发酵工程复习资料jxb

绪论(红字是老师PPT上标注的)

一、发酵、发酵工程概念

发酵工程（ Microbial engineering ）: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。

二、新产品、新品种投入生产的必经之路

实验室小型试验；中间试验规模；大型生产规模

三、发酵工业的发展历史

1.自然发酵时期;

2.纯培养技术的建立;

3.通气搅拌好气发酵过程技术的建立;

4.人工诱变

育种与代谢控制发酵工程技术的建立;5.发酵动力学、发酵工程连续化、自动化工程;6.微生物酶反应生物合成与化学合成反应结合工程技术

第一章菌种与菌种扩大培养

一、微生物工业对菌种的要求

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、可以在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需酶活力高。

3、根据代谢控制的要求，选择单产高的营养缺陷型突变株或调节突变株或野生菌株。

4、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体。

5、菌种纯粹，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。

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。

二、菌种保藏方法及其特点

定期移植低温保藏法、液态超低温保藏法、甘油低温保藏法、沙土保藏法、麸皮保藏法、蒸馏水保藏法、冷冻干燥保藏法。

a、斜面冰箱保藏法；特点：属于短期、过渡的保藏方法，在4度的条件下，保存时长为3-6个月。

b、石蜡油封存法；特点：通用于不能利用石蜡油作碳源的细菌、霉菌、酵母等微生物的保存，保存期约为一年左右。

c、沙土管保藏法；特点:这是国内最常采用的方法。适用于产孢子或芽孢的微生物。一般保存期为一年左右。

d、真空冷冻干燥保藏法；特点：是目前最常用的较为理想的一种方法。此方法保藏效果好、保存时间长，一般为年左右，对各种微生物都适用，国内外都较为普遍的应用。

e、液氮超低温保藏法；特点：此法是近几年才发展起来，在国外已较为普遍采用，是适用范围最广的微生物保藏法。

三、工业微生物的培养类型

（一）细菌: 枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、乳酸杆菌、丙酮丁醇梭菌、肠膜状明串珠菌、醋酸菌、棒状杆菌、短杆菌、黄单胞菌、假单胞菌、

（二）放线菌：链霉菌属、小单胞菌属、游动放线菌属、诺卡氏菌属、孢囊链霉菌属、（三）酵母菌: 啤酒酵母、葡萄汁酵母、汉逊酵母、球拟酵母、假丝酵母、红酵母、棉病针孢酵母、毕赤氏酵母、

（四）霉菌：根霉、毛霉、曲霉、青霉、白地霉、产黄头孢霉

四、影响种子质量的主要因素

主要因素：培养基、种龄与接种量、温度、PH值、通气和搅拌、泡沫、染菌的控制、种子罐级数的确定。

第二章培养基的制备与灭菌

一、培养基的组成成分及培养基的类型

成分: 所有发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和产物合成所需的能源，包括碳源、氮源、无机元素、生长因子及水、氧气等。

类型：（1）按营养物质分：合成培养基、半合成培养基、天然培养基。

（2）按物理性质:固体培养基、液体培养基。

（3）按主要成分和使用目的分：选择性培养基、鉴别培养基、完全培养基、基础培养基；

（4）按生产工艺分：孢子培养基、种子培养基、发酵培养基。

二、淀粉水解糖的制备方法及其特点

1、酸解法：

定义：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法.

优点：设备要求简单，水解时间短（20min），设备生产能力大

缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐高温、耐高压，副反应多，对原料要求严格，淀粉颗粒不宜过大，淀粉乳浓度不能过高

2、酶解法：（双酶水解法）

定义：用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖的过程。一般分为两步：第一步是利用α－淀粉酶将淀粉液化转为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为液化。第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程，称为糖化。也称双酶法

α-淀粉酶（液化）

葡萄糖淀粉酶（糖化）

优点：1、反应条件温和；2、酶的专一性强，副反应少；3、可在较高的淀粉乳浓度下水解；4、糖液的营养物质丰富；5、糖液色泽浅，无苦味，有利于糖液的精制；

缺点：时间长（2～3）天，要求的设备多，糖液过滤困难。

3、酸酶结合法

酸酶法、酶酸法

《是集酸法及酶法制糖的优点，而采用的结合生产工艺》

三、糖蜜前处理的方法及其特点

糖蜜前处理的方法

1、加酸通风沉淀法（冷酸通风处理法）：糖蜜加水稀释到500Bx；加入0.2～0.3％浓硫酸，

通入压缩空气1h；静置澄清8h，取上清液。

2、加热加酸沉淀法（热酸通风沉淀法）：糖蜜加水稀释到40％；加适量硫酸调节pH值到4～

4.5；放入澄清槽加热至80～90℃，通风30min；保温 70～80℃；8～12 小时，取上清液。

3、添加絮凝剂澄清处理法：糖蜜稀释至30～40 Bx；加硫酸调pH 3～3.8；加热至90℃

添加8ppm聚丙烯酰胺（PAM），搅拌均匀；静置1小时，取上清液。

四、灭菌与消毒的区别

消毒：指用物理和化学方法杀死物料、容器、器具内外的病源微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。

灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。五、灭菌方法类型、微生物热阻、致死时间、致死温度概念

灭菌方法：干热灭菌、湿热灭菌、物理灭菌（射线、微波等）、化学灭菌（各种化学药品）；微生物热阻：微生物对热的抵抗力称为热阻。

致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所需的时间。

致死温度：杀死微生物的极限温度。

六、湿热灭菌优缺点

借助蒸汽释放的热使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子内部的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，使微生物死亡。

优点：1）蒸汽来源容易，操作费用低廉，本身无毒

2)蒸汽具有很强的穿透力，灭菌易于彻底

3）蒸汽具有很大的潜热，冷凝后的水分有利于湿热灭菌

4）蒸汽输送可借助本身的压强，调节方便，技术管理容易

缺点：1)设备费用高

2）不能用于怕受潮的物料灭菌

七、分批灭菌的优缺点

优点：1）可以采用高温短时灭菌；

2）发酵罐利用率高；

3）蒸汽负荷均衡；

4）热效率高；

5）可采用自动控制，降低劳动强度

缺点：1）培养基质量比较差

2）罐的利用率低

3）冷却水用量大

八、空气除菌的方法

1、热杀菌；

2、静电除菌；

3、过滤除菌；

4、辐射杀菌

九、介质过滤机理

深层过滤介质层是由无数纤维层交错组成的，形成一定大小的网格孔隙。当颗粒随气流通过滤层时，网格阻碍气流直线前进，使气流出现无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤维前进，这些改变引起颗粒对滤层纤维产生惯性冲剂、阻拦、布朗扩散、重力沉降、静电吸引等作用而将颗粒滞留在纤维表面。

第三章发酵机制

一、发酵机制概念：微生物通过其代谢活动，利用基质（底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律。

二、巴斯德效应及其机制

巴斯德效应：在好气条件下，酵母菌发酵能力下降。

巴斯德机制：在好气条件下，糖代谢进入TCA循环→柠檬酸↑、ATP↑抑制磷酸果糖激酶的合成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，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↓

三、乳酸发酵类型P60

同型乳酸发酵和异性乳酸发酵。前者的发酵产物只有乳酸，后者的产物除了乳酸外还有乙醇和CO2。两者的发酵菌种不同，发酵机制也不同。

四、氨基酸发酵代谢调控方法