《发酵工程》复习资料

发酵工程需要掌握的知识点

1、发酵：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，统称为发酵。

2、发酵工程：是利用微生物生长与代谢活动，通过现代工程技术手段进行工业规模生产的技术。由于它以培养微生物（发酵）为主，所以习惯上也称为微生物工程。

3、发酵工程研究的内容

（1）工业生产菌种的选育。（2）最佳发酵条件的选择和控制。（3）生化反应器（发酵罐）的设计。（4）产品的分离、提取及精制等过程。

4.获得一种发酵产品应具备的条件

1)适宜的微生物; 2)保证或控制微生物进行代谢的各种条件;3)进行微生物发酵的设备;4）精制成产品的方法和设备

1、工业微生物菌种的分离筛选方法

1)简单平板分离法:变色圈、抑菌圈、透明圈(水解圈)、生长圈法。 2）稀释分离法

3）平板划线分离法 4）涂布分离法 5）毛细管分离法6)小滴分离法

2、几种鉴别圈的概念和鉴别的原理

（1）透明圈：在固体培养基中加入酶作用的底物或其他物质（都能使培养基产生浑浊）培养微生物，能够利用此底物的酶的产生菌得以生长或微生物能利用此种物质，则在其菌落周围形成一个透明的圈，叫透明圈，也叫水解圈。

（2）变色圈：在菌体筛选中直接用显色剂或指示剂掺入培养基中或喷洒已生长的菌落的培养基表面，由于培养基中所筛选出的微生物产生酸或碱性物质从而使培养基的pH值降低或升高，由于显色剂在不同pH值条件下显色不同，从而形成围绕菌落周围的变了颜色的圈叫变色圈。。

（3）抑菌圈：有害菌与能够产生抑菌物质的微生物菌种一起在固体培养基上进行培养时，则在产生抑菌物质的微生物菌落周围产生一个透明的圈（即有害微生物不能生长的形成的圈）叫抑菌圈。

(4〉生长圈：利用某些具有特殊营养要求的微生物为工具菌（如营养缺陷型菌株）若分离的微生物能在一般的培养条件下（缺乏上述营养要求的物质）生长而合成该物质，则能使工具菌生长，则在分离的微生物的菌落周围形成工具菌的生长圈，这种圈叫生长圈。

3、种子扩培的概念

种子的扩大培养就是把保藏的菌种，即砂土管，冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化，再经过扁瓶或三角瓶和种子罐，逐级扩大培养后达到一定的数量和质量的纯种培养过程。

4、种子扩培的的一般步骤

(1)在砂土管或冷冻干燥管内保藏的菌种以无菌的方式接至适合的斜面培养基上，进行活化培养。(2)将生长良好的斜面的孢子或菌丝体转种到扁瓶固体培养基或药瓶液体培养基中进行扩大培养,完成实验室种子制备。（3）将扩大培养的孢子或菌丝体接种到一级发酵罐,制备生产用种子。(4)制备好的种子转种至发酵罐中进行发酵。

5、影响种子质量的因素、如何保证种子的质量

影响种子质量的因素：

（1）培养基：原材料质量即用于制备种子的原材料质量。一般要碳源少些，氮源多些，有利于菌体的培养。但要进行优选和对比试验确定。（2）pH值：要适宜。以利于获得最大比生长速率和适当的菌体量，同时最后一级种子的培养基要与发酵培养基的pH值接近。（3）培养条件：温度尤其是斜面的培养温度；斜面的湿度。（4）通气与搅拌：种子罐培养时的通气量。（5）培养时间。（6）斜面冷藏时间：越长其生产能力下降越多。（7）接种量和接种龄。

如何保证种子的质量 1.菌种稳定性的保持 1）生产上每年都应进行一次菌种复壮。复壮方法：即对菌株进行自然分离。将保藏菌株溶于无菌的生理盐水中，逐级稀释，然后在培养皿琼脂固体培养基上划线培养，长出菌落，选择形态优良的菌落接入三角瓶进行液体摇瓶培养，检测出生产率高的菌种备用。2）控制传代次数：避免不必要的移种和传代，尽量降低菌种衰退的机率，将必要的传代降到最低水平。

2.无杂菌检查：在种子制备过程中，每移种一次均需要进行种子是否染菌的检查。以便在出现问题后，查找原因。方法： 1）种子液显微镜观察。2）无菌试验：显微镜观察，或将种子涂在平板上划线培养、斜面培养、酚红肉汤中培养，观察有无异常菌落，定时检查，防止漏检。3）对种子液进行生化特性分析：主要是取样测定其营养消耗的速度、pH变化、溶氧利用情况、色泽、气味是否异常等。

1、微生物代谢调节：是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。

微生物代谢的控制：是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。

提高初级代谢产物的方法：

1）使用诱导物。 2)除去诱导物——选育组成型产生菌。改变菌株的遗传特性，除去对诱导物的需要。

3)降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生。4)解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株：

①直接以末端代谢产物为底物来筛选抗阻遏突变株。②选育结构类似物抗性菌株。5)解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株：①选育对末端产物有抗性的突变株②选育营养缺陷型。6)防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株：①选育双重营养缺陷型。②可在培养液中加入适量结构类似物，以防止抗结构类似物的高产菌株的回复突变株的增殖。③利用高产株和回复突变株对抗生素敏感性的不同，加适量抗生素防止回复株增殖。④负变菌株的回复突变株可用来提高代谢产物的过量产生。7)改变细胞膜的通透性。8)筛选抗生素抗性突变株。9)选育条件抗性突变株。10)调节生长速率:改变培养条件如温度、供氧量等以控制生长速率，能获得一定效果。11)加入酶的竞争性抑制剂。

掌握初级代谢产物的合成与微生物生长的动力学关系类型。在生产中如何利用此理论？

类型:按照产物生成与菌体生长是否同步分类：生长关联型 (Ⅰ型）、生长无关联型（Ⅱ、Ⅲ型）

（1）生长关联型：产物形成与生长有关，如酒精、某些酶等。

（2）非生长关联型：产物的形成速度与生长无关，只与细胞积累量有关。如，抗生素。

生产中的应用:如果生产的产品是生长关联型（如菌体与初级代谢产物），则宜采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期；如果产品是非生长关联型（如次级代谢产物），则宜缩短对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后延长平衡期，以提高产量。

·按照菌体生长、碳源消耗和产物形成的变化分类:I型、II型、III型

2、微生物的次级代谢：是指存在于某些生物中，并在它们一定的生长时期内出现的，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物无明确功能的物质的过程。

提高次级代谢产物的方法：1）补加前体类似物。 2）加入诱导物。 3）防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生。 4）防止氮代谢阻遏的发生：①避免使用高浓度的铵盐做氮源以防止氮代谢阻遏的发生。

②使用亚适量(对菌体生长)的磷酸盐。 5）筛选耐前体或耐前体类似物的突变株。 6）选育抗抗生素突变株。 7）筛选营养缺陷型的回复突变株。 8）抗毒性突变株的选育

3.反馈抑制：是指合成途径的末端产物对前段的某一个酶(往往是代谢途径的第一个酶)活性的抑制。种类：直线代谢途径中的反馈抑制和分支代谢途径中的反馈抑制。

分解代谢物阻遏：指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。

分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直接作用的结果，而是通过甲碳源（或氮源等）在其分解过程中所产生的中间代谢物所引起的阻遏作用。

3、微生物代谢调节的途径有哪些？

初级代谢调节的方式：1）酶活性的调节: ①酶活性的激活：前体激活和代谢中间产物的反馈激活。②酶活性的抑制：主要是反馈抑制。包括直线代谢途径中的反馈抑制和分支代谢途径中的反馈抑制。 2)酶合成的调节：①酶合成的诱导 A 同时诱导。B 顺序诱导。②酶合成的阻遏。酶合成反馈阻遏的两种类型：A、末端代谢产物阻遏。B、分解代谢产物阻遏。3)能量负荷调节。

次级代谢的调节：1）初级代谢对次级代谢的调节。 2)碳源代谢产物的调节。 3)氮代谢物的调节作用。

4)磷酸盐的调节。 5)细胞膜透性的调节。

1、培养基的概念：是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。