发酵工程知识点

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。⑦发酵⽣产在操作上最需要注意的是防⽌杂菌污染。进⾏设备的冲洗、灭菌，空⽓过滤等，使全过程在⽆菌条件下运转

⑧通过微⽣物的菌种改良，能够利⽤原有⽣产设备使⽣产飞跃上升

五、发酵罐的类型1. 按微⽣物⽣长：厌氧和好氧发酵设备

2. 按发酵罐设备特点：

1）机械搅拌通风发酵罐

循环式：伍式、⽂⽒管式发酵罐⾮循环式：通风式、⾃吸式发酵罐2）⾮机械搅拌通风发酵罐

循环式：⽓提式、液提式发酵罐⾮循环式：排管式、喷射式发酵罐3. 按溶积分类

50L以下的是实验室发酵罐

50~5000L是中试发酵罐

5000以上是⽣产规模的发酵罐

4. 按微⽣物⽣长环境

悬浮⽣长系统⽀持⽣长系统5. 按操作⽅式

分批发酵和连续发酵. 常见发酵设备的类型

1. 机械搅拌发酵罐

利⽤机械搅拌器的作⽤，使空⽓和发酵液混合并溶解在发酵液中，基本要求：1）适宜的径⾼⽐，罐⾝较长，氧利⽤率较⾼

2）能耐受⼀定的压⼒

3）搅拌通风装置

4）⾜够的冷却⾯积

5）罐内要减少死⾓

6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露

2.⾃吸式发酵罐

最关键的部件是带有中央吸⽓⼝的搅拌器

浸在发酵液中的转⼦迅速旋转，液体和空⽓在离⼼⼒作⽤下被甩向叶轮外缘，中⼼形成负压

转⼦的空膛与⼤⽓相通

发酵罐外的空⽓通过过滤器不断被吸⼊

转⼦的搅拌使⽓体分散3. 空⽓带升环流式发酵罐在罐外装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连接，构成⼀个循环系统.

在上升管的下部装设空⽓喷嘴，以250~300 m/s的⾼速喷⼊上升管。

借助喷嘴的作⽤将空⽓分散。

分为内环流式和外环流式两种。4. ⾼位塔式发酵罐

罐内装有若⼲块筛板。

压缩空⽓由罐底导⼊，经过筛板逐渐上升，并带动发酵液同时上升。

上升后的发酵液⼜通过筛板上带有液封作⽤的降液管下降⽽循环。

特点：

培养基及操作合理，基本上可达到通⽤式发酵罐的⽔平。

六、发酵⼯程中常见的发酵类型

（1）液体发酵与固体发酵

（2）厌氧发酵与好氧发酵

（3）分批发酵与连续发酵

（4）单⼀纯种发酵与混合发酵

（5）固定化发酵技术①试管液体培养仅适⽤于培养兼性好氧菌

实验室常见的液体发酵⽅式②浅层液体培养仅适⽤于兼性好氧

③摇瓶培(旋转式和往复式) 被应⽤于微⽣物的⽣理⽣化试验

④台式发酵罐

①浅盘培养

⼯业⽣产中常⽤的液体发酵⽅式②发酵罐深层培养

⽣产中常见的固定培养

实验室常见的固定化培养实验室主要有试管斜⾯、培养⽫平板、较⼤型的克⽒扁平和茄⼦瓶斜⾯等固体培养⽅法，⽤于菌种的分离、纯化、保藏和⽣产种⼦的制备。⽤接种针挑取原始培养物后，在固体培养基表⾯划线接种

（未）分批发酵：分批发酵⼜称分批培养。所谓分批发酵是指将所有的物料⼀次加⼊发酵罐，然后灭菌、接种培养，最后将整个罐的内容物放出，进⾏产物回收。清罐结束后，重新开始新的装料发酵的发酵⽅式。

（未）连续发酵：是指以⼀定的速度向培养系统内添加新鲜的培养液，同事以相同的速度流出培养液，从⽽使培养系统内培养液的量维持恒定，使微⽣物细胞能在近似恒定状态下⽣长的微⽣物发酵培养⽅式。分类：具有菌体再循环或不循环的单罐连续发酵，具有菌体再循环或不循环的多罐连续发酵

第⼆章微⽣物菌种选育

⼀、菌种的来源

⼆、⼯业发酵中常见微⽣物的种类

枯草芽孢杆菌

⼤肠杆菌乳酸杆菌

丙酮丁醇梭菌①细菌假单胞菌（可以利⽤烃类产⽣单细胞）

醋酸杆菌

棒状杆菌

黄单胞菌（产⽣黄原胶）

酿酒酵母（啤酒酵母）

异常汉逊式酵母②酵母菌假丝酵母

毕⾚式酵母

根霉属③霉菌曲霉属④放线菌⑤担⼦菌⑥藻类

青霉属

⽑霉属

三、⼯业微⽣物的来源（菌种来源）需要补充①向菌种保藏机构索取有关菌株，从中筛选所需菌株②⾃然环境中分离③从发酵制品中分离⽬的菌株

四、微⽣物菌种的选择性分离

菌株的分离和筛选⼀般可以分为（采样）、（富集）、（分离）、（⽬的菌的筛选）等⼏个步骤。(1)微⽣物样品的采集控制培养基的营养成分：

(2)微⽣物样品的富集培养控制培养条件：pH 温度及通⽓量

抑制不需要的菌类

（3）⽬的菌种的分离：透明圈法、变⾊圈法、⽣长圈法、抑菌圈法、

（4）⽬的菌种的筛选：涂布法、影印平板法

（5）⾃然界分离微⽣物的⼀般操作步骤？

（6）样品的采取→预处理→培养→菌落的选择→初筛→复筛→性能的鉴定→菌种保藏

五、发酵⾼产菌株的选育⽅法

⾃然选育、诱变育种、杂交育种、原⽣质体融合、基因⼯程育种

六、常⽤的菌种保藏⽅法、原理以及各⾃的适⽤对象

原理：采⽤低温⼲燥缺氧、缺乏营养，添加保护剂或酸度中和剂等⽅法，使微⽣物处于代谢不活泼，⽣长受抑制的环境中。

（1）蒸馏⽔悬浮法：好氧性细菌和酵母菌

（2）斜⾯传代保藏：放线菌、酵母菌

（3）霉菌矿物油浸没保藏：丝状真菌、酵母菌、细菌、放线菌、担⼦菌（各类菌）（4）⼲燥载体保藏（沙⼟管保藏）：产孢⼦微⽣物

（5）冷冻⼲燥法（超低温冷冻保藏、普通冷冻保藏、液氮冷冻保藏）：各⼤类

六、菌种复壮定义：狭义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，从衰退的群体中找出少数尚未衰退的个体，从⽽达到恢复该菌原有典型性状的⽬的。⼴义：在菌种的⽣产性能尚未衰退前，就经常有意识的进⾏菌种分离和⽣产性能的测定⼯作，从⽽逐步提⾼菌种的⽣产特性。

七、纯种分离的⽅法（稀释分离法）（平板划线法）（组织分离法）

⼋、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。这些纯种培养物成为种⼦。

细菌孢⼦的制备

孢⼦制备霉菌孢⼦的制备

实验室种⼦制放线菌孢⼦的制备

备种⼦扩⼤培养液体种⼦制备

⽣产车间种⼦制备

九、影响种⼦质量的因素：（接种量）（种龄）（孢⼦的质量）（培养基）（培养条件）

影响孢⼦质量的因素：（培养基）（培养条件）（培养时间）（冷藏时间）

⼗、种⼦罐级数的确定：

种⼦罐是指：制备种⼦需要逐级扩⼤培养的次数，主要取决于两个⽅⾯①菌种⽣长特性，孢⼦发芽及菌体繁殖速度

②所采⽤发酵罐的容积

⼗⼀、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

第三章发酵机制及发酵动⼒学（需看课本代谢调节）

⼗⼆、分批发酵和连续发酵的关系

⼗三、初级代谢产物和次级代谢产物的关系1、概念不同

在微⽣物的新陈代谢中，⼀般将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

⽽次级代谢是相对于初级代谢⽽提出的⼀个概念。⼀般认为，次级代谢是指微⽣物在⼀定的⽣长时期，以初级代谢产物为前体，合成⼀些对微⽣物的⽣命活动⽆明确功能的物质的过程2 产物不同

初级代谢的产物，如单糖或单糖衍⽣物、核苷酸、维⽣素、氨基酸、脂肪酸等单体以及由它们组成的各种⼤分⼦聚合物，如蛋⽩质、核酸、多糖、脂质等⽣命必需物质。

通过次级代谢合成的产物称为次级代谢产物，⼤多是分⼦结构⽐较复杂的化合物，可将其分为抗⽣素、激素、⽣物碱、毒素等类型

次级代谢产物可积累在细胞内，但通常都分泌到细胞外，有些与机体的分化有⼀定的关系，并在同其它⽣物的⽣存竞争中起着重要的作⽤。3 存在范围不同

初级代谢的代谢系统，它是⼀类普遍存在于各类微⽣物中的⼀种基本代谢类型。

次级代谢只存在于某些微⽣物中，并且代谢途径和代谢产物因⽣物不同⽽不同，就是同种⽣物也会由于培养条件不同⽽产⽣不同的次级代谢产物。4 对微⽣物的作⽤不同

通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具⽣理活性物质或为⽣长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机体⽣存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发⽣障碍，轻则引起⽣长停⽌，重则导致机体发⽣突变或死亡，是⼀种基本代谢类型。次级代谢产物⼀般对菌体⾃⾝的⽣命活动⽆明确功能，不参与细胞结构组成，也不是酶活性必需的，不是机体⽣长与繁殖所必需的物质，即使在次级代谢的某个环节上