建筑工程管理发酵工程复习重点

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1、（建筑工程管理） 发酵工程 复习重点 （建筑工程管理） 发酵工程 复习重点 微生物生物技术重点 第壹章第壹章 1 发酵的概念发酵的概念 传统概念：指酵母作用于果汁或发芽谷物，进行酒精发酵时产生 CO2 的现象。 生物学概念：发酵是指微生物在无氧条件下分解代谢有机物质释放能量的过程。 （生化） 工业生物学家概念 ： 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 现代概念：培养生物细胞（含动植物和微生物）来制取产物的所有过程 2 生物工程（Microbialengineering）生物工程（Microbialengineering）是利用微生物的特定性状和功能，通过现

2、代化工程技 术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系 ； 是将传统发酵和现代 DNA 重组、细胞 融合、分子修饰和改造等新技术结合且发展起来的现代发酵技术。 发酵工程的发展简史 1、传统的发酵时期天然发几千年 酒（古埃及龙山文化）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等 特点 多数产品为嫌气性发酵 非纯种培养 单凭经验传授技术，使产品质量不稳定 （不了解微生物和发酵的关系） 2、近代发酵工程时期纯培养技术 1665 英国物理学家 RobertHooke（罗伯特胡克）细胞壁 1680 荷兰列文虎克(AntonievanLeeuwenhoek)活细胞人类认识到微生物的存在 特点 多数产品为嫌气性发酵 非纯种

3、培养 单凭经验传授技术，使产品质量不稳定 （不了解微生物和发酵的关系） 由天然发酵阶段转向纯培养发酵（第壹次转折 过程特点 产品的生产过程较为简单，对生产要求不高，规模不大 3、近代发酵工程时期深层培养技术 出现于 20 世纪 40 年代，以抗生素的生产为标志青霉素的发现和大量需求 表面培养法(surfaceculture)效价 40U/mL，纯度 20%，收率 30% 二战期间，青霉素发酵生产成功 青霉素发酵生产的成功，给发酵工业带来俩大功绩： 开拓了以青霉素为先锋的庞大抗生素发酵工业 建立深层培养法（submergedfermentation） ，把通气搅拌技术引入发酵工业。它使得需氧菌

4、的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。 通气搅拌液体深层发酵技术是现代发酵工业 最主要的生产方式 机械搅拌通气发酵技术的建立是第二次转折 4、近代发酵工程时期代谢控制发酵技术 定义 ： 以动态生物化学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某 种产品的突变株，再在人工控制的条件下培养，即能选择性地大量生产人们所需要的物质。 1956 日本人 Kinoshita（木下祝郎）谷氨酸发酵 已用于氨基酸、 核苷酸、 有机酸以及壹部分抗生素的发酵代谢控制发酵技术的建立是第三次 转折 5、近代发酵工程时期连续化、自动化发酵技术 6、近代发酵工程时期开拓发酵原料时期 7、现代发酵工程时

5、期现代分子生物学技术 定义 ： 应用分子生物学和分子遗传学的方法，人为的将任意生物的特定又有用的遗传基因组 合到特定微生物的基因中去，在分子水平上选育新的物种，创造新的微生物，从而达到定向 改变自然界微生物所不能合成的产物。 （基因工程阶段） 现代分子生物学技术的应用是第四次转折 初级代谢产物： 指微生物从外界吸收各种营养物质， 通过分解代谢和合成代谢， 生成维持生命活动所需要的 物质，如氨基酸、核苷酸、脂类、有机酸、糖等，即为初级代谢产物 次级代谢产物： 指某些微生物在壹定的生长时期（通常是稳定期） ，能合成壹些具有特定功能的产物，而这 些产物和微生物的生长繁殖无明显关系，如抗生素、色素、生

6、物碱、胞外多糖等，即为次级 代谢产物 比较初级代谢产物和次级代谢产物 初级代谢产物： 和菌体生长相伴随的产物， 氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、溶剂 菌体对其合成反馈控制严密，壹般不过量积累 次级代谢产物： 和菌体生长不相伴随，以初级代谢产物为原料而合成 抗生素、生物碱、毒素、胞外多糖等 结构常较复杂对环境条件敏感 甾体转化 化学转化 ： 步骤繁多、 得率低、 价格昂贵 （Savett,576kg 脱氧胆酸， 30 多步反应， 俩年938mg 醋酸可的松） 生物法 ： 高效、收率高（1952 年，Munrry 等，黑根霉，仅 1 步就将孕酮 11 位上导入壹个羟 基，使从孕酮合成皮质酮只需 3

7、 步，这样才使可的松问世） 第二章第二章 发酵工业对微生物菌种的要求 1 1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，且形成所需的代谢产物，产量高 2 2、能够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 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 4、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体 5 5、菌种纯，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性 6 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 细菌、酵母菌、霉菌和放线菌 细菌 1细菌 1、枯草芽孢杆菌 Bacillussubtilis 生芽孢、需氧菌，G+，30-3

8、9， pH6.7-7.2 分布广，常存在于枯草、土壤等，壹般为腐生菌；生产各种酶制剂： 如淀粉酶和蛋白酶 2、大肠杆菌 Escherichiacoli 可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬 氨酸等大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在工业上被用来进行谷氨酸的定量分析基因工 程的很好材料 3、乳酸杆菌(Lactobacillussp.)革兰氏阳性，无芽孢，厌氧或兼性厌氧可 生产乳酸干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作 6、醋酸杆菌(Acetobacter)不形成芽孢，G，好气性分俩群： 1）只将乙醇氧化成醋酸 2）将产生的醋酸继续氧化成 CO2 和水可生产醋酸 7、棒状杆菌(Corynebacterium

9、)以葡萄糖为原料发酵产生酸，是谷氨酸和 其他氨基酸的高产菌生产谷氨酸等 9、黄单胞菌(Xanthomonas)细胞直杆状，G，无芽孢，极生鞭毛在含蔗糖 的琼脂平板上形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄色菌落；液体培养形成黄色粘 稠的胶状物荚膜多糖，其黄色为壹种水溶性色素野油菜黄单胞菌 (X.campestris)能够淀粉生产黄原胶(Xanthangum) 放线菌放线菌 链霉菌属(Streptomyces)链霉菌属(Streptomyces) 灰色链霉菌(Streptomycesgriseus)(Streptomycesgriseus)生产链霉素 金霉素链霉菌(Streptomycesaureofa

10、ciens)(Streptomycesaureofaciens)在 PDAPDA 培养基上生长时，基内 菌丝产生金黄色色素 生产金霉素红霉素链霉菌(Streptomyceserythreus)(Streptomyceserythreus)产红霉素 龟裂链霉菌(Streptomycesrimosus)(Streptomycesrimosus)菌落灰白色，表面后期有皱折，呈龟裂 状生产土霉素 小单胞菌属(Micromonospora)(Micromonospora) 和壹般放线菌不同，菌丝体长入培养基内，不形成气生菌丝，而在基内菌 丝体上长出孢子梗，其顶端生壹个球形、椭圆形孢子。菌落致密，和培养

11、基紧密结合在壹起，表面凸起，多崎岖，疣状；菌落常为橙黄色、红色、 深褐色、黑色和兰色。 酵母菌酵母菌 啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)(Saccharomycescerevisiae) 啤酒酵母在液体培养基中的生长行为有俩类 上面酵母发酵度较高，不易凝集沉淀，浮于上面 下面酵母发酵度较低，易凝集沉淀 啤酒酵母的应用非常广，常用于传统的发酵行业，如啤酒、白酒、果酒、 酒精、药用酵母、面包制作，故又称酿酒酵母。 5、假丝酵母(Candida)能形成假丝，液体培养时能形成浮膜 可生产 SCP、甘油、脂肪酶 毕赤氏酵母(Pichia) 霉菌霉菌曲霉 Aspergillus 米

12、曲霉(Aspergillusoryzae)有较强的蛋白分解能力， 同时又具有糖化能力 ； 酿酒中的糖化菌；蛋白酶和淀粉酶的生产菌；仍能够用于 L-乳酸的生产 黑曲霉(Aspergillusniger) 1 具有多种强大的酶系，如淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶和葡萄糖 氧化酶等； 2 仍能产生多种有机酸，如抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖酸和没食子酸等 3 是生产柠檬酸和葡萄糖酸的重要菌种 产黄青霉(Penicillumchrysogenum)生产青霉素， 也可用来生产葡萄糖氧化 酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸 橘青霉(P.citrinum): 许多菌系可产生橘霉素，也能产生脂肪酶、葡萄糖氧化酶和凝乳

13、酶 微生物工程工业生产水平的三个决定要素: 1 生产菌种的性能 2 发酵和提取工艺条件 3 生产设备 分离和筛选菌种的具体做法壹般分 4 4 个步骤： 样品采集增殖培养纯种分离生产性能测定 富集(enrichment)(enrichment)培养 是在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计壹种选择性培 养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数 量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，以利分离到所需 的菌株。 目的菌种的分离和筛选 分离的效率取决于培养基养分、pHpH 值和加入的选择性抑制剂 通常有俩种方法 1 涂布法 将菌液梯度稀释后以灭

14、菌的涂布器涂布于平板培养基表面。 （易污染菌落， 且壹种菌/ /平板） 2 影印平板法 把长有许多菌落的母培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的圆木柱上，然后把这 壹“印章”上的细菌壹次接种到壹系列选择培养基平板上。 （不适用不长孢子的 链霉菌和游动细菌） 可显著提高分离筛选效率的方法有 1、透明圈法 在平板培养基中加入溶解性较差的底物，使培养基混浊能分解底物的微生 物便会在菌落周围产生透明圈，圈的大小初步反应菌株利用底物的能力。 2、变色圈法 对于壹些不易产生透明圈产物的产生菌，可在底物平板中加入指示剂或显 色剂，使目的微生物菌落周围呈现变色圈，从而能被快速鉴别出来； 3、生长圈法 通常用于分离筛选氨

15、基酸、核苷酸和维生素的产生菌 将待检菌涂布于高浓度指示菌且缺少所需营养物的平板上进行培养，若某 菌株能合成平板所需的营养物， 在该菌株的菌落周围便会形成壹个混浊的生长圈 4、抑菌圈法 常用于抗生素产生菌的分离筛选 据估计，筛选 1 万个菌株才能得到 1 株有用的抗生素产生菌；因此，设计 壹个准确、快速的筛选模型十分重要。 抑菌圈法是常用的初筛方法。若被检菌能分泌某些抑制菌生长的物质，如 抗生素等，便会在该菌落周围形成指示菌不能生长的抑菌圈 菌种选育定义： 应用微生物遗传和变异理论，用人工方法( (或自然变异的方法) )造成变异， 再经过筛选以得到人们所需菌种的过程。菌种选育的目的是：a.a.为

16、了不断提高发 酵工业产品的产量和质量；b.b.增强对所用原辅料的适应性；c.c.增强对不良培养条 件的抵抗；d.d.缩短生产周期；e.e.简化发酵和下游处理工艺。 诱变育种就是利用物理或化学诱变剂等处理均匀分散的微生物细胞群，促 使其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数 符合育种目标的突变株用于生产和研究 表型迟延现象：指某壹突变在 DNADNA 复制和细胞分裂后，才在细胞表型上显 示出来，造成不纯的菌落的现象。 （如多核） 生理性延迟现象：菌体虽然发生了突变，且且突变基因由杂合状态变成了 纯合状态，但仍然不表现突变性状。如营养缺陷型 凡能引起生物体遗传物质发生变异的因素，统称诱变剂 分为物理化学生物诱变剂（亚硝酸盐） 菌种退化通常指在较长时期传代保藏后，菌株的壹个或多个生理性状和形 态特征逐渐减退或消失的现象。 防止菌种退化的方法 控制传代次数 合理的育种：单核（避免表型延迟） 选用合适的培养基 创造良好的培养条件 采用有效的菌种保藏方法及多种保藏方法 菌种的复壮 在菌种的生产性能尚未衰退前，就经常有意识的进行纯种分离和生产性能 的测