发酵工程期末复习重点

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1、1发酵工程发酵工程第二章第二章 发酵工程菌种发酵工程菌种1、发酵工程菌、发酵工程菌：发酵工业的微生物种类很多，可分为两二类，即可培养微生物和未培养微生物。其中，可培养微生物包括四大类：1）细菌：单细胞原核微生物，分布最广、数量最多，工业上常用的有枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等，用于各种酶制剂、有机酸、氨基酸等； 2）放线菌：单细胞原核，因菌落呈放线状而得名，最大的经济价值在于能产生多种抗生素，常用的放线菌主要来自链霉菌属、小单孢菌属和诺卡菌属，如链霉素、红霉素、金霉素； 3 3）酵母菌）酵母菌：一类单细胞，兼性厌氧，出芽出芽生殖真核微生物，啤酒酵母、假丝酵母、类酵母用于生产啤酒、制

2、造面包、生产脂肪酶和可食用、药用和饲料用酵母菌体蛋白； 4）霉菌：发霉的真菌，根霉、毛霉、红曲霉、青霉，它们广泛用于生产酶制剂等。2、发酵工程菌种的分离筛选：、发酵工程菌种的分离筛选：发酵工业对菌种的要求：1）能在廉价原料制成的培养基上生长，目的产物产量高、易回收；2）生长快，发酵周期短；3)培养条件易于控制；4）抗噬菌体和杂菌污染能力强；5）菌种不易变异退化；6）对放大设备的适应性强；7）菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。 菌种的获得途径：1）从菌种保存机构直接购买（CCCCM 中、ATCC 美） ；2）从自然届分离筛选；3）从发酵水平高的批号中重新进行分离筛选。 菌种的分

3、离筛选过程：样品的采集（土壤、海洋、空气、极端环境微生物、动植物中，总原则是来源越广泛，获得新菌种的可能性越大）-材料的预处理（热处理、膜过滤、离心法、添加几丁质分离放线菌）-富集培养（控制营养成分和条件筛选目的菌）-菌种分离（平板划线分离法、涂布分离法）见 P18-菌种的初筛和复筛-菌种鉴定，确定菌种类型。3、菌种的代谢：、菌种的代谢：1）初级代谢产物：把微生物产生的对自身生长和繁殖必需的物质称为初级代谢产物。2）次级代谢产物：由生物体合成，但对其自身的生长、繁殖和发育并没有影响的一类物质，如抗生素、生物碱、色素、毒素等。 代谢控制机制包括酶合成的调节（诱导和阻遏）和酶活性的调节。4、菌种的

4、选育方法：、菌种的选育方法：自然选育（利用菌种的自然突变而进行菌种的筛选） 、诱变育种（理论基础是基因突变，诱变和筛选不断重复） 、细胞工程育种、杂交育种（将两个基因型不同的菌株接合） 、原生质体融合（去除细胞壁后选 PEG 作为助融剂） 、基因工程育种、蛋白质工程育种、组合生物合成育种（利用重组工程酶对一些药物和化合物直接进行衍生化） 、反2向生物工程育种。5、以抗生素为例简述筛选菌种的方法和过程：、以抗生素为例简述筛选菌种的方法和过程：对象确定-采集样本-富集培养（投其所好、取其所抗之原则）-初筛-复筛-较优菌株斜面-性能测定-菌种保藏6、接种龄：、接种龄：种子罐中培养的菌体从开始移入下一

5、级种子罐或发酵罐时的培养时间；接种量：接种量：移入的种子悬浮液体积和接种后培养液体的体积的比例。第三章第三章 培养基培养基1、培养基的分类：、培养基的分类：1）按纯度分：合成培养基、天然培养基； 2）按状态分：固体培养基、半固体培养基、液体培养基；3）按用途分：孢子培养基、种子培养基、发酵培养基；2、选择性培养基：、选择性培养基：是指根据某种微生物的特殊营养要求或其对某种化学、物理因素的抗性而设计的培养基。其功能是使混合菌样中的劣势菌变成优势菌，从而提高改菌的筛选效率。3、培养基的成分：、培养基的成分：1）碳源：常用的碳源有糖类（葡萄糖、糖蜜、淀粉糊） 、油脂（豆油、菜油、鱼油） 、有机酸（乳

6、酸、柠檬酸、乙酸）和烃醇（正烷烃）等。2）氮源：有机氮源（花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉） 、无机氮源（NH4Cl、硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵、氨水）3）无机盐及微量元素：P、S、Mg、Fe、K、Na、Cu、Zn、Mn、Gu 等。4）水：5）生长因子（氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等） 、前体、产物促进剂和抑制剂（在次级代谢产物发酵过程中，往往抑制某一代谢途径就会使另一代谢途径活跃） 生理酸性物质生理酸性物质：经微生物生理作用后能形成酸性物质的无机氮源。如硫酸铵；如菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质生理碱性物质，如硝酸钠。 前体：前体：能被微生物直接

7、利用，以构成次级代谢产物结构的一部分，而其本身结构没有大的变化，这种物质称为前体，如玉米浆中的苯乙胺。4、发酵培养基的配制条件：、发酵培养基的配制条件：1）都必须含有合成细胞组成所必需的原料；2）满足一般生化反应的基本条件；3）一定的 pH 条件等；4)工业生产上选择的培养基俗称发酵培养基，还应包括能够促进微生物合成产物所必需的成分。第四章第四章 灭菌灭菌1、灭菌、灭菌：用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中所有生命物质的过程。包括化学灭3菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌（原理是高温下微生物细胞的蛋白变性而死亡）和过滤除菌。2、对数残留定律、对数残留定律：湿热灭菌时，微生物死亡速率与残留菌数

8、成正比叫对数残留定律。-dN/dt=K*N N残存的活菌数；t灭菌时间（s） ；K灭菌速度常数（1/s）与微生物种类和加热温度有关；dN/dt-活菌数瞬时变化速率，即死亡速率。 为什么高温灭菌优于其他灭菌方法？为什么高温灭菌优于其他灭菌方法？从理论研究和生产实践都证明，在灭菌过程中，同时会发生微生物死亡和培养基破坏这两个过程，微生物死亡速率的提高超过培养基成分破坏速率的增加，要减少营养成分的破坏，可升高温度灭菌。因此，对于同一灭菌效果，选择较高的温度、较短的时间，这样既可达到需要的灭菌程度，同时又可减少营养物质的损失。3 3、分批灭菌：、分批灭菌：是将配制好的培养基放在发酵罐或其他容器中，通入

9、蒸汽将培养基和所有设备一起灭菌的操作过程。包括升温、保温、降温三个阶段。灭菌主要是在保温过程中实现，在升温阶段后期，也有一定的灭菌作用。4 4、连续灭菌：、连续灭菌：将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加热、保温、降温的灭菌过程，也称之为连消。 其流程流程为：配料预热（预热桶作用是定容和预热，目的是使培养基在后续加热过程中能快速地升温到指定的灭菌温度）-加热（用连消泵打入加热器，使培养基与蒸汽混合并迅速达到灭菌温度，加热器有塔式和喷射式两种）-保温（维持灭菌温度一段时间，是杀灭微生物的主要过程，维持罐和管式维持器）-降温（迅速降温）5 5、空气除菌：、空气除菌：好氧性微生物需要空气，为保证纯种培

10、养，需要空气灭菌。方法有：辐射杀菌（高能阴极射线、X、 射线、紫外线能破坏蛋白质活性而杀菌，紫外线用的最多）化学、蒸汽灭菌、静电除菌（利用静电引力吸附带电粒子） 、热杀菌、过滤除菌(介质过滤是采用定期灭菌的介质来阻截流过的空气所含的微生物，常用的介质有常用的介质有棉花、活性炭和玻璃纤维、矿渣、金属丝纤维、合成纤维等。 棉花要选用未经脱脂的，这样压紧后仍有弹性，纤维长度要适中，填充率为 8.5%-10%。 空气过滤除菌过程空气过滤除菌过程：前置空气过滤器进行粗滤 空气机升压 一级冷凝器对压缩空气降温 二级甚至多级冷凝器降温、除水、除油 空气加热器降低湿度 空气储罐稳压 空气过滤器除菌 无菌空气进

11、入发酵罐 空气过滤除菌包括绝对过滤和深层过滤：空气过滤除菌包括绝对过滤和深层过滤：1）绝对过滤是介质孔隙小于被拦截的微生物4大小，如用聚四氟乙烯或纤维素酯材料制成的微孔滤膜，孔径 0.22um。 2）深层过滤深层过滤是指介质孔隙大于被拦截的微生物大小，但介质有一定的厚度，机理是静电、扩散、惯性及拦截作用。如棉花过滤器、石棉滤板、金属烧结管等。 深层过滤效率是滤层所滤去的微粒与原来微粒的比值，即穿透滤层微粒与原有微粒的比。 对数穿透定律：空气通过单位滤层后微粒下降的速度与进入空气微粒的浓度成正比；进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。6 6、空气的预处理流程：、空气的预处

12、理流程：前置过滤器（可降低过滤器负荷，即多次过滤）-空压机（提供动力，以克服随后各设备的阻力，包括往复式、螺旋杆式、涡轮式）-空气贮罐-冷却器-气液分离器（冷却后的压缩空气，会有来自空压机的润滑油，如果冷却温度低于露点，空气中还会有水，除去空气中的水和油，以保护过滤介质）-冷却器-气液分离器丝-丝网过滤器-加热器-总过滤器-分过滤器7 7、空气过滤的机理：、空气过滤的机理：1）惯性冲击滞留机理；2）拦截滞留机理；3）布朗扩散作用机理；4）重力沉降；5）静电吸附第五章第五章 生物反应动力及过程分析生物反应动力及过程分析1 1、酶：、酶：生物酶分为六大类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶

13、、合成酶。2 2、代谢产物形成的动力学模型，、代谢产物形成的动力学模型，gadengaden 根据产物生产速率和细胞生长速率之间的关系，将根据产物生产速率和细胞生长速率之间的关系，将其分成三种类型：其分成三种类型：1 1）相关模型（伴随生长的产物形成模型）：）相关模型（伴随生长的产物形成模型）：指产物的生成与细胞的生长相关的过程，此时产物通常是基质的分解代谢产物，代谢产物的生成与细胞的生长是同步的。 （各高峰几乎同时出现，有平行总量关系，这些发酵的产物有菌体本身）2 2）部分相关模型（不完全伴随生长的产物形成模型）：）部分相关模型（不完全伴随生长的产物形成模型）：反应产物的生成与细胞生长仅有间

14、接关系。在细胞生长期内，基本无产物生成（菌体生长与细胞生成的两个主峰分别出现在两个期，在菌体生长期不合成或很少合成，产物生成期菌体生长率出现微弱回升，有柠檬酸发酵和氨基酸发酵等）3 3）非相关模型（不伴随生长的产物形成模型）：）非相关模型（不伴随生长的产物形成模型）：产物的生成与细胞的生长无直接联系。它的特点是当细胞处于生长阶段时，并无产物积累，而当细胞停止生长后，产物却大量生成。 （菌体生长与产物合成形成不相关的两个阶段，第一期长菌，在产物合成期无菌体生长的回升现象，产品有抗生素、维生素、色素等次级代谢产物）53 3、MonodMonod 方程：方程：在培养基无抑制剂的情况下，细胞的比生长速

15、率与限制性基质浓度之间的关系 为最大比生长速率(h-1)，S 为限制性基质浓度(gL)；KsKs为饱和常数(g/L)，其值等于比生长速率为最大比生长速率一半时的限制性基质浓度。 其意义其意义是衡量微生物对基质的亲和力，其越小，微生物对基质的亲和力越大。会判断 几个概念：1、比生产速率比生产速率 是菌体繁殖速率与培养基中菌体浓度之比=（dx/dt）/x；单位为 1/h，其中 X-菌体浓度单位为 g/L。对数期为常数； 2、基质基质比消耗速率比消耗速率q qs s 是指单位时间内单位菌体消耗基质的量（ds/dt）/x；单位为 1/h，其中 S底物浓度单位为 g/L； 3、产物生产比速率产物生产比速

16、率q qp p 是指单位时间内单位体积发酵液生产产物的量（dp/dt/dv） 。 X 为菌体浓度，u 为比生长速率；4 4、得率系数、得率系数：表示消耗单位营养物所生产的细胞或产物数量。其包括生长得率系数和产物得率系数：1 1）生长得率系数）生长得率系数 Yx/SYx/S、Yx/O2Yx/O2、Yx/KcalYx/Kcal 分别表示消耗每克营养物、每摩尔氧和每千卡能量所生产的细胞数; 2 2）产物得率系数）产物得率系数 Yp/SYp/S、YCO2/SYCO2/S、YATP/SYATP/S、YCO2/O2YCO2/O2 表示消耗每克营养物（S）或每摩尔氧（O2）生产的产物（P）或 ATP 和 CO2 的克