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第四章培养基及其制备第一节原料一、原料的定义及选择（一）原料的定义从工艺角度来看，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。
（二）选择原料的依据1，原料选择的原则选择淀粉质原料生产酒精时，从工艺的角度着眼，凡任何含有可发酵性糖或可变为发酵糖的原料，都可作为酒精生产的原料。
对于工业上大规模投入生产的原料，除了要提出工艺上的要求外，还要提出生产管理和经济上的要求，因此，在选择工业上大规模生产酒精的原料时，应考虑到下列诸条件：（1）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。
（2）要求原料内碳水化合物含量较多，蛋白质含量要适当，适合与微生物的需要和吸收利用。
（3）原料资源要丰富，容易收集。
由于酒精生产需要大量原料，要保证一定的库存量。
（4）原料要容易贮藏。
应考虑到新鲜原料内含水量多，不耐久藏，最好选择经，干燥后，含水极少的干原料，易与保藏，不宜霉烂。
（5）对人民的身体无寻损害，影响发酵过程的杂质含量因应当极少，或者几乎不含。
（6）原料价格低廉，可降低产品成本。
此外，还应当考虑到大力节约粮食原料，尽量少用或不用粮食原料，充分利用当地的非粮食原料，广泛利用野生植物原料，同时利用农林副产物和植物纤维原料，以及亚硫酸盐纸浆废液等，对于节约粮食原料有着重要意义。
另外，利用石油原料化学合成制造酒精，也是发展酒精的主要途径。
2，在确定原料选择原则时需注意的问题（1）所选用的培养基与所使用的发酵器的结构有关。
例如ICI公司因指定用甲醇和氨生产单细胞蛋白质而另行设计新的发酵罐。
同样的理由，在一个巳设定的发酵罐中，发酵必然会受到培养基组份改变的影响。
（2）从实验室规模放大到实验工厂规模，以至于放大到工业生产规模，都要考虑培养基的组份的变化。
（3）培养基的组成，除了考虑到菌体生长和产物的形成的需要外，还要考虑到培养基的pH变化、泡沫的形成、氧化还原电位和微生物的形态等，而且还有前体和代谢抑制剂的需要。
第一章绪论1、现代发酵技术主要是以发酵工程和酶工程为支撑，利用现代生物技术进行生产发酵的技术。
2、现代发酵技术的两个核心组成部分分别是生物催化剂和生物反应系统。
第二章绪论1、以基因突变为理论基础进行的微生物菌种选育的方法主要有自然选育和诱变育种。
2、以基因重组为理论基础进行的微生物菌种选育的方法主要有杂交育种、原生质体融合和基因工程。
3、紫外线作用下胸腺嘧啶二聚体的形成是紫外线引起细胞突变的主要原因。
4、利用青霉素抑制细胞壁合成的原理，可以进行营养缺陷型菌株的筛选。
5、菌种保藏的目的是在一定时间内使菌种不死亡、不变异、不污染，维持优良的性状，随时为生产、科研提供优良菌种。
6、导致菌种退化的原因：基因型的分离、自发变异和人工诱变。
第三章微生物的代谢调控理论及其在食品发酵中的应用1、微生物代谢过程的自我调节表现在控制营养物质进入细胞、酶与底物的接触和代谢物的流向等三个环节上。
2、微生物代谢的自我调节实际上就是酶调节，包括酶活性的调节和酶合成的调节两种方式。
3、酶合成的调节是通过调节酶的合成来调节代谢速率，包括酶合成的诱导和阻遏。
4、酶活性的调节是通过改变现有酶分子的活性来调节代谢速率，包括酶活性的激活和抑制。
5、基质中同时存在葡萄糖和乳糖两种碳源时，大肠杆菌会先利用葡萄糖再利用乳糖，这一现象称为葡萄糖效应，是由于分解代谢物的阻遏作用。
6、反馈调节是指代谢过程的中间产物或终产物对代谢早期阶段的关键酶的抑制作用，包括反馈抑制和反馈阻遏两种类型的调节作用。
7、分支代谢途径的反馈抑制作用主要有协同反馈抑制、合作反馈抑制、积累反馈抑制和顺序反馈抑制等几种模式。
8、氧的存在可以使酵母菌呼吸作用增强而乙醇产量显著下降的现象称为巴斯德效应，即酶活性的能荷调节作用。
第四章发酵工程学基础1、种子扩大培养工艺流程一般包括实验室种子制备和生产车间种子制备两个阶段。
2、生产车间种子制备可控参数有种子罐级数、种龄和接种量。
3、培养基根据其组成成分的纯度可分为天然培养基和合成培养基。
发酵工程教案(打印)第一章：发酵工程的概述1.1 发酵工程的定义发酵工程的概念发酵工程的组成1.2 发酵工程的应用领域食品工业制药工业生物化工1.3 发酵工程的发展历程传统发酵技术现代发酵工程技术第二章：发酵过程的微生物学基础2.1 发酵微生物的分类与特性细菌真菌放线菌2.2 发酵微生物的培养与筛选培养基的选择与制备微生物的分离与纯化2.3 发酵微生物的代谢调控微生物的生长曲线微生物的代谢途径第三章：发酵设备的类型与选择3.1 发酵设备的类型大型发酵罐生物反应器膜分离设备3.2 发酵设备的选择原则生产规模产品特性经济效益3.3 发酵设备的运行与维护设备的启动与停止设备的清洗与消毒设备的故障处理第四章：发酵过程的控制与管理4.1 发酵过程的控制参数温度pH值溶氧量营养物质4.2 发酵过程的控制技术自动控制系统反馈控制系统计算机控制系统4.3 发酵过程的管理与优化生产计划的制定发酵条件的优化生产过程的质量控制第五章：发酵工程的案例分析5.1 乳酸菌发酵工程案例酸奶的生产泡菜的制作5.2 酵母菌发酵工程案例啤酒的生产葡萄酒的制作5.3 放线菌发酵工程案例抗生素的生产维生素的生产第六章：发酵工程的安全与环保6.1 发酵工程的安全问题微生物的危害生物安全措施发酵罐的安全操作6.2 发酵过程中的污染控制污染的来源污染的检测与控制清洁生产技术6.3 发酵工程的环保问题废水处理废气处理固体废弃物处理第七章：发酵工程的产业化应用7.1 发酵工程在食品工业的应用面包酵母的生产乳酸菌的产业化7.2 发酵工程在制药工业的应用抗生素的产业化维生素的产业化7.3 发酵工程在其他领域的应用生物燃料的生产生物材料的产业化第八章：发酵工程的研发与创新8.1 发酵工程的新技术发展重组DNA技术基因工程技术合成生物学技术8.2 发酵工程的新设备开发高通量筛选设备生物反应器的设计自动化控制系统8.3 发酵工程的产业化挑战与机遇产业化过程中的问题产业化发展的趋势产业化政策的分析第九章：发酵工程的实例分析与评价9.1 发酵工程案例分析某乳酸菌产品的生产某抗生素的生产9.2 发酵工程项目的评价技术与经济评价环境与社会影响评价风险评价9.3 发酵工程的发展前景与建议行业发展趋势技术创新方向政策与支持措施第十章：发酵工程的实验操作10.1 发酵实验的基本操作菌种的制备与保藏发酵液的制备发酵过程的监控10.2 发酵实验的设计与优化实验设计方法发酵条件的优化实验结果的分析10.3 发酵实验的操作技能培养实验操作的安全规范实验设备的操作与维护实验数据的准确记录与处理重点和难点解析重点环节一：发酵微生物的分类与特性重点掌握不同类型发酵微生物的分类、特点及应用领域。
第二章抗生素1.定义抗生素：是由生物产生的，在低浓度下能选择性杀死或抑制他种生物生长的有机物。
2.产生的生物①由植物产生的抗生素：黄连素，大蒜素，鱼腥草素②由动物产生的抗生素：鱼素，红血球素③由微生物产生的抗生素：细菌→杆菌肽、万古霉素；放线菌→链霉素、四环素、红霉素、头孢菌素；真菌→青霉素、灰黄霉素、头孢菌素、赤霉素3.抑制革兰氏阳性菌的抗生素有：青霉素、万古霉素、杆菌肽、林可霉素、洁霉素；抑制革兰氏阴性菌的抗生素有：庆大霉素、链霉素、多粘菌素E（抗敌素）、春雷霉素等；广谱抗生素：如金霉素、土霉素、四环素、氯霉素、红霉素、麦迪霉素、头怨菌素前体：某些抗生素被加入培养基后，能直接在生物合成过程中结合到分子中去，而自身结构无大变化，却提高产物的量，这类物质称为前体。
4.大环内脂类抗生素：含有一个大环内酯作为配糖体，属于这类的抗生素有：红霉素、麦迪霉素等β-内酰胺类抗生素：结构中都含有一个四元的内酰胺环。
青霉素、头孢菌素及其衍生物5.抗生素效价的测定：物理方法、化学方法、生物方法以及上述两者之间相结合的方法化学效价必须掌握（生产和科研过程中，化学效价直接用含量表示）化学效价：用物理方法、化学方法及理化相结合的方法测定的效价单位（或用含量表示）称为化学效价，以区别于生物效价。
定向发酵：通过改变培养基的组分（加入某些物质）改变微生物代谢途径，使发酵按主观要求产生较多的产物。
（如：四环素、青霉素、土霉素）生物效价的测定：稀释法、比浊法、扩散法（管碟法）三大类抗生素合成方法：第三章生产菌种的来源及种子的扩大培养1.优良菌种选育方法：①自然选育；②诱变选育；③抗噬菌体菌种的选育；④杂交育种；⑤原生质体融合技术；⑥基因工程技术2.菌种的分离：①施加选择性压力分离法：利用不同种类的微生物其生长繁殖对环境和营养的要求不同，如温度、pH、渗透压、氧气、碳源、氮源等，人为控制这些条件，使之某类或某种微生物生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到使目的菌种占优势，而得以快速分离纯化的目的。
《发酵工程》课程教学大纲一、课程基本信息1.课程代码：1200192.课程名称：发酵工程3.学时/学分：34学时/2学分4.开课系（部）、教研室：生命科学系、生物工程教研室5.先修课程：微生物学、物理化学、数学、化工原理6.面向对象：生物工程、食品工程专业二、课程性质与目标1. 课程性质：专业方向课程。
2. 课程目标：《发酵工程》是生物工程、食品工程专业的一门专业方向课。
由于发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。
通过对《发酵工程》的学习，可以使学生进一步系统了解发酵工程从培养基配制到发酵罐生产，直至产品分离等一系列的操作原理及过程。
因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。
另外，通过发酵工程各论的了解，不仅能够掌握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进行指导与分析。
三、教学基本内容及要求第一章绪论（2学时）㈠教学的基本要求1.了解发酵的概念；2.了解微生物发酵工业的发展过程；3.了解微生物发酵生产的地位、现状和基本工艺过程。
㈡教学具体内容1. 发酵工程的有关概念（0.5）2. 发酵工业的发展概况及趋势（1.5）2.1发酵工业的发展简史2.2 发酵工业的发展现状2.3 发酵工业的发展趋势3. 发酵生产的基本过程及发酵技术的应用（1）3.1 发酵生产的主要方式3.2 发酵生产的基本过程3.3 发酵技术的应用㈢教学重点和难点1.发酵工程技术发展的各历史阶段的主要贡献；2.发酵生产的基本过程和主要方式。
㈣思考题1.发酵工程技术发展的各历史阶段的主要贡献？2.发酵生产的基本过程和主要方式。
发酵⼯程知识点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，⼀般⽆精制的必要，微⽣物本⾝就有选择的摄取所需物质③反应以⽣命体的⾃动调节⽅式进⾏因此数⼗个反应过程能够像单⼀反应⼀样，在称为发酵罐的设备内很容易进⾏④能够容易的⽣产复杂的⾼分⼦化合物，是发酵⼯业最有特⾊的领域⑤由于⽣命体特有的反应机制，能⾼度选择性的进⾏复杂化合物在特定部位的氧化还原官能团导⼊等反应⑥⽣产发酵产物的⽣物物质菌体本⾝也是发酵产物，富含维⽣素、蛋⽩质、酶等有⽤物质，因此除特殊情况外，发酵液等⼀般对⽣物体⽆害。
