现代微生物发酵及技术教程复习资料
发酵:利用微生物进行生长和代谢活动，并通过为现代化工技术，进行微生物代谢活动形成各种有用产品的过程，包括有氧和无氧的发酵。
微生物发酵的特点
发酵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；反应条件温和生产过程安全；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，贡献是彻底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，贡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），置电磁力搅拌器上于超净工作台紫外灯下（距离30cm）照射0.5-1min。 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37℃暗箱培养48h。
紫外线诱变，一般采用15W或30W紫外线灯，照射距离为20-30cm，照射时间依菌种而异，一般为1-3min，死亡率控制在50％-80％为宜。被照射处理的细胞，必须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，对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光复活作用。光复活酶能识别嘧啶二聚体，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和致死作用均下降，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
细菌放线菌——溶菌酶，放线菌还可用裂解酶2号、消色肽酶，酵母菌和霉菌——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，一般使用聚乙二醇助融等量的原生质体（助融分为：生物——仙台病毒，物理——离心、电脉冲，化学——PEG+），原生质体再生即融合的原生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
的包子减少或颜色改变）
复壮：狭义的复壮：是指在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和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。
广义的复壮：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和生产性能测定工作，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：人为创造合适的环境条件，使微生物的代谢处于不活跃生长繁殖受抑制的休眠状态，
尽可能减少其变异率，主要是低温、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(lac I)编码的调节蛋白（即lac阻遏物）一直结合在操纵基因上，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，使阻遏蛋白发生构象变化，结果降低了阻遏蛋白与操纵基因间的亲和力，使它不能继续结合在操纵子上，操纵子的“开关”被打开，结构基因的转录、翻译可顺利进行。使吸收和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，酶就无法合成
巴斯德效应：由于葡萄糖在有氧呼吸中获得的能量比无氧呼吸和发酵时获得的多得多，所以
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，其本质是能和与代谢调节的结果。所以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，α-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控制亚适量的原因：1，使得产生菌代谢失调，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，转化为谷氨酸生产型；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累所引起的反馈调节3.亚适量时促进 -酮戊二酸合成、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
开始积累谷氨酸，100：21时大量积累，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、发酵采用透光率在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、抑制和足额次级代谢产物合成中关键酶的活性和合成；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，看看就可以）发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产有用的各种产物的过程，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和解决整个过程的工艺设备问题，将实验室和中试成果扩大大工业化生产。
淀粉的糊化：淀粉在高温下溶胀、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α-淀粉酶作用下淀粉的可溶性增加，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其他装置，通入蒸气将培养基和设备一起加热，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
发酵阶段碳氮比的控制：一般来说菌体生长期，氮源要多一些，发酵阶段，碳源要多一些，而且应该适时补料，例如谷氨酸发酵时4:1的碳氮比（2%葡萄糖，0.5%尿素）菌体大量繁殖，3:1时谷氨酸大量积累。另外，微生物利用营养物质有三方面作用：构成菌体，形成各种代谢产物，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定，故要求温和的且有较高收率的分离纯化操作（产物不稳定性）；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、为适应复杂的发酵工程要有相适应的下游加工工艺已保证产品的纯度和质量（工艺适应性）
发酵液实验室常用的固液分离方法：过滤、离心、膜分离、双水相萃取、扩张吸附
细胞破碎方法：物理（高速匀浆、挤压、高速珠磨、超声破碎）
化学（渗透冲击、增溶）
生物（酶溶常用酶—溶菌酶、蛋白酶、β-1,3-葡聚糖酶等另P118页）盐析：在高浓度中性盐存在下，是生物分子在水溶液中的溶解度降低而产生沉淀
盐溶：将中性盐加入蛋白质溶液中，开始蛋白质溶解度随盐浓度增加而增加
盐析的机理及影响盐析的因素
机理：与蛋白质竞争水分子降低用于溶解蛋白质的有效水量减弱蛋白质的水合度，破坏蛋白质的水化膜降低其溶解度；中和蛋白质电性，减弱蛋白质之间排斥，降低溶解度；引起原本在蛋白质周围有序排列的水分子的极化，降低水的活度。
影响盐析的主要因素
1）蛋白质浓度
高浓度pr溶液，可减少盐的用量；但共沉严重;
低浓度pr溶液，需用较多的盐，共沉作用较轻。
2）离子强度和种类
高盐浓度则盐析，离子强度越大，蛋白质的溶解度越低；
盐析剂种类很多，不同种类的盐对蛋白溶解度的影响是不同的:离子半径小且电荷高的离子对盐析作用的影响较强，离子半径较大而电荷低的离子影响较弱；不同种类的盐对溶解度的影响，主要是对Ks值的影响，Ks值越大，该盐的盐析效果越好。
3）温度
温度是影响溶质溶解度的重要因素，升高温度可以增加许多无机盐和小分子有机化合物的溶解度；
但在高盐浓度中，蛋白质等生物大分子物质的溶解度随温度的升高反而减小,这主要是因为蛋白质分子失水时则放热；温度升高有利于蛋白质失水沉淀。
4）pH盐析pH的选择要以不降低产物的活性为原则；由于蛋白质在等电点时最易沉淀，故可选择等电点的pH作为盐析pH
萃取：利用不同物质在选定溶剂中溶解度不同来分离混合物中组分的方法
萃取影响条件：pH、温度、盐析作用、溶剂性质
带溶剂：与目的产物形成复合物而易溶于溶剂并可在一定条件下分解得到目的产物的物质
乳化：萃取过程中一相分散在另一相中形成乳浊液的现象
去乳试剂：十二烷基磺酸钠（SDS）和溴代烷基吡啶
常用双水相萃取系统：高聚物/高聚物（PEG/葡聚糖）；高聚物/无机盐（PEG/硫酸盐）双水相萃取影响条件：成相聚合物的相随分子质量，成相聚合物的浓度，盐的种类和浓度，pH，温度
结晶：物质从液态或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：饱和溶液的形成，晶核形成，晶体的生长（溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。）
结晶的方法：冷却结晶、浓缩结晶、化学反应结晶、盐析结晶
饱和溶液：溶液中溶质的浓度为溶质溶解度时的溶液
过饱和溶液：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（或整个细胞）用水不溶性的载体媳妇交联或包埋起来，这种酶(或细胞)称水不溶酶（或细胞）或固定化酶（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）、共价键结合（重氮法、溴化氰法）吸附法和共价键结合法又可统称为载体结合法。
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，但不使酶变性而使酶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)，最适温度一般于游离细胞差不多，稳定性优于游离细胞半衰期高于游离细胞，最适pH因载体不同而有差异（带负电载体较游离的细胞高，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.可重复使用，4.操作简单，单批发酵的细胞一次即将细胞排弃，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，增加了酶的稳定性，应用范围广；缺点：1.载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细胞壁和细胞膜造成底物渗透和扩散障碍.
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：必须在增殖过程的适当时期添加，且必须在添加后再进行一定的增殖。
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、头孢菌素二、影响核酸合成：例如利福霉素、博莱霉素等。三、影响蛋白质合成氨基糖苷类、四环素类和氯霉素。四、影响细胞膜通透性：多粘菌素青霉素的抗菌机制、抗菌谱及稳定性：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定，干燥纯净的青霉素盐稳定，在溶媒中较稳定，青霉素低温下稳定。青霉素在偏酸环境（pH5~7）中稳定，pH6最稳定，吸湿降解。
青霉素萃取的目的原理及影响因素：目的：因为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.碱金属盐稳定性较游离酸形式好2、青霉素在水中稳定性差易水解，因而不宜做成水针剂存放，只能做成晶体形态才能长期保存
合成阶段，苯乙酸或苯乙酰胺可用作为青霉素发酵的前体。
青霉素发酵的最适温度一般认为在25℃左右。前期控制25－26℃左右，后期降温控制23℃。
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定，易水解。前期pH控制在5.7-6.3，中后期pH控制6.3-6.6
通气比一般为1：0.95。溶氧过高，菌丝生长不良或加糖率过低，呼吸强度下降，影响生产能力的发挥
淀粉水解糖的方法
四个圈菌种选育：
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，但不使酶变性而使酶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
第六章微生物发酵制药工艺 6.1 微生物发酵与制药 6.2 微生物生长与生产的关系 6.3 微生物生产菌种建立6.4 发酵培养基制备 6.4 发酵培养基制备 ? 概念（medium）供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要 的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。 ? 培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和产量。 6.4.1 培养基的成分 碳源 氮源无机盐水生长因子 前体与促进剂 消泡剂 1、碳源(carbon sources) 概念： 构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质。作用：为正常生理活动和过程提供能量来源，为细胞物质和代谢产物的合成提供碳骨架。 碳源种类 糖类：葡萄糖、淀粉、糊精和糖蜜 脂肪：豆油、棉籽油和猪油醇类：甘油、乙醇、甘露醇、山梨醇、肌醇蛋白类：蛋白胨、酵母膏速效碳源：糖类、有机酸 迟效碳源：酪蛋白水解产生的脂肪酸 2、氮源（nitrogen sources） 概念：构成微生物细胞和代谢产物中氮素的营养物质。 作用：为生长和代谢主要提供氮素来源。种类：无机氮源、有机氮源 有机氮源 几乎所有微生物都能利用有机氮源 黄豆饼粉、花生饼粉 棉籽饼粉、玉米浆、蛋白\胨、酵母粉、尿素 无机氮源 氨水、铵盐和硝酸盐等。氨盐比硝酸盐更快被利用。 工业应用：主要氮源或辅助氮源；调节pH值生理酸性物质：代谢后能产生酸性残留物质。（NH4）2SO4利用后，产生硫酸 生理碱性物质：代谢后能产生碱性残留物质。硝酸钠利用后，产生氢氧化钠。 3、无机盐和微量元素 ? 概念：组成生理活性物质或具有生理调节作用矿物质 ? 作用方式：低浓度起促进作用，高浓度起抑制作用。? 种类：盐离子 磷、硫、钾、钠、镁、钙，常常添加 铁、锌、铜、钼、钴、锰、氯，一般不加。 4、水 菌体细胞的主要成分。 营养传递的介质。良好导体，调节细胞生长环境温度。培养基的主要成分之一。 5、生长因子（growth factor）
微生物与发酵工程 13101002 朱梦雪发酵工程是生物工程的重要组成部分,也是现代微生物学的核心内容;任何产品的发酵生产都必须通过微生物发酵或细胞扩大培养才能实现。因此,微生物与发酵是紧紧联系在一起的。微生物发酵工程是加快发酵工程研究成果转化为生产力,取得最佳效益的重要手段。微生物科学工作者应不失时机地积极而科学地运用这种手段为社会社会主义市场经济服务。 根据文献的调查，微生物的发酵工程主要应用于以下几点： 首先是在农业生产上，巴西全国土壤生物研究中心的研究人员发现一种新固氮菌,即固氮醋杆菌(Aeetobaeterdiazotrophyeus)。这是人类发现的第一个有固氮能力的醋杆菌,生活在甘蔗根部,具有很强的抗酸性。由于它的高效固氮能力,可使甘蔗年产量提高2倍(由60吨/公顷提高到180吨/公顷)。在固氮菌的研究方面,我国作物茎瘤固氮根瘤菌的高效固氮活性,以及小麦、玉米、陆生水稻固氮根瘤菌研究取得重要进展;英国诺丁汉大学一个研究小组也获得田著根瘤菌进入小麦、水稻、玉米和油菜等非豆科植物侧根中形成小根瘤,且有固氮作用的类似结果。今年拟在埃及、印度、墨西哥分别进行小麦、水稻、玉米的田间试验。这些非豆科专性共生固氮菌尚处在试验研究阶段。而我国联合固氮微生物早已产业化生产,其产品推广应用于农业生产实践,获得了增产的效果。近又发现一些新的联合固氮菌如产酸克氏杆菌、植皮克氏杆菌(Klebsiellaplantieola)等,为扩大联合固
氮菌AIJ新品种的研制做出了新贡献。 其次是在生物材料方面。有很多生物材料都是应用微生物发酵来生产的。我了解到的有生物可降塑料、建筑用生物材料和壳聚糖材料。 生物可降解塑料:微生物合成塑料物质:加拿大蒙特利尔生物技 术研究所以甲醇为原料利用从土壤中选育的嗜甲基细菌生产聚件轻 基丁酸(PHB),在我国,武汉大学生物工程研究中心用圆褐固氮菌发酵生产PHB;中国科学院微生物研究所用真养产碱杆菌生产PHB,在培养基中累积的量达细胞干重的63%(W/W);山东大学微生物研究所用该菌生产PHB的研究取得类似结果。 建筑用生物材料：某些微生物及其代谢产物如橡胶物质、弹力纤维、高分子多糖等作为混凝土添加剂,制造富有弹性的牢固的生物混凝土材料是有可能的,提供生物建筑材料的另一种可能性是某些微生物—蓝细菌或微型藻类,它们有分泌石灰石(碳酸钙)能力。 多用途的壳聚糖材料：壳聚糖又叫脱乙酞基多糖,用途极其广泛,几乎各个行业都用得着它。从微生物发酵生产,如真菌细胞壁含几丁质成分20%一22%,毛霉细胞壁中几丁质含量高达30写一40%,利用黑曲霉或其他真菌来生产壳聚糖是完全可能的。 还有就是利用微生物发酵生产两类重要有机酸这里着重介绍两 类重要有机酸,都有可能通过微生物发酵途径索取。 衣康酸(itaconicac记)进人规模生产:衣康酸又称甲叉丁二酸,系一种不饱和的二梭酸,用途广、需求量大,它是制造合成树脂、合成纤维、塑料、橡胶、表面活性剂、去垢剂、润滑油添加剂等的原料,
发酵技术指标 沃蒙特发酵技术服务平台 NO 项目英文技术名称名称指标 1他克莫司Tacrolimus 发酵单位：大于 1.0g/L, 发酵周期： 240 小时 , 提取收 率： 60-70% 2西罗莫司Sirolimus\Rapamyci 发酵单位： 1000±200 mg/L，发酵周期： 192hrs ，收率：35- 40% n产品含量：≥ 98% 3乳酸链球菌素Nisin 发酵水平 : 12-15g /L ，发酵时间：16-20小时，收率 :65% 以上。 4霉酚酸mycophenolate 发酵单位： 12g/L 以上，发酵时 间：160 小时，提取得率：mofetil, MMF 75% 5去甲金霉素DMCT,Demethylchlor 发酵单位： 10± 2g/L ，发酵时间： 200 小时，产品收率： 75％ tetracycline 6雄烯二酮Androstenedione 发酵时间 96 ± 24 hrs ，每 3- 3.3 公斤植物甾醇可获 得 1 公斤雄烯二酮。 7利福霉素Rifamycin 发酵周期 220 小时，发酵单位大于 20g/L ，收率 65% 86- 羟基烟酸6-Hydroxynicotinic 纯度：≥ 98%，用途说明：用于合成维 生素 A Acid 9L- 缬氨酸Valine 发酵产酸： 60±5 克 /L ，发酵周 期： 60 ± 5 小时，提取 收 率： 65%（医药级） 10 L- 异亮氨酸Isoleucine 发酵产酸： 25-30 克 / 升，发酵周期 : 60-72 小时， 提取收 率： 80% 发酵单位 :35 ± 3g/L ，发酵时间 :33-35 小时，产品 得率 : 饲 11 L- 色氨酸Tryptophan 料级≥ 85%，药品级 ≥ 70%，产品质量 :>98.0%( 纯度 ) ， 糖转化率： 18% 12 糖化酶Glucoamylase 发酵周期： 6～7 天，酶 活： 8 万- 10 万 U 13 耐高温淀粉酶Amylase 发酵周期： 140h，酶活： 17 万单位 14 纤维素酶Cellulase 发酵周期： 6～7 天，酶活： 80-100IU 15 超级泰乐菌素Super tylosin 发酵单位： 14000- 16000U/ml 发酵时间： 130-150 小时提 取 收率： 70-75%
《微生物发酵及其应用》教学设计与案例 目标的确定 与本节对应的课程标准具体内容是“举例说出发酵与食品生产”，而本节标题定为《微生物发酵及其应用》。事实上，微生物发酵在现实生活中远远超出了食品工业的范畴。因此，本节内容一开始时并没有局限于食品生产，而是从比较大的视角──发酵工程史话引入，然后探秘发酵过程，再举例说出发酵与食品生产的关系。为此，本节主要教学目标确定为：通过了解发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的关系；说出微生物发酵生产的基本过程；举例说出微生物发酵与食品生产的关系；关注与微生物发酵有关的社会问题等。教学设计思路 教学实施的程序 教学 内容 教学活动教学手段和方法预期目标 1.复习提问，引入新课。 师：同学们在初中时学习过微生物发酵与食品， 我们的日常生活中也接触到许多发酵食品，请同学们思 考这样一个问题：哪些食品是由微生物发酵生产的？相 应的发酵种类是什么？ 生：酸奶、泡菜，它们都是乳酸发酵。 学生很可能 回答不全，教师可提 示。 投影或板书： 第一节微生物发酵 联系日常生活 的实例，在回忆旧知识 的基础上，引入新课， 以激发学生的学习兴 趣，强化从社会中来的 意识。
师：很好！还有其他食品吗？想一想，我们每天 吃的主食有通过发酵制作的吗？ 生：馒头、面包。 师：对，实际上，我们经常食用的许多食品，以 及使用的一些药品，它们的生产过程都离不开微生物发 酵。那么，微生物发酵是如何发展起来的？其生产过程 怎样？它还可应用在哪些方面？现在我们就一起来解 答这些问题。 及其应用 2.新课──发酵工程史话的学习。 师：现在人们能够利用微生物发酵来大规模地生 产食品、药品等许多产品，那么，人们今天的成绩是如 何一步步取得的呢？下面我们先来学习第一个问题：发 酵工程史话。 首先，请大家阅读教材发酵工程史话标题下的第 一自然段。 从这段文字的叙述中，能够看出，人类的祖先很 早就会在不知微生物发酵原理的情况下，利用微生物发 酵技术来生产多种产品，这个方面还有我们中华民族的 贡献。由此可见，发酵技术是从生产实践中一步步产生 的。 师：下面请同学们继续阅读第二自然段。 第二自然段的核心内容是，随着两位科学家研究 出发酵现象的本质和人们对微生物的认识不断深入后， 诞生了传统的发酵工业。这充分说明了发酵技术需要基 础科学研究的指导，即科学研究促进了技术的发展。 师：好，请大家继续阅读后四个自然段的内容。 从中能够看出，发酵技术随着时代的发展而不断向前 发展，从传统的发酵工业到现代发酵工业，再到微生 物工程，它不仅成为生物技术产业的重要支柱，而且 和基因工程技术的结合使它如虎添翼。由此看来，生 物技术产业的核心是技术，同时科学技术又是一个不断 发展的过程。 投影或板书： 一、发酵工程 史话 学生先阅读教 材相应的段落，教师 就此段落提炼出有 关科学价值观的教 育素材 自然过渡到发酵 工程史话。 让学生体验科学 技术是从生产实践中 产生的。 让学生体验技术 需要以基础科学研究 作指导，科学、技术间 存在相互作用。 让学生认同生物 技术产业的核心是技 术，以及科学技术是 一个不断发展的过程。 3.新课──发酵生产过程探秘。 师：在很多家庭的日常生活中，味精是不可缺少 的调味品，那么，你知道它的化学成分是什么吗？ 生：谷氨酸钠。 师：对！有人认为食用味精对人体有毒害作用， 投影或板书： 二、发酵生产 过程探秘──以味 精生产为例 让学生了解发 酵生产的基本过程。
发酵工程在食品领域的应用 摘要：传统的发酵工程是以非纯种微生物进行的自然发酵，或以纯种微生物进行的工业化发酵。现代发酵工程作为现代生物技术的重要组成部分，具有广阔应用前景。本文以下将介绍微生物发酵在新食品的配料、食品添加剂、功能性食品的开发等相关的食品领域中的应用以及对发酵工程在食品领域的应用做了展望。 关键词：发酵工程；食品领域；应用 发酵工程在食品领域的应用广泛。如啤酒是用大麦芽和酒花经啤酒酵母发酵而成。酒类饮料生产中常以谷物或水果味原料经不同的微生物（酵母菌、曲霉等）发酵，加工制成不同的酒。酸奶是在鲜奶里加入了乳酸菌经发酵而成。醋是利用米、麦、高粱等淀粉原料或直接用酒精接入醋酸杆菌发酵加工而成。酱是利用麦、麸皮、大豆等原料经多种微生物（曲霉、酵母菌和细菌）的协同作用制成。现代发酵工程包括微生物资源开发利用；微生物菌种的选育、培养；固定化细胞技术；生物反应器设计；发酵条件的利用及自动化控制；产品的分离提纯等技术。 1、生产传统的发酵产品 传统的发酵产品是指传统食品发展中一直存在的应用发酵技术的食品，如料酒、酱油、酒精等。在传统食品的生产中，发酵技术是生产过程中的核心部分。发酵技术的是否成熟，时刻关系到产品的好坏[1]。 1.1酒类酿造 酒类主要是酿造酒和蒸馏酒。原料经发酵后，不需再蒸馏而可直接饮用的酒称为酿造酒，如啤酒、葡萄酒、黄酒、日本清酒、果酒等。将发酵液或酒酿经过蒸馏得到蒸馏酒，如白酒、白兰地、威士忌、朗姆、伏特加等。传统的发酵方法在时间上较长，无法有效地满足啤酒厂家在现阶段啤酒生产的实际需求。但利用固定化酵母的连续发酵工艺，可有效地减少啤酒所需要发酵的实际时间。 1.2调味品生产 运用发酵工艺可以生产酱油、酱品、豆腐乳、豆豉、醋等调味品[2]。现阶段，发酵工艺也有很大提高，发酵工程在我国的酱油、酱类、豆腐乳等传统的制造行业中得到广泛应用。发酵工程最大的一个优点是可有效地缩短发酵的周期，大大地提升原料的利用率，并在一定程度上提高相关产品的品质[3]。 2、食品添加剂的生产 发酵工程在食品的发酵过程中能生产出天然色素和天然香味型剂，这些天然色素和天然香味型剂可以取代人工合成色素与味精，是未来食品添加剂发展的方向。现在市面上常见的各种食用色素以及香料等都是通过发酵工程技术而生产的食品添加剂[4]。江苏化工学院全易等[5]自制得选择性优良且价廉的糖化酶和异淀粉酶,生产出低甜度、低热量、高粘度、不被微生物发酵的甜味麦芽糖醇。食品防腐剂枯草芽孢杆菌是一种非致病型细菌，在生产代谢过程中产生的抗菌肽，可抑制食品中真菌、细菌、酵母菌的生长，且无毒、无残留、抑菌效果显著、无耐药性[6]。 3、功能性食品的开发 我们不仅需要将药用的天然真菌直接作用至功能性食品的开发上，而且还需要批量的生
高三生物选修2微生物发酵及其应用同步测试 题2019 生物学科因初中结业考试的形式与高考的差异而形成了一系列衔接问题。以下是查字典生物网为大家整理的高三生物选修2微生物发酵及其应用同步测试题，希望可以解决您所遇到的相关问题，加油，查字典生物网一直陪伴您。 一、填空题 1、生物发酵工艺多种多样，但基本上包括、、和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、、和四大类。 3、微生物的育种方法主要有三类：，，。 4、发酵培养基主要由，，，，，组成。 5、青霉素发酵生产中，发酵后的处理包括：、，，。 6、利用专门的灭菌设备进行连续灭菌称为，用高压蒸汽进行空罐灭菌称为。 7、可用于生产酶的微生物有、、。 常用的发酵液的预处理方法有、、。 8、根据搅拌方式的不同，好氧发酵设备可分为和两种。 9、依据培养基在生产中的用途，可将其分成、、三种。 10、现代发酵工程不仅包括和，还包括。 11、发酵工程的主要内容包括、、。
12、发酵类型有、、、、。 13、发酵工业生产上常用的微生物主要有、、、。 14、当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向，从自然选育转向，从诱发基因突变转向。 15、根据操作方式的不同，液体深层发酵主要有、、。 16、分批发酵全过程包括、、、、，所需的时间总和为一个。 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，、。 18、根据搅拌的方式不同，好氧发酵设备又可分为、 19、下流加工过程由许多化工单元操作组成，通常可以分为和、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，从自然选育转向，从诱发基因突变转向。 21、微生物发酵产酶步骤为、、、、。 二、判断 1、微生物发酵的最适氧浓度与临界氧浓度的概念是完全一样的( ) 2、从微生物中发现的抗生素，有约90%是由放线菌产生的。( ) 3、在微生物杀虫剂中，引用最广泛的是苏云金芽孢杆菌，他用来毒杀鳞翅目和双翅目的害虫。( )
微生物在食品中的应用 摘要：微生物千姿百态，人类对它的应用也涉及各个领域，我们主要讨论下它在食品方面的应用。主要来说有两个方面，一方面是利用有益微生物的作用制造发酵食品，现代发酵工程在食品领域应用非常广泛；另一方面是防止有害微生物污染食品，保证食品安全。在人们对食品卫生要求越来越高的今天，食品的保鲜技术正悄然发生着一场革命性的变化。传统的食品保鲜技术将逐步被一种全新、无毒、高效的保鲜技术—微生物保鲜技术所取代。 关键词：微生物发酵工程食品保鲜 1、微生物发酵在食品方面的应用 微生物发酵即利用微生物在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物。它在食品方面应用非常广泛，日常生活中常见的奶酪、面包、一些食品添加剂和各种酒类等都是微生物发酵的产品。微生物发酵的应用古已有之，酒在古代就已经是生活中不可或缺的，受到社会各个阶层的喜爱。现代发酵工程更是把微生物发酵运用到各个方面。 1.1酵母在食品制作中的应用 酵母是一种单细胞生物，有着天然丰富的营养体系。酵母细胞中含有大量地有机物、矿物质和水分。有几位占细胞干重的90%-94%，其中蛋白质的含量占细胞干重的35%-60%，碳水化合物的含量在35%-60%，脂类物质的含量在1%-5%。酵母细胞中还富含多种维生素、矿物质和多种酶类，能促进其被消化吸收。此外它还含有多种鲜为人知的活性物质，如麦角固醇、谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、辅酶A等。酵母由于具有很高非营养成分，不仅直接被开发为营养食品，还可进一步制成各种营养活性物质，作为营养食品的载体，进一步深加工则成为更具有营养和保健价值的食品。制作面包时酵母是必不可少的生物松软剂，面包酵母是一种单细胞生物，属真菌类，学名啤酒酵母。面包酵母有圆形、椭圆形等多种形态。以椭圆形的用于生
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！ == 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ == 高三生物微生物发酵及其应用知识点汇总 发酵工程的概念和内容 发酵工程是指采用现代工程技术手段，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。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。 (1)“发酵”有“微生物生理学严格定义的发酵”和“工业发酵”，词条“发酵工程”中的“发酵”应该是“工业发酵”。 (2)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”。为实现工业化生产，就必须解决实现这些工艺(发酵工艺)的工业生产环境、设备和过程控制的工程学的问题，因此，就有了“发酵工程”。 (3)发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼(包括废水处理)等三个阶段，这三个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。 (4)微生物是发酵工程的灵魂。近年来，对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化，发酵工程正在走近科学。 (5)发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。 (6)发酵工程有三个发展阶段。 现代意义上的发酵工程是一个由多学科交叉、融合而形成的技术性和应用性较强的开放性的学科。发酵工程经历了“农产手工加工——近代发酵工程——现代发酵工程”三个发展阶段。 发酵工程发源于家庭或作坊式的发酵制作(农产手工加工)，后来借鉴于化学工程实现了工业化生产(近代发酵工程)，最后返璞归真以微生物生命活动为中心研究、设计和指导工业发酵生产(现代发酵工程)，跨入生物工程的行列。
微生物发酵制药 -----总体工艺过程流程 工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位。 微生物制药技术是工业微生物技术的最主要组成部分。微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，抗生素一般定义为：是一种在低浓度下有选择地抑制或影响其他生物机能的微生物产物及其衍生物。(有人曾建议将动植物来源的具有同样生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的范畴，但多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。)近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢产物统称为微生物药物。 微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容： 第一方面菌种的获得 根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。 1.分离思路：新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。具体分离操作从以下几个方面展开。 2.定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。 3.采样：有针对性地采集样品。 4.增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。
发酵工程，是指采用现代工程技术手段，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。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。 发酵工程的内容 它是一级学科“轻工技术与工程”中的一个重要分支和重点发展的二级学科，在生物技术产业化过程中起着关键作用。 1）“发酵”有“微生物生理学严格定义的发酵”和“工业发酵”，词条“发酵工程”中的“发酵”应该是“工业发酵”。 （2）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”。为实现工业化生产，就必须解决实现这些工艺（发酵工艺）的工业生产环境、设备和过程控制的工程学的问题，因此，就有了“发酵工程”。 （3）发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段，这三个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。 （4）微生物是发酵工程的灵魂。近年来，对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化，发酵工程正在走近科学。 （5）发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。 发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。 已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。 从广义上讲，发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工程和下游工程。其中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）的确定，营养物的准备等。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。这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。此外，根据不同的需要，发酵工艺上还分类批量发酵：即一次投料发酵；流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础上，流加一定量的营养，使细胞进一步的生长，或得到更多的代谢产物；连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发酵液。在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术：包括固液分离技术（离心分离，过滤分离，沉淀分离等工艺），
微生物的代谢调控与发酵生产 发酵工程课张顺 微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。从细胞水平上来看，微生物的代谢调节能力要超过复杂的高等动植物。这是因为，微生物细胞的体积极小，而所处的环境条件却十分多变，每个细胞要在这样复杂的环境条件下求得生存和发展，就必须具备一整套发达的代谢调节系统。在长期进化过程中，微生物发展出一整套十分有效的代谢调节方式，巧妙地解决了这一矛盾。例如，在每种微生物的遗传因子上，虽然潜在着合成各种分解酶的能力，但是除了一部分是属于经常以较高浓度存在的组成酶（constitutive-enzyme）外，大量的都是属于只有当其分解底物或有关诱导物存在时才合成的诱导酶（induced-enzyme或inducible-enzyme）。通过代谢调节微生物可最经济地利用其营养物，合成出能满足自己生长、繁殖所需要的一切中间代谢物，并做到既不缺乏也不剩余任何代谢物的高效“经济核算”。 微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等。其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量，二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效果。 利用微生物代谢调控能力的自然缺损或通过人为方法获得突破代谢调控的变异菌株，可为发酵工业提供生产有关代谢产物的高产菌株。有关的实际例子将在本节后部分进行介绍。 在发酵工业中，控制微生物生理状态以达到高产的环境条件很多，如营养物类型和浓度，氧的供应，pH的调节和表面活性剂的存在等。这里要讨论的则是另一类方式，即如何控制微生物的正常代谢调节机制，使其累积更多为人们所需要的有用代谢产物。由于一些抗生素等次生代谢产物的代谢调控十分复杂且目前还不够清楚，因此，下面所举的例子都是一些小分子主流代谢产物。现分三方面
第1节微生物发酵及其应用 【基础夯实】 1.有关谷氨酸的发酵的叙述正确的是（） A.发酵过程中不断通入空气 B.培养条件不当将不能得到产品 C．搅拌的唯一目的是使空气成为小泡 D.冷却水可是酶的活性降低 2.谷氨酸发酵生产过程中，控制好发酵的条件十分重要，下列处理不正确的是（） A.控制磷脂合成或使细胞膜受损入手，提高谷氨酸棒状杆菌细胞膜的通透性，有利于提高谷氨酸的合成速度 B.谷氨酸棒状杆菌属于好氧性细菌，发酵过程中应进行通气和搅拌，以提高培养液中的溶氧量 C.控制碳、氮的比例为3：1，既有利于谷氨酸棒状杆菌的大量繁殖又有利于谷氨酸的大量合成 D.在发酵过程中控制好温度，有利于谷氨酸高校持久的大量合成 3.谷氨酸除用于制造味精外，还可以用于治疗神经衰弱及配置营养注射液，应用前景广阔。光明制醋厂转产用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸，而是产生乳酸及琥珀酸，其原因是（） A.温度控制不好 B.通气量过多 C.pH成酸性 D.溶氧不足 4.若发酵产品噬菌体，则进行分离提纯的方法是（） A.沉淀萃取 B. 过滤沉淀 C.蒸馏 D.离子交换 5.发酵过程中，不会直接引起pH变化的是（） A.营养物质的消耗 B.微生物呼出的二氧化碳 C.微生物数目的增加 D.次级代谢产物的积累 6.人造蛋白食品是现代微生物工程的杰作之一，食用真菌蛋白是人造蛋白的一种。真菌蛋白的制造过程的图解如图所示，请根据图解回答下列问题： （1）望发酵罐中注入少量氨水的目的是。 （2）制造真菌蛋白时，要想发酵罐中注入空气，由此可知发酵罐中的真菌的异化作用类型是。 （3）往发酵罐中加入的一切物品都需要消毒，从生态学的角度进行分析，其原因是。 （4）添加的糖被真菌利用，转化成真菌蛋白，必须经过的生理过程有。 （5）从自然界中分离的真菌菌种，用于制造真菌蛋白时，蛋白质的产量很低。要获得更多的真菌蛋白，培育优良的真菌菌种可采用方法。
微生物的代谢调控与发酵生产 微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。从细胞水平上来看，微生物的代谢调节能力要超过复杂的高等动植物。这是因为，微生物细胞的体积极小，而所处的环境条件却十分多变，每个细胞要在这样复杂的环境条件下求得生存和发展，就必须具备一整套发达的代谢调节系统。在长期进化过程中，微生物发展出一整套十分有效的代谢调节方式，巧妙地解决了这一矛盾。例如，在每种微生物的遗传因子上，虽然潜在着合成各种分解酶的能力，但是除了一部分是属于经常以较高浓度存在的组成酶（constitutiveen-zyme）外，大量的都是属于只有当其分解底物或有关诱导物存在时才合成的诱导酶（induceden-zyme或inducibleenzyme）。通过代谢调节微生物可最经济地利用其营养物，合成出能满足自己生长、繁殖所需要的一切中间代谢物，并做到既不缺乏也不剩余任何代谢物的高效“经济核算”。 微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等。其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量，二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效果。 利用微生物代谢调控能力的自然缺损或通过人为方法获得突破代谢调控的变异菌株，可为发酵工业提供生产有关代谢产物的高产菌株。有关的实际例子将在本节后部分进行介绍。 在发酵工业中，控制微生物生理状态以达到高产的环境条件很多，如营养物类型和浓度，氧的供应，pH的调节和表面活性剂的存在等。这里要讨论的则是另一类方式，即如何控制微生物的正常代谢调节机制，使其累积更多为人们所需要的有用代谢产物。由于一些抗生素等次生代谢产物的代谢调控十分复杂且目前还不够清楚，因此，下面所举的例子都是一些小分子主流代谢产物。现分三方面来介绍。 （一）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节 在直线式的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积最终代谢物。但在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末端产物得到累积。 1．赖氨酸发酵如图6-62所示，在许多微生物中，可用天冬氨酸为原料，通过分支代谢途径合成出赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。赖氨酸是一种重要的必需氨基酸，在食品、医药和畜牧业上需要量很大。但在代谢过程中，一方面由于赖氨酸对天冬氨酸激酶（AK）有反馈抑制作用，另一方面由于天冬氨酸除用于合成赖氨酸外，还要作为合成甲硫氨酸和苏氨酸的原料，因此，在正常的细胞内，就难以累积较高浓度的赖氨酸。
廊坊师范学院 《微生物发酵中药》综述 姓名：崔晓光 学号：11070142003 专业：生命科学生物技术 年级：2011级 成绩： 2013年11月7日
【摘要】现代中药发酵技术是在充分吸收了微生物学、生物工程学等学科研究成果的基础上逐渐发展起来的。利用微生物发酵中药比一般的物理或化学炮制手段优越，可较大幅度地提高疗效，降低毒副作用，并为研发新药提供了新的途径，正逐渐成为中药研究的热点。本文综述了目前微生物发酵在中药中的主要应用。【关键词】微生物发酵；中药；应用 【前言】微生物有着非常强大的分解转化物质的能力,并能产生丰富的次生代谢产物,通过微生物的生长代谢和生命活动来炮制中药,可以比一般的物理或化学的炮制手段更大幅度地改变药性,提高疗效,降低毒副作用,扩大适应症。中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上,吸取了微生态学研究成果,结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术,是从中药(天然药物)制药方面寻找药物的新疗效。传统的中药发酵多是在天然的条件下进行的,而现在的中药发酵制药技术是在充分吸收了近代微生态学、生物工程学的研究成果而逐渐形成的。其先进发酵工艺特点是:以优选的有益菌群中的一种或几种、一株或几株益生菌作为菌种,加入中药提取液中,再按照现代发酵工艺制成产品,它是一种含有中药活性成分、菌体及其代谢产物的全组分发酵液的新型中药发酵加工制剂。 【主体】 一、中药发酵制药的源流 早在千余年前,我国已开始用发酵方法制药,直到现在临床仍在应用的发酵(制品)中药有六神曲、半夏曲、淡豆豉、豆黄等,其工艺均为固体发酵。如半夏曲的制造,明·《本草纲目》记载:“半夏研末,以姜汁、白矾汤和作饼,楮叶包置篮中,待生黄衣,晒干用”。其性味苦辛、平,能化痰止咳、消食积、治泄泻。而未发酵的半夏刚性味辛,有毒,功能燥湿化痰、降逆止呕、消痞散结。清代,按其辅料中药及治疗功能的不同,又制出了皂角曲、竹沥曲、麻油曲、牛胆曲、开郁曲、海粉曲、覆天曲等10种药曲。淡豆豉的发酵工艺另具特色,它是以黑大豆为原料制成的,性味苦寒,具有解表除烦、宣郁解毒功能,其工艺为“用黑大豆二三斗,水浸一宿,沥干黄熟,摊席上..蒿覆,侯黄衣上遍..安瓮中筑实,桑叶盖厚三寸,密封泥..如此七次”。再有用黑大豆制成的豆黄,则性味甘温,能祛湿痒、健脾益气。其发酵工艺为“用黑大豆一斗,黄熟,铺席上以蒿覆之,如氽酱法,待上黄,取出晒干”。未经发酵的黑大豆,则性味苦平,有活血、利水、解毒作用。从上述可以看出,中药发酵的目的主要为改变药物原有性能,产生新的治疗作用(如淡豆豉、豆黄),或增强原有疗效的治疗作用(如淡豆豉、豆黄),或增强原有疗效(如半夏曲),扩大用药品种。由于其疗效确切,至今对六神曲、半夏曲和淡豆豉等仍在进行工艺改进研究,并取得相应成绩。片仔癀的主要成分是三七的微生物发酵物, 建神曲、沉香曲、淡豆豉、半夏曲、红曲、麦芽也都是通过发酵而形成的药物。从某种意义上说,虫草是蝙蝠蛾幼虫经虫草菌、僵蚕是家蚕经白僵菌感染发酵而成的。这些经典药物都是经微生物发酵后产生了新的药理活性,其中虫草是非常名贵的中药。 二、中药发酵技术的研究现状 中药发酵研究开始于80年代,但仅是对真菌类自身发酵的研究,如灵芝菌丝体、冬虫夏草菌丝体、槐耳发酵等,大都是单一发酵。虽有报道加入中药,但也仅是将中药当做菌丝体发酵的菌质,同时研究发现,含有中药的菌质对原发酵物的 功效有影响,只是未见深入研究。目前,已有学者呼吁中药发酵制药可按新药审批
微生物发酵技术 微生物发酵技术以现代发酵技术为核心，利用微生物的代谢活动过程，经生物转化而大规模地制造各种工业发酵产品，已经形成了一个品种繁多、门类齐全的独立工业体系，在国民经济中占有重要地位。 工业发酵是指靠微生物的生命活动而实现的工业生产。 工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产均称为发酵。这样定义的发酵就是“工业发酵”。微生物是工业发酵的灵魂，没有微生物就没有工业发酵。 工业发酵就是通过微生物的生命活动，把发酵原料转化为人类所需要的微生物产品的过程。 工业发酵要依靠微生物的生命活动，生命活动依靠生物氧化提供的代谢能（metabolic energy）来支撑，因此工业发酵应该覆盖微生物学中生物氧化的所有方式：有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。 近百年来，随着科学技术的进步，工业发酵发生了划时代的变革，已经从利用自然界中原有的微生物进行发酵生产的阶段进入到按照人的意愿改造成具有特殊X能的微生物以生产人类所需要的发酵产品的新阶段。 生产型不锈钢发酵罐 （1）工业发酵的研究从典型的工业发酵开始
比较常见的工业发酵一般符合以下三个条件： ① 使用的菌种属于化能异养型微生物， ② 目的产物属于初级代谢产物或能量代谢副产物， ③ 目的产物在细胞内生成后被分泌到细胞外。 符合以上条件的工业发酵叫做典型的工业发酵。 对工业发酵理论的研究从典型的工业发酵开始。 个台阶，系统地研究化能异养型微生物的工业发酵的理论； 第二个台阶，系统地研究其他营养类型微生物的工业发酵的理论； 第三个台阶，系统地研究微生物利用碳以外元素工业发酵的理论。 （2）工业发酵理论 个台阶的研究建立了微生物生命活动的三个基本假设（发酵学三假说）。它们是改造和利用微生物的理论基础。用这三个基本假设来分析典型的工业发酵，出现了： ① 工业发酵的微生物生物机器的新思路， ② 为工业生产服务的工业发酵若干推理， ③ 工业微生物育种和发酵工艺控制的“五字策略”。 （3）研究工业发酵的思路 工业发酵→【从一般到特殊】→典型的工业发酵→【从特殊到一般】→生物机器、细胞机器的概念模式→【深入研究以发现自然规律】→自然规律（微生物生命活动的三个基本假说）→【从一般到特殊：将自然规律运用到典型的工业发酵】→细胞机器亚稳态物流模式→载流路径→五段式→五字策略→【从特殊到一般】→对未来发酵工业生产的预测 涉及微生物细胞的生长和繁殖的每一个“动作”，包括细胞内的有机物降解的启动，生物合成的启动和持续，主动运输，pH自动动态平衡等都需要代谢能支持，维持细胞的生命也需要代谢能的支撑。 而微生物细胞的物质代谢和能量代谢是依靠代谢网络来实现的。化合物在代谢网络中流动，形成代谢流。工业发酵中，原料代谢流在细胞机器中经过一系列途径转化成为目的产物。在这个基础上，发酵学的第二假说提出了，代谢途径和输送系统在代谢物分子水平上整合，在辅因子水平上协调，形成横跨微生物活细胞内外的代谢网络。这个代谢网络不是生化途径和跨膜输送过程简单连接，而是要将生物化学概念纳入细胞代谢的总体框架。书里研究的主要是有机物（碳元素）在酶和蛋白质层面上的代谢网络。研究发现，对于兼X厌氧微生物来说，不但需氧与缺氧时代谢网络有明显差异，而且在不同的培养条件下生存时，其代谢网络也是有差异的。例如：有氧生长的代谢是在以TCA环为骨架的中心板块
第一章绪论 第一节概述 工业发酵是利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的一门现代工业，而现代发酵工程则是指直接把微生物(或动植物细胞)应用于工业生产的一种技术体系，是在化学工程中结合了微生物特点的一门学科。因而发酵工程有时也称作微生物工程。在本章中，我们将对发酵的基本概念，工业上常用的微生物及其生长代谢特性，以及发酵工程原理作—简单介绍。 一、基本概念 1，发酵一词的来源 发酵现象早巳被人们所认识，但了解它的本质却是近200年来的事。英语中发酵一词fermentation是从拉丁语fervere派生而来的，原意为“翻腾”，它描述酵母作用于果汁或麦芽浸出液时的现象。沸腾现象是由浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生的二氧化碳所引起的。在生物化学中把酵母的无氧呼吸过程称作发酵。我们现在所指的发酵早已赋予了不同的含义。发酵是生命体所进行的化学反应和生理变化，是多种多样的生物化学反应根据生命体本身所具有的遗传信息去不断分解合成，以取得能量来维持生命活动的过程。发酵产物是指在反应过程当中或反应到达终点时所产生的能够调节代谢使之达到平衡的物质。实际上，发酵也是呼吸作用的一种，只不过呼吸作用最终生成CO2和水，而发酵最终是获得各种不同的代谢产物。因而，现代对发酵的定义应该是：通过微生物（或动植物细胞）的生长培养和化学变化，大量产生和积累专门的代谢产物的反应过程。 2，发酵的定义 （1）狭义“发酵”的定义 在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。 （2）广义“发酵”的定义 工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。 3，发酵工程（Fermentation Engineering）的定义 应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。 二、发酵的特点 发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下： 1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。 2，发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这—特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单—的代谢产物。 4，由于生物体本身所具有的反应机制，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地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。 5，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分
第1节微生物发酵及其应用 [课程目标]·导航 1.说出微生物发酵生产的基本过程。 2.举例说出微生物发酵与食品生产的关系。 3.参与有关微生物发酵的调查活动。 4.通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的紧密联系和互动。 知识点1发酵工程史话 [知识梳理] 1.四千年以前，我们的祖先就会利用微生物将谷物发酵成酒类。 2.1857年，法国微生物学家巴斯德用实验证明，酒精发酵是由活的酵母引起的。 3.1897年德国毕希纳进一步发现了酶在酵母发酵中的作用。 4.20世纪40年代初，弗洛里和钱恩与许多科学家合作，研究出大规模生产青霉素的方法。 5.20世纪50年代起，氨基酸发酵工业、酶制剂工业、多糖和维生素发酵工业相继诞生。 6.20世纪70年代以后，获得具有特殊生产能力的基因工程菌发酵产生胰岛素、生长激素等。 [活学活用] 1.在将鲜牛奶制成酸奶的过程中，盛鲜奶的容器必须密封的主要原因是防止() A.空气进入容器 B.产生的乳酸分解 C.水分过度蒸发 D.灰尘掉入容器 思维导图：
解析酸奶中含有乳酸，而乳酸是无氧呼吸产物，有氧存在时会抑制乳酸的生成。故制酸奶时容器应密封。 答案 A 归纳总结发酵对周围环境的物理和化学条件十分敏感，任何一种微生物发酵均需要适宜的温度、pH、溶解氧、营养物质等，保证最适的发酵条件是发酵成功获得高产产品的关键。 2.下列不需要利用发酵工程的是() A.生产单细胞蛋白饲料 B.通过生物技术培育可移植的皮肤 C.利用工程菌生产胰岛素 D.工厂化生产青霉素 思维导图： 解析生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用工程菌生产胰岛素和工厂化生产青霉素是利用发酵工程。通过生物技术培育可移植的皮肤是利用细胞工程的动物细胞培养。 答案 B 反思领悟发酵工程应用已非常广泛，现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸等，还生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物。 [归纳总结] (1)原始发展时期 人类有意无意地利用微生物已经有几千年的历史，在长期的生产实践中，积累了丰富经验。最初可能是人类发现储存水果会自然发酵变酒，而逐渐形成酿酒技术。相传，在埃及和中亚两河流域，在公元前40世纪至公元前30世纪已开始酿酒。我国利用微生物进行谷物酒类发酵，至少是在四千年前的龙山文化时期。在夏禹时期已有了关于仪侠酿旨酒，夏少康(即杜康)造秫酒的记载。随着社会的发展，又出现制酱和酱油、醋、泡菜、奶酒、干酪技术和面团发酵。 这个时期，发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步缓慢，完全是经验式的。在几千年的文明史中，人们只知道这样做可以得到所需的东西，并不知道其中的