发酵工业培养基及原料处理

名词解释发酵工程：指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。

高通量筛选：是指将许多模型固定在各自不同的载体上，用机器人加样，培养后，用计算机记录结果，并进行分析，实现快速、准确、微量的筛选菌株的方法。

细胞工程育种：在细胞水平上对菌种进行操作，采用杂交、接合、转化和转导等遗传学方法，将不同菌种的遗传物质进行交换重组，使不同菌种的优良性状集中在重组体重，从而提高产量。

主要有杂交育种和原生质体融合育种。

杂交育种：指将两个基因型不同的菌株经吻合是遗传物质重新组合，从中分离筛选出具有新型性状的菌株。

营养缺陷性标记：微生物经诱变处理后产生的一种突变体，需要在培养基上添加一种特定的有机物才能很好的生存，为筛选该菌株而适当添加的遗传标记。

菌种退化：指生产菌种或选育菌种过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行接种传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。

理论转化率：指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，得出转化率大小。

实际转化率：指发酵试验所得转化率的大小。

种子培养：指将冷冻干燥管、沙土管中处于休眠状态的工业菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量的纯种的过程。

接种龄：指种子罐中培养的菌丝体转入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

接种量：指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。

表观得率：指对底物的总消耗而言的细胞得率。

理论得率：指仅用于细胞生长所消耗底物而言的细胞得率。

呼吸强度：指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量。

用Qo2表示。

耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内的耗氧量，也称摄氧量。

用γ表示。

高密度发酵：指工程菌在短时间内迅速分裂增殖，使菌体浓度迅速升高的过程。

重点部分：发酵工程技术的发展史1、1900年以前，自然发酵阶段。

酿造生产酒、醋等。

2、1900—1940，科赫建立微生物分离纯化和纯培养技术，创造了单细胞纯培养法。

第3节发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品分离、提纯等方面。

1．选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。

2．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。

3．配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。

培养基的配方要经过反复试验才能确定。

4．灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。

一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。

因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。

5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。

大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。

6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。

还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。

7．分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。

如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。

二、发酵工程的应用1．在食品工业上的应用(1)生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。

(2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。

(3)生产酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、脂肪酶等。

2．在医药工业上的应用基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。

3．在农牧业上的应用(1)生产微生物肥料。

微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。

(2)生产微生物农药。

微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。

第一章发酵工程概述复习思考题1.发酵的传统概念与现代意义上的概念是指什么？2.发酵工程的概念是什么？3.试述微生物工业发酵的基本过程4.发酵工程与传统酿造化学工程相比有什么特点？5.试述微生物发酵技术发展历史过程中的特点。

6.分析发酵工程的一般特征，同时存在哪些不足？7.发酵工业中使用的发酵罐有什么特征？8.什么是气升式发酵罐，有什么优点？9.发酵过程的优化概念，目的，内容分别是什么？10.工业发酵常见的发酵方式有哪些？其中主流发酵方式是什么？为什么？11.什么是分批发酵和补料分批发酵？分析两种发酵方式各有什么优缺点？12.连续发酵的特点及不足有哪些?13.什么是固态发酵和混合发酵？14.什么是发酵工程的后处理？发酵工程后处理技术有什么要求？发酵液的特点？15.下游工程中的目的产物有什么特点？16.用图表示发酵工程下游技术的过程。

第二章微生物菌种选育复习思考题1.工业化菌种的要求有哪些？2.自然界分离微生物的一般操作步骤有哪些？3.从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集？4.菌种选育分子改造的目的是什么？5.什么叫自然选育?自然选育在工艺生产中的意义是什么？6.什么是正突变？什么是负突变？什么是结构类似物？7.什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？8.什么是种子的扩大培养？9.种子扩大培养的目的与要求有哪些？10.种子扩大培养的一般步骤有哪些？11.在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？12.菌种复壮的方法或措施有哪些？13.如何防止菌种衰退？第三章发酵机制及发酵动力学复习思考题1.名词解释能荷、糖酵解、TCA循环、HMP途径、甘油发酵、初级代谢、次级代谢、反馈抑制、阻遏、同工酶、协同反馈抑制、营养缺陷型、抗性突变株、分解代谢阻遏、代谢控制发酵2.比较糖厌氧发酵和糖好氧甘油发酵的机制3.简述微生物柠檬酸发酵机制4.说明柠檬酸发酵过程中氧的重要性。

微生物工程课程教学大纲课程名称：微生物工程（Microbiology Engineering)课程编码:1313073214课程类别：专业课总学时数:60课内实验时数:24学分:2.5开课单位：生命科学学院生物技术教研室适用专业：生物技术适用对象:本科(四年）一、课程的性质、类型、目的和任务微生物工程又称发酵工程，是生物技术专业的专业必修课。

发酵工程是一门综合性很强的课程，涉及到数学、化学、生物学、生物化学、微生物学、物理化学、有机化学、化工原理等多个学科,基础理论性和实践性均很强，同时要求基础理论和生产实践密切结合.在课程讲授过程中，将要按照微生物发酵生产的全过程阐明各个阶段、各种产品生产的原理和技术，讲解理论知识的同时，又重点突出生产的工艺操作和控制技术等实际问题。

因此，该课程需要在理论教学的同时，配合实验的实践环节，也要求学生建立实际生产的概念，在实践中巩固本课程的教学效果，学生利用实验、参观、实习、社会实践等机会，培养分析问题和解决问题的能力。

学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离,建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力,动手能力也将有所提高。

二、本课程与其它课程的联系与分工本课程与微生物学、生物化学、高等数学、物理化学、化工原理、有机化学等课程有联系,宜在前述课程开设后开设。

三、教学内容及教学基本要求［1]表示“了解”；[2］表示“理解”或“熟悉”；［3］表示“掌握”;△表示自学内容；○表示略讲内容;第一章绪论发酵工程定义［1］;发酵工程的发展史［1];发酵工程的特点［3];发酵工程的分类及应用[2]；发酵工程与现代生物技术的关系[1］;国内外发酵工业概况及其发展趋势［1]；重点：发酵工程的特点难点:发酵工程与现代生物技术的关系教学手段:多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业：1．发酵工程的传统概念与现代意义上的概念各指什么?2．发酵工程与传统酿造、化学工程相比有什么特点？课外活动:查阅一种发酵产品的发展现状及与世界先进水平的差距。

发酵工艺流程
《发酵工艺流程》
发酵工艺是一种利用微生物或酶来改变物质的化学组成的过程。

在食品工业和生物工业中，发酵工艺被广泛应用于生产酵素、抗生素、酒精、醋、酱油、酸奶和面包等产品。

发酵工艺的流程可以分为以下几个步骤：
1. 选择合适的发酵微生物或酶。

根据所需要生产的产品和工艺要求，选择合适的微生物或酶，如酵母菌、乳酸菌、大肠杆菌等。

2. 准备培养基。

根据选用的微生物或酶的需要，准备含有适当营养成分的培养基，如碳源（葡萄糖、麦芽糖等）、氮源（酵母提取物、氨基酸等）、矿物盐、维生素等。

3. 发酵过程。

将培养基与选用的微生物或酶发酵剂接种在发酵罐中，控制温度、搅拌速度、pH值等参数，进行发酵过程。

4. 分离和提取产物。

发酵完成后，通过离心、过滤、离子交换、膜分离等技术，将目标产物从发酵液中分离提取出来。

5. 处理和精制。

对提取出的目标产物进行进一步处理和精制，如加热杀菌、结晶、洗涤、浓缩等，以得到最终的产品。

发酵工艺流程的设计和控制是一项复杂的工程，需要考虑多种
因素，如微生物的生长特性、酶的活性和选择性、培养基的调配、发酵条件的控制等。

同时，为了保证产品的质量和安全，对发酵过程中的微生物和酶的分离和提取也需要进行严格的控制和监测。

总的来说，发酵工艺是一种重要的生物技术，通过对微生物和酶的合理利用，可以实现废物资源的再利用，生产出多种有用的化学产品，对于食品工业和生物工业的发展起着至关重要的作用。

微生物营养要求看，所有微生物都需要碳源，氮源，无机元素，水及生长物质。

如果是好氧微生物还需要氧气。

在实验室规模上配制含有纯化合物的培养基非常简单，但在大规模生产上是不合适的。

第一节工业发酵培养基发酵培养基的作用：-满足菌体的生长-促进产物的形成一、工业上常用的碳源（carbon source）1. 应用最广的是谷物淀粉（玉米、马铃薯、木薯淀粉），淀粉水解后得葡萄糖。

使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类。

缺点：a.难利用、发酵液比较稠、一般>2.0%时加入一定的α-淀粉酶。

b.成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。

优点：来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。

2. 葡萄糖-所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡萄糖效应。

-工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一定的质量指标。

3.糖蜜制糖工业上的废糖蜜waste molasses或结晶母液包括：甘蔗糖蜜（cane molasses）——糖高，氮少甜菜糖蜜（beet molasses）两者成分见P226糖蜜使用的注意点：除糖份外，含有较多的杂质，对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。

二、工业上常用的氮源（nitrogen source）1.无机氮(迅速利用的氮源)种类：氨水、铵盐或硝酸盐、尿素特点：吸收快，但会引起pH值的变化选择合适的无机氮源有两层意义：-满足菌体生长-稳定和调节发酵过程中的pH无机氮源的影响：硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素2.有机氮：来源：一些廉价的原料，如玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、酵母浸出膏等。

其中玉米浆（玉米提取淀粉后的副产品）和豆饼粉既能做氮源又能做碳源。

成分复杂：除提供氮源外，还提供大量的无机盐及生长因子。

微生物早期容易利用无机氮，中期菌体的代谢酶系已形成——有机氮源。

有机氮源来源不稳定，成份复杂，所以利用有机氮源时要考虑到原料波动对发酵的影响。

三、无机盐（inorganic mineral）硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。

一种蜜环菌丝体的液体发酵培养基及其制备方法和应用1.引言概述部分的内容可以编写为：1.1 概述蜜环菌（又称蜡样真菌）是一种具有重要应用价值的真菌，其丝体具有独特的结构和生理活性成分。

蜜环菌丝体中含有多种活性物质，包括多糖、多酚、蛋白质、脂质等，这些物质对人体具有多种保健和药理作用。

然而，传统的蜜环菌丝体培养方法存在一些问题，如生产周期长、产量低、质量不稳定等。

为了解决这些问题，研究者们开始关注蜜环菌丝体的液体发酵培养方法。

液体发酵培养基是一种将菌丝体培养于液体培养基中进行大规模生产的方法。

相比于传统的固体培养方法，液体发酵培养具有生产周期短、产量高、工艺控制和培养管理相对简单等优势。

本篇文章将介绍一种经过改进的蜜环菌丝体的液体发酵培养基及其制备方法和应用。

通过改良液体培养基配方，优化菌丝体的培养条件，我们成功制备出了一种高效、稳定的蜜环菌丝体液体发酵培养基。

在本文的第二部分，我们将详细介绍蜜环菌丝体的液体发酵培养基的组成成分以及其对蜜环菌丝体培养的影响。

同时，我们还将介绍一种简便、高效的制备方法，帮助读者更好地理解和应用这一培养基。

在第三部分中，我们将探讨蜜环菌丝体液体发酵培养基在医药、保健品等领域的应用前景。

通过对蜜环菌丝体液体发酵培养基的研究和应用，我们希望推动蜜环菌丝体的产业化生产，为人类的健康事业做出贡献。

总之，本文将全面介绍一种新型的蜜环菌丝体的液体发酵培养基及其制备方法和应用。

我们相信，这种新型培养基将为蜜环菌丝体的生产提供一个可行、高效的解决方案，为相关领域的研究和开发带来新的机遇和挑战。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下编写：1.2 文章结构本文共分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面。

概述部分介绍了蜜环菌丝体的液体发酵培养基及其制备方法和应用的背景和重要性。

蜜环菌是一种具有广泛应用潜力的微生物资源，其丝体的液体发酵培养基可以为其大规模生产提供基础条件。

正文：1956年从日本开始，以后先后由面二筋豆粕和废糖蜜浓缩物水解的方向，转向以糖质为原料的细菌发酵法。

生产味精谷氨酸之类氨基酸的发酵，区别于传统的酿酒和抗菌素发游，是一种改变微生物代谢的代谢控制发酵。

谷氨酸发酵培养基包括碳源、氮源、无机盐、生长因子及水等。

发酵培养基不仅是供给菌体生长繁殖所需要的营养和能量，而且是构成谷氨酸的碳架来源。

要积累大量谷氨酸，就要有足够量的碳源和氮源，对菌体生长所必须的因子——生物素却要控制其用量。

培养基主要成分：（一）碳源及其生产要求碳源是供给菌体生命活动所需能量和构成菌体细胞一季合成谷氨酸的基础，谷氨酸是异养微生物，只能从有机化合物中取得碳素的营养。

目前发现的谷氨酸产生菌只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖等。

在一定浓度范围内，谷氨酸产量随糖浓度增加而增加，但是糖浓度过高，由于渗透压增大，对菌体生长和发酵均不利，当工艺条件配合不当时，谷氨酸对糖的转化率降低。

同时培养基浓度大，氧溶解阻力大，影响供养速率。

目前国内谷氨酸发酵糖浓度为125-150g/L；采用一次高汤发酵工艺，糖浓度可达170~190g/l。

为了降低培养基中糖浓度有提高产酸水平，就必须采用低浓度糖的流加糖发酵工艺。

目前我国谷氨酸生产上普遍采用淀粉水解的葡萄糖,其次用甜菜糖蜜,甘蔗糖蜜作为糖质原料来源。

在国外也有采用醋酸、乙醇等作为碳源的。

（二）氮源及其成产要求当氮源的浓度过低时会使菌体细胞营养过度贫乏形成“生理饥饿”，影响菌体增殖和代谢，导致产酸率低。

随着玉米浆的浓度增高，菌体大量增殖使谷氨酸非积累型细胞增多，同时又因生物素过量使代谢合成磷脂增多，导致细胞膜增厚不利于谷氨酸的分泌造成谷氨酸产量下降。

碳氮比一般控制在100:（15~30）。

当碳氮比在100:11以上时才开始积累谷氨酸。

在实际生产中，采用尿素或液氨作为氮源时，由于一部分氨用于调节PH，一些分散而逸出，使实际用量很大，当培养基中糖浓度为140g/l,碳氮比为100:32.8。

发酵⼯程1）接种龄：接种龄是指种⼦罐中培养的菌丝体开始移⼊下⼀级种⼦罐或发酵罐时的培养时间。

2）接种量：指移⼊的种⼦液体积和接种后培养液体积的⽐例。

临界溶解氧浓度：指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。

3）前体：指某些化合物加⼊到发酵培养基中，能直接彼微⽣物在⽣物合成过程中合成到产物物分⼦中去，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前体⽽有较⼤的提⾼。

4）产物促进剂：所谓产物促进剂是指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。

5）淀粉糊化：指淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，互相接触变成糊状液体，即使停⽌搅拌，淀粉也不会再沉淀的现象。

6）呼吸强度：单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧⽓，mmol O2·g菌-1·h-17）摄氧率（耗氧速率）：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。

mmol O2·L-1·h-1。

1) ⽣物反应器过程的多尺度理论指的是哪三个尺度？答：分⼦尺度、细胞尺度、反应器尺度2）发酵产品⽣产中尾⽓分析包括哪些内容？尾⽓分析仪器主要有哪些？答：尾⽓CO2的测量和尾⽓氧的测定，分别采⽤不分光红外线⼆氧化碳测定仪（简称IR）和热磁氧分析仪来测定3 ）推导单级连续培养过程达到稳定状态时⽐⽣长速率与稀释率的关系式µ = D答：单级连续培养是指⼀边补⼊新鲜料液⼀边放出等量的发酵液，使发酵罐内的体积维持恒定。

达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产物浓度，限制性基质浓度都是恒定的。

即⽐⽣长速率与稀释率的关系式µ = D。

1 ⼤多数微⽣物发酵过程在通⽓条件下容易形成泡沫，对泡沫的控制和消除通常采⽤的措施有哪些？答：泡沫的控制，可以采⽤三种途径：①调整培养基中的成分(如少加或缓加易起泡的原材料)或改变某些物理化学参数(如pH 值、温度、通⽓和搅拌)或者改变发酵⼯艺(如采⽤分次投料)来控制，以减少泡沫形成的机会。

发酵工艺学发酵工艺概论发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料，生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学，化学工程，基因工程，细胞工程，机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。

现代发酵工程不但生产酒精类饮料，醋酸和面包，而且生产各种食品添加剂：谷氨酸，柠檬酸，苹果酸，核苷酸，多糖等；医疗保健药物如胰岛素，干扰素，生长激素，抗生素和疫苗；农用生产资料：天然杀虫剂，细菌肥料，微生物除草剂；在化学工业上生产AA，酶，维生素和单细胞蛋白等。

Use of microorganisms：适应性强消化能力强繁殖能力强1857年，法国化学家，微生物学家巴斯德提出了著名的发酵理论“一切发酵工程都是微生物作用的结果”。

巴斯德认为：酿酒是发酵，是微生物在起作用。

酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟。

可用加热的方法来杀死有害微生物，也可将纯种微生物分离出，获得所需发酵产品。

一、发酵工程（fermentation engineering）1．直接利用微生物的机能将物料加工以提供产品的过程，又称微生物工程。

在最适发酵条件下，大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。

2．发酵工业简介Fermentation Industry发酵食品Fermented Foods有机酸Organic Acids氨基酸Amino Acids核酸类物质Nucleotides酶制剂Enzymes医药工业（抗生素…）Pharmaceutical (Antibiotics…)饲料工业（单细胞蛋白) Feedstuff (eg. SCP)环境工程（废物处理）Environmental Application (Waste Treatment)其它（冶金工业…）Others (eg. Metallurgical industry)二、微生物（一）为什么要利用微生物？微生物繁殖非常迅速微生物培养易于控制微生物本身也容易改造（二）抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产？这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。