发酵工程原理期末复习

发酵工程原理期末复习

一

1、微生物的无氧呼吸称发酵

2、现代发酵工程：是将现代DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术体系。强调现代生物技术、控制技术和装备技术在发酵工业领域的集成应用。

3、发酵工程在生物技术中的地位:发酵工程是生物技术的基础，是生物技术产业的核心。

4、广义发酵工程对生物学和工程学的要求:

上游技术:优良种株的选育和保藏（包括菌种筛选、改造，菌种代谢路径改造等），

中游技术:发酵过程控制，主要包括发酵条件的调控，无菌环境的控制，过程分

析和控制等

下游技术: 分离和纯化产品。包括固液分离技术、细胞破壁技术、产物纯化

技术，以及产品检验和包装技术等

5、日常发酵产品：酒、酒精、醋、啤酒、干酪、酸乳等

6、以高产量、高转化率和高效率及低成本为目标的发酵过程优化技术：

高产量：微生物生理、遗传、营养及环境因素

高转化率：微生物代谢途径和过程条件

高效率：微生物反应动力学和系统优化

低成本：技术综合及产业化技术集成

7.发酵工程技术：分子层次，生物催化→催化剂发现/改造

细胞层次，细胞工厂→代谢工程

过程层次，过程优化→单元放大/耦合/集成/优化

8.发酵工业的范围：①微生物菌体

②酶制剂

③代谢产物

④生物转化

⑤微生物特殊机能的利用

利用微生物消除环境污染

利用微生物发酵保持生态平衡

微生物湿法冶金

利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域

9、新的菌体发酵产品: 茯苓菌→茯苓

担子真菌→灵芝、香菇类

虫草头孢菌

密环菌

二、1.发酵工业对菌种的要求：1)能在价廉原料制备的培养基上迅速生长并生成所需代谢产物,且产量高2).培养条件易于控制,

3)生长迅速,发酵周期短,

4)满足代谢控制的要求

5)抗噬菌体和杂菌的能力强

6)遗传性状稳定,菌种不易变异退化

7）在发酵过程中产生的泡沫少,这对装料系数,提高单罐产量,降低成本有重要意义

8）.对需要添加的前体物质有耐受力,并且不能将这些前体物质作为一般碳源利用

9）不是病原菌,同时在系统发育上与病原菌无关,不产生任何有害的生活物质,以保证安全2、工业上常见菌种：细菌：大肠杆菌、醋酸杆菌、假单孢菌。黄单孢菌、棒状杆菌

酵母菌

霉菌

放线菌

3.微生物的代谢调节：在生物进化过程中，微生物细胞形成了愈来愈完善的代谢调节机制，在代谢繁殖过程中，能量的利用以及对细胞生长繁殖过程中所需的各种物质的形成是非常合理和经济的，细胞经常处于平衡生长状态，不会有代谢产物的积累。

4.现代发酵工业要研究的主要内容就是通过改变培养条件和遗传特性，使微生物的代谢途径改变或代谢调节失控而获得某一发酵产物的过量产生。其方法大体可分为两类：改变产生菌的基因型而改变代谢途径；

改变控制代谢速率，即影响基因型的表达。

5.代谢调节(regulation of metablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。包括酶量的调节、酶活性的调节

6.代谢调节方式：细胞透性的调节

代谢途径区域化

代谢流向的调控

代谢速度的调控

7.在真核微生物细胞里，各种酶系被细胞器隔离分布。

8.酶合成的调节：酶合成的诱导

酶合成的阻遏

9.酶活性调节是指一定数量的酶，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。

10.反馈抑制（feedback inhibition)：反馈抑制是指代谢的末端产物对酶(往往是代谢途径中的第一个酶)活性的抑制。

无分支代谢途径的调节

有分支代谢途径的调节

11.初级代谢产物调节:微生物合成主要供给细胞生长的一类物质。如氨基酸、核苷酸等等，这些物质称为初级代谢产物。

次级代谢产物调节:对细胞的代谢功能没有明显的影响，一般是在稳定期形成，如抗生素等，这一类化合物称为次级代谢产物。

12、碳源代谢产物的调节：碳分解代谢产物调节指能迅速被利用的碳源(葡萄糖)或其分解代谢产物，对其他代谢中的酶(包括分解酶和合成酶)的调节。分为分解产物阻遏和抑制两种。葡萄糖是菌体生长良好的碳源和能源，但对青霉素、头孢菌素、卡那霉素、新霉素、丝裂霉素等都有明显降低产量的作用

氮代谢物的调节作用：在次级代谢中，氮分解代谢产物调节，即被迅速利用的氮源(氨)抑制作用于含底物的酶(蛋白酶、硝酸盐还原酶、酰胺酶、脲酶、组氨酸酶)的合成。在次级代谢中，其阻遏作用也确实存在。在抗生素生产中使用黄豆饼粉就是由于它缓慢分解成有阻遏作用的氨基酸和氨，防止或减弱氮分解代谢产物阻遏作用的结果。

13.提高初级代谢产物产量的方法:1)使用诱导物2）除去诱导物——选育组成型产生菌3）降低分解4）解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株

5）解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株6）防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株7）改变细胞膜的通透性8）筛选抗生素抗性突变株9）选育条件抗性突变株10）

调节生长速率

14、提高次级代谢产物产量的方法：1）补加前体类似物2）加入诱导物3）防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生4）防止氮代谢阻遏的发生5）筛选耐前体或前体类似物的突变株6）选育抗抗生素突变株7）筛选营养缺陷型的回复突变株8）抗毒性突变株的选育

15、为什么要采用高浓度微生物的培养？

微生物液体发酵大都采用分批培养，这种培养方式的缺点是：发酵液中最终细胞浓度不高。如果通过改进工艺技术，使发酵液中微生物细胞增殖到很高的浓度，那么，高浓度的细胞将会产生高浓度的发酵产物，这样就可以大大提高发酵设备的利用率，降低生产成本。基于这种目的，人们开始研究微生物高细胞浓度的培养技术。采用高细胞浓度培养技术，发酵液中菌体浓度比分批式培养可高10倍以上。

16、高细胞浓度培养技术的原理：

采用一定的工艺技术，保证微生物生长的适宜条件，延长微生物的指数增殖过程，从而得到高浓度的细胞。

17、高浓度细胞培养的方法：流加培养

高细胞浓度连续培养

菌体循环利用等

三、1.微生物培养基：是指可供微生物细胞生长、繁殖所需的一组营养物质和原料、以及其它所必须的条件。

2.培养基的类型及功能：（1）按纯度分类：①合成培养基→适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化②天然培养基

2）按状态分类：

①固体培养基:适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应用于食用菌类生产，如香菇、白木耳等的生产。

②半固体培养基(软琼脂):用于微生物的鉴定、观察细菌运动特征。

液体培养基: 是发酵工业大规模常用的培养基。

（3）按用途分类孢子培养基、种子培养基和发酵培养基

3 、发酵培养基的成分及来源：碳源、氮源、无机盐及微量元素、生长因子、前体、产物促进剂

4、常见N源：有机氮源--- 花生饼粉、豆饼粉、棉子饼、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。Cl

无机氮源-- (NH4) 2SO4 , NH4 Cl , NH4 NO3 , KNO3, NaNO3, NH3

5、常见无机盐：磷(phosphorus)、镁(magnesium)、硫(sulphur)、钾(potassium)、钠(sodium)、铁(iron)、氯(chlorine)、锰(manganese)、锌(zinc)、钴(cobalt)、钙（calcium）等。

6、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。

7、培养基优化的基本原则：（1）菌种特性，同化能力（2）合适的C、N比。工业发酵培养基的C、N比为100: (0.2~2.0)（3）合适的快速利用碳源、氮源。（4）合适的生理性酸性与碱性（5）pH、离子强度等

8、培养基优化目标：提高生产率（提高发酵单位、缩短生产时间）

价廉的原料替代，降低成本

降低物耗、能耗、三废排放

9、培养基优化方法：单因子实验、正交实验、均匀设计、神经网络、响应面分析、聚类分析

10、响应面设计方法(Response Surface Methodology，RSM)是利用合理的试验设计方法并通