发酵复习资料汇总

1、第一章 绪论1、生物技术是利用生物系统、活生物体及其衍生物，为特定用途面生产或改良产品或过程的技术。现代生物工程技术包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。2、发酵技术由两个核心部分组成：第一部分是涉及获得特殊反应或过程所需的最良好的生物细胞微生物菌种（或酶）；第二部分则是选择最精良设备，开发最优技术操作，创造充分发挥微生物细胞（或酶）作用的最佳环境发酵工艺与设备。3、工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品，其对应的加工或制作工艺被称为“发酵工艺”。4、发酵工程解决的问题：发酵工艺的工业生产环境、设备和过程控制。5、上游工程包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的

2、确定，营养物的准备等。上游加工还包括原材料的物理和化学处理、培养基的配制和灭菌等问题，这里包括有物料破碎、混合和输送等多种化工单元操作以及热量传递、灭菌动力学和设备等有关工程问题。优良发酵生产菌的特点：能在廉价原料制成的培养基上迅速生长。培养条件易于控制。生长速度快，产能高，发酵周期短。菌种纯粹，抗噬菌体，非病原菌。6、中游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。发酵过程优化的目的是：条件和相互关系进行优化；复杂关系尽可能简化。7、下游工程是对目的产物的提取与精制。这一过程困难的原因是：一方面生物反应液中目的产物的浓度是很低微的。另一方面是因为反应液杂质常与目

3、的产物有相似的结构，加上一些具有生物活性的产品对温度、酸碱度都十分敏感，一些作为药物或食品的产品对纯度、有害物质都有严格的要求。8、发酵工程的一般特点为：生产所用的原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合物为主，辅料包括一定的有机或无机氮源和少量无机盐。微生物反应过程以生命体的自动调节方式进行，数十个生化反应过程能通过单一微生物的代谢活动来完成，因而所需产品可在单一发酵设备中一次合成。微生物能利用简单的物质合成复杂的高分子化合物。由于生命体特有的反应机制，微生物能高度选择性地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团导入等转化反应，从而获得某些具有重大经济价值的物质。微生物在自然界中分布很广，种类繁多

4、。9、发酵工程与化学工程的不同点在于：作为生物化学反应，通常在常温常压下进行，因此没有爆炸之类的危险，各种生产设备一般不必考虑防爆问题。微生物发酵过程需防止杂菌污染，生产过程所需的设备、培养基和空气都需进行严格的无菌处理，一旦杂菌入侵就有可能导致发酵生产的失败。微生物发酵液成分较复杂，大多为非牛顿流体，其产品分离与纯化过程比化学反应过程产品复杂得多。制造发酵产物的微生物菌体也是发酵产物，微生物细胞富含蛋白质、核酸、维生素等有用物质。微生物发酵液一般不含对生物体有害的物质。10、发酵工程的应用领域：医药工业；食品工业；化学工业；农业；环境保护；冶金工业。11、生物冶金技术：用含细菌的菌液进行浸泡

5、，这些微生物大多是一些化能自养菌，它们以矿石为食，通过氧化获得能量，这些矿石由于被氧化，从不溶于水变成可溶，人们就能够从溶液中提取出矿物。12、发酵工程技术的发展趋势：采用基因工程技术改良菌种。推广大型节能高效的发酵装置及计算机自动控制。生物反应和产物分离偶联。微生物发酵技术应用于高等动植物细胞培养。固定化（细胞和酶）技术的应用。开发清洁生产工艺。第二章 生产菌种的选育培养及发酵培养基设计1、发酵工业生产水平的三个决定要素：生产菌种的性能、发酵和提取工艺条件以及生产设备。2、代谢控制发酵：是指利用生物化学和遗传学的原理，利用生物工程手段控制微生物的代谢朝人们希望的方向进行，更多地产生和积累人们

6、需要的目的产物。3、微生物代谢的人工控制，包括控制发酵（外因控制）和控制育种（内因控制）两个方面。4、菌种选育的目的就是改良菌种的特性，使其适合符合工业生产的需要。菌种选育包括选种和育种两大方面内容。5、工业上对菌种的要求有：有自我保护机制；发酵周期短；原料廉价，产量高；无害；遗传性稳定；培养和发酵条件温和易控制；单产量高。6、种龄和接种量是菌种扩大培养过程中两个非常重要的工艺条件。7、天然培养基的优点是营养丰富、价格便宜；缺点是每批次生产时由于天然培养基的成分含量都会不同而影响发酵。半合成培养基的优点是；缺点是培养基中天然原料成分复杂，而且因品种、产地、加工方法不同，组分含量差异很大，这就会

7、对工业化微生物发酵过程代谢产生相当大的影响。合成培养基的优点：成分已知。缺点：价格相对来说较昂贵，成分单一，不适合工业化大规模生产。8、碳源选择考虑因素：原料成本占生产总成本的比例。在某些发酵过程中，必须除去碳源中的杂质。对碳源的选择，往往还受到政策的影响。培养基的配制方法，特别是灭菌方法。9、在培养基成分的选择上需要根据以往的经验配方和发酵菌种两方面来综合考虑。需要遵循的原则：菌种的同化能力；合适的碳源和氮源比例；pH值。10、培养基优化的步骤：根据前人的经验和培养基成分，初步确定可能的培养基成分；通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分；当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓

8、度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。第三章 灭菌与除菌工艺及设备1、在生产菌种接种之前要对发酵培养基、发酵罐、管路系统及空气系统和环境等方面进行灭菌，防止杂菌和噬菌体的大量繁殖。2、发酵生产中的无菌：对发酵培养基、发酵罐、管道系统、空气系统及流加料等进行严格的灭菌；消毒与灭菌技术合称为发酵生产中的无菌技术；采用“污染概率”作为一个评价的标准。允许的染菌概率为10 -3.3、发酵工业中允许的染菌概率为10 -3.4、微生物的热阻：微生物对热的抵抗力。 致死温度：杀死微生物的极限温度。 致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需要的时间。5、衡量灭菌是否彻底，一般以

9、能否杀死细菌芽孢为标准。6、采用高温瞬间灭菌的原因：采用湿热灭菌法对培养基灭菌时，随着菌体的死亡，培养基的营养成分也会随之受到影响。在高压加热情况下，酶类及维生素类极易被破坏。采用高温瞬时灭菌法处理后的培养基质量较好。温度越高，灭菌时间越短，营养成分的破坏率越小。7、分批灭菌是将高压蒸汽直接通入装有培养基的发酵罐中进行灭菌的工艺过程，又称为实罐灭菌，简称实消。8、实罐灭菌过程：首先打开各排气阀，将蒸汽引入夹套或蛇管预热。当罐温升至80-90后，逐渐将排气阀关小。然后将蒸汽从进气口、排料口、取样口等直接通入罐中升温、升压。罐温上升至118-120，罐压维持至（0.9-1.0）*105Pa，一般保

10、温半小时左右。9、空气净化除菌的方法包括加热灭菌、辐射灭菌、静电吸附除菌和过滤除菌等。10、过滤除菌法就是使含菌空气通过过滤介质，以阻截空气流中所含微生物，使其与空气分离从而取得无菌空气的方法。11、深层过滤除菌是指的介质间孔隙大于微生物直径，依靠空气气流及微粒与过滤层介质的多种相互作用而截留分离微生物等微粒获得无菌空气。这类过滤介质有：有机合成纤维、玻璃纤维、烧结材料（如烧结塑料、烧结金属及烧结陶瓷等）、棉花、活性炭等。12、无菌空气制备流程包括空气预处理和空气过滤两部分。13、空气预处理的主要目的：一是提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷；另一个是去除压缩后的空气中所带的油水，以合适

11、的空气湿度和温度进入空气过滤器。14、空气预处理可分为空气的采集和压缩、压缩空气除油水和空气再加热三个过程。15、空气预处理设备主要有粗过滤器、空气压缩机、空气贮罐和气液分离器等。16、设备与管道的清洗与灭菌的原因：一是设备和管道的洁净可使潜在的污染危险降至最小。二是有助于防止设备或管道污垢的产生。三是在许多工业生产过程如食品加工和制药行业中，几乎每一个国家都有相关的法规去保证其过程一定的卫生要求。第四章厌氧发酵工艺及设备1、固态厌氧发酵的特点：可因陋就简、因地制宜地利用一些来源丰富的工农业副产品，至今仍在白酒、酱油等产品的生产上沿用着。缺点：劳动强度大，不便于机械化操作，微生物品种少、生长慢

12、，产品有限。2、酵母厌氧发酵过程Hong，主要产物是酒精。副产物：醇、醛、酸、酯。3、白酒固态发酵法的特点：采用多菌种混合发酵；采用低温蒸煮和低温发酵工艺；配醅调节酒醅淀粉浓度、酸度及残余淀粉再利用；采用甑桶固态蒸馏工艺；劳动强度大，原料出酒率低。4、白酒固态法生产工艺的分类：大曲法；小曲法；混合曲法；麸曲法。5、浓香型酒代表：泸州特曲。清香型酒代表：山西汾酒。酱香型酒代表：茅台酒。6、传统酒精发酵罐结构：画图7、啤酒生产大致可分为麦芽制造和啤酒酿造（包括麦芽汁制造、啤酒发酵、啤酒过滤灌装三个主要过程）两大部分。最高温度控制在8-13。第五章 好氧发酵工艺及设备1、谷氨酸产生菌中谷氨酸的生物合

13、成途径包括糖酵解途径（EMP）、磷酸己糖途径（HMP）、三羧酸循环（TCA循环）、乙醛酸循环、伍德-活克曼反应（二氧化碳固定反应）等。2、控制谷氨酸发酵的关键代谢调控：完全氧化能力降低；蛋白质合成能力降低；环境条件对谷氨酸合成的调节；增加细胞膜对谷氨酸的渗透性。3、细胞膜渗透性的控制方法有：化学控制方法：一种为控制磷脂的合成，一种是阻碍谷氨酸菌细胞壁的合成。物理控制方法：租用温度敏感性突变株进行谷氨酸发酵，仅控制温度就能实现谷氨酸生产。强制控制工艺的要点：采用“强制控制工艺”，通过添加青霉素、头孢霉素C或添加表面活性剂的方法，或者利用温度敏感性突变株进行谷氨酸发酵。采用细胞膜渗透性的原因：对于

14、谷氨酸发酵来说，生物素是谷氨酸发酵的关键物质。当细胞内的生物素水平高时，谷氨酸不能透过细胞膜，因而得不到谷氨酸。谷氨酸发酵生产中，谷氨酸生产菌属于生物素缺陷型菌种，生物素作为脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶，参与了脂肪酸的合成，进而影响磷脂的合成。当磷脂合成减少到正常量的一半左右时，细胞变形，谷氨酸向膜外漏出，积累于发酵液中。因而可以通过限量控制生物素的含量，也就是通过控制生物素亚适量，提高细胞膜的渗透性。在发酵的前期，满足细胞的生长，合成完整的细胞膜；中期生物素耗尽，细胞膜合成不完整，完成长菌型细胞向产酸型细胞的改变，细胞膜的渗透性增加，使得谷氨酸渗透到细胞外，在细胞内谷

15、氨酸达不到引起反馈调节的程度，从而使得谷氨酸能够源源不断地被优先合成。第六章 发酵动力学1、研究发酵动力学的目的：以发酵动力学模型作为依据，合理设计发酵过程，确定最佳发酵工艺条件；利用电子计算机，模拟最优化的工艺流程和发酵工艺参数，确立发酵过程中菌体浓度、基质浓度、温度、pH、溶氧等工艺参数的控制方案，从而使生产控制达到最优化；在此研究基础上进行优选，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。2、发酵动力学研究的一般步骤：尽可能收集或寻找能反映发酵过程变化的各种理化参数（菌体浓度、基质浓度、时间、pH、溶氧、二氧化碳生成等）；将各种参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，找出各

16、参数之间的相互关系和变化规律；建立各种“数学模型”以定量描述各参数之间变化的关系，反复验证模型的可行性与适用范围；通过计算机在线控制并按照数学模型所给出的控制规律去调节生产过程3、细胞得率系数：消耗1g基质生成细胞的克数4、绝对速率：简称速率。速率定义为单位时间内消耗基质或形成产物（菌体）的质量。对于液态发酵过程，速率定义为单位时间内消耗基质或形成产物（菌体）的浓度变化。5、比速率：单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（或菌体）的量（菌体量通常以菌体干重表示）。如果用浓度表示，即为单位菌体浓度在单位时间内引起的基质或产物（或菌体）的浓度变化。第七章 发酵产物的分离提取1、发酵醪具有的一般特征包

17、含：含水量高；产品浓度低；悬浮物颗粒小，密度与液体相差不大；固体粒子可压缩性大；液体粘度大，大多为非牛顿型流体；产物性质不稳定。2、预处理的目的：改变发酵液的物理性质，促进悬浮液中分离型固形物的速度，提高固液分离器的效率；尽可能使产物转入便于后处理的某一项中（多数是液体）；去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。3、预处理常用的方法：加热法；调节悬浮液的pH；凝聚和絮凝；添加助滤剂；添加反应剂。4、目前对一种未知的发酵产品的发酵液进行提取时主要通过两个步骤来确定：先研究该发酵产物是属于哪一类型，是属碱性、酸性、两性物质或它的溶媒系统，进行初步试验，可以大致确定它是属于哪一类型。通过稳定性的研究，如将发酵物用各种不同的温度，条件及不同的pH值进行处理，来检查有效的物质稳定情况5、膜分离的作用机理：透析；超滤和微滤；反渗透；电渗析；气体渗透。6、结晶：指溶质从过饱和溶液中析出形成新相（固体）的过程，是制备纯物质的一种有效方法。7、常用的工业起晶