发酵工程复习纲要(必考)

1）发酵的传统定义：酵母作用于果汁或发芽谷物，产生CO2的现象。

发酵的现代定义：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。

2）发酵工程定义：利用微生物特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用

物质或直接应用于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

合并发展起来的发酵技术。（又称微生物工程，以微生物的生

命活动为基础）

3）微生物工业发酵的基本过程：

4）发酵工程与传统酿造、化学工程相比特点是：发酵是生物体自身进行的反应与传统酿造相比：

1、发酵过程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够在发酵设备中一次完成；

2、反应通常在常温常压下进行，条件温和，耗能少，设备较简单；

3、原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，可以是农副产品、工业废水或可再生资源，

微生物本身能有选择地摄取所需的物质；

4、容易生产复杂的高分子化合物，能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还

原、官能团引入或去除等反应；

5、发酵过程中需要防止杂菌污染，大多情况下设备需要进行严格的冲洗、灭菌，空气需

要过滤等。

与化学工程相比（发酵工程的一般特征）：

1、作为生化反应，通常在常温常压下进行，因此没有爆炸之类的危险，各种设

备都不必考虑防爆问题，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，加入少量的各种有机或无机氮源，

只要不含毒物，一般无精制的必要，微生物本身就有选择地摄取所需物质；

3、反应以生命体的自动调节方式进行，因此数十个反应过程能够像单一反应一

样，在称为发酵罐的单一设备内很容易地进行；

4、能够容易地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应机制，能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的

氧化、还原、官能团导入等反应；

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；

7、发酵生产在操作上最需要注意的是防止杂菌污染

8、通过微生物的菌种改良，能够利用原有生产设备使生产飞跃上升。

5）微生物发酵技术反应过程中的特点：

1、条件通常温和（常温、常压、弱酸、弱碱）。

2、原料来源广泛，以糖、淀粉等碳水化合物为主。

3、反应以生命体的自动调节方式进行，单一反应器内进行。

4、发酵产品（多为小分子产品，也容易生产出复杂的高分子化合物）

5、高度选择性地进

行复杂化合物在特定部位的反应。6、生产发酵产物的微生物菌体本身也是发酵产物（发酵液一般对生物体无害）。7、防止污染（灭菌是发酵成败的关键）。8、改良微生物菌种（提高生产水平；菌种是发酵的根本因素）。

6）微生物发酵技术发展历史过程及特点：

1、自然发酵（天然发酵）：厌氧发酵、非纯培养、产物稳定性差（酒、醋、酱油）。

2、纯培养技术建立：纯培养无菌操作技术建立、密闭发酵罐、表层培养、显微镜诞生及微生物发现（甘油、丙酮、丁醇等初级代谢产物）。

3、通气搅拌大规模发酵技术建立：好氧发酵、发现青霉素（次级代谢产物）。

4、代谢控制发酵技术：生产谷氨酸，菌种经遗传育种、人工诱变等控制其代谢途径得到所需的代谢终产物（氨基酸、某些抗生素）。

5、开拓发酵原料时期（石油发酵时期）：石化工副产品作为发酵原料、大型发酵罐、自动化、连续化（单细胞蛋白）。

6、DNA体外重组技术的建立（基因工程阶段）：分子生物学、DNA重组、细胞融合（干扰素、激素）。

7）分批发酵：1、定义：(分批培养)是指将所有的物料（除空气、消沫剂、调节pH的酸碱物外）一次性加入发酵罐，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收。清罐结束后，重新开始新的装料发酵的发酵方式。

2、特点：非稳态培养过程、一次性投料一次性收获产品、封闭系统、表现典型的生长周期（延滞期、对数生长期、稳定期、衰亡期）、稳定期细胞浓度最大。

3、优缺点：设备要求低、操作简单、易于掌握、适用于固体颗粒或较多泡沫的培养基灭菌、适用于小发酵罐中培养基的灭菌；不能使细胞始终处于最优条件、对培养基营养成分破坏较大，反复加热冷却使能耗增加、发酵周期延长、降低了发酵罐利用率。

补料发酵：1、定义：（半连续培养、半连续发酵）是指发酵中后期养料逐渐消耗，菌体逐渐走向衰老自溶，代谢产物不能再继续分泌，为延长中期代谢活动，维持较高的发酵产物的增长幅度，给发酵罐间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。2、特点：介于分批发酵和连续发酵之间的一种微生物细胞的培养方式。3、优缺点：维持菌体浓度、减缓供氧矛盾、避免发酵过早结束。与分批培养方式比较：①可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。②对于好氧过程，可以避免在分批培养过程中因一次性投糖过多造成的细胞大量生长、好氧过多以至通风搅拌设备不能匹配的状况。

③微生物细胞可以被控制在一系列的过滤态阶段，可用来控制细胞的质量；并可重复某个时期细胞培养的过渡态，可用于理论研究。

与连续培养方式比较：①不需要严格的无菌条件。②不会产生微生物菌种的老化和变异。③最终产物浓度较高，有利于产物的分离。④适用范围广。

连续发酵：1、定义：（连续培养、开放式培养）是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养液，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的量维持恒定，使微生物细胞能在近似恒定状态下生长的微生物发酵培养方式。2、特点：微生物细胞的生长速度、产物的代谢均处于恒定状态，可以达到稳定、高速培养微生物细胞或产生大量代谢产物的目的。

3、优缺点：①温度较高、灭菌时间短、培养基营养成分得到最大