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1、控制发酵的环境条件；2、氨基酸发酵受菌种的生理特征和环境条件的影响；3、控制细胞渗透性；4、通过改变细胞渗透性，实现氨基酸的积累。

五、抗生素类型：P121答：根据抗生素的生物合成方式及其代谢途径的不同，临床上将抗生素分为以下几个类群：1、蛋白质衍生物A简单的氨基酸衍生物，如环丝氨酸、重氮丝氨酸等；B寡肽抗生素，如青霉素、头孢菌素等；C多肽类抗生素，如多粘菌素、杆菌肽等；D多肽大环内酯抗生素，如放线菌素等；E含嘌呤和嘧啶碱基的抗生素，如曲古霉素、嘌呤霉素等。

2、糖类衍生物A糖苷类抗生素，如链霉菌素、新霉素、卡那霉素、巴龙霉素等；B与大环内酯链接的糖苷抗生素，如红霉素、碳霉素等；C其他糖苷抗生素，如新生霉素等。

3、以乙酸为单位的衍生物A乙酸衍生物的抗生素，如四环类抗生素、灰黄霉素等；B丙酸衍生物的抗生素，如红霉素等；C多烯和多炔类抗生素，如制霉素、曲古霉素等。

第八章发酵动力学一、微生物的培养类型及其特点连续培养：添加培养基的同时，放出等体积发酵液，形成连续生产过程，获得相对稳定的连续发酵状态。

分批培养：生长繁殖过程中，除加氧气、消泡剂及控制PH外，不再加入其他物质，培养基成分逐渐减少，是一种非恒态的培养方式。

补料分批培养：由于培养基的加入，发酵液体积不断增加。

二、补料培养的类型补料方式：连续流加、不连续流加、多周期流加流加方式：快速流加、恒速流加、变速流加以补加的培养基成分来区分：单一组分补料、多组分补料三、连续培养的类型●连续发酵类型及装置罐式连续发酵单级多级串联细胞回流式活塞流式连续发酵四、连续培养的优缺点（P155）①提供了一个微生物在恒定状态下高速生长的环境，便于进行微生物代谢，生理生化和遗传特性的研究。

②在工业生产上可减少分批培养中每次清洗、装料、消毒、接种、放灌等操作时间，提高生产效率和自动化程度。

③连续培养生产出的发酵产品，质量比较稳定。

但是，连续培养也存在菌种易于发生变异并染上杂菌等特点。

（连续发酵概念：在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基，同时以相同流量从发酵罐中取出培养液。

连续发酵特点：添加培养基的同时，放出等体积发酵液，形成连续生产过程，获得相对稳定的连续发酵状态。

连续发酵类型：单级、多级连续发酵）第九章发酵供养一、呼吸强度、耗氧速率概念及其相互关系呼吸强度：指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以QO2表示，单位为mmol/(g.h)。

耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r表示，单位为mmol/(L.h)。

关系：耗氧速率取决于呼吸强度和菌体浓度。

二、临界氧浓度概念：微生物的耗氧速率受发酵液中氧的浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，这一溶氧浓度叫做临界氧浓度，三、氧的传递阻力1.供氧方面的阻力（１）氧膜阻力 1/k1，为气体主流及气—液界面间的气膜阻力，与空气情况有关。

（２）气液界面阻力1/k2，与空气情况有关，只有具备高能量的氧分子才能透到液相中去，而其余的则返回气相。

（３）液膜阻力1/k3，为从气—液界面至液体主流间的液膜阻力，与发酵液的成分和浓度有关。

（４）液流阻力1/k4，液流阻力也是与发酵液的成分和浓度有关的，通常它不作为一项重要阻力，因在液体主流中氧的浓度是假定不变的。

当然，只有在适当搅拌情况下才如此。

２．耗氧方面的阻力（１）细胞周围液膜阻力1/k5，细胞周围液膜阻力同样与发酵液的成分和浓度有关。