发酵工程第三章 发酵机制
发酵工程总结2
发酵工程总结王玉真第一章绪论一．发酵工程：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行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。
※从广义上讲，有三部分组成：上游工程，发酵工程，下游工程二．发酵的定义1.传统发酵发酵（fermentation）最初是来自于拉丁语“发泡”（ferver）这个词，是指酵母作用于果汁或发芽的谷物时产生二氧化碳的现象。
2.生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式；或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
3..工业上的发酵：泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。
三．※发酵工业产业化应抓好哪三个环节？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。
四．※当前发酵工业面临三大问题：1.菌种问题(纯种;遗传稳定性;安全;周期短、转化率高产率高;抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌);2.合适的反应器(生产规模化;原料利用量大，并且具有一定选择性;节能;结构多样化、操作制动化;节省劳力);3.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)第二章菌种的来源一．自然界分离微生物的一般操作步骤？1、※菌种分离的一般过程：标本采集→预处理→富集培养→菌种分离（初筛、复筛）→性能鉴定→菌种保藏目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物2、微生物材料的标本采集：遵循原则：材料来源越广泛，越有可能获得新的菌种一般通过以下途径获得菌种：①向菌种保藏机构索取有关菌株；②由自然界采集样品，如土壤、水、动植物体等；③从一些发酵制品中分离目的菌株，如从酱油中分离蛋白酶产生菌，从酒醪中分离淀粉酶或糖化酶的产生菌。
第三章 发酵机制及ppt课件
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
三、微生物发酵中的代谢调控
代谢调控：在发酵工业中，为了大量积累人们所需要的某一产物， 常人为地打破微生物细胞内的自动代谢调节机制，使代谢朝人们所希望 的方向进行。
（1）改变细胞膜的通透性
当控制物理、化学条件或者筛选细胞膜、细胞壁结构组成的突变
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.1 发酵工程微生物的基本代谢及产物
简介
一、微生物初级代谢及产物
初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和 合成代谢，生产维持生命活动所需要的物质和能量的过程，产物为 初级代谢产物，
如：糖，氨基酸，脂肪酸等。
二、微生物次级代谢及产物
次级代谢：微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前提 物质，合成一些对微生物生命活动无明确功能的物质的过程，产物 即为次级代谢产物。
如抗生素、毒素、激素、色素等。
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
一、微生物初级代谢的调节
代谢调节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。
（一）酶活性的调节
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。
1.酶活性的激活
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
一、微生物初级代谢的调节
（二）酶合成的调节 2.阻遏
凡是能阻遏酶生物合成的现象。
（1）终产物阻遏
指某代谢途径末端产物过量累积引起的阻遏。在直线反应途径中， 末端产物阻遏较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使这些 酶不能合成。
发酵工程-各章重点ppt课件
第九章 发酵供养 一、呼吸强度、耗氧速率概念及其相互关系 二、临界氧浓度概念 三、氧的传送阻力 四、根据传质方程式分析影响氧传送的要素 五、溶氧系数的测定方法
第十念及其组成 2、温度对发酵的影响 3、最适温度控制 二、pH的控制 1、pH对菌体生长和代谢产物合成的影响 2、pH的调理控制 三、泡沫的控制 1、消泡方法 2、化学消泡剂的特点及类型 3、机械消泡类型
各章重点
绪论 一、发酵、发酵工程概念 二、新产品、新种类投入消费的必经之路 三、发酵工业的开展历史
第一章 菌种与菌种扩展培育 一、微生物工业对菌种的要求 二、菌种保藏方法及其特点 三、工业微生物的培育类型 四、影响种子质量的主要要素
第二章 培育基的制备与灭菌 一、培育基的组成成分及培育基的类型 二、淀粉水解糖的制备方法及其特点 三、糖蜜前处置的方法及其特点 四、灭菌与消毒的区别 五、灭菌方法类型、微生物热阻、致死时间、致 死
四、补料的控制 1、补料的作用 2、补料内容 3、补料原那么 五、发酵终点判别的要素 六、染菌控制 1、染菌时间对发酵的影响 2、发酵总染菌率概念 3、染菌缘由分析及其防止 4、染菌后的处置方法
一、考核方式：闭卷考试 二、试题类型 1、填空题〔30空，每空0.5分，共15分〕 2、选择题〔10题，每题2分，共20分〕 3、名词解释〔5题，每题3分，共15分〕 4、简答题〔5题，共40分〕 5、论述题〔1题，共10分〕 三、平常成果20％＋卷面成果80％
温度概念 六、湿热灭菌优缺陷 七、分批灭菌的优缺陷 八、空气除菌的方法 九、介质过滤机理
发酵机制 一、发酵机制概念 二、巴斯德效应及其机制 三、乳酸发酵类型 四、氨基酸发酵代谢调控方法 五、抗生素类型
第八章 发酵动力学 一、微生物培育方式及其特点 二、补料培育的类型 三、延续培育的类型 四、延续培育的优缺陷
《发酵工程》课程教学大纲
《发酵工程》课程教学大纲课程名称：发酵工程课程类别：专业选修课适用专业：食品科学与工程考核方式：考察总学时、学分： 32 学时、2 学分一、课程教学目的发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现试验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一局部，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。
因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅把握发酵工程原理及发酵优化把握过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。
另外，通过《发酵工程》试验及发酵工程各论的了解，不仅能够把握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反响过程把握方法，而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进展指导与分析。
二、课程教学要求通过本课程的教学，应使学生把握发酵工程学的根本学问和根本技能，了解现代生物工程技术的进展与应用状况，具备确定的微生物生产工程技能。
通过本课程的学习，使学生深刻理解发酵工程的微生物学原理，结实把握发酵工业菌种的筛选、驯化、培育与保藏，好氧、厌氧发酵工艺的调控与治理，了解发酵产品提取与精制的原理、流程及常见发酵产品的生产过程。
三、先修课程食品微生物学、生物化学。
四、课程教学重、难点重点：发酵工程的概念、特点；工业微生物菌种的退化、复壮与保藏；工业上常用作碳源、氮源的原料；淀粉水解糖的制备方法；微生物对培育基中的碳源代谢；酒精发酵机制；好氧发酵罐构造和功能；温度、 pH 和泡沫对发酵过程的影响；不同时间及染菌程度对发酵的影响；种子、空气、培育基和设备染菌及防治；细胞裂开方法及裂开率的测定；盐析法分别发酵产物。
难点：影响种子培育的因素和种子质量的把握；发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂有机酸发酵机制；染菌的检查推断及缘由分析；离子交换法原理和离子交换树指的构造与分类，膜和膜分别的根本理论。
五、课程教学方法与教学手段多媒体教学,课堂讲授与实践相结合。
09116发酵工程教学大纲
09116发酵工程教学大纲《发酵工程》课程（09116）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：发酵工程课程代码：09116学分与学时：4学分，76学时（理论课2.5学分，52学时；实验课1.5学分，24学时）课程性质：专业必修授课对象：生物工程二、课程教学目标与任务《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课，发酵工程是生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节，是工业生物技术的核心。
发酵工程是利用微生物的特定性状和技能，通过现代化工程技术，生产有用物质或直接应用于工业化生产的一种技术体系。
通过本课程的学习，使学时掌握微生物产品生产的基本理论，能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题，并为从事生物新产品和工艺的研究与开发打好应用的理论基础。
三、学时分配课程内容与学时分配表四、课程教学内容与基本要求发酵过程一般包括培养基制备、无菌空气供应、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、发酵产品下游加工过程和发酵过程废弃物处理等几大部分。
基于《生物工程设备》、《发酵工程》、《生物分离工程》三个组成部分集体分工和侧重点不同，《发酵工程》部分着重阐明、并要求学生熟练掌握培养基制备、无菌空气工艺、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、染菌和防治等几个单元操作的基本原理和方法，对于其它部分将在后续的课程中深入讲解。
发酵过程是一门综合性很强的课程，涉及到化工原理、生物化学、微生物学、物理化学等多个学科，基础理论性和实践性均很强，要求基础理论和生产实践密切结合。
因此，该课程需啊哟在理论教学的同时，配合生产见习和实验的实践环节，要求学生建立实际生产的概念，在参观实习和实验实践中巩固本课程的教学效果，培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离，建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力，动手能力也将有所提高。
第一章发酵工程概论教学目的：从总体上让学生对发酵工程有个整体的认识。
发酵工程教案(打印)
发酵工程教案(打印)第一章：发酵工程的概述1.1 发酵工程的定义发酵工程的概念发酵工程的组成1.2 发酵工程的应用领域食品工业制药工业生物化工1.3 发酵工程的发展历程传统发酵技术现代发酵工程技术第二章：发酵过程的微生物学基础2.1 发酵微生物的分类与特性细菌真菌放线菌2.2 发酵微生物的培养与筛选培养基的选择与制备微生物的分离与纯化2.3 发酵微生物的代谢调控微生物的生长曲线微生物的代谢途径第三章：发酵设备的类型与选择3.1 发酵设备的类型大型发酵罐生物反应器膜分离设备3.2 发酵设备的选择原则生产规模产品特性经济效益3.3 发酵设备的运行与维护设备的启动与停止设备的清洗与消毒设备的故障处理第四章：发酵过程的控制与管理4.1 发酵过程的控制参数温度pH值溶氧量营养物质4.2 发酵过程的控制技术自动控制系统反馈控制系统计算机控制系统4.3 发酵过程的管理与优化生产计划的制定发酵条件的优化生产过程的质量控制第五章：发酵工程的案例分析5.1 乳酸菌发酵工程案例酸奶的生产泡菜的制作5.2 酵母菌发酵工程案例啤酒的生产葡萄酒的制作5.3 放线菌发酵工程案例抗生素的生产维生素的生产第六章：发酵工程的安全与环保6.1 发酵工程的安全问题微生物的危害生物安全措施发酵罐的安全操作6.2 发酵过程中的污染控制污染的来源污染的检测与控制清洁生产技术6.3 发酵工程的环保问题废水处理废气处理固体废弃物处理第七章：发酵工程的产业化应用7.1 发酵工程在食品工业的应用面包酵母的生产乳酸菌的产业化7.2 发酵工程在制药工业的应用抗生素的产业化维生素的产业化7.3 发酵工程在其他领域的应用生物燃料的生产生物材料的产业化第八章：发酵工程的研发与创新8.1 发酵工程的新技术发展重组DNA技术基因工程技术合成生物学技术8.2 发酵工程的新设备开发高通量筛选设备生物反应器的设计自动化控制系统8.3 发酵工程的产业化挑战与机遇产业化过程中的问题产业化发展的趋势产业化政策的分析第九章：发酵工程的实例分析与评价9.1 发酵工程案例分析某乳酸菌产品的生产某抗生素的生产9.2 发酵工程项目的评价技术与经济评价环境与社会影响评价风险评价9.3 发酵工程的发展前景与建议行业发展趋势技术创新方向政策与支持措施第十章：发酵工程的实验操作10.1 发酵实验的基本操作菌种的制备与保藏发酵液的制备发酵过程的监控10.2 发酵实验的设计与优化实验设计方法发酵条件的优化实验结果的分析10.3 发酵实验的操作技能培养实验操作的安全规范实验设备的操作与维护实验数据的准确记录与处理重点和难点解析重点环节一：发酵微生物的分类与特性重点掌握不同类型发酵微生物的分类、特点及应用领域。
发酵工程复习题
第一章发酵工程概述1.发酵的传统概念和现代概念传统概念：微生物在无氧条件下分解代谢有机物质释放能量的过程。
现代概念：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。
2.发酵工程：发酵工程是利用微生物或其他生物细胞，在特定的生物反应器内生产某种特定的产品的工业化生产过程和技术体系。
图1-1 微生物工业发酵的基本过程3.4.发酵工程与传统酿造和化学工程相比的特点。
一．与传统酿造相比：1.发酵过程以生命体自动调节方式进行2.条件温和，耗能少，设备简单3.原料以碳水化合物为主4.容易生产复杂的高分子化合物5.发酵过程中需要防止杂菌污染，要严格灭菌二．与化学工程相比：1.常温常压反应2.原料无毒，很多发酵行业生产比较粗放3.遵循生物代谢规律4.较易生产复杂的高分子化合物5.发酵液下游提取常需预处理6.注重发酵过程染菌的防止7.育种是提高产量的重要途径5.发酵工程存在的问题（1）转化率低、副产物多和下游提取困难（2）中游监控难，菌种易变异（3）原料质量波动大（4）规模放大困难；发酵废液处理困难6. 发酵罐的分类按微生物生长代谢需要分类：分为好氧和厌氧二类按照发酵罐设备特点分类：分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐按容积分类：实验室用（1～50L）中试用（50～5000L）生产用（5000L 以上）按微生物生长环境分类：悬浮生长发酵罐和支持生长发酵罐发酵罐的特征径高比适当；耐压性能合格；搅拌系统和通风系统合格尽量减少死角；有足够的冷却面积；轴封无渗漏7.通用型机械搅拌通气发酵罐为发酵工厂最常用的发酵罐，特点是由压空系统负责通气，机械搅拌系统机械搅拌。
缺点是能耗较大，机械剪切力较大，容易产生死角。
8.发酵优化的定义，目的，内容发酵过程优化定义发酵过程的优化是指最佳控制发酵过程（指其某一项或几项主要参数）的方案和方法。
发酵过程优化目的协调细胞到反应器各尺度的相互关系，从而使发酵过程更有效的进行。
发酵工程习题
第一章发酵工程概述复习思考题1.发酵的传统概念与现代意义上的概念是指什么？2.发酵工程的概念是什么？3.试述微生物工业发酵的基本过程4.发酵工程与传统酿造化学工程相比有什么特点？5.试述微生物发酵技术发展历史过程中的特点。
6.分析发酵工程的一般特征，同时存在哪些不足？7.发酵工业中使用的发酵罐有什么特征？8.什么是气升式发酵罐，有什么优点？9.发酵过程的优化概念，目的，内容分别是什么？10.工业发酵常见的发酵方式有哪些？其中主流发酵方式是什么？为什么？11.什么是分批发酵和补料分批发酵？分析两种发酵方式各有什么优缺点？12.连续发酵的特点及不足有哪些?13.什么是固态发酵和混合发酵？14.什么是发酵工程的后处理？发酵工程后处理技术有什么要求？发酵液的特点？15.下游工程中的目的产物有什么特点？16.用图表示发酵工程下游技术的过程。
第二章微生物菌种选育复习思考题1.工业化菌种的要求有哪些？2.自然界分离微生物的一般操作步骤有哪些？3.从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集？4.菌种选育分子改造的目的是什么？5.什么叫自然选育?自然选育在工艺生产中的意义是什么？6.什么是正突变？什么是负突变？什么是结构类似物？7.什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？8.什么是种子的扩大培养？9.种子扩大培养的目的与要求有哪些？10.种子扩大培养的一般步骤有哪些？11.在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？12.菌种复壮的方法或措施有哪些？13.如何防止菌种衰退？第三章发酵机制及发酵动力学复习思考题1.名词解释能荷、糖酵解、TCA循环、HMP途径、甘油发酵、初级代谢、次级代谢、反馈抑制、阻遏、同工酶、协同反馈抑制、营养缺陷型、抗性突变株、分解代谢阻遏、代谢控制发酵2.比较糖厌氧发酵和糖好氧甘油发酵的机制3.简述微生物柠檬酸发酵机制4.说明柠檬酸发酵过程中氧的重要性。
发酵工程教案(打印
发酵工程教案（打印）第一章：发酵工程的概述1.1 发酵的定义和意义1.2 发酵工程的起源和发展1.3 发酵工程的研究内容和应用领域第二章：发酵过程的基本原理2.1 微生物的生长与代谢2.2 发酵条件的控制2.3 发酵过程中的物质变化第三章：发酵设备及其设计3.1 发酵罐的设计与选择3.2 发酵过程的自动化控制3.3 发酵设备的清洗与消毒第四章：发酵条件的优化与控制4.1 发酵条件的优化方法4.2 发酵过程的监控与控制4.3 发酵过程中的问题与解决方法第五章：发酵工程的应用实例5.1 微生物肥料的生产与应用5.2 生物农药的发酵生产5.3 食品工业中的发酵应用第六章：发酵工程在药品生产中的应用6.1 抗生素的发酵生产6.2 维生素的发酵生产6.3 重组蛋白的发酵生产第七章：生物化工领域的发酵工程7.1 氨基酸的发酵生产7.2 有机酸的发酵生产7.3 生物酶的发酵生产第八章：发酵工程在环保领域的应用8.1 生物滤池技术8.2 生物脱硫技术8.3 生物降解技术第九章：发酵工程的产业化与发展9.1 发酵工程的产业化流程9.2 发酵工程的技术创新与挑战9.3 我国发酵工程产业的发展现状与趋势第十章：发酵工程的可持续发展10.1 发酵工程与资源利用10.2 发酵工程与环境保护10.3 发酵工程的循环经济模式第十一章：发酵工程在生物制药中的应用11.1 重组蛋白药物的发酵生产11.2 疫苗的发酵生产11.3 基因治疗的发酵工程应用第十二章：发酵工程技术在农业中的应用12.1 微生物肥料的发酵生产12.2 生物农药的发酵生产12.3 动物疫苗和生物兽药的发酵生产第十三章：发酵工程在生物能源中的应用13.1 燃料酒精的发酵生产13.2 生物柴油的发酵生产13.3 生物气体的发酵生产第十四章：发酵工程在生物材料中的应用14.1 发酵生产生物塑料14.2 发酵生产生物纤维14.3 发酵生产生物复合材料第十五章：发酵工程的案例分析与实践操作15.1 发酵工程案例分析15.2 发酵工程的实践操作技巧15.3 发酵工程的实验设计与数据分析重点和难点解析本文教案涵盖了发酵工程的概述、基本原理、设备设计、条件优化与控制、应用实例、药品生产、生物化工、环保领域应用、产业化发展、技术创新、可持续发展以及案例分析和实践操作等多个方面。
发酵工程第三章 发酵机制
乙酰辅酶A
顺乌头酸 径
苹果酸
乙醛酸循环 TCA循环
延胡索酸
乙醛酸
⑤
异柠檬酸
④
NADP+
琥珀酸 ⑥ CO2
CO2 草酰琥珀酸
α－酮戊二酸
⑦
NADPH2
谷氨酸
NADP+
NADPH2
乙醛酸循环
GA生物合成的内在因素
从上图可以看出，GA产生菌必须具备以下条件： 1.α—KGA脱氢酶酶活性微弱或丧失
这是菌体生成并积累α—KGA的关键，从上图可 以看出，α—KGA是菌体进行TCA循环的中间性产 物，很快在α—KGA脱氢酶的作用下氧化脱羧生成 琥珀酸辅酶A，在正常的微生物体内他的浓度很低， 也就是说，由α—KGA进行还原氨基化生成GA的 可能性很少。只有当体内α—KGA脱氢酶活性很低 时，TCA循环才能够停止，α—KGA才得以积累。
2.影响杂醇油形成的条件
①菌种； ②培养基组成：酮酸溢流； ③发酵条件：一般发酵温度高，高级醇生成
量高，通风有利于高级醇生成 高级醇生成与乙醇生成是平行 的，随乙醇的生成而生成。
第二节 氨基酸发酵机制
氨基酸发酵的代谢控制
控制发酵的环境条件 氨基酸发酵受菌种的生理特征和环 境条件的影响。 控制细胞渗透性 通过改变细胞渗透性，实现氨基酸 的积累。
2.GA产生菌体内的NADPH的再氧化能力欠缺或丧 失
（1）如上图所示，NADPH是α—KGA还原氨基化生 成GA必须物质，而且该还原氨基化所需要的NADPH
是与柠檬酸氧化脱羧相偶联 的。
（2）由于NADPH的再氧化能力欠缺或丧失，使得 体内的NADPH有一定的积累，NADPH对于抑制α— KGA的脱羧氧化有一定的意义。 3.产生菌体内必须有乙醛酸循环（DCA）的关键酶— —异柠檬酸裂解酶。
发酵工程知识点
第一章发酵工程概述一、发酵工程：是利用微生物特定的形状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用与工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并开展起来的发酵技术。
二、发酵工程简史：1590 荷兰人詹生制作了显微镜1665 英国人胡抑制作的显微镜观察到了霉菌近代发酵工程建立初期1864 巴斯德灭菌法1856 psateur 酵母导致酒精发酵19世纪末Koch 纯种别离和培养技术三、发酵工程技术的特点（1）主体微生物的特点①微生物种类繁多，繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株；②微生物酶的种类很多，能催化各种生化反响③微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源④可以用简易的设备来生产多种多样的产品⑤不受气候、季节等自然条件的限制等优点（2）发酵工程技术的特点①发酵工程以生命体的自动调节方式进展，数十个反响能够在发酵设备中一次完成②反响通常在常温下进展，条件温和，耗能少，设备简单③原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主④容易生产复杂的高分子化合物⑤发酵过程中需要防止杂菌污染(3)发酵工程反响过程的特点①在温和条件下进展的②原料来源广泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物为主③反映以生命体的自动调节形式进展〔同〔2〕①〕④发酵分子通常为小分子产品，但也很容易生产出复杂的高分子化合物四、发酵工程的一般特征①与化学工程相比，发酵工程中微生物反响具有以下特点：作为生物化学反响，通常在常温常压下进展，没有爆炸之类的危险，不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，参加少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精制的必要，微生物本身就有选择的摄取所需物质③反响以生命体的自动调节方式进展因此数十个反响过程能够像单一反响一样，在称为发酵罐的设备内很容易进展④能够容易的生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域⑤由于生命体特有的反响机制，能高度选择性的进展复杂化合物在特定部位的氧化复原官能团导入等反响⑥生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质，因此除特殊情况外，发酵液等一般对生物体无害。
发酵工程原理与技术
二、发酵过程的特点和分类
获得发酵产品的条件：适宜的微生物、保证或控制微生物进 行代谢的各种条件、进行微生物发酵的设备、精制成产品的 方法的设备。
发酵过程的特点： 1）发酵过程一般都在常温常压下进行的生化反应，反应条件
比较温和。
2）可采用廉价原材料，甚至可以利用废物为发酵原材料生产 高附加值的产品。
细菌是单细胞原核生物，具有环状DNA染 色体，以典型的二分分裂方式繁殖。 根据形态可分为三类：
(1) 球细菌 (2) 杆细菌 (3) 螺旋细菌
工业上常用的有枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、乳 酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等。
2、放线菌（Actinomycetes） 放线菌是介于细菌与丝状真菌之间而又
接近于细菌的一类丝状单细胞原核生物。
生长繁殖对环境和营养（如温度、pH、渗透压、氧气、 碳源、氮源等）的要求不同，人为控制这些条件，使 之利于某类或某种微生物生长，而不利于其它种类微 生物的生存，以达到使目的菌种占优势，而得以快速 分离纯化的目的。
控制培养时的氧气，将好氧微生物和厌氧微生物分开
在高温下培养，将嗜热微生物和非嗜热微生物分开
控制不同的pH条件，可分离出嗜酸和嗜碱微生物
使用高糖或高盐培养基进行培养，可获得耐高渗透 压的微生物
控制培养基的各种营养成分（如使某种碳源、氮源 成为唯一的碳源、氮源），可使能利用此种营养的 微生物富集，从而大量获得
在分离培养基中加入不同的抗生素或试剂来增加选 择性
具体培养方法有两种方式： 1、分批式富集培养（摇瓶培养） 重复移植几次后，接种已富集的培养物到固体培养 基，可将优势微生物分离出来。
酶抑制剂产生菌的筛选，主要以所需抑制的酶为 靶酶进行筛选。
例：α－糖苷酶抑制剂产生菌分离 α－糖苷酶包括淀粉酶、蔗糖酶和麦芽糖酶
【发酵工程】第三章 发酵培养基3
灭菌
在大规模发酵中应该尽可能的采取连续灭菌的操作， 而且保证灭菌条件的稳定是保证发酵稳定的前提 有时避免营养物质在加热的条件下，相互作用， 可以将营养物质分开消毒。 Na2HPO4+CaCO3→CaHPO4+Na2CO3 有些物质由于挥发和对热非常敏感，就不能采用湿 热的灭菌方法
第四节、重组产品培养基的介绍
13．在实验中我们所用到的淀粉水解培养基是一种（ ） 培养基 A 基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基
15.要从多种细菌中分离某种细菌，培养基要用（ ）
A.加入青霉素的培养基 B．加入高浓度食盐的培
养基 C．固体培养基
D.液体培养基
C
16．根据培养基的物理状态，划分的发酵种类
是
（
）
第一节第一节发酵培养基的要求和种类发酵培养基的要求和种类第二节第二节发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源第三节第三节发酵培养基的设计原理与优化发酵培养基的设计原理与优化第二节发酵培养基的成分及来源一碳源1作用2来源有机氮源和无机氮源二氮源1作用2来源三无机盐及微量元素糖类油脂有机酸烃和醇类四生长因子前体和产物促进剂从广义上讲凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质如氨基酸嘌呤嘧啶维生素等均称生长因子
pH控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究
五、培养基设计时注意的一些相关问题
原料及设备的预处理 原材料的质量
发酵特性的影响
在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的“稀配方”，因 为它既降低成本、灭菌容易、且使氧传递容易而有利 于目的产物的生物合成。如果营养成分缺乏，则可通 过中间补料方法予以弥补。
单因子实验
多因子实验：均匀设计、
正交实验设计、 响应面分析等。
第三章 发酵机制
第三节 甘油的合成机制
一、亚硫酸盐法甘油发酵(酵母第二型发酵) 菌种:酵母菌
合成条件:酒精发酵中加入亚硫酸氢钠可使乙醛生 成难溶的乙醛亚硫酸氢钠复合物,从而转变为甘 油发酵;
C6 H12O6 NaHSO4 C3 H8OH CH3CH OH）OSO2 Na CO2 （
二、碱法甘油发酵(酵母第三型发酵)
柠檬酸对线粒体内顺乌头酸水合酶的合成有诱导作培养基细胞质线粒体葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰coa草酰乙酸顺乌头酸水合酶顺乌头酸水合酶a异柠檬酸专一的径异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶培养基中的葡萄糖类物质进入细胞质以后经糖酵解途径生成丙酮酸其中16二磷酸果糖激酶是调控酶
第三章 发酵机制
发酵机制:是指微生物通过其代谢活动,利用基质合 成人们所需要的产物的内在规律。 第一节 糖厌气性产物发酵机制 一、糖酵解途径的特点及调节机制: 1、糖酵解途径广泛存在于各种细胞中,它的任何一 个反应均不需要氧;
2、双歧途径:在没有氧化作用和脱氢作用下,2分子 葡萄糖分解为3分子乙酸和2分子3-磷酸甘油醛, 接着在磷酸甘油脱氢酶和乳酸脱氢酶参与下,3磷酸甘油醛转化为乳酸。
第五节 柠檬酸发酵机制
一、柠檬酸的生物合成途径 菌种:柠檬酸产生菌或黑曲霉; 总反应式: 2C6 H12O6 3O2 2C6 H8O7 4H2O 理论转化率:106.7%; 合成条件: (1)菌体有活性很强的柠檬酸合成酶; (2)有足够的底物来源(要有活性很强 的丙酮酸脱羧酶和催化CO2固定的酶) (3)顺乌头酸水合酶阻遏失活或很微 弱。
第二节 酒精发酵机制
一、酒精生成的机制 菌种:酵母菌、末端假单胞菌(包括林氏及噬糖假单 胞菌) 激活剂:无机磷化合物、AMP、ADP、 Mg2+ 、 K+ 、 TPP,1,6—二磷酸果糖; 抑制剂:柠檬酸、长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、 Ala;
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柠檬酸又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，是 生物体主要代谢产物之一。
1874年首次从柠檬汁中提出柠檬酸并结晶成固体； 1913年首次实现利用黑曲霉发酵生成柠檬酸。
柠檬酸及其盐类、酯类和衍生物是食品工业、药 物、美容化妆品等生产的重要原料；在工业生产 中有着广泛的用途。
我国柠檬酸发酵技术处于世界领先水平。如安徽 丰原生化公司，柠檬酸生产能力达18万吨，居世 界第一位，占世界柠檬酸生产额的17％。
GA发酵的外在因素
GA发酵是一个典型的代谢控制发酵，固然有其内在的 菌体特性，但是正如任何事物发展的基本规律一样，外在 因素仍然有重要的作用，对于GA的发酵也是一样。 1.供氧浓度 过量：NADPH的再氧化能力会加强，使α—KGA的还原氨 基化受到影响，不利于GA 的生成。 供氧不足：积累大量的乳酸，使发酵液的pH值下降，不利 于GA的产生，同时，一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖 酸转化率，降低了产物的提出率。
参与蛋白
乙酰辅酶A 质合成
12
柠檬酸
3
顺乌头酸16 衣康酸
乙醛酸
3
11
异柠檬酸
4
草酰琥珀酸
琥珀酰辅酶A
5
6
α－酮戊二酸 15 谷氨酸
TCA循环与乙醛酸循环
参与蛋白 质合成
葡萄糖
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
磷酸烯醇 式丙酮酸 羧化酶
实现柠檬酸积 累：
一、设法阻断代谢 途径，实现柠檬酸 的积累
二、代谢途径被阻 断部位之后的产物， 必须有适当的补充 机制
果糖激酶的合成 6-P-葡萄糖↑（积累） 反馈抑制己糖激
酶
，抑制葡萄糖进入细胞内
葡萄糖利用降低。
同时，在好气条件下，丙酮酸激酶活性降低。
另外，丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶活性降低所致。
丙酮酸激酶活性↓ 使磷酸烯醇式丙酮酸↑ 反馈抑制己糖激酶活性 糖酵解速度↓
ATP 葡萄糖 ⑴ ADP
2.影响杂醇油形成的条件
①菌种； ②培养基组成：酮酸溢流； ③发酵条件：一般发酵温度高，高级醇生成
量高，通风有利于高级醇生成 高级醇生成与乙醇生成是平行 的，随乙醇的生成而生成。
第二节 氨基酸发酵机制
氨基酸发酵的代谢控制
控制发酵的环境条件 氨基酸发酵受菌种的生理特征和环 境条件的影响。 控制细胞渗透性 通过改变细胞渗透性，实现氨基酸 的积累。
目前，我国柠檬酸行业从产量上位居世界第 一，从技术上，在国际上也是处于世界领先水平， 并远远领先于其他国家，其优势在于：
1.我国的柠檬酸发酵采用的菌种（黑曲霉）具有双 重功能，当淀粉原料被液化后，即可进行发酵， 不需要将淀粉水解成葡萄糖，简化了生产工艺， 降低了生产成本。
2.尽管采用边糖化边发酵的工艺，但发酵周期只有 64小时，生产周期比国外的单边发酵周期还要短。
2. NH4+浓度 （1）影响到发酵液的pH值 （2）与产物的形成有关：
过低，不利于α—KGA的还原氨基化 过高，产生固安酰胺
NH4+的供给方式： （1）液氨 （2）流加尿素
3.磷酸盐 过量：（1）促进EMP途径，打破EMP与TCA
之间的平衡，积累丙酮酸，产生乳酸等…… （2）产生并积累Val，
乙酰辅酶A
顺乌头酸 径
苹果酸
乙醛酸循环 TCA循环
延胡索酸
乙醛酸
⑤
异柠檬酸
④
NADP+
琥珀酸 ⑥ CO2
CO2 草酰琥珀酸
α－酮戊二酸
⑦
NADPH2
谷氨酸
NADP+
NADPH2
乙醛酸循环
GA生物合成的内在因素
从上图可以看出，GA产生菌必须具备以下条件： 1.α—KGA脱氢酶酶活性微弱或丧失
这是菌体生成并积累α—KGA的关键，从上图可 以看出，α—KGA是菌体进行TCA循环的中间性产 物，很快在α—KGA脱氢酶的作用下氧化脱羧生成 琥珀酸辅酶A，在正常的微生物体内他的浓度很低， 也就是说，由α—KGA进行还原氨基化生成GA的 可能性很少。只有当体内α—KGA脱氢酶活性很低 时，TCA循环才能够停止，α—KGA才得以积累。
日本在谷氨酸发酵生产方面居世界领先地位。味 之素、协和等均是其中代表。我国发展也比较快， 如河南的莲花味精公司，目前味精产量已从1983 年的400吨上升到2010年的62万吨，单厂味精产 量居世界第一位，国内市场占有率达43%；（广 西的荷花味精）等。
谷氨酸生产菌能够在体外积累菌体最大 生长需要量300多倍的谷氨酸，研究发现： 大量积累并非是当初设想的由于特异代 谢途径导致，而是：
乳酸 ⑿ +2H+
AMP
NH4+
乙醇
葡萄解糖除-6-果磷糖酸-抑6-⑵制磷酸
柠檬酸 ATP
活化
Mg2+
磷酸果
⑶
ADP
无机磷⒁
糖激酶
果糖-1，6-二磷酸
丙酮酸
2NAD+
⑾ 2CO2
乙醛 +2H+
⑷
二羟丙酮 磷酸
⑸
甘油醛3-磷酸
烯醇式丙酮酸 2ATP
⑽
2(NADH+H+)
⑹ 2Pi 1，3-二磷酸甘油酸
微生物的代谢产物很多，主要有乙醇、丙 酮、乳酸、氨基酸、酶制剂、抗生素等， 在这些产物中，乙醇、丙酮、乳酸等，微 生物可以在特定的外部环境下生成，这类
发酵我们称之为：自然发酵。
而有些产物诸如：氨基酸、酶制剂等，正 常的微生物是不能在培养基中大量的合成 与积累，是需要通过：化学的、物理的、 生物的等方法人为的改变其原来的代谢途 径，使之能够分泌并积累特定的产物，这
控制旁路代谢
D-苏氨酸
L-苏氨酸
D-苏氨酸 脱氢酶
α-酮基丁酸
L-苏氨酸 脱氢酶
反馈抑制
Hale Waihona Puke L-异亮氨酸 降低反馈作用物的浓度
控制反馈作用物浓度是克服反馈抑制和 阻遏，使氨基酸的生物合成反应能顺利 进行的一种手段
消除终产物的反馈抑制与阻遏
通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的 方法来进行
促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物 合成
3
异柠檬酸 异柠檬酸
4 脱氢酶 草酰琥珀酸
琥珀酰辅酶A
6
α-酮戊二 酸脱氢酶
α－酮戊二酸
5
15 谷氨酸
异柠檬酸 脱氢酶
TCA循环与乙醛酸循环
葡萄糖
14
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸 脱氢酶
13
丙酮酸
1
CO2
乙酰辅酶A
2
参与嘌呤和嘧啶的合成 脂肪酸
苹果酸 脱氢酶
草酰乙酸
10
苹果酸
9
延胡索酸
8
琥珀酸
7
天冬氨酸
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
葡
6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖酸
萄 糖
生
果糖-1，6-二磷酸
5-磷酸核糖
物
合
NAD+
NADH2 3-磷酸甘油醛
成 谷
乳酸
丙酮酸
⑨
③ 乙酰辅酶A
CO2 ② CO2 CO2
磷酸烯醇式
氨 酸 的
NADPH2
丙酮酸羧化酶 代
CO2草酰乙酸
天冬氨酸 柠檬酸
谢 途
NADP+
⑧
NAD+
NADH2
2.GA产生菌体内的NADPH的再氧化能力欠缺或丧 失
（1）如上图所示，NADPH是α—KGA还原氨基化生 成GA必须物质，而且该还原氨基化所需要的NADPH
是与柠檬酸氧化脱羧相偶联 的。
（2）由于NADPH的再氧化能力欠缺或丧失，使得 体内的NADPH有一定的积累，NADPH对于抑制α— KGA的脱羧氧化有一定的意义。 3.产生菌体内必须有乙醛酸循环（DCA）的关键酶— —异柠檬酸裂解酶。
力，使a-酮戊二酸不能继续氧化；CO2固定反应的能力 强，使四碳二羧酸全部是由CO2固定反应提供，而不走乙 醛酸循环，以提高对糖的利用率；谷氨酸脱氢酶的活力很 强，并丧失谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制和反馈阻
遏．同时NADPH2再氧化能力弱，这样就使a-酮戊二酸到 琥珀酸的过程受阻，在有过量铵离子存在的条件下，a-酮 戊二酸经氧化还原共遏氨基化反应而生成谷氨酸，生成的 谷氨酸不形成蛋白质，而分泌泄漏于菌体外，谷氨酸产生 菌不利用体外的谷氨酸，谷氨酸成为最终产物。
该酶是一种调节酶，或称为别构酶，其活性可以 通过某种方式进行调节，通过该酶酶活性的调节来 实现DCA循环的封闭，DCA 循环的封闭是实现GA 发酵的首要条件。
4.菌体有强烈的L—谷氨酸脱氢酶活性
L—谷氨酸脱氢酶，实质上GA产生菌 体内该酶的酶活性都很强，该反应的关 键是与异柠檬酸脱羧氧化相偶联。
谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通过控 制生物素亚适量，使最后一代细菌细胞变形、拉长，改变 了细胞膜的通透性，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。 谷氨酸高产菌株丧失或仅有微弱的a-酮戊二酸脱氢酶活
3.柠檬酸的产酸速度大大地高于国外水平。平均产 酸速率是国外的2 倍。
葡萄糖 磷酸烯醇式丙酮酸
14
13
丙酮酸
柠檬酸
ATP
1
脱氢酶
乙酰辅酶A
降低
2
草酰乙酸
限速反应
柠檬酸
乙酰辅酶A
10
3
苹果酸 延胡索
12
关键酶
9
酸酶
延胡索 酸
乙醛酸 抑激制活
8
琥珀酸
7
AAMTP
抑 激制 活
顺乌头酸16 衣康酸
11
异柠檬酸 脱氢酶
类发酵称之为：代谢控制发酵
发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基 质（底物）合成人们所需要的