现代微生物发酵复习资料

XX年现代微生物发酵复习资料

发酵:利用微生物进行生长与代谢活动，并通过为现代化工技术，进行微生物代谢活动形成

各类有用产品的过程，包含有氧与无氧的发酵。

微生物发酵的特点

发醉的催化作用都在细胞内进行；比表面积很大（表面积/体积）；原料来源广，价格低廉；

反应条件温与生产过程安全；设备“多能化”，代谢途径多样化；具有易变异性。

发酵简史

列文虎克发明了显微镜，算是微生物的发现者吧。

巴斯德，奉献是完全否定了自然发生学说，对免疫学的研究，首次制成狂犬疫苗，

进行预防接种，正是发酵由微生物引起，创立巴氏消毒法。

科赫，细菌学奠基人，奉献是正是炭疽病菌是炭疽病的病原菌，发现肺结核病的

病原菌，提出了科赫法则，创立了分离纯化微生物的技术。

应用：食品工业；医药保健食品工业；减缓资源能源衰竭；深入广泛的改善环境；农牧业增

产

诱变育种:就是人为地利用物理或者化学等因素，使诱变对象细胞内的遗传物质发生变化，引起突变，并通

过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。

紫外诱变的步骤：诱变处理将菌悬液倾于无菌培养皿中（内放一个磁力搅拌棒），置电磁力搅拌器匕于超

净工作台紫外灯卜.（距离30cm）照射0.5Tmin。4.取0.1-0.2mL诱变后菌悬液于选择培养基平板上，用

涂布器涂匀。置37c暗箱培养48h°

紫外线诱变，通常使用15W或考30W紫外线灯，照射距离为20-30Cm,照射时间依菌种而异，通常为ITmin,

死亡率操纵在50%-80%为宜。被照射处理的细胞，务必呈均匀分散的单细胞悬浮液状态，细胞浓度要适

宜，以利于均匀接触诱变剂，并可减少不纯种的出现。同时，关于细菌细胞的生理状态则要求培养至对数

期为最好。

光修复

可见光能够激活某些光复活酶，将照后受损的DNA部分进行修复，因此称之为光修复或者

光复活作用。光复活酶能识别喀咤二聚体，并利用光所提供的能量使二聚体环打开而完成修

复。（另外，低剂量紫外线诱变遭到可见光照射突变效应与致死作用均下降，而高剂量时发

生致死作用的回复而突变效应不变）

原生质体融合

通过人为方法使遗传性状不一致的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性

状的稳固重组子的过程。包含下列过程:将遗传性状稳同，带有不一致遗传标记（通常为营

养缺陷型与抗药性等）且具有互补优势的两个亲本通过筋（根据处理细胞壁构成的不一致进

行选择，细菌放线菌一一溶菌酶，放线菌还可用裂解酶2号、消色肽酶，酵母菌与霉菌一

一蜗牛酶、壳多糖酶、纤维素酶、半纤维素酶）解脱壁形成原生质体,通常使用聚乙二醇助

融等量的原生质体（助题分为:生物一一仙台病毒，物理一一离心、电脉冲，化学一一

PEG+Ga2+）,原生质体再生即融合的原牛.质体重新形成细胞壁，最后检出并鉴定融合子。

退化：菌种在培养或者保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优良生产性状的劣

化、遗传标记的丢失等现象。是细胞群体中退化细胞从量变到质变的逐步演变的过程（在形

态上的包子减少或者颜色改变）

复壮：狭义的复壮：是指在五种已发生衰退的情况下,通过纯种分离与生产性能测定等方法，从衰退的群

体中找出未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的措施。

UX的复担—是指在菌种的生产性能未衰退前就有意识的经常进行纯种的分离与生产性能测定工作，以期

菌种的生产性能逐步提高。实际上是利用自发突变（正变）不断地从生产中选种。（答题只用广义）

菌种保藏的原理目的方法

原理：人为制造合适的环境条件.便微牛物的代谢处「不活跃牛长繁殆受抑制的休眠状态.

尽可能减少其变异率，要素是低温、干燥、缺氧、营养缺乏等四方面的条件

目的：1，使菌种不至于死亡绝种，不污染杂菌；2,使菌种保持优良的性状、高存活率、低

变异率，以利于生产研究交换使用。

方法：斜面保藏、液体石蜡保藏、载体保藏、悬液保藏、冷冻干燥保藏、寄主保藏

乳糖操纵子：乳糖操纵子在缺乏乳糖等诱导物时，由调节基因（/acD编码的调节蛋白（即/ac阻遏物）一

宜结合在操纵基因上，抑制着结构基因转录的进行。当细胞中有诱导物存在时，乳糖与阻遏蛋白相结合，

使阻遏蛋H发生构象变化，结果降低了阻遏蛋H与操纵基因间的亲与力，使它不能继续结合在操纵于上，

操纵了•的“开关”被打开，结构基因的转录、翻译可顺利进行。变汲取与分解乳糖的酶诱导产生。当诱导

物耗尽后，阻遏蛋白可再次与操纵基因结合，这时转录的“开关”又被关闭，酪就无法合成

巴斯德效应：由于葡萄糖在有氧呼吸中获得的能晟比无氧呼吸与发酵时获得的多得多，因此

兼性厌氧微生物在有氧条件下，终止厌氧发酵而转向有氧呼吸，这种呼吸抑制发酵的现象称

之为巴斯德效应，其本质是能与与代谢调节的结果。因此酒精发酵的供氧条件：无氧

（非重点）谷氨酸产生菌大多数的生理特性：生物素缺陷型，a-酮戊二酸氧化能力弱，L-

谷氨酸脱氢酶活性强，NADPH2再氧化能力欠缺，细胞膜通透性改变。

谷氨酸产生菌发酵过程中生物素操纵亚适量的原因：1,使得产牛.菌代谢失调，进行不完整

TCA,在NH4+存在下，L•谷氨酸脱氢酶活性强，NADPH2再氧化能力弱，异柠檬酸裂解活力

低，DCA循环支路封闭，转化为谷为酸生产型;2,改变细胞膜的渗透性，使得谷氨酸不断

分泌出细胞外除去谷氨酸积存所引起的反馈调节3.亚适量时促进Q-酮戊•.酸合成、浓度过大：促

进菌体生长，耗糖快，谷氨酸产量低.浓度过少，菌体生长缓慢，耗糖慢快，发酵周期长，谷氨酸产量低.

谷氨酸的发酵条件：1、菌体生长期生长素应该足量，产酸期生长素亚适量：2、发酵前期低

通风量，发酵中、后期高通风量：3、NH4+以连续流加的方式添加，碳氮比100：11时

开始积存谷氨酸，100：21时大量积存，在菌体生长期碳氮比较高；4、具体生长期

温度30~32,产酸期34~37；5、pH应该保持偏碱性，前期7.5~8.0,中后期7.0~7.6

6、发酵使用透光率在90%以上的水解糖，接种量为2%-5%（加粗的比答）

抗生素发酵调控中添加磷酸盐的目的：1、抑制次级代谢产物前体的合成；2、抑制与足额

次级代谢产物合成中关键物的活性与合成；3、导致细胞能荷的改变

前体：指微生物在代谢过程中其中某一代谢中间体的前一阶段的物质

（这是个小题，看看就能够）发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产有用的各类产物的过程，

有三个核心部分：1、菌种的选育2、为菌种提供适宜条件，充分发挥菌种生产能力；3提取

分离纯化发酵产物，提高产品质量。其中菌种是基础，发酵是关键，分离纯化是保障。微生

物工程致力于研究与解决整个过程的工艺设备问题，将实验室与中试成果扩大大工业化生

产。

淀粉的糊化：淀粉在高温卜溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性

淀粉的老化：分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶过程。

淀粉的液化：在。•淀粉能作用下淀粉的可溶性增加I,淀粉乳黏度急剧下降形成糊精

及低聚糖的过程

淀粉的糖化：利用糖化酶进一步将糊精及低聚糖转化为葡萄糖的过程

连续灭菌（连消）：将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时对培养及进

行加热保湿冷却而实现灭菌，其灭菌温度126~132总蒸汽压0.14~0.MPa为宜

实罐灭菌（间歇灭菌）：配制好的培养基放置于发酵罐或者其他装置，通入蒸气将培

养基与设备一起加热，达到预期灭菌温度后维持一段时间，再冷却到发酵温度的湿热

灭菌过程

发酵阶段碳氮比的操纵：通常来说菌体生长期，氮源要多一些，发酵阶段，碳源要多

一些，而且应该适时补料，比如谷氨酸发酵时4:1的碳氮比（2%葡萄糖，0.5%尿素）

菌体大量繁殖，3:1时谷氨酸大量积存。另外，微生物利用营养物质有三方面作用：

构成菌体，形成各类代谢产物，提供能量。

下游加工特点：1、发酵液是复杂的多相系统，固液分离困难（系统多相性）；2、目

的产物含量低而对纯度要求高且不稳固，故要求温与的且有较高收率的分离纯化操作

（产物不稳固性）；3、发酵液含有与目的产物理化性质相近的杂质，增加分离纯化难

度（杂质分离复杂）；4、为习惯复杂的发酵工程要有相习惯的下游加工工艺已保证产

结晶：物质从液态或者气态形成晶体的过程，是制备高纯度固体物质特别是小分子物

质的重要方法

结晶的过程：饱与溶液的形成，晶核形成，晶体的生长（溶液达到过饱与状态是结晶的前提;

过饱与度是结晶的推动力。）

结晶的方法：冷却结晶、浓缩结晶、化学反应结晶、盐析结晶

饱与溶液：溶液中溶质的浓度为溶质溶解度时的溶液

过饱与溶液：溶质浓度超过其溶解的的溶液

固定化酶（细胞）：将水溶性的酶（或者整个细胞）用水不溶性的载体媳妇交联或者

包埋起来，这种酶（或者细胞）称水不溶酶（或者细胞）或者固定化酶（细胞）

固定化酶的方法：吸附（物理吸附、离子吸附）、交联、包埋（凝胶包埋、半透膜包

埋、纤维包埋）、共价健结合（重氮法、滨化徨法）吸附法与共价键结合法又可统称之载体结

合法。

固定化细胞的制备方法：1.不用载体的细胞固定

用适当的方法处理不加载体直接使用或者加絮凝剂与添加剂共同成型。

将细胞在适当的温度下处理使细胞膜蛋白变性，但不使酶变性而使醒固定于细胞内的方法。

2包埋法：琼脂凝胶包埋法海藻酸钠凝胶包埋法聚丙烯酰胺凝胶包埋法

固定化细胞的特性及优缺点：特点：活力低于游离细胞（醋酸杆菌例外），最适温度通

常于游离细胞差不多，稳固性优于游离细胞半衰期高于游离细胞，最适pH因载体不

一致而有差异（带负电载体较游离的细胞而，带正电的则低，而不带电的则相差不大）

优点：1.使用固定化细胞省去了酶的分离过程，显著降低了成本。2.适合于进行多酶序列反

应3.可里复使用，4.操作简单，单批发酵的细胞一次马上细胞排弃，节约用于细胞生长的养

料5.增加了细胞对不利环境的耐逆性，增加了酶的稳同性，应用范围广；缺点：1.栽体形

成的孔隙大小影响高分子底物的通透性。2.多酶系统易产生副产物3细胞壁与细胞膜造成底物渗

透与扩散障碍.

谷氨酸产生菌为细胞缺陷型在发酵过程中添加青霉素的原因：青霉素结构类似于肽聚

糖末端结构，作用在细胞壁上，干扰细胞壁的合成，造成细胞壁不完全，使得细胞膜

处于不完全保护，又由于膜内外渗透压差导致细胞膜损伤增大了谷氨酸的通透性，促

进谷氨酸排出细胞。关键：务必在增殖过程的适当时期添加，且务必在添加后再进行一定的增城。

谷氨酸分离提取的常用方法：1.等电点法、2离子交换法、3等电点.离子交换法、

抗生素按机制分类：一、影响细胞壁合成：青霉素、头抱菌素二、影响核酸合成：比如利福霉素、

博莱哥素等。三、影响蛋白质合成氨基糖甘类、四环素类与氯假素。四、影响细胞膜通透性：多粘菌素

青霉素的抗菌机制、抗菌谱及稳固性：抑制细菌转肽酶、阻止细胞壁肽合成中的交叉

连接步骤是正处于繁殖期的细胞壁的合成发生障碍，导致菌体细胞壁损坏，，使细胞

因渗透压等原因发生自溶而死亡。作用于大多数革兰氏阳性菌及部分阴性菌，是窄谱

抗菌素。酸性物质，游离状态不如其碱金属盐稳固，干燥纯净的青霉素盐稳固，在溶

媒中较杉固，青霉素低温下稳固。青霉素在偏酸环境（pH5~7）中稳固，pH6最稳固，

吸湿降解。

青霉素萃取的目的原埋及影响因素：目的：由于青霉素滤液中纯度很差，杂质多，颜

色很深，不具备药用价值只有进行萃取才能为精制工艺提供合格原料，生产出符合要

用标准的青霉素。原理：青霉素在水中溶解度小易溶于有机溶剂，其钠盐钾盐易溶于

水，不溶或者难溶于有机溶剂。(故将滤液加稀硫酸醋酸丁酯使其以酸的形式萃取如

醋酸丁酯之后将碳酸钾加入醋酸丁酯实现反萃取)影响因素：pH、温度、乳化现象、

工艺过程及浓缩倍数、微生物污染、萃取时间、混合效果。

青霉素为什么支撑盐而不青霉素粉的原因：1.碱金属盐稳固性较游离酸形式好2、青

霉素在水中稳固性差易水解，因而不宜做成水针剂存放，只能做成晶体形态才能长期

储存

合成阶段，苯乙酸或者苯乙酰胺可用作为青霉素发酵的前体。

青需素发酵的最适温度通常认为在25℃左右。前期操纵25-26'C左右，后期降温操纵23ct.

青霉素合成的适宜PH6.4—6.6左右，避免超过7.0,青霉素在碱性条件下不稳固，易水解。前期pH操纵在

5.7-6.3,中后期pH操纵6.366

通气比通常为1：0.95o溶氧过高，菌丝生长不良或者加糖率过低，呼吸强度下降，影响生产能力的发挥

定义优点缺点

在一个密闭系统内投入

有限数量的营养物质

后，接入少量的微生物操作简单，周期短，染

分批发酵菌种进行培养，在特定菌机会少，生产过程与产率低

的条件下只完成一个生产品质量容易掌握

长周期的微生物培养方

法

微生物培养到对数生长

期时，在发酵罐中不断

操纵稀糅速率能够使长期连续培养会引起

添加新鲜的培养基，同

连续发酵发酵过桎最优化。发醉菌种退化，降低产量。

时不断放出代谢物，使

周期长,产量高染菌机会增加

微生物细胞在近似恒定

状态下生长的培养方式

与连续培养相比⑴降

低了纳菌.避免了遗传

不稳固性。(2)最终产

根据菌体生长与初始培

物浓度较高，有利于产(1)由于没有物料取

养基的特点，在分批培

物的分离。(3)使用范出，产物的积存最终导

养的某些阶段适当补加

分批补料发酵围广与分批培养相比致比生产速率的下降。

培养基，使菌体或者其

(1)解除底物抑制与葡(2)由于物料的加入增

代谢产物的生产时间延

萄糖的分解阻遏效应。加了染菌机会

长

(2)延长次级代谢产物

的生产时间。(重点)

淀粉水解糖的方法

定义要求/缺点优点备注

以酸为催化

剂，在高温而

酸解法（酸糖耐酸、耐高温、生产方便、设备简单、水解

压下将淀粉水

化法）耐高压的设备时间短设备生产能力大总之，从产品质量与糖耗

解成葡萄糖的

原料出糖率来看,酶解法

方法

最好，酸解法最差。制糖

转移性很强的设备多，旃本身

温与，专一性强，可水解高时间来看，酶解法最长，

淀粉幽及糖化是蛋白质，易引

酶解法（双酶浓度淀粉乳，沏液色泽浅纯酸解法最短，另外,淀粉

酶将淀粉水解起糖液过滤困

解法）净无异味质量高有利于充酶的特性：a-淀粉酶能

为葡萄糖的工难，时间长

分利用够水解淀粉分子链的a

艺（48h）

T,4糖昔键,不能水解

酸施法：先用酸液化速度快，糖化可使

a-1,6糖昔键，但能越

酸水解成糊精用较高的淀粉乳浓度，提高

过a-1,6糖甘键继续水

或者低聚糖，生产效率：酸田量少，产品

解a7.4糖背键.水解

在用糖化箭色泽浅，糖液侦量高

酸酶结合法没有规律性的先后次序。

酶酸解法：先