建筑
1绪论
1-1何谓发酵？生物化学和工业上的发酵有何不同？
生物化学意义上的发酵是指细胞在无氧条件下，分解葡萄糖或有机物产生能量的过程。
工业意义上的发酵是泛指利用培养细胞（包括动物、植物和微生物）获得产物的任何有氧或
无氧的过程。
1-2何谓发酵工程？其主要内容是什么？请简述其与生物技术的关系。
发酵工程是利用生物体为工业化生产服务的一门工程技术，即利用生物体的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物反应过程），获得产品的工程化技术。
其主体包括生物反应工程和产品提取、精制的下它是研究生物技术产业化的一门学科，
游工程。主要研究内容：
1）优良菌种的选育；
2）合适的生物反应工程包括生物反应过程的优化、反应器的选择和下游工程
生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂（酶或细胞）的作用将物料
进行加工以提供产品或为社会服务的技术。它包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等五大工程。生物技术的核心是基因工程，但又离不开发酵工程。发酵工程是基因
工程和酶工程的表达，即大部分生物工程的产品均要通过发酵工程来完成。所以说，发酵工
，绝大多数生物程在生物工程中是最关键的过程。现代发酵工程处于生物技术的中心地位
技术的目标都是通过发酵工程来实现的。
因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的
研究对象。
1-3请简述发酵工程的发展史。
1）基因工程出现之前的时代（1982年前）；
1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐；
1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业；
1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立；
60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵；
2）基因工程出现后的时代（1982年后）。
80年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株；
1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造
细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。
组学的发展??
系统工程和合成生物学??
1-4何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。
初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、
有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。
次生代谢：是相对于初级代谢而言的一个概念。它是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无必要功能的物质的过程。次生代谢产物大都是分子结构复杂的化合物。根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、酶和毒素。
3灭菌
3-1灭菌的方法有哪几种？
化学药剂灭菌（过氧乙酸、次氯酸钠、二氧化氯、甲醛、过氧乙酸、环氧乙烷??）
射线灭菌（紫外线、高能电磁波、放射性物质产生的高能粒子）
干热灭菌（ 160°C，1h；主要由于氧化作用而死亡：微波加热灭菌、烘箱加热灭菌）
湿热灭菌（ 120°C，30min；利用饱和蒸汽灭菌）
过滤除菌（空气除菌、料液的过滤除菌）
3-2何谓空消和实消？各自操作如何？
空消：培养基采用连续灭菌时，发酵罐需在培养基灭菌前直接通蒸汽进行空罐灭菌（进汽→关阀升压→保压 30min→降压后通入无菌空气→冷却）；
实消：实罐灭菌，即分批灭菌，将配制好的培养基放在发酵罐或其它装置中，通入蒸汽将培
养基和所用装置一起进行灭菌。
3-3连续灭菌流程有哪几种？各自的特点是什么？
连消塔—喷淋冷却连续灭菌流程：由连消泵、连消塔、维持罐和喷淋冷却器组成
薄板换热器连续灭菌流程：由3个薄板换热器、维持管组成，节约了蒸汽和冷却水
喷射加热连续灭菌流程：由喷射加热器、维持管、膨胀阀和真空冷却器组成
3-4简述发酵用无菌空气的质量标准。
1.?连续提供一定流量的压缩空气，
2.?空气的压力一般为 0.2-0.4 Mpa;
3.?进入过滤器前空气的相对湿度≤VVM=0.1-2.0；70%；
4.?进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10-30°C;
-3
10。
5.?过滤后空气的无菌程度为
3-5空气过滤除菌流程一般包括哪几部分？各自的作用是什么？
粗过滤器【去除大颗粒尘埃，粗过滤器分为布袋过滤器、油浴洗涤和水雾除尘器3种】→空气压缩机【供给能量】→贮罐【缓冲排气压力，稳定气压】→油水分离器【去除压缩空气中
的大颗粒油水雾】→空气冷却器【冷却压缩空气，使其析出水汽】→水分离器【分离压缩空
气的水汽】→加热器【除水后相对湿度一般为100%，加热以降至 50-60%】→总过滤器【除菌，给全厂提供无菌空气】→分过滤器【进一步除菌，保证各发酵罐空气无菌】
3-6某生物制药厂采用空气冷却流程一制备无菌空气， 当地空气相对湿度 60%。空气进入总 过滤器时的 状态是：相对湿度 60%、压力 0.4MPa ，温度 35°C 。通过计算确定，当地气温 最高不能高于多少？（10、12、15、20、35°C 的 饱和水蒸汽压力分别为 2339、5615Pa ）
1228、1418、1705、
P
1
2
=0.1MPa ，P =0.4MPa ，
? 1 = ?，4P 2 b1 b2
=P ，
根据饱和蒸气压数据，得
t< 12°C
3-7深层过滤除菌的 机理是什么？请简述其各自的 作用机制。 深层过滤介质的 孔隙大于微生物。利用颗粒的 力、重力沉降等作用将细菌拦截在介质中进行除菌。
较大，而重力和静电引力的 作用较小。
惯性冲击、布朗运动、颗粒与介质的 静电引
一般认为惯性、拦截和布朗运动的 作用
惯性冲击作用：当灰尘颗粒随气流前进遇到过滤介质时，
气流受阻而改变方向，而颗粒因惯
性作用仍沿直线向前运动，与纤维碰撞摩擦而吸附在纤维表面，以此拦截颗粒。
拦截滞留作用：在空气流速较小时，微粒的 流动与空气流线相似，受纤维所阻时，改变方向， 绕过纤维前进，并在纤维的 周边形成一层边界滞流区。 区的 微粒慢慢靠近和接触纤维，从而被粘附滞留。 而滞流区的 空气流速更慢， 进到滞流
布朗运动：在很小气速和较小的 纤维间隙时， 机会，从而将微粒截留住。
则布朗扩散作用大大增加了微粒与纤维的 接触
重力沉降作用：重力沉降作用是一个稳定的 分离作用。 带力时，微粒就很容易沉降。大颗粒比小颗粒更易沉降；
当微粒所受的 重力大于气流对它的 拖 对小颗粒来说，只有气速很慢时才
起作用。一般它与拦截作用相配合，即在纤维的 边界滞流区内， 滞留的 捕集效率。
微粒的 沉降作用提高了拦截
静电作用：干空气与非导体的 物质（如过滤介质纤维）间的 相对运动摩擦，会产生诱导电荷。
悬浮在空气中的 微生物微粒大多带有不同的 电荷，
如枯草杆菌孢子 20 %带正电荷， 15 %带
负电荷。这些带电的 微粒就会受异性电荷的 物体吸引而沉降。 3-8空气过滤除菌的 设备主要有哪些？各自的 作用是什么？ 粗过滤器【去除大颗粒尘埃，粗过滤器分为布袋过滤器、
油浴洗涤和水雾除尘器
3种】→空
气压缩机【供给能量】→贮罐【缓冲排气压力，稳定气压】→油水分离器【去除压缩空气中 的 大颗粒油水雾】→空气冷却器【冷却压缩空气，使其析出水汽】→水分离器【分离压缩空 气的 水汽】→加热器【除水后相对湿度一般为
100%，加热以降至 50-60%】→总过滤器【除
菌，给全厂提供无菌空气】→分过滤器【进一步除菌，保证各发酵罐空气无菌】
4发酵技术
4-1发酵培养技术有哪些？各种技术的 特点是什么？ 分批发酵、补料分批发酵、半连续发酵、连续发酵
分批发酵：发酵液体积恒定，发酵液中物质浓度随时间而变化；
分批补料发酵：在分批发酵过程中，间隙或连续的补加新鲜培养基的培养技术。
液的输入，没有输出，因此，发酵液的体积在不断增加；
由于只有料
；
半连续发酵：补料分批发酵的基础上加上间歇放掉部分发酵液（行业中称为带放）
连续发酵：补料的同时放走发酵液，发酵液体积不变。
4-2 ?请简述分批培养过程微生物细胞的典型生长曲线及其每个阶段的特点。
停滞期：刚接种后的一段时间内，因菌种对新的生长环境有一适应过程，
变的过程
细胞数目和菌量不
加速期：通常很短，比生长速率可在短时间内从最小升到最大值。
对数期：细胞已完全适应其周围环境后，便进入恒定的对数或指数生长期。
减速期：随着养分的减少，有害代谢物的积累，生长不可能再无限制地继续。这时虽然细胞
量仍旧在增加，但其比生长速率不断下降，细胞在代谢与形态方面逐渐蜕化。
平衡期：实际上是一种生长和死亡的动态平衡，μ【比生长速率】=α【比死亡速率】，净生长速率等于零。由于此时菌体的次级代谢十分活跃，许多次级代谢产物在此时大量合成，菌的形态也发生较大的变化（如菌体分化，染色变浅，形成空胞等）。
死亡期：当养分耗竭，对生长有害代谢物在发酵液中大量积累便进入死亡期。这时生长呈负增长。工业发酵一般不会等到菌体开始自溶时才结束培养。α＞μ，
发酵周期的长短不仅取决于前面五期的长短还取决于X0（初始浓度）。
4-3简述微生物产物合成与细胞生长之间的关系及其工艺控制策略。
生长耦联型：微生物的生长、碳水化合物的降解代谢和产物的形成几乎是平行进行的，
期和分化期彼此不分开，也即代谢产物的生成和细胞的生长是同步的和完全耦联的【策略：
延长发酵周期有利于产物合成】；
营养
非生长耦联型：产物一般不是直接或间接来自微生物的产能降解代谢，而是通过两用代谢途径合成的，所以产物的生产与细胞生长无直接关系【策略：如次生代谢产物，则以缩短菌体
的对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后延长生产期，以提高产量】；
混合生长耦联型：产物间接的与微生物的初级产能代谢途径相关，胞的生长仅有间接关系【策略：根据其耦联程度而灵活调节】
这类反应产物的生产与细。
4-4名词解释：
比生长速率：指单位菌体（每克菌体）单位时间内（一小时）增加的菌体量
基质比消耗速率：指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量，它表示细胞对营养物质利用的速率或效率。
产物比生成速率：指每克菌体在一个小时内合成产物的量，
力。
它表示细胞合成产物的速度或能
对基质的细胞得率系数【对基质的产物得率系数【Y G】：指每消耗
1g（或 mol）基质所产生的菌体重。Y P】：指每消耗
1g（或 mol）基质所合成的产物质量。
基质消耗速率方程：。
X是当前菌浓度， m是细菌维持生命活动的消耗系数
Luedeking-Piret方程：基本形式为，是描述产物形成动力学中混合生长耦联型
的模型。
5发酵工艺
5-1培养基的种类有哪些？前体、促进剂和抑制剂有何不同？何谓碳分解代谢物阻遏、快速利用氮源、生理酸性和碱性氮源？
培养基按纯度分为合成培养基【成分完全已知】和复合培养基【一些成分不完全明确】；
按状态分固体培养基、半固体培养基、液体培养基；按用途分孢子培养基【繁殖孢子用】、种子培养基【培育种子（用于生产的初始菌）用】、发酵培养基【生产用】。
前体是指加入后能直接在生物合成中结合到产物分子中而其自身的结构并没有多大变
化，但产物的产量却有较大提高的物质【如VB12的氯化钴】。
促进剂是指既不是营养物又不是前体但能提高产量的物质【如促进分散的表面活性剂】。
抑制剂是指在发酵过程中加入某些物质会抑制某些代谢途径的进行，同时会使另一代谢途径活跃，从而使所需产物或正常代谢的中间产物得以积累【甘油发酵中添加亚硫酸氢钠】。
碳分解代谢物阻遏是指微生物在混合碳源发酵时优先利用速效碳源（通常为葡萄糖），且该碳源的代谢产物会抑制其它非速效碳源代谢相关的基因表达和蛋白活性，
效碳源利用的现象。
从而影响非速
快速利用氮源即无机氮源，包括氨水、硝酸盐、铵盐。
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质，经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性氮源，代谢后产生碱性物质的无机氮源（NO3）称为生理碱性氮源
-
5-2最适 pH与微生物生长和产物形成的相互关系有哪几种？如何确定某一微生物发酵的生
长和产物形成的最佳 pH？又如何控制其 pH？
最适 pH与微生物生长和产物形成的相互关系有：
μ、Q都有一个相同的较宽的最适P pH范围；
μ或 ( Q P
)的最适 pH范围一个很窄、一个很宽；
μ和 Q对 pH都很敏感，但最适 pH又相同；
P
μ和 Q对 pH都很敏感，但最适 pH却不相同。
P
【μ：菌体生长； Q P：产物合成】
菌体生长和产物合成的最适
发酵过程 pH的控制方法：
1）流加酸： HCl；
pH根据实验来确定。
2）补加氨水或尿素：
3）碳酸钙：中和产生 CO2
4）补料控制 pH
5-3何谓呼吸强度、耗氧速率、临界溶氧浓度？
呼吸强度：表示微生物的相对需氧量，指单位重量干菌体在单位时间内消耗的氧量；
耗氧速率：是指单位体积培养液在单位时间内细胞摄取（或消耗）氧的量，也称摄氧速率；
临界溶氧浓度：各种细胞对溶解氧浓度有一个最低要求，即发酵过程不需要使溶氧浓度达到或接近饱和值，只是超过此一氧浓度即可。此时溶氧浓度就称为“临界溶氧浓度”。
5-4氧传递速率方程是什么？氧传递阻力主要是什么？影响氧传递的因素有哪些？请简述
搅拌与通风影响溶氧的的机制。请举出几种氧载体。
主要传递阻力是气液相间氧传递过程；
影响氧传递的因素有溶氧系数 (K a)和传递推动力 (C*-C )；
L L
搅拌能够显著提高溶氧系数，具体表现为：
1)?搅拌能把大的空气气泡打成微小气泡，a和气液的接触时间增大；
2)?搅拌使液体作涡流运动，延长了气泡的运动路线，即增加了气液的接触时间；
3)?搅拌使发酵液呈湍流运动，从而减少气泡周围液膜的厚度，减少液膜阻力；
4)?搅拌使菌体分散，避免结团，有利于固液传递中的接触面积的增加，使推动力均一。
氧载体包括：液态烷烃、正十二烷、正十六烷、全氟化碳、油酸、硅油、豆油。
5-5发酵过程中泡沫是如何形成的？如何控制泡沫？常用的消泡剂有哪些？请具体写出几
个代表性消泡剂。
在微生物深层培养过
程中由于通气和搅拌、代谢
气体的逸出以及培养基中
糖、蛋白质、代谢物等稳定
泡沫的表面活性物质的存
在，使发酵液中产生一定数
量的泡沫。
控制泡沫有两种方法：
机械消泡：在搅拌轴上方安
装消沫浆，泡沫借旋风离心
场而消泡。
化学消泡：利用消泡剂以降
低液膜的机械强度或降低
液膜的表面粘度进行消泡。
6生物反应器
6-1何谓生物反应器？一个良好的生物反应器应具备什么条件？
促进细胞的新陈代谢，在低消耗下生物反应器指提供适宜细胞生长和产物形成的各种条件，
获得高产量的一种反应设备。
一个优良的生物反应器应具备的条件：
1)?结构简单；
2)?不易染菌；
3)?良好的液体混合性能；
4)?较高的传质传热速率；
5)?单位时间单位体积的生产能力高；
6)?同时还应具有配套而又可靠的检测和控制仪表。
6-2常见的通风发酵罐有哪些？分别描述它们各自的结构特征及优缺点。
1.通用式发酵罐【既有机械搅拌装置，又有压缩空气分布装置】{技术成熟，通用性好，性能稳定；结构复杂，能耗大，造价高}
{省去了压缩机；吸程2.机械搅拌式自吸式发酵罐【利用机械搅拌的高速旋转而吸入空气】
短，易染菌，剪切损伤大 }
3.气升式发酵罐【是指利用空气的提升作用而使发酵液循环，没有机械搅拌】{结构简单，造价低，避免染菌，能耗低，供氧好，无搅拌剪切；不适宜高粘度或固含量大的发酵}
4.喷射自吸式发酵罐【利用喷射吸气装置吸入空气而进行气液混合】{三相混合与分散良好，溶氧速率高，能耗低，无需提供压缩空气；较易染菌}
6-3通用式发酵罐与气升式发酵罐有何区别？
两者的主要区别在于：
1)?气升罐功率消耗比通用式罐低；
2)?总功率相同时，气升罐的氧传递速率比通用式罐高；
3)?气升罐比通用式罐结构简单，且没有机械轴封；
4)?气升罐对细胞的剪切作用比通用式罐要小得多。
6-4厌氧菌培养的特点是什么？酒精发酵罐为什么没有机械搅拌装置？
厌氧菌的氧化与有机物的还原耦合，因而形成较少的ATP，其细胞得率比需氧菌少许多。
酒精发酵罐属于厌氧发酵罐，发酵过程不需要供氧，且产生的 CO2气体可以起到类似气升式罐一般的混合效果，因此没有机械搅拌装置。
6-5什么是固体发酵？其有何优缺点？请简述影响固体发酵的因素。几种固体发酵罐有何共同特点？
所谓固体发酵是指，在湿含量低于 90%或不含或很少自由水的固体或含固体颗粒培养基中
的发酵。
优点：产率高；抗污染强；装料系数大；部分微生物生长更好；可以以加工业残渣为原料，
降低生产成本；提取产物所需的溶剂少；发酵废物的处理简单，可直接干燥作为动物饲料。
缺点：物料搅拌难，混合不均，控制不易；传热性质差，温度控制难；发酵参数难以检测；
不太适合细菌生长；研究不透彻，目前往往依靠经验。
影响固体发酵的因素主要有合适菌株的筛选、最适基质的确定和控制参数的优化。
共同特点是都严格控制了固体发酵中氧的传递、温度和基质的湿含量。
7基因工程菌的培养
7-1影响工程菌不稳定的因素有哪些？
培养基的组成：质粒在丰富培养基比在低限培养基中更加不稳定。
主细胞的生长，但不利于外源基因的表达；
合成培养基往往有利于宿
培养温度：通常低温有利于重组质粒的稳定遗传；
菌体的比生长速率：如果宿主菌的比生长速率比工程菌的大，质粒将严重丢失；
控制基因的过量表达：外源基因表达水平越高，重组质粒就越不稳定。
7-2何谓高密度培养？重组大肠杆菌的高密度培养的关键和核心是什么？其培养技术有哪
几种？
高密度培养是指提高菌体的发酵密度，最终提高产物的比生产率（单位体积单位时间内产物
的产量）的一种培养技术，通常指分批补料发酵技术。
关键是补料策略，即根据工程菌的生长特点及产物的表达方式采取合理的营养流加方案，
理流加碳源降低‘葡萄糖效应’
合常见的流加技术：恒速流加、变速流加、指数流加、反馈流加。
7-3请简述毕赤酵母作为外源蛋白表达系统的原理。何谓“三段法”？重组毕赤酵母高密度
培养时应注意哪些问题？
毕赤酵母为甲醇利用型酵母，能以甲醇为唯一碳源和能源生长。甲醇利用途径的第一个酶为醇氧化酶（ AOX）。生长在限量甲醇中的细胞能诱导出大量该酶，而生长在甘油、葡萄糖或
乙醇中的细胞却不能产生该酶。因此，可利用醇氧化酶基因（
表达系统而高效表达外源蛋白。
AOX1）作为强启动子来构建
三段法：第一阶段，在甘油或葡萄糖为碳源的合成培养基中进行工程菌的分批培养，菌体细胞；第二阶段，在限制生长速率下流加甘油或葡萄糖的流加补料培养，
菌体量；第三阶段，即诱导阶段，开始较低速度流加甲醇，以诱导外源蛋白的表达。
以积累以进一步提高
【该工艺的主要优点是： 1）提高细胞存活力； 2）缩短诱导时间； 3）提高重组蛋白的生产速率。但是过量甘油的流加，又将抑制甲醇利用途径，导致外源蛋白的表达水平降低】
重组毕赤酵母的大规模培养的高密度培养时要注意控制代谢副产物乙醇的量，
控制甲醇的流加量，它们都将抑制细胞的生长，后者还将影响表达水平。
同时还要注意
8动植物细胞的大规模培养
8-1动植物细胞与微生物细胞的区别是什么？
8-2动物细胞的培养方法有哪些？
8-3何谓灌注培养和微载体培养？动物细胞在微载体表面的生长机制是什么？
灌注培养：指细胞接种后进行培养，一方面新鲜培养基不断地加入反应器内，培养液连续不断地取出，但细胞留在反应器内，使细胞处于不断的营养状态中。高，利用时间长，浪费少，避免代谢总产物和有毒代谢副产物的抑制作用】
微载体培养技术就是将动物细胞吸附在微载体表面而进行的一种悬浮培养技术。另一方面又将【细胞密度
【微载体是
指直径在 60～250 ，能适用于贴壁细胞生长的微珠。微载体一般是由天然葡聚糖或者各
种合成的聚合物组成】
锚地依赖性细胞在微载体表面上的增殖，要经历粘附和贴壁、生长、扩展成单层三个阶段。
粘附和贴壁：经过数小时的低速搅拌增加细胞与微载体的接触，
力贴附在微载体上。
细胞通过静电作用和范德华生长：选择最适的生长条件可使生长迅速。
扩展成单层：与微载体表面有关。微载体表面光滑时细胞扩展快，表面多孔则扩展慢。
8-4微生物、动植物细胞培养用的机械搅拌通风发酵罐的主要区别是什么？
动植物细胞发酵罐中将通用式发酵罐中对细胞剪切损伤较大的搅拌器和通气装置改为对细
胞损伤较小的。
搅拌轴中空通气，预先将气液混合，并通过笼网消泡，再将无泡的有氧气混合的培养液供入
发酵罐。【虽然深层通气，但不产生气泡，细胞不与气泡接触，避免了气泡损伤
※；?搅拌剪切力小，混合性能良好】【进行气液交换的液体量有限，导致溶氧系数小；结构复杂，难以
放大，易产生死角，不宜长期连续使用】
{动植物细胞发酵培养其实也适宜用大气泡的气升式发酵罐，无剪切损伤，气泡损伤小}
9发酵动力学
研究内容
①细胞生长和死亡动力学；
②基质消耗动力学；
③氧消耗动力学；
④CO2 生成动力学；
⑤产物合成和降解动力学；
⑥代谢热生成动力学。
9-1名词解释：细胞得率系数、产物得率系数、理论得率系数、比生长速率、比生成速率、
比消耗速率、维持系数。
细胞得率系数：
产物得率系数：
生成产物量理论得率系数：在所有所消耗基质都用于生产产物而不用于细胞生长的情况下，
和消耗基质量的比值。
比生长速率：指单位时间内（ 1h）单位质量的菌体（ 1g）所增加的菌体量。
比生成速率：指每克菌体在一个小时内合成产物的量。
维持系数：每克菌体在一小时内维持其最基本的代谢所需消耗的培养
基量。
9-2常见细胞生长动力学和产物形成模型有哪几种？
细胞生长动力学： Monod方程， Haldane方程， Logistic方程
产物形成模型： Luedeking-Piret方程
《发酵工程原理与技术》课程复习提纲及部分知识点 [复习提纲] 什么是发酵？发酵工程的发展历程？ 发酵的定义在合适的条件下利用生物细胞内特定的代谢途径转变外界底物生成人类所需目标产物或菌体的过程 自然发酵时期 1.发酵工程的诞生 2.通气搅拌液体深层发酵的建立 3.大规模连续发酵以及代谢调控发酵技术的建立 4.现代发酵工程时期 发酵工业常用的微生物及其特点。 ①细菌：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等②放线菌：链霉菌属、小单胞菌属和诺卡均属③酵母菌：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母 4.霉菌 菌种的分离及保藏 一稀释涂布和划线分离法二利用平皿中的生化反应进行分离三组织分离法四通过控制营养和培养条件进行分离 一斜面保藏方法二液体石蜡油保藏法三冷冻干燥保藏法四真空干燥法五液氮超低温保藏法六工程菌的保藏 菌种的退化及复壮 菌种退化是指生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行转移传代或包藏之后，群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象退化的原因主要有基因突变连续传代以及不当的培养和保藏条件 菌种的复壮通过人工选择法从中分离筛选出那些具有优良性状的个体使菌种获得纯化服装的方法一纯种分离二淘汰法三宿主体内复壮法 微生物育种的方法有哪些？ 自然育种、诱变育种 培养基的主要成分。 水、碳源、氮源、无机盐、生长因子、 碳源及氮源的种类。 碳源种类：1、糖类2、醇类3、有机酸类4、脂肪类5、烃类6、气体 氮源种类：1、无机氮源 2、有机氮源 培养基的设计的基本原则？ 一根据生产菌株的营养特性配制培养基二营养成分的配比恰当三渗透压 4ph 值 发酵工业原料的选择原则 一因地制宜就地取材原料产地离工厂要近，便于运输节省费用 二营养物质的组成比较丰富浓度恰当能满足菌种发育和生长繁殖成大量有生理功能菌丝体的需要更重要的是能显示出产物合成的潜力 三原料资源要丰富容易收集
第一章绪论 发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞的培养，大量生成和积累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，是研究由生物细胞（包括微生物、动植物细胞）参与的工艺过程的原理的科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务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，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程 第二章发酵设备 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： 1罐身 酒精发酵罐2电机 3搅拌器 4轴封 5消泡器 6联轴器 7中间轴承 8空气吹泡管（或空气喷射器） 9挡板 10冷却装置 1.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，罐需要承受一定压力，罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。罐体上的管路越少越好 2.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：防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用； 4消泡器：利用机械的方法打碎气泡 5仪表：测量相关参数 为什么压力表不用直管：会有培养基冲入，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罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。 发酵罐的灭菌 （在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/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。打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，计时25min时立即关掉蒸气阀。关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。升温降温时注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、容易污染冬天温度低、散热快，低于30℃需加温。加温时蒸气由下进入、从上
选修一知识总结（专题一、二、三、六） （请妥善保存） 专题一 传统发酵技术的应用 课题1 果酒和果醋的制作 广义发酵→有氧发酵和无氧发酵；狭义发酵→微生物的无氧呼吸。发酵≠无氧呼吸 （一） 果酒制作 1．原理：菌种 ，属于 核生物，新陈代谢类型 ， 有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖。反应式为： ； 无氧条件下，进行无氧呼吸，产生酒精。反应式为： 。 2．控制的发酵条件： 。 3．菌种来源：??? 。：。：菌菌种分离获得得纯净的酵母人工培养型酵母菌附着于葡萄皮上的野生自然发酵 4．实验设计流程图 挑选葡萄→冲洗→______________→_______________→_______________ ↓ ↓ 果酒 果醋 5．实验结果分析与评价：可通过嗅觉和品尝初步鉴定，并用____________检验酒精存在。可观 察到的现象为 。葡萄酒呈红色的原因： 6.注意事项： (1) 在 、 的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而多数其它微生物都因无法适应这 一环境而受到抑制，从而在不灭菌情况下，使酵母菌成为优势菌种。 (2)新鲜葡萄的处理: 为防止杂菌感染应先 （冲洗/去枝梗），注意不要反复冲洗，否则酵母菌数 量减少，影响发酵。 (3)为防止发酵液被污染，发酵瓶要用 消毒。发酵液装瓶后保留 的空间,目的是 (4)装置各部件作用 ①出料口：___________ ；②___________ ：醋酸发酵时连接充气泵；③___________ ： 排出酒精发酵时产生的CO2。 ④排气口连接一个长而弯曲胶管的作用是 ___________ 。使用该装置制酒 时，应该______充气口；制醋时，应该充气口连接____________。 （二）果醋的制作： 1．原理：菌种____________，属于________核生物，新陈代谢类型为___ ______ 。 当 、 都充足时，醋酸菌将 分解成醋酸； 当缺少 时，醋酸菌将 变为 ，再将 变为醋酸。 反应式为__________ _________ _________ 。 2．条件：最适合温度为__________，需要充足的______________。 3．菌种来源：可以从食醋中分离醋酸菌，也可以购买。 4．设计实验流程及操作步骤： 果酒制成以后，在发酵液中加入___________或醋曲，然后将装置转移至 _____ 0C 条件下发 酵，适时向发酵液中通入________。如果没有充气装置，可以将瓶盖打开，在瓶盖上纱布，以减 少空气中尘土污染。 5.注意事项: (1)严格控制发酵条件,因为醋酸菌对_______的含量特别敏感，当进行深层发酵时，即使只是短时间中断 通入氧气，也会引起醋酸菌死亡。此外,醋酸菌最适生长温度为_________℃，控制好发酵温度，使发酵时 间缩短，又减少杂菌污染的机会。 (2)有两条途径生成醋酸：直接氧化和以 为底物的氧化。
绪论： 一、概念：发酵工程（Fermentation Engineering）指在最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。 二、发酵工程研究的主要内容 发酵工程主要包括代谢工程和发酵工艺两个主要内容 具体来说它一般包括微生物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化酶，固定化细胞所做的反应器加工底物，以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。发酵工艺主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。 四、发酵工程的特点 一个完整的发酵过程包括：1材料的预处理2生物催化剂的制备3生化反应器及发应条件的选择与监控 第二章：菌种的来源 一、工业化生产菌种的要求 ?能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成 产物 ?有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的 可操作性要强 ?遗传性能要相对稳定 ?不易感染它种微生物或噬菌体 ?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） ?生产特性要符合工艺要求 二、自然界中菌种分离的一般过程(步骤): 土样的采取→预处理→培养→菌落的选择→产品的鉴定. 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物. 三、采样时要注意的问题: 气候、水分、空气;来源要广;结合产品的特点;标签：地点、时间、气候等四、目的微生物富集的一些基本方法 富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。 富集的三种方案： ?定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的条件，进行培养。 ?当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分类学中考虑， ?不能提供任何有助于筛选产生菌的信息，这时只能通过随机分离的办法. 定向培养的方法 物理方法：加热、膜过滤等但主要是通过培养的方法 定向培养的富集方法 1、底物 2、pH条件 3、培养时间 4、培养温度等一切能提高目的微生物相对生长速度的手段，培养（固体、液体；分批连续）后使目的微生物在种群中占优势。 五、菌落的选出 1.从产物角度出发：在培养时以产物的形成有目的的设计培养基 利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素
第一章发酵工程概述 一、发酵工程：是利用微生物特定的形状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用与工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。二、发酵工程简史： 1590 荷兰人詹生制作了显微镜 1665 英国人胡克制作的显微镜观察到了霉菌 近代发酵工程建立初期1864 巴斯德灭菌法 1856 psateur 酵母导致酒精发酵 19世纪末Koch 纯种分离和培养技术 三、发酵工程技术的特点 （1）主体微生物的特点 ①微生物种类繁多，繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株； ②微生物酶的种类很多，能催化各种生化反应 ③微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源 ④可以用简易的设备来生产多种多样的产品 ⑤不受气候、季节等自然条件的限制等优点 （2）发酵工程技术的特点 ①发酵工程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应能够在发酵设备中一次完成 ②反应通常在常温下进行，条件温和，耗能少，设备简单 ③原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主 ④容易生产复杂的高分子化合物 ⑤发酵过程中需要防止杂菌污染 (3)发酵工程反应过程的特点 ①在温和条件下进行的 ②原料来源广泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物为主 ③反映以生命体的自动调节形式进行（同（2）①） ④发酵分子通常为小分子产品，但也很容易生产出复杂的高分子化合物 四、发酵工程的一般特征 ①与化学工程相比，发酵工程中微生物反应具有以下特点： 作为生物化学反应，通常在常温常压下进行，没有爆炸之类的危险，不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途 ②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，加入少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精制的必要，微生物本身就有选择的摄取所需物质 ③反应以生命体的自动调节方式进行因此数十个反应过程能够像单一反应一样，在称为发酵罐的设备内很容易进行 ④能够容易的生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域 ⑤由于生命体特有的反应机制，能高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化还原官能团导入等反应
1.生物发酵工艺多种多样，但基本上包括菌种制备、种子培养、发酵和提取精制等下游处理几个过程。 2.根据过滤介质截留的物质颗粒大小的不同，过滤可分为粗滤、微滤、超滤和反渗透四大类。 3.微生物的育种方法主要有三类：诱变法，细胞融合法，基因工程法。 4.发酵培养基主要由碳源，氮源，无机盐，生长因子组成。 5、青霉素发酵生产中，发酵后的处理包括：过滤、提炼，脱色，结晶。 6、利用专门的灭菌设备进行连续灭菌称为连消，用高压蒸汽进行空罐灭菌称为空消。 7、可用于生产酶的微生物有细菌、真菌、酵母菌。 常用的发酵液的预处理方法有酸化、加热、加絮凝剂。 8、根据搅拌方式的不同，好氧发酵设备可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐两种。 9、依据培养基在生产中的用途，可将其分成孢子培养基、种子培养基、发酵培养基三种。 10、现代发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。 11、发酵工程的主要内容包括生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及产物的分离、提取与精制。 12、发酵类型有微生物菌体的发酵、微生物酶的发酵、微生物代谢产物的发酵、微生物转化发酵、生物工程细胞的发酵。 13、发酵工业生产上常用的微生物主要有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌。 14、当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌，从自然选育转向代谢调控育种，从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。 15、根据操作方式的不同，液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵、补料分批发酵。 16、分批发酵全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、接种、发酵过程、放罐和洗罐，所需的时间总和为一个发酵周期。 17、分批发酵中微生物处于限制性的条件下生长，其生长周期分为延滞期、对数生长期、稳定期、衰亡期。 18、根据搅拌的方式不同，好氧发酵设备又可分为机械搅拌式发酵罐、通风搅拌式发酵罐。 19、下流加工过程由许多化工单元操作组成，通常可以分为发酵液预处理和固液分离、提取、精制及成品加工四个阶段。 20、当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌，从自然选育转向代谢调控育种，从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。 21、微生物发酵产酶步骤为先选择合适的产酶菌株、后采用适当的培养基和培养方式进行发酵、微生物发酵产酶、酶的分离纯化、制成酶制剂。
1 绪论 1-1何谓发酵？生物化学和工业上的发酵有何不同？ 生物化学意义上的发酵是指细胞在无氧条件下，分解葡萄糖或有机物产生能量的过程。 工业意义上的发酵是泛指利用培养细胞（包括动物、植物和微生物）获得产物的任何有氧或无氧的过程。 1-2何谓发酵工程？其主要内容是什么？请简述其与生物技术的关系。 发酵工程是利用生物体为工业化生产服务的一门工程技术，即利用生物体的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物反应过程），获得产品的工程化技术。 它是研究生物技术产业化的一门学科，其主体包括生物反应工程和产品提取、精制的下游工程。主要研究内容： 1）优良菌种的选育； 2）合适的生物反应工程包括生物反应过程的优化、反应器的选择和下游工程生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂（酶或细胞）的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。它包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等五大工程。生物技术的核心是基因工程，但又离不开发酵工程。发酵工程是基因工程和酶工程的表达，即大部分生物工程的产品均要通过发酵工程来完成。所以说，发酵工程在生物工程中是最关键的过程。现代发酵工程处于生物技术的中心地位，绝大多数生物技术的目标都是通过发酵工程来实现的。因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的研究对象。 1-3请简述发酵工程的发展史。 1）基因工程出现之前的时代（1982年前）； 1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐； 1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业； 1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立； 60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵； 2）基因工程出现后的时代（1982年后）。 80 年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株； 1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。 组学的发展…… 系统工程和合成生物学…… 1-4 何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。 初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。
发酵工程重点总结
第一章 发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程发酵工程：利用微生物（或动植物细胞）的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的技术体系。该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术。 发酵工业的特点？（7点） 1.发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。 2.可用较廉价原料生产较高价值产品。 3.反应专一性强。 4.能够专一性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的生物转化修饰。 5.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。 6.菌种是关键。 7.发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制。 工业发酵的类型？ 厌氧发酵 1. 按微生物对氧的不同需求需氧发酵 兼性厌氧发酵 液体发酵（包括液体深层发酵） 2.按培养基的物理性状浅盘固体发酵 深层固体发酵（机械通风制曲） 分批发酵 按发酵工艺流程补料分批发酵 单级恒化器连续发酵 连续发酵多级恒化器连续发酵 带有细胞再循环的单级恒化器连续发酵 发酵生产的基本工业流程？ 1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制； 2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌； 3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中； 4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物； 5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品； 6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
工业发酵的过程的工艺流程图？ 第二章 1、发酵工业菌种分离筛选的一般流程? 调查研究（包括资料查阅） 试验方案设计 含微生物样品的采集（如何使样品中所含微生物的可能性大？） 样品预处理（如何在后续的操作中使这种可能性实现） 菌种分离 根据目的菌株及其产物特点分 选择性分离方法随机分离方法 (定向筛选←选择压力) (用筛选方案- 检测系统进行间接分离） 富集液体培养固体培养基条件培养 (初筛) 菌种纯化 复筛 菌种纯化 初步工艺条件摸索再复筛生产性能测试 较优菌株1-3株 保藏及进一步做生产试验某些必要试验和 或作为育种的出发菌株毒性试验等 2、菌种选育改良的具体目标。(4点)？ 1.提高目标产物的产量
发酵工程总结50327
1 绪论 1-1何谓发酵？生物化学和工业上的发酵有何不同？ 生物化学意义上的发酵是指细胞在无氧条件下，分解葡萄糖或有机物产生能量的过程。 工业意义上的发酵是泛指利用培养细胞（包括动物、植物和微生物）获得产物的任何有氧或无氧的过程。 1-2何谓发酵工程？其主要内容是什么？请简述其与生物技术的关系。 发酵工程是利用生物体为工业化生产服务的一门工程技术，即利用生物体的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物反应过程），获得产品的工程化技术。 它是研究生物技术产业化的一门学科，其主体包括生物反应工程和产品提取、精制的下游工程。主要研究内容： 1）优良菌种的选育； 2）合适的生物反应工程包括生物反应过程的优化、反应器的选择和下游工程生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂（酶或细胞）的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。它包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等五大工程。生物技术的核心是基因工程，但又离不开发酵工程。发酵工程是基因工程和酶工程的表达，即大部分生物工程的产品均要通过发酵工程来完成。所以说，发酵工程在生物工程中是最关键的过程。现代发酵工程处于生物技术的中心地位，绝大多数生物技术的目
标都是通过发酵工程来实现的。因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的研究对象。 1-3请简述发酵工程的发展史。 1）基因工程出现之前的时代（1982年前）； 1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐； 1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业；1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立； 60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵； 2）基因工程出现后的时代（1982年后）。 80 年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株； 1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。 组学的发展…… 系统工程和合成生物学…… 1-4 何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。 初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。
发酵工程总结 一名词解释 1.发酵：传统概念，是指微生物在无氧条件下分解代谢有机物质释放能量的过程。现代概念，利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程。 2.发酵工程：采用现代化工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。 3.微生物的生物转化：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位的作用，是它转化成结构相类似但是更具有经济价值的化合物。 4.生产微生物细胞物质：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的产品的发酵工业。 5.筛选：采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶的容量进行小型发酵实验，以求得适合于工业生产用菌种。方法有a平皿快速检测法（变色圈法、透明圈法、生长圈法、抑菌圈法、梯度平板法）b摇瓶培养法。 6.诱变育种：就是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。 7.基因突变：指的是DNA碱基发生变化即点突变。 8.自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，利用菌种的自发突变选育出优良菌种的过程。
9.回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生产性能下降的情况。 10.菌种退化：是指在较长时期传代保藏后，菌种的一个或多个生理性状和形态特征逐渐减退或消失的现象。 11.狭义的菌种复壮：指在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定生产性能等方法，从衰退群体中找出少数尚未衰退的个体，从而达到恢复浓菌原有典型性状的目的。广义的复壮是一项积极的措施，指在菌种的典型特征或生产性状尚未衰退前，就经常有意识地采取纯种分离和生产性状的测定工作，以期从中选择到自发的正变个体12.种子扩大培养：是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。 13.基本培养基MM：凡是能满足野生型菌株营养要求的最低成分的合成培养基。 14.完全培养基CM：满足一切营养缺陷性菌株生长的天然或半合成培养基。 15.补充培养基SM：在基本培养基中有针对性的加入一种或几种营养成分以满足相应营养缺陷型菌株生长的合成培养基。 16.天然培养基：是采用化学成分还不清楚或化学成分还不恒定的各种植物和动物组织或微生物的浸出物、水解液等物质制成的。 17.合成培养基：也称组合培养基（多用于定量研究）；是用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的。
发酵工程总结
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1 绪论 1-1何谓发酵？生物化学和工业上的发酵有何不同？ 生物化学意义上的发酵是指细胞在无氧条件下，分解葡萄糖或有机物产生能量的过程。 工业意义上的发酵是泛指利用培养细胞（包括动物、植物和微生物）获得产物的任何有氧或无氧的过程。 1-2何谓发酵工程？其主要内容是什么？请简述其与生物技术的关系。 发酵工程是利用生物体为工业化生产服务的一门工程技术，即利用生物体的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物反应过程），获得产品的工程化技术。 它是研究生物技术产业化的一门学科，其主体包括生物反应工程和产品提取、精制的下游工程。主要研究内容： 1）优良菌种的选育； 2）合适的生物反应工程包括生物反应过程的优化、反应器的选择和下游工程生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂（酶或细胞）的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。它包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等五大工程。生物技术的核心是基因工程，但又离不开发酵工程。发酵工程是基因工程和酶工程的表达，即大部分生物工程的产品均要通过发酵工程来完成。所以说，发酵工程在生物工程中是最关键的过程。现代发酵工程处于生物技术的中心地位，绝大多数生物技术的目标都是通过发酵工程来实现的。因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的研究对象。 1-3请简述发酵工程的发展史。 1）基因工程出现之前的时代（1982年前）； 1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐； 1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业； 1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立； 60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵； 2）基因工程出现后的时代（1982年后）。 80 年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株； 1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。 组学的发展…… 系统工程和合成生物学…… 1-4 何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。 初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。
原料的定义: ?从工艺角度来看,凡是能被生物细胞利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料,都可作为发酵工业生产的原料 ?具体:一般是含有可发酵性糖或可转化为可发酵性糖的物料,还包括前体物质等等 原料选择的原则 1满足生产工艺要求: 适合微生物需要、吸收利用、代谢产物生产对生产中除发酵以外的其他方面,如通气、搅拌、精制、废弃物的处理等所带来的困难最少2满足管理和经济要求: 原料价格低廉(占成本的比例 ?原料资源要丰富,容易收集(60-70‘s,石油烷烃生产谷氨酸 ?因地制宜,就地取材 ?原料要容易贮藏 3满足环保的要求 资源化减少污染 常用原料种类 ?薯类:甘薯、马铃薯、木薯、山药等 ?粮谷类:高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍和稷等(酒用原料 ?野生植物:橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香符子等 ?农产品加工副产物:米糠(饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等
?糖蜜 ?非粮食生物质原料:纤维素、木质素、半纤维素等 ?水果类原料:葡萄、苹果、山楂等 常用原料的化学组成 ?碳水化学物:主要是单糖和双糖,发酵微生物的碳源和能源。一些多糖则需转化为单糖或双糖后才被利用 ?蛋白质:蛋白质经蛋白酶分解后产生的多肽或氨基酸,是糖化菌和酵母菌生长繁殖的氮源?脂肪:针对不同的发酵产品其作用有较大差别?灰分:主要是P、Mg、K、S、Ca等元素,是微生物生长和代谢所必需 糖蜜:英文名称:molasses 定义:工业制糖过程中,蔗糖结晶后,剩余的不能结晶,但仍含有较多糖的液体残留物。玉米浆:外文名corn steep liquor,是制玉米淀粉的副产物,原料为玉米糁、水、玉米汁。制造玉米淀粉须将玉米粒先用亚硫酸浸泡,浸泡液浓缩即制成黄褐色的液体,叫玉米浆,含有丰富的可溶性蛋白、生长素和一些前体物质,含大约40%~50%固体物质。味道微咸,是微生物生长很普遍应用的有机氮源,它还能促进 青霉素等抗生素的生物合成。 培养基设计的基本原则 1培养基的组成必需满足细胞的生长和代谢产 物所需的元素,并能提供生物合成和细胞维持 活力所需要的能量 2营养成分恰当的配比
发酵工程 一、名词解释 1、分批发酵：在发酵中，营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出，中间除了空气 进入和尾气排出外，与外部没有物料交换。 2、补料分批发酵：又称半连续发酵，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统不 加一定物料的培养技术。 3、絮凝：在某些高分子絮凝剂的作用下，溶液中的较小胶粒聚合形成较大絮凝团的过程。 二、填空 1、生物发酵工艺多种多样，但基本上包括菌种制备、种子培养、发酵和提取精制等下游处理几个过程。 2、根据过滤介质截留的物质颗粒大小的不同，过滤可分为粗滤、微滤、超滤和反渗透四大类。 3、微生物的育种方法主要有三类：诱变法，细胞融合法，基因工程法。 4、发酵培养基主要由碳源，氮源，无机盐，生长因子组成。 5、青霉素发酵生产中，发酵后的处理包括：过滤、提炼，脱色，结晶。 6、利用专门的灭菌设备进行连续灭菌称为连消，用高压蒸汽进行空罐灭菌称为空消。 7、可用于生产酶的微生物有细菌、真菌、酵母菌。 常用的发酵液的预处理方法有酸化、加热、加絮凝剂。 8、根据搅拌方式的不同，好氧发酵设备可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐两种。 9、依据培养基在生产中的用途，可将其分成孢子培养基、种子培养基、发酵培养基三种。 10、现代发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。 11、发酵工程的主要内容包括生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及产物的分离、提取与精制。 12、发酵类型有微生物菌体的发酵、微生物酶的发酵、微生物代谢产物的发酵、微生物转化发酵、生物工程细胞的发酵。 13、发酵工业生产上常用的微生物主要有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌。 14、当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌，从自然选育转向代谢调控育种，从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。 15、根据操作方式的不同，液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵、补料分批发酵。 16、分批发酵全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、接种、发酵过程、放罐和洗罐，所需的时间总和为一个发酵周期。
建筑 1绪论 1-1何谓发酵？生物化学和工业上的发酵有何不同？ 生物化学意义上的发酵是指细胞在无氧条件下，分解葡萄糖或有机物产生能量的过程。 工业意义上的发酵是泛指利用培养细胞（包括动物、植物和微生物）获得产物的任何有氧或 无氧的过程。 1-2何谓发酵工程？其主要内容是什么？请简述其与生物技术的关系。 发酵工程是利用生物体为工业化生产服务的一门工程技术，即利用生物体的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物反应过程），获得产品的工程化技术。 其主体包括生物反应工程和产品提取、精制的下它是研究生物技术产业化的一门学科， 游工程。主要研究内容： 1）优良菌种的选育； 2）合适的生物反应工程包括生物反应过程的优化、反应器的选择和下游工程 生物技术是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂（酶或细胞）的作用将物料 进行加工以提供产品或为社会服务的技术。它包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程等五大工程。生物技术的核心是基因工程，但又离不开发酵工程。发酵工程是基因 工程和酶工程的表达，即大部分生物工程的产品均要通过发酵工程来完成。所以说，发酵工 ，绝大多数生物程在生物工程中是最关键的过程。现代发酵工程处于生物技术的中心地位 技术的目标都是通过发酵工程来实现的。 因此生物技术的主要应用领域往往就是发酵工程的 研究对象。 1-3请简述发酵工程的发展史。 1）基因工程出现之前的时代（1982年前）； 1859年发现发酵原理、设计了便于灭菌的密闭式发酵罐； 1929,1940年发现和分离出青霉素，青霉素发酵、将通气搅拌引入发酵工业； 1956年谷氨酸等氨基酸、核苷酸等发酵成功、代谢控制育种理论的建立； 60年代采用烷烃、乙酸、天然气等为原料的石油发酵； 2）基因工程出现后的时代（1982年后）。 80年代随着基因工程技术的发展，人们可定向选育高产菌株； 1991年综述代谢工程，在对细胞内代谢网络系统分析的基础上开始运用基因工程技术改造 细胞代谢途径，以改进细胞性能或提高产物生产能力。 组学的发展?? 系统工程和合成生物学?? 1-4何谓初级代谢和次生代谢？举例说明初级代谢产物和次生代谢产物。 初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程称为初级代谢。常见的初级代谢产物有：乙醇、氨基酸、呈味核苷酸、 有机酸、多羟基化合物、多糖（黄原胶、结冷胶）、糖类和维生素。
1、发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程。 2、发酵工程：利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，它是生物工程和生物技术学科的重要组成部分，又叫微生物工程 3、发酵工程技术的发展史： ①1900年以前——自然发酵阶段 ②1900—1940——纯培养技术的建立（第一个转折点） ③1940—1950——通气搅拌纯培养发酵技术的建立（第二个转折点） ④1950—1960——代谢控制发酵技术的建立（第三个转折点） ⑤1960—1970——开发发酵原料时期（石油发酵时期） ⑥1970年以后——进入基因工程菌发酵时期以及细胞大规模培养技术的全面发展 4、工业发酵的类型： ①按微生物对氧的不同需求：厌氧发酵、需氧发酵、兼性厌氧发酵 ②按培养基的物理性状：固体发酵、液体发酵 ③按发酵工艺流程：分批发酵、补料发酵、连续发酵5、发酵生产的流程：（重要） ①用作种子扩大培养及发酵生产的各 种培养基的制备 ②培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌 ③扩大培养有活性的适量纯种，以一 定比例将菌种接入发酵罐中 ④控制最适的发酵条件使微生物生长并 形成大料的代谢产物 ⑤将产物提取并精制，以得到合格的产 品 ⑥回收或处理发酵过程中所产生的三废 物质 6、常用的工业微生物： ①细菌：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、 棒状杆菌、短杆菌等 ②放线菌：链霉菌属、小单胞菌属和 诺卡均属 ③酵母菌：啤酒酵母、假丝酵母、类 酵母 7、未培养微生物：指迄今所采用的微生 物纯培养分离及培养方法还未获得纯培 养的微生物 8、rRNA序列分析：通过比较各类原核生 物的16S和真核生物的18S的基因序列， 从序列差异计算它们之间的进化距离，从 而绘制进化树。 选用16S和18S的原因是：它们为原 核和真核所特有，其功能同源且较为古 老，既含有保守序列又含有可变序列，分 子大小适合操作，它的序列变化与进化距 离相适应。 9、菌种选育改良的具体目标： ①提高目标产物的产量 ②提高目标产物的纯度 ③改良菌种性状，改善发酵过程 ④改变生物合成途径，以获得高产的 新产品 10、发酵工业菌种改良方法： ①常规育种：诱变和筛选，最常用。 关键是用物理、化学或生物的方法修改目 的微生物的基因组，产生突变。 ②细胞工程育种：杂交育种和原生质 体融合育种 ③代谢工程育种：组成型突变株的选 育、抗分解调节突变株的选育、营养缺陷 型在代谢调节育种中的应用、抗反馈调节 突变株的选育、细胞膜透性突变株的选育 ④基因工程育种：原核表达系统、真 核表达系统 ⑤蛋白质工程育种：定点突变技术、 定向进化技术 ⑥代谢工程育种：改变代谢途径、扩 展代谢途径 ⑦组成生物合成育种：通过合成化合 物库进行高效率的筛选 ⑧反向生物工程育种：希望表型的确
第十二章发酵工程下游工程技术 第一节发酵液的预处理与固-液分离 1.1 概述 发酵产物的提取与精制属于发酵工程的下游加工技术。 下游加工亦称发酵后处理，是指从发酵液或酶反应中分离纯化目的产物并加工成成品的过程。在多数情况下是从稀的发酵液中回收目的产物，整个过程有多项单元操作组成，其中有许多是经典的化工单元操作。 上 游 加 工 下 游 加 工 一、下游加工过程的重要性 1.获得商业产品的关键环节。 2.促进发酵工程上游加工技术或工艺的改进。 3.拥有市场竞争力的重要保证。 二、下游加工过程的特点 1. 发酵液是复杂的多相系统，属非牛顿液体，从中分离所需产品困难大。 2. 发酵产品在培养液中具有浓度低，稳定性差，对酸碱等外界环境十分敏感，容易失活。 3. 下游加工过程代价昂贵，产品回收率不是很高。 4. 发酵过程复杂，要求下游加工工艺应具有相当的适应性，以确保最终产品的纯度和质量。 三、下游加工的原则和要求 原则：1）短时间内处理 2）分离时尽量低温 3）选择生物物质稳定的pH 4）要程序化进行清洗，消毒，包括厂房，设备，管路
要求：1）达到所需的纯度 2）成本要低，得率高 3）工艺过程要简便，对分离物质特性清楚 4）废弃物要易处理，能够做到综合利用（零排放；清洁生产） 5）实验室产品能够放大生产 四、下游加工工程的一般流程 1. 粗分离阶段 （1）发酵液的预处理和固-液分离。 （2）产物的初分离。 2.纯化精制阶段 （3）产物的高度纯化。 （4）成品加工。 1.2 发酵液的预处理与固-液分离 一、发酵液的一般特征 1. 含水量高，一般可达90％～99%，处理体积大。 2. 产品浓度低。 3. 悬浮物颗粒小，密度与液体相差不大。 4. 固体粒子可压缩性大，一压缩就变形。 5. 液体黏度大，大多为非牛顿型流体。易吸附在滤布上。 6. 产物性质不稳定，不耐热、酸碱敏感、易被氧化、易被微生物污染及酶分解。 二、发酵液预处理的目的和要求 1.预处理的目的
第一章 发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程 发酵工程：利用微生物（或动植物细胞）的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的技术体系。该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术。 发酵工业的特点？（7点） 1.发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。 2.可用较廉价原料生产较高价值产品。 3.反应专一性强。 4.能够专一性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的生物转化修饰。 5.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。 6.菌种是关键。 7.发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制。 工业发酵的类型？ 厌氧发酵 1. 按微生物对氧的不同需求需氧发酵 兼性厌氧发酵 液体发酵（包括液体深层发酵） 2.按培养基的物理性状浅盘固体发酵 深层固体发酵（机械通风制曲） 分批发酵 按发酵工艺流程补料分批发酵 单级恒化器连续发酵 连续发酵多级恒化器连续发酵 带有细胞再循环的单级恒化器连续发酵
发酵生产的基本工业流程？ 1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制； 2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌； 3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中； 4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物； 5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品； 6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。 工业发酵的过程的工艺流程图？ 第二章 1、发酵工业菌种分离筛选的一般流程? 调查研究（包括资料查阅） 试验方案设计 含微生物样品的采集（如何使样品中所含微生物的可能性大？）样品预处理（如何在后续的操作中使这种可能性实现） 菌种分离
●发酵工程：以微生物、动植物细胞为生物作用剂进行工业化生产的工程，包括发酵工艺和发酵设备。 ●主要研究内容：菌种选育与构建、大规模培养基和空气的灭菌、大规模细胞培养过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反应器的优化设计和操作、发酵产品的分离纯化过程中的技术问题等。 ●发酵工程原理：指导发酵产品研究与开发，发酵工厂设计与建设以及发酵生产实践的理论。 ●初级代谢：是许多生物都具有的生物化学反应，蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢。 ●初级代谢产物：指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、多糖等。 ●次级代谢：微生物以初级代谢产物为前提合成的对微生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程。 ●自然选育：不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程。 ●杂交育种：将两个基因型不同的菌株经吻合使遗传物质重新组合，分离和筛选具有新性状的菌株。 ●诱变育种：利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显著提高的基础上，采用简便、高效的筛选方法，从中挑选出少数符合目的的突变株，以供科学实验或生产实践使用。 ●原生质体融合育种：两个亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞融合，接着两个亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。 ●前体：某些化合物加入发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而自身结构并没有明显变化，产物的产量却因前体的加入而有较大的提高。 ●抑制剂：某些化合物可以抑制特定代谢途径的进行，使另一种代谢途径活跃，获得人们所需产物的积累。如生产甘油加抑制剂亚硫酸钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。这样使乙醇代谢途径中的乙醛不能成为NADH2(还原型辅酶I)的受氢体，而使NADH2在细胞中积累，从而激活α－磷酸甘油脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH2的受氢体而还原为α－磷酸甘油，其水解后即形成甘油。 ●促进剂：指那些既不是营养物质又不是前体，但却能提高产量的添加剂，如加巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。 ●灭菌：用化学或物理的方法杀灭或除掉物料及其器皿中所有的生命体。消毒是指杀死病原微生物的过程。 ●分批灭菌：培养基置于发酵罐中加热，达到预定温度后维持一段时间，再冷却到发酵所需温度的灭菌。 ●连续灭菌：在发酵罐外连续不断地进行加热、维持和冷却，同时把灭完菌的培养基通入已灭过菌的发酵罐的灭菌方式。 ●对数残留定律：在微生物死亡过程中的任一时刻，活菌数的减少速率与该时刻残留的活菌数成正比，这就是微生物死亡的对数残留定律。微分式为：-dN/dτ=kN；积分式为：τ=（2,303/k）log(N0/Ns) N0开始灭菌时的活菌数 Ns灭菌结束时残留菌数。 ●单种法：一个种子灌接种一只发酵罐的接种方法。 ●双种法：用两只种子灌接种一只发酵罐的接种方法。 ●倒种法：从一只发酵罐中倒出适宜的，适量的发酵液给另一个发酵罐做种子的方法。 ●生长关联型：产物生成与菌体生长之间有平行的准量关系。这样的产品或为菌体本身或初级代谢产物。 ●部分生长关联型：菌体生长出现两个高峰，第一个生长高峰与产物合成无平行的准量关系，第二个生长高峰与产物合成有平行的准量关系。 ●非生长关联型：细胞生长与产物合成无平行的准量关系，只与菌体的总量有关。大部分次级代谢产物属于这一类。 ●凝聚：是在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。 絮凝：在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。 ●如何从一个菌种得到另一个菌种（如从生产菌种获得缺陷型）： ①诱变剂处理：采用辐射、化学试剂等因素处理细菌。②淘汰野生型：抗生素法或菌丝过滤法。 ③检出缺陷型：用一个培养皿即可检出，有夹层培养法和限量补充培养法；在不同培养皿上分别进行对照和检出的有逐个捡出法和影印检出法。④鉴定缺陷型：可借生长谱法进行。