一统发酵：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。
二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 传统发酵工程：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。
3 现代发酵工程：是将DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、蛋白质组学及代谢网络调控技术、过程工程优化与放大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（新一代工业生物技术）。
发酵工艺过程：
1发酵原料的选择及预处理+物菌种的选育及扩大培养2发酵设备选择及工艺条件控制3发酵产物的分离提取4废弃物的回收和利用
2发酵工程的特点：①发酵工程使用的原料来源广泛，②发酵工程的反应过程比较温和，通常在常温、常压下进行。③容易进行复杂的高分子化合物的生产，如酶、化学活性体等
④能够高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的反应，如团体化合物的氧化、还原等。
⑤生产产品的微生物菌体本身也可作为发酵产物。例如，富含蛋白质、酶、维生素的单细胞蛋白等。
⑦在不增加任何设备投资的情况下，通过菌种选育，改良菌种的生产性能来提高生产能力，可以达到事半功倍的效果。⑥发酵过程是纯种培养过程。⑧在发酵生产中，还可以通过改进工艺技术和设备来提高产品的产量和质量。
不足：
①底物不可能完全转化为目的产物，而且会有很多副产物产生。②由于发酵工程采用的是活细胞，其产物的生成率一方面受外界环境的影响，另一方面受细胞自身的影响，所以工艺控制比较困难，生产波动比较大。③发酵工程需要的辅助设备多，动力费用比较高。
第二章
提是工业发酵生产水平的高低取决于生产菌种、发酵工艺和后提取工艺三个因素其中拥有良好的生产菌种
初级代谢产物：微生物通过初级代谢途径，产生微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物
次级代谢产物：是通过次级代谢合成的产物，如抗生素、生物碱、色素、激素和毒素等。3．初级代谢产物与次级代谢产物的关系：从代谢途径来看，初级代谢产物(前体)→次级代谢产物
从酶学关系来看，催化次级代谢途径中各步反应的酶或酶系，既有初级代谢途径中的酶类，又有次级代谢特有的酶。
从遗传控制来看，都受到核内遗传物质的控制，同时，抗生素的合成还受到核外遗传物质质粒的控制。
2、发酵工程菌发酵工业的微生物种类很多，可分为两二类，即可培养微生物和未培养微生物。其中，可培养微生物包括四大类：1）细菌代谢产物2）放线菌——抗生素
3、酵母菌——酶制剂如蛋白酶，糖化酶4霉菌——酿酒
二、工业发酵对生产菌种的一般要求：①原料廉价易得，代谢产物产量高。
②对培养条件(糖浓度、温度、PH、溶解氧及渗透压等)要求不高，易于控制，酶活性高。③所选菌株生长速度和产物生成速度应较快，发酵周期较短。④根据代谢控制的要求，选择单
产高的营养缺陷型突变菌株、调节突变菌株或野生菌株。⑤不易被噬菌体感染。⑥不易变异退化。
三、工业发酵生产菌种来源：1、自然选育（需要通过菌种改良即菌种选育才能得到符合工艺要求的菌种）。2、从菌种保藏机构获得。3、从生产过程中已有菌种中筛选发生正突变的优良菌种。
四生产菌种的选育：自然选育（利用菌种的自然突变而进行菌种的筛选）
诱变育种（理论基础是基因突变，诱变和筛选不断重复）
杂交育种（将两个基因型不同的菌株接合）
原生质体融合（去除细胞壁后选PEG作为助融剂）
基因工程育种。
4、自然选育的步骤：采样，增殖培养，培养分离和筛选。
5、以抗生素为例简述筛选菌种的方法和过程：对象确定----采集样本----富集培养（投其所好、取其所抗之原则）-----初筛-----复筛----较优菌株斜面------性能测定-----菌种保藏
6、利用固体平板的生化反应进行分离：（1）透明圈法+（2）变色圈法（3）生长圈法（4）抑菌圈法
五诱变育种：就是人为地利用物理或化学等因素，使诱变对象细胞内的遗传物质发生变化，引起突变，并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。
2）诱变育种的一般步骤（看书本）
8、菌种保藏：原理：选择典型优良纯种；创造一个适宜其长期休眠的小环境（干燥、缺氧、无营养、低温、避光及添加保护剂等）。
方法: 生活态传代培养保藏法；休眠态湿法与干法保藏两大类数。
常用的保藏方法：
1、斜面低温保藏法
2、液体石蜡覆盖保藏法
3、砂土管保藏法
4、悬液保藏法
5、真空冷冻干燥保藏法（低温，真空，干燥）
6、低温保藏法
7、液氮超低温保藏
第三章
1、培养基：广义上讲培养基是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。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。
二1）碳源：常用的碳源有糖类（葡萄糖、糖蜜、淀粉糊）、油脂（豆油、菜油、鱼油）、有机酸（乳酸、柠檬酸、乙酸）和烃醇（正烷烃）等。
2、2）氮源：有机氮源（花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉）、无机氮源（NH4Cl、硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵、氨水）
3、无机盐及微量元素：P、S、Mg、Fe、K、Na、Cu、Zn、Mn、Gu等
4、水：
5、生长因子（氨凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等）、生长因子是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。
6、前体：在产物的合成过程中，被菌体直接用于产物合成而自身结构无显著改变的物质、产物促进剂和抑制剂（在次级代谢产物发酵过程中，往往抑制某一代谢途径就会使另一代谢途径活跃）
生理酸性物质：经微生物生理作用后能形成酸性物质的无机氮源。如硫酸铵。
如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。
六培养基的分类1）按纯度分：合成培养基、天然培养基；
2）按状态分：固体培养基、半固体培养基、液体培养基；
3）按用途分：孢子培养基特点（1C、N源不宜多，否则只长菌丝，少长或不长孢子；2无机盐浓度要适当控制，否则会影响孢子的颜色和孢子量。）
、种子培养基、(要求1:营养丰富、完全，氮和维生素的含量高些；2培养基中加入一些易于收利用的快C、N源，便于孢子发芽生长，保证球形；3 pH要稳定；4最后一级尽可能接近发培养基，常加入少量发酵合成期才大量需要的物质。)
发酵培养基。( 要求1营养丰富完全，利于产物合成；2不能大量加入快C、快N源，应和慢C、N源相结合；3在产物分泌期间，pH 稳定；4加入适量合成所需的物质，如前体等，进行定向发酵；5采用中间补料，以提高发酵单位；6 原料的考虑——成本问题
了解（七培养基设计时注意的一些相关问题：1培养基的组成：2满足微生物生长繁殖和产物合成的需要；3各原材料之间不能产生化学反应，理化性质相对稳定；4黏度适中，具有适当的渗透压；5原料品种和浓度能促进产物合成；6不影响通气搅拌效果，有利于产物提取精制；7合适的C、N比：100∶0.2～2.0；8可通过物料恒算确定培养基成分；9pH的要求。）
第四章
灭菌(sterilization):用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命物质的过程
灭菌方法：一、热灭菌法（1火焰灭菌法2干热灭菌法
3湿热灭菌法(煮沸灭菌法，巴氏消毒法，间歇灭菌法，高压灭菌法）其中巴氏消毒法不能杀死所有的微生物，它只是消毒温度在60~62℃
二、辐射灭菌法（射线灭菌法）
三、化学药剂灭菌法四、臭氧灭菌五、过滤除菌法
四对数残留定律或对数穿透定律
()1
N
k
dt
dN?
=
-
-当Nt=0时，t=∞，既无意义，也不可能。一般采用Nt=0.001，即1000次灭菌中只有一次失败。
五培养基灭菌的要求：1达到要求的无菌程度（10-3）。2尽量减少营养成分的破坏。在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的：
3–培养基中不同营养成分间的相互作用；
4–对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解
六灭菌温度和时间的选择当T1 →T2 ㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’>1 (∵ΔE>ΔE’) ∴随着T上升，菌死亡速率增加倍数大于培养基成分分解速率增加倍数，故一般选择高温
快速灭菌。
原因：采用高温灭菌法，可达到即杀死培养基中的全部有生命的有机体，又减少营养成分的破坏。
分批灭菌：将配制好的培养基输入发酵罐内，直接用蒸汽加热，达到灭菌要求的温度和压力后维持一定时间，再冷却至发酵要求的温度
发酵罐的灭菌：培养基在发酵外经过一套灭菌设备连续的加热灭菌，冷却后送人已灭菌的发酵罐内的灭菌工艺
空气除菌的方法：1加热杀菌2静电除菌3过滤除菌
空气过滤除菌包括绝对过滤和深层过滤
深层介质过滤：介质的孔隙一般大于微生物细胞。（产生惯性碰撞作用2阻截作用3扩散作用4、重力沉降作用5、静电吸附作用）
介质除菌效率：介质除菌效率（η）又称介质捕集效率，是指被介质捕集的尘埃颗粒数与空气中原有颗粒数之比。
空气处理流程：1）将压缩空气冷却至露点以上，使进入过滤器的空气相对湿度为60％～70％以下。这种流程适用于北方和内陆气候干燥地区。
2)两次冷却、分离、加热的空气除菌流程3)高效前置空气除菌流程
4)利用压缩后的热空气和冷却后的冷空气进行热交换，使冷空气温度升高，降低相对湿度。适于中等湿含量地区，流程简单，节能
?提高除菌效率的主要措施：1降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在
干燥状态下工作，主要方法：使用无油润滑的空气压缩机；加强空气冷却和去除油、水；
提高进入过滤器的空气温度。
2稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。
第五章种子扩大培养
种子扩大培养：是指将保存在砂土管、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，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。
实验室种子的制备一般采用两种方式：
1对于产孢子能力强的及孢子发芽、生长繁殖快的菌种可以采用固体培养基培养孢子，孢子可直接作为种子罐的种子，这样操作简便，不易污染杂菌。
2对于产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌种，可以用液体培养法。
实验室种子的制备方式：对于产孢子能力强的及孢子发芽、生长繁殖快的菌种可以采用固体培养基培养孢子，孢子可直接作为种子罐的种子，这样操作简便，不易污染杂菌。
对于产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌种，可以用液体培养法（1固体培养2液体培养法）。
3、接种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
4、接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
第六章发酵设备
1.通风发酵罐的类型1机械搅拌发酵罐2气升式发酵罐3自吸式发酵罐
2. 厌氧发酵罐（酒精、啤酒发酵罐）
第七章发酵工艺控制
1根据不同的投料方式可分为：分批发酵、补料分批发酵、连续发酵
分批发酵的特点：微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程。
补料分批发酵又称（半连续发酵）可分为单一补料分批发酵；反复补料分批发酵
优点：使发酵系统中维持很低的基质浓度；
–和连续发酵比、不需要严格的无菌条件；
–不会产生菌种老化和变异等问题。
缺点：1 存在一定的非生产时间；2和分批发酵比，中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。
连续发酵的优点： 1 能维持低基质浓度；2可以提高设备利用率和单位时间的产量；3 便于自动控制。
缺点1 菌种发生变异的可能性较大；2要求严格的无菌条件。
二代谢产物形成的动力学模型，gaden根据产物生产速率和细胞生长速率之间的关系，将其分成三种类型：1）相关模型2）部分相关模型3）非相关模型
菌体浓度对发酵的影响：菌体（细胞）浓度(cell concentration)：单位体积培养液中菌体的含量。
反映：菌体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段。
可据此算出菌体的比生长速率和产物的比生成速率等有关动力学参数。
《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
发酵工程重点
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啤酒 啤酒概念：啤酒是以优质大麦芽为主要原料，啤酒花为香料，经过制麦芽、糖化、发酵等工序制成的富含营养物质和二氧化碳的酿造酒。 啤酒的分类 1、据工艺分类 可分两大类： 以德国、捷克、丹麦、荷兰为典型的下面发酵法啤酒； 以及以澳大利亚、新西兰、加拿大等的上面发酵法啤酒。 2、根据是否巴氏灭菌 分为：生啤酒/熟啤酒 3、根据麦芽度 可分为：8o啤酒/10o啤酒/12o啤酒/14o啤酒/18o啤酒 4、根据色泽 可分为：黑啤酒/黄啤酒/淡色啤酒 啤酒作用：含二氧化碳，饮用时有清凉舒适感，促进食欲。 啤酒花含有蛋白质、维生素、挥发油、苦味素、树脂等，具有强心、健胃、利尿，镇痛等医疗效能，对高血压病、心脏病及结核病等均有较好的辅助疗效。产妇喝啤酒，以增加母体乳汁，使婴儿得到更充分的营养。 适量饮用啤酒对心脏和高血压患者亦有一定疗效。 啤酒是夏秋季防暑降温解渴止汗的清凉饮料，据医学和饮料专家们研究，啤酒含有4%的酒精，能促进血液循环。过度饮用冰冻啤酒伤脾胃，加重体内湿气，影响健康。 啤酒酿造对大麦质量的要求 1．感官 （1）色泽：良好大麦有光泽，淡黄；受潮大麦发暗，胚部呈深褐色；受霉菌侵蚀的大麦则呈灰色或微兰色 （2）气味：良好大麦具有新鲜稻草香味 （3）谷皮：优良大麦皮薄，有细密纹道 （4）麦粒形态：以短胖者为佳 （5）夹杂物：杂谷粒和沙土等应在2%以下 2．物理检验 （1）千粒重：以无水物计千粒重应为30~40g （2）麦粒均匀度：按国际通用标准，麦粒腹径可分为2.8、2.5、2.2mm三级 （3）胚乳性质：胚乳断面可分为粉状、玻璃质和半玻璃质三种状态 3．化学检验 （1）水分：原料大麦水分不能高于13%，否则不能贮存，易发生霉变，呼吸损失大（2）蛋白质：蛋白质含量一般要求为9~12%，蛋白质含量高，制麦不易管理，易生成玻璃质，溶解差，浸出物相应的低，成品啤酒易浑浊 （3）浸出物：间接衡量淀粉含量的方法，一般为72~80% 4．酿造大麦的质量标准：1986年正式制定和通过了啤酒大麦国家标准，编号为QB—1416—87
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
●发酵工程：以微生物、动植物细胞为生物作用剂进行工业化生产的工程，包括发酵工艺和发酵设备。 ●主要研究内容：菌种选育与构建、大规模培养基和空气的灭菌、大规模细胞培养过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反应器的优化设计和操作、发酵产品的分离纯化过程中的技术问题等。 ●发酵工程原理：指导发酵产品研究与开发，发酵工厂设计与建设以及发酵生产实践的理论。 ●初级代谢：是许多生物都具有的生物化学反应，蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢。 ●初级代谢产物：指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、多糖等。 ●次级代谢：微生物以初级代谢产物为前提合成的对微生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程。 ●自然选育：不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程。 ●杂交育种：将两个基因型不同的菌株经吻合使遗传物质重新组合，分离和筛选具有新性状的菌株。 ●诱变育种：利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显着提高的基础上，采用简便、高效的筛选方法，从中挑选出少数符合目的
的突变株，以供科学实验或生产实践使用。 ●原生质体融合育种：两个亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞融合，接着两个亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。 ●前体：某些化合物加入发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而自身结构并没有明显变化，产物的产量却因前体的加入而有较大的提高。 ●抑制剂：某些化合物可以抑制特定代谢途径的进行，使另一种代谢途径活跃，获得人们所需产物的积累。 如生产甘油加抑制剂亚硫酸钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。这样使乙醇代谢途径中的乙醛不能成为NADH 2(还原型辅酶I)的受氢体，而使NADH 2在细胞中积累， 从而激活α－磷酸甘油脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH 2的受氢体而还原为α－磷酸甘油，其水解后即形成甘油。 ●促进剂：指那些既不是营养物质又不是前体，但却能提高产量的添加剂，如加巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。 ●灭菌：用化学或物理的方法杀灭或除掉物料及其器皿中所有的生命体。消毒是指杀死病原微生物的过程。 ●分批灭菌：培养基置于发酵罐中加热，达到预定温度后维持一段时间，再冷却到发酵所需温度的灭菌。
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。
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
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”。
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：
微生物生物技术重点 第一章 1 发酵的概念 传统概念：指酵母作用于果汁或发芽谷物，进行酒精发酵时产生CO2的现象。 生物学概念：发酵是指微生物在无氧条件下分解代谢有机物质释放能量的过程。（生化）工业生物学家概念：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或其代谢产物的过程 现代概念：培养生物细胞（含动植物和微生物）来制取产物的所有过程 2 生物工程（Microbial engineering ）是利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代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现代发酵技术。 发酵工程的发展简史 1、传统的发酵时期——天然发几千年 酒（古埃及龙山文化）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等 特点 多数产品为嫌气性发酵 非纯种培养 单凭经验传授技术，使产品质量不稳定 （不了解微生物与发酵的关系） 2、近代发酵工程时期——纯培养技术 1665 英国物理学家Robert Hooke（罗伯特·胡克）细胞壁 1680 荷兰列文·虎克(Antonie vanLeeuwenhoek) 活细胞人类认识到微生物的存在 特点 多数产品为嫌气性发酵 非纯种培养 单凭经验传授技术，使产品质量不稳定 （不了解微生物与发酵的关系） 由天然发酵阶段转向纯培养发酵（第一次转折 过程特点 产品的生产过程较为简单，对生产要求不高，规模不大 3、近代发酵工程时期——深层培养技术 出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志青霉素的发现与大量需求 表面培养法(surface culture) 效价40U/mL，纯度20%，收率30% 二战期间，青霉素发酵生产成功 青霉素发酵生产的成功，给发酵工业带来两大功绩： 开拓了以青霉素为先锋的庞大抗生素发酵工业 建立深层培养法（submerged fermentation），把通气搅拌技术引入发酵工业。它使得需氧菌的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。通气搅拌液体深层发酵技术是现代发酵工业最主要的生产方式 机械搅拌通气发酵技术的建立是第二次转折 4、近代发酵工程时期——代谢控制发酵技术 定义：以动态生物化学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某种产品的突变株，再在人工控制的条件下培养，即能选择性地大量生产人们所需要的物
《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)
第一章 1．简述发酵工程的概念及其主要内容。 发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和工程技术学的原理，大规模（工厂化）培养动植物和微生物细胞，生产生物量或产物的科学。发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。 生产微生物细胞（或生物量）； 生产微生物的酶；●生产微生物的代谢产物；?生产基因重组产物；?将一个化合物经过发酵改造其化学结构——生物转化。 2.什么叫次级代谢产物？次级代谢产物是微生物在哪些生长时期形成的？其与初级代谢产物有什么关系？ 以初级代谢产物为原料通过次级代谢合成的，对自身无明确生理作用的代谢产物叫次级代谢产物。关系：先产生初级代谢产物，后产生次级代谢产物；初级代谢是次级代谢的基础；次级代谢是初级代谢在特定前提下的继续与发展。 3.发酵过程有哪些组成部分？ 用于菌种扩大培养和发酵生产用的培养基配方； 培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌；●足量的高活性、纯培养的接种物；?在适宜条件的发酵罐中培养菌体生产产物；?产物的提取和纯化；?生产过程的废物的处理。 第二章 1.发酵工程菌株的选育方法有哪些？各有何特点？ 自然选育：自发突变率低，变异程度较轻微，变异过程十分缓慢；自发突变不定向，负向变异可能性大，正向变异可能性小 诱变育种：方法简单，快速，收效显著。 原生质体融合：打破种属间的界限，提高重组频率，扩大重组幅度。 杂交育种：使不同菌株的优良性状集中在重组体中，扩大变异范围，具有更强的方向性和目的性。 基因工程育种：按人们的愿望使生物体的遗传性状发生定向变异。 2.发酵工程对菌种有何要求？菌种的分离和筛选基本流程是怎样的？ 要求：能大量高效合成产物；发酵培养基原料廉价；培养条件容易控制；易于液中提取产物；不易污染其它杂菌和噬菌体；无毒无害；性能稳定，不易退化
发酵工程重点总结
第一章 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发酵工程：利用微生物（或动植物细胞）的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的技术体系。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。 发酵工业的特点？（7点） 1.发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。 2.可用较廉价原料生产较高价值产品。 3.反应专一性强。 4.能够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。 5.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。 6.菌种是关键。 7.发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制。 工业发酵的类型？ 厌氧发酵 1. 按微生物对氧的不同需求需氧发酵 兼性厌氧发酵 液体发酵（包括液体深层发酵） 2.按培养基的物理性状浅盘固体发酵 深层固体发酵（机械通风制曲） 分批发酵 按发酵工艺流程补料分批发酵 单级恒化器连续发酵 连续发酵多级恒化器连续发酵 带有细胞再循环的单级恒化器连续发酵 发酵生产的基本工业流程？ 1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制； 2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌； 3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中； 4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物； 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。
工业发酵的过程的工艺流程图？ 第二章 1、发酵工业菌种分离筛选的一般流程? 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（如何使样品中所含微生物的可能性大？） 样品预处理（如何在后续的操作中使这种可能性实现） 菌种分离 根据目的菌株及其产物特点分 选择性分离方法随机分离方法 (定向筛选←选择压力) (用筛选方案- 检测系统进行间接分离） 富集液体培养固体培养基条件培养 (初筛) 菌种纯化 复筛 菌种纯化 初步工艺条件摸索再复筛生产性能测试 较优菌株1-3株 保藏及进一步做生产试验某些必要试验和 或作为育种的出发菌株毒性试验等 2、菌种选育改良的具体目标。(4点)？ 1.提高目标产物的产量
第一章发酵工程概述 1.发酵工程的定义与特点？ 发酵工程：主要指利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。 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。 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。(3)有极强的繁殖能力。 2.发酵工业发展的有哪几个阶段及大致年代？ 1传统的微生物发酵技术——天然发酵；2第二代（近代）微生物发酵技术——深层培养技术：出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志。青霉素的发现与大量需求；3第三代发酵技术——微生物工程：1982，第一个基因工程产品——利用工程菌生产的人胰岛素问世 3.发酵工业的应用领域？举出6个以上（三个不同领域）发酵生产的产品。 1、在食品工业的应用：奶酪、酸奶味精2在医药卫生中的应用：青霉素、金霉素3、在轻工业中的应用：制干酪、果汁4、在化工能源中的应用：乙醇、甘油 5 业中的应用：杀虫剂、根瘤菌6、在环境保护中的作用：污水处理 4、发酵罐的特征及类型：特征：1发酵罐应有适宜的径高比2发酵罐受一定的压力3其搅拌通风装置能使气液充分混合，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧4发酵罐内应尽量减少死角，避免污垢堆积，保证灭菌彻底，防止污染5.发酵罐应有足够的冷却面积6搅拌器的轴封要严密，以减少泄露类型：1生长代谢需要分类：好氧和厌氧2按发酵罐的设备特点分类：机械搅拌通风和费机械搅拌通风3按容积分类：实验室发酵罐、中试发酵罐、生产规模发酵罐4按操作方式分类：分批发酵和连续发酵5按生长环境分类：悬浮生长和支持生长6 超滤发酵罐 4、什么是气升式发酵罐，什么优点？ 气升式发酵罐：是指借助气体上升的动力来搅拌的发酵罐。优点：1气体从罐体的下部通入，可带动流体在整个发酵罐内循环流动，使反应器内的溶液混合均匀。2由于不用机械搅拌桨，省去了密封装置，使污染杂菌的机会减少，同时降低了机械剪切作用对细胞的伤害3由于液体循环速度快，反应器内的供养和传热都较好，利于节能 5、工业发酵常见的发酵方式有哪些，其主流发酵方式是什么，为什么？ 方式：1根据微生物需氧和不需氧：好氧和厌氧2根据培养基固态和液态：液态发酵和固态发酵3根据发酵位置是表面和深层：表面发酵和深层发酵4根据菌种是否被固定：游离发酵和固体发酵5根据发酵间歇或是连续：分批发酵和连续发酵6根据所用菌种是单一或多种：单一纯种发酵和混合发酵 主流发酵方式：好养、液体、深层、分批、游离、单一纯种发酵方式结合进行的 6、连续发酵的特点及不足有哪些？ 特点：简化了菌种的扩大培养、发酵罐的多次灭菌、清洗、出料、缩短了发酵周期，提高了设备利用率、降低了人力物力消耗，增加了生产效率，是产品更有商业性竞争 不足：1连续发酵运转时间长，菌种多退化，容易污染，其培养基的利用率低于分批发酵2 工艺中变量较分批发酵复杂，较难控制和扩大3在大规模生产中，次级代谢产物难以利用连续发酵 7、什么是固态发酵和混合发酵？发酵液的特点？ 固体发酵：是指利用古体培养及进行微生物的繁殖混合发酵：多种微生物混合在一起共用一种培养基进行发酵发酵液的特点：1发酵液大部分是水，一般含水量达到90%---99% ，发酵液中发酵产物浓度较低2发酵液中的悬浮物主要是菌体和蛋白质的胶状
样卷1及参考答案 一、填空（每空1分，共30分） 1，工业上的发酵产品分为菌体、代谢产物、微生物酶和生物转化产品四个类别。 2，从本质上来说，微生物代谢是通过酶量调节和酶活性调节两种方式来进行调节的。 3，根据对氧需求的不同可将发酵分为通风发酵和厌氧发酵两种类型。 4，根据产物合成途径，我们可将次级代谢分为与糖代谢有关的类型、与脂肪酸代谢有关的类型、与萜烯和甾体化合物有关的类型、与TCA环有关的类型和与氨基酸代谢有关的类型五种类型。 5，卡尔文循环由羧化、还原和再生三个阶段（部分）组成。 6，发酵厂用于原料除杂的方法有筛选、风选和磁力除铁。 7，种子的制备可分为实验室种子制备和车间种子制备两个阶段。 8，空气除菌的方法有加热、静电、射线和介质过滤。 10，常用的连续灭菌工艺有喷射加热、薄板换热器和喷淋冷却。 11，氢化酶是氢细菌进行无机化能营养方式生长的关键酶，在多数氢细菌中有两种氢化酶，它们是颗粒状氢化酶和可溶性氢化酶。 二、名词解释（每题4分，共20分） 1，发酵工程 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性服务的一门科学。 2，无菌空气 发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。此种空气称为“无菌空气”。 3，种子的扩大培养 是指将保存在砂土管、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，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而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。 4，酶合成的阻遏 某些酶在微生物生长时可正常地产生，但当生化途径的终产物浓度增加时或向生长培养基加入这种终产物时，酶的合成就被阻遏。这种低分子量的终产物(辅阻遏物)被认为是同胞内由调节基因编码的蛋白质(阻遏蛋白)结合，产生一种阻遏物，该阻遏物“关闭”对酶编码的结构基因。这样的酶称为可受阻遏的酶。阻遏酶合成的物质称为阻遏物。
发酵工程复习资料 第一章绪论 1、发酵及发酵产品各包括哪些类型？ 答案要点： 一）发酵的类型：按发酵原料分类：糖类物质发酵、石油发酵、废水发酵； 按发酵形式分类：固体发酵、液体发酵； 按发酵工艺流程分类：分批发酵、连续发酵、流加发酵； 按发酵过程对氧的需求分类：厌氧发酵、通风发酵； 按发酵产物分类：氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵、 酶制剂发酵 二）发酵产品的类型：以菌体为产品、以微生物的酶为产品、以微生物的代谢产物为产品、生物转化过程 2、了解发酵工程的组成、基本要求及主要特点。 答案要点： 一）组成：上游工程：菌种选育、种子培养、培养基设计与制作、接种等。 发酵工程：发酵培养。 下游工程：产物的提取纯化、副产品的回收、废物处理等。 二）基本要求：发酵设备、合适的菌种、合适的培养基、有严格的无菌生长环境三）主要特点：1）发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件简单；2）发酵所用的原料主要以再生资源为主；3）发酵过程通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物；4）获得按常规方法难以生产的产品；5）投资少，见效快，经济效率高；
6）维持无菌条件是发酵成败的关键； 7）环境污染小。 3、为什么说发酵工程在国民经济中有着重要的地位？ 答案要点： 因为发酵工程在医药、食品、能源、化工、冶金、农业、环境保护等方面均有着十分重要的作用，例如：抗生素的生产；饮料食品等的制造；沼气、微生物采油、生物肥料、生物农药以及三废处理等方面都有很重要的应用。所以说发酵工程在国民经济中有着重要的地位。 4、了解发酵工业的类型及必备条件。 答案要点： 一）发酵工业类型： 食品发酵工业：食品、酒类 1）传统分类 非食品发酵工业：抗生素、有机酸、氨基酸、酶制剂、核苷酸、单细胞蛋白 酿造业：利用微生物生产具有较高风味要求的发酵食品。 2）现代分类 发酵工业：经过微生物纯种培养后，提炼、精 制而获得成分单纯、无风味要求的 产品。 如：抗生素、柠檬酸、酶制剂、酒精等。 二）发酵工业必备条件： 1）适宜的微生物菌种；
一．填空题 第一章 1.发酵工业的发展经历了（自然发酵），纯培养技术的建立，（好气性）发酵技术的建立，人工诱变育种，（代谢控制）发酵技术的建立，开拓新型发酵原料时期，与（基因操作）技术相结合的现代发酵工程技术等六个阶段 2.工业发酵方式根据所用菌种是单一或是多种可以分为单一（纯种发酵）和（混合）发酵。 3.微生物培养（发酵）方式，可以分为（分批培养）（发酵），（连续培养）（发酵），补料分批培养（发酵）三种类型。 4.（发酵工程）是连接生物技术上下游过程的重要枢纽；（发酵工程）是生物技术产业化的一个主要途径。 5.发酵工程发展史可分为三个发酵技术阶段：在1910以前为（自然）发酵技术阶段；深层培养生产青霉素属于（近代）发酵技术阶段；现代生物技术的技术特征就是以（基因工程）为首要标志。 第二章 1.常用工业微生物可分为：（细菌）、酵母菌、霉菌、（放线菌）四大类。 2.在培养基中掺入可溶性淀粉、酪素或CaCO3可以分别用于检测菌株产（淀粉）酶、产（蛋白）酶或产（酸）能力的大小。 3.（自然选育）是指对自然界中的微生物（未经人工诱变或杂交处理的情况下）进行分离和纯化，择优选取微生物菌种的方法。 4.工业微生物育种的基本方法包括自然选育、（诱变育种）、代谢控制育种、（基因重组）和定向育种等；原生质体融合技术、基因工程技术而进行的诱变育种称为（杂交育种）。 5.由于自发突变的作用而引起某些优良特性变弱或消失的现象称（菌种衰退）。 6.常用菌种保藏方法有（斜面）、沙土管、（液体石蜡）、真空冷冻等保藏法等。 7.（自然选育）方法简单易行，但获得优良菌种的几率小，一般难以满足生产的需要。 8.获得纯培养的方法有（稀释法）、划线法、（单细胞）挑选法、选择培养基分离法等方法。 9.富集培养目的就是让（目的菌）在种群中占优势，使筛选变得可能。 10.工业微生物菌种可以来自（自然分离），也可以来自从微生物菌种保藏机构与（工业单位）获取。 11.从自然界（获得目的菌的）分离和筛选微生物菌种，一般分为采样、（富集培养）、纯种分离、（初筛和复筛）等步骤。 12.（透明圈）法在固体培养基中渗入溶解性差、可被特定菌利用的营养成分，造成浑浊、不透明的培养基背景，所筛选的菌落周围就会形成透明圈。 13.（变色圈）法在底物平板中加入指示剂或显色剂,使所需微生物能被快速鉴别出来。 14.（生长圈）法将待检菌涂布于含工具菌并缺少工具菌营养物的平板上培养，若能合成平板工具菌所需的营养物，在该菌株的菌落周围工具菌便会形成一个混浊的生长圈。 15.（富集培养）：是根据微生物生理特点，设计一种选择性培养基，将样品加到培养基中，经过一段时间的培养，目的微生物迅速生长繁殖，数量上占了一定的优势，从中可有效分离目的菌株。 第三章 1.氨基酸，蛋白质，核苷酸，核酸，多糖，脂肪酸，维生素等，是各种不同种生物所共有的（初级代谢产物）。 2.抗生素、生长刺激素、维生素、色素、毒素、生物碱是由特定物种在特定阶段产生，且受环境影响很大的（次级代谢产物）。 12.发酵动力学主要内容为（细胞生长）动力学、（基质消耗）动力学及产物形成动力学。 13微生物调节其代谢采用调节（酶活性）、（酶合成量）、细胞膜的透性的三种方式。 第四章 1.实验室中配制固体培养基要加（0.2%~0.7%）琼脂或5~12 ％明胶等剂，（1~2 ％）培养基的琼脂用量则为半固体 2.天然的（孢子）培养基主要有：麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基等。 3.（种子）培养基有供菌体大量繁殖的营养基质，营养成分要求比较丰富和完全，能维持稳定的（pH），最后一级的种子培养基的成分最好能较接近（发酵）培养基。 4.（发酵）培养基常用分批补料的方式来满足生长和合成两阶段不同的代谢需求。 5.发酵培养基的成分中必包含（碳源）、（氮源）无机盐、（生长因子）和水五大营养要素，还根据需要添加前体和产物促进剂。 6.工业上常用（葡萄糖）为淀粉水解糖，但要达到一定的质量指标。 第五章 1.（高压蒸汽灭菌法）可杀灭包括芽胞在内的所有微生物，是灭菌效果最好、应用最广的灭菌方法。 2.经5~7分钟后受紫外线照射的空气，才能使氧气产生（臭氧）。因此消毒时间应从灯亮5－7分钟后计时。 3.30w的紫外线灯管有效照射距离为（25~60），时间为（25~30）分钟