微生物发酵复习(gd)

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1、发酵工程组成：从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程 发酵工程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术 利用微生物的特点 ：发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌 利用微生物的特点： (1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应 能力 (2)有极强的消化能力 (3)有极强的繁殖能力 发酵工业：是指利用生物的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工，获得产品 的工业。 工业上的发酵：泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程包括 1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨

2、基酸、酶制剂等。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。 发酵工业的范围：1、以微生物细胞为产物的发酵工业 2、以微生物代谢产物为产品的发酵 工业 3、以微生物酶为产品的发酵工业 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业 5、微生物废 水处理和其他 1、生产微生物细胞物质定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业，包括单细胞 的酵母和藻类、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段， 生长稳定期产量最高。 2、微生物酶发酵酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。 分类：胞内

3、酶 和胞外酶 生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养 基配制以及发酵条件等方面需给予注意。 3、微生物代谢产物发酵 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间 代谢产物和初级代谢产物。 4、微生物的生物转化 定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成结构相类 似但具有更在经济价值的化合物。 最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成的。 5、

4、微生物特殊机能的利用 利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。 发酵工业的特征 (1)发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮 源就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 (2)微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并 使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。 (3)发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件简单。(4)发酵对杂菌的污染的防治至关重要。反应必需在无菌条件下进行

5、。 (5)由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一地和高度选择性地对某些较为复杂的化合 物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。 (6)发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为 单一的代谢产物。 (7) 工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得较显著的经济效益。 (8) 除利用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的遗传工程菌进行反 应。 发酵技术由俩个核心部分组成。一是最良好的生物技术或酶，二是生物细胞或酶作用的最 佳环境。 生物技术：定义：应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂的作用，将物料进

6、行加 工，以提供产品或为社会服务的技术。特点：多学科、综合性 根据对氧的需要区分：厌氧和有氧发酵 根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵 根据从微生物生长特性区分：分批发酵和连续发酵 决定微生物工程工业水平的三要素： 菌种的性能、发酵及提纯工艺条件、 生产设备 发酵工业对微生物菌种的要求：培养基原料来源广、廉价；培养条件易控制；发酵周期短；菌株高产；抗病毒（噬菌体）能力强；菌株性状稳定，不易变异退化；菌体本身不能是病 原菌，不产生任何有毒 生物活性物质和毒素。 工业上常用微生物的菌种 酵母：啤酒酵母、葡萄汁酵母、产朊假丝 酵母、热带假丝酵母。 霉菌：鲁氏毛霉、总状毛霉、黑曲霉、米曲霉。 细菌：

7、醋酸菌、乳酸菌、谷氨酸棒状杆菌、黄单胞杆菌。 放线菌：链霉菌素、金霉素链霉菌、红霉素链霉菌、小单孢菌、诺卡氏菌。 菌种的分离（新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采 用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。 实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。 有了优良的菌种，还要有合适的工艺条件和合理先进的设备与之配合。 ） 新种分离与筛选的步骤 定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。 采样：有针对性地采集样品。 增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。 分离：利用分离技术得到纯种。 发酵性能测定：

8、进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化 特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适 pH 值、 提取工艺等。 菌种的分离 纯种分离技术： 平板划线法：用接种环无菌操作沾取少许待分离的材料，在无菌平板表面进行平行划线、 扇形划线或其他形式的连续划线 ，如果划线适宜的话，微生物能一一分散，经培养后，可 在平板表面得到单菌落。 释法：稀释倒平板法、涂布平板法 菌种的选育a 自然选育：自然选育是指在特定环境下长期处理某一微生物培养物，同时不断地移种传 代，以达到积累和选择合适的自发突变体的古老的育种方法。根据菌种自发突变的特性进 行菌种筛选的过程。

9、 自发突变的频率较低，变异程度不大。最为成功的例子是目前被广泛使用的卡介苗(BCG vaccine) 作用：自然选育在工业生产中可以达到纯化菌种，防止菌种衰退，稳定生产，提高产量的 目的。 程序：将菌种制成菌悬液，用稀释法在固体平板上分离单菌落，再分别测定单菌落的生产 能力，从中选出高水平菌落。 b 诱变育种：诱变育种是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，使诱变对 象内的遗传物质发生变化，促进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的的突变株，以供生产实践或科学研究用。 诱变剂： 物理诱变剂： 物理诱变主要是采用辐射。如紫外线、X 射线、 射

10、线、激光和快中子等 都是常用的物理诱变剂 化学诱变剂：烷化剂、亚硝酸和羟胺；嘧啶类等。 生物诱变剂:噬菌体（诱发抗性突变）转座子 c 杂交育种：杂交育种(Hybridization)一般是指两个基因型不同的菌株通过结合使遗传物质 重新组合，从中分离和筛选出具有新性状的菌株的过程。 例如：真核生物的有性杂交、准性生殖；或原核微生物的接合、F 因子转导、R 因子转导、 转移和转化、结合和细胞融合都是基因重组在细胞水平上的反应。 d 基因工程技术（分子育种) ： 基因工程是用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传 物质 DNA 分子提取出来，在离体条件下切割后，把它与作为载体的 DNA 分子连接起来，

11、 然后导入某一受体细胞中，让外来的遗传物质在其中进行正常的复制和表达，从而获得新 物种的一种崭新的育种技术。如：工程菌 菌种的保藏 （1）菌种保藏原理：菌种保藏主要是根据菌种的生理生化特点，人为地创造条件，使孢子或菌体的 生长代谢活动尽量降低，以减少其变异。一般可通过保持培养基营养成分在最低水平、缺氧状态、干燥、低温，使菌种 处于“休眠”状态，抑制其繁殖能力。挑选优良菌种，最好是休眠体。如：孢子、芽孢。 （2）保藏方法斜面冰箱保藏法：斜面保藏是一种短期、过渡的保藏方法，用新鲜斜面接种后置于最适条 件下培养到菌体或孢子生长丰满后，放在 4冰箱保存。一般保存期为三个月到六个月 沙土管保藏法： 这是

12、国内常采用的一种方法。适合于产孢子或芽孢的微生物。它的制备方 法是：先将沙与土洗净烘干过筛后，按沙与土的比例为(12)：1 混合均匀，分装于小试 管中。装料高度约为 l cm 左右，121间歇灭菌三次，灭菌试验合格后烘干备用。一般沙 用 80 目过筛，土用 80100 目过筛。其次，将斜面孢子制成孢子悬浮液接入沙土管或将斜 面孢子刮下直接与沙土混合，置干燥器中用真空泵抽干，放在冰箱内保存。一般保存期为 一年左右。 石蜡油封存法：向培养成熟的菌种斜面上，倒入一层灭过菌的石蜡油，用量要高出斜面1，然后保存在冰箱中。此法可适用于不能利用石蜡油作碳源的细菌、霉菌、酵母等微生 物的保存，存期约一年左右。

13、 真空冷冻干燥保藏法：真空冷冻干燥保藏法是目前常用的较理想的一种方法。其基本原理是在较低的温度下(18)，快速地将细胞冻结，并且保持细胞完整，然后在真空中使水 分升华。在这样的环境中，微生物的生长和代谢都暂时停止，不易发生变异，因此，菌种 可以保存很长时间，一般五年左右。这种保藏方法虽然需要一定的设备、要求亦比较严格， 但由于该方法保藏效果好，对各种微生物都适用；所以，国内外都已较普遍地应用。常用 保护剂：脱脂牛奶、血清培养基： 培养基通常指人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。广 义上说，凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基。 前体：某些化合物被加入培养

14、基后，能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去，而 自身的结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。如：青霉素苯乙胺 促进剂是一类刺激因子它们并不是前体或营养，这类物质的加入或可以影响微生物的正 常代谢或促进中间代谢产物的积累，或提高次级代谢产物的产量、常用的促进剂种类繁 多，它们的作用机制也不相同。例如：“九二 o”对放线菌起到了生长因素的作用。巴比 妥推迟了链霉素产生菌的自溶。 抑制剂：在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行同时刺激另一代谢途径， 以致可以改变微土物的代谢途径。如酵母厌氧发酵少加入亚硫酸盐或碱类可以促使酒精 发酵转入甘油发酵。 （1）天然

15、培养基 凡利用生物的组织、器官及其抽取物或制品配成的培养基，称为天然培养基。优点 是配制方便、经济、营养丰富，但是，它的化学成分不清楚或不稳定(受产地、品种、保存 加工方法等因素影响)。常见的天然培养基成分有：麦芽汁、肉浸汁、鱼粉、麸皮、玉米粉、 花生饼粉、玉米浆及马铃薯等。实验室常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。适合于工业生产。（2）合成培养基使用成分完全了解的化学药品配制而成的培养基称为合成培养基。合成培养基的优 点是：成分已知、精确、重复性好。但价格较贵，培养的微生物生长较慢。适用于实验室 进行微生物生理、遗传育种及高产菌种性能的研究。培养放线菌的高氏一号培养基和培养 真菌的察氏培养基都属于

16、合成培养基 (3)半合成培养由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基称为。例如，培养真菌用 的马铃薯蔗糖培养基等。严格地讲，凡含有未经特殊处理的任何合成培养基，实际上都只 是一种半合成培养基。特点是配制方便，成本低，微生物生长良好。发酵生产和实验室中 应用的大多数培养基都属于半合成培养基。 (4) 液体培养基 各营养成分按一定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基称为液体培养基。 工业上绝大多数发酵都采用液体培养基。实验室中微生物的生理、代谢研究和获取大量菌 体是也常利用液体培养基。 (5)固体培养基 固体培养基一般是指液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的 培养基。此外，固体营养物(如麸皮、米糠、木屑、土豆块、玉米粉)与水和盐等混合构成 的疏松状培养基也属于固体培养基。固体培养基在科学研究和生产实践中具有很多用途， 例如它可用于菌种分离、鉴定、菌落计数、检测杂菌、选种、育种、菌种保藏、抗生素等 生物活性物质的效价测定及获取孢子等。在发酵工业中常用固体培养基进行固体发酵。 （6）半固体培养