生长繁殖速度很快。因此，许多国家利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体，这种微生物菌体就叫做单细胞蛋白。20世纪80年代中期，全世界生产的单细胞蛋白已达2×106吨。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可作为食品添加剂，甚至制成“人造肉”供人们直接食用。单细胞蛋白用做饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
《发酵工程原理与技术》课程复习提纲及部分知识点 [复习提纲] 什么是发酵？发酵工程的发展历程？ 发酵的定义在合适的条件下利用生物细胞内特定的代谢途径转变外界底物生成人类所需目标产物或菌体的过程 自然发酵时期 1.发酵工程的诞生 2.通气搅拌液体深层发酵的建立 3.大规模连续发酵以及代谢调控发酵技术的建立 4.现代发酵工程时期 发酵工业常用的微生物及其特点。 ①细菌：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等②放线菌：链霉菌属、小单胞菌属和诺卡均属③酵母菌：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母 4.霉菌 菌种的分离及保藏 一稀释涂布和划线分离法二利用平皿中的生化反应进行分离三组织分离法四通过控制营养和培养条件进行分离 一斜面保藏方法二液体石蜡油保藏法三冷冻干燥保藏法四真空干燥法五液氮超低温保藏法六工程菌的保藏 菌种的退化及复壮 菌种退化是指生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行转移传代或包藏之后，群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象退化的原因主要有基因突变连续传代以及不当的培养和保藏条件 菌种的复壮通过人工选择法从中分离筛选出那些具有优良性状的个体使菌种获得纯化服装的方法一纯种分离二淘汰法三宿主体内复壮法 微生物育种的方法有哪些？ 自然育种、诱变育种 培养基的主要成分。 水、碳源、氮源、无机盐、生长因子、 碳源及氮源的种类。 碳源种类：1、糖类2、醇类3、有机酸类4、脂肪类5、烃类6、气体 氮源种类：1、无机氮源 2、有机氮源 培养基的设计的基本原则？ 一根据生产菌株的营养特性配制培养基二营养成分的配比恰当三渗透压 4ph 值 发酵工业原料的选择原则 一因地制宜就地取材原料产地离工厂要近，便于运输节省费用 二营养物质的组成比较丰富浓度恰当能满足菌种发育和生长繁殖成大量有生理功能菌丝体的需要更重要的是能显示出产物合成的潜力 三原料资源要丰富容易收集
发酵工程的研究进展 【前言】发酵工程是泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。它包括厌氧发酵的生产过程（如酒精、乳酸、丙酮丁醇等）和有氧发酵的生产过程（如氨基酸、柠檬酸、抗生素等）。广义的概念：生物学(微生物学、生物化学)和工程学(化学工程)结合。狭义的发酵概念：微生物培养和代谢过程。 发酵技术是人类最早通过实践掌握的生产技术之一，产品也很多，以传统食品来说，东方有酱、酱油、醋、白酒、黄酒等，西方有啤酒、葡萄酒、奶酪等。这些发酵食品都是数千年来凭借人类的智慧和经验，在没有亲眼看到微生物的情况下，巧妙地利用微生物生产的产品。 【关键词】发酵发展应用 1、发酵工程的内容 1.1 定义 发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。 1.2现代发酵工程 人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。 现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。 现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。 1.3组成 从广义上讲，发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工程和下游工程。 1.3.1 上游工程：包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。 1.3.2 中游工程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。
C初级代谢产物：微生物合成在它们生长和繁殖过程中所必须的物质（如糖、氨基酸、脂肪、核苷酸及其聚合物）的过程；所合成的物质称为初级代谢产物。 次级代谢产物：微生物在生长和繁殖过程中合成对微生物的生长、繁殖无关或功能不明确的化合物的过程；这些化合物称为次级代谢产物。F发酵：任何通过扩大规模培养生物细胞（含动、植物细胞和微生物细胞）来生产产品的过程。 发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。 分批培养：在一个密闭系统内一次性投入有限数量营养物进行培养的方法。发酵动力学：研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律的科学。 H呼吸强度：指单位质量干菌株在单位时间内的吸氧量。 耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量。 J静置培养法：又称厌气培养，即将培养基盛于发酵罐中，在接种后，不通空气进行培养。 绝对过滤：是介质之间的空隙小于被滤除的微生物，当空气流过介质后，空气中的微生物被滤除的过滤方式。 L连续培养：又称连续发酵，是指以一定速度向发发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，使培养物在近似恒定状态下生长的培养方法。 M灭菌：用物理或化学的方法杀死物料或设备中所有有生命的有机体的技术或工艺过程；它既能杀死营养细胞又能杀死细菌芽孢。P培养基：微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的、按一定比例配制的、多种营养物质的混合物。Q前体：产物的生物合成过程中，被菌体直接用于产物合成而自身结构无显著变化的物质。 T通气培养法：又称好气性发酵，这种发酵在培养过程中必须通入空气，以维持一定的溶氧水平，菌体才能迅速进行生长发酵。同功酶：能催化相同的生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶。调节组成酶：酶的合成不依赖于环境中的物质存在而存在的一类酶。 调节诱导酶：细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。调节突变株：指菌株因外界条件影响，而产生不受终产物及其结构类似物反馈抑制或阻遏的突变株，此时终产物能够大量积累。W微生物工程：研究微生物生长、繁殖及代谢活动、代谢产物合成及其控制规律的科学。 完全培养基：即在培养基内不但含有碳源与无机盐，还含有构成菌体所需要材料的培养基。 X消毒：用物理或化学的方法杀死物料、容器器皿内外病原微生物的过程，一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。 Y营养缺陷型突变株：指在微生物生长过程中，因产品合成途径中某种酶缺陷，而不能生成终产物，只能生成中间代谢物，必须添加终产物，微生物才能生长的突变株。 Z种子扩大培养：指将保存在沙土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或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的过程。 最低临界氧浓度：各种微生物对培养液中溶氧浓度的最低要求，称为临界氧浓度。 最低培养基：即培养基是由单一碳源葡萄糖与无机盐组成，这时葡萄糖在微生物生长代谢过程中既作为生长代谢过程中所需要的能源，又作为构成菌体材料的培养基。
第一章发酵工程概述 一、发酵工程：是利用微生物特定的形状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用与工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。 二、发酵工程简史： 1590 荷兰人詹生制作了显微镜 1665 英国人胡克制作的显微镜观察到了霉菌 近代发酵工程建立初期1864 巴斯德灭菌法 1856 psateur 酵母导致酒精发酵 19世纪末Koch 纯种分离和培养技术 三、发酵工程技术的特点 （1）主体微生物的特点 ①微生物种类繁多，繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株； ②微生物酶的种类很多，能催化各种生化反应 ③微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源 ④可以用简易的设备来生产多种多样的产品 ⑤不受气候、季节等自然条件的限制等优点 （2）发酵工程技术的特点 ①发酵工程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应能够在发酵设备中一次完成 ②反应通常在常温下进行，条件温和，耗能少，设备简单 ③原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主 ④容易生产复杂的高分子化合物 ⑤发酵过程中需要防止杂菌污染 (3)发酵工程反应过程的特点 ①在温和条件下进行的 ②原料来源广泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物为主 ③反映以生命体的自动调节形式进行（同（2）①） ④发酵分子通常为小分子产品，但也很容易生产出复杂的高分子化合物 四、发酵工程的一般特征 ①与化学工程相比，发酵工程中微生物反应具有以下特点： 作为生物化学反应，通常在常温常压下进行，没有爆炸之类的危险，不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途 ②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，加入少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精
第一章，绪论 一、填空： 微生物工程可分为发酵和提纯两部分，其中以发酵为主。 化学工程与发酵工程的本质区别在于化学工程利用非生物催化剂，发酵工程利用生物催化剂---酶。 二、判断： 发酵产品是经微生物厌氧生物氧化过程获得的。错 三、课后思考题： 1、发酵的定义：利用微生物的新陈代谢作用，把底物（有机物）转化成中间产物，从而获得某种工业产品。（工业上定义、广义、有氧无氧均可） 2、发酵流程： 3、比拟放大的基本过程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产 4、发酵工程的发展经历了哪几个阶段？ 1.）自然发酵时期 2）纯培养技术建立(第一个转折期) 3）通气搅拌的好气性发酵工程技术建立(第二个转折期) 4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期) 5）发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期) 6）生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期) 5、微生物工业发展趋势 1）、几个转变 分解代谢→合成代谢 自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵（如工程菌） 2）、化学合成与生物合成相结合 3）、大型、连续化、自动化发酵 发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。 4）、人工诱变育种和代谢控制发酵
微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。 5）、原料范围不断扩大 石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等 6、举例说明微生物工业的范围 酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒） 食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳） 有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇） 抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等） 有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等） 酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等） 氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等） 核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等） 维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等） 生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等） 名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等） 微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白） 微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等） 生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质） 微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等） 第二章发酵基础知识 1、写出生产以下产品的主要菌种： 啤酒（啤酒酵母）、黄酒（霉菌（根霉、曲霉）、酵母菌、细菌）、味精（谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌）、柠檬酸（黑曲霉）、食醋（霉菌、酵母菌、醋酸菌）、酸奶（乳酸菌（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌）） 2、发酵工艺控制中，主要应监控温度、pH值、溶解氧、 泡沫、氧化还原电位等。 3、概念：单菌发酵: 现代发酵工业中最常见，传统发酵工业中很难实现。 混合菌发酵: 自然发酵和人工接种发酵 液态发酵: 发酵基质呈流动状态，如啤酒发酵、柠檬酸发酵等。 固态发酵: 发酵基质呈不流动状态。如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒（白酒）发酵等。半固态发酵: 发酵基质呈半流动状态，如黄酒发酵、传统稀醪酱油发酵等。 4、发酵产品主要类型 微生物菌体、代谢产物、酶 5、如何理解：传统工艺，原料决定菌种；现代工艺，菌种决定原料？ 传统工艺，原料决定菌种：传统工艺中，发酵原料是一种选择培养基。 传统工艺就是利用这种选择作用，把自然界带入的各种野生菌，在发酵基质上进行选择富集培养，这些微生物生长和代谢的结果可生产出有特殊风味的食品。 现代工艺，菌种决定原料：在使用纯种发酵剂前，我们必须对原料进行灭菌，以防止其他杂菌对发酵的干扰。 6、发酵产品主要有哪些附加值 1）发酵有利于食品保藏食品发酵后，改变了食品的渗透压、酸度、水的活性等，从而抑制了腐败微生物的生长，有利于食品保藏。 2）发酵产品有保健作用有些食品经过微生物发酵后，不仅能产生酸类和醇类等，还能产生某些抗菌素可抑制致病菌和肠内腐败菌。
发酵工程 名词解释： 临界氧浓度：各种微生物的呼吸强度是不同的，并且呼吸强度是随着培养液中溶解氧浓度的增加而加强，直至达到一个临界值为止。这个临界值就称为“临界氧浓度”。 前体：某些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过程结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。 生物热：微生物在生长繁殖过程中，本身产生的大量热称为生物热。 喷雾干燥：利用各种不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大面积的分散微粒，与热空气发生强烈的热交换，迅速派出自身的水分，在几秒到几十秒内获得干燥。气泛：气泛现象是气液混合设备的一个特征属性，往往发生在通气速率较大，搅拌速率不高的情况下。 补料：在微生物分批发酵过程中，以某种方式向发酵系统中补加一定物料，但不连续地向外放出发酵液。 发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。 定向培养：是根据菌种的分类地位选择培养基,选择培养条件,获得所需菌种的培养。 单细胞蛋白：也叫微生物蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。 1、诱变育种的原理 答：诱变育种的理论基础是基因突变，主要包括染色体畸变和基因突变。诱变育种是利用各种被称为诱变剂的物理因素和化学试剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。 2、简述诱变育种的基本方法及筛选 答：诱变育种一般包括两个部分：诱变和筛选。诱变部分成功的关键包括出发菌株的选择、诱变剂种类和剂量的选择，以及合理的使用方法。筛选部分包括初筛和复筛来测定菌种的生产能力。突变菌株的筛选：1、营养缺陷性突变株的筛选；2、抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株的筛选；3、组成型突变株的筛选；4、抗性突变株的筛选 3、影响发酵pH的因素有那些调节控制pH的根本措施 影响发酵PH的因素主要取决与培养基的成分和微生物的代谢特性，此外，通气条件的变化，菌体自溶或杂菌污染都可能引起发酵液PH的变化。调节控制PH的根本措施主要是考虑培养基中生理酸性物质与生理碱性物质的配比，然后是通过中间补料进一步加以控制，还可在发酵过程中加弱酸或弱碱进行PH的调节 4、发酵热包括哪几类 答：生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热 5、发酵罐的基本条件包括那些 答：1发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率极高。2发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时，要承受一定的压力和温度。3发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混匀，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧。4发酵罐应具有足够的冷却面积。5发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污积垢，保证灭菌彻底，防止染菌。6搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。
发酵工程复习题 1.发酵工程：是指利用微生物的特定形状，通过现代工程技术，在发酵罐中生产有用物质的一种技术。 2.前体：是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结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因有前体而又较大提高。 3.生长因子：某些微生物不能从普通的碳源、氮源、合成。而需要另外少量加入来满足生长所需的有机物。 4.接种龄：是指种子罐中培养的菌丝转入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。 5.接种量：是指移入的种子液体和接种后培养液体积的比例。 6.工业上常用的菌种：细菌、酵母菌、霉菌、放线菌 7.菌种的选育方法：自然选育、诱变选育、杂交选育 8.常用的菌种保藏方法：斜面低温保藏法、矿油保藏法、载体吸附保藏法、液氮超低温保藏法、真空冷冻干燥保藏法 9.微生物提供生长相应的营养条件：碳源、氮源、无机盐、微量元素、 10.生长因子：氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶碱及其衍生物 11.培养基的种类：孢子培养基、种子培养基、发酵培养基 12.培养基的灭菌方法：分批灭菌法、连续灭菌法 13.发酵的三种模式：歇发酵、连续发酵、流加发酵 14.发酵过程的代谢产物参数：温度、PH值、溶解氧、气泡 15.发酵常用的消泡剂：天然油脂类、高碳醇、脂肪酸和酯类聚醚类、
硅酮类 16.酿酒所用的曲：大曲、小曲 17.啤酒的酿造原料：大麦、酒花、水 接种龄选择对数生长后期，比较适合的接种量在50%~20%，这样可以在短时间内产生大量菌丝，缩短发酵周期。种子罐级数越多，变异的几率就越大，一般选择一级到二级。 18.高温短时灭菌法：提高灭菌温度可明显缩短灭菌时间，并减少培养基营养成分的破坏。 19.发酵罐的尺寸比例：酒花赋予啤酒香味和爽口苦味，同时也提高啤酒泡沫的持久力和稳定性，是蛋白质沉淀，有利于啤酒澄清，并有抑制作用，能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力。 在红葡萄酒的生产过程中的作用：主要是起杀灭杂菌，澄清杂质，溶解色素以及增酸还原作用。 20.抗生素的分类?①按生物来源分：放线菌产生的抗生素（链霉素）、真菌产生的抗生素（青霉素)、细菌产生的抗生素（多黏菌素）动、植物产生的抗生素（鱼素）②按作用分：广谱抗生素（氨苄青霉素）、抗革兰氏阳性菌抗生素（青霉素）、抗革兰氏阴性菌抗生素（链霉素）、抗真菌抗生素（制霉素）、抗病毒抗生素（四环类抗生素）、抗癌抗生素（阿霉素）③按化学结构分：-内酰胺类（青霉素）、氨基糖苷类（链霉素）、大环内酯类（红霉素）、四环类（四环素）、多肽类（多粘菌素）④按作用机制分：抑制细胞壁合成的抗生素（青霉素）、影响细胞膜功能的抗生素（多烯类抗生素）、抑制病原菌蛋白质合成的抗生
发酵工程原理期末复习 一 1、微生物的无氧呼吸称发酵 2、现代发酵工程：是将现代DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术体系。强调现代生物技术、控制技术和装备技术在发酵工业领域的集成应用。 3、发酵工程在生物技术中的地位:发酵工程是生物技术的基础，是生物技术产业的核心。 4、广义发酵工程对生物学和工程学的要求: 上游技术:优良种株的选育和保藏（包括菌种筛选、改造，菌种代谢路径改造等）， 中游技术:发酵过程控制，主要包括发酵条件的调控，无菌环境的控制，过程分 析和控制等 下游技术: 分离和纯化产品。包括固液分离技术、细胞破壁技术、产物纯化 技术，以及产品检验和包装技术等 5、日常发酵产品：酒、酒精、醋、啤酒、干酪、酸乳等 6、以高产量、高转化率和高效率及低成本为目标的发酵过程优化技术： 高产量：微生物生理、遗传、营养及环境因素 高转化率：微生物代谢途径和过程条件 高效率：微生物反应动力学和系统优化 低成本：技术综合及产业化技术集成 7.发酵工程技术：分子层次，生物催化→催化剂发现/改造 细胞层次，细胞工厂→代谢工程 过程层次，过程优化→单元放大/耦合/集成/优化 8.发酵工业的范围：①微生物菌体 ②酶制剂 ③代谢产物 ④生物转化 ⑤微生物特殊机能的利用 利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域 9、新的菌体发酵产品: 茯苓菌→茯苓 担子真菌→灵芝、香菇类 虫草头孢菌 密环菌 二、1.发酵工业对菌种的要求：1)能在价廉原料制备的培养基上迅速生长并生成所需代谢产物,且产量高2).培养条件易于控制, 3)生长迅速,发酵周期短, 4)满足代谢控制的要求 5)抗噬菌体和杂菌的能力强 6)遗传性状稳定,菌种不易变异退化 7）在发酵过程中产生的泡沫少,这对装料系数,提高单罐产量,降低成本有重要意义
第五章第三节发酵工程简介 教学目标 1．知识方面 （1）发酵工程的概念（知道）。 （2）发酵工程中培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关内容（知道）。 （3）有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的内容（知道）。 2．态度观念方面 （1）通过学习发酵工程的有关内容，培养学生理论联系实际的科学态度。 （2）通过学习有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的知识激发学生学习生物学的兴趣，提高学生把所学知识转化为技术，并服务于社会的STS 意识。 3．能力方面 通过对发酵过程中菌种选育、发酵条件控制等相关内容的讨论，培养学生综合运用知识去解决实际问题的能力。 重点、难点分析 1．教学重点： （1）通过对谷氨酸发酵实例的分析、讨论，使学生了解发酵工程的概念，了解菌种选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等内容是本节的重点。 （2）让学生收集有关发酵工程应用的资料，并相互交流、讨论，使学生了解发酵工程在医药工业、食品工业中的应用知识也是本节的教学重点之一。 2 ．教学难点：有关发酵工程的内容是本节教学的难点，因为这些内容中涉及了细胞工程、基因工程、杂菌污染对发酵工业造成的危害以及发酵条件对菌种代谢途径的影响等多点知识，比较繁杂，学生较难理解。 教学模式 启发讲解与学生讨论相结合。 教学手段谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的代谢途径及发酵的的示意图的投影片，影响谷氨酸代谢途径的因素表格及谷氨酸发酵所用培养基的成分的表格。 课时安排二课时。 设计思路 1．前期知识准备： （1）复习有关谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径及其人工控制的内容。 （2）复习有关微生物群体生长的规律及影响微生物生长的环境因素的内容。 （3）复习有关微生物的营养、培养基、代谢产物等内容。2．通过讨论谷氨酸发酵过程，使学生了解从菌种选育、培养基配制到产品生成等简要的发酵生产过程，了解发酵生产的主体设备发酵罐及其控制部分，并了解发酵工程的概念。 3．通过分析、讨论有关发酵过程的内容，使学生了解培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关知识。 4．通过学生讨论、交流等活动，总结出发酵工程在医药工业和食品工业上的应用的知识。第一课时 一、设疑引出新课题 前面我们学习了有关微生物的代谢的内容，我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化学反应。在微生物的代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物，如氨基酸、维生素、抗生素等。而且，这些代谢产物又是我们人类所需要的。那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢？这就是我们今天所要讨论的“发酵工程”。
发酵工程复习资料重 点
发酵工程（Fermentation Engineering）的定义 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行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会服务的一门科学。 淀粉质原料进行蒸煮的目的是使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态进行液化；同时对进料进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及气味。 为了实现这些目的，蒸煮设备必须达到下列要求： (1)能使淀粉细胞完全破裂，淀粉溶解成均匀的糊状物； (2)尽量减少淀粉和糖分的损耗，避免产生其它不必要的有害的化学变 化； (3)节省蒸汽，减少热损失； (4)设备能承受较高的压力，具有耐磨性，能使物料在锅内充分翻动，受 热均匀； (5)结构简单，操作方便，投资少。 连续蒸煮有低温长时间的罐式连续蒸煮，中温的柱式连续蒸煮和高温短时间的管式连续蒸煮 后熟器 在连续蒸煮中，后熟器是利用经加热器或蒸煮锅(罐)加热后的料液余热，在一定压力和温度下维持一定时间的继续蒸煮，因此，后熟器又称维持器。对后熟器的要求是，料液在后熟器中的整个截面上均匀地由下向上推动，力求做到先进先出。
真空冷却指的是醪液在一定的真空度下（即醪液进入负压状态）醪液本身产生大量蒸气（二次蒸气），并被抽出，这样便消耗了醪液大量的热量，因而醪液很快冷到与真空度相应的温度，这种醪液冷却法就称为真空冷却 糖化设备主要是糖化罐，其容积按1m3的糖化醪需要的1.3m3容积来计算。其旋转方向与冷却水在蛇管中水流的方向相反 ?连续糖化罐的作用是连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲或麸曲乳混 合，在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的活动。二级真空冷却的连续糖化法。对蒸煮醪的前冷却和后冷却均采用真空冷却的糖化工艺，叫二级真空冷却糖化法 发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。 ?1．按微生物生长代谢需要分类： ?好气：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等产品是在好气发酵罐 中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系 数； ?厌气：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厌气发酵罐。不需要通气。 ? 2. 按照发酵罐设备特点分类： ?机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍式发酵罐，文氏管发酵罐，以 及非循环式的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。
1、发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程。 2、发酵工程：利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，它是生物工程和生物技术学科的重要组成部分，又叫微生物工程 3、发酵工程技术的发展史： ①1900年以前——自然发酵阶段 ②1900—1940——纯培养技术的建立（第一个转折点） ③1940—1950——通气搅拌纯培养发酵技术的建立（第二个转折点） ④1950—1960——代谢控制发酵技术的建立（第三个转折点） ⑤1960—1970——开发发酵原料时期（石油发酵时期） ⑥1970年以后——进入基因工程菌发酵时期以及细胞大规模培养技术的全面发展 4、工业发酵的类型： ①按微生物对氧的不同需求：厌氧发酵、需氧发酵、兼性厌氧发酵 ②按培养基的物理性状：固体发酵、液体发酵 ③按发酵工艺流程：分批发酵、补料发酵、连续发酵5、发酵生产的流程：（重要） ①用作种子扩大培养及发酵生产的各 种培养基的制备 ②培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌 ③扩大培养有活性的适量纯种，以一 定比例将菌种接入发酵罐中 ④控制最适的发酵条件使微生物生长并 形成大料的代谢产物 ⑤将产物提取并精制，以得到合格的产 品 ⑥回收或处理发酵过程中所产生的三废 物质 6、常用的工业微生物： ①细菌：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、 棒状杆菌、短杆菌等 ②放线菌：链霉菌属、小单胞菌属和 诺卡均属 ③酵母菌：啤酒酵母、假丝酵母、类 酵母 7、未培养微生物：指迄今所采用的微生 物纯培养分离及培养方法还未获得纯培 养的微生物 8、rRNA序列分析：通过比较各类原核生 物的16S和真核生物的18S的基因序列， 从序列差异计算它们之间的进化距离，从 而绘制进化树。 选用16S和18S的原因是：它们为原 核和真核所特有，其功能同源且较为古 老，既含有保守序列又含有可变序列，分 子大小适合操作，它的序列变化与进化距 离相适应。 9、菌种选育改良的具体目标： ①提高目标产物的产量 ②提高目标产物的纯度 ③改良菌种性状，改善发酵过程 ④改变生物合成途径，以获得高产的 新产品 10、发酵工业菌种改良方法： ①常规育种：诱变和筛选，最常用。 关键是用物理、化学或生物的方法修改目 的微生物的基因组，产生突变。 ②细胞工程育种：杂交育种和原生质 体融合育种 ③代谢工程育种：组成型突变株的选 育、抗分解调节突变株的选育、营养缺陷 型在代谢调节育种中的应用、抗反馈调节 突变株的选育、细胞膜透性突变株的选育 ④基因工程育种：原核表达系统、真 核表达系统 ⑤蛋白质工程育种：定点突变技术、 定向进化技术 ⑥代谢工程育种：改变代谢途径、扩 展代谢途径 ⑦组成生物合成育种：通过合成化合 物库进行高效率的筛选 ⑧反向生物工程育种：希望表型的确
课题22：第五章微生物与发酵工程第三节发酵工程简介 一、【自主学习】 (一)应用发酵工程的生产实例------谷氨酸发酵： 1、常用的谷氨酸产生菌：、等。 2、培养基：（1）按物理性质属培养基；（2）按化学成分属培养基； （3）培养基中除水、无机盐外，碳源由提供，氮源来自，生长因子为。（4）培养液配制完成后，投放到发酵罐中，通入的蒸汽进行灭菌，冷却后，在条件下加入菌种，即为接种。 3、发酵过程： （1）氧气供应：谷氨酸棒状杆菌是菌，因此发酵过程中要不断通入，并搅拌。搅拌的意义是及 。 （2）温度：℃；（3）pH：；（4）时间：h。（二）发酵工程的概念和内容： 1、概念：采用现代工程技术手段，利用为人生产有用的产品或 直接把应用于工业生产的一种新技术。 2、内容： （1）菌种的选育：方法为、及，其中的方法获得的微生物可生产出一般微生物不能生产的产品。 （2）培养基的配制：要根据选择原料配制培养基且配方要经过 后才能确定。 （3）灭菌：发酵过程中一旦污染杂菌将会导致甚至，因此及均需经过严格灭菌。 （4）扩大培养和接种：要将选育出的优良菌种经过达一定数量后再进行接种。 （5）发酵过程：这是发酵的中心阶段，此过程中除需随时取样检测外，还要及时 以满足菌种的，同时要严格控制 与转速等发酵条件，这是因为环境条件的变化，不仅会 而且会。如谷氨酸发酵中当时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺；当时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸。其中对溶氧的控制可通过及调节；对pH的控制可通过 及在培养基中加调节。 （6）分离提纯：发酵工程产品有两类，即和。如果产品是，可采用过滤、沉淀等方法分离；如果产品是，可采用等方法提取，分离提纯后的产品，还要经过才能成为正式产品。 （三）发酵工程的应用：
《发酵工程笔记》 笔者：赵可
目录 第一章绪论（p1） (1) 1.1概念 (1) 1.2发酵工程的研究内容 (1) 1.3发酵过程的特点 (2) 1.4发酵过程的问题 (2) 1.5发酵工程的发展简史 (2) 1.6发酵工程工程的任务 (2) 1.7发展方向 (3) 第二章生物发酵的基本过程（p36） (3) 2.1发酵的基本过程 (3) 2.2发酵过程的一般过程和操作方式 (3) 2.3微生物的发酵类型 (4) 2.3.1液体发酵 (4) 2.3.2固体发酵 (4) 2.3.3好氧发酵 (5) 2.3.4厌氧发酵 (5) 第三章种子扩大配培养（p44） (5) 3.1概念 (5) 3.2种子扩大培养工艺 (6) 3.2.1制备流程 (6) 3.2.2优良种子具备的条件 (6) 3.2.3影响种子的质量因素 (6) 3.2.4种子质量控制措施 (6) 第四章发酵培养基（p48） (6) 4.1一般特点 (6) 4.2发酵培养基的组成与制备 (6) 4.2.1发酵培养基的组成 (6) 4.2.2发酵培养基的制备要点 (7) 4.3发酵培养基的设计和优化 (8) 4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素： (8) 4.3.2摇瓶实验： (8) 4.3.3正交实验：多因素多水平 (8) 第五章发酵过程产物分析（p53） (8) 5.1分析项目按性质分可分三类： (8) 5.2发酵终点的判断 (8) 第六章发酵动力学（p59） (8) 6.1发酵动力学概念 (8) 6.2研究发酵动力学的目的 (9) 6.3动力学 (9) 6.3.1课程重点 (9)
6.4生物反应类型 (9) 6.5发酵的目的 (9) 6.6发酵研究的关键问题 (9) 6.7优化发酵过程达到高产目标的方法 (10) 6.8发酵动力学研究的基本过程 (10) 6.9分批发酵动力学 (10) 6.9.1菌龄 (10) 6.9.2分类 (10) 6.9.3细胞生长动力学 (10) 6.9.4分批发酵基质消耗动力学 (11) 6.9.5分批发酵产物形成动力学 (11) 6.9.6分批发酵的优缺点 (12) 6.9.7重要截图（来自中国MOOC余龙江教授） (12) 6.10讨论与问题 (13) 第七章分批发酵、补料分批发酵和高密度发酵（p81） (14) 7.1分批发酵 (14) 7.1.1分批发酵的操作工艺 (15) 7.1.2菌体生长规律 (15) 7.1.3代谢变化 (15) 7.2补料分批发酵 (16) 7.2.1适用范围： (16) 7.2.2物料流加方式 (16) 7.2.3补料分批动力学 (16) 7.3高密度发酵 (16) 7.3.1影响高密度发酵生产的因素 (16) 7.3.2高密度发酵存在的问题 (17) 7.4讨论与问题 (17) 7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别？ (17) 7.4.2分批发酵的流程 (17) 7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17) 7.5课堂问题 (17) 第八章连续发酵（p105） (19) 8.1基本概念 (19) 8.2连续发酵的优缺点 (19) 8.3连续发酵的类型 (19) 8.4连续发酵操作方式 (20) 8.4.1开放式连续发酵 (20) 8.4.2封闭式连续发酵 (20) 8.5膜连续发酵 (21) 8.6连续发酵的控制方式 (21) 8.7连续发酵的实际应用 (22) 8.7.1连续发酵 (22)
发酵工程原理课程标准 濮阳职业技术学院刘殿锋 一、课程的基本要素 1、课程性质 本课程是应用生物技术专业的必修专业课之一；是一门综合性学科，涉及的知识面广，同时又是一门基础理论与生产实际相结合的课程；本课程是在《微生物学》、《生物化学》、、《分子生物学与基因工程》等课程基础上开设的；对于同时开设的《生物技术概论》、《生物工程设备》等课程与本课程有着密切的联系，同时又有适当的分工，本课程以讲授发酵工艺的基本原理为主；在本课程基础上使学生更好地理解和掌握《发酵分析》、《发酵工厂设计概论》、《发酵工艺》、《生物分离与纯化技术》等后续课程。 2、课程的基本理念 该课程面向应用生物技术专业，使学生掌握各种发酵工艺的基本原理，重点突出生产工艺操作及过程控制等方面的实际问题，并了解发酵工程技术前沿动态。 3、课程的设计思路 本课程在设计过程中，注重工学结合教学模式的改革，校企专家共同参与教学过程与评价过程，以“四个结合”作保障，即教学内容――校企结合、教师队伍――专兼结合、教学环境――工学结合、教学方法――理实结合，从根本上改变本课程教学从“理论到理论、从课堂到课堂、从知识到知识”的陈旧的教学模式。 二、课程的目标 1、知识目标 通过本课程的学习，使学生掌握发酵工程的典型过程及其基本原理、基本技术以及基本实验操作技能，了解该学科的发展方向。 2、能力目标 通过本课程的学习，使学生能够理论联系实际去分析和解决有关发酵工程中的具体问题。 3、素质目标
通过本课程的学习，培养出的学生能够理论联系实际地在发酵企业分析实际技术问题，并能因地制宜处理这些问题的能力，可以胜任生物技术产业中新产品和新工艺的开发，生产工艺过程技术管理和高技术生产岗位的实际技术工作。 三、课程内容的组织 课程内容的组织以就业为导向，以能力为本位，以发酵工艺项目为驱动，结合发酵企业生产实际，以发酵工程中的典型单元操作为中心构建课程内容，其理论知识的选取紧紧围绕发酵企业生产实际的需要来进行。 四、课程实施意见 1、学时安排 第一章绪论（2学时）： 了解生物技术的知识和生物产品生产的基本过程；了解发酵的一般概念；了解发酵工程的应用范围、特点、发展简史及发展趋势；发酵工艺的一般培养方法及过程。 第二章生产菌种的选育（10学时）： 了解生物活性物质产生菌的筛选方法与过程，掌握自然育种、诱变育种、杂交育种、原生质体融合技术育种及基因重组技术育种的原理与方法。 第三章培养基（8学时）： 了解发酵生产培养基的组成成份及其在发酵中的作用；掌握影响培养基质量的因素及控制措施。 第四章灭菌（6学时）： 了解灭菌的概念及方法；掌握微生物热死动力学；掌握影响灭菌效果的因素及控制方法；重点掌握分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点。 了解无菌空气质量标准、制备方法；掌握空气介质过滤除菌的工艺过程及影响无菌空气质量的因素。 第五章生产菌种的扩大培养与保藏（6学时）： 了解生产菌种制备的一般流程；掌握各生产菌种制备的工艺流程及操作要点；掌握影响种子质量的因素及其控制方法；掌握菌种保藏的原理及方法。 第六章发酵动力学（8学时）： 掌握分批培养、补料分批培养和连续培养的基础理论、操作特点、动力学模
发酵工程复习题（仅供参考） 第1章绪论 1.发酵：通过微生物的生长和繁殖代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程。 2.发酵工程：主要包括菌种选育和保藏、菌种的扩大生产、微生物代谢产物的发酵生产和分离纯化制备，同时也包括微生物生理功能的工业化利用等。 3．现代生物技术划分为：基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等5个方面。 4.发酵的本质：①1680年，荷兰人列文虎克制成了显微镜；②1897年德国人毕希纳提出酶的催化理论后，对发酵的本质才最终有了真正的认识。 5.发酵工程技术的发展史（6个阶段）：①1900年以前，自然发酵阶段；②1900-1940年，德国人科赫在1905年因肺结核菌研究获诺贝尔奖，科赫发明了固体培养基，应用固体培养基分离培养细菌，得到了细菌的纯培养，同时改进了细菌的染色法，纯培养技术的建立是发酵技术发展的第一个转折时期；③1929年弗莱明发现青霉素，它的问世使千万生命免除了死亡的威胁，同时在发酵工业的发展史上开创了崭新的一页；④代谢控制发酵工程技术的建立，是发酵技术发展的第三个转折时期；⑤20世纪60年代，许多跨国公司决定研究生产微生物细胞作为饲料蛋白质的来源，甚至研究采用石油产品作为发酵原料，这一时期可视为发酵工业发展的第五阶段。⑥这一时期可以采用分子生物学为核心的现代生物技术手段，构建基因工程菌。 6.发酵工业的特点： ①发酵过程一般都是在常温下进行的生物化学反应，反应条件比较温和； ②可采用较廉价的原料生产较高价值的产品； ③发酵过程是通过生物体的自适应调节来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物； ④由于生物体本身所具有的反应机制，能专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位的生物转化修饰，也可以比较复杂的高分子化合物； ⑤发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件的限制，可以根据订单安排通用发酵设备来生产多种多样的发酵产品。 7.（P6） 8.工业发酵的类型： ①根据对氧的需求分为：需氧发酵、兼性厌氧发酵和厌氧发酵； ②根据培养基物理状态分为：液体发酵和固体发酵； 9.近年的一些新发展的微生物培养方法（两步法液体深层培养）：此法在酶制剂生产和氨基酸生产方面应用较多。在酶制剂生产中，由于微生物生长与产酶的最适条件往往有很大的差异。采用两步法培养，可将菌体生长条件（营养期）与产酶条件区分开来，因而更容易控制各个生理时期的最适条件。
发酵工程复习资料 发酵工程：利用微生物的生长和代谢活动来大量生产人们所需产品的过程理论与工程技术体系。 该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离 纯化制备等技术集成。 发酵的本质 1、显微镜观察：微生物 2、著名的巴斯德实验：微生物作用 3、著名的毕希纳实验： 酵素（酶）的作用 本质：由微生物的生命活动所生产的酶的生物催化作用所致。 发酵动力学：是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生产的动态平衡及其内在规律。 二.发酵工业菌种 一、工业上常用的微生物 1. 细菌 醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌、乳酸杆菌、枯草杆菌、丙酮丁醇梭菌、大肠杆菌、谷氨酸棒状杆菌 常用的细菌： 大肠杆菌 应用：对谷氨酸定量分析，生产天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸 乳酸杆菌
应用：乳酸、干酪、奶子酒、发面、泡菜、酸奶等的制作 枯草芽孢杆菌 应用：生产淀粉酶 2. 酵母菌 种类：酒精酵母、啤酒酵母、假丝酵母红酵母、面包酵母 应用：生产酒精、啤酒、石油发酵脱蜡和制取蛋白质、生产脂肪 3. 霉菌 黑曲霉：应用：生产有机酸、生产淀粉酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶 黄曲霉:应用：酱油、酱类（淀粉酶） 米曲霉：应用：产糖化酶和蛋白酶、主要用于酿酒制曲和酱油制曲 土曲霉：应用：生产甲义丁二酸 毛霉：应用：可以产生蛋白酶，我国多用于豆腐乳、豆豉等的制作 根霉：种类：米根霉、华根霉、少根根霉、爪哇根霉 应用：酿酒 青霉：应用：生产青霉素、葡萄糖氧化酶 红曲霉：应用：用于南方红曲酒（女儿红）的生产；用于红色色素的生产、豆腐乳的生产等 4. 放线菌：种类：龟裂链霉菌、金霉素链霉菌、灰色链霉菌、红霉素链霉菌 应用：各类抗生素。土霉素、四环素、链霉素、红霉素 5.未培养微生物 定义：指迄今所采用的微生物纯培养分离及培养方法还未获得纯培养的微生物，其在自然环境微
发酵工程原理与技术应用 第一章绪论 1.什么是发酵工程？ 发酵工程是指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。 利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术来生产有用物质或将微生物直接用于工业化体系的一门技术，是建立在微生物发酵工业基础上，与化学工程相结合而发展起来的。 2.发酵工业的特点 ①一步生产 ②反应条件温和 ③原料纯度要求低 ④设备的通用性高 ⑤对环境的污染相对较小 ⑥生产受自然条件限制小 第二章发酵工业菌种 1. 发酵工业菌种的常用类型。 ①细菌：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等 ②放线菌：链霉菌属、小单胞菌属 ③酵母菌：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等 ④霉菌：根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉及青霉等 ⑤未培养微生物： 2. 发酵工业对菌种的要求。 ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且生成的目的产物产量高、易于回收。 ②生长较快，发酵周期短。 ③培养条件易于控制。 ④抗噬菌体及杂菌污染的能力强。 ⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定。 ⑥对放大设备的适应性强。 ⑦菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。
3.从自然界分离筛选菌种常用步骤。 ①采样：有针对性地采集样品。 ②样品预处理：可提高菌种分离效率。 ③增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势，使 筛选变得可能。【目的菌富集培养】 富集培养方式：1?分批培养2?连续培养3?半连续培养 ④纯种分离：利用分离技术得到纯种。 常用的分离方法：1?平板划线分离2?稀释分离3?涂布分离4?毛细管分离5?小滴分离 ⑤初筛：从分离得到的大量微生物中将具有目的产物合成能力的菌株筛选出来的过程。 【（1）平板筛选（各种变化圈），（2）摇瓶发酵筛选】 ⑥菌种复筛。 ⑦菌种发酵性能鉴定。【鉴定技术四个水平：细胞的形态和习性水平 细胞组分水平蛋白质水平基因或核酸水平】 ⑧菌种保藏。 4?代谢调控机制一阻遏 阻遏的类型主要有：末端代谢产物阻遏和分解代谢产物阻遏。末端产物阻遏：| 是指由某代谢途径末端产物过量积累而引起的阻遏。 分解代谢物阻遏：是指有两种碳源（或氮源）分解底物同时存在时，细胞利用快的那种 分解底物会阻遏利用慢的底物的有关分解酶的合成和积累。 5.发酵工业菌种改良的目的 防止菌种退化 改良菌种性状，改善发酵过程 提高生产能力 提高产品质量 开发新产品 6.诱变育种的基本步骤。 ①菌出发菌株的选择：选择好的出发菌株对诱变效果有着极其重要的作用。 【选择标准：产量高、对诱变剂的敏感性大、变异幅度广】 ②悬液的制备：这一步骤的关键是制备单细胞和单孢子状态的、活力类似的菌悬液，为 此要进行合适培养基的培养，并要离心，洗涤，过滤。 ③诱变处理：将制备好的菌悬液与诱变剂接触，进行诱变。 ④中间培养：由于在发生了突变尚未表现出来之前，有一个表现延迟的过程，即细胞内原有酶量的稀释过程（生理延迟），需3代以上的繁殖才能将突变性状表现出来。此过程称为中间培养