发酵工程总结

绪论：

一、概念：发酵工程（Fermentation Engineering）指在最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。

二、发酵工程研究的主要内容

发酵工程主要包括代谢工程和发酵工艺两个主要内容

具体来说它一般包括微生物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化酶，固定化细胞所做的反应器加工底物，以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。发酵工艺主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。

四、发酵工程的特点

一个完整的发酵过程包括：1材料的预处理2生物催化剂的制备3生化反应器及发应条件的选择与监控

第二章：菌种的来源

一、工业化生产菌种的要求

❑能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成

产物

❑有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的

可操作性要强

❑遗传性能要相对稳定

❑不易感染它种微生物或噬菌体

❑产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病

菌无关）

❑生产特性要符合工艺要求

二、自然界中菌种分离的一般过程(步骤):

土样的采取→预处理→培养→菌落的选择→产品的鉴定.

目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物.

三、采样时要注意的问题:

气候、水分、空气;来源要广;结合产品的特点;标签：地点、时间、气候等四、目的微生物富集的一些基本方法

富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。

富集的三种方案：

❑定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的条件，进行培养。

❑当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分类学中考虑，

❑不能提供任何有助于筛选产生菌的信息，这时只能通过随机分离的办法. 定向培养的方法

物理方法：加热、膜过滤等但主要是通过培养的方法

定向培养的富集方法

1、底物

2、pH条件

3、培养时间

4、培养温度等一切能提高目的微生物相对生长速度的手段，培养（固体、液体；分批连续）后使目的微生物在种群中占优势。

五、菌落的选出

1.从产物角度出发：在培养时以产物的形成有目的的设计培养基

利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素

2.从形态的角度：菌落的外观形态，是微生物的一个重要表征。如多糖产生菌在适当的培养基上生长，从具有粘液性的菌落外观上就可以初步识别。

六、菌株选育、分子改造

方法：基因突变：自然选育、诱变育种

基因重组:杂交、原生质体融合、基因工程

基因的直接进化：点突变、易错PCR、同序法DNA Shuffling等

第三章:发酵培养基

一、发酵培养基所需成分

1、碳源

1)、作用：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

提供合成目的产物所必须的碳成分

2)、来源：糖类、油脂、有机酸、正烷烃

3)、工业上常用的糖类①葡萄糖②糖蜜③淀粉、糊精

2、氮源

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。

1)、无机氮源

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

2)、有机氮源

成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机

盐及生长因子

3、无机盐和微量元素

来源：C、N源，以盐的形式补充

使用注意点：A 对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和

微量元素在发酵过程中必须加以考虑

B使用时注意盐的形式（pH的变化）

4、生长因子、前体和产物促进剂

前体作用：前体有助于提高产量和组份

用法：前体使用时普遍采用流加的方法

5、水

三、发酵培养基的设计和优化：

1、培养基成分选择的原则：菌种的同化能力、代谢的阻遏和诱导、合适的C、

N比：100∶0.2～2.0、pH的要求

2、成分含量的确定

1）、理论转化率与实际转化率

理论转化率是指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡

算，所得出的转化率的大小。

实际转化率是指实际发酵过程中转化率的大小

2）、实验设计

培养基成分的含量最终都是通过实验获得的

合理的实验方法：多因子实验：均匀设计、正交实验设计、响应面分析等

3、培养基设计的步骤：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。

4、摇瓶水平到反应器水平的优化配方

摇瓶——培养基设计的第一步

反应器—最终的优化的基础配方

5、培养基设计时注意的一些相关问题 : 原料及设备的预处理、原材料的质量、

发酵特性的影响、灭菌

第四章种子的扩大培养

一、种子扩大培养的概念:种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇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。

二、种子扩大培养的目的：○1接种量的需要○2菌种的驯化○3缩短发酵时间、保证生产水平

三、种子的要求：○1总量及浓度能满足要求○2生理状况稳定，个体与群体○3活力强，移种至发酵后，能够迅速生长○4无杂菌污染

四、种子制备的技术概要

主要包括：实验室阶段、生产车间阶段