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发酵工程复习题一、选择题：1.厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸而产生乙酰谷氨酰胺，其原因是（）A．温度控制不适 B．通气量过多 C. pH呈酸性 D.溶氧不足2.青霉素生产的叙述,正确的是（ B）B．用紫外线、激光、化学诱变剂处理青霉菌再经筛选的方法可以选育高产菌种3.有关谷氨酸棒状杆菌的生长和谷氨酸发酵的叙述．错误的是（ B）B．菌体能合成各种生长因子，不需要从外界补充4.属于生长因子的是（ D ）D 维生素5.菌培养液中常含有一定浓度的葡萄糖，但当葡萄糖浓度过高时，反而会抑制微生物的生长，原因是（A ）A．碳源供应太充足6.作为生产菌种和科研材料的细菌群体，应该是代谢旺盛、个体形态和生理特性比较稳定的。
所以应选择在它的（B ）B 对数期7.与调整期缩短有关的因素中，最全面的一组是(C )①用与菌种相同的培养基②营养丰富的培养基③稳定期获得的菌种④对数期获得的菌种⑤接种时间提前⑥接种量加大⑦接种量减少⑧接种种类增多C．①④⑥8.谷氨酸发酵过程中，如果环境条件控制不当，则可能使代谢产物成为乳酸，那么乳酸是下列哪种条件下的产物（ D ）D．溶氧不足9. 能影响发酵过程中温度变化的因素是（ D）A．微生物分解有机物释放的能量B．机械搅拌C．发酵罐散热及水分蒸发D．A、B、C都对10.应用发酵工程生产的产品不包括（ D）D．目的基因二、名词解释：1.发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。
发酵工程具体包括菌种选育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等2.培养基 : 原料其化学成分明确、稳定适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产3.培养基: 80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。
4.生理性酸性物质；生理性碱性物质经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的营养物叫生理酸性物质，若菌体代谢后能产生碱性物质的营养物称为生理碱性物质5.连续培养指在向反应器中添加培养基的同时，从容器中放出等体积的培养液，就可以形成一个生产细胞的连续过程，即在培养器中所形成的新细胞数量与从容器中流失的细胞数目相等，反应体系达到稳态；菌的积累速率=生长速率-流出速率,6.抗生素：是生物在其生产活动过程中所产生，并能在低微浓度下有选择性地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的有机物。
微生物工程复习题三、选择题( ) 1. 利用酵母发酵生产酒精时，投放的适宜原料和在产生酒阶段要控制的必要条件分别是( )A. 玉米粉和有氧；B. 大豆粉和有氧C. 玉米粉和无氧；D. 大豆粉和无氧( ) 2. 下列关于平菇固体培养的操作程序，正确的是A. 配制牛肉膏蛋白胨培养基，接种，高压蒸气灭菌，培养B. 配制牛肉膏蛋白胨培养基，高压蒸气灭苗，接种，培养C. 配制棉予壳培养基，按种，高压蒸气灭菌，培养D. 配制棉子壳培养基，高压蒸气灭菌，接种，培养( ) 3. 由于生物技术已渗透入了现在的化学工业中，因此，现代生物化学工程技术的发展趋势是将尽可能多的工业化学反应过程用( ) 反应器来代替。
A. 动物B. 植物C. 微生物D. 生物( ) 4. 农作物的秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，利用生物技术，这三大物质可以再生为通用化学品，其中半纤维素可以再生为 ( )。
A. 葡萄糖B. 木糖C. 酚、苯等物质D. 蔗糖( ) 5. 下列不需要利用发酵工程的是A. 生产单细胞蛋白饲料B. 通过生物技术培育可移植的皮肤C. 燃料乙醇D. 工厂化生产青霉素( ) 6. 生物技术中的( )是最早涉及环境保护领域的工程技术。
A.基因工程B.细胞工程C.酶工程D.发酵工程( ) 7. 酶工程和发酵工程是生物技术实现( )的关键环节。
A. 产业化B. 商品化C. 社会化D. 安全化( ) 8. 在生物技术中，我们把每单位面积上的( )总量，称为生物量。
A. 微生物B. 植物C. 动物D. 生物有机体( ) 9. 现代发酵工程是( )在培养基中繁殖后代以获得产品的过程。
A.单一菌种B.两种菌种C. 多种菌种D. 混合菌种( ) 10. 随着人类人口的增长，能源日趋紧张，利用发酵工程生产的( )有可能成为新能源，能解决能源枯竭的问题。
A. 甲醇B. 乙醇C. 丙醇D. 丁醇( ) 1. 下列物质中，不能为异养生物作碳源的是（）A. 蛋白胨B. 含碳有机物无机物 D. 石油、花生饼( ) 2. 培养生产青霉素的高产青霉素菌株的方法是（）A. 细胞工程B. 基因工程 . 人工诱变 D. 人工诱变和基因工程( ) 3. 由于生物技术已渗透入了现在的化学工业中，因此，现代生物化学工程技术的发展趋势是将尽可能多的工业化学反应过程用( ) 反应器来代替。
生物分离工程复习笔记生物分离工程内容：1.生物分离工程概念、特点、操作流程等；2.生物分离中常用到的分离操作方法，其概念、原理、特征、适用对象、注意事项、优缺点、使用实例等；3.常用方法的比较；基本知识点（一）一．生物分离工程概述1，生物分离工程（P1）生物分离工程是指从发酵液、反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。
它描述了生物产品分离、纯化过程的原理、方法和设备，又称为生物工程下游技术。
特征：应用面广;种类繁多，结构功能复杂，生物活性各异;目的产物在初始物料中的含量低;原料中目标产物浓度越低，所需能耗越高，分离过程成本越大;始物料成分复杂,常需多个步骤,产品总收率低;易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感；产品的质量要求高，尤其是药品等2.传统生化产品和基因工程产品在提取和精制上的差异（P1）（了解）1）传统生化产品都为小分子(工业用酶除外，但它们对纯度要求不高、提取方法较简单)．其理化性能(如平衡关系等)数据都为已知，因此放大比较有根据；基因工程产品大多为大分子，必要数据缺乏，放大多凭经验。
2）由于第一代基因工程产品都以E.coli作为宿主，表达产品处于胞内，提取前需将细胞破碎，细胞内物质释放出来，给提取增加了很多困难；而发酵液中的产物，浓度较低，杂质又多，且一般大分子较小分子不稳定(易失活，如对剪切力)，故提取较困难。
3）大分子(蛋白质)的分离主要困难在于杂蛋白的分离，由于蛋白质都内氨基酸所构成，所以性质相似，分离主要依靠高分辨力的精制方法，如色谱分离等。
3.生物技术下游加工过程的一般流程和单元操作（P4）1）一般工艺流程一般来说，下游加工过程含培养液（发酵液）的预处理和固液分离；初步纯化（提取）；高度纯化（精制）；最后纯化。
第1 页共1 页生物分离工程2）具体过程1发酵液预处理和固液分离○过滤和离心是预处理最基本的单元操作。
生物反应工程复习资料(总7页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除生物反应工程原理复习资料生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。
生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。
酶和酶的反应特征酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。
酶的来源：动物、植物和微生物酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。
2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等固定化酶的性质固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。
与游离酶的区别：游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用）固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性）固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化单底物均相酶反应动力学米氏方程快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不P E ES +←ES S E ⇔+P E ES +→0=dtdC ES会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即双倒数法（Linewear Burk ）： 对米氏方程两侧取倒数得 以 作图 得一直线，直线斜率为 ，截距为根据直线斜率和截距可计算出Km 和rmax抑制剂对酶反应的影响：失活作用（不可逆抑制）抑制作用（可逆抑制 ）：竞争抑制 、反竞争抑制 、非竞争抑制 、 混合型抑制竞争抑制反应机理：非竞争抑制反应机理：可逆抑制各自的特点：P37多底物均相酶反应动力学 (这里讨论：双底物双产物情况)强制有序机制顺序机制 西-钱氏机制 双底物双产物反应机制：随即有序机制乒乓机制注意在工业级反应中， 反应速度一般是由改变所用酶浓度和（或）反应时间，而不是改变底物浓度来控制的，并且要测定的最重要参数是可测的转化率，而不是反应速度酶失活的因素有哪些？酶会由于种种因素发生失活。
名词解释1.富集培养：分为分批式富集培养和恒化式富集培养。
分批式富集培养指将富集培养物转接到新的同一种培养基中，重新建立选择性压力，如此重复转种几次后，再取此富集培养物接种到固体培养基上，以获得单菌落。
恒化式富集培养是通过改变限制性基质的浓度，来控制两类不同菌株的比生长速率2.自然选育：不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。
3.诱变选育：用各种物理、化学因素人工诱发的基因突变4.杂交育种：将不同菌株的遗传物质进行交换、重组，使不同菌株的优良性状集中在重组体中，得到具有新性状的菌株。
5.原生质体融合技术：将遗传性状不同的两种菌(包括种间、种内及属间)融合为一个新细胞的技术6.前体：某些化合物加入到发酵培养基后，能直接被微生物在生物合成过程结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入而有较大的提高。
7.促进剂：那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
8.抑制剂：在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。
9.合成培养基：用化学成分和数量完全了解的物质配制而成，成分精确，重复性强，可减少不能控制因素。
10.天然培养基：采用化学成分不清楚或化学成分不恒定的各种动植物或微生物的浸出物、水解液等物质制成的。
11.孢子培养基：制备孢子用的培养基，营养不太丰富。
12.种子培养基：满足菌种生长用的。
营养丰富，氮源、维生素比例较高。
13.发酵培养基：满足大生产中大量菌体生长和繁殖以及代谢产物积累的营养物质。
14.发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。
15.生物热：微生物在生长繁殖过程中，本身产生的大量热。
16.搅拌热：搅拌器的机械搅拌的动能以摩擦放热的方式使热量散发在发酵液中17.生理碱性物质：被微生物利用后，使PH上升的物质18.生理酸性物质：被微生物利用后，使PH下降的物质19.OTR：单位体积培养液中的氧传递速率[mol/(m3·s)]OTR=K L a（C*-C L）K L——以氧浓度为推动力的总传递系数（m/s）a——比表面积（m2/m3）K L a——容积传递系数（s-1）C*——与p平衡的液相氧浓度（mol/m3）C L——液相主体氧浓度（mol/m3）20.摄氧率：单位体积培养液，在单位时间内消耗的氧量21.临界氧浓度：在好氧发酵中，满足微生物呼吸的最低氧浓度。
单词：metabolic 新陈代谢的，fossil fuel 化石燃料，degrade 降解，fiber 纤维，cotton 棉花，wool 羊毛，hygienic 卫生的detergent 清洁剂，antibiotics 抗生素，component 组分，biodegradability 生物可降解性，intrinsic 固有的，perturb 扰动，thermochemistry 热化学，Biocatalysis 生物催化，enzyme 酶，genetics 遗传学，methodology 方法学，cellular 细胞的，extracellular 胞外的，isotope 同位素，Biotin 生物素，antibiotic 抗生素，penicillin 青霉素,2-oxoglutarate a酮戊二酸，trigger 引发，Flux 通量，transformant 转化株，plasmid 质粒，homologous 同源的，heterologous 异源的deficient 缺陷的，strain 菌株，sensitivity 灵敏度，steady state 稳态，infinitesimal 无穷小的，activity 活力，，mechanism 机制，attenuation 衰减，perturbation紊乱，kinetic 动力学的，glutamate 谷氨酸，composition 组分，medium培养基，perculture 预培养，deionize 去除离子，vitamin 维生素，soybean大豆，protein蛋白质，hydrolysate 水解产物，cholramphenicol 氯霉素，Kanamaycin 卡那霉素，batch 间歇式，fermentor发酵罐，dissolve溶解，oxygen 氧，concerntration浓度，agitation搅拌，revolution 旋转，aeration通气，buffer缓冲液，Sonication 超声波破碎法，supernatant上层液，absorption光吸收值，Branch point 分支点，glucose 葡萄糖，normalize 规格化，consumption 消耗，growth phas 生长期，specific activity 比活力，coefficient 系数，upstream 上游的，lysine 赖氨酸，inoculate 接种，agar 琼脂，bacteriophage 噬菌体，facultative兼性的，assimilate 吸收，saccharide糖类，fructose 果糖，ethanol乙醇，methanol甲醇，glycerol甘油，urea尿素，peptone蛋白胨，copper铜，aqueous水的，eluent 洗脱液，Phosphate 磷酸盐，redox 氧化还原，，modification修饰，host寄主，intermediate 中间体，respiration呼吸，consumption消耗，kinase激酶，isomerase异构酶，bisphophate 二磷酸盐，mass balance质量平衡，genome基因组，genomic基因组的，glycolysis糖消解，high throughput高通量，sequence测序仪，evolutionary进化的，tag标记，transcription转录，transduction传导，array阵列，proteomice蛋白组学，affinity亲和力，counterpart 对照物，amino acid氨基酸，promoter启动子，ligate链接，vector载体，plasmid质粒，base pair碱基对，homology同源性，codon密码子，excise切割下，primer引物，region区段，amplificatio 扩增，transform转化，template模板，strand链，SDS-PAGE十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳，ORF coding 开放阅读框架编码，polymer聚合物，sterilize消毒，inoculate接种，batch fermentation间歇式发酵，continuous fermentation连续是发酵，recombinant重组子，secretion分泌，variant变体，in situ 原地，in vivo体内，ribosome核糖体，interface界面，crosslinking交联，entrapment包埋，encapsulation胶囊化，residue残基，cationic阳离子的，culture broth培养液，stabilization 稳定，hydrolytic水解的，actone丙酮，aromatic芳香族的，sediment沉淀，chiral 手性，pesticide 杀虫剂，aseptic无菌的，impair削弱，atringent严厉，shelf life贮存期，continuous stirred tank reactor连续搅拌釜式反应器，vessel容器，foam breaker 消泡器，condensate冷凝水，cascade control级联控制，ratio control 比率控制，feed forward control 前馈控制，parameter参数，carbon dioxide二氧化碳，hydrophilic polymers亲水聚合物，aqueous水质的，tissue组织，carbohydrate碳水化合物，density 密度，solubility溶解度，extraction萃取，centrifugation离心，filtration过滤，solvent溶剂，solute溶质，membrane 膜，adsorption吸附，evaporation 蒸发，sublimation 升华，vaporisation气化，dehydration 脱水，distillation蒸馏，latent heat潜热，streamlined层流的，turbulent湍流的，hyperfiltration 超滤，dialysis透析，electrophoresis电泳，flocculation絮凝，flotation浮选，milling碾碎，lysis细胞裂解，lipophilic亲脂的，crystallization结晶，chromatographic层析法的，heterotrophic 异养的，lag phase迟滞期，exponential growth phase指数期，stationary phase稳定期，deathphase衰亡期，specific growth rate比生长速率课后习题：1.以间歇式操作方式培养大肠杆菌XN-1。
现代生物技术概论复习题一、名词解释1、生物技术：也称生物工程，是人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础科学的科学原理，按照预先的设计，改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的的一门新兴的、综合性的学科。
2、基因组DNA文库：将某一种基因DNA用适当的限制酶切断后，与载体DNA重组，再全部转化宿主细胞，得到含全部基因组DNA的种群，称为基因组DNA文库。
3、选择标记基因：是指该基因的表达产物对选择剂产生抗性，致使转化细胞不受选择剂影响，能正常生长、发育、分化，从而把转化体选择出来的一类基因。
4、基因和基因组 DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（gene）。
一个生物体的全部DNA序列称为基因组（genome）5、载体：把一个有用的目的DNA片段通过重组DNA技术，送进受体细胞中去进行繁殖或表达的工具称为载体。
6、cDNA文库：即由mRNA经过反转录成cDNA,然后来构建文库，构建的文库不包含内含子。
7、转化:外源DNA导入宿主细胞的过程称之为转化。
8、重叠基因：一个基因序列中，含有另一基因的部分或全部序列。
9、基因组文库：把某种生物基因组的全部遗传信息通过载体贮存在一个受体菌克隆子群体中，这个群体即为这种生物的基因组文库。
10、细胞工程：以生物细胞、组织或器官为研究对象，运用工程学原理，按照预定目标，改变生物性状,生产生物产品，为人类生产或生活服务的科学。
11、外植体：指用于离体培养的活的植物组织、器官等材料。
12、愈伤组织：在离体培养过程中形成的具有分生能力的一团不规则细胞，多在外植体切面上产生。
13、体细胞杂交：（原生质体融合）指在人工控制条件下不经过有性过程，两种体细胞原生质体相互融合产生杂种的方法。
14、悬浮培养：是将植物游离细胞或细小的细胞团，在液体培养基中进行培养的方法。
15、原生质体：指除去细胞壁的细胞或是说一个被质膜所包围的裸露细胞。
一、名词解释1、离心分离因数：是指离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值。
即f=FP/mg=rn2/900或f=vT2/gr2、CIP清洗：就地清洗简称CIP，又称清洗定位或定位清洗。
就地清洗是指不用拆开或移动装置，即采用高温、高浓度的洗净液，对设备装置加以强力作用，把与食品的接触面洗净的方法。
3、对数穿透定律：表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函数。
lg(N2/N1)=-K'L4、对数残留公式：2.303lgNo/Ns=kt lnNo/Ns=kt5、全挡板条件：是指在一定的转速下，再增加罐内附件，轴功率仍保持不变。
要达到全挡板条件必须满足下式要求：（b/D）n=（0.1-0.12）D/Dn=0.56、通气强度：每立方米发酵液每分钟通入的空气量7、溶氧传递速率：是指单位体积发酵液单位时间溶氧量。
OTR=Kla(c*-c) mol/(m3.h)8、浓差极化：当溶液从膜一侧流过时，溶剂及小分子溶质透过膜，大分子的溶质在靠近膜面处被截留。
并不断返回于溶液中，当这一返回速度低于大分子溶质在膜表面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成高浓度的溶质层，这就是浓差极化。
9、溶氧传递系数（Kla）:10、贴壁培养：是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式，主要适用于贴壁细胞，也适用于兼性贴壁细胞。
11、公称体积：是指罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和。
12、连续发酵：连续不断地流加培养液，同时又连续不断地排除发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，（或静止期），从而缩短发酵周期。
二、填空题1、目前植物细胞培养主要采用悬浮培养和固定化细胞系统2、悬浮培养生物反应器主要包括机械搅拌式反应器和非机械搅拌式反应器3、固定化细胞生物反应器主要包括填充床反应器、流化床反应器和膜反应器4、生物反应器放大的目标是在大规模培养中能获得小规模条件下的研究结果5、植物组织培养反应器主要包括发状根大规模培养和小规模的大规模快速繁殖6、动物细胞培养方法有贴壁培养、悬浮培养和固定化培养7、深层培养可分为分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式8、分批培养过程中，细胞的生长可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期9、动物细胞大规模培养反应器包括机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、中空纤维生物反应器、一次性生物反应器、空间生物反应器、大载体系统以及波浪反应器10、目前膜分离设备主要有4种形式：板式、管式、中空纤维式和螺旋卷式11、谷物原料粗选设备有大麦粗选机和磁力除铁器12、谷物原料精选设备有碟片式精选机和滚筒精选机13、谷物原料的分级设备有平板分级筛和圆筒分级筛14、谷物原料的粉碎方法有干式粉碎和湿式粉碎，其中，干式粉碎设备有锤式粉碎机和辊式粉碎机以及圆盘钢磨15、生物反应器的放大方法有理论方法、尝试法、半理论方法、因次分析法及经验规则16、机械搅拌通气发酵罐的经验放大法包括以体积溶氧系数Kla相等为基准的放大法、以Po/Vl相等的准则进行反应器放大、以搅拌叶尖线速度相等的准则进行放大和以混合时间相等的准则进行放大17、空气除菌方法主要包括热杀菌、辐射杀菌、静电除菌和过滤除菌法18、常用的干燥方法有对流干燥（固定床干燥、流化床干燥、气流干燥和喷雾干燥）、冷冻升华干燥、真空干燥等19、发酵罐的类型有机械搅拌通气发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐，其中，自吸式发酵罐又包括机械搅拌自吸式发酵罐、喷射自吸式发酵罐和溢流喷射自吸式发酵罐20、通气发酵罐分为：机械搅拌式、气升环流式、鼓泡式、自吸式、喷射式、溢流式三、问答题1、机械搅拌自吸式发酵罐工作原理：转子启动前将液体浸没，转子启动后，流体被甩向边缘，中心处形成负压。
生物工程概论生物工程：也叫生物技术，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。
先进的工程技术：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程发酵工程部分第一节发酵工程概况（绪论）第二节微生物发酵过程第三节液体深层发酵第四节固体发酵第五节典型实例（啤酒的发酵、青霉素发酵）第一节绪论一、基本概念（一）发酵工程的定义是利用微生物某种功能，通过现代工程技术手段，生产有用物质并直接将微生物应用于工业生产的一种生物技术。
又称微生物工程➢讨论各单元操作中的工艺和设备的一门科学。
➢微生物学、生物化学、和化学工程学的基本原理有机结合起来的科学。
微生物(microorganism)：形体微小具有单细胞或简单的多细胞结构，或没有专一细胞结构的一群最低等生物。
特点：体形微小、结构简单、肉眼直接看不见，必须借助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物。
微生物的种类三型九大类➢真核细胞型微生物——细胞核分化程度高，有核膜和核仁，细胞器完整。
如酵母菌、霉菌。
➢原核细胞型微生物——细胞核的分化较低，仅有原始核，无核膜、核仁。
细胞器很不完善。
DNA和RNA同时存在。
这类微生物众多，有细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体。
➢非细胞型微生物——是最小的一类微生物。
无典型的细胞结构，只能在活细胞内生长繁殖。
核酸类型为DNA或RNA。
病毒属之。
在自然界分布的特征•种类多 10万多种，目前人类认识的不足10%，开发利用不足1%；•分布广空气，土壤，水及极端环境中；•繁殖快世代时间短，几十分钟至一百多分钟。
对发酵工业有重要的意义；•代谢强吸收多，转化快，效率高，消耗自重几百至上千倍食物；•易变异单细胞或结构简单易受到外界影响，有好有坏。
（可以利用此特征将产量提高或增强菌体的抗药性）微生物与人类的关系绝大多数微生物对人类和动、植物是有益的，而且有些是必需的。
1.在自然界中元素的循环2.在工业方面的作用3.在农业方面的作用4.在医药方面的作用只有少数的微生物对人类和动、植物是有害的。
（二）发酵的概念•传统概念：指酵母作用于果汁或发芽谷物，进行酒精发酵时产生CO2的现象。
•生物学概念：发酵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。
（生化）•工业生物学家概念：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•现代概念：培养生物细胞（含动植物和微生物）来制取产物的所有过程（三）发酵工业的概念发酵工业（Fermentation Industry）是利用微生物生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工而获得各种发酵产品的工业。
其主体是利用微生物进行生物化学反应的工业。
二、发酵工业分类、条件及特点主体是利用微生物进行生物化学反应的工业分类：食品发酵工业（food fermentation industry）非食品发酵工业（non-food fermentation industry）我国，通常把由复杂成分构成的，并有较高风味要求的发酵食品，如啤酒、白酒、酱、醋、腐乳、腌菜等副食调味品的生产过程称为酿造工业（brewing industry）把经过纯种培养，提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的酒精、抗生素、柠檬酸、谷氨酸、酶制剂、单细胞蛋白等的生产叫做发酵工业（fermentation industry）发酵过程应具备的条件从发酵和发酵工业的定义可知，要实现发酵过程并得到发酵产品必须具备以下条件：●具有某种适宜的微生物●要保证控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成、温度、溶氧浓度、酸碱度等）●要有进行微生物发酵的设备●要有将菌株或代谢产物提取，精制成产品的方法和设备三、发酵工业的发展历史（History of applied microbiology）（四次转折）1.（Ancient times）天然发酵阶段–food preservation (vinegar, cheese)–flavour (bread, soy sauce)–brewing (beer, wine)特点：➢多数产品为嫌气性发酵➢非纯种培养➢单凭经验传授技术，使产品质量不稳定（不了解微生物与发酵的关系）2、近代发酵工程时期——纯培养技术1665 英国物理学家 Robert Hooke（罗伯特·胡克）细胞壁1680 荷兰列文·虎克(Antonie vanLeeuwenhoek) 活细胞人类认识到微生物的存在1850-1880 法国科学家Louis Pasteur 揭示了发酵的秘密，确定了微生物与发酵的关系否定“微生物的自生说”，发明了一种有效的灭菌法---巴斯德灭菌法(a)无菌营养液通向空气，则出现微生物。
巴斯德认为是空气中微生物进入烧瓶，而反对者认为是空气中生命力进入烧瓶；(b)烧瓶被加热和密封后，无生命出现。
巴斯德认为是热杀死了微生物，而反对者认为是热破坏了生命力，且生命的产生需空气；(c)烧瓶开口，通入的空气被加热，无生命出现。
巴斯德认为是热杀死了空气中微生物，而反对者认为生命力被破坏；(d)雁颈使空气自由进入烧瓶，但微生物被截留，无生命出现。
巴斯德观点被证实。
19世纪70-80年代，微生物纯种培养技术取得了很大的进步1872年 Brefeld（布雷菲尔德）进行了霉菌纯种分离和培养1878年 Lister（李斯特）纯培养乳酸菌并测定了菌数1881年德国Robert Koch（科赫）发明用明胶斜面分离和坚定菌种的纯培养技术，并发现了多种致病菌，还提出科赫条件，证明了特定的微生物引起特定的疾病Koch’ postulate1.在患病的动物体内总能发现特定微生物，而健康的动物体内则没有2.在动物体外可以纯培养此微生物3.将该培养物接种到易感动物体内会引起同样的疾病4.从试验动物及实验室培养物种重新分离得到的微生物应该是同种微生物1887年 Petri （皮特里）改用玻璃平皿取代试管进行分离培养单菌落，Petri皿（皮式培养皿）（一直使用）上述研究成果使发酵技术的最基本手段——微生物的分离和纯种培养方法建立起来。
使发酵技术由天然发酵阶段转向纯培养发酵（第一次转折）此阶段特点：产品的生产过程较为简单，对生产要求不高，规模不大产品：乳酸、酒精、面包酵母、丙酮酸、柠檬酸、淀粉酶、蛋白酶3、近代发酵工程时期——深层培养技术Ø 出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志Ø 青霉素的发现与大量需求表面培养法(surface culture) 效价40U/mL，纯度20%，收率30%Ø 二战期间，青霉素发酵生产成功青霉素发酵生产的成功，给发酵工业带来两大功绩：Ø 开拓了以青霉素为先锋的庞大抗生素发酵工业Ø 建立深层培养法（submerged fermentation），把通气搅拌技术引入发酵工业。
它使得需氧菌的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。
通气搅拌液体深层发酵技术是现代发酵工业最主要的生产方式深层培养技术的意义——机械搅拌通气发酵Ø 40-50年代，链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等相继问世，使这一时期成为抗生素工业的黄金时代Ø 促进了其他发酵产品的出现，如氨基酸发酵工业Ø 好氧发酵，初级、次级代谢产物机械搅拌通气发酵技术的建立是第二次转折4、近代发酵工程时期——代谢控制发酵技术Ø定义：以动态生物化学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某种产品的突变株，再在人工控制的条件下培养，即能选择性地大量生产人们所需要的物质。
➢1956 日本人Kinoshita（木下祝郎）谷氨酸发酵➢已有22种氨基酸用发酵法生产，其中18种直接发酵，4种酶法转化➢已用于氨基酸、核苷酸、有机酸以及一部分抗生素的发酵➢代谢控制发酵技术的建立是第三次转折5、近代发酵工程时期——连续化、自动化发酵技术➢学科交叉之间的应用：数学、动力学、化学工程原理、电子计算机技术、自动化控制➢新设备层出不穷 -----大大提高生产效率6、近代发酵工程时期——开拓发酵原料时期➢1960-1970期间，为解决粮食危机，出现了以正烷烃为原料生产单细胞蛋白即石油蛋白的研究和生产➢石油代粮发酵➢＞粮食生产工业化➢纤维素代粮发酵7、现代发酵工程时期——现代分子生物学技术Ø （1972）DNA 重组技术、原生质体融合技术等应用Ø 1982，第一个基因工程产品——利用工程菌生产的人胰岛素问世Ø 现有许多种类的产品:红细胞生成素 ( 治疗贫血)生长激素 ( 促进生长)胰岛素 (治疗糖尿病)干扰素 (抗病毒、抗肿瘤)Ø定义：应用分子生物学和分子遗传学的方法，人为的将任意生物的特定又有用的遗传基因组合到特定微生物的基因中去，在分子水平上选育新的物种，创造新的微生物，从而达到定向改变自然界微生物所不能合成的产物。
（基因工程阶段）Ø现代分子生物学技术的应用是第四次转折四、微生物工程的应用（一）微生物工程应用领域1、在食品工业的应用微生物技术最早开发应用的领域，至今产量和产值仍占微生物工程的首位微生物技术最早开发应用的领域，至今产量和产值仍占微生物工程的首位食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等）含醇饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌发酵乳制品：奶酪、酸奶调味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等2、在医药卫生中的应用Ø 抗生素：12 000余种青霉素、金霉素、四环素、链霉素、庆大霉素、卡那霉素、新霉素、螺旋霉素、头孢霉素等Ø 氨基酸：可发酵生产的有谷、赖、丙、组、异亮、亮、苯丙、脯、苏、色、酪、缬、瓜、鸟氨酸（国内40亿元，占发酵业产值12%）维生素：VB2 、VB12、Vc、VA、VD等Ø 生物制品：亚单位疫苗、重组疫苗、DNA疫苗等Ø 酶抑制剂：棒酸（可抑制b-内酰胺酶对青霉素的破坏）a-淀粉酶的抑制剂可治疗糖尿病胆固醇抑制剂可治疗高血压高血脂3、在轻工业中的应用糖酶、蛋白酶、果胶酶、脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、甘露聚糖酶等4、在化工能源中的应用醇及溶剂：乙醇、甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、丁二醇等有机酸：醋酸、丙酸、乳酸、琥珀酸、苹果酸、衣康酸、水杨酸等多糖：黄原胶、海藻糖等清洁能源：氢气、微生物燃料电池等5、在农业中的应用生物农药：杀虫剂（Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫）防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病毒、庆丰霉素）生物除草剂：利用杂草的病原微生物生物增产剂：根瘤菌、蓝细菌、钾细菌、磷细菌等6、在环境保护中的作用污水处理（厌气法、好气法）7、在高技术领域中的应用基因工程的各种工具酶等（二）微生物工程产品类型1、微生物菌体的发酵SCP、药用真菌（冬虫夏草、茯苓等）生物防治制剂（如苏云金杆菌）活性乳制剂细胞的生长与产物的积累成平行关系，生长速率最大的时期也是产物合成最高阶段2、微生物酶发酵1894 日本高峰米曲霉→高峰淀粉酶各种酶制剂糖化酶、氨基酰化酶（DL氨基酸光学拆分）、蛋白酶、脂肪酶等与动植物酶相比：易于进行大规模生产易于改善工艺3、微生物代谢产物发酵初级代谢产物：F 指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，生成维持生命活动所需要的物质，如氨基酸、核苷酸、脂类、有机酸、糖等，即为初级代谢产物次级代谢产物：F 指某些微生物在一定的生长时期（通常是稳定期），能合成一些具有特定功能的产物，而这些产物与微生物的生长繁殖无明显关系，如抗生素、色素、生物碱、胞外多糖等，即为次级代谢产物比较初级代谢产物和次级代谢产物初级代谢产物：F 与菌体生长相伴随的产物，F 氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、溶剂F 菌体对其合成反馈控制严密，一般不过量积累次级代谢产物：F 与菌体生长不相伴随，以初级代谢产物为原料而合成F 抗生素、生物碱、毒素、胞外多糖等F 结构常较复杂对环境条件敏感4、微生物的生物转化利用微生物细胞的一种或几种酶，作用于一些化合物的特定部位（基团），使它变成结构相类似，但具有更大经济价值的化合物的生化反应。
