发酵工程复习资料U版修订版

发酵工程完整版发酵的定义：无氧条件下，底物脱氢后产生的还原力[H]未经呼吸链传递而直接交给某一内源性中间代谢产物，以实现底物水平磷酸化的一类低效产能生物氧化反应称为发酵。

发酵流程：保藏菌种、斜面活化、扩大培养、种子罐、主发酵、产物分离纯化、成品比拟放大的基本过程：普遍：小型实验－中间规模试验(中试)－大型规模生产(工业化生产)发酵工程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产发酵工程的发展经历了哪几个阶段：1.自然发酵时期2.纯培养技术时期（列文虎克、巴斯德、科赫发明固体培养基）3.通气搅拌的好气性发酵工程技术时期（弗莱明发现了青霉素）4.人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术时期5.发酵动力学、连续化、自动化工程技术时期6.生物合成与化学合成相结合工程技术时期发酵过程的基本参数:温度、PH值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、空气流量、CO2含量、泡沫等微生物工业发展趋势1、几个转变：分解代谢→合成代谢自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵（如工程菌）2、化学合成与生物合成相结合3、大型、连续化、自动化发酵发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。

4、人工诱变育种和代谢控制发酵微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。

5、原料范围不断扩大石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等举例说明微生物工业的范围：酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒）食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳）有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇）抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等）有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等）酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等）维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等）生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等）名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等）微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白）微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等）生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质）微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等）温故知新填空：微生物工程可分为发酵和提纯两部分，其中以发酵为主。

化学工程与发酵工程的本质区别在于化学工程利用非生物催化剂，发酵工程利用生物催化剂——酶。

判断：发酵产品是经微生物厌氧生物氧化过程获得的。

单菌发酵：现代发酵工业中最常见，传统发酵工业中很难实现。

混合菌发酵：自然发酵与人工接种发酵相结合液态发酵：发酵基质呈流动状态，如啤酒发酵、柠檬酸发酵等。

半固态发酵：发酵基质呈半流动状态，如黄酒发酵、传统稀醪酱油发酵等。

固态发酵：发酵基质呈不流动状态。

如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒（白酒）发酵等。

发酵产品主要类型：A微生物菌体1.单细胞蛋白（饲料添加剂、食品）2.食（药）用菌（蘑菇、香菇、灵芝、猴头等）3.微生物农药（细菌、真菌、病毒：苏云金杆菌、白僵菌）4.疫苗（细菌、病毒）第一代：病原微生物及其产物第二代：基因工程疫苗第三代：人工合成疫苗5.微生态制剂（细菌：乳酸菌、双歧杆菌）B代谢产物（分为初级代谢产物、次级代谢产物，这是一类当前最主要的微生物发酵产品，也是开发潜力最大的一类）；酒精、酱油、食醋、酸奶、谷氨酸、柠檬酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素、抗生素、毒素、激素、色素等C酶酶制剂工业是利用微生物发酵，获得与生物体内的酶具有相同功能的酶制剂。

近几年，酶制剂的生产和应用研究已普遍引起各国的重视，已在食品、发酵、纺织、医药、造纸、皮革、化工、石油、畜牧饲料等部门得到应用。

我国主要应用在食品方面，其中产量较大的是α-淀粉酶、糖化酶、葡萄糖异构酶、蛋白酶和脂肪酶。

发酵工程三要素：原料、菌种、工艺条件如何理解：传统工艺，原料决定菌种，现代工艺，菌种决定原料传统工艺的发酵原料是一种选择培养基，利用这种选择作用，把自然界带入的各种野生菌，在发酵基质上进行选择富集培养，这些微生物生长和代谢的结果可生产出有特殊风味的食品。

现代工艺在使用纯种发酵剂前，我们必须对原料进行灭菌，以防止其他杂菌对发酵的干扰。

发酵产品主要有哪些附加值一、发酵有利于食品保藏：食品发酵后，改变了食品的渗透压、酸度、水的活性等，从而抑制了腐败微生物的生长，有利于食品保藏。

二、发酵产品的保健作用：有些食品经过微生物发酵后，不仅能产生酸类和醇类等，还能产生某些抗菌素可抑制致病菌和肠内腐败菌。

有些发酵食品还具有预防心脑血管疾病、整肠、改善便秘、降低胆固醇、增加免疫功能和抗癌等功能。

三、发酵增加了食品的营养价值：一方面，发酵通过微生物对营养物质的降解作用，有利于营养物质的消化吸收。

另一方面，食品经过发酵后可以提高某些营养组分如蛋白质的含量，并提高其吸收率，甚至通过微生物的发酵作用，还可以产生一些维生素。

温故知新1、写出生产以下产品的主要菌种：啤酒（啤酒酵母）、黄酒【霉菌（根酶、曲霉）、酵母菌、细菌】、味精（谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌）、柠檬酸（黑曲霉）、食醋（霉菌、酵母菌、醋酸菌）、酸奶（乳酸菌）2、发酵工艺控制中，主要应监控温度、 PH值、溶解氧、泡沫、氧化还原电位等。

微生物工业发酵的基本过程序：微生物工业发酵的基本过程发酵原料（玉米、米、薯干、植物、菌种↓木材、石油等）↓预处理（初选、除杂、粉碎、水解等加工）选育↓↓发酵培养基的配制（添加水、无机盐及其他营养物，活化（斜面）↓调节碳氮比、pH值等）↓灭菌扩大培养（摇瓶或↓↓茄子瓶）接种发↓↓酵进一步扩大培养→→→→→大型发酵（测量和控制发酵温度、pH值、（种子罐）↓溶解氧等）产物与细胞的分离（过滤、离心、沉淀等）↓产物的精制（离子交换、层析、结晶、干燥等）提↓纯产品菌种发展总趋势，如何理解发酵菌——氧化菌野生菌——变异菌自然选育——代谢控制育种诱变育种——基因重组定向育种工业菌种选育的定义、方法菌种选育：按照生产要求，根据微生物遗传变异理论，利用自然菌种筛选、人工诱变育种、代谢控制育种或基因重组定向育种等方法得到优良菌种的工作。

方法：(1)自然选育：从自然界土壤、水、空气、动物、植物、矿物等样品中分离筛选得到菌种的方法。

(2)生产育种：长期生产过程中自然突变获得优良菌株。

(3)抗噬菌体菌株的选育（如去除吸附位点）(4)诱变育种：采用物理、化学诱变因素处理微生物细胞，提高基因的随机突变几率，然后通过定向筛选获得所需优良菌株。

(5) 代谢控制育种：通过改变微生物菌种的代谢途径或代谢自动调节系统（如增加特定基因拷贝数来提高限速酶含量）而使微生物发生异常代谢，使所需中间代谢产物过量积累。

(6) 基因重组定向育种：通过转化、转导、杂交和原生质体融合等遗传学方法和技术定向地重组微生物DNA，使微生物的功能发生定向的改变。

工业菌种衰退的定义、防止方法菌种衰退的概念：指菌种整体在多次接种传代过程中逐渐造成生产能力降低，表现为发酵力（如对培养基的利用）或繁殖力（如孢子的产生）下降或发酵产物得率降低的现象。

防止菌种衰退的方法：1.作好菌种保藏工作2．尽可能使每次培养条件适合而一致3．尽量减少传代次数4．应使用幼龄菌培养菌种复壮的概念与方法菌种复壮：在菌种已衰退情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退群体中找出少数未衰退的个体，以恢复原有典型性状的措施。

衰退菌种复壮的方法1.单细胞菌株分离法2．沸水筛选法：菌液用沸水处理后进行单细胞菌株分离，从而挑选出优良菌体。

3.改变培养条件法：采用有利于高产菌株而不利于低产菌株的条件来选出高产菌株。

4.通过宿主体复壮5.诱变处理法：对发生回复突变进行重新诱变育种。

工业菌种保藏原则与方法原则：挑选优良纯种，最好是休眠体（如孢子、芽孢等），创造一个最有利于休眠的环境条件（如低温、干燥、缺氧、营养物质缺乏等），就可以达到菌种保藏的目的。

同时，作为可行的方法，还要考虑方法的经济和简便。

方法：1.斜面低温保藏法：菌种在斜面培养基上培养，生长旺盛后存放在4-8℃的冰箱中，一般半年要移植一次。

适合保藏实验室常用菌种。

2.低温冰箱保藏法：菌种经液体培养后，加入无菌甘油，使甘油含量为30-40%，置于-80℃低温冰箱中保存，保存期为1-10年。

适用于保存各类微生物菌体。

3.石蜡油封保藏法：医用石蜡油灭菌冷却后加在斜面菌种上,超过斜面顶部1cm，在室温下或冰箱里可保存1-10年。

几乎所有微生物都适用。

4.砂土保藏法：将干的孢子、芽孢与彻底灭菌的砂土混合后装入砂土管，放入装有吸湿剂的干燥器或大试管中，加橡皮塞用蜡封严，置阴凉干燥处或冰箱中可保藏1-10年。

适合于孢子、芽孢等的保存。

5.硅胶保藏法：以纯净硅胶代替砂土,其他与砂土保藏法一样。

6.冷冻干燥保藏法：瓶中加入菌体或孢子悬液，-40℃低温冰箱冷冻1h，室温真空干燥固封，可保存10-数10年。

适用于保存各类微生物菌体。

保存运输方便。

7.液氮超低温保藏法：菌种密封于安踣瓶中, 慢速冻结器中以每分钟下降1℃的速度下降到-35℃，再迅速降温至-196℃，并在该温度下的液氮超低温罐中保存，保存期为3-9年。

适用于保存各类微生物菌体。

工业菌种扩大培养工艺与级数获得活力旺盛的、接种数量足够、纯而壮的培养物。

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。

斜面菌种→一级种子摇瓶培养→二级种子罐培养→发酵罐（二级）尽量采用二级发酵斜面菌种→一级种子摇瓶培养→二级种子罐培养→三级种子罐培养→发酵罐（三级）举例谷氨酸生产的种子制备：斜面培养——一级种子培养——二级种子培养——发酵温故知新1. 菌种选育指按照生产要求，根据微生物遗传变异理论，利用自然菌种筛选、人工诱变育种、代谢控制育种或基因重组定向育种等方法得到优良菌种的工作。

2.微生物菌种保藏的常用方法有斜面低温保藏法、低温冰箱保藏法、冷冻干燥保藏法、砂土保藏法、硅胶保藏法和液氮超低温保藏法等。

？3.高丝氨酸缺陷型菌株由于缺乏高丝氨酸脱氢酶，不能合成高丝氨酸，从而走另一代谢途径，使赖氨酸大量积累。

培养基种类：1.按成分不同划分：天然培养基、半组合培养基、组合培养基2.按物理状态不同划分：固体培养基、半固体培养基、液体培养基、脱水培养基3.按功能不同划分：选择培养基、鉴别培养基4.按培养目的不同划分：种子培养基、孢子培养基、发酵培养基发酵培养基设计的原则要“投其所好”，明确目的，是实验室用还是工业大生产用，是种子扩大培养还是生产发酵产物？要求获得菌体还是积累代谢产物，是正常代谢产物还是异常代谢产物，是为异养菌设计的还是为自养菌设计的？☆用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量较高；☆用于生产代谢产物的发酵培养基氮源一般应比种子培养基低，若代谢产物是次级代谢产物，要考虑是否加入特殊物质；☆工业生产发酵培养基，应选择来源广泛、价格低廉的原料。