发酵总结

培养基是指人工配制的供微生物或动植物细胞生长、繁殖、代谢和合成各种产物的营养物质和原料。同时，培养基也为微生物等提供除营养外的其它生长所必须的环境条件
分为孢子培养基、种子培养基、发酵培养基
培养基的成分碳源，氮源，无机盐及微量元素，生长因子，前体，促进剂，抑制剂，水
按组成分合成培养基和天然培养基；按状态分固体培养基 半固体培养基和液体培养基
糖蜜分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜
糖蜜的前处理方法有冷酸通风处理法 热酸处理法 添加絮凝剂澄清处理法
淀粉在发酵之前必须将淀粉质原料水解为葡萄糖，才能使用。方法有酸解法（酸糖化法），酶解法（双酶法），酸酶结合水解法 排序：双酶法＞酸酶法＞酸法。
无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化。有机氮源除含有丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸外，往往还含有少量的糖类、脂肪、无机盐、维生素及某些生长因子。
葡萄糖效应：过多的葡萄糖会过分加速菌体呼吸，导致培养基中的溶解氧不能满足需要，葡萄糖不完全氧化的中间产物导致培养基pH值下降，从而抑制菌体生长和产物合成。
促进剂：是指那些既不是营养物，又不是前体，但却能提高产量的添加剂。
抑制剂：抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，从而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一代谢中间物积累。
前体：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，其自身的结构并没有太大变化，却能提高产物的产量，这类小分子称为前体。
分批灭菌：指将配制好的培养基输入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和设备一起进行灭菌的过程
连续灭菌：是将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌。
培养基设计时的注意事项 ：
注意各成分之间的配比合适。
注意控制合适的pH。
避免产生微生物不能利用的物质或形成沉淀。
注意代谢调节物的影响。
注意金属离子的影响。
原料的预处理和质量
灭菌
灭菌方法：化学药剂灭菌，射线灭菌，干热灭菌，湿热灭菌，过滤除菌
培养基灭菌：空罐灭菌（空消），分批灭菌（实消，步骤为升温，保温，冷却），连续灭菌（连消，步骤为预热，加热，保温，冷却）
空消：当培养基（或物料）尚未进罐前对罐（包括种子罐、发酵罐、补料罐、消泡罐等）进行预先灭菌，是空罐灭菌。
实消：又称实罐灭菌、实消，是指将配制好的培养基输入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和设备一

起进行灭菌的过程
连消：是将配制好的
培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌。

微生物育种方法主要由：诱变发，细胞融合法，基因工程法
生物转化是指利用微生物细胞的一种或多种酶，作用于一些化合物的特定部位（基团），使它变成结构相类似但具有更大经济价值的化合物的生化反应。
富集培养：是指给混合菌群提供有利于目的菌株生长或不利于其它菌株生长的条件，使目的微生物数量增加的技术。
分离方法：用固体培养基分离，用液体培养基分离，利用平皿中的生化反应进行分离，组织分离，单细胞（孢子）分离
用固体培养基分离：涂布平板法，稀释倒板法，平板划线法
用液体培养基分离：稀释法
利用平皿中的生化反应进行分离：透明圈法，变色圈法，生长圈法，抑菌圈法
组织分离：发病组织的分离方法，食用菌孢子分离法
单细胞（孢子）分离：毛细管分离法，小滴分离法，显微操作法
野生型目的菌株的筛选和菌株鉴定：初筛，复筛，菌株鉴定
初筛：从大量分离到的微生物中将具有合成目的产物的微生物筛选出来的过程。
复筛：对初筛剩下的较好的菌株（10~15%）进行摇瓶培养，发酵液采用精确分析方法测定目的产物产量，选择优良的菌株2~3株。
初筛以量为主，对培养液进行初步的定性测定（培养皿或摇瓶）。复筛以质为主，对培养液进行精确的定量分析测定（摇瓶）
自发突变：是指微生物在没有人工参与下自然发生的低频率突变。
诱变育种：利用诱变剂处理微生物细胞，使其发生诱发突变，再通过筛选获得所需的高产优质菌种的育种手段。
烷化剂类诱变剂：能引起高频度的碱基对转换突变，易发生回复突变。
物理诱变剂、吖啶类诱变剂：能引起染色体损伤、移码突变，不易发生回复突变。
杂交育种：是指将两个基因型不同的菌株经某些方式使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。
原核微生物杂交育种方式：接合、转化、转导、溶原转变、转染；酵母菌和霉菌：利用有性生殖或准性生殖，通过接合、染色体交换、分离形成重组体
原始亲本：是指杂交育种中具有不同遗传背景的优质出发菌株。直接亲本：是指杂交育种中具有遗传标记和亲和能力而直接用于杂交配对的菌株。
原生质体：是指除去原有细胞壁后，得到的仅有一层细胞膜包裹的原生质部分。
原生质体再生育种：是指微生物制备原生质体后直接再生，从再生菌落中分离筛选变异菌株，最终得到优良性状提高的正变菌株。
原生质体诱变育种

：将菌株制备成原生质体后，采用物理或化学诱变剂处理，然后分离到再生培养基
中再生，从再生菌落中筛选高产突变菌株。
原生质体转化育种：用整条染色体DNA、片断DNA或质粒DNA转化原生质体，进而发生同源序列的交换和重组。
原生质体融合育种：在助融剂或电场作用下，使遗传性状不同的两亲本细胞的原生质体相互接触，融合成一个细胞，然后核融合，最终双亲基因组融合，DNA交换、重组并产生新性状。优点：大幅度提高亲本之间重组频率；扩大重组的亲本范围；集中优良性状机会更大；具有定向育种含义
基因工程（重组DNA技术）：指对遗传信息的分子操作或加工，即把分离到的或合成的基因经过改造，插入到载体中，然后导入宿主细胞内，使其扩增和表达，从而获得大量基因产物或产生生物新的性状
蛋白质工程：是指根据蛋白质的精细结构和生物活力作用机制之间的关系，利用遗传和化学的手段，按照人类需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
DNA Shuffling技术（洗牌技术）：是指DNA 分子的体外重组，是基因在分子水平上进行有性重组。通过改变单个基因原有的核苷酸序列，创造新基因，并赋予表达产物以新功能
常用的菌种保藏方法：斜面低温保藏法，石蜡油封存法，砂土管保藏法，真空冷冻干燥保藏法，液氮超低温保藏法，-80℃低温冷冻保藏法


种子扩大培养：是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养，最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。
工业微生物的培养类型：静止培养法（嫌气性发酵），通气培养法（好气性发酵）；通气培养法又分为种子扩大培养阶段，大规模生产阶段；种子扩大培养阶段有固体培养法和液体培养法；大规模生产阶段分为固体培养（分为表面固体培养和深层固体培养），液体深层培养，载体培养
液体深层培养：是利用发酵罐进行培养，从罐底部通气，送入的空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解。
液体深层培养有：分批发酵法（间歇发酵法），连续培养法，补料分批发酵法（流加法）
分批发酵法：空罐灭菌后，装入培养基，接种后培养。培养过程中，培养基成分减少，微生物增殖。
连续培养法：往发酵罐中连续供给新鲜培养基，同时将含有微生物和产物的培养液连续放出。
补料分批发酵法（流加法）：在分批培养时，不断地供给培养基，但产物不到一定时刻不放出

。
种龄：指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
通常，以菌体处于对数生长期，且菌体
量还未达到最高峰时为宜。双种：两个种子罐接到一个发酵罐中。 倒种：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。
呼吸强度：单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量QO2。
耗氧速率：单位体积的培养液在单位时间内消耗氧的量r。
微生物种类不同， QO2不同；对数期早期，QO2达到最大值；相同压力下，二氧化碳溶解度是氧气的30倍，所以必须及时除去二氧化碳，否则会影响微生物的呼吸，甚至是代谢；碳源种类不同， QO2不同，一般，在一定范围内，碳源浓度越高， QO2越大。
呼吸临界氧浓度：指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。
产物的临界氧浓度：指不影响产物合成所允许的最低溶氧浓度。（呼吸临界氧值不一定与产物合成临界氧值相同。）
最适氧浓度：生物合成的最适溶氧浓度范围。
搅拌功率相同时： 粉碎气泡能力：平叶式＞弯叶式＞箭叶式 翻动液体能力：平叶式＜弯叶式＜箭叶式
搅拌器的间距：非牛顿型发酵液（霉菌放线菌，2d以下，粘度大 ，应用大叶径 低转速），牛顿型发酵液（细菌酵母3至4d，粘度小，应用小叶径，高转速）
发酵液中形成的泡沫难以消除，其中的气体无法及时更新，直接影响微生物呼吸；搅拌叶轮处于泡沫包围中，影响气液充分混合，降低氧的传递速率；使用消泡剂可以消除泡沫，但消泡剂用量过大会阻碍菌体对氧和营养物质的吸收
溶解氧的测定：化学法，极谱法，复膜氧电极
摄氧率的测定：瓦勃式呼吸仪，物料衡算法，氧电极法
溶氧系数的测定：亚硫酸盐氧化法，物料衡算法，动态法
空气除菌的方法：加热灭菌，辐射灭菌，静电除菌，介质过滤除菌
空气过滤除菌介质：绝对过滤介质（滤除作用和静电作用），深层过滤介质（主要是介质对颗粒的拦截、颗粒的惯性冲击、布朗运动及颗粒与介质间的静电引力和重力等因素）
纤维状或颗粒状过滤介质：棉花，玻璃纤维，活性炭


发酵热：即发酵过程中释放出来的净热量，是引起发酵过程温度变化的原因。
产生热量：产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量；
散失热量：罐壁散热、水分蒸发、空气排气。产生的热量和各种散失的热量的代数和就是净热量。
生物热：微生物在生长繁殖过程中，本身产生的大量热，称为生物热。
初期：产生热量较少； 对数生长期：产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度； 后期：产生热量不多，温度变化不大，且逐渐

减弱。
搅拌热：机械搅拌通气发酵罐，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、液体与搅拌器等设备之间的摩擦，产生可观的热量。
蒸发热：通气
时，引起发酵液水分的蒸发，被空气和水分蒸发带走的热量叫蒸发热。
辐射热：由于发酵罐内温度与罐外环境的温度差异，而使发酵液中的部分热能通过罐体向外辐射，即为辐射热。
发酵热在整个发酵过程中随时间变化。
大罐：产热量＞散热量，在夹套或蛇管内通入冷却水降温。
小罐：发酵初期或气温较低时：产热量＜散热量，通热水保温。
发酵中后期或气温较高时：产热量＞散热量，通冷却水降温。
延迟期：对温度十分敏感； 对数期：在最适温度范围内提高，不仅利于生长，又可避免热作用的破坏。 后期：生长速度取决于氧而非温度。
金色链霉菌： 可同时产生金霉素和四环素。
低于30℃：金霉素合成能力强；
温度升高：四环素合成比例提高；
高于35℃：只产生四环素。
青霉素产生菌：生长最适温度：30 ℃ ； 青霉素合成最适温度：25 ℃ 。
最适温度：指在该温度下最适于微生物的生长或产物的合成。
接种后培养温度应适当提高，以利孢子萌发或加快菌体生长、繁殖；待发酵液的温度表现为上升时，发酵液温度应控制在菌体最适生长温度；主发酵旺盛阶段，温度应控制在代谢产物合成的最适温度；发酵后期，温度出现下降趋势，直至发酵成熟即可放罐。
青霉素生产菌：生长pH：6.5～7.2；产物合成pH：6.2～6.8
生长阶段：pH有上升或下降的趋势；
生产阶段： pH趋于稳定，维持在最适产物形成的pH范围；
自溶阶段： 氨基氮等增加，pH上升。
当碳源不足时，氮源当碳源利用，pH上升，反之亦然
发酵过程中泡沫的变化：同一浓度下：玉米浆＞花生饼粉＞黄豆饼粉
初期，泡沫的高稳定性与高的表观粘度和低表面张力有关；
随着微生物对碳、氮源的利用，粘度降低，表面张力上升，泡沫减少；
发酵后期，菌体自溶，可溶性蛋白质浓度增加，泡沫上升。
机械消泡：依靠物理学原理，即靠机械力引起强烈振动或压力变化，促使泡沫破裂。优点：不需要引入外来物质，可节省原材料，减少杂菌污染的机会，减少培养液性质的变化，对提取工艺无任何副作用。缺点：效率不高，不能从根本上消除引起泡沫稳定的因素，需要一定的设备，消耗一定的动力。分类：罐内消泡：最简单的是在搅拌轴上方安装消泡浆，随搅拌轴转动时将泡沫打碎。 罐外消泡：将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或离心力消除泡沫后，液体再返回罐内

。
化学消泡：使用化学消泡剂消沫。（消泡剂来源广泛，消泡效率高，作用迅速。）机理：当泡沫表层存在由极性的表面活性物质形成的双电层时：加入具有相反电荷的表面活性剂；或加入某些具有强极
性的物质。当泡沫的液膜具有较大的表面粘度时：加入某些分子内聚力较小的物质。
流加补料：在发酵过程中补充某些营养成分以维持生产菌的生理代谢活动和合成产物的需要。补料内容：碳源，氮源，微量元素和无机盐，诱导物
临界菌体浓度：摄氧速率与传氧速率相平衡时的菌体浓度，即摄氧速率随菌体浓度变化的曲线与传氧速率随菌体浓度变化的曲线的交点所对应的菌体浓度。
初级代谢产物：产物产率与菌体浓度成正比；
次级代谢产物：存在临界菌体浓度，菌浓过高，菌体代谢途径改变，溶解氧传递受限制，产量下降。
基质对发酵的影响及其控制：菌体生长：基质过量时，菌体生长速率与营养成分浓度直接相关；产物形成：培养基过丰富，菌体生长旺盛，粘度增加，传质差，用于非生产的能量增加，对产物合成不利。
迅速利用氮源：氨基（或铵）态氮的氨基酸，硫酸铵，玉米浆等；
缓慢利用氮源：黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉等。
青霉素发酵：
菌体生长时：RQ＝0.909；菌体维持时：RQ＝1；青霉素生产时：RQ＝4。
生产能力（发酵系数）：单位时间内单位罐体积的产物积累量，kg/m3?h。
体积生产率：每升发酵液每小时形成的产物质量。
总生产率：放罐时发酵单位除以总发酵生产时间。
总发酵生产时间：包括发酵周期和辅助操作时间（包括前一批放罐、洗罐及配料、灭菌直至接种前所需时间）。
得率：单位质量营养物质生产得到的产物质量，kg/kg。
实际发酵时间要考虑经济因素，即以最低的综合成本获得最大生产能力的时间为最适发酵时间。
自溶：微生物因养分的缺乏，或处在不利的生长环境下，受其自身的作用开始裂解的过程称为自溶。
自溶的监测：分光光度分析法，成像分析技术，酶学分析法




下游加工过程：从发酵液、反应液或培养液中分离、精制目的产物的过程，称为下游加工过程。
下游加工的一般流程：发酵液的预处理 （去除细胞及不溶性物质）；产品的提取（初步纯化）（去除与目的产物有较大差异的物质）；产品的精制（高度纯化） （去除与目的产物有类似化学性质和物理性质的杂质）；成品加工（得到符合要求的产品）
集成化分离技术：即对已有的两种或两种以上的单元操作进行有效的组合，组成一种有效的单元操作，以达到提高产品收率

、缩短纯化步骤、降低纯化费用和投资成本的目的。
内外产物预处理方法：
胞外产物：尽可能使目的产物转移至液相，然后经固液分离除去固相。
胞内产物：首先收集菌体或细胞，经细胞破碎后，目的产物进入液相，再将细胞碎片分离。
凝
聚：指在电解质作用下，由于胶体之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。
絮凝：指在高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒交联成网，形成较大絮凝团的过程。
凝聚值或凝聚价：表示电解质的凝聚能力，即使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔/升）。
反离子的价数越高，凝聚值就越小，即凝聚能力越强。
阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：Al3+＞Fe3+ ＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+
常用的絮凝剂有：有机高分子聚合物（SDS类），无机高分子聚合物（聚合铝盐），天然有机高分子絮凝剂（明胶），微生物絮凝剂
助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒。加入助滤剂后，悬浮液中大量的细微胶粒被吸附到其表面上，从而改变了滤饼结构，它的可压缩性下降了，过滤阻力降低了。（有纤维素，炭粉，淀粉等）
发酵液的纯化：高价无机离子的去除： Ca2+ ：草酸或可溶性草酸盐； Mg2+：三聚磷酸钠； Fe3+ ：黄血盐（普鲁士蓝）。
蛋白质的去除： 沉淀法 变性法：加热，调节pH，加有机溶剂或表面活性剂；吸附法
固液分离方法：离心分离（单细胞微生物发酵液） 过滤（丝状微生物发酵液
） 错流过滤 双水相萃取 吸附法
过滤式离心机用于处理颗粒较大固体含量较高的场合；沉降式离心机用于液液分离与过滤分离
常用的离心机有：平抛式离心机（是一类结构最简单的实验室常用的低、中速离心机） 碟片式离心机（适用于细菌、酵母菌、放线菌等多种微生物细胞悬浮液及细胞碎片悬浮液的分离） 管式离心机 （特别适合于难以分离而固形物含量＜1%的发酵液的分离。）倾析式离心机（适合于含固形物较多的悬浮液的分离）

澄清过滤：悬浮液通过滤层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清。（适合固体含量少于0.1g/100mL）
滤饼过滤：悬浮液通过滤布时，固体颗粒被阻拦而逐渐形成滤饼，当滤饼至一定厚度时即起过滤作用，可获得澄清滤液。（适合固体含量大于0.1g/100mL）
错流过滤：又称切向流过滤、交叉过滤、十字流过滤，是一种维持恒压下高速过滤的技术。

微生物细胞壁的形状和强度取决于细胞壁的组成及它们之间相互关联的程度。 破碎细胞须克服的主要阻力是连接细胞壁网状结

构的共价键
珠磨法工作原理：将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨，使细胞破碎。（但大分子目的产物较易失活，浆液分离较困难）
高压匀浆法利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环造成细胞破裂。（不适合丝状菌、
较小的革兰氏阳性菌及含有质地坚硬的亚细胞器的细胞的破碎。）
X-press法将浓缩的细胞悬浮液冷却至-25℃形成冰晶体，利用500MPa以上的高压冲击，使冷冻细胞从高压阀小孔中挤出。由于冰晶体的磨损，使包埋在冰中的微生物变形引起细胞破碎。（破碎率高，细胞碎片粉碎程度低，活性保留率高，适应范围广)
超声波破碎法适用范围：杆菌比球菌易破碎，革兰氏阴性细菌比革兰氏阳性细菌易破碎，对酵母菌的效果较差。
酶溶法：利用酶反应，分解破坏细胞壁上的特殊键，从而达到破壁目的。（专一性强，条件温和，浆液易分离，但酶价格高，通用性差）
自溶法：利用微生物自身产生的溶胞酶酶解细胞。
渗透压冲击法：将细胞放在高渗透压的介质中，达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，水迅速进入胞内，引起细胞溶胀，甚至破裂。（此法仅适用于细胞壁较脆弱的细胞，或者细胞壁预先用酶处理，或有缺陷或强度减弱的细胞壁。）
反复冻结—融化法：将细胞放在低温下突然冷冻（约-15℃），然后在室温中缓慢融化，反复多次而达到破壁作用。（此法只适用于细胞壁较脆弱的菌体）