发酵工艺重点知识

绪论

发酵：广义——通过微生物的培养使某种特定代谢产物或菌体本身大量积累的过程。

狭义——厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下进行能量代谢并获得能量的一种方式。

发酵食品：是指经过微生物（细菌、酵母和霉菌）或酶的作用，使加工原料发生一系列生物化学变化及物理变化而制成的具有独特风味和特有风格的食品。（酒：酵母，酸奶：乳酸菌，醋：醋酸菌等）

功用：与普通食品相比，发酵食品作用：

（1）保留原来食物中的活性成分，分解某些对人体不利的因子。

（2）提高食物营养素的利用程度。（3）VB12较为丰富。（4）脂肪含量较低。（5）有一定的保健作用。

发酵工业：指利用生物的生命活动产生的酶，将无机或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。（产品包括食品、保健品

药品、生物制品等。）

与化学工业相比，食品发酵与酿造的特点：

安全简单原料广泛反应专一代谢多样易受污染菌种选育

菌种选育、保藏与复壮

微生物杂交育种含义、使用的培养基、方法

含义：两个基因型不同的菌株通过吻合（接合）使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。

杂交育种目的：（1）使不同菌株的遗传物质进行交换和重新组合，从而改变原有菌株的遗传物质基础，获得杂种菌株（重组体）。（2）把不同菌株的优良性状汇集重组体菌株中，提高产量和质量，甚至改变菌种特性，获得新的品种。（3）获得的重组体对诱变剂的敏感性得以提高和恢复，以便重新使用诱变方法进行选育。

在杂交育种中通常使用的培养基（1）完全培养基(CM)：含有糖类、多种氨基酸、维生素及核酸碱基及无机盐等比较完全的营养基质，野生型和营养缺陷型菌株均可生长。(2) 基本培养基(MM)：只含纯的碳源、无机氮和无机盐类，不含有氨基酸、维生素、核苷酸等有机营养物，营养缺陷型菌株不能在其上生长，只允许野生型生长。(3) 有限培养基(LM)：在基本培养基或蒸馏水中含有10％一20％完全培养基成分。(4) 补充培养基(SM) (鉴别培养基)：在基本培养基中加入己知成分的氨基酸、维生素等，通常用作鉴别分离子。

杂交育种的方法细菌杂交放线菌的杂交霉菌的杂交

营养缺陷型菌株筛选方法、检出方法

营养缺陷型的筛选青霉素法菌丝过滤法差别杀菌法饥饿法

营养缺陷型的检出夹层培养法限量补充法逐个检出法影印平板法

检定(生长谱法) 1）制备基本培养基；2）加充分洗涤菌悬液；3）加待测营养物；4）观察生长。

原生质体融合育种含义及育种中出现的问题及解决办法

含义：通过人为方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体融合,继而遗传重组,借以获得兼有双亲性状,遗传性稳定的融合子的过程。

基因重组育种步骤

工业菌种保藏的方法有哪些？

1.低温保藏法

2.低温定期移植法

3.石蜡油低温保藏法

4.干燥保藏法

5.甘油管保藏法

6.真空冷冻干燥法

7.液氮超低温保存

菌种复壮措施 1.菌种的提纯从已衰退的菌种中，通过分离纯化，将尚未退化的个体分离出来，以恢复和建立具有原来生产性状的群体，继续供科研及生产使用。

2.通过寄主体进行复壮用菌种感染菜青虫幼虫等，然后从致死的虫体上重新分离，经过几次重复感染与分离，就可以逐步恢复和提高毒力。

3.淘汰已衰退的个体通过物理、化学的方法处理菌体(或孢子)，使大部分死亡(80%以上)，存活的菌多为生长健壮者，可从中选出优良菌种。

反馈抑制的类型：直线式代谢途径中的反馈抑制分支代谢途径中的反馈抑制

同工酶调节协同反馈抑制合作反馈抑制累积反馈抑制顺序反馈抑制

代谢控制在工业发酵中的应用包括哪几个方面？

应用营养缺陷型菌株解除反馈调节应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节利用基因重组技术筛选新菌种

进一步了解操纵子学说

酶合成调节的机制：操纵子学说

操纵子由启动基因、操纵基因和结构基因组成。

诱导型操纵子：效应物存在导致基因表达。

阻遏型操纵子：效应物存在导致基因表达的关闭。

操纵子学说概述：Jacob－Monod模型

操纵子（operon）：是基因表达和控制的一个完整单元，其中包括结构基因，调节基因，操作子和启动子。

①结构基因(structural genes)：是决定某一多肽的DNA 模板，可根据其上的碱基顺序转录出相应的mRNA，然后再可通过核糖体转译出相应的酶;（编码蛋白质的DNA序列）②启动子(promoter)：能被RNA聚合酶所识别的碱基顺序，是RNA聚合酶的结合部位③操纵子（operator）：位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，是阻遏蛋白的结合位点，能通过与阻遏物相结合来决定结构基因的转录是否能进行；

④调节基因（regulator gene）：用于编码组成型调节蛋白的

基因，一般远离操纵子,但在原核生物中,可以位于操纵子旁边,编码调节蛋白。

和转录起点；（在许多情况下还包括促进这一过程的调节蛋白结合位点。）

发酵与酿造工程学基础及主要设备

—、原料处理设备

（一）原料粉碎设备1.锤式粉碎机2.辊式粉碎机

（二）原料输送设备1.气流输送2.机械输送

二、固体发酵设备：曲盘、帘子、厚层通风制曲设备

三、机械搅拌通风发酵罐(生物反应器）

四、空气净化系统

五、培养基灭菌系统

六、产物分离与提取设备

机械搅拌通风发酵罐(生物反应器）

生产车间种子制备应注意哪三个问题？

1.种子罐级数的确定2

2.接种龄

3.接种量(p69)

目前发酵工艺方法有哪些？

按照发酵中对氧气的需求：好氧发酵和厌氧发酵

按照生产情况：连续式、批量式和半连续式发酵

发酵液预处理的目的和方法。

目的：改变发酵液的物理性质，促进从发酵液中分离固形物的速度，实现工业规模的过滤；尽可能使产物转入便于以后处理的相中；去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。

处理方法：完全决定于可分离物质的性质。如对PH和对热的稳定性、是蛋白质还是非蛋白质的本性、分子量大小等。掌握发酵工艺的影响因素及控制措施温度对发酵的影响及其控制培育耐高温的微生物菌种。安装热交换设备，例如采用夹套、排管或蛇管进行调温，冬季发酵时空气还需进行加热。综合考虑，通过大量的生产实践确实掌握发酵的规律。近年来利用计算机模拟最佳的发酵条件。

溶解氧浓度对发酵的影响及监控发酵器设计上：搅拌器。工艺控制上：多采用改变通气量、搅拌速度和培养液的黏度。

pH对发酵的影响及其控制(1)调节培养基的原始pH，或加入缓冲溶液(如磷酸盐)制成缓冲能力强、PH变化不大的培养基。(2)选用不同代谢速度碳源和氮源种类和比例。(3)在发酵过程中加入弱酸或弱碱进行pH调节、进而合理地控制发酵过程，也可通过调整通风量来控制PH。（4）应急措施

二氧化碳对发酵的影响及控制通气搅拌：增加溶解氧，排出CO2.

碱中和：针对碳酸引起PH下降问题，但不能用CaCO3

基质浓度对发酵的影响及补料控制碳源：种类：速效、迟效、混合碳源。浓度：适当。过于丰富或者不足都是不利的。控制：中间补料。氮源：种类：速效、迟效氮源。控制：补充无极氮：氨水、尿素。补充有机氮：酵母粉、玉米浆磷酸盐：磷是核酸的成分之一，是微生物生长必需的元素，也是合成代谢产物所必需的，但不同微生物生长和代谢需要浓度相差较大控制：中间补料，少量多次，可避免中间补料对发酵造成抑制或阻遏

发酵过程泡沫产生的原因及消泡方法。

产生原因由外界引进的气流被机械地分散形成发酵过程中产生的气体聚集形成的发酵泡沫培养基的物理化学性质对于泡沫的形成及多少有—定影响。（蛋白质原料、葡萄糖、糊精）细菌本身有稳定泡沫的作用。特别是当感染杂菌和噬菌体时，泡沫特别多，发酵条件不当，菌体自溶时泡沫也会增多

泡沫消除方法物理消泡利用改变温度等方法，使泡沫强度或弹性降低，从而使泡沫破裂。应用较少机械消泡靠机械力打碎泡沫或改变压力，促使气泡破裂化学消泡使用化学消泡剂进行消泡的方法。发酵工业上常用的消泡剂主要有四类。

发酵动力学的意义

发酵过程设计。

利用电子计算机，模拟最优化的工艺流程和发酵工艺参数，从而使生产控制达到最优化。

为试验工厂数据的放大、为分批发酵过渡到连续发酵提供理论依据。

什么是分批发酵？

所谓分批发酵，是指在灭菌后的培养基中，接种以某种活的生产菌，而不再向发酵液加入或移出任何物质(如果是需氧微生物，则需不断供入氧气)的培养方式。

分批发酵有哪些特点？

微生物所处的环境是不断变化的可进行少量多品种的发酵生产发生杂菌污染能够很容易终止操作. 当运转条件发生变化或需要生产新产品时，易改变处理对策对原料组成要求较粗放

在连续培养处于稳定状态时会出现什么样的现象？为什么？

连续发酵技术也存在一些问题，其中最主要的是菌种的稳定性问题：杂菌污染生产菌株突变在分批培养中，任何能在发酵培养液中生长的污染物将存活和开始积累，但在连续培养中污染物能否生长取决于它在培养环境中的竞争能力。