第三章3氨发酵

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发酵工程培养基

酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、制曲、糖化等过程，简化了工艺。
糖蜜使用的注意点：
除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理。
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结晶）、生物素（发酵控制）。
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素例：柠檬酸发酵有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）。预处理：→黄血盐
但过多的初始葡萄糖会抑制微生物生长，引起葡萄糖效应，这主要是葡萄糖的分解代谢阻遏造成。
另外过多葡萄糖会过分加速菌体呼吸，以致溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积累，pH下降，影响微生物生长和产物合成。
2.糖蜜又称糖浆，俗称糖稀。
生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工业上的废糖蜜，它是甘蔗糖厂或甜菜糖厂的一种副产品。
又如肠膜状明串珠菌的生长需要补充10种维生素、19种氨基酸、3种嘌呤及嘧啶等。
2.前体
能直接结合到产物中，而自身结构没有多大变化，但是产物产量却有较大提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
如青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加，原因是玉米浆含有苯乙酸，被优先结合到青霉素分子中去。
速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。生理酸性物质：硫酸铵。生理碱性物质：硝酸钠。
正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
氨水：
在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到普遍使用。
氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过碱，加强搅拌，并少量多次地加入。
铁：

发酵培养基及制备

kA2>kA3>kA1，所以可断定A2为A因素的优水平。
同理，可以计算并确定B3、C3、D1分别为B、 C、D因素的优水平。四个因素的优水平组合 A2B3C3D1为本试验的最优水平组合，即酶法液化生产山楂清汁的最优工艺条件为加水量 50mL/100g，加酶量7mL/100g，酶解温度为50℃,酶解时间为1.5h。
• 根据生产实践和科学试验的不同要求选择 • 根据经济效益分析选择培养基
–价廉、来源Βιβλιοθήκη 富、运输方便、就地取材、无毒二、发酵培养基成分选择的原则
• 不同的微生物所需要的培养基成分是不同的，要确定一个合适的培养基，就需要了解生产根据不同生产菌种的培养条件、生物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质等确定培养基。
3
2
1
3
2
1
3
18
3
3
2
1
42
不考察交互作用的试验结果分析
（1）确定试验因素的优水平和最优水平组合
分析A因素各水平对试验指标的影响。由表3可以看出，A1 的影响反映在第1、2、3号试验中，A2的影响反映在第4、5、 6号试验中，A3的影响反映在第7、8、9号试验中。
A因素的1水平所对应的试验指标之和为
度。Rj越大，说明该因素对试验指
标判的断影因响素越的大主。次根顺据序。Rj大1小. ，计可算以
Kjm，kjm
极差分析法－R法
Rj 因素主次
2. 判断优水平
优组合
试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
因素
液化率
A
B
C
D
％
1
1
1
1
0
1
2
2

氨基酸发酵工艺

7、钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多利于产酸，钾少利于菌体生长。
3 氨基酸发酵的工艺控制
培养基
8、钠：调节渗透压作用，一般在调节pH值时加入。 9、锰：是许多酶的激活剂。 10、铁：是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶
的活性基的组成分，可促进谷氨酸产生菌的生长。 11、铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害作用。
谷氨酸发酵生产流程
4 谷氨酸生产工艺
谷氨酸产生菌株特点
➢ 革兰氏阳性 ➢ 不形成芽胞 ➢ 没有鞭毛，不能运动 ➢ 需要生物素作为生长因子 ➢ 在通气条件下才能产生谷氨酸 ➢ 不易被低浓度的谷氨酸抑制
4 谷氨酸生产工艺
谷氨酸生物合成机理
由三羧酸循环中产生的a-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶和氢供体存在下进行还原性氨化作用而得到。
4 谷氨酸生产工艺
菌种扩大培养
2、一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰组成。pH 6.5－ 6.8。1000ml装200-250ml振荡，32℃ 培养12h。
4 谷氨酸生产工艺
菌种扩大培养
3、二级种子培养：用种子罐培养，料液量为发酵罐投料体积的1％，用水解糖代替葡萄糖，于32℃ 进行通气搅拌7-10h。种子质量要求：二级种子培养结束时，无杂菌或噬菌体污染，菌体大小均一，呈单个或八字排列。活菌数为108-109/ml。
4 谷氨酸生产工艺
糖蜜原料
不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源，因含丰富的生物素。
预处理方法：活性炭或树脂吸附和亚硝酸法破坏以减少糖蜜中的生物素。
也可以在发酵液中加入表面活性剂吐温60或添加青霉素。
4 谷氨酸生产工艺
菌种扩大培养
1、斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属、节杆菌属。我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。生长特点：适用于糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的 pH 7.0-7.2琼脂培养基，32 ℃培养18-24 h。

第三章氨基酸

★除甘氨酸Gly和脯氨酸Pro外，其他均具
有如下结构通式。
-氨基酸的通式
COOH H 2N C R H
不变部分
可变部分
-氨基酸的分子构型
1、氨基酸的分类
各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。 20种蛋白质氨基酸按R的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸；按R基的结构可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及杂环氨基酸3 大类。
（ 3 ）酰化反应
五、氨基酸的化学性质
1．-氨基参与的反应
O R1 C X + H 2N R2 CH COO
-
X = -C l, O H ,-O C O R
OH
-
O R1 C HN
R2 CH COO
-
用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。
（ 4 ）烃基化反应
五、氨基酸的化学性质
含羟基氨基酸有含硫氨基酸有
Ser
Cys
Thr
Met
Tyr
一氨基一羧基氨基酸又称中性氨基酸，一氨基二羧基氨基酸又称酸性氨基酸(Glu、Asp)，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸(Arg、Lys、 His) 。脯氨酸和羟脯氨酸是亚氨酸，因存在于天然蛋白，习惯上也列入氨基酸。蛋白质中存在的氨基酸皆为L-型，但在微生物体内及抗菌素中亦有D-型氨基酸存在(自由或肽结合形式)。
1．-氨基参与的反应
Cl
C H2 C H2 C l S: R1
R2
C H2 C H2 S
+
H 2N
CH
COO
-
R1
-
R 1 S C H 2 N H C H (R 2 )C O O
用途：是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。

发酵工程发酵工程概述

第二节

微生物发酵过程
（三）发酵
所用的培养基和培养设备都必须经过灭菌，通入的空气或中途的补料都是无菌的，转移种子也要采用无菌接种技术。通常利用饱和蒸汽对培养基进行灭菌，灭菌条件是在120℃（约 0.1MPa表压）维持20~30min。（四）下游处理
第三节液体深层发酵

一、深层发酵的操作方式
第二节

微生物发酵过程
二、培养基
（二）发酵培养基的组成 1.碳源 2.氮源 3.无机盐和微量元素 4.生长因子 5.水 6.产物形成的诱导物、前体和促进剂许多胞外酶的合成需要适当的诱导物存在。

第二节

微生物发酵过程
三、发酵的一般过程
（一）菌种（二）种子扩大培养

第一节发酵工程概述

一、发酵工程的概念

现代的发酵工程不仅包括包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。其主要内容包括生产菌种的选育，发酵条件的优化与控制，反应器的设计及产物的分离、提取与精制等。
第一节发酵工程概述

二、发酵类型

（一）微生物菌体发酵
是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。传统的菌体发酵工业：有用于面包制作的酵母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白（单细胞蛋白）发酵两种类型。新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌药用真菌可以通过发酵培养的手段来生产出与天然产品具有同等疗效的产物。有的微生物菌体还可用作生物防治剂
第三章发酵工程
第一节发酵工程概述

一、发酵工程的概念

发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节它将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。由于它以培养微生物为主，所以又称微生物工程。人们把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统称为发酵。

发酵工程第三章培养基

发酵工程第三章培养基
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培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微
葡萄糖效应
这是大肠杆菌首先利用葡萄糖进展生长繁殖，在葡萄糖耗尽后，过一段时间菌体才开场利用乳糖再生长繁殖。后来的酶学试验证实，当葡萄糖存在时，细菌不利用其他糖。在上述培养基中即使参加乳糖酶诱导物，葡萄糖没耗尽，利用乳糖的酶系也不能合成。
葡萄糖效应是由葡萄糖的某种分解代谢物引起的，这种代谢物阻遏了细菌能够利用其他糖的酶的生成。
气搅拌性能以及发酵产物的后期处理。
3.1 发酵工业培养基的根本要求
必须提供合成微生物细胞和发酵产物的根本成分；
有利于减少培养基的单耗，即提高单位营养物质的转化率；
有利于提高产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力；
有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期；
尽量减少副产物的形成，便于产物的别离纯化，并尽可能减少产生“三废〞物质；
次参加，并强强搅拌；二是氨水中含有多种嗜碱性微生物，因此在使用前要用石棉等
过滤介质进展过滤除菌，防止因通氨而引起的染菌。
毛霉产蛋白酶的研究
陈涛，中国酿造，2004
初始pH的影响: pH偏酸比较好，中性蛋白酶影响大
无机氮源的影响：硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素
2、有机氮源
来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、

生化工程设备-第一篇-第三章-嫌弃发酵设备-第一节,第二节

•
三是密闭容器的演变。原来是在开放式长方形容器上面加穹形盖子的密闭发酵罐槽，随着技术革新过渡到用钢板、不锈钢或铝制的卧式圆筒形发酵罐。后来出现的是立式圆简体锥底发酵罐，这种罐是20世纪初期瑞士的奈坦(Nathan) 发明的，所以又称奈坦式发酵罐。目前使用的大型发酵罐主要是立式罐，如奈坦罐、联合罐、朝日罐等。由于发酵罐容量的增大，要求清洗设备也有很大的改进，大都采用CIP自动清洗系统。
• 它是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成，两头喷水管弯有一定的弧度，喷水管上均匀地钻有一定数量的外孔，喷水管安装时呈水平. 喷水管借活接头和固定供水管相连接，它是借喷水管两头喷嘴以一定喷出速度而形成的反作用力，使喷水管自动旋转，在旋转过程中，喷水管内的洗涤水由喷水孔均匀喷洒在罐壁、罐顶和罐底上，从而达到水力洗涤的目的。对于120 的酒精发酵罐，采用36mmX 3mm的喷水管，管上开有f f4mmX 30个小孔，两头喷嘴口径为9mm，
• 发酵的冷却装臵，对于中小理发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却;对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装臵，为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有岭却发酵液均匀，冷却效率高等优点。
• 酒精发酵罐的洗涤，过去均由人士操作，不仅劳动强度大.而且二氧化碳气体一旦未彻底排除，人工人罐清洗会发生中毒事故。近年来，酒精发酵健已逐步采用水力暗射游涤装骨.从 • 而改善了人士的劳动强度和提高了效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤装臵尤为重要。 • 水力洗涤装臵如图1-3-2所示。
• 1. 发酵池数目的确定 • 采用小容量的发酵池，将导致一系列非生产消耗的增加。体积小，池数目多，又必然会增加投资费用，所以一般不宜采用。在一个发酵池内可容纳一次麦芽汁量的前提下，发酵池的数目可按下式计算:

发酵工程思考题含答案

发酵工程课后思考题第一章绪论1、发酵及发酵工程定义？答：它是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进展酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性效劳的一门科学。

由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。

2、发酵工程根本组成局部？答：从广义上讲分为三局部：上游工程、发酵工程、下游工程3、发酵工业产业化应抓好哪三个环节？答：发酵工程产业化就是将有关应用微生物的科学研究成果转化为发酵产品，并投向市场的过程。

三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销。

①投产试验：涉及到〞上、中、下三游〞工作，即研究成果的验证、小试、中试和扩大试验。

②规模化生产：值得注意的是产品质量问题，其检测必须符合相应产品标准。

③市场营销：市场开拓对技术本身影响不大，但参与市场竞争却是产业化成败的决定因素。

4、当前发酵工业面临三大问题是什么？答：菌种问题纯种，遗传稳定性，平安，周期短、转化率高产率高抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌；适宜的反响器生产规模化原料利用量大，并且具有一定选择性，节能，构造多样化、操作制动化，节劳力。

基质的选择价廉原料利用量大，并且具有一定选择性易被利用、副产物少，满足工艺要求。

5、我国发酵工业应该走什么样的产业化道路？发酵过程的组成局部？答第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续开展阶段典型的发酵过程可划分成六个根本组成局部：〔1〕繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定；〔2〕培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；〔3〕培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；〔4〕微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；〔5〕产物别离和精制；〔6〕过程中排出的废弃物的处理。

第二章菌种的来源(1)1、自然界别离微生物的一般操作步骤？答：标本采集，预处理，富集培养，菌种别离〔初筛，复筛〕，发酵性能鉴定，菌种保藏2、从环境中别离目的微生物时，为何一定要进展富集？答：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。

微生物工程(发酵)第三章培养基制备与灭菌

3.3 培养基及设备的灭菌
3.3.1常见灭菌方法： • 加热灭菌 • 过滤灭菌 • 辐射灭菌 • 化学灭菌 • 熏蒸灭菌
1、高温灭菌
• 1）干热灭菌
烘箱内热空气灭菌 160℃，2小时
干）煮沸消毒
3）丁达尔灭菌 4）常规高压灭菌 121℃，15分钟； 115℃，30分钟；
类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
郭秒,食品与工业发酵，2004
类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
原培养基:
初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)
通过单因子实验确定适宜的培养基成分(以碳源为例)
考虑到成本：乙酸钠是较为合适的碳源进一步：乙酸钠的浓度2%比较好
结果：碳源：乙酸钠 0. 2% 氮源：氯化铵 0.2% 酵母膏0.03%
3.1.1.6 前体物质、抑制剂和促进剂
前体物质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。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
• 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利 • 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加 0.07%
有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
抑制剂：能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白质变性的物质；可用透析或超滤的方式去除；
在培养基中添加抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需要的某一终产物或使正常代谢的某一代谢中间产物积累起来;
3.1.2 发酵工业原料的选择原则
• • • • • • • • 因地制宜，就地取材；营养丰富，浓度恰当；资源丰富，容易收集；易于储藏；理化性质稳定，成分间无反应；不影响通气、搅拌、产物分离，废物处理方便不含毒副作用的物质价格低廉

第三章发酵培养基

米糠
13 45 13 14 16 91 2.64 22 23.2 297 1250 0.5 0.1 0.9 0.2 0.4 0.6 0.5 0.4
酵母膏
50 0 3 10 95 3.3 1.4 1.6 5.5 6.2 6.5 2.1
无机氮源和尿素、玉米浆等可被迅速利用，为速效氮；
蛋白质氮则需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用，属迟效氮
二、氮源
有机氮源豆饼（粕）粉、花生饼粉、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米浆、尿素等
无机氮源铵盐、硝酸盐等（由于细胞内的含氮物质都以氨基或亚氨基的形式存在，故
铵态氮可以直接用于合成细胞物质；而硝态氮需还原成氨后才能被利用）
成分
蛋白质/% 碳水化合物/% 脂肪/% 纤维/% 灰分/% 干物/% 核黄素/（mg/kg）硫胺素/（mg/kg）泛酸/（mg/kg）尼克酸/（mg/kg）吡哆醇/（mg/kg）生物素/（mg/kg）胆碱/（mg/kg）精氨酸/% 胱氨酸/% 甘氨酸/% 异亮氨酸/% 亮氨酸/% 赖氨酸/% 甲硫氨酸/% 苯丙氨酸/%
糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%-75%。
糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，二者在糖的含量和无机盐的含量上有所不同，即使同一种糖蜜由于加工方法不同其成分也存在差异，因此使用时要注意。
淀粉糊精多糖，也是常用的碳源; 需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用; 使用淀粉可克服葡萄糖代谢过快的弊病，价格也比较低廉，在发酵工业中被普遍使用。常用的淀粉为玉米、甘薯、马铃薯、木薯淀粉。
5）其他牛肉膏、蛋白胨、动物心、肝等组织浸液等都含有丰富的生长因子
五、水
生理功能：
1）是微生物机体的重要组成部分 2）进行代谢反应的介质 3）营养物、代谢物、氧气等必须溶解于水后才能通过细胞表面进行正常的活动；

第三章发酵工业原料及其处理

• 工业生产中常用有机氮源有：黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、麸皮或麸皮水解液、玉米浆等。无机氮源有：氨水、硝酸盐、铵盐和尿素等。
（3）无机盐
• 无机盐对菌体生长和产物合成有重要影响，是发酵培养基的必须成分之一。
• 磷对微生物生长有明显促进作用； • 在青霉素和头孢菌素的发酵培养基中必须加
入硫源； • Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶
• 发酵培养基中某些成分的加入有利于调节产物的形成，而并不促进微生物的生长，这些物质包括前体、促进剂和抑制剂。
前体
• 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被
微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，
而其自身的结构没有多大的变化，但产物的产
量却因加入前体而有较大的提高。 • 如：在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产
• 优点：设备要求简单，水解时间短（20min），设备生产能力大
• 缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐高温、耐高压，副反应多，对原料要求严格，淀粉颗粒不宜过大，淀粉乳浓度不能过高。
淀粉酸水解的工艺流程
中和脱色
水淀粉
冷却
调浆
盐酸
酸水解
过滤除杂
糖液
1.酸的种类和用量：
• 盐酸：催化效能为 100 • 硫酸：催化效能为 50.35 • 草酸: 催化效能为 20.45 • 一般用盐酸，其量占干淀粉的 0.6-0.7%，
• 在酶法糖化时， -淀粉酶很难进入老化淀粉的结晶区起作用，使淀粉很难液化，因此，必须采取相应的措施控制糊化淀粉的老化。
2.糖化酶的水解作用
• 糖化酶对底物作用从非还原末端开始将 -1, 4 和 -1, 6糖苷键水解，也能水解麦芽糖。
• 必须控制糖化酶的用量和液化液DE值。 • 糖化的温度和pH值决定于所用的糖化剂的性

第三章第四节发酵培养基灭菌

一、灭菌的原理和方法
消毒与灭菌的区别？
消毒杀死物体表面及内部一部分对人体有害的病原菌的营养体，而对被消毒的物体基本无害的措施，如对皮肤、水果、饮用水的消毒，啤酒、牛奶、果汁等消毒。灭菌杀死任何物体内外的一切微生物的方法，灭菌后的物体不再有可存活的微生物。
1、化学试剂灭菌法
化学试剂：甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等适用范围：环境空气、皮肤及器械的表面消毒 2、射线灭菌法
在实际生产中，也可能遇到所供蒸汽不足、温度不够高的情况，这时可以适当延长灭菌时间。生产上甚至有用100℃蒸煮而达到彻底灭菌的实例。
如要做固体曲而没有高温蒸汽时，可将原料用100蒸汽蒸
30min，杀死其中的营养细胞，但孢子与细菌的芽孢没有被杀死。将蒸过的原料置于室温下过夜，未被杀死的
当培养基成分从T1上升到T2时，微生物的死亡速率与培养基的分解有如下关系：
K2 ） K 1 E K `2 ln （） E ` K `1 ln （
通过实验测定可知： K2 （）灭菌时杀死微生物的活化能大于培养基成分的破坏活化能值， ln K 1 E 因此： K2 K `2 K `2 E ` ln （） ln （） ln （） K1 K `1 K `1
电磁波、紫外线或放射性物质适用范围：无菌室、接种箱
3、干热灭菌法
常用烘箱，灭菌条件为在160℃下保温1h 适用范围：金属或玻璃器皿
4、湿热灭菌法
利用饱和蒸汽进行灭菌、条件为：121℃，30’ 适用范围：广泛应用于生产设备及培养基的灭菌例：高压灭菌锅
5、过滤除菌法
利用过滤方法阻留微生物适用范围：制备无菌空气
由此可见，若要减少营养成分的破坏，可升高温度灭菌。结论2：在灭菌时选择较高的温度、较短的时间，这样便既可达到需要的灭菌程度，同时又可减少营养物质的损失。

第三章酶的发酵生产

CAP结合位点
DNA
P
O
Z
Y
A
+ + + + 转录
无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP CAP CAP CAP
CAP CAP
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
低半乳糖时
葡萄糖低 cAMP浓度高
高半乳糖时
RNA-pol
O Ｉ
无转录
O
mRNA
葡萄糖高 cAMP浓度低
Ｉ O
无转录
O
低水平转录
色氨酸操纵子——阻遏型操纵子调节区
UUUU…… UUUU……
4
trp 密码子前导肽
序列3、4不能形成衰减子结构 •当色氨酸浓度低时
细胞周期与酶的合成
可能的三种模式：
合成伴着生长进行，
进入静止期，合成降
低静止期合成增加
中间类型
对数生长期合成降低，
三、酶发酵动力学
主要研究在发酵过程中细胞生长速率，产物形成速率以及环境因素对速率的影响. 在酶的发酵生产中,研究酶发酵动力学对于了解酶生物合成模式；发酵条件的优化控制,提高酶产量具有重要的理论指导意义。
影响酶生物合成模式的因素主要是: mRNA和培养基中存的阻遏物：

mRNA稳定性高的，在细胞停止生长后继续合成相应的酶； mRNA稳定性差的，随着细胞生长停止而终止酶的合成；
不受阻遏物阻遏的,可随着细胞生长而开始酶的合成；
受阻遏物阻遏的,要在细胞生长一段时间或进入稳定期后解除阻遏,才能开始酶的合成。
2.人工合成酶制剂：

蛋白质的人工合成：人工合成胰岛素等

人工合成酶制剂受客观
条件的限制，如试剂、设备等，另外，体外合成，形成单体的难度大，

2021--2022学年人教版选择性必修三发酵工程及其应用教案

第3节发酵工程及其应用课程标准素养要求1.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。

2．举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上的重要的应用价值。

1.生命观念：掌握发酵工程的基本环节及实现该环节的理论依据。

2．社会责任：认同发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的，它实现了发酵食品、药物等的工业化生产，极大地改善了人们的生活。

一、发酵工程的基本环节1．发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。

2．发酵工程的基本环节[提醒]传统发酵技术得到的产品一般不进行分离、提纯，而发酵工程得到的产品须根据发酵产品类型进行分离、提纯。

二、发酵工程的应用1．发酵工程的特点(1)生产条件温和。

(2)原料来源丰富且价格低廉。

(3)产物专一、废弃物对环境的污染小且容易处理。

2．发酵工程的应用(1)利用细菌获取大量代谢产物时，可利用基因突变和染色体变异进行菌种的选育。

()(2)发酵工程的灭菌环节只是对培养基进行严格的灭菌。

()(3)谷氨酸发酵生产中，在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。

()(4)发酵工程的中心环节是对微生物细胞本身或其代谢物进行分离、提纯。

()(5)啤酒的工业化生产过程中的焙烤环节是加热杀死种子胚，但不使淀粉酶失活。

()(6)单细胞蛋白是指单一微生物菌体中的蛋白质。

()答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×知识点一发酵工程的基本环节1．发酵工程中所用的发酵罐(1)发酵罐示意图(2)各结构的主要功能2．发酵过程的影响因素及相应的调节和控制方法[温馨提示](1)温度、pH、溶解氧是影响代谢途径的重要因素。

应根据代谢途径控制发酵条件，如谷氨酸发酵过程需要充足的氧气供应，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。

(2)发酵生产排出的气体和废弃物不能直接排放到外界环境中，以避免对环境造成污染。

啤酒发酵过程中氨的作用

啤酒发酵过程中氨的作用
在啤酒发酵过程中，氨起着多种作用。

首先，氨是一种氮源，对酵母细胞的生长和繁殖起着重要作用。

酵母细胞需要氮源来合成蛋白质和其他生物分子，而氨是一种常见的氮源之一，它可以被酵母细胞利用来合成所需的生物分子。

其次，氨还可以影响啤酒的风味特性。

在发酵过程中，酵母细胞会产生氨化酵素，这种酶可以将氨和酒精中的醛类化合物结合，从而产生氨基酸。

这些氨基酸可以赋予啤酒特定的风味和香气，对啤酒的口感和口味起着重要作用。

此外，氨还可以影响发酵过程中的pH值。

在发酵过程中，酵母细胞会产生酸，而氨可以作为缓冲剂，帮助维持发酵液的pH值在适当的范围内，从而保证发酵过程的顺利进行。

总之，在啤酒发酵过程中，氨起着促进酵母细胞生长和繁殖、影响啤酒风味特性以及调节发酵过程中pH值的作用。

这些作用使得氨在啤酒生产中扮演着重要的角色。

氨基酸发酵PPT课件

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9.2 赖氨酸的发酵生产来自赖氨酸是一种必需氨基酸，可以促进儿童发育，增强体质，补充适量L-赖氨酸，可大大提高蛋白质的利用率，L-赖氨酸被广泛用于食品强化剂、饲料添加剂及医疗保健、滋补饮料等方面，是一个具有广泛市场的氨基酸产品。
目前全世界产量已达10万吨，而且还呈上升趋势，其中日本占世界产量的60％，我国赖氨酸生产水平还有待提高。
制备方法有化学合成法、发酵法和蛋白质水解三种方法，其中以发酵法最为先进。
由微生物发酵生成的苏氨酸都是L-苏氨酸。
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目前作为苏氨酸直接发酵生产菌主要有大肠杆菌、粘质沙雷氏杆菌和短杆菌三类。
L-苏氨酸发酵均采用基因工程菌生产，产酸约在8％~10％，对糖转化率25％~30％，提取收率85％。
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化妆品生产中，胱氨酸用于护发素，丝氨酸用于面霜中；谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸与脂肪酸形成的表面活性剂，具有清洗、抗菌等功能，用于护肤品、洗发剂中。
在农业中，苯丙氨酸和丙氨酸可用于治疗苹果疮痂病；甘氨酸可制成除草剂。赖氨酸、蛋氨酸添加在饲料中，能加速家畜、家禽的生长，改善肉的质量。
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从20世纪初期，氨基酸实现工业化生产以来，氨基酸生产大体有蛋内质水解法、化学合成法、微生物发酵法和酶法四种生产方法。
所以多选铵型强酸性阳离子交换树脂。
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①树脂的处理过程：
732# 阳离子树脂
水洗
1mol/L 的 NaOH处理
水洗至 pH6.0
1Mol/L 的 HCl处理
水洗至 pH8.0
1Mol/L 的氨水处理
水洗至 pH8.0
铵型树脂（待用）

发酵工程——精选推荐

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。

3第三章氨基酸类药物(生化制药技术)

优点：操作简便，针对性强。
缺点：沉淀剂比较难除去。
• 3.离子交换法 • ～是利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力不同而分离纯化氨基酸的方法。
• 原理：氨基酸是两性电解质，在一定条件下，不同氨基酸的带电性质及理解状态不同，对同一种离子交换剂的吸附力也不同。
三、氨基酸的结晶与干燥
• 结晶
浓度，pH选在pI附件，低温；
• 干燥
常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等；
四、氨基酸类药物的检测
一般是以甲酸：冰醋酸按比例混合，采用电位滴定法，高氯酸溶液滴定等。
第二节CH 2OOH NH 2
第三节丝氨酸
H 2N H2C H2C H2C CH2 H C NH2 COOH
滤液
[除酪氨酸] [浓缩液] 10℃
[除组胺] 活性炭，白陶土 100℃
滤液
[除热原] 活性炭 100℃
[浓缩，干燥] 滤液 90 ℃以下
水解蛋白粉
第十二节氨基酸输液
• 1.什么是氨基酸输液？ • 2.相比水解蛋白，氨基酸输液优点体现在哪里？ • 3.氨基酸输液中氨基酸的种类、数量及比例有要求吗？为什么？ • 4.氨基酸输液中通常会使用到能量添加剂、血浆添加剂，这是些什么物质？
氨基酸输液的制备
• 一、以L-氨基酸结晶为原料配制； • 二、蛋白质水解法制备氨基酸输液
蛋白质水解法制备氨基酸输液
[水解]盐酸脏器 [除杂质] 水解物
[除酸]
水解液真空浓缩浓缩液
110～120℃
10℃
吸附树脂
[分离提纯]732 滤液 [除酪氨酸] 滤液阳离子交换树脂 5℃
[脱色]活性炭 pH7.3，5℃
2.微生物发酵法

生化工艺学第三章ppt课件

我国的氨基酸工业现状
到2000年，用于输液的十八种药用氨基酸原料，除L－丝氨酸和L－色氨酸尚不能工业化生产，其他均已投产，国产化率达到80％以上。谷氨酸的产量已达世界最高，接近国际先进水平；赖氨酸消费主要用于饲料工业，国内自给仅为35～40％，需求也逐年增长。
L－苯丙氨酸通过海因酶法路线，成本明显下降。已有工业化产品聚合氨基酸和氨基酸型螯合剂等，市场前景看好。
单一构型氨基酸的获取
• 获得单一构型的氨基酸方法主要有两类： • 蛋白质水解、微生物发酵、利用酶或化学不对称合成，
直接得到单一构型的氨基酸 • 通过化学法合成外消旋氨基酸，再进行手性拆分才能
得到单一构型的氨基酸 • 对于D、L型都有应用价值的氨基酸而言，哪种方法更
有应用前景？
有些氨基酸化学法合成步骤简单，价格低廉，拆分后的产品组分较前一方法易于分离，拆分时可利用酶法拆分（温和、环保）
• 5）其它：胱氨酸及半胱氨酸（抗辐射损伤、重金属中毒、肝炎等）高半胱氨酸促进核酸代谢及肝细胞再生，预防药物中毒（保肝作用）；乙酰半胱氨酸：呼吸道黏液溶解剂，促进排痰；乙酰羟脯氨酸结缔组织疾患；赖乳清酸肝损伤解毒
二、复方氨基酸制剂
• 为重症患者提供合成蛋白质的原料，以补充消化道摄入的不足
• 以AS1.563为出发菌株, 通过亚硝基胍和紫外线照射处理，使菌体发生诱变。筛选出具有抗赖氨酸类似物-S-(2-氨基乙基)-L-半胱氨酸(AEC)、高丝氨酸营养缺陷型（Hom-）、耐高糖和耐高赖氨酸的赖氨酸高产菌株--ZL9601菌株。该菌72h累积产赖氨酸量为6.11%
• 全世界主要的蛋氨酸生产企业为德国德固赛公司、法国 Rhone－poulenc公司、美国Novns公司、日本住友化学制药株式会社等，约占世界蛋氨酸产量的90％左右。