微生物与发酵工程-第十章 发酵机制
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发酵⼯程章节复习资料第⼀章绪论1、发酵及发酵⼯程的概念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。
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。
发酵⼯程(Fermentation Biotechnology): 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、发酵⼯程技术的发展⼤致可分为哪⼏个阶段,每段的技术特点是什么?1. ⾃然发酵时期:嫌⽓性发酵⽤于酒类酿造,好⽓性发酵⽤于酿醋、制曲。
2. 纯培养技术的建⽴:⼈⼯控制环境条件使发酵效率迅速提⾼。
3.通⽓搅拌好⽓发酵过程技术的建⽴:从分解代谢转为⽣物合成代谢,可以利⽤微⽣物合成积累⼤量有⽤的代谢产物。
4.⼈⼯诱变育种与代谢控制发酵⼯程技术的建⽴:遗传⽔平上控制微⽣物代谢。
5. 发酵动⼒学、发酵⼯程连续化、⾃动化⼯程:以数学、动⼒学、化⼯原理等为基础,通过计算机实现发酵过程的⾃动化控制的研究,使发酵过程的⼯艺控制更为合理。
6. 微⽣物酶反应⽣物合成与化学合成反应结合⼯程技术:可⽣产许多过去不能⽣产的有⽤物质。
3、发酵⼯业的应⽤范围1. 酿酒⼯业(啤酒、葡萄酒、⽩酒)2. ⾷品⼯业(酱、酱油、⾷醋、腐乳、⾯包、乳酸)3. 抗⽣素⼯业(青霉素、链霉素、⼟霉素)4. 有机酸⼯业(柠檬酸、葡萄糖酸)5. 酶制剂⼯业(淀粉酶、蛋⽩酶)6. 氨基酸⼯业(⾕氨酸、赖氨酸)7. 核苷酸发酵⼯业(肌苷酸、肌苷)8. 有机溶剂⼯业(酒精、丙酮)9. 维⽣素⼯业(VB2、VB12)10.⽣物能源⼯业(沼⽓、⽣物柴油)11.环境保护产业(废⽔⽣物处理)12.⽣理活性物质发酵⼯业(激素)13. 冶⾦⼯业(微⽣物探矿、⽯油脱硫)14.微⽣物菌体蛋⽩发酵⼯业(酵母、单细胞蛋⽩)4、发酵⼯业的特点与化学⼯程相⽐,发酵⼯程具有以下特点:1、发酵过程是极其复杂的⽣物化学反应,与微⽣物细胞息息相关2、通常在常温常压下进⾏,反应安全,需求条件也⽐较简单3、发酵醪(包括固相、液相、⽓相,还含有活细胞体或菌丝体),属⾮⽜顿流体,其特性影响因素很多,对发酵⼯程都有关联4、具有严格的灭菌系统,以防⽌杂菌污染如空⽓除菌系统、培养基灭菌系统、设备的冲洗灭菌等5、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,在同⼀发酵罐内进⾏6、后处理阶段,为了适应菌体与发酵产物的特点,需采取⼀些特殊的⼯艺措施并选⽤合适的设备。
发酵工程教案(打印)第一章:发酵工程的概述1.1 发酵的定义和意义1.2 发酵工程的起源和发展1.3 发酵工程的研究内容和应用领域第二章:发酵过程的基本原理2.1 微生物的生长与代谢2.2 发酵条件的控制2.3 发酵过程中的物质变化第三章:发酵设备及其设计3.1 发酵罐的设计与选择3.2 发酵过程的自动化控制3.3 发酵设备的清洗与消毒第四章:发酵条件的优化与控制4.1 发酵条件的优化方法4.2 发酵过程的监控与控制4.3 发酵过程中的问题与解决方法第五章:发酵工程的应用实例5.1 微生物肥料的生产与应用5.2 生物农药的发酵生产5.3 食品工业中的发酵应用第六章:发酵工程在药品生产中的应用6.1 抗生素的发酵生产6.2 维生素的发酵生产6.3 重组蛋白的发酵生产第七章:生物化工领域的发酵工程7.1 氨基酸的发酵生产7.2 有机酸的发酵生产7.3 生物酶的发酵生产第八章:发酵工程在环保领域的应用8.1 生物滤池技术8.2 生物脱硫技术8.3 生物降解技术第九章:发酵工程的产业化与发展9.1 发酵工程的产业化流程9.2 发酵工程的技术创新与挑战9.3 我国发酵工程产业的发展现状与趋势第十章:发酵工程的可持续发展10.1 发酵工程与资源利用10.2 发酵工程与环境保护10.3 发酵工程的循环经济模式第十一章:发酵工程在生物制药中的应用11.1 重组蛋白药物的发酵生产11.2 疫苗的发酵生产11.3 基因治疗的发酵工程应用第十二章:发酵工程技术在农业中的应用12.1 微生物肥料的发酵生产12.2 生物农药的发酵生产12.3 动物疫苗和生物兽药的发酵生产第十三章:发酵工程在生物能源中的应用13.1 燃料酒精的发酵生产13.2 生物柴油的发酵生产13.3 生物气体的发酵生产第十四章:发酵工程在生物材料中的应用14.1 发酵生产生物塑料14.2 发酵生产生物纤维14.3 发酵生产生物复合材料第十五章:发酵工程的案例分析与实践操作15.1 发酵工程案例分析15.2 发酵工程的实践操作技巧15.3 发酵工程的实验设计与数据分析重点和难点解析本文教案涵盖了发酵工程的概述、基本原理、设备设计、条件优化与控制、应用实例、药品生产、生物化工、环保领域应用、产业化发展、技术创新、可持续发展以及案例分析和实践操作等多个方面。
名词解释:发酵:无氧条件下,底物脱氢后产生的还原力[H]直接交给某一内源性中间代谢产物,以实现底物水平磷酸化的一类低效产能生物氧化反应称为发酵。
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的,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。
淀粉水解糖:在工业生产上将淀粉水解为以葡萄糖为主的水解液的过程称为淀粉水解糖的制备,制得的水解液称为淀粉水解糖。
液化:利用a-淀粉酶将淀粉液化转化为糊精及低聚糖,使淀粉的可溶性增加的过程;糖化:利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解,转变为葡萄糖的过程(狭义)。
糖蜜预处理:糖蜜是甘蔗或甜菜制糖的副产物。
发酵前对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌及澄清等过程称为糖蜜前处理。
发酵机制:指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。
代谢控制发酵:人为地改变微生物的代谢调控机制,使有用中间代谢产物过量积累,这种发酵称为代谢控制发酵。
巴斯德效应:在好气条件下,酵母发酵能力降低的规律称为巴斯德效应。
其现象是乙醇的积累减少,实质是细胞内糖代谢降低。
鲜啤酒:未经巴氏灭菌或超滤即出售。
新鲜、爽口,保质期短生啤酒:未经巴氏灭菌,但经超滤等无菌过滤后出售。
新鲜、爽口,保质期较短。
熟啤酒:经巴氏灭菌后出售。
苦味增加,有熟味,保质期长。
前体物质:在有些氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵中添加一些特殊物质能获得较高的产率,它们在发酵中主要起避免反馈抑制、作为产物的前身等作用,这些特殊物质称为前体物质。
促进剂:在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵过程中,可以在发酵培养基中加进某些对发酵起一定促进作用的物质,称为促进剂。
染菌:“杂菌污染”,是指在发酵培养中侵入了除菌种外,有碍生产的其他微生物。
总染菌率:发酵的总染菌率指一年内发酵罐中染菌的批数与总投料批数之比。
名词解释:淀粉水解糖:在工业生产上将淀粉水解为以葡萄糖为主的水解液的过程称为淀粉水解糖的制备,制得的水解液称为淀粉水解糖。
液化:利用a-淀粉酶将淀粉液化转化为糊精及低聚糖,使淀粉的可溶性增加的过程;糖化:利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解,转变为葡萄糖的过程(狭义)糖蜜预处理:糖蜜是甘蔗或甜菜制糖的副产物。
发酵前对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌及澄清等过程称为糖蜜前处理。
发酵机制:指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。
代谢控制发酵:人为地改变微生物的代谢调控机制,使有用中间代谢产物过量积累,这种发酵称为代谢控制发酵。
巴斯德效应:在好气条件下,酵母发酵能力降低的规律称为巴斯德效应。
其现象是乙醇的积累减少,实质是细胞内糖代谢降低。
鲜啤酒:未经巴氏灭菌或超滤即出售。
新鲜、爽口,保质期短生啤酒:未经巴氏灭菌,但经超滤等无菌过滤后出售。
新鲜、爽口,保质期较短。
熟啤酒:经巴氏灭菌后出售。
苦味增加,有熟味,保质期长。
简答:发酵流程:比拟放大的基本过程:普遍:小型实验-中间规模试验(中试)-大型规模生产(工业化生产)发酵工程: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)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。
学习好资料欢迎下载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。