第九章 发酵工程应用实例
发酵过程：菌种→孢子制备→种子制备→发酵液处理
（1）了解青霉素的发酵工艺、
青霉菌：为β—内酰胺类抗生素，为抗革兰氏阳性的抗生素，由真菌生产的次级代谢产物，生长无关型
1929年，英国弗莱明（fuleming ）发现青霉素 抗生素分类 1、根据抗生素的生物来源分 ● 放线菌：链霉菌、诺卡氏菌属、小单孢菌属； ● 真菌：青霉菌属、头孢菌属、担子菌； ● 细菌：多粘杆菌、枯草杆菌、芽孢杆菌；
● 植物或动物：蒜→蒜素；动物脏器→鱼素。
2、按抗生素化学结构的分类
● β-内酰胺类：青霉素类、头孢菌素类，包含一个四元内酰胺环
● 氨基糖苷类：链霉素、庆大霉素，既含有氨基糖苷，也含有氨基环醇
● 大环内酯类：红霉素、麦迪加霉素，含有一个大环内酯作配糖体，以苷键和1-3个
分子的糖相连
● 四环类：四环素、土霉素，以四并苯为母核，大都为放线菌生产。
● 多肽类：多粘菌素、杆菌肽，含有多种氨基酸，经肽键缩合成线状、环状或带侧链
的环状多肽
作用：抑制细胞壁合成。合成路径为氨基酸、肽类衍生物
生产工艺
1、菌种：产黄青霉
生长发育分六个阶段：
Ⅰ—Ⅳ期：菌丝生长期，适宜做种子；
Ⅳ—Ⅴ期：青霉素分泌期，菌丝生长趋势减弱，大量产生青霉素；
Ⅵ期：菌丝体自溶期。
● I 期 分生孢子发芽；
● II 期 菌丝繁殖；
● III 期 形成脂肪粒，积累贮藏物，适于作种子；
● IV 期 脂肪粒减少，形成中、小空泡；
● V 期 形成大空泡，脂肪粒消失；
● VI 期 细胞内看不到颗粒，个别细胞出现自溶。
2、培养基：
碳源：乳糖、蔗糖、葡萄糖等；
氮源：玉米浆、麸皮粉、无机氮源；
前体：苯乙酸或苯乙酰胺；（一次﹤0.1％）
无机盐：S 、P 、Ga 、Mg 、K 等。
铁离子有害， 控制在﹤30μg/mL 。
3、发酵条件控制
补糖：残糖降至0.6％（PH 上升）；
补氮：氨氮0.05％，补硫铵、氨水或尿素；
PH：6.4—6.6，加糖、加酸、加碱调节；
温度：前期，25-26℃；后期，23℃；
通气比：1：0.8；
溶氧：﹥氧饱和溶解度的30％；
消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂
详细如下
●温度控制：前期25-26°C，后期23 °C；
●pH控制：一般为6.4-6.6，加酸加碱及加葡萄糖控制；
●通气：一般为1：0.8VVM；
●溶氧：﹥氧饱和溶解度的30％
●搅拌：要求发酵液中溶解氧量不低于30%。
●泡沫与消沫：少量多次加入消沫剂，在发酵前期不宜多用，玉米油、豆油或化学合
成消沫剂。
●加糖控制：根据残糖量与发酵过程中的pH来控制，也可根据排气中CO2与O2量
来控制，残糖降至0.6％（PH上升）。
●补氮：发酵液氨氮控制在0.01-0.05%，补硫铵、氨水或尿素；。
●加前体：残余苯乙酰胺浓度控制在0.05-0.08%。
4、青霉素的分离纯化
1.过滤：板框、真空转鼓；
2.萃取：醋酸丁脂，2-3次；（具体步骤：将发酵滤液酸化至pH2，后加相当于
发酵滤液体积1/3的醋酸丁酯，混合后以碟片式离心机分离；然后以
1.3-1.9%NaHCO3在pH6.8-7.1条件下将青霉素提取到缓冲液中，再调pH2，
将青霉素从缓冲液转入到醋酸丁酯溶液中）
3.脱色：活性碳，150-200g/10亿单位；
4.结晶：浓缩结晶或直接结晶；
5.洗涤
6.干燥
流程工艺
了解谷氨酸发酵生产工艺、
常用菌：北京棒杆菌，钝齿棒杆菌
氨基酸：氨基，羧基，与氢直接连接在αC 上
（1）淀粉水解糖的制备：酸水解或酶水解 调浆：干淀粉用水调成10-11Bx 的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8％至pH1.5。 糖化：蒸汽加热，加压糖化25min 。冷却至80℃下中和。 中和：烧碱中和，至pH4.0-5.0 脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8％，在70℃及酸性
条件下搅拌后过滤。 ① 斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属、节杆菌属。 我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。
生长特点：适用于糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。
斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的pH7.0-7.2琼脂培养基，32℃培养18-24h
② 一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸
锰组成。pH6.5-6.8。1000ml 装200-250ml 振荡，32℃ 培养12h 。
③ 二级种子培养：用种子罐培养，料液量为发酵罐投料体积的1％，用水解糖代替葡
萄糖，于32℃ 进行通气搅拌7-10h 。种子质量要求：二级种子培养结束时，无杂菌或噬
菌体污染，菌体大小均一，呈单个或八字排列。活菌数为108-109 /ml 。
①尿适应期：素分解出氨使pH 上升。糖不利用。2-4h 。
措施：接种量和发酵条件控制使期缩短。
② 对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使pH 上升，氨被利用pH 又迅速下降。溶氧急剧下降后维持在一定水平。菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形。不产酸。12h 。 措施：及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH ，在pH7.5-8.0时流加尿素；维持温度30- 32℃ ③ 菌体生长停止期：谷氨酸合成。
? 措施：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 ℃。
④ 发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低。 措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。发酵周期一般为30h 。
（1）培养基
① 碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烃
② 氮源：铵盐、尿素、氨水
C/N ＝100：15~21，实际高达100：28
原因： 1）用于调整pH 。
2）分解产生的NH3从发酵液中逸出。
③ 无机盐：磷酸盐、镁、钾、钠、铁、锰、铜，其中
磷酸盐对发酵有显著影响。
不足：糖代谢受抑制，菌体生长不足。
过多：a.细胞膜磷脂生成量多，不利于谷氨酸排出。
b.促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脱羧生成）缩
合生成缬氨酸的前体物——α－乙醛乳酸，
使缬氨酸在发酵液中蓄积。
④生长因子：生物素。青霉素
作用 ：
生物素：乙酰-CoA 羧化酶的辅酶，与脂肪酸及磷脂合成有关。可改变细胞膜的成分，
改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。含量高时，细胞膜致密，阻碍Glu 分泌，引起反馈抑制。
谷氨酸 （α-氨基戊二酸）
O =C-OH H 2N- C- H H-C-H H-C-H H-C=O
OH
青霉素：抑制肽聚糖合成中的转肽酶活性，引起肽聚糖结构中肽桥无法交联，造成细胞壁缺损，在膨胀压的作用下代谢物外渗，降低了谷氨酸的反馈抑制，提高了产量。
（2）pH的影响及其控制
作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢。在氮源供应充分和微酸性条件下，谷氨酸发酵转向谷氨酰胺发酵。pH控制在中性或微碱性。
方法：流加尿素和氨水
（3）温度的影响及其控制（4）溶解氧的控制
不足：发酵液pH值偏低，生成乳酸和琥珀酸，谷氨酸少。
过大：NADPH2通过呼吸链被氧化，影响α-酮戊二酸还原
氨基化，使α-酮戊二酸蓄积。
1.菌体生长阶段：30~34℃
2.产酸阶段：34~36℃
谷氨酸的提取
（1）等电点法：操作简单，收率60％。周期长，占地面积大。
（2）离子交换法：用阳离子交换树脂提取吸附谷氨酸形成的阳离子，再用热碱洗脱，收集相应流分，再加盐酸结晶。
（1）EMP:丙酮酸，A TP,NADH2
（2）HMP:6－磷酸果糖
3－磷酸甘油酸
NADPH2:α－酮戊二酸还原氨基化必需的供氢体。（3）TCA循环:生成谷氨酸前体物质α－酮戊二酸。
（4）CO2固定反应:补充草酰乙酸。
（5）乙醛酸循环:使琥铂酸、延胡索酸和苹果酸的量得
到补充，维持TCA循环的正常运转。
谷氨酸脱氢酶
（6）还原氨基化反应:α－酮戊二酸---------------- 谷氨酸
了解酒精发酵工艺。
酒精生产原料：
1、薯类原料甘薯、木薯和马铃薯等。
2、谷物原料玉米、高梁、大米和小麦等。
3、糖类原料废糖蜜、甘蔗、甜菜等。
4、野生植物原料椽子仁、土茯苓、楝树果等。
5、纤维原料森林工业和木材加工工业的下脚料、农作物秸秆、甘蔗渣、废纤维垃圾和废纸浆等。
6、其他原料亚硫酸纸浆废液、淀粉渣等。
(一)酒精酵母的生长条件
温度：酵母菌的最适培养温度为29~30°C，最高位38°C，最低位-5°C。50 °C 死亡。
PH：影响营养物的吸收与酶的活性。当PH为碱性时。酒精产量减少，甘油的产量增加。酵母最适PH为4.8~5
培养基的组分：碳源一般为葡萄糖。氮源为有机氮和氨态氮。
（二）酒精发酵动态
1.前发酵期
1.酵母菌迅速繁殖
2.糖分消耗也比较慢。
3.温度升不快。发酵期温度一般不超过30℃。因为温度太高，会造成酵母早
期衰老，如果温度过低，又会使酵母生长缓慢。
4.发酵菌少，易被杂菌抑制，防止染菌。
2.主发酵期
1.进行酒精发酵。
2.醪液中糖分迅速下降，酒精分逐渐增多。
3.产生了大量的CO2
4.温度快速上升。控制发酵温度在30-34℃
3.后发酵期
1.发酵醪中酒精和CO2产生得也少。
2.后发酵阶段，因为发酵作用减弱，发酵产热减少，发酵的温度逐渐下降。
此时温度应控制在30-32℃左右。
(三)酒精发酵工艺
根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可以将酒精发酵的方式分为间歇式连续式两种。
（四）影响酒精发酵因素的讨论
1．稀释速度
?在间歇发酵中，糖化醪要求自接种后8-10小时内加完，这样可以有较长的后发酵时间，将糊精彻底水解发酵。
?酵母的繁殖速度取决于发酵醪营养物质浓度，而营养物质的含量又取决于进料和出料速度。所以，控制进料速度，就可以控制酵母细胞数和营养成分。
2．发酵醪pH值的控制
?降低发酵醪中的pH值，是防止杂菌污染的有效措施之一。由于连续发酵无菌条件要求较严，其pH控制在4.0-4.5为宜。间歇发酵PH值可控制在4.7-5.0。在上述pH
值范围内，较接近于糖化酶作用的最适pH值。
?pH值的控制，可用H2SO4来调节。如果pH值太低，不但会抑制杂菌的繁殖，同
时也会抑制酵母菌的繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵成果
3．发酵温度控制
?酒精酵母繁殖温度为27-30℃，发酵温度30-33℃，生产中发酵醪温度可根据发酵形式不同进行控制：
?间歇发酵：接种温度27-30℃；发酵温度30-33℃；后发酵温度30℃±1℃。
?连续发酵各罐温度控制在30-33℃。
4．多级连续发酵中发酵罐数量问题
?多级连续发酵是利用很多个罐进行串联，组成一个发酵罐组。
?除了前面几个流加罐外，后面还要配合适量的罐作为后发酵用，并使前后罐之间醪液保持一定的浓度梯度。
?每一罐组用多少只发酵罐为宜，这主要取决于发酵醪自进入第一只发酵罐起，到最后一只发酵罐醪液成熟，醪液在几个罐内发酵时间
5．关于发酵醪浓度问题
?糖化醪浓度稀，虽然有利于酵母的代谢活动，提高出酒率，但是浓醪发酵却有提高设备利用率，节省水、电、汽、降低生产成本，增加产量的优点。因此，生产上希望尽量采用浓醪发酵。
?正常发酵醪浓度一般为16-18Bx，其发酵成熟醪酒精含量为8-9％(容量)。
6．关于缩短发酵时间
?用糖蜜原料制造酒精，发酵时间需要24-32小时，如用淀粉质原料，则需60小时以上。
?缩短发酵时间，需要设法加速水解支链淀粉中以1，6相结合的键。解决这个问题的方法是选育糖化酶含量高的菌种，以加强糖化作用。
?另外，采用连续发酵和选用发酵力强的酵母菌种，也是加速发酵、缩短发酵时间的有力措施。
了解α-淀粉酶酶制剂发酵工艺（本人认为不会考，）
菌种：细菌和霉菌。细菌采用固体发酵法。霉菌采用的是液体深层发酵法
种子培养：采用二级发酵
种子培养基配方;黄豆饼粉40G/L、玉米粉30g/、l硫酸铵4g/L、磷酸氢二钠8g/L、氯化铵1.5g/G.、121°C灭菌30min
发酵：考虑因素是分解代谢的阻遏和诱导。防止分解代谢的阻遏和诱导效应，并有利于PH 调节，采用补料工艺
发酵温度控制37°C。通气量根据菌的实际分段控制。
了解维生素B2发酵生产过程；（本人认为不会考）
菌种：细菌、酵母、霉菌。阿舒甲囊酵母为高产菌种
发酵工艺：采用二级发酵。碳源为葡萄糖。才哦那个葡萄糖和油脂作混合碳源。油脂为缓慢碳源，解除葡萄糖有其他代谢产物对B2的阻遏作用。氮源为蛋白胨、鱼粉，骨胶等有机氮。通气量为高产的关键。
了解基因工程药物生产的一般工艺（本人认为不会考）
获得目的基因→组建重组质粒→构建基因工程菌→培养工程菌→产品分离纯化→除菌过滤→半成品鉴定→成品鉴定→包装
工艺主要包含：
1、了解工程菌的生长基础：温度、PH、培养基等
2、确定培养参数和控制方案及顺序
三、工艺流程设计方法
1、原料处理过程
主反应确定之后，根据反应特点，对原料提出工艺条件要求，如纯度、温度、压力、加料方式等。
2、反应过程
根据反应过程的特点、产品的要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用生化反应器类型和决定连续还是间歇性操作。
3、产后处理
根据反应特性和产品质量要求，实际过程可能会出现下列情况：
（1）副反应的发生。
（2）多组分平衡，过剩原料回收分离。
（3）有害杂质净化。
（4）产物聚集状态，多相混合，需采用不同措施进行处理，有时这些原因是制约生产的关键环节
4、产品的后处理
经过分离净化后的产品，有些是下一工序的原料有些可作商品，还有需要后处理，如筛分、包装、灌装、计量、贮存、输送。这些过程都需要有一定的工艺设计装置。
5、未反应的循环或利用以及副产品的处理
6、确定“三废”排出物的处理措施
排放的三废、加以回收，无法回收应妥善处理，达到排放标准。做到“三废”治理与环保工程。“三废”治理工艺与生产工艺同时设计、同时施工、同时投产运行。
7、确定公用工程的配套措施
生产中必须使用的工艺用水（包括作为原料的软水、冷却水、溶剂用水等）、蒸汽（原料用汽、加热用汽、动力用汽及其他用汽等）、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空都是工艺中要考虑的配套设施。还要考虑生产用电、上下水、空调、采暖通气都是必须密切配合。
8、确定操作和控制方案
包括流程中各个单元设备的物料流量（投料量）、组成、温度压力，并提出控制方案，以确保产品合格。
9、安全生产措施
根据物料性质和生产特点，在工艺流程中除设备材质和结构安全外，还要设置事故槽、安全阀、放空管、安全水封、防爆板、阻水栓等以保证安全生产。
10、保温、防腐的设计
这是工艺流程设计的最后一项工作，也是施工按装的最后一道工序，根据介质的温度、特性和状态以及周围环境状况决定管道和设备是否面要保温和防腐。
第一章绪论 发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞的培养，大量生成和积累特定的代谢产物或菌体的过程。 发酵工程：是发酵原理和工程学的结合，是研究由生物细胞（包括微生物、动植物细胞）参与的工艺过程的原理的科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务于人类的一门综合性科学技术。这里所指的生物材料包括来自自然界微生物、基因重组微生物等以及各种来源的动物细胞和植物细胞。 发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程 第二章发酵设备 固体发酵 液体发酵（厌氧发酵，好氧发酵） 厌氧发酵：酒精发酵罐 好氧发酵：通风搅拌发酵罐 通风搅拌发酵罐设备主要部件包括： 1罐身 酒精发酵罐2电机 3搅拌器 4轴封 5消泡器 6联轴器 7中间轴承 8空气吹泡管（或空气喷射器） 9挡板 10冷却装置 1.罐体：罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。罐体上的管路越少越好 2.搅拌作用：打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率使发酵液充分混和。3挡板的作用：防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用； 4消泡器：利用机械的方法打碎气泡 5仪表：测量相关参数 为什么压力表不用直管：会有培养基冲入，污染压力表；起不到缓冲作用；灭菌冷却后有冷凝水（含菌）掉入罐内，污染菌种，弯管液封，上面的杂菌不会掉入下面管道中。 6罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。 发酵罐的灭菌 （在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/cm2（160℃）。当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，计时25min时立即关掉蒸气阀。关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。升温降温时注意缓冲性灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染冬天温度低、散热快，低于30℃需加温。加温时蒸气由下进入、从上
●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。
绪论： 一、概念：发酵工程（Fermentation Engineering）指在最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。 二、发酵工程研究的主要内容 发酵工程主要包括代谢工程和发酵工艺两个主要内容 具体来说它一般包括微生物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化酶，固定化细胞所做的反应器加工底物，以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。发酵工艺主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。 四、发酵工程的特点 一个完整的发酵过程包括：1材料的预处理2生物催化剂的制备3生化反应器及发应条件的选择与监控 第二章：菌种的来源 一、工业化生产菌种的要求 ?能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成 产物 ?有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的 可操作性要强 ?遗传性能要相对稳定 ?不易感染它种微生物或噬菌体 ?产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病 菌无关） ?生产特性要符合工艺要求 二、自然界中菌种分离的一般过程(步骤): 土样的采取→预处理→培养→菌落的选择→产品的鉴定. 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物. 三、采样时要注意的问题: 气候、水分、空气;来源要广;结合产品的特点;标签：地点、时间、气候等四、目的微生物富集的一些基本方法 富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。 富集的三种方案： ?定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的条件，进行培养。 ?当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分类学中考虑， ?不能提供任何有助于筛选产生菌的信息，这时只能通过随机分离的办法. 定向培养的方法 物理方法：加热、膜过滤等但主要是通过培养的方法 定向培养的富集方法 1、底物 2、pH条件 3、培养时间 4、培养温度等一切能提高目的微生物相对生长速度的手段，培养（固体、液体；分批连续）后使目的微生物在种群中占优势。 五、菌落的选出 1.从产物角度出发：在培养时以产物的形成有目的的设计培养基 利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素
一、名词解释 1传统发酵工程：通过微生物生长的繁殖和代谢活动，产 的生物反应过程。 将DNA重组细胞融合技术、酶工程技 综合对 发酵过程控制、优化及放大 指迄今所采用的微生物培养分离及培养 微生物。（特别是极端微生物） 4富集培养主要方法：是利用不同种类的微生物其生长繁 求不同，如温度、PH、培养基C/N 等，是目的微生物在最适条件下迅速生长繁殖，数量增加， 成为人工环境下 的优势种。方法：⑴控制培养基的营养成 消毒仅仅是杀死生物体或非生物体表 死营养细胞，而不能杀死细菌芽孢和 真菌孢子等，特别适合与发酵车间的环境和发酵设备、器 具的灭菌处理。灭菌杀灭所 有的生命体，因此灭菌特别适 的灭菌处理。 法及其区别：湿热灭菌法：指将物品置 高压饱和蒸汽、过热水喷淋等手段使微生 物菌体中的蛋白质、核酸发生变性而杀灭微生物的方法。 该法灭菌能力强，为热力灭菌中最有效、应用最广泛的灭 菌方法。药品、容器、培养基、无菌衣、胶塞以及其他遇 高温和潮湿不发生变化或损坏的物品，均可采用本法灭 菌。干热灭菌法：指将物品置于干热灭菌柜、隧道灭菌器 等设备中，利用干热空气达到杀灭微生物或消除热原物质 的方法。适用于耐高温但不宜用湿热灭菌法灭菌的物品灭 菌，如玻璃器具、金 属制容器、纤维制品、固体试药、液 用本法灭菌。 即在规定温度下杀死一定比例的微生物所用 8致死温度：杀死微生物的极限温 在致死 微生物所需要对 的致死时间。 制好的培养基放入发酵罐或其他装置中， 基和所用设备一起（实罐灭菌）进 行灭菌 10连续灭菌：将配制好的培养基向发酵罐等培养装置输 热、保温盒冷却等灭菌操作过程。 是指将 冷冻干燥管，沙土管中处于休眠 状 入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐 逐级扩大培养而和质量的纯种的过程 纯培养物称为种是指种子的 龄：是指种子始移入下一级 的培养是指移入的种子液体积和 影响呼吸所能允许的最低溶氧浓 13稀释度D：单位时间内连续连续流入发酵罐中的新鲜 的培养总体积的比值。 把导致菌体开始从系统中洗出时的稀 发酵过程中，引起温度变化的原因是由 于 生的净物在生长 繁殖过程中，本身产生的耗氧培养 的 发酵罐都有一定功率的做机械 运动，造成液体之间、液体与设备之间的摩擦，由此产生 。 依靠无菌压缩空气作为液体的提升力， 翻动实现混合和传质传热过程。其 特点是结构简单，无轴封，不易污染，氧传质效率高，能 耗低，安装维修方便。缺点：不适合高粘度或含大量固体 感菌体的生产。 培养基中某些成分的加入有助于 生长因子、前体。产物抑制和促进剂。 微生物生长不可缺少的微量的有机物质，不是 必需。 18前体：指加入到发酵培养基中能直接被微生物在生 物 到产物分子中去，其自身的结构并没有多 大变化，但是产物的产量却因其加入而有较大提高的一类 那些细胞生长非必需的，但加入 量的一些物质，常以添加剂的形式 20 分批发酵（序批式发酵）：指一次性投料、接种直到发 留在发酵罐内。 在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基， 培养液。 搅拌器输入搅拌液体的功率，具 用以客服介质阻力所需用的功 率。 23供氧：指空气中的氧气从空气泡里通过气膜、气液 界 液体主指氧气从液体主流通 内。 生产菌种或选育过程中筛选出来的优良 传代和保藏之后，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。 25氨基酸发酵：指合成菌体蛋白质的氨基酸脱离其正 常 是对产品 使污染物 产生量、流失量和治理量达到最小，使资源充分利用。② 末端治理：把环境责任放在保护研究、管理等人员身上， 产生的污染物的 处理上，总是处于一种被动的、消极的地位。③因为工业 生产无法完全避免污染的产生，推行清洁生产的同时还需 要末端治理。 二、选择填空 1染菌概率：在实际生产过程中，要实现每批次发酵都 完 染几乎是不可能的，一般采用“染菌概率” 一般 为10-3 ①细菌②放线菌③酵母菌④霉菌⑤未培养 采集样品→样品预处理→目的菌富 酵性能鉴定→菌 种保藏 层的微生物数量最多，秋季采土样 物理方法、化学方法、诱饵法。 因突变；直接原因：连续 传 菌种保藏方法：①斜面低温保藏法②砂土管保藏法 ③冷 液保藏法⑥液体 石蜡保藏据微生物生理、生化特点，人为地 于不活泼、生长繁殖受抑制的 持菌种存活率②减少变异③保 持 优良性状 7液氮超低温保藏法：原理：在超低温（-130℃）状态下 延续，且不发生 加保护剂（甘油等）制成菌悬液封于安瓿管内 温速度的冻结后，贮藏在-150～-190℃液氮冰箱内；特 点：适合各类微生物①适合各类微生物②保存时间长③需 特殊设备④操作较复杂 8培养基成分： ①碳源（糖类，导致PH下降；油和脂肪， ，导致PH上升）②氮源（有机、无 量元素④水⑤生长调节物质。 ⑴一般首先是通过单因子实验确定培养基成 因子实验确定培养基个组分及其适宜的浓 度；⑵响应面分析法对培养基进行优化①最陡爬坡实验 10检测染菌方法：镜检查法 ②平板划线培养检 法④发酵过程异常现象观察法(溶 CO 2、粘度）。 种子带菌②过滤空气带菌③设备的 培养基霉菌不彻底⑤操作不当⑥噬 干热灭菌法，湿热灭菌法，射线灭菌法， 除菌法，火焰灭菌法 13空气除菌方法：辐射杀菌，加热杀菌，静电除菌，过 乙醇发酵；部分相关型，中间 复杂发酵类型：抗生 15DO值只是发酵与 配合起OUR： CER：CO2 的 产品的质量和经济效 式、固定化、 指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增 加而漩涡基本消 18发酵罐构件：搅拌器，挡板，空气分布器，换热装置。 罐的基本体积上升，单位发酵液 清洁生产过程，清洁产品和 理，改进生产工艺，废 20工艺技术改革方式：改变原料，改进生产设备，改革 经济效益，环境效益，社会效 ，反应过程，后 23总成本费用=成本+销售费用+管理费用+财务费用 ①气泡与包围着气泡的液体之 间 体分子处于层流状态，氧气以 浓度差方式透过双膜，任何一点的氧浓度 氧分压相等；② 在双膜之间的界面上，氧分压与溶于液体中的氧浓度处于 平衡状态；③氧传递过程处于稳定状态时，传递途径上各 间而变化。 为了提高分离效率，通常富集培养课增加 数量。 是为了获得大量的活力强的种子，以便 中尽可能的缩短延迟期，种子最好 是在对数生长期接种。 27. S0 为底物初始St为发酵时间为t时底物的 残留 小。 、传热及混合效 30发酵罐放大极限为100级 成本的20% ~30% 32酒精发酵原料：淀粉质原料、糖质原料、纤维质原料。 三、简答 1影响微生物耗氧因素：①微生物本身遗传特征的影响 菌龄④发酵条件⑤代谢类 影响③碳氮比对菌体代谢调节的重要性④ PH对不同 3发酵工艺过程：①用作种子扩大培养及发酵生产的各 种 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，以一定比例形成大量的代 谢产物；④控制最适的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； 酵过程中所产生的三废物质。（P8图） ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且 生 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 性物质和毒素。 必须提供合成微生物细胞和发酵产 少培养基原料的单耗，即提高 单位营养物质的转化率。③有利于提高产物的浓度， 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，并尽可能减少“三废”物质。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 ①原材料质量：生产过程中经常 其主要原因在于原材料质量 波动；②培养温度：温度对多数微生物的斜面孢子质量有 显著影响；③湿度：斜面孢子培养基的湿度对孢子的数量 和质量都有较大影响。湿度低，孢子生长快；湿度高，孢 子生长慢；④通气与搅拌：在种子罐中培养的种子除保证 供给易于利用的营养物质外，应有足够的通气量，以保证 菌种代谢的正常，提高种子的质量；⑤斜面冷藏时间：斜 面冷藏时间对孢子的生产能力有较大影响，通常冷藏时间 越长，生产能 力降低越多；⑥培养基：一般来说，种子罐 是培养菌体的，培养基的糖分要少而对微生物生长起主导 作用的氮源要多，而且其中无机氮源所占比例要大些；⑦ pH：各种微生物都有自己生长和合成酶的最适pH，为了 达到微生物的打了繁殖和酶合成的目的，培养基必须要保 ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且 生 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 性物质和毒素。 ①分批作业操作简单，周期短，染菌 程产品质量易控制；②不利于测定其 过程动力学，存在底物限制或抑制问题，出现底物分解阻 遏效应以及二次生长现象；③对底物类型及初始浓度敏感 的次级代谢产物如一些抗生素等就不适合采用分批发酵； ④营养层分很快耗竭，无法维持微生物继续生长和生产； ①添加新鲜培养基，克服养分不足所 延长对数期生长期，增加生物量 等；②长时间发酵，菌种易变异，易染菌；③操作不当， 新加入的培养基与原有培养基不易完 全混合。 10补料分批发酵优缺点：①可以解除底物的抑制，产 物 应；③避免在分批发酵中因 一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧量过多，以致通 风搅拌设备不能匹配的状况；③菌体可被控制在一 续的过度态阶段，可用来作为控制细胞质量的手段 ①无菌要求低；②菌体变异 11分批补料发酵的应用：①消除分解阻遏作用，保障通 浓度培养基的抑制作用并延 配置合适的培养基，调节培养基初始 使其具有很好的缓冲能力；②培养过程 中加入非营养物质的酸碱调节剂；③培养过程中加入基质 性酸碱调节剂；④加入生理酸性或碱性盐基质；⑤将pH 控制与代谢结合起来，通过补料来控制pH。 13搅拌式、气升式结构特征及其应用：①搅拌式： 带有 机 械搅拌的作用是使发酵液充分混合，保持液体中的固性物 料呈悬浮状态，并能打破空气气泡以提高气液间的传氧速 率。较适合对剪切力生长，不适于高粘度或 含大量固体的培依靠无菌压缩空气作为 液体的提升力，下翻动实现混合和传 质传热过程，特点是结构简单、无轴封、不易污染、氧传 质效率高、能耗低、安装维修方便。 14清洁生产与末端治理 的比较：①清洁生产：是对产品 使污染物 量和治理量达到最小，使资源充分利用。② 把环境责任放在保护研究、管理等人员身上， 产生的污染物的 处理上，总是处于一种被动的、消极的地位。③因为工业 生产无法完全避免污染的产生，推行清洁生产的同时还需 15味精清洁生产工艺优点：①取消离子交换工艺，减少 温结晶，节约大量冷冻 耗电；③因为采用闭路循环工艺，除了副产品中夹带少量 目标产物外，没有其他损失，故产品得率高；④实现物料 主体闭路循环，达到经济、环境和社会效应的三统一；⑤ 冷凝水可循环作为工艺用水，实现废水零排放。
发酵工程复习题库 一、填空题（常为括号后2－4字） 1. 淀粉水解糖的制备可分为（ ）酸解法、（ ）酶解法和酸酶结合法 三种。 2. 糖酵解途径中的三个重要的关键酶是（ ）己糖激酶、磷酸丙糖激酶、（ ）丙 酮酸激酶。 3. 甘油的生物合成机制包括在酵母发酵醪中加入（ ）亚硫酸氢钠 与乙醛起加成反应 和在（ ）碱性 条件下乙醛起歧化反应。 4. 微生物的吸氧量常用呼吸强度；耗氧速率两种方法来表示，二者的关系是 （ ） 。 5. 发酵热包括（ ）生物热；搅拌热；蒸发热和（ ）辐射热等几种热。 6. 发酵过程中调节pH 值的方法主要有添加（ ）碳酸钙法；氨水流加法和尿素流加 法。 7. 微生物工业上消除泡沫常用的方法有（ ）化学消泡和（ ）机械消泡两种。。 8. 一条典型的微生物群体生长曲线可分为（ ）迟滞期、对数期；（ ）稳定期； 衰亡期四个生长时期。 9. 常用菌种保藏方法有（ ）斜面保藏法、（ ）沙土管保藏法、液体石蜡保藏法； 真空冷冻保藏法等。 10. 培养基应具备微生物生长所需要的五大营养要素是（ ）碳源、氮源；（ ）无 机盐；（ ）生长因子和水。 11. 提高细胞膜的（ ）谷氨酸通透性，必须从控制磷脂的合成着手或者使细胞膜受损 伤。 12. 根据微生物与氧的关系，发酵可分为（ ）有（需）氧发酵；（ ）厌氧发酵两 大类。 13. 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。 14. 肠膜明串珠菌进行异型乳酸发酵时，产物为（ ）乳酸；（ ）乙醇；CO2。 15. （ ）诱导酶指存在底物时才能产生的酶，它是转录水平上调节（ ）酶浓度的 一种方式。 16. 发酵工业的发展经历了（ ）自然发酵，纯培养技术的建立，（ ）通气搅拌的 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。 17. 去除代谢终产物主要是通过改变细胞的膜的（ ）通透性来实现。 18. 获得纯培养的方法有（ ）稀释法，（ ）划线法，单细胞挑选法，利用选择培 养基分离法等方法。 19. 生长因子主要包括（ ）维生素，（ ）氨基酸，（ ）碱基，它们对微生物 所起的作用是供给微生物自身不能合成但又是其生长必需的有机物质。 20. 微生物生长和培养方式，可以分为（ ）分批培养，（ ）连续培养，补料分批 培养三种类型。 21. 影响种子质量的主要因素包括培养基，（ ）种龄与（ ）接种量，温度，pH 值， 通气和搅拌，泡沫，染菌的控制和（ ）种子罐级数的确定。 22. 空气除菌的方法有加热杀菌法，静电除菌法，（ ）介质过滤除菌法。 23. 发酵产物的浓缩和纯化过程一般包括发酵液（ ）预处理，提取，精制。 24. 菌种扩大培养的目的是为每次发酵罐的投料提供（ ）数量相当的（ ）代谢旺 盛的种子。 25. 在微生物研究和生长实践中，选用和设计培养基的最基本要求是（ ） 目的明确， （ ）营养协调，物理化学条件适宜和（ ）价廉易得。 26. 液体培养基中加入CaCO3的目的通常是为了调节（ ）pH 值。 27. 实验室常用的有机氮源有（ ）牛肉膏，蛋白胨等，无机氮源有 硫酸铵，硝酸钠， 等。为节约成本，工厂中常用尿素、（ ）液氨等作为氮源。 () X c Q r O ?=2
1 绪论 1-1何谓发酵？生物化学和工业上的发酵有何不同？ 生物化学意义上的发酵是指细胞在无氧条件下，分解葡萄糖或有机物产生能量的过程。 工业意义上的发酵是泛指利用培养细胞（包括动物、植物和微生物）获得产物的任何有氧或无氧的过程。 1-2何谓发酵工程？其主要内容是什么？请简述其与生物技术的关系。 发酵工程是利用生物体为工业化生产服务的一门工程技术，即利用生物体的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物反应过程），获得产品的工程化技术。 它是研究生物技术产业化的一门学科，其主体包括生物反应工程和产品提取、精制的下游工程。主要研究内容： 1）优良菌种的选育； 2）合适的生物反应工程包括生物反应过程的优化、反应器的选择和下游工程生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂（酶或细胞）的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。它包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等五大工程。生物技术的核心是基因工程，但又离不开发酵工程。发酵工程是基因工程和酶工程的表达，即大部分生物工程的产品均要通过发酵工程来完成。所以说，发酵工程在生物工程中是最关键的过程。现代发酵工程处于生物技术的中心地位，绝大多数生物技术的目标都是通过发酵工程来实现的。因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的研究对象。 1-3请简述发酵工程的发展史。 1）基因工程出现之前的时代（1982年前）； 1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐； 1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业； 1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立； 60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵； 2）基因工程出现后的时代（1982年后）。 80 年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株； 1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。 组学的发展…… 系统工程和合成生物学…… 1-4 何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。 初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。
一．名词解释 1.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中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。如在青霉素的发酵生产中，苯乙胺及其衍生物和一些脂肪酸的前体可以被优先结合到青霉素分子中去，它们是青霉素分子的组成部分。并且加入的这类分子不同，除可以提高产量外，还可以形成不同的青霉素。 2.聚合度：衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以n表示;以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含单个结构单元数目。由于高聚物大多是不同分子量的同系物的混合物，所以高聚物的聚合度是指其平均聚合度。 3.增效反馈调节：又称合作反馈抑制，在分支代谢途径中，当两个分支的末端产物同时存在时，反馈抑制明显强于只有一种末端产物存在时的作用。也就是1+1>2的效果。 4.共同中间体：是指既是生产初级代谢产物的中间体也是生产次级代谢产物的中间体。 5.分批发酵：又称分批培养，即在一个密闭系统内一次性投入有限数量的营养物进行培养的方法。在以后微生物的整个生长繁殖过程中，除加氧气、消泡剂及控制pH值外，不再加入任何其他物质，因此这是一种非恒态的培养方法。 6.倒种法：种子罐数量较少，当菌种不够对多个发酵罐接种使用时，一个发酵罐加入全部菌种培养后，一罐分两罐，再补加培养基进行发酵。 7.临界氧浓度：是指不影响微生物呼吸的最低溶氧浓度，和菌种的种类、大小、生长状态等有关。 8.半合成抗生素：一部是微生物合成，另一部分是用化学方法或生物方法进行修饰而成的衍生物。 9.化学耗氧量：又称化学需氧量，简称COD。是指在一定条件下，水体中存在的能被一定的氧化剂（如高锰酸钾和重铬酸钾）所氧化还原性物质的量，通常用mg/L来表示。COD是表示水体有机污染的一项重要指标，能够反应水体的污染程度。化学耗氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。 10.抗生素的效价单位：指每毫升或每毫克中所含某种抗生素的有效成分的多少，其有三种表示方法：一是稀释单位，是将抗生素配成溶液，逐步进行稀释，以抑制某一标准菌株生长发育的最高稀释度（即最小剂量）作为效价单位；二是重量单位，是以抗生素的有效成分（即生理活性部分）的重量作为抗生素的效价单位，即1微克作为一个效价单位；三是特殊单位，某些抗生如青霉素G钠盐1毫克定为1667单位，另外，为了生产科研的方便而规定的，链霉素、土霉素等其效价基准都是以1毫克作1000单位计算。 11.抗菌谱：是指某种抗生素所能抑制或杀灭病原体的范围及其所需要的剂量称之为该种抗生素的抗菌谱。 12.发酵热：引起发酵过程中温度变化的原因是在发酵过程中所产生的热量，叫做发酵热。发酵热=生物热+搅拌热-蒸发热-显热-辐射热 13.生物热：是指微生物在生长繁殖过程中本身所产生的大量的热，主要来源是培养基中的碳水化合物、脂肪和蛋白质被微生物分解成二氧化碳、水和其他物质时释放出来的。
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
1发酵:把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统称为发酵。 2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 酶活性调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。3为什么要采用高浓度微生物的培养？微生物液体发酵大都采用分批培养，这 种培养方式的缺点 是：发酵液中最终细 胞浓度不高。如果通 过改进工艺技术，使 发酵液中微生物细 胞增殖到很高的浓 度，那么，高浓度的 细胞将会产生高浓 度的发酵产物，这样 就可以大大提高发 酵设备的利用率，降 低生产成本。基于这 种目的，人们开始研 究微生物高细胞浓 度的培养技术。采用 高细胞浓度培养技 术，发酵液中菌体浓 度比分批式培养可 高10倍以上 高浓度细胞培养的 方法:1流加培养2 高细胞浓度连续培 养3菌体循环利用等 4四大工程:发酵工 程 ( Fermentation )2 酶工程 (蛋白质工 程) 3基因工程 4细 胞工程 5菌种：用于发酵过 程作为活细胞催化 剂的微生物，包括细 菌、放线菌、酵母菌 和霉菌四大类。 6具有生产价值的发 酵类型有五种：①微 生物菌体发酵；②微 生物酶发酵；③微生 物代谢产物发酵；④ 微生物的转化发酵； ⑤生物工程细胞的 发酵 7初级代谢产物：在
菌体对数生长期所产生的产物，是菌体生长繁殖所必需的。8液体深层发酵优点：①液体悬浮状态是很多微生物的最适生长环境。②在液体中，菌体及营养物、产物（包括热量）易于扩散，使发酵可在均质或拟均质条件下进行，便于控制，易于扩大生产规模。③液体输送方便，易于机械化操作。④厂房面积小、生产效率高，易进行自动化控制，产品质量稳定。⑤产品易于提取、精制等。因而液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。 9自然选育在生产过 程中，不经过人工处 理，利用菌种的自发 突变而进行菌种筛 选的过程 10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。 11表型迟延现象：突 变基因的出现并不 等于突变表型的出 现，表性的改变落后 于基因型改变的现 象成为表型延迟现 象。 12原料：从工艺角度 来看，凡是能被生物 细胞利用并转化成 所需的代谢产物或 菌体的物料，都可作 为发酵工业生产的 原料。 13培养基灭菌的定 义：是指从培养基中 杀灭有生活能力的 细菌营养体及其孢 子，或从中将其除 去。工业规模的液体 培养基灭菌，杀灭杂 菌比除去杂菌更为 常用。 14灭菌与消毒的区 别：灭菌：用物理或 化学方法杀死或除 去环境中所有微生 物，包括营养细胞、 细菌芽孢和孢子。 消毒：用物理或化学
一、选择题（多项或单项） 1．发酵工程得前提条件就是指具有( A )与( E C)条件 A、具有合适得生产菌种 B、具备控制微生物生长代谢得工艺 C．菌种筛选技术D、产物分离工艺E．发酵设备 2．在好氧发酵过程中，影响供氧传递得主要阻力就是（ C ） A．氧膜阻力 B．气液界面阻力 C．液膜阻力 D．液流阻力 3．微生物发酵工程发酵产物得类型主要包括: ( ABC ) A、产物就是微生物菌体本身 B、产品就是微生物初级代谢产物 C、产品就是微生物次级代谢产物 D、产品就是微生物代谢得转化产物 E、产品就是微生物产生得色素 4．引起发酵液中pH下降得因素有：( BCDE ) A、碳源不足 B、碳、氮比例不当 C、消泡剂加得过多 D、生理酸 性物质得存在E、碳源较多 5．发酵培养基中营养基质无机盐与微量元素得主要作用包括: (ABCD ) A、构成菌体原生质得成分 B、作为酶得组分或维持酶活性 C、调节细胞渗透压 D、缓冲pH值 E、参与产物得生物合成6．在冷冻真空干燥保藏技术中，加入5%二甲亚砜与10%甘油得作用就是（B ） A 营养物 B 保护剂 C 隔绝空气 D 干燥 7．发酵就是利用微生物生产有用代谢产物得一种生产方式，通常说得乳酸发酵属于（ A ） A、厌氧发酵B．氨基酸发酵C．液体发酵D．需氧发酵 8．通过影响微生物膜得稳定性，从而影响营养物质吸收得因素就是（ B ） A、温度 B、pH C、氧含量D．前三者得共同作用 9．在发酵工艺控制中，主要就是控制反映发酵过程中代谢变化得工艺控制参数，其中物理参数包括：( ABCD ) A、温度 B、罐压 C、搅拌转速与搅拌功率 D、空气流量 E、菌体接种量10．发酵过程中较常测定得参数有：( AD ) A、温度 B、罐压 C、空气流量 D、pH E、溶氧 二、填空题
发酵工程总结50327
1 绪论 1-1何谓发酵？生物化学和工业上的发酵有何不同？ 生物化学意义上的发酵是指细胞在无氧条件下，分解葡萄糖或有机物产生能量的过程。 工业意义上的发酵是泛指利用培养细胞（包括动物、植物和微生物）获得产物的任何有氧或无氧的过程。 1-2何谓发酵工程？其主要内容是什么？请简述其与生物技术的关系。 发酵工程是利用生物体为工业化生产服务的一门工程技术，即利用生物体的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物反应过程），获得产品的工程化技术。 它是研究生物技术产业化的一门学科，其主体包括生物反应工程和产品提取、精制的下游工程。主要研究内容： 1）优良菌种的选育； 2）合适的生物反应工程包括生物反应过程的优化、反应器的选择和下游工程生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂（酶或细胞）的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。它包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等五大工程。生物技术的核心是基因工程，但又离不开发酵工程。发酵工程是基因工程和酶工程的表达，即大部分生物工程的产品均要通过发酵工程来完成。所以说，发酵工程在生物工程中是最关键的过程。现代发酵工程处于生物技术的中心地位，绝大多数生物技术的目
标都是通过发酵工程来实现的。因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的研究对象。 1-3请简述发酵工程的发展史。 1）基因工程出现之前的时代（1982年前）； 1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐； 1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业；1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立； 60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵； 2）基因工程出现后的时代（1982年后）。 80 年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株； 1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。 组学的发展…… 系统工程和合成生物学…… 1-4 何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。 初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。
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。
复习A 1. 发酵过程中异常现象（发酵液转稀、发酵液过浓、耗糖缓慢、pH不正常）处理措施？ （1）发酵液转稀：适时补入适当碳源或氮源促使繁殖新菌体； （2）发酵液过浓：补入10%无菌水，使菌液浓度下降、粘度下降，改善发酵条件； （3）耗糖缓慢：补入适量合适的氮源、磷盐，提高发酵温度、风量； 2. Monod(莫诺)方程表明了什么和什么的重要关系？简介Monod(莫诺)方程？ 比生长速率和生长基质浓度的关系。 内涵：当温度、pH恒定时，u随特定的S变化。 3. 补料分批发酵技术的特点, 与分批发酵，连续发酵的区别？ 特点：（1）由于机制的缓慢补入，既满足了微生物生长和产物合成的持续需要，又避免了由于基质过量引起的各种调控效应，从而能使产率获得很大提高； （2）补料技术本身提高：少次多量→少量多次→流加→微机控制流加； 区别：（1）区别于分批发酵技术：由于补加物料，补料分批发酵系统不再是封闭系统； （2）区别于连续发酵技术：补料分批系统并不是连续地向外放出发酵液，罐内的培养液体积（V）不再是个常数，而是随时间（t）和物料流速（F）而变化的变量（变体积操作）。 4. 通风发酵设备中的机械搅拌发酵罐必须满足的基本条件？ （1）发酵罐应具有适宜径高比； （2）能承受一定压力； （3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合； （4）具有足够的冷却面积； （5）罐内应尽量减少死角； （6）搅拌器的轴封应严密。 5. 发酵液pH对发酵的影响包括哪些方面？ （1）影响酶活力； （2）影响细胞膜所带电荷的状态，改变膜的渗透性，影响对营养的吸收利用； 6. 比底物消耗速率方程？ Qs=Qsmax·S/Ks+S 7. 补料分批发酵的适用范围？ （1）高菌体浓度培养系统； （2）存在高浓度底物抑制的系统，通过添加底物降低抑制； （3）存在crabtree效应的系统； （4）受异化代谢物阻遏的系统； （5）利用营养突变体的系统； （6）希望延长反应时间或补充损失水分的系统。 8. 优良的发酵装置应具有的基本特征包括哪些内容？ （1）避免将需蒸汽灭菌的部件与其它部件连接，因为即使阀门关闭，细菌也可在阀门内生长； （2）尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀会引起连接处的移位，导致染菌，应全部焊接结构，消除积蓄耐灭菌物质； （3）防止死角、裂缝等一类情况，以避免固体物质在此堆积，形成使杂菌获得热抗性的环境‘ （4）发酵系统的某些部分应能单独灭菌； （5）与反应器相同的任何连接应采用蒸汽加以密封，取样口在不取样时也要一直通蒸汽； 9. 控制发酵过程pH的方法？ （1）培养基中适当添加生理酸性盐或生理碱性盐; （2）培养基中适当添加缓冲剂； （3）自动检控；
发酵工程总结 一名词解释 1.发酵：传统概念，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。现代概念，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。 2.发酵工程：采用现代化工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。 3.微生物的生物转化：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位的作用，是它转化成结构相类似但是更具有经济价值的化合物。 4.生产微生物细胞物质：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的产品的发酵工业。 5.筛选：采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶的容量进行小型发酵实验，以求得适合于工业生产用菌种。方法有a平皿快速检测法（变色圈法、透明圈法、生长圈法、抑菌圈法、梯度平板法）b摇瓶培养法。 6.诱变育种：就是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，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。 7.基因突变：指的是DNA碱基发生变化即点突变。 8.自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，利用菌种的自发突变选育出优良菌种的过程。
9.回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生产性能下降的情况。 10.菌种退化：是指在较长时期传代保藏后，菌种的一个或多个生理性状和形态特征逐渐减退或消失的现象。 11.狭义的菌种复壮：指在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定生产性能等方法，从衰退群体中找出少数尚未衰退的个体，从而达到恢复浓菌原有典型性状的目的。广义的复壮是一项积极的措施，指在菌种的典型特征或生产性状尚未衰退前，就经常有意识地采取纯种分离和生产性状的测定工作，以期从中选择到自发的正变个体12.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，再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。 13.基本培养基MM：凡是能满足野生型菌株营养要求的最低成分的合成培养基。 14.完全培养基CM：满足一切营养缺陷性菌株生长的天然或半合成培养基。 15.补充培养基SM：在基本培养基中有针对性的加入一种或几种营养成分以满足相应营养缺陷型菌株生长的合成培养基。 16.天然培养基：是采用化学成分还不清楚或化学成分还不恒定的各种植物和动物组织或微生物的浸出物、水解液等物质制成的。 17.合成培养基：也称组合培养基（多用于定量研究）；是用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的。