发酵工程原理与技术第二章
发酵工程章节复习资料
发酵⼯程章节复习资料第⼀章绪论1、发酵及发酵⼯程的概念1、传统发酵最初发酵是⽤来描述酵母菌作⽤于果汁或麦芽汁产⽣⽓泡的现象，或者是指酒的⽣产过程。
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微⽣物制造或⽣产某些产品的过程包括：1. 厌氧培养的⽣产过程，如酒精，乳酸等。
2. 通⽓（有氧）培养的⽣产过程，如抗⽣素、氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
发酵⼯程（Fermentation Biotechnology）: 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。
2、发酵⼯程技术的发展⼤致可分为哪⼏个阶段，每段的技术特点是什么？1. ⾃然发酵时期:嫌⽓性发酵⽤于酒类酿造，好⽓性发酵⽤于酿醋、制曲。
2. 纯培养技术的建⽴：⼈⼯控制环境条件使发酵效率迅速提⾼。
3.通⽓搅拌好⽓发酵过程技术的建⽴：从分解代谢转为⽣物合成代谢，可以利⽤微⽣物合成积累⼤量有⽤的代谢产物。
4.⼈⼯诱变育种与代谢控制发酵⼯程技术的建⽴：遗传⽔平上控制微⽣物代谢。
5. 发酵动⼒学、发酵⼯程连续化、⾃动化⼯程：以数学、动⼒学、化⼯原理等为基础，通过计算机实现发酵过程的⾃动化控制的研究，使发酵过程的⼯艺控制更为合理。
6. 微⽣物酶反应⽣物合成与化学合成反应结合⼯程技术：可⽣产许多过去不能⽣产的有⽤物质。
3、发酵⼯业的应⽤范围1. 酿酒⼯业（啤酒、葡萄酒、⽩酒）2. ⾷品⼯业（酱、酱油、⾷醋、腐乳、⾯包、乳酸）3. 抗⽣素⼯业（青霉素、链霉素、⼟霉素）4. 有机酸⼯业（柠檬酸、葡萄糖酸）5. 酶制剂⼯业（淀粉酶、蛋⽩酶）6. 氨基酸⼯业（⾕氨酸、赖氨酸）7. 核苷酸发酵⼯业(肌苷酸、肌苷)8. 有机溶剂⼯业（酒精、丙酮）9. 维⽣素⼯业(VB2、VB12)10.⽣物能源⼯业（沼⽓、⽣物柴油）11.环境保护产业（废⽔⽣物处理）12.⽣理活性物质发酵⼯业（激素）13. 冶⾦⼯业(微⽣物探矿、⽯油脱硫)14.微⽣物菌体蛋⽩发酵⼯业（酵母、单细胞蛋⽩）4、发酵⼯业的特点与化学⼯程相⽐，发酵⼯程具有以下特点：1、发酵过程是极其复杂的⽣物化学反应，与微⽣物细胞息息相关2、通常在常温常压下进⾏，反应安全，需求条件也⽐较简单3、发酵醪（包括固相、液相、⽓相，还含有活细胞体或菌丝体），属⾮⽜顿流体，其特性影响因素很多，对发酵⼯程都有关联4、具有严格的灭菌系统，以防⽌杂菌污染如空⽓除菌系统、培养基灭菌系统、设备的冲洗灭菌等5、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，在同⼀发酵罐内进⾏6、后处理阶段，为了适应菌体与发酵产物的特点，需采取⼀些特殊的⼯艺措施并选⽤合适的设备。
《发酵工程原理与技术》习题集
《发酵工程原理与技术》习题集问答题1、发酵工业有何特点？简述发酵生产过程的主要环节。
2、工业用微生物的要求在哪些？试举例说明微生物要工业中的应用。
3、工业生产中使用的微生物为什么会发生衰退？菌种衰退表现在哪些方面？防止菌种衰退的措施有哪些？4、在菌种扩大培养中，就注意哪些事项？5、影响种子质量的因素有哪些？如何控制种子的质量？6、配制发酵培养基时应注意哪些问题？本着什么原则进行配制？7、发酵培养基的碳氮比对菌体的生长和产物的生成有何影响？8、请列出适用于发酵培养基灭菌的方法，并比较其各自的优缺点。
9、某制药厂现有一发酵罐，内装80t发酵培养基，在121℃温度下进行实罐灭菌。
如果每毫升培养基中含有耐热的芽孢数为2*107个，121℃时灭菌速度常数为0.0287S-1.请部灭菌失败概率为0.001时所需的灭菌时间是多少？10、请列出空气除菌的方法，并比较各种方法的优缺点。
11、影响空气过滤除菌效率的因素有哪些？12、比较两级冷却除菌流程、冷热空气直接混合除菌流程、高效前置过滤除菌流程的优缺点和适用场合，并分析原因。
13、解释氧在发酵液中的传质阻力和气体溶解过程的双膜理论。
14、说明影响氧传递速率的主要因素和效果。
15、比较酵母菌的酒精发酵和细菌的酒精发酵之异同。
16、说明初级代谢和次级代谢的关系及次级代谢产物的特征。
17、抗生素产生菌的主要代谢调节有哪几种方式？说明各种抗生素的生物合成机制。
18、阐述菌体生长速率、基质消耗速率、产物生成速率及意义。
19、发酵动力学如何分类？20、试比较不同发酵方法的优缺点。
叙述生物反应器（发酵设备）的功能和分类。
21、设计反应器时要本着哪些原则？反应器必须具备什么条件？22、机械搅拌发酵罐有哪些主要组成部分，它们各有怎样的功能或作用？23、发酵过程中温度升高对微生物生长和产物的形成有什么影响？什么原因造成温度升高？24、生产中为什么要控制pH？怎样调节和控制pH？25、发酵过程中哪些因素引起的pH上升和下降？26、泡沫的实质和形成原因是什么？它对发酵生产有什么影响？27、发酵生产中消除泡沫的方法有哪些种？各有什么优缺点？28、基质浓度对发酵有什么影响？说明补料分批发酵的优点和作用。
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
【课堂笔记】《发酵工程》
【课堂笔记】《发酵⼯程》《发酵⼯程笔记》笔者：赵可⽬录第⼀章绪论（p1） (1)1.1概念 (1)1.2发酵⼯程的研究内容 (1)1.3发酵过程的特点 (2)1.4发酵过程的问题 (2)1.5发酵⼯程的发展简史 (2)1.6发酵⼯程⼯程的任务 (2)1.7发展⽅向 (3)第⼆章⽣物发酵的基本过程（p36） (3)2.1发酵的基本过程 (3)2.2发酵过程的⼀般过程和操作⽅式 (3)2.3微⽣物的发酵类型 (4)2.3.1液体发酵 (4)2.3.2固体发酵 (4)2.3.3好氧发酵 (5)2.3.4厌氧发酵 (5)第三章种⼦扩⼤配培养（p44） (5)3.1概念 (5)3.2种⼦扩⼤培养⼯艺 (6)3.2.1制备流程 (6)3.2.2优良种⼦具备的条件 (6)3.2.3影响种⼦的质量因素 (6)3.2.4种⼦质量控制措施 (6)第四章发酵培养基（p48） (6)4.1⼀般特点 (6)4.2发酵培养基的组成与制备 (6)4.2.1发酵培养基的组成 (6)4.2.2发酵培养基的制备要点 (7)4.3发酵培养基的设计和优化 (8)4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素： (8)4.3.2摇瓶实验： (8)4.3.3正交实验：多因素多⽔平 (8)第五章发酵过程产物分析（p53） (8)5.1分析项⽬按性质分可分三类： (8)5.2发酵终点的判断 (8)第六章发酵动⼒学（p59） (8)6.1发酵动⼒学概念 (8)6.2研究发酵动⼒学的⽬的 (9)6.3动⼒学 (9)6.3.1课程重点 (9)6.4⽣物反应类型 (9)6.5发酵的⽬的 (9)6.6发酵研究的关键问题 (9)6.7优化发酵过程达到⾼产⽬标的⽅法 (10)6.8发酵动⼒学研究的基本过程 (10)6.9分批发酵动⼒学 (10)6.9.1菌龄 (10)6.9.2分类 (10)6.9.3细胞⽣长动⼒学 (10)6.9.4分批发酵基质消耗动⼒学 (11)6.9.5分批发酵产物形成动⼒学 (11)6.9.6分批发酵的优缺点 (12)6.9.7重要截图（来⾃中国MOOC余龙江教授） (12)6.10讨论与问题 (13)第七章分批发酵、补料分批发酵和⾼密度发酵（p81） (14)7.1分批发酵 (14)7.1.1分批发酵的操作⼯艺 (15)7.1.2菌体⽣长规律 (15)7.1.3代谢变化 (15)7.2补料分批发酵 (16)7.2.1适⽤范围： (16)7.2.2物料流加⽅式 (16)7.2.3补料分批动⼒学 (16)7.3⾼密度发酵 (16)7.3.1影响⾼密度发酵⽣产的因素 (16)7.3.2⾼密度发酵存在的问题 (17)7.4讨论与问题 (17)7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别？ (17)7.4.2分批发酵的流程 (17)7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17)7.5课堂问题 (17)第⼋章连续发酵（p105） (19)8.1基本概念 (19)8.2连续发酵的优缺点 (19)8.3连续发酵的类型 (19)8.4连续发酵操作⽅式 (20)8.4.1开放式连续发酵 (20)8.4.2封闭式连续发酵 (20)8.5膜连续发酵 (21)8.6连续发酵的控制⽅式 (21)8.7连续发酵的实际应⽤ (22)8.7.1连续发酵 (22)8.7.2分批发酵 (22)8.7.3补料分批发酵 (22)8.7.4连续发酵在⼯业上的应⽤ (23)第九章微⽣物的现代固态发酵（p121） (23)9.1固态发酵 (23)9.1.1固态发酵的特点 (23)9.1.2固体培养的优点 (23)9.1.3固液发酵的⽐较 (23)9.1.4传统固态发酵与现代固态发酵 (24)9.1.5固态发酵分类 (25)9.1.6适合固态发酵的微⽣物 (25)9.1.7固态发酵的界⾯作⽤ (25)9.2固态发酵反应器 (25)9.2.1静态固态发酵反应器 (25)9.2.2动态固态发酵反应器 (26)9.2.3固态发酵反应器 (26)9.3固态发酵的应⽤ (26)第⼗章基因⼯程菌株发酵（p154） (27)10.1⼯业化⽣产的基因⼯程菌应具备的条件 (27)10.2基因⼯程菌的发酵 (27)10.2.1培养操作和发酵设备 (27)10.3讨论与问题 (27)10.3.1基因⼯程菌的不稳定性 (27)10.3.2改善措施： (27)10.3.3⽣产过程: (27)第⼗⼀章发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素（p167） (28)第⼗⼆章发酵控制⼯程（p183） (28)12.1讨论与问题 (28)第⼗三章空⽓除菌（p250） (29)13.1⼏个基本概念 (29)13.2染菌的危害 (29)13.3树⽴⽆菌概念，强调⽆菌操作 (29)13.4灭菌和除菌的基本原理 (30)13.5发酵⼯程的灭菌⼯程（p228） (30)13.5.1化学物质灭菌 (30)13.5.2⼲热灭菌法 (30)13.5.3湿热灭菌法 (31)13.5.4射线灭菌 (31)13.5.5过滤介质除菌 (31)13.5.6静电除菌 (31)13.5.7臭氧灭菌 (31)13.6名词概念 (32)13.7培养基和发酵设备的灭菌 (32)13.7.1温度和时间对培养基的影响 (32)13.7.2影响培养基灭菌的其他因素 (33)13.7.3培养基分批灭菌 (33)13.7.4发酵设备的灭菌 (34)13.8空⽓除菌 (34)13.8.1发酵⽤⽆菌空⽓的概念和质量标准 (34)第⼗四章发酵⼯程设备（p265） (35)14.1通⽓发酵罐 (35)14.1.1机械搅拌通⽓发酵罐 (35)14.1.2⾃吸式发酵罐 (35)14.2嫌⽓发酵罐 (36)14.2.1基本要求 (36)《发酵⼯程》1-14章节笔记第⼀章绪论（p1）1.1概念发酵⼯程利⽤微⽣物或动植细胞的⽣长繁殖和代谢活动以及特定功能，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，和改造新技术结合并发展起来的现代发酵技术；它是渗透有⼯程学的微⽣物学和细胞⽣物学，是现代⽣物技术产业的基础与核⼼。
发酵工程重点总结
第一章发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程发酵工程：利用微生物（或动植物细胞）的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的技术体系。
该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术。
发酵工业的特点？（7点）1.发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。
2.可用较廉价原料生产较高价值产品。
3.反应专一性强。
4.能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位的生物转化修饰。
5.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
6.菌种是关键。
7.发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制。
工业发酵的类型？厌氧发酵1. 按微生物对氧的不同需求需氧发酵兼性厌氧发酵液体发酵（包括液体深层发酵）2.按培养基的物理性状浅盘固体发酵深层固体发酵（机械通风制曲）分批发酵按发酵工艺流程补料分批发酵单级恒化器连续发酵连续发酵多级恒化器连续发酵带有细胞再循环的单级恒化器连续发酵发酵生产的基本工业流程？1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制；2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌；3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中；4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品；6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
工业发酵的过程的工艺流程图？第二章1、发酵工业菌种分离筛选的一般流程?调查研究（包括资料查阅）试验方案设计含微生物样品的采集（如何使样品中所含微生物的可能性大？）样品预处理（如何在后续的操作中使这种可能性实现）菌种分离根据目的菌株及其产物特点分选择性分离方法随机分离方法(定向筛选←选择压力) (用筛选方案- 检测系统进行间接分离）富集液体培养固体培养基条件培养(初筛)菌种纯化复筛菌种纯化初步工艺条件摸索再复筛生产性能测试较优菌株1-3株保藏及进一步做生产试验某些必要试验和或作为育种的出发菌株毒性试验等2、菌种选育改良的具体目标。
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。
发酵工程原理与技术
原理二：
生物体中都存在两个以上的DNA修复基因，如果一 个DNA修复基因损伤或变异，通常仍能存活，但对能引 起DNA损伤的化合物十分敏感，易发生死亡，所以可以 利用DNA修复能力突变株筛选抗肿瘤药物。
实践中常使用大肠杆菌或枯草芽孢杆菌的重组缺 失DNA修复基因突变株和亲株作为测试菌来筛选抗肿瘤 药物。
三、发酵工业生产流程 发酵培养基的配制与灭菌 （1）目的要明确； （2）培养基的营养要协调； （3）pH要适宜。 灭菌:主要采用高压水蒸汽直接对培养基进行
加热灭菌，多采用121℃保温20-30min，然后 冷却，这样称之为实罐灭菌；也可采用连续 灭菌。
三、发酵工业生产流程
无菌空气制备
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要少；
8、对需要添加的前体物质有耐受能力；并且不 能将这些前体物质作为一般碳源使用；
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物活性物质（包括抗 生素、激素和病毒）以保证安全。
（二）工业生产常用的微生物菌种
1、细菌（Bacteria）
四、发酵工程的发展历史
3、发酵工程的重大转折点 20世纪70年代，细胞融合技术、基因技术等生物技
术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有 用的微生物：
增加微生物体内控制代谢产物产量的基因拷贝数， 可以大幅度地提高目标产物的产量。
将动、植物或某些微生物特有产物的控制基因植入 细胞中，快速经济地大量生产这些产物。
发酵罐试验
摇瓶试验
三、发酵工业生产流程
发酵过程的操作方式
三种模式：间歇发酵、连续发酵和流加发酵 间歇发酵又称分批发酵，在发酵过程中，除气体进出外，与外
界没有其它的物料交换。分批发酵是一种操作简单并且广泛使 用的发酵方式。
发酵工程原理与技术应用复习整理
发酵工程原理与技术应用第一章绪论1. 什么是发酵工程？发酵工程是指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。
利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术来生产有用物质或将微生物直接用于工业化体系的一门技术，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。
2. 发酵工业的特点①一步生产②反应条件温和③原料纯度要求低④设备的通用性高⑤对环境的污染相对较小⑥生产受自然条件限制小第二章发酵工业菌种1. 发酵工业菌种的常用类型。
①细菌：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等②放线菌：链霉菌属、小单胞菌属③酵母菌：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等④霉菌：根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉及青霉等⑤未培养微生物：2. 发酵工业对菌种的要求。
①能在廉价原料制成的培养基上生长，且生成的目的产物产量高、易于回收。
②生长较快，发酵周期短。
③培养条件易于控制。
④抗噬菌体及杂菌污染的能力强。
⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定。
⑥对放大设备的适应性强。
⑦菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。
3. 从自然界分离筛选菌种常用步骤。
①采样：有针对性地采集样品。
②样品预处理：可提高菌种分离效率。
③增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势，使筛选变得可能。
【目的菌富集培养】富集培养方式：1.分批培养 2.连续培养 3.半连续培养④纯种分离：利用分离技术得到纯种。
常用的分离方法：1.平板划线分离 2.稀释分离 3.涂布分离 4.毛细管分离 5.小滴分离⑤初筛：从分离得到的大量微生物中将具有目的产物合成能力的菌株筛选出来的过程。
【（1）平板筛选（各种变化圈），（2）摇瓶发酵筛选】⑥菌种复筛。
⑦菌种发酵性能鉴定。
【鉴定技术四个水平：细胞的形态和习性水平细胞组分水平蛋白质水平基因或核酸水平】⑧菌种保藏。
发酵工程工艺原理复习思考题答案
《发酵工程工艺原理》复习思考题第一章思考题：1 ■何谓次级代谢产物？次级代谢产物主要有哪些种类？举例说明次级代谢产物在食品中的应用及对发酵食品的影响。
P50初级代谢：脂微生物的生长、分化和繁殖所必需的代谢活动而言的。
初级代谢过程所生成的产物就是初级代谢产物'坎级代谢：」是指非微生物生命活动所必须的代谢活动而言.也就是说这种代谢对微生物的生长、分化和繁殖关系不大，生理功能也不十分清楚，但可能对微生物的生存有一定价值。
次级代谢过程所生成的产物就是次级代谢产物。
通常在细胞生成的后期形成。
次级代谢产物有抗生素、生物破、色素和毒素等,2.典型的发酵过程由哪几个部分组成？发酵工程的一般过程可分为三个步骤：第一，准备阶段；第二，发酵阶段；第三，产品的分离提取阶段。
准备阶段的任务包括四个方面，即各种器具的准备.培养基的准备.优良菌种的选择或培育，器具和培养基的消毒。
优良菌种是保证发酵产品质量好、产量高的基础。
优良菌种的取得，最初是通过对自然菌体进行筛选得到的。
20世纪40年代开始使用物理的或化学的诱变剂，如紫外线、芥子气等处理菌种.进行人工诱发突变，从而迅速选育出比自然菌种更优良的菌种。
后来.又运用细胞工程和遗传工程的成果来获取菌种。
例如，使用大肠杆菌生产人类的胰岛素、生长素、干扰毒等等。
在发酵过程中.还要防止“不速之客”来打扰。
发酵工程要求纯种发酵，以保证产品质量因此，防止杂菌污染是确实保证正常生产的关键之一。
其方法是，对于这些不受欢迎的“来客”进行灭菌消毒，在进行发酵之前，对有关器械、培养基等也进行严格的消毒°第二章思考题:1.食品发酵对微生物菌种有何要求？举例说明，>能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能高产和稳产所需的代谢产物。
>可在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需的酶活性高。
>生长速度和反应速度快，发酵周期短。
>副产物尽量少，便于提纯，以保证产品纯度。
发酵工程原理与技术第二章
在发酵工程的学习中，我们首先介绍了生物反应器的概念和作用，然后深入 研究了发酵过程的基础知识，包括发酵微生物学、发酵动力学和传质过程与 气液质传。最后，我们将着眼于发酵工艺的调控以及不同类型的发酵反应器。
生物反应器概述
定义
生物反应器是一种用于批次、连续或半连续生物过程的设备，用于培养微生物和其他生物体。
发酵动力学
1
生长期
微生物数量迅速增加，生长速率最快。
代谢期
2
微生物产生代谢产物，如酒精、酸等，
达到高峰。
3
死亡期
微生物数量逐渐减少，死亡速率逐渐增 加。
传质过程与气液质传
在发酵过程中，传质过程与气液质传发挥着重要作用。它们影响着底物和产 物的转移速率和效率，直接影响发酵过程的效果。
发酵工艺调控
3 条件
发酵过程需要适宜的温度、pH值、营养物质等条件，以保证微生物的生长和代谢。
发酵微生物学
酵母菌
酿酒和面包制作中常用的发酵微 生物，能够将糖转化为酒精和二 氧化碳。
细菌
产酸和产乳的发酵微生物，用于 制作酸奶、醋等食品，并参与乳 酸发酵和乳制品工业。
霉菌
用于制作黴菌干酪和发酵面包的 发酵微生物，产生特殊的风味和 气味。
温度调控
通过调节反应器内的温度，控 制微生物的生长和代谢速率。
pH值调控
保持适宜的pH值可以维持微生 物生长环境的稳定性和产物品 质。
营养物质供应调控
供应足够和平衡的营养物质， 满足微生物的生长和代谢需求。
不同类型的发酵反应器
批次发酵反ห้องสมุดไป่ตู้器
适用于小规模和多品种的发酵过 程，容易控制和操作。
连续发酵反应器
发酵工程
第二章发酵工程第一节发酵工程概况一、发酵和发酵工程1、什么是发酵（1）传统的发酵定义：发酵(fermentation)最初来自拉丁语“发泡”(fervere)，人们早期的认识，发酵是指酵母作用于果汁或谷物，进行酒精发酵产生CO2的现象，这个过程是酵母在无氧状态下的呼吸过程，是微生物获得能量的一种形式。
（2）现在定义：目前人们把借助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本身、或直接代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。
2、发酵工程（1）定义：它是一门将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。
由于它以培养微生物为主，所以又称微生物工程。
（2）分类：发酵工程分为：食品发酵工程和非食品发酵工程两大类。
食品发酵工程又叫酿造工业，如啤酒、白酒、黄酒、葡萄酒、酱油、食醋、酱、豆豉、腐乳。
这些产品成分复杂，对风味有较高的要求。
非食品发酵工程，如酒精、抗生素、柠檬酸、氨基酸、酶制剂、核苷酸、单细胞蛋白等。
这些产品成分单一，无风味要求。
二、发酵工程的发展历程1、天然发酵阶段19世纪前，人们对发酵的本质并不了解，但已经在利用自然发酵现象制成各种发酵产品，如酱油、米酒、面包、奶酪、啤酒、白酒等。
菌种是天然的，而非纯种培养，凭经验传授技术、带徒弟，产品质量不稳定，常常受到杂菌的污染而使人们感到困惑。
2、纯培养技术的建立1680年，发明了显微镜（270倍），人类历史上第一次看到了大量的活的微生物。
1859年，巴斯德证明了发酵原理，随后发明了低温杀菌法（巴氏杀菌），挽救了法国的葡萄酒。
1881年，柯赫建立了细菌纯粹培养技术，并获1905年的诺贝尔奖。
确立了单种微生物的分离和纯粹培养技术，使发酵技术从天然发酵转变为纯粹培养发酵，实现了第一次发酵技术进步（第一个转折期）。
从此，人类开始了人为地控制微生物的发酵过程，产品质量的稳定性得到大大地提高。
发酵工程原理
发酵工程原理第一章绪论1.发酵（fermentation）:采用现代工程技术手段，利用天然生物体或人工改造的生物体对原料进行加工，为人类生产有用的产品，或直接把生物体应用于工业生产的过程。
【名】2.第一阶段（~1900年）：酒精、醋；第二阶段（1900~1940）：酵母面包、甘油、柠檬酸、丙酮；第三阶段（1940~1960）：青霉素、链霉素、赤霉素、氨基酸、核苷酸、酶【判、单】3.1900~1940年期间是发酵工业的第二阶段【判】4.从发霉的甜瓜中筛选“产黄青霉”菌株，使青霉素效价提高了几百倍。
【判、填】5.现代发酵工程是以基因工程的诞生为标志，以微生物工程为核心内容。
【填】6.发酵工程的6个部分：a.菌种以及确定的种子培养基和发酵培养基的组成；b.培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌；c.大规模的有活性、纯种的种子培养物的生产；d.发酵罐中微生物最优的生长条件下产物的大规模生产；e.产物的提取、纯化；f.发酵废液的处理。
7.选育菌种的基本方法：自然选育、抗噬菌体选育、诱变育种、代谢工程育种、基因定向育种、基因组改组。
【填】8.我国已是发酵工业大国，但不是发酵强国。
【判】9.发酵产业的差距：【解】a.工业生产菌种的技术水平较差b.发酵工业相对落后。
c.产品科技含量低，产品浓度低、能耗高、污染大。
d.装备水平落后。
第二章微生物菌种制备原理与技术1.发酵工业常用的微生物主要有：细菌、放线菌、酵母菌和霉菌。
【填】细菌、放线菌偏碱7~7.5；霉菌和酵母偏酸4.5~6.2.自然界分离筛选目的菌株的一般步骤和方法：【解】a.含微生物样品的采集b.含微生物样品的富集培养c.微生物的分离d.野生型目的菌株的筛选f.野生型目的菌株的菌株鉴定3.菌种退化：生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行移接传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特性逐渐减退或完全丧失的现象。
【名】4.工业微生物菌种的保藏方法：斜面保藏法（1~3个月）、液体石蜡油保藏法、冷冻干燥保藏法、真空干燥法、液氮超低温保藏法、工程菌的保藏。
发酵工程(1-13章)
《发酵工程》Fermentation engineering 授课教师：张书祥（Email：zhangshux578@）第一章绪论第一节发酵工程的定义、特点、内容第二节发酵工程的发展历史第三节发酵工业的应用第四节发酵工程的发展趋势第一节发酵工程的定义、特点、内容1、定义1.1发酵工程：利用微生物的性状和机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。
如抗生素、酒类、有机酸、基因工程药物等的生产。
发酵过程是以微生物反应为核心的，因此，发酵工程又被称为微生物工程。
1.2生物工程：生命科学应用于产业方面，称为生物工程学。
也就是利用生物体（生物作用剂：微生物、动物细胞、植物细胞等）的机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。
生物工程包括：发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程。
发酵工程与生物工程的关系发酵工程是生物工程的重要组成部分，在生物工程中处于中心地位。
无论是从微生物得到酶或用基因工程菌获得产品都必须依赖发酵工程技术。
发酵工程的发展直接影响生物工程的进一步发展。
2、发酵工业的一般特点：2.1生产所用原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合物（可再生资源）为主，辅料包括一定的无机或有机氮源和少量无机盐。
2.2微生物生化反应过程能通过单一微生物代谢活动完成，因而产品在发酵设备中一次合成。
2.3微生物能利用简单的物质合成复杂的高分子化合物。
2.4由于生命体特有的反应机制，微生物能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团导入等转化反应，从而获得某些具有一定经济价值的物质。
发酵工程与化学工程、生化工程的比较工业发酵的过程是依靠微生物细胞生命活动获得目的产物的过程，从根本上区别于化学合成工业和生化工业。
在工业化学过程中没有生物活性物质参与催化。
工业生化过程属于由酶催化的体外酶反应过程，酶具有生物活性。
当酶失活、辅酶耗尽，过程就停止了。
第三节、发酵工业的应用：发酵工程技术已给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，解决了人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
发酵工程 第二章 发酵工业微生物菌种制备原理和技术
发酵工程 工业生产水平的
生产菌种的性能 发酵和提取工艺条件
三个决定要素
生产设备
获得优良的生产菌种是实现高水平发酵工程工 业生产的第一环节。
本章内容
第一节 发酵工业常用的微生物菌种
第二节 自然界中微生物菌种的选择性分离
第三节 微生物菌种的选育
第四节 微生物菌种的退化、复壮和保藏 第五节 工业微生物菌种的扩大培养 第六节 种子培养基及其制备
集的培养物到固体培养基，分离优势微生物的单
菌落。
移种时间是关键，应在所需菌占优势时移种。
连续富集培养（恒化式富集培养）
改变限制性基质浓度来控制两种菌的比生长速率。 用于连续发酵生产的菌种选育特别适合。
固体培养基的使用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
常用于分离酶产生菌，选择培养基中常含有所
需的基质，以便促使酶产生菌的生长，并在菌落
使目的微生物在种群中占优势，使筛选 1. 目的：
变得可能。
2. 两种方案：
（1）施加选择性压力分离法：采用特定的有利于 目的微生物富集的条件进行培养，使目的微生物 占优势，以实现快速分离纯化的目的。 （2）随机分离法：不能提供任何有助于筛选产生 菌的信息时，只能通过随机分离法进行分离。
（1）施加选择性压力分离法
酵母(既是微生物又是真核细胞)
生长迅速，营养要求不高，易培养； 安全性好； 比哺乳动物细胞操作简单； 具有一定的修饰蛋白的能力。
中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）表达系统
具有准确的转录后修饰功能； 具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化； 具有重组基因的高效扩增和表达能力； 具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长； CHO很少分泌自身的内源蛋白。
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23
自然突变
多因素低剂量诱变效应：自然突变实质上是由一些原 因不详的低剂量诱变因素引起的长期综合效应，如宇宙 空间各种短波辐射、自然界中普遍存在的一些低浓度诱 变物质以及微生物自身代谢活动中所产生的一些诱变物 质(如H2O2)的作用等。
24
自然突变
互变异构效应：五种碱基第六位上的酮基和氨基， G
之几到千分之几，淘汰为数众多的
野生型菌株，可达到“浓缩” 营养 缺
陷型的目的
方法：抗生素法或菌丝过滤法
返回
53
抗生素法
原理：抗生素只杀死生长中的细菌或真菌，在基本培 养基上加抗生素，将野生型细菌杀死，营养缺陷型不 死，从而来浓缩营养缺陷型
细菌 通常 青霉素 （抑制细胞壁的合成）
真菌
制霉菌素 （破坏真菌细胞膜）
第二章 发酵工业微生物菌种
制备原理和技术
1
第一节 发酵工业微生物菌种的选育
微生物的特性及工业微生物的要求 发酵工业微生物菌种的分离和选育 发酵工业微生物菌种的退化、复壮与保藏
2
微生物的特性及工业微生物的要求
微生物的特性
有些微生物能在厌氧的条件下生长 有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身 的生长 有些微生物能进行复杂的代谢 有些微生物能利用较复杂的化合物 有些微生物能在极端的环境下生长
返回
54
菌丝过滤法
条件：丝状真菌和放线菌 原理：在基本培养基上野生型发育成菌丝而营养缺陷
型不能，培养一段时间后，用擦镜纸等合适滤 纸过滤，重复多次过滤除去大部分野生型个体。
返回
55
检出缺陷型
A夹层培养法 B逐个检出法 C影印培养法
返回
56
夹层培养法
方法：先倒一薄层不含菌MM，冷凝后加上一层混有经过 诱变处理的菌液的MM，再浇一薄层不含菌MM，“三明 治”，培养长出菌即野生型，在皿底做上记号，再倒第四 层CM培养，野生型继续繁殖，菌落变大，营养缺陷型开 始生长，菌落较小
关键
2.开关按键和塑胶按键
设计间隙建议留
突变体的筛选
一般经初筛和复筛
初筛：一般定性，更多的是通过平板采用变色圈、透明圈、 抑制圈、生长圈或沉淀圈等方法测定某变异特性的 存在，粗略推算出产量，有时也用液体培养。 例子
复筛：对初筛结果的菌株生产性能作比较精确的定量测定 还需通过小型和中型发酵投产试验才能用于生产
50
C.glutamicum的代谢调节与赖氨酸生产
天冬氨酸AK 天冬氨酸 磷酸
HSDH
天冬氨酸 高丝氨酸 半醛
赖氨酸
苏氨酸
甲硫 氨酸
为反馈抑制
为阻遏
AK：天冬氨酸激酶 HSDH：高丝氨酸脱氢酶
51
营养缺陷型的筛选
淘汰野生型 检出缺陷型 鉴定缺陷型
前进
52
淘汰野生型
原因： 营养缺陷型的比率很低，只有百分
16
随机分离方法--筛选
抗生素产生菌筛选 在含有敏感菌的平板上鉴定抗生作用。也可在液体培养基 中，检测抗菌活性。
17
随机分离方法--筛选
药理活性化合物的筛选 酶靶法：
基本原理：一种化合物如在体外具有抑制代谢过程的 某一关键酶的作用，它在体内一般也具有相应的药理作用。
若将体外筛选出的活性化合物，再用动物做实验，可 筛选出新的药理活性化合物。
藻类（alga）：许多国家已把它作为人类 保健食品和饲料。还可通过藻类将CO2转 变为石油；国外还有从“藻类农场”获 得氢能的报道。
8
发酵工业微生物菌种的分离和选育
微生物菌种的分离 微生物菌种的选育
9
微生物菌种的分离
施加选择性压力分离法 随机分离方法
10
施加选择压力的分离方法
富集培养 供给特殊培养基或加入某些抑制剂。
T以烯醇式出现，在DNA复制到达该点的一瞬间，与G 配对；
C以亚氨基出现时，在新合成的DNA单链的C点出现A 碱基对发生自然突变几率约10-8～10-9。
29
自然突变
结果： 1、菌种衰退和生产质量下降； 2、对生产有益的突变。
为此，菌株应定期纯化，保存优良菌种(复壮)。 实际生产中，从高产批号中取样分离单菌落， 从中选 出稳定菌株用于生产。
连续富集培养法可以筛选出能共 生的稳定混合培养物，例如用甲 烷作碳源筛选到甲烷营养型和一 些非甲烷营养型的共生菌。
13
施加选择压力的分离方法
固体培养基的使用 常用于分离酶产生菌，选择培养基中常含有所需的基
质，以便促使酶产生菌的生长。 举例：产碱性蛋白酶的菌的分离。碱性土壤铺在
pH9～10的琼脂培养基(含有均匀的不溶性蛋白质)表面。根 据蛋白质水解圈的大小判断蛋白酶的产生能力。
工业化菌种的要求
培养条件易于控制 生长迅速，发酵周期短 发酵过程产生的泡沫少 不易感染它种微生物或噬菌体
对需要添加的前体物质有耐受力，并不能将前体物质作为一 般的碳源用。
5
工业生产常用的微生物
细菌（bacteria）：常用的有枯草芽孢杆 菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等。
酵母菌（yeast）：属单细胞真核生物， 主要分布于含糖较多的酸性环境中。常 用的有：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母 等。
和T可以酮式或烯醇式出现， A 和C可以氨基或亚氨基形式
出现。
NH2
NH2
N N
N
O
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
NH
N
腺嘌呤
(adenine, A)
O
N NH
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
O
H3C NH
NH
N
NH2
鸟嘌呤(guanine, G)
NH
O
胸腺嘧啶(thymine, T)
34
诱变育种主要步骤
出发菌株的诱变处理 和 突变体的筛选。
前进
35
出发菌株诱变处理
包括：
出发菌株的选择 诱变剂的选择 诱变剂量和处理时间的确定
返回
36
几个应注意的问题
（1）出发菌株 出发菌株应产量高、对诱变剂敏感性大、变异幅度广。
37
几个应注意的问题
（2）复合诱变因素的使用 野生型菌株用单一诱变因素有时能取得好效果；老
自然选育和诱变育种交替使用可获高产菌株。
46
特殊变异菌的筛选方法
营养缺陷型突变株 抗阻遏和抗反馈突变型 组成型突变株 抗（敏感）性突变株
49
高丝氨酸缺陷菌生产赖氨酸
必需氨基酸 食品、医药、畜牧业需要量很大 但在代谢过程中，一方面赖氨酸对天冬氨酸激酶有反馈抑制， 另一方面还同时生成苏氨酸和甲硫氨酸，使赖氨酸不能在细 胞内累积 高丝氨酸缺陷菌（不能合成高丝氨酸脱氢酶，补充适量高丝 氨酸）则合成大量赖氨酸
18
随机分离方法--筛选
19
随机分离方法--筛选
多糖产生菌的筛选 制糖工业污水中可能含有很多这种菌种。
可从菌落的黏液状外观识别这类产生菌。
20
微生物菌种的选育
生物进化过程中野生型微生物形成完善的代谢调节机制
不会有代谢产物的积累
解除或突破微生物的代谢调节控制
目的产物积累
微生物育种的目的
方法：突变、体内重组 体外重组（基因工程）21
合，但不发生作用；末端产物的积累
65
抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变株筛选
菌种单一诱变因素重复使用突变效果不高，可利用复合 因素、扩大诱变幅度，提高诱变效果。
青霉菌选育：先以氮芥处理很短时间而不引起突变， 再用UV处理，可使诱变频率大为提高。提高突变频率可 获得高产菌株。
38
几个应注意的问题
乙烯亚胺和UV复合处理，氯化锂和UV复合处理，都 用得较普遍，且有一定成效。
氯化锂本身无诱变作用，与一些诱变因子一起使用时 能促进突变。
39
几个应注意的问题
（3）剂量选择 变异率取决于诱变剂量，变异率和致死率之间有一
定关系。用致死率作为选择适宜剂量的依据。 合适剂量：同时增加变异幅度与正突变。
40
几个应注意的问题
（4）变异菌株的筛选
诱变目的：高产菌株、新产物。
绝大部分个体死亡
少数存活 多数未变
少数突变 多数负变
少数正变 多数幅度小
返 回60
鉴定缺陷型
生长谱法
返回
61
生长谱法
方法： 营养缺陷型菌株与 MM以一定的浓度混合倒在 培养皿上，干燥后，在皿底 画上若干区域，然后，在正 面加上微量的氨基酸、维生 素、嘌呤或嘧啶等营养物的 粉末或结晶（滤纸片法也 可）。
培养后，如果某一营养物的 周围有微生物的生长圈，说 明它就是微生物的营养缺陷 型。
微生物菌种的选育
经典育种：自然选育和诱变育种 定向育种：转化、转导、接合、原生质体融合、代谢 调控和基因工程等。
22
自然选育
自然选育：利用菌种自然突变(Spontaneous Mutation)进 行菌种筛选的过程。 自然突变：微生物在没有人工参与下所发生的突变。 引起自然突变两个原因：多因素低剂量的诱变效应和互变 异构效应。
14
随机分离方法
有些微生物的产物对筛选没有任何选择性优势。因此 常需随机地分离。
筛选！！！！
15
随机分离方法--筛选
生长因子产生菌的筛选 核苷酸等生长因子的生产不能作为分离步骤中的选择
压力，可用随机办法分离产生菌，并通过筛选试验检出产 生菌。
例如：通过观察分离株能否促进营养缺陷型的生长， 便可检出生长因子产生菌。
少数幅度大 多数不宜投产
少数适宜投产
存活率 突变率 正变率 高产率
投产率
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1.什么是传统机械按键设
计传？统的机械按键设计是需要手动按压按键触动