发酵工程复习重点

1.发酵工程：工程学与微生物学的结合。利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术，生产有用物质或直接将其应用于工业化生产的一种技术体系。是建立在微生物发酵工业基础上，与化学工程相结合而发展起来的一门学科。也称微生物工程。

2.发酵工程的应用范围：

（1）医药工业方面：抗生素、氨基酸、V B12、V B2、甾体激素、生物制品、酶抑制剂、其他。（2）食品工业方面：加工、含醇饮料、发酵乳制品、调味剂、甜味剂、添加剂、食品检验。（3）轻工业方面：淀粉、蛋白、果胶、脂肪、过氧化氢酶

（4）化工能源方面：醇及溶剂、有机酸、多糖、烷烃、清洁能源

（5）环境保护方面：厌气发酵、好气发酵

（6）细菌冶金方面：氧化亚铁硫杆菌

（7）高技术研究方面：为基因工程提供质粒、病毒载体、限制性内切酶、连接酶、磷酸酶、磷酸激酶等；生物传感器

（8）农业方面：生物农药、生物除草剂、生物增产剂、食用菌和药用真菌。

3.酶活性调节：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。分为酶的激活也抑制作用。激活作用是某个酶促反应中，某种低分子质量的物质加入后，导致原来无活性或活性很低的酶转变为有活性或活性提高，使酶促反应速率提高的过程。抑制作用是某个酶促反应中，某种低分子质量的物质加入后，导致酶活力降低的过程。

4.酶合成调节：通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，是基因水平上（原核生物中主要在转录水平上）的代谢调节。

5.同工酶：能催化同一种化学反应，但其酶蛋白的分子结构组成却有所不同的一组酶。

6.初级代谢：一类普遍存在于生物中的代谢类型，与生物生存有关。

7.初级代谢产物：单糖、核苷酸等单体、由单体组成的大分子聚合物（如蛋白质、核酸、多糖等）、能量代谢和代谢调节中起作用的各种物质，如ATP,[H] 。

8.次级代谢：微生物为避免代谢过程中某种代谢产物的过量积累而有利于生存的代谢类型，并非生命活动所必须的。

9.次级代谢产物：不是微生物生长所必需的的，及时在这些代谢的某个环节上发生障碍，也不会导致机体生长停止或死亡，仅仅是影响了机体合成次级代谢产物的能力。

10.初级代谢与次级代谢区别

11.初始菌种→菌种改良→扩大培养（从小到大）→发酵工艺控制→产物提取精制

12.菌种改良

（1）自然选育：不经人工处理，利用生物的自然突变进行菌种选育的过程。

（2）诱变育种

①物理诱变剂：射线（紫外线、快中子、X射线、β射线、γ射线、激光）

②化学诱变剂：NTG（亚硝基胍）

③生物诱变方法：噬菌体、转座子

④诱变育种步骤：出发菌种→菌液制备→诱变→中间培养→筛选分离→复筛→性能测定→保藏

（3）杂交育种：将不同菌株的遗传物质进行交换、重组，使不同菌株的优良性状集中在重组体中，克服长期诱变引起的的生活力下降等缺陷。

①重组方式：转化、转导、接核

（4）原生质体融合：利用人工方法将遗传性状不同的两菌株的原生质体融合在一起，使融合子兼有双亲优良性状的一种育种新技术。

（5）基因工程技术

①概念：将外源DNA通过体外重组后，导入人体细胞，使其在受体细胞中复制、转录、翻译表达的技术成为基因工程或DNA体外重组技术。

②流程：目的基因的克隆→DNA重组体的体外构建→重组DNA导入宿主细胞→基因工程菌的选择→重组子的扩增与表达

13.菌种的保藏方法主要有：斜面保藏法、穿刺保藏法、沙土管保藏法、真空冷冻干躁保藏法（最优）、液氮保藏法、悬液保藏法、低温保藏法。

14.发酵工艺控制

（1）培养基：C源、N源、无机盐和微量元素、特殊生长因子、促进剂、前体、水。

1）主要成分

①碳源：发酵工业中最常用的碳源是葡萄糖、淀粉、糖蜜、麸皮和米糠等。

②氮源：实验室常用有机氮源是牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、黄豆粉和花生粉等。

③

④

啶、维生素等均称为生长因子。狭义，生长因子仅指维生素。

⑤无机盐：磷酸盐、硫~、铁~。

⑥微量元素：镁、锌、钴、铜、锰。

2）发酵生产中的培养基类型：孢子培养基、种子培养基、发酵培养基。

3）

（2）温度

1）温度影响发酵过程

①温度对微生物细胞生长的影响：温度上升，细胞的生长繁殖加快。

②温度为产物形成的影响

③温度影响发酵液的物理性质

④温度影响生物合成的方向

2）发酵过程引起温度变化的因素：发酵热

①生物热：与发酵类型、呼吸作用强度有关

②搅拌热

③蒸发热

④辐射热

（3）PH

①PH变化的原因：培养基成分、发酵条件（通气调节的变化等）、杂菌污染、微生物的代谢产物。

②PH下降的原因：碳源过量、消泡油添加过量、生理酸性物质过多、酸性物质的产生

③引起pH上升的因素：氮源过多、生理碱性物质的存在、中间补料，碱性物质添加过多、碱性代谢产物的生成。

④最适PH调节：调节基础培养基的配方（调节碳氮比、添加缓冲剂）、补料控制（直接加酸加碱、-补加碳源或氮源）

a.治标：酸碱中和反应：加入NaOH、HCL

b.治本：过酸时，加适当氮源、提高通气量；过碱时，加适量碳源，降低通气量。

调节最适PH不仅仅是采用酸碱中和，虽然此法见效快，但不能阻止代谢过程中连续不断发生的酸碱变化，因此应该考虑培养基中生物酸性物质与生物碱性物质的配比，然后通过中间补料加以控制，即治本，虽然见效慢，但是效果持久。

（4）氧气

①临界氧浓度：不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。

②比耗氧速率：微生物的耗氧速度常用单位质量的细胞（干重）在单位时间内消耗氧的量称为比耗氧速率。

③摄氧率：单位体积培养液，在单位时间内消耗的氧量。

④影响K L α的因素：搅拌、空气流量、培养液性质的影响、微生物生长的影响、消沫剂的影响、离子强度的影响

⑤怎样提高溶氧量

1）改变气体的成分，用纯氧增加氧分压，该方法也称富氧通气，效果好，但成本高2）提高罐压3）提高通气量4）提高搅拌速度和增加挡板数。

（5）CO2

（6）泡沫

①泡沫产生的原因（外力、微生物代谢、培养基的成分）

外力因素：通气和搅拌的强烈程度；

发酵性泡沫：微生物细胞生长代谢和呼吸排出气体；

培养基的成分

②泡沫产生的危害

1）过多的泡沫不加控制,会引起“逃液”, 降低了装料系数；

2）发酵液体积的减少，直接影响了收率；

3）增加杂菌污染的机会；

4）部分菌体黏附到罐顶或罐壁上，不能回到发酵液，减少了发酵液中菌体量；

5）泡沫使菌体的生活环境发生了改变,妨碍了菌体的呼吸,造成了代谢异常,导致菌体提前自溶；

6）菌体自溶会促使更多泡沫形成。

③消泡的方法

消除泡沫的方法有机械消泡和化学消泡。

机械消泡：利用物理作用，靠机械的强烈震动或压力的变化促使泡沫破碎。

化学消泡：常用消泡剂有天然油脂类（菜子油）、聚醚类（泡敌）、醇类（十八醇、聚二醇）、硅酮类。

（7）补料

1）优点：

①避免菌体过早老化，延长产物合成的旺盛期。

②控制了pH 值和代谢方向。

③改善了通气效果，避免了生长可能受到的抑制。

④补足发酵液因发酵过程中通气和蒸发损失的体积。

2）前体

（8）发酵罐