基因生物发酵工程总结

1/8基因生物发酵工程总结基因生物发酵工程总结发酵工程要点总结第一章绪论发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞的培育，大量生成和积存特定的代谢产物或菌体的过程。发酵工程：是发酵原理和工程学的结合，是争论由生物细胞〔包括微生物、动植物细胞〕参与的工艺过程的原理的科学，是争论利用生物材料生产有用物质，效劳于人类的一门综合性科学技术。这里所指的生物材料包括来自自然界微生物、基因重组微生物等以及各种来源的动物细胞和植物细胞。发酵工程组成从广义上讲，由三局部组成：上游工程、发酵工程、下游工程其次章发酵设备固体发酵液体发酵〔厌氧发酵，好氧发酵〕厌氧发酵：酒精发酵罐好氧发酵：通风搅拌发酵罐通风搅拌发酵罐设备主要部件包括：12345678〔或空气喷射器〕910罐体：罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，为了满足工艺要求，罐需要承受确定压力，罐壁厚度打算于罐径及罐压的大小。罐体上的管路越少越好

搅拌作用：打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率使发酵液充分混和。3挡板的作用：防止液面产生漩涡，促使液体猛烈翻动，提高溶解氧。直立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用；45为什么压力表不用直管：会有培育基冲入，污染压力表；起不到缓冲作用；灭菌冷却后有冷凝水〔含菌〕掉入罐内，污染菌种，弯管液封，上面的杂菌不会掉入下面管道中。6/2.5～4。发酵罐的灭菌〔在夹套中〕2kg/cm2〔120℃〕，最好是4～5kg/cm2〔160℃〕。当罐内温度>80℃，进蒸气口〔蒸气阀〕关掉，出蒸气口〔排气阀〕关小。翻开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。80℃～100℃100℃118℃时就开头计时，计时25min时马上关掉蒸气阀。关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内始终保持正压〔高于大气压，空气不会倒灌入罐内〕。〔在夹套中〕马上加自来水冷却，从下向上，使温55℃37～38℃时关掉水，也有缓冲性。升温降温时留意缓冲性灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、简洁污30℃需加温。加温时蒸气由下进入、从上25℃→30℃，28℃时即可关蒸气阀微生物代谢发酵时产生大量热，使温度大于30℃，需考虑适当降温。冷却时冷却水由下进入、从上而30℃50L～7T7上，用冷却管〔盘肠、列管系统〕1发酵罐的出口越少越好出料口和进气管可以合并接种管、消泡管、补料管可以合并5丝口连接处改用法兰连接焊接部位：堆焊、电焊、氧焊、鱼鳞焊，选用鱼鳞焊34罐体穿孔不锈钢冷却管产生裂缝定期更换垫圈〔法兰连接〕松脱拧紧轴封渗漏轴确定垂直焊缝渗漏阀杆发酵罐的管道布置保证蒸气在管道中畅通，有排气口〔小阀〕，接种管、中间补料管、放料管都要有排气口〔小阀〕避开冷凝水排入已灭菌的罐体或空气，加止逆阀〔单向阀〕灭菌后的管道用无菌空气保压单向阀位置正确蒸气总管道要有分气缸、排气阀、减压阀、安全阀相邻罐不联通接种接种的三种方法火圈直接倒种注射器接种压力差接种取样取样阀①关紧，翻开蒸气阀②，再翻开阀门③，让蒸气冲〔消毒菌5～10min〕；关上蒸气阀②，翻开取样阀①，培育液因压力作用流出；取样后关闭取样阀①，翻开蒸气阀②，通蒸气再次消毒，关闭阀门②和③。进料和出料发酵罐上的人孔用于加料和修理。出料管可以和进气管合并。第三章工业发酵菌种选育重要工业微生物的分别及菌种要求有的微生物从自然界中分别出来就能被利用，有的需要对分别到的野生菌株进展人工诱变，得到突变株才能被利用。

当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌，自然选育转向代谢育种，从诱发基工业生产常用的微生物：细菌枯草芽胞杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等，用于生产淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等酵母菌单细胞真核生物，常用啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等，用于酿酒、制造面包、生产脂肪酶以及可食用、药用和饲料用酵母菌体蛋白等霉菌根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉、青霉等，用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激素等放线菌链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等，能产生多种抗生素，如链霉素、红霉素、金霉素、庆大霉素等担子菌通常所说菇类微生物，用于多糖、橡胶物质和抗癌药物的开发藻类用作人类保健食品和饲料，如螺旋藻、栅列藻；可通过藻类将CO2种的来源12从大自然中分别筛选的微生物菌种。工业微生物分别的程序定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培育特性。采样：有针对性地采集样品。增殖：人为地通过把握养分或培育条件，使所需菌种增殖培育后，在数量上占优势。分别：利用分别技术得到纯种。发酵性能测定：进展生产性能测定。这些特性包括形态、培育特征、养分要求、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、pH工业微生物菌种的选育自然选育在生产过程中，不经过人工诱变处理，依据菌种的自发突变而进展菌种筛选的过程，叫做自然选育或自然分别。诱变育种使用诱变剂进展人工诱变能提高突变频率和扩大变异谱，具有速度快、方法简便等优点，是当前菌种选育的一种主要方法，使用普遍。诱发突变随机性大，必需与大规模的筛选工作相协作才能受到良好的效果。诱变育种方案包括：1突变株的筛选突变高产基因的表现诱变剂的种类和选择物理诱变剂。各种射线，如紫外线〔焦耳〕、X〔库仑/千克〕、βγ射线、α化学诱变剂。甲基磺酸乙酯〔EMS〕、亚硝基胍、亚硝酸、氮芥等。诱变处理剂量的选择是一个比较简洁的问题，一般正突变较多消灭在偏低剂量中，而负突变则较多消灭于偏高剂量中。对于经过屡次诱变而提高了产量的菌株，在较高剂量负突变率更高。目前处理剂量已从以前承受的死亡率90～99％70～80％。诱变剂的选择主要依据已经成功的阅历，与诱变剂本身特点、菌种的种类和动身菌株的遗传背景等有关。与养分缺陷突变有关的三类遗传型个体：养分缺陷型：经诱变产生的一些合成力气消灭缺陷，而必需在培育基内参与相应有机养分才能正常生长的变异菌株。野生型：自然界分别到的任何微生物，在其发生养分缺陷突变前的原始菌株，为该微生物的野生型。原养型：指养分缺陷型突变菌株回复突变或重组后产生的菌株，与野生型的表型一样。

养分缺陷型的鉴定①生长谱法方法简便，回变和污染不影响结果测定物质可为粉末或纸片测定一般应分两阶段：第一阶段：测定是哪类物质的缺陷型；其次节段：依据第一阶段确定的范围，进一步确定是哪种具体化合物的缺陷型；与筛选养分缺陷型突变株有关的三类培育基根本培育基〔MM〕[-]：但凡能满足野生型菌株养分要求的最低成分的合成培育基。完全培育基〔CM〕[+]：满足一切养分缺陷型菌株生长的自然或半合成培育基。补充培育基〔SM〕[xMM型菌株生长的合成培育基。第三节工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏一、微生物菌种的衰退菌种的退化是由个别、少数菌体细胞衰退后渐渐导致整个菌株退化的一个从量变到质变的遗传变异过程。菌种的退化会使微生物个体和群体特征发生变化，其中最重要的使所需产物的生产产量下降、养分物质代谢和生长生殖力气下降、发酵周期延长、抗不良环境条件的性能减弱。〔一〕菌种衰退的缘由1、菌种连续传代导致自发突变或回复突变是菌种发生退化的直接缘由2、菌种保藏方法不当。3、菌种生长的条件要求没有得到满足，或是遇到不利的条件，或是失去某些需要的条件。〔二〕12341通过寄主体进展复壮淘汰已衰退的个体三、菌种的保藏〔一〕、菌种保藏的原理；菌种保藏主要是依据菌种的生理、生化特性，人工制造条件使菌体的代谢活动处于休眠状态。〔三〕、菌种保藏的留意事项123生物生长的测定：12群体重量测定3在生产实践中缩短延滞期的常用手段：(1)通过遗传学方法转变种的遗传特性使缓慢期缩短；(2)利用对数生长期的细胞作为种子(3)尽量使接种前后所使用的培育基组成不要相差太大；(4)适当扩大接种量对数生长期以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加，细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较全都，代谢旺盛、生长快速、代时稳定，所以是争论微生物根本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种子，使微生物发酵的延滞期缩短，提高经济效益。第四章发酵机制及发酵动力学一初级代谢及产物初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和生殖所必需的物质二次级代谢及产物次级代谢产物是指微生物生长到确定阶段才产生的化学构造格外简洁、对该生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和生殖所必需的物质，

乳糖操纵子模型抑制作用：调整基因转录、合成阻遏蛋白，阻遏蛋白因其构象能够识别并结合到RNA不能转录和翻译形成酶蛋白。诱导作用：在乳糖存在状况下，乳糖代谢产生别乳糖〔alloLactose〕，别乳糖能和调整基因产生的阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白转变构象，不能与操纵基因结合，失去RNAmRNA，翻译出酶蛋白。负反响：细胞质中有了β糖被分解后，又造成了阻遏蛋白与操纵基因结合，使构造基因关闭。2、酶活性的调整〔细调〕确定数量的酶，通过其分子构象或分子构造的转变来调整其催化反响的速率。酶活调整的影响因素包括：底物和产物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、关心因子以及其他酶的存在等等。特点是反响快速。①酶活性的激活前体激活：代谢途径中后面的酶促反响，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。代谢中间产物的反响激活：代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作ppt〔212-217〕第五章发酵工业培育基及原料处理一、培育基的养分成分及用途〔一〕能源功能：生长、生殖需要〔二〕碳源功能：供给能量、构成菌体、代谢产物的物质根底；〔三〕氮源功能：构成菌体、含氮代谢物〔四〕无机盐功能：构成菌体，参与酶的组成，维持酶活性，调整渗透压，调整pH〔五〕特别生长因子：功能：酶的关心局部，维持生命活动〔六〕发酵的促进剂1程中结合到产物分子中去，而其自身的构造没有多大的变化，但产物的产量却因参与前体而有较大的提高。2促进剂：指那些既不是养分物又不是前体，但却能提高产量的添加剂。3一些代谢途径活泼，从而获得人们所需要的某种产物或使正常代谢的某一代谢中间物积存起来。〔七〕水分功能：生化反响均在水溶液中进展〔一〕、配置培育基的原则1、依据不同微生物的养分需要配置不同的培育基2、留意各养分物质的浓度和配345、尽量使用廉价易得的原料〔二〕12、查阅文献3、借助优选法或正交试验法细心设计培育基配方4、试验比较试验的规模一般由定性到定量，由小到大。发酵培育基的用途与要求、成分、配比经试验确定，配制时兼顾原料来源、本钱及工艺治理；第六章发酵工程的灭菌与空气除菌一常见的灭菌方法〔一〕化学物质灭菌原理：药物与微生物细胞中的成分反响，使蛋白质变性酶失活。使用范围：器皿、双手和试验室、无菌室的环境灭菌，不能用于培育基灭菌〔二〕辐射灭菌原理：利用高能量的电磁辐射与菌体核酸的光化学反响造成菌体死亡。常用：紫外线、Xγ

使用范围：用于室内空气及器皿外表灭菌〔三〕干热灭菌原理：利用高温对微生物有氧化、蛋白质变性和电解质浓缩作用而灭微生物。常用方法：灼烧和电热箱加热，140-180℃1-2小时使用范围：玻璃及金属用具及沙土管灭菌〔四〕湿热灭菌原理：蒸汽冷凝放出大量潜热，具有穿透力，且在高温有水分条件下，蛋白质易变性。常用方法：水煮常压灭菌：100℃饱和蒸汽灭菌：一般121℃，30min：培育基和发酵设备灭菌。〔五〕过滤除菌原理：利用微生物不能透过滤膜除菌。方法:0.01~0.45m孔径滤膜，使用范围：用于压缩空气、酶溶液及其他不耐热化合物溶液除菌。〔六〕．火焰灭菌法原理：利用火焰直接死微生物。使用范围：接种针、玻璃棒、三角瓶口〔三〕培育基灭菌温度的选择选择即能到达灭菌要求，又保证养分成分不被破坏的温度其次节培育基灭菌工艺一、分批灭菌〔一〕定义：将配制好的培育基输入发酵罐中，用蒸汽加热，使培育基和设备同时灭菌的一种灭菌方式。操作过程：空罐预备：清洗、检修和检测。升温：把培育基加热到灭菌所需的温度。保温维持：在灭菌温度下保持灭菌所需时间。冷却保压：把培育基的温度降低到接种的温度。发酵罐分批灭菌三路进汽：蒸汽从通风、取样和出料口进入罐内直接加热，直到所规定的温度，并维持确定的时间。这就是所谓的“三路进气”。四路出汽：蒸汽从排气、接种、进料和消沫剂管排气连续灭菌定义：将培育基通过特地设计的灭菌器，进展连续流淌灭菌后，进入预先灭过菌的发酵罐中的灭菌方式。2．流程由热交换器组成的灭菌系统蒸汽直接喷射型的连续灭菌系统由连消塔、维持罐和喷淋冷却组成的灭菌系统三、连续灭菌与分批灭菌的比较与选分批灭菌优点：123123优点：1234123一空气净化的方法各种不同的培育过程，鉴于其所用菌种的生长力气强弱、生长速率的快慢、培育pH的要求应依据具体状况而定。10－31000菌不彻底而造成染菌，致使培育过程失败。空气净化的方法大致有以下几种：1231.热灭菌法；基于加热后微生物体内的蛋白质〔酶〕热变性而得以实现。

2.静电除菌；近年来一些工厂已使用静电除尘除去空气中的水雾、油雾、尘埃，同时也除去了空气中的微生物。静电除菌时是利用静电引力来吸附带电粒子而到达除尘灭菌的目的。悬浮于空气中的微生物，其孢子大多数带有不同的电荷，没有带电荷的微粒进入高压静电场时都会被电离成带电颗粒。对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于微粒布朗集中运动的动量时，则微粒就不能被吸附而沉降，所以静电除尘灭菌对很小的微粒效率较低。3过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。通过过滤除菌处理的空气可到达无菌，并有足够的压力和适宜的温度以供好氧培育过程之用。该法广泛应用，是获得大量无菌空气的常规方法，在生产中使用最多。0.50.1μm，将空气中的细菌滤除，从而获得无菌空气。深层介质过滤；由多种介质组成过滤层，滤层较深，空隙较大，靠静电、集中、惯性和阻填充物按以下挨次安装：孔板铁丝网麻布棉花麻布活性炭麻布棉花麻布铁丝网孔板截作用等将细菌截留在滤层中，从而获得无菌空气。金属丝网和麻布的作用是使空气均匀进入棉花滤层。在充填介质区间的过滤器圆筒外部有装夹套，作用为在消毒时对过滤介质加热，要格外留神把握，温度过高简洁使棉花焦化而局部丧失过滤效率，甚至有烧焦着火的危急。空气一般从下部圆筒切线方向通入，从上部圆筒排出，出口不宜安装在顶盖，以免检修时拆装管道困难。〔二〕1.两级冷却、加热除菌流程这是一个比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件，能充分分别油水，使空气到达较低的相对适度下进入过滤器，以提高过滤效率。经第一冷却器冷却后，大局部的水、油都已结成较大的雾粒(>20μm)，且雾粒浓度较大，故适宜用旋风分别器分别。其次冷却器使空气进一步冷却后析出较小雾粒(>1μm)，宜承受丝网分别器分别，这样发挥丝网能够分别较小直径的雾粒和分别效率高的作用。30～35℃，20～25℃。除水后，空气的相对湿度仍是100％，须用丝网分别器后的加热器将空气中的相50～60％，以保证过滤器的正常运行。尤其适用于潮湿地区，其他地区可依据当地的状况，对流程中的设备作适当的增减。2.冷热空气直接混合式空气除菌流程〔图略〕第七章发酵条件及过程把握pH〔酸碱度〕温度〔℃〕溶解氧浓度基质含量空气流量压力搅拌转速搅拌功率粘度浊度料液流量产物浓度氧化复原电位废气中的氧含量废气CO2产热因素：生物热〔Q〕、搅拌热〔Q〕散热因素：蒸发热〔Q〕、辐射热〔Q〕、显热〔Q〕发酵热〔Q〕是发酵温度变化的主要因素。Q酵＝QQQQQ最适温度的选择；在生长阶段，应选择最适生长温度；在产物分泌阶段，应选择最适生产温度。发酵温度可依据不同菌种、不同产品进展选择。温度的把握工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因发酵中释放了大量的发酵热，需要冷却的状况较多。

利用自动把握或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇行管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。假设气温较高〔特别是我国南方的夏季气温〕，冷却水的温度又高，致使冷却效果很差，达不到预定的温度，就可承受冷冻盐水进展循环式降温，以快速降到最适温度。因此大工厂需要建立冷冻站，提高冷却力气，以保证在正常温度下进展发酵。第pH一、pHpH响微生物细胞膜所带电荷的状态，转变细胞膜的通透性，影响微生物对养分物的吸取和代谢产物的排泄；影响培育基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸取；pHpH1、生长阶段：菌体产生蛋白酶水解培育基中的蛋白质，生成铵离子，使pH至碱性；随着菌体量增多，铵离子的消耗也增多，另外糖利用过程中有机酸的积存使pH2pH3、自溶阶段：随着养分的耗尽，菌体蛋白酶的活泼，培育液中氨基氮增加，致使pHpH1、pH①培育基中碳、氮比例不当。碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多pH③生理酸性物质的存在，铵被利用，pH2、pH①培育基中碳、氮比例不当。氮源过多，氨基氮释放，使pH质存在；③中间补料氨水活尿素等碱性物质参与过多。〔二〕.pH首先考虑和试验发酵培育基的根底配方，使它们有个适当的配比，使发酵过程中pH在发酵过程中直接补加酸或碱和补料的方式来把握；补充生理酸性物质〔如(NH4)2SO4〕和生理碱性物质〔NaNO3〕来把握。4、消灭溶氧明显降低或上升的缘由：溶氧特别降低：污染好气性杂菌菌体代谢发生特别，需氧要求增加，使溶氧下降中间补料时机把握不当或间隔过密；某些设备或工艺把握发生故障或变化，如搅拌速度变慢，或消