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1、生物工程：以生物学的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，定向地改造生物或其功能，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物的一门新兴技术。 发酵工程：将发酵原理和工程学相结合，是研究由生物细胞参与的工艺过程的原理和科学，是研究利用生物材料生产有用产品，服务于人类的一门综合性科学技术。发酵过程的特点：1.反应安全，要求条件也比较简单。2.反应的专一性强，代谢产物较为单一。3.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。4.微生物菌种是进行发酵的根本因素。5.投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。发酵的类型（了解）根据发酵的特
2、点和微生物对氧的不同需要，可以将发酵分成若干类型：1、按发酵原料来区分：糖类物质发酵、烃类物质发酵及废水发酵等类型。2、按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵3、按发酵形式来区分，则有：固态发酵和液体发酵。4、按发酵工艺流程区分则有：分批发酵、连续发酵和流加发酵。5、按发酵过程中对氧的不同需求来分，一般可分为：厌氧发酵和通风发酵两大类型。 发酵的流程（了解）发酵原料的预处理（了解）原料不同处理方法也有所差异。（1）淀粉利用前需变成糊精或葡萄糖 方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法（2）糖蜜加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无机盐（3）碳氢化合物：石油
3、脱蜡一定馏分的石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在-10的油，加入适量无机盐进行接种发酵微生物的特点（小、多、快、强、广）1、体积小，面积大。2、吸收多，转化快。3、生长旺，繁殖快。4、适应强，易变异。5、分布广，种类多巴斯德：（法国）1、发现并证实发酵是由微生物引起的；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”2、彻底否定了“自然发生”学说；著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。3、免疫学预防接种首次制成狂犬疫苗4、其他贡献：巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，杀死有害微生物柯赫：（德国）1、微生物学基本操作技术方面的贡献a）细菌纯培养方
4、法的建立：土豆切面营养明胶营养琼脂（平皿）。b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养。c）流动蒸汽灭菌。d）染色观察和显微摄影2、对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌生物技术也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计生物体或加工生物原料，为人类生产出需要产品或达到某种目的。先进的工程技术手段是指基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质和酶工程等新技术。工业化菌种的要求：1.能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物2.有关合成产物的途径尽可能地简
5、单，或者说菌种改造的可操作性要强3。遗传性能要相对稳定。4.不易感染它种微生物或噬菌体5.产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病 菌无关）6.生产特性要符合工艺要求菌株选育目的：防止菌种退化、解决生产实际问题、提高生产能力、提高产品质量、开发新产品方法：1、基因突变：自然选育、诱变育种 2、基因重组：杂交、原生质体融合、基因工程诱变育种：用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变进行的筛选，称为诱变育种诱变剂：能够提高生物体突变频率的物质称为诱变剂。物理诱变剂：紫外，快中子； 化学诱变剂：硫酸二乙酯，亚硝基胍诱变步骤培养基的类型和用途1、天然培养基：化学成分不清楚或化学成分不恒定的各种
6、植物和动物组织或微生物的浸出物、水解液等物质（例如牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨等）2、合成培养基：使用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的。使用于实验室范围作有关营养、代谢、分类鉴定、 生物测定及选育菌种、遗传分析定量研究工作。3、半合成培养基：既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基。4、固体培养基：外观呈固体的培养基。5、半固体培养基：凝固剂量低于正常量6、液体培养基：呈液体状态的培养基。 7、（生物）鉴别培养基：培养基中加入能与某一菌的无色代谢物发生显色反应的指示剂，从而用肉眼区别于该菌与其他菌。8、选择培养基：根据某种微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基 。
7、 9、孢子培养基：供制备孢子用的培养基。常用的有麸皮、大（小）米，无机盐、蛋白胨等配制的琼脂斜面培养基。10、种子培养基：供孢子发芽和菌体生长用的培养基。11、发酵培养基：供菌体生长和合成大量代谢产物用的培养基。将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，制得的糖液叫淀粉水解糖。 液化：利用淀粉酶将淀粉转化为糊精及低聚糖的过程叫液化。糖化：利用糖化酶将糊精及低聚糖进一步水解为葡萄糖，这个过程叫糖化。酸解法：以酸(无机酸或有机酸)为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。优点：生产方便、设备简单、水解时间短，设备生产能力大缺点：高温高压、酸性条件、过程复杂、副反应多、损失大酶解法：利用专一
8、性很强的淀粉酶和糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下完成的，故酶解法又有双酶水解法(double-enzyme)之称。优点：酶反应条件温和，不需要高温、高压和耐酸的设备；酶的作用专一性强，淀粉水解的副反应少，水解糖液纯；可在较高的淀粉乳浓度下水解；可用粗原料；糖液颜色浅，较纯净、无苦味、质量高。缺点：酶解时间长、需要专门的设备，酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。酸酶法：是先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺 。优点：酸液化速度快，糖化时可采用较高的淀粉乳浓度。 酶酸法：是将淀粉乳先用淀粉酶液化到一定的程度，然后用酸水解成葡萄糖。优点：可采
9、用粗原料淀粉，淀粉浓度较酸法高，生产易控制。时间短，淀粉水解副反应少。糊化是指淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，互相接触变成湖状液体，即使停止搅拌，淀粉也不会再沉淀的现象。老化实际上是分子间已断裂的氢键、糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶的过程。灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。消灭杂菌和防止杂菌污染除菌的方法 ：培养基的加热灭菌、空气的过滤除菌、紫外线或电离辐射、化学药物灭菌 化学试剂灭菌法甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等。适用范围：环境、皮肤及器械的表面消毒射线灭菌法电磁波、紫外线或放射性物质。适用范围：无菌室、接种箱干热
10、灭菌法常用烘箱，灭菌条件：160下保温1h 。适用范围：金属或玻璃器皿湿热灭菌法利用饱和蒸汽灭菌，条件：121，30min 。适用范围：生产设备及培养基灭菌过滤除菌法利用过滤方法阻留微生物。适用范围：制备无菌空气 火焰灭菌法火焰。适用范围：接种针、玻璃棒、三角瓶口 培养基的湿热灭菌湿热灭菌原理蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。 灭菌条件121，30min。 灭菌不利方面同时会破坏培养基中的营养成分，甚至产生不利于菌体生长的物质培养基灭菌间歇灭菌与连续灭菌的比较优 点缺 点连续灭菌1.高温短时灭菌，培养基营养成分损失少。2.发酵罐占用时间
11、缩短，利用率高。1.设备复杂，操作麻烦,染菌机会多。2.不适合含大量固体物料的灭菌。间歇灭菌1.设备要求低，不需另外加热、冷却装置。2.操作要求低，适合小批量生产规模3.适合含大量固体物料的灭菌1.培养基的营养物质损失大，灭菌后培养基质量下降2.发酵罐的利用率较低3.不适合大规模生产的灭菌1、间歇灭菌 （常用）将配制好的培养基同时放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，也称实罐灭菌。过程包括：升温、保温和冷却三阶段。2、连续灭菌（又称连消） 将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌。 连续灭菌的流程与设备（1）配料预热罐，将配制好的料液
12、预热到6070 C ，以免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声；（2）连消塔，用高温蒸汽使料液温度很快升高到灭菌温度（126132C）；（3）维持罐，使料液在灭菌温度下保持57min。因为：连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的；（4）冷却管，使料液冷却到4050C后（冷水喷淋） ，输送到预先灭菌过的罐内。 空气的过滤除菌原理：布朗扩散截留作用、拦截截留作用、惯性撞击截留作用、（前三者起主要作用）重力沉降作用、静电吸引作用氧的供需（1）实验室中，通过摇瓶机往复运动或偏心旋转运动供氧。（2）中试规模和生产规模的培养装置采用通入无菌压缩空气并同时进行搅拌的方式。（3）近年
13、来开发出无搅拌装置的节能培养设备，如气升式发酵罐。（4）细胞对鼓泡通气和机械搅拌产生的剪切作用敏感。供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系氧作为受氢体，氧直接参与一些生物反应。好氧微生物所含的氧化酶系：过氧化氢酶，细胞色素氧化酶，黄素脱氢酶，多酚氧化酶等。不同好氧微生物所含的氧化酶系的种类和数量不同，在不同环境条件下，各种微生物的吸氧量或呼吸强度不同。好气性微生物深层培养时需要适量的溶解氧以维持其呼吸代谢和某些代谢产物的合成，对多数发酵来说，氧的不足会导致代谢异常，产量降低。同种类的微生物的需氧量不同，一般为25-100mmolO2/(Lh)，但也有个别菌很高。同一种微生物的需氧量，随菌龄和培养条件
14、不同而异。摄氧率（r）：单位体积培养液每小时消耗氧的量,单位为mmol(O2)/(Lh)。呼吸强度（QO2）：单位重量的菌体（折干）每小时消耗氧的量，单位为mmol(O2)/g(干菌体)h。亦称为氧比消耗速率。摄氧率与呼吸强度之间的关系rQO2X 其中，X：发酵液中菌丝体浓度，g（干菌体）/L呼吸临界氧浓度（C临界）：在溶氧浓度低时，呼吸强度随溶解氧浓度增加而增加，当溶氧浓度达到某一值后，呼吸强度不再随溶解氧浓度的增强而变化，此时的溶解氧浓度称为呼吸临界氧浓度，以C临界表示。其为微生物对发酵液中溶氧浓度的最低要求。在临界溶氧浓度以下，微生物的呼吸速率随溶解氧浓度降低而显著下降。 微生物的临界氧
15、浓度一般为0.003-0.05（mmol/L），为饱和浓度的1-25。传质理论：氧气的溶解过程是一个由气相进入液相的过程，为实现这一过程，氧气需要跨过由气-液界面构成的屏障，在界面的一侧有气膜，另一侧为液膜，氧的溶解需要经过这两层膜才能实现。因此，根据这一模型建立起来的气体溶解理论称为双膜理论。氧的传递方程式：NA = KLa(C*-CL)N A：氧的传递速率mmol O2/Lh，C*：溶液中溶氧饱和浓度mmol O2/L，CL：溶液主流中的溶氧浓度mmol O2/L ，KLa :液相体积氧传递系数，又称通气效率，单位为1/h。KLa可以用来衡量发酵罐的通气效率， KLa越大，通气效率越高。影响氧传递速率的主要因素：OTR= KLa(C*-CL)：液体的性质对氧的溶解度的影响（温度，溶液中电解质的浓度），液体的比表面积，氧传递系数如何提高饱和溶氧浓度：1、降低培养温度2、降低培养基中营养物质的含量3、提高发酵罐内的氧分压4、通入富集氧的空气微生物发酵机理：是指微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。糖酵解调节机
