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

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

3、简述菌种保藏的原理及基本方法。

原理：根据微生物的生理生化特点。人工的创造条件，使微生物的代谢处于不活拨，生长繁殖受到抑制的休眠状态，以达到降低其代谢活动，延长保存期的目的。

方法：1.斜面低温保藏法

2.矿油封藏法

3.冷冻真空干燥法 4.液氮超低温保藏法

第三章

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。

1、发酵工业培养基的要求(4点)？

① 培养基能够满足产物最经济的合成。

② 发酵后所形成的副产物尽可能的少。

③ 培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源 丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的 供应。

④ 所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响 通气、提取、纯化及废物处理等。

2、依据生产流程和作用，微生物的培养基可分为哪些类型？各有何特点？

答：类型：

1.斜面（孢子）培养基：供微生物细胞生长繁殖或保藏菌种使用，供给细胞生长和繁殖所需各类营养物质。

2.种子培养基：扩大菌种，短时间内获得数量多、质量高的大量菌种，以满足发酵生产的需要。

3.发酵培养基：发酵生产中最主要的培养基，不仅需要大量的原材料，而且也是决定发酵生产成功与否的主要因素。

特点：

斜面（孢子）培养基：

①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，能获得更多胞。

②对于放线菌或霉菌的产孢子培养基，则氮源和碳源不宜太丰富，否则易长菌丝而少形成孢子。

③斜面培养基中宜加入少量无机盐类，供给必要的生长因子和微量元素。

种子培养基： ① 营养丰富完全，氮源和维生素等生长因子的含量高些；

② 供孢子萌发的培养基中，加入一些易于吸收利用的C、N源，便于孢子发芽生长；

③ pH要稳定；

④最后一级尽可能接近发酵培养基，常加入少量发酵合成期才大量需要的物质。

发酵培养基：

目的：使接种菌丝生长并能高效表达，获得高的发酵产量，同时组分尽可能单一，以保证高的得率。

要求

营养丰富完全，有利于产物合成；

不能大量加入快C、快N源，应和慢C、N源相结合；

在产物分泌期间，pH 稳定；

加入适量合成所需的物质，如前体等，进行定向发酵；

采用中间补料，以提高发酵单位；

原料的考虑——成本问题

3、碳源、氮源在培养基中的作用是什么？

碳源作用：

1.提供微生物菌种的生长繁殖所需的能源和合成菌体所必需的碳成分

2.提供合成目的产物所必须的碳成分

氮源作用：

氮源主要用于构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。

4、培养基成分选择的原则是什么？培养基设计的步骤有哪些？

① 根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑 的问题，初步确定可能的培养基成分； ② 通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；

③ 当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适 的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采 用一些合理的实验设计方法。

第四章

1、发酵过程中杂菌污染后的常见表现？

答:消耗营养，合成新产物，菌体自溶。发粘等造成分离困难；改变pH;分解产物，噬菌体破坏极大。

2、试比较灭菌、消毒、除菌与防腐的区别。

灭菌：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。

消毒：用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器具表面的微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢

除菌：用过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子。

防腐：用物理或化学方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖 。

区别：消毒与灭菌的区别在于，消毒仅仅是杀死生物体或非生物体表面的微生物，而灭菌是杀灭所有的生命体。因此灭菌特别适合培养基等物料的无菌处理。消毒一般只能杀死营养细胞，而不能杀死细胞芽孢和真菌孢子等，特别适合于发酵车间和设备器具的无菌处理。

3、分批灭菌和连续灭菌的区别及各自的特点。

优 点 缺 点

连续

灭菌 1.高温短时灭菌，培养基营养成分损失少。

2.发酵罐占用时间缩短，利用率高。 1.设备复杂，操作麻烦, 染菌机会多。

2.蒸汽波动时灭菌不彻底

3.不适合含大量固体物 料的灭菌。

分批

灭菌 1.设备要求低，不需另外 加热、冷却装置。

2.操作要求低，适合小批 量生产规模

3.适合含大量固体物料的 灭菌 1.培养基的营养物质损 失大，灭菌后培养基 质量下降

2.发酵罐的利用率较低

3.不适合大规模生产的 灭菌 4、发酵对无菌空气的要求是什么？试述空气过滤除菌的流程。

要求：无菌、无灰尘、无杂质、无水、无油、正压

流程：

5、某发酵罐内装培养基10 m3，在121℃下进行分批灭菌，设每毫升培养基中含耐热的芽孢为107个，求理论灭菌时间。（k＝2.303 min-1，Nt＝0.001）

Nt——经t时间灭菌后的残留菌数，个

N0——开始灭菌时原有的活菌数，个

k——比死亡速率常数（灭菌速率常数），s-1

6、尾气中CO2含量异常变化可以分析染菌情况。假如污染杂菌，CO2含量将会如何变化？若感染噬菌体，CO2含量又将如何变化？

答：若发酵罐出现污染杂菌，则CO2 含量升高，因为杂菌代谢产生CO2、若感染噬菌体，工程菌会破坏死亡，则尾气中CO2含量降低。

02.303/lgtNtkN解：N0 = 10×106×107 = 1013(个)

Nt = 0.001(个) k = 2.303(min-1)

㏑(Nt/N0) = -kt

t = 2.303/k×[lg(N0/Nt)] = 2.303/2.303×[lg(1016)]

第五章

1、什么是种子培养？优良的种子应当具备哪些条件？

种子培养：将保存在砂土管（冷冻干燥管等）中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶或扁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过程。这些纯种培养物称为种子。

具备的条件：

①生长活力强，延迟期短；

②生理状态稳定；

③浓度及总量能满足发酵罐接种量的要求；

④无杂菌污染，保证纯种发酵；

④适应性强，生产能力稳定

2、简述种子扩大培养的一般流程。

①斜面培养基中活化。

②偏瓶固体培养基或摇瓶培养基中扩大培养；完成实验室种子制备。

③一级种子罐制备生产用种子，视情况确定扩大级数，完成生产车间种子制备。

④种子转种至发酵罐。

3、简述种龄与接种量。

种龄：是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

接种量：是指移入种子液的体积和接种后培养液体积的比例。

4、大量的接入培养成熟的菌种的优点？（6点）

①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节约发酵培养的动力消耗

③有利于减少染菌机会