食品11发酵工程重点整理汇总.

第一章绪论

1.发酵的定义

工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程。

2. 发酵工程（Fermentation Engineering）的定义

发酵工程，是利用“生物细胞”的特定功能，通过现代工程技术手段（主要是发酵罐或生物反应器的自动化、高效化、功能多样化和大型化）生产各种特定的有用物质，或者把微生物直接用于某些工业化生产的一种生物技术体系。

3.发酵工程技术主要包括：提供高性能生产菌种的菌种技术、实现低成本大规模生产产品的发酵技术和最终获得合格产品的分离纯化技术。

4.发酵工艺过程的主要内容包括：发酵原料的选择及预处理，微生物菌种的选育及扩大培养，发酵设备选择及工艺条件控制，发酵产物的分离提取，废弃物的回收和利用等。

5.发酵工程的产品可分为以下六大类：

（1）微生物菌体细胞如酵母菌、食用菌、微生物农药的生产。

（2）微生物酶类如各种酶种、酶制剂和各种曲类的生产。

（3）微生物代谢产物如初级代谢产物氨基酸、有机酸、有机溶剂、核苷酸、蛋白质、核酸和维生素等，次级代谢产物抗生素、生物碱和植物激素的生产等。

（4）微生物的转化产物利用微生物代谢过程中的某一种酶或酶系将一种化合物转化成含有特殊功能基团产物的生物化学反应。如将甘油转化为二羟基丙酮，将葡萄糖转化为葡萄糖酸，将山梨醇转化为L-山梨糖等。特别是甾体激素的转化受到了广泛的重视。

（5）工程菌发酵产物20世纪70年代兴起的基因工程和细胞工程，取得了飞跃的发展。通过基因工程和细胞工程创造出许许多多的具有特殊功能的“工程菌”，用发酵技术可以生产出更多更好的产品，发挥更大的经济效益。

（6）动物、植物细胞大规模培养的产物如利用木瓜细胞大规模培养生产木瓜蛋白酶，利用植物细胞培养技术生产天然食用色素等。

6.根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可以将发酵分成若干类型：

(1) 按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等类型。

(2) 按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵等。

(3) 按发酵形式来区分，则有：固态发酵和深层液体发酵。

(4) 按发酵工艺流程区分则有：分批发酵、连续发酵和流加发酵。

(5) 按发酵过程中对氧的不同需求来分，一般可分为：厌氧发酵和需氧发酵（通风发酵）两大类型。

7.发酵工程的特点

（1）发酵工程使用的原料来源广泛，多为农副产品，其中以碳源为主，只加入少量有机和无机氮源，不含有毒物质。

（2）发酵工程的反应过程比较温和，通常在常温、常压下进行。而且，反应过程是以生物体的自身调节方式进行，多个反应就像是一个反应一样，可在单一设备中进行，因此一种设备可有多种用途。

（3）容易进行复杂的高分子化合物的生产，如酶、化学活性体等。

（4）能够高度选择性地进行复制化合物在特定部位的反应，如甾体化合物的氧化、还原等。（5）生产产品的微生物菌体本身也可作为发酵产物。例如，富含蛋白质、酶、维生素的单细胞蛋白等。

（6）发酵过程是纯种培养过程。生产中使用的设备、管道、截门和培养基都必须严格灭菌，

通入的空气也应该是无菌空气。在操作中应特别注意严格防止污染，尤其要防止噬菌体的侵入，否则，会引起重大的损失。

（7）在不增加任何设备投资的情况下，通过菌种选育，改良菌种的生产性能来提高生产能力，可以达到事半功倍的效果。

（8）在发酵生产中，还可以通过改进工艺技术和设备来提高产品的产量和质量。

8.发酵工程的问题

（1）底物不可能完全转化为目的产物，而且会有很多副产物产生。如四环素发酵液中除了有四环素外，还会有金霉素、差向四环素、脱水四环素等副产物。这些副产物的存在，给提取和精制带来了一定的困难。

（2）由于发酵工程采用的是活细胞，其产物的生产率一方面受外界环境的影响，另一方面受细胞自身的影响，所以工艺控制比较困难，生产波动比较大。

（3）发酵工程需要的辅助设备多，如空气压缩机、空气净化系统、冷却水系统、灭菌用蒸汽系统等。因此，动力费用比较高。

（4）发酵中，因为底物浓度不能过高，导致需要使用大体积的反应器。

（5）发酵废液中具有较高的COD和BOD，排放前，必须经过处理。

第二章重点

1.工业发酵生产水平的高低取决于生产菌种、发酵工艺和后提取工艺三个因素

2.在工业发酵工程中，经常用到的生产菌种是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌。

3.初级代谢与次级代谢的概念（背），及其关系（了解），以及产物包括哪些（背）？

根据代谢产物的生理作用不同，将代谢分为初级代谢和次级代谢两种类型。

初级代谢主要是指把营养物质转化为机体结构和生理活性物质以及提供能量的代谢作用。

微生物通过初级代谢途径，产生微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物，这些产物称为初级代谢产物。初级代谢产物包括分解或合成过程中的各种中间代谢物、前提物、高分子物质以及能量代谢和代谢调控中起作用的各种物质，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、多糖、脂类和核酸等。

次级代谢是微生物在一定的生理阶段出现的一种特殊代谢类型，是某些微生物为了避免在代谢过程中某些代谢产物的积累造成的不利作用，而产生的一类有利于生存的代谢类型。次级代谢产物通常是在生长后期合成。

次级代谢产物是通过次级代谢合成的产物，如抗生素、生物碱、色素、激素和毒素等，这些产物是对微生物本身无明显生理作用或对自身生长是非必需的，但对产生菌的生存可能有一定价值。

次级代谢产物与初级代谢产物的关系

次级代谢产物和初级代谢产物对产生菌的生长繁殖作用虽然不同，但它们的生物合成途径是相互关联的。初级代谢中产生的一些小分子化合物是所有次级代谢途径中的原料，即通过初级代谢中的糖酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径等所产生的物质进一步转化和合成一系列有着不同化学结构和性质的次级代谢产物。

从代谢途径来看，次级代谢产物是以初级代谢产物作为前体衍生出来的。菌体代谢过程中产生的某些中间产物，既可用于合成初级代谢产物，又可用于合成次级代谢产物，这些中间产物称为“分叉中间体”。

从酶学关系来看，催化次级代谢途径中各步反应的酶或酶系，既有初级代谢途径中的酶类，又有次级代谢特有的酶。这些特异性酶活性的高低与次级代谢产物的产量密切相关。

某些初级代谢产物对次级代谢有一定程度的调节作用。

从遗传控制来看，初级代谢与次级代谢都受到核内遗传物质的控制，同时，在许多抗生素产生菌中发现，抗生素的合成还受到核外遗传物质质粒的控制。因此，有人将这些受