发酵工程复习重点

发酵工程复习重点

第一章

1 发酵的概念

传统概念：指酵母作用于果汁或发芽谷物，进行酒精发酵时产生CO2的现象。

生物学概念：发酵是指微生物在无氧条件下分解代谢有机物质开释能量的过程。（生化）工业生物学家概念：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

现代概念：培养生物细胞（含动植物和微生物）来制取产物的所有过程

2 生物工程（Microbial engineering ）是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截了当应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代DNA 重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并进展起来的现代发酵技术。

发酵工程的进展简史

1、传统的发酵时期——天然发几千年

酒（古埃及龙山文化）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等

特点

多数产品为嫌气性发酵

非纯种培养

单凭体会传授技术，使产品质量不稳固

（不了解微生物与发酵的关系）

2、近代发酵工程时期——纯培养技术

1665 英国物理学家Robert Hooke（罗伯特·胡克）细胞壁

1680 荷兰列文·虎克(Antonie vanLeeuwenhoek) 活细胞人类认识到微生物的存在

特点

多数产品为嫌气性发酵

非纯种培养

单凭体会传授技术，使产品质量不稳固

（不了解微生物与发酵的关系）

由天然发酵时期转向纯培养发酵（第一次转折

过程特点

产品的生产过程较为简单，对生产要求不高，规模不大

3、近代发酵工程时期——深层培养技术

显现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志青霉素的发觉与大量需求

表面培养法(surface culture) 效价40U/mL，纯度20%，收率30%

二战期间，青霉素发酵生产成功

青霉素发酵生产的成功，给发酵工业带来两大功绩：

开拓了以青霉素为先锋的庞大抗生素发酵工业

建立深层培养法（submerged fermentation），把通气搅拌技术引入发酵工业。它使得需氧菌的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。通气搅拌液体深层发酵技术是现代发酵工业最要紧的生产方式

机械搅拌通气发酵技术的建立是第二次转折

4、近代发酵工程时期——代谢操纵发酵技术

定义：以动态生物化学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某种产品的突变株，再在人工操纵的条件下培养，即能选择性地大量生产人们所需要的物

质。

1956 日本人Kinoshita（木下祝郎）谷氨酸发酵

已用于氨基酸、核苷酸、有机酸以及一部分抗生素的发酵代谢操纵发酵技术的建立是第三次转折

5、近代发酵工程时期——连续化、自动化发酵技术

6、近代发酵工程时期——开拓发酵原料时期

7、现代发酵工程时期——现代分子生物学技术

定义：应用分子生物学和分子遗传学的方法，人为的将任意生物的特定又有用的遗传基因组合到特定微生物的基因中去，在分子水平上选育新的物种，制造新的微生物，从而达到定向改变自然界微生物所不能合成的产物。（基因工程时期）

现代分子生物学技术的应用是第四次转折

初级代谢产物：

指微生物从外界吸取各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成坚持生命活动所需要的物质，如氨基酸、核苷酸、脂类、有机酸、糖等，即为初级代谢产物

次级代谢产物：

指某些微生物在一定的生长时期（通常是稳固期），能合成一些具有特定功能的产物，而这些产物与微生物的生长繁育无明显关系，如抗生素、色素、生物碱、胞外多糖等，即为次级代谢产物

比较初级代谢产物和次级代谢产物

初级代谢产物：

与菌体生长相相伴的产物，

氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、溶剂

菌体对其合成反馈操纵严密，一样只是量积存

次级代谢产物：

与菌体生长不相相伴，以初级代谢产物为原料而合成

抗生素、生物碱、毒素、胞外多糖等

结构常较复杂对环境条件敏锐

甾体转化

化学转化：步骤繁多、得率低、价格昂贵（Savett, 576kg脱氧胆酸，30多步反应，两年→938mg醋酸可的松）

生物法：高效、收率高（1952年，Munrry等，黑根霉，仅1步就将孕酮11位上导入一个羟基，使从孕酮合成皮质酮只需3步，如此才使可的松问世）

第二章

发酵工业对微生物菌种的要求

1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并形成所需的代谢产物，产量高

2、能够在易于操纵的培养条件下迅速生长和发酵，且所需酶活力高

3、依照代谢操纵的要求，选择单产高的营养缺陷型突变株或调剂突变株或野生菌株

4、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体

5、菌种纯，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳固性

6、菌种不是病原菌，不产生有害的生物活性物质和毒素，以保证安全

细菌、酵母菌、霉菌和放线菌

细菌1、枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis生芽孢、需氧菌，G+，30-39℃，pH6.7-7.2分布广，常存在于枯草、土壤等，一样为腐生菌；生产各种酶制剂：如淀粉酶和蛋白酶

2、大肠杆菌Escherichia coli可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在工业上被用来进行谷氨酸的定量分析基因工程的专门好材料

3、乳酸杆菌(Lactobacillus sp.)革兰氏阳性，无芽孢，厌氧或兼性厌氧可生产乳酸干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作

6、醋酸杆菌 (Acetobacter)不形成芽孢，G－，好气性分两群：

1）只将乙醇氧化成醋酸

2）将产生的醋酸连续氧化成CO2和水可生产醋酸

7、棒状杆菌 (Corynebacterium)以葡萄糖为原料发酵产生酸，是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌生产谷氨酸等

9、黄单胞菌 (Xanthomonas)细胞直杆状，G－，无芽孢，极生鞭毛在含蔗糖的琼脂平板上形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄色菌落；液体培养形成黄色粘稠的胶状物——荚膜多糖，其黄色为一种水溶性色素野油菜黄单胞菌(X. campestris) 能够淀粉生产黄原胶(Xanthan gum)

放线菌

链霉菌属 ( Streptomyces )

灰色链霉菌(Streptomyces griseus)生产链霉素

金霉素链霉菌(Streptomyces aureofaciens)在PDA培养基上生长时，基内菌丝产生金黄色色素

生产金霉素红霉素链霉菌(Streptomyces erythreus)产红霉素

龟裂链霉菌(Streptomyces rimosus)菌落灰白色，表面后期有皱折，呈龟裂状生产土霉素

小单胞菌属(Micromonospora)

与一样放线菌不同，菌丝体长入培养基内，不形成气生菌丝，而在基内菌丝体上长出孢子梗，其顶端生一个球形、椭圆形孢子。菌落致密，与培养基紧密结合在一起，表面凸起，多坎坷，疣状；菌落常为橙黄色、红色、深褐色、黑色和兰色。

酵母菌

啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)

啤酒酵母在液体培养基中的生长行为有两类

上面酵母——发酵度较高，不易凝集沉淀，浮于上面

下面酵母——发酵度较低，易凝集沉淀

啤酒酵母的应用专门广，常用于传统的发酵行业，如啤酒、白酒、果酒、酒精、药用酵母、面包制作，故又称酿酒酵母。

5、假丝酵母(Candida)能形成假丝，液体培养时能形成浮膜

可生产SCP、甘油、脂肪酶

毕赤氏酵母( Pichia )

霉菌曲霉Aspergillus

米曲霉( Aspergillus oryzae )有较强的蛋白分解能力，同时又具有糖化能力；酿酒中的糖化菌；蛋白酶和淀粉酶的生产菌；还能够用于L-乳酸的生产黑曲霉( Aspergillus niger )

1具有多种强大的酶系，如淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶和葡萄糖氧化酶等；