发酵工程要点总结

第一章绪论发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞的培养，大量生成和积累特定的代谢产物或菌体的过程。

发酵工程：是发酵原理和工程学的结合，是研究由生物细胞（包括微生物、动植物细胞）参与的工艺过程的原理的科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务于人类的一门综合性科学技术。

这里所指的生物材料包括来自自然界微生物、基因重组微生物等以及各种来源的动物细胞和植物细胞。

发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程第二章发酵设备固体发酵液体发酵（厌氧发酵，好氧发酵）厌氧发酵：酒精发酵罐好氧发酵：通风搅拌发酵罐通风搅拌发酵罐设备主要部件包括：1罐身酒精发酵罐2电机3搅拌器4轴封5消泡器6联轴器7中间轴承8空气吹泡管（或空气喷射器）9挡板10冷却装置1.罐体：罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。

罐体上的管路越少越好2.搅拌作用：打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率使发酵液充分混和。

3挡板的作用：防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。

竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用；4消泡器：利用机械的方法打碎气泡5仪表：测量相关参数为什么压力表不用直管：会有培养基冲入，污染压力表；起不到缓冲作用；灭菌冷却后有冷凝水（含菌）掉入罐内，污染菌种，弯管液封，上面的杂菌不会掉入下面管道中。

6罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。

发酵罐的灭菌（在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/cm2（160℃）。

当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。

打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。

从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，计时25min时立即关掉蒸气阀。

关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。

（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。

升温降温时注意缓冲性灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染冬天温度低、散热快，低于30℃需加温。

加温时蒸气由下进入、从上而出。

如从25℃→30℃，加热到28℃时即可关蒸气阀微生物代谢发酵时产生大量热，使温度大于30℃，需考虑适当降温。

冷却时冷却水由下进入、从上而出，注意缓冲性，不要降至30℃才关小型罐50L～7T用夹套系统冷却；大型罐7吨以上，用冷却管（盘肠、列管系统）发酵罐的管路和死角的消除1尽量减少管路2发酵罐的出口越少越好3出料口和进气管可以合并4接种管、消泡管、补料管可以合并5排气管不能合并，易引起交叉污消灭死角1丝口连接处改用法兰连接2焊接部位：堆焊、电焊、氧焊、鱼鳞焊，选用鱼鳞焊3管道转弯有弧度4放料管、取料管的阀腔处装小阀消灭渗漏罐体穿孔——不锈钢冷却管产生裂缝——定期更换垫圈（法兰连接）松脱——拧紧轴封渗漏——轴绝对垂直焊缝渗漏阀杆发酵罐的管道布置保证蒸气在管道中畅通，有排气口（小阀），接种管、中间补料管、放料管都要有排气口（小阀）避免冷凝水排入已灭菌的罐体或空气，加止逆阀（单向阀）灭菌后的管道用无菌空气保压单向阀位置正确蒸气总管道要有分气缸、排气阀、减压阀、安全阀相邻罐不联通接种接种的三种方法火圈直接倒种注射器接种压力差接种取样取样阀①关紧，打开蒸气阀②，再打开阀门③，让蒸气冲（消毒杀菌5～10min）；关上蒸气阀②，打开取样阀①，培养液因压力作用流出；取样后关闭取样阀①，打开蒸气阀②，通蒸气再次消毒，关闭阀门②和③。

进料和出料发酵罐上的人孔用于加料和维修。

出料管可以和进气管合并。

第三章工业发酵菌种选育重要工业微生物的分离及菌种要求有的微生物从自然界中分离出来就能被利用，有的需要对分离到的野生菌株进行人工诱变，得到突变株才能被利用。

当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌，自然选育转向代谢育种，从诱发基工业生产常用的微生物：细菌枯草芽胞杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等，用于生产淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等酵母菌单细胞真核生物，常用啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等，用于酿酒、制造面包、生产脂肪酶以及可食用、药用和饲料用酵母菌体蛋白等霉菌根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉、青霉等，用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激素等放线菌链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等，能产生多种抗生素，如链霉素、红霉素、金霉素、庆大霉素等担子菌通常所说菇类微生物，用于多糖、橡胶物质和抗癌药物的开发藻类用作人类保健食品和饲料，如螺旋藻、栅列藻；可通过藻类将CO2转变为石油，或获取氢菌种的来源1根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；2从大自然中分离筛选新的微生物菌种。

工业微生物分离的程序定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。

采样：有针对性地采集样品。

增殖：人为地通过控制养分或培养条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。

分离：利用分离技术得到纯种。

发酵性能测定：进行生产性能测定。

这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。

工业微生物菌种的选育1自然选育在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程，叫做自然选育或自然分离。

2诱变育种使用诱变剂进行人工诱变能提高突变频率和扩大变异谱，具有速度快、方法简便等优点，是当前菌种选育的一种主要方法，使用普遍。

诱发突变随机性大，必须与大规模的筛选工作相配合才能受到良好的效果。

诱变育种方案包括：1突变的诱发2突变株的筛选3突变高产基因的表现诱变剂的种类和选择物理诱变剂。

各种射线，如紫外线（焦耳）、X射线（库仑/千克）、β射线、γ射线、α射线和超声波等化学诱变剂。

甲基磺酸乙酯（EMS）、亚硝基胍、亚硝酸、氮芥等。

诱变处理剂量的选择是一个比较复杂的问题，一般正突变较多出现在偏低剂量中，而负突变则较多出现于偏高剂量中。

对于经过多次诱变而提高了产量的菌株，在较高剂量负突变率更高。

目前处理剂量已从以前采用的死亡率90～99％减低为70～80％。

诱变剂的选择主要根据已经成功的经验，与诱变剂本身特点、菌种的种类和出发菌株的遗传背景等有关。

与营养缺陷突变有关的三类遗传型个体：营养缺陷型：经诱变产生的一些合成能力出现缺陷，而必须在培养基内加入相应有机养分才能正常生长的变异菌株。

野生型：自然界分离到的任何微生物，在其发生营养缺陷突变前的原始菌株，为该微生物的野生型。

原养型：指营养缺陷型突变菌株回复突变或重组后产生的菌株，与野生型的表型相同。

营养缺陷型的鉴定①生长谱法方法简便，回变和污染不影响结果测定物质可为粉末或纸片测定一般应分两阶段：第一阶段：测定是哪类物质的缺陷型；第二节段：根据第一阶段确定的范围，进一步确定是哪种具体化合物的缺陷型；与筛选营养缺陷型突变株有关的三类培养基基本培养基（MM）[-]：凡是能满足野生型菌株营养要求的最低成分的合成培养基。

完全培养基（CM）[+]：满足一切营养缺陷型菌株生长的天然或半合成培养基。

补充培养基（SM）[x]：在MM中有针对性地加入一或几种营养成分以满足相应营养缺陷型菌株生长的合成培养基。

第三节工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏一、微生物菌种的衰退菌种的退化是由个别、少数菌体细胞衰退后逐渐导致整个菌株退化的一个从量变到质变的遗传变异过程。

菌种的退化会使微生物个体和群体特征发生变化，其中最重要的使所需产物的生产产量下降、营养物质代谢和生长繁殖能力下降、发酵周期延长、抗不良环境条件的性能减弱。

（一）菌种衰退的原因1、菌种连续传代导致自发突变或回复突变是菌种发生退化的直接原因2、菌种保藏方法不当。

3、菌种生长的条件要求没有得到满足，或是遇到不利的条件，或是失去某些需要的条件。

（二）、防止菌种衰退的措施1 控制传代次数2 创造良好的培养条件3 利用不易衰退的细胞传代4 采用有效的菌种保藏方法二、菌种的复壮1纯种分离2通过寄主体进行复壮3 淘汰已衰退的个体三、菌种的保藏（一）、菌种保藏的原理；菌种保藏主要是根据菌种的生理、生化特性，人工创造条件使菌体的代谢活动处于休眠状态。

（三）、菌种保藏的注意事项1菌种在保藏前所处的状态2菌种保藏所用的基质3操作过程对细胞结构的损害微生物生长的测定：1个体计数2群体重量测定3群体生理指标测定在生产实践中缩短延滞期的常用手段：(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；(2)利用对数生长期的细胞作为种子(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)适当扩大接种量对数生长期以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加，细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。

对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，代谢旺盛、生长迅速、代时稳定，所以是研究微生物基本代谢的良好材料。

它也常在生产上用作种子，使微生物发酵的延滞期缩短，提高经济效益。

第四章发酵机制及发酵动力学一初级代谢及产物初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质二次级代谢及产物次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，乳糖操纵子模型抑制作用：调节基因转录、合成阻遏蛋白，阻遏蛋白因其构象能够识别并结合到操纵基因上，因此RNA聚合酶就不能与启动基因结合，结构基因的表达被抑制，结果不能转录和翻译形成酶蛋白。

诱导作用：在乳糖存在情况下，乳糖代谢产生别乳糖（alloLactose），别乳糖能和调节基因产生的阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白改变构象，不能与操纵基因结合，失去阻遏作用，结果RNA聚合酶与启动基因结合，并使结构基因活化，转录出mRNA，翻译出酶蛋白。

负反馈：细胞质中有了β—半乳糖苷酶后，便催化分解乳糖为半乳糖和葡萄糖。

乳糖被分解后，又造成了阻遏蛋白与操纵基因结合，使结构基因关闭。

2、酶活性的调节（细调）一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。

酶活调节的影响因素包括：底物和产物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、辅助因子以及其他酶的存在等等。

特点是反应快速。

①酶活性的激活前体激活：代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。

代谢中间产物的反馈激活：代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用。

②酶活性的抑制：大多是反馈抑制自己看ppt（212-217）第五章发酵工业培养基及原料处理一、培养基的营养成分及用途（一）能源功能：生长、繁殖需要（二）碳源功能：提供能量、构成菌体、代谢产物的物质基础；（三）氮源功能：构成菌体、含氮代谢物（四）无机盐功能：构成菌体，参与酶的组成，维持酶活性，调节渗透压，调节pH值，维持氧化还原电位；（五）特殊生长因子：功能：酶的辅助部分，维持生命活动（六）发酵的促进剂与抑制剂1 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。