食品發(fā)酵原理

1、教 案課 題： 第二章 食品發(fā)酵原理審批簽字班級授課日期學(xué)時2學(xué)時教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：一、 發(fā)酵工業(yè)的基本概念二、微生物發(fā)酵的基本特征三、本課程的重點(diǎn)內(nèi)容和任務(wù)技能目標(biāo)：使學(xué)生能夠了解微生物發(fā)酵的基本特征教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：微生物發(fā)酵的基本特征難點(diǎn)：微生物發(fā)酵的基本特征教學(xué)方法講授法參考資料或教具多媒體課件、教材教學(xué)內(nèi)容方法過程：附記組織教學(xué)：師生問好，檢查出勤情況新課導(dǎo)入：近幾十年的來微生物發(fā)酵不但在應(yīng)用領(lǐng)域上更加廣泛，更重要的是建立了許多新的微生物發(fā)酵理論體系，諸如：代謝控制發(fā)酵、基因工程菌發(fā)酵等講授新課： 食品發(fā)酵原理二、 發(fā)酵工業(yè)的基本概念微生物學(xué)中的發(fā)酵的定義：微生物發(fā)酵工業(yè)的概念：1.

2、發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的基本模式講述生物工業(yè)的基本生產(chǎn)模式，引出生物技術(shù)、生物工程的概念，講述兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系2.發(fā)酵工業(yè)的分類二、微生物發(fā)酵的基本特征1.微生物發(fā)酵過程是一個典型的化工過程 由于微生物生理特性決定了微生物在發(fā)酵過程中需要穩(wěn)定的環(huán)境、特殊的條件以及以氧作為底物的供給，這些多涉及到化工生產(chǎn)的一下領(lǐng)域：（1） 質(zhì)量的傳遞氧的供給、代謝物的排泄等（2） 熱量的傳遞微生物呼吸產(chǎn)熱，微生物生長于代謝需要穩(wěn)定的而嚴(yán)格的溫度條件。（3） 動量的傳遞涉及到攪拌軸功率的計算，他與溶氧、氣液混合的關(guān)系（4） 微生物的反應(yīng)工程涉及到微生物的生長動力學(xué)模型的建立，產(chǎn)物生成動力學(xué)模型的建立。2.微生物發(fā)酵過程

3、是一個典型的代謝控制發(fā)酵從微生物發(fā)酵的歷史角度看，最早的微生物發(fā)酵是一個自然發(fā)酵過程，現(xiàn)代微生物工業(yè)通常是指微生物的代謝控制發(fā)酵？定義：是指利用生物的、物里的、化學(xué)的方法，人為的改變了微生物的生長代謝途徑，使之合成、積累、分泌我們所需要的產(chǎn)品的過程。以GA發(fā)酵為例，建樹微生物代謝控制發(fā)酵的意義。3.微生物發(fā)酵工業(yè)又是一個有別于化工過程的一個工業(yè) 有以下幾個特征：（1） 反應(yīng)條件溫和通常由于微生物的生理特性，要求溫度為30-40pH值中性偏酸性酵母、霉菌、放線菌等pH值中性偏堿性細(xì)菌的發(fā)酵（2） 無菌發(fā)酵整個反應(yīng)過程要求無菌：培養(yǎng)基無菌、空氣無菌、 補(bǔ)料和取樣要求無菌操作、某些工程菌，其尾氣也要

4、求進(jìn)行無菌處理。（3） 非連續(xù)性生產(chǎn)微生物的生理特性決定了發(fā)酵過程的非連續(xù)性大部分的工業(yè)發(fā)酵是以間歇操作為基礎(chǔ)進(jìn)行的，目前可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的是：啤酒的連續(xù)化生三、本課程的內(nèi)容和任務(wù)本課程是生物工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，是一門以微生物、生物化學(xué)、化工原理等課程為基礎(chǔ)，以微生物發(fā)酵過程中各種單元操作為主線條，對微生物發(fā)酵過程中的基本原理進(jìn)行闡述的課程。其基本內(nèi)容如下：1. 發(fā)酵生產(chǎn)用菌種及其有關(guān)知識菌種選育包括菌種保藏 生產(chǎn)過程中菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 2. 培養(yǎng)基的制備及滅菌包括：工業(yè)發(fā)酵用原料的選擇與處理 培養(yǎng)基的滅菌原理和方法 工業(yè)滅菌的工程計算3. 發(fā)酵機(jī)制包括：乙醇、甘油、谷氨酸、檸檬

5、酸、賴氨酸、抗生素等4. 發(fā)酵過程及控制包括：溫度的變化及控制 pH值的變化及控制 氧傳遞動力學(xué) 泡沫的消長規(guī)律及控制三、 小結(jié)：本章主要講授發(fā)酵工業(yè)的基本概念、微生物發(fā)酵的基本特征、本課程的重點(diǎn)內(nèi)容和任務(wù)重點(diǎn)了解微生物發(fā)酵特征。板書設(shè)計： 食品發(fā)酵原理一、發(fā)酵工業(yè)的基本概念二、微生物發(fā)酵的基本特征三、本課程的重點(diǎn)內(nèi)容和任務(wù)后記教 案課 題： 食品發(fā)酵原理-微生物發(fā)酵用菌種及其擴(kuò)大培養(yǎng)審批簽字班級授課日期學(xué)時2學(xué)時教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)： 1、本課程的主要內(nèi)容2、學(xué)習(xí)方法3、拓展閱讀技能目標(biāo)：拓展閱讀-多吃發(fā)酵食品可抗衰老教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)方法難點(diǎn)：學(xué)習(xí)方法教學(xué)方法講授法參考資料或教具多媒體課件

6、、教材教學(xué)內(nèi)容方法過程：附記組織教學(xué)：師生問好，檢查出勤情況新課導(dǎo)入：微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種因不同的發(fā)酵對其要求各異，就是同一種產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)，其菌種的特點(diǎn)和要求因不同的原料和生產(chǎn)設(shè)備的不同也有很大差異講授新課： 2-1微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種一、 微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的特點(diǎn)及要求1.具有穩(wěn)定的遺傳學(xué)特性2.微生物生長和產(chǎn)物的合成對于基質(zhì)沒有嚴(yán)格的要求 3.生長條件易于滿足4.對于細(xì)菌，希望具有抗Phage的能力。 5.具有較高的各種酶活力，可以在一定的范圍內(nèi)提高生長速率和反應(yīng)速度，進(jìn)而可以縮短發(fā)酵周期，降低生產(chǎn)成本。 6.對于胞外產(chǎn)品，細(xì)胞膜具有良好的滲透性，或者細(xì)胞膜的滲透性可以調(diào)節(jié)，細(xì)胞不易發(fā)

7、生菌體自溶。 二微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的種類 野生型 從菌種的遺傳學(xué)特征上可以把菌種分為： 培養(yǎng)：營養(yǎng)缺陷型從微生物分類學(xué)的角度，分為1. 細(xì)菌類： 短桿菌：GA,Gln,lys 枯草芽孢桿菌：淀粉酶（BF7658）、堿性蛋白酶等 地衣芽孢桿菌：HASS(耐高溫-淀粉酶) -Amylase 蘇云金芽孢桿菌：BT生物農(nóng)藥 梭狀芽孢桿菌：丙酮、丁酸等的發(fā)酵2. 酵母菌 啤酒酵母：釀酒酵母、輔酶類物質(zhì)的發(fā)酵 酒精酵母： 漢遜酵母：食品工業(yè)，用于乙酸乙酯的發(fā)酵 假絲酵母：scp生產(chǎn)，石油發(fā)酵3.霉菌 黑曲霉：檸檬酸工業(yè)、釀酒業(yè)（UV-11,UV-48）、酶制劑工業(yè)（糖化酶） 黃曲霉：醬油生產(chǎn)(3042)

8、，面醬 青霉菌：青霉素的生產(chǎn) 紅曲霉：紅曲制造，用于南方紅曲酒（女兒紅）的生產(chǎn)；使用紅色色 素的生產(chǎn)；豆腐乳的生產(chǎn)等 赤霉菌：赤霉素的生產(chǎn)，是一種植物生長激素4.放線菌：各種抗生素，鏈、土、慶大等2-2微生物用菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 一、 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的1.提供大量而新鮮的、具有較高活力的菌種。 目的就是：a、縮短發(fā)酵周期 降低能耗、減少染菌的機(jī)會（空氣過濾設(shè)備有效時間是有限的） b、為了使培養(yǎng)菌在數(shù)量上取得絕對的優(yōu)勢，抑制雜菌的生長。從對數(shù)殘留定律上看，任何滅菌過程都不能夠做到絕對無菌，抑制雜菌生長除了嚴(yán)格環(huán)境以外，在數(shù)量上讓培養(yǎng)菌占絕對優(yōu)勢也是一種方法，往往是一種行之有效的方法。例如：啤酒的發(fā)

9、酵 2.讓菌種從固試管、液體試管，逐步適應(yīng)，例如：啤酒發(fā)酵 3.菌種經(jīng)過擴(kuò)大培養(yǎng)，可以提高生產(chǎn)的成功率，減少“倒罐”現(xiàn)象。 許多生產(chǎn)菌種往往都是“溶原性”的？ 通過連續(xù)的擴(kuò)大培養(yǎng)，每一級都要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，對于不合格的嚴(yán)禁使用，無疑增加了生產(chǎn)的可靠性。二、擴(kuò)大培養(yǎng)的方法通常有兩種方法：固體法：用于釀造業(yè)（醬油、白酒等），也是源于釀造業(yè)， 有霉菌的純培養(yǎng)，也有混合培養(yǎng)如：大曲液體法：液體深層培養(yǎng)，適合于眾多發(fā)酵行業(yè)三、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件： 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)條件因不同的菌種差異是非常大的，通常是與菌種的性質(zhì)有關(guān)的，也與后續(xù)的發(fā)酵工藝有關(guān)。但是，與發(fā)酵工藝卻有著很大的差別。1.培養(yǎng)基：種子培養(yǎng)基因不同的

10、微生物種類差別是很大的，同一種微生物因不同的擴(kuò)大培養(yǎng)過程（一級、二級）其培養(yǎng)基往往也有較大差異。 通常，對于種子用的培養(yǎng)基，搖瓶與種子罐用的培養(yǎng)基也不相同，搖瓶要求培養(yǎng)基用的原材料精細(xì)，碳源濃度較低而且是用微生物較易利用的碳源；對于種子罐用培養(yǎng)基，要求使用接近大生產(chǎn)用的原材料，氮源濃度較高，有利于菌體的增殖。2.溫度 種子擴(kuò)大培養(yǎng)的溫度，從試管到三角瓶到種子罐，其溫度也應(yīng)逐步調(diào)整，最后接近大生產(chǎn)的溫度，目的在于使菌種逐漸適應(yīng)。3.氧的供給 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的就是提供大量的強(qiáng)壯的菌體，因此在擴(kuò)培過程要求菌體增殖速度越快越好，增殖期消耗的底物葡萄糖越少越好，從這個意義上講，擴(kuò)培過程中應(yīng)提供足夠的氧

11、氣，無論是厭氧發(fā)酵還是好氧發(fā)酵。 足夠的溶氧取決于：攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量、攪拌軸功率等，后述。4.pH值 菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的pH值很重要，直接影響到菌體的正常生長，需要注意以下兩點(diǎn)：（1）擴(kuò)培選擇的pH值是菌體的最適生長pH值，往往與發(fā)酵最適pH值不同。 （2）培養(yǎng)基滅菌后，通常其pH值要下降0.51.0個單位，因此， （三角瓶滅菌后，不能夠調(diào)整pH值，不宜無菌操作）思考題：1.比較固體培養(yǎng)與液體培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)。2.說明菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件。3.菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的和意義是什么？4.工業(yè)生產(chǎn)用菌種的基本要求有什么？小結(jié)：菌種擴(kuò)大培養(yǎng)條件因不同的菌種差異是非常大的，通常是與菌種的性質(zhì)有關(guān)的，也與后續(xù)的發(fā)酵工藝

12、有關(guān)。但是，與發(fā)酵工藝卻有著很大的差別板書設(shè)計： 微生物發(fā)酵用菌種及其擴(kuò)大培養(yǎng)一、 微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的特點(diǎn)及要求二微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的種類三菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的四、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件五、擴(kuò)大培養(yǎng)的方法后記：教 案課 題： 食品發(fā)酵原理-微生物用培養(yǎng)基及滅菌審批簽字班級授課日期學(xué)時2學(xué)時教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：一、培養(yǎng)基用原材料及要求二、培養(yǎng)基的種類 三、培養(yǎng)基的制備四、培養(yǎng)基處理五、培養(yǎng)基的滅菌技能目標(biāo)：掌握培養(yǎng)基的材料及處理教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：培養(yǎng)基用原材料及要求難點(diǎn)：培養(yǎng)基處理教學(xué)方法講授法參考資料或教具多媒體課件、教材教學(xué)內(nèi)容方法過程：附記組織教學(xué)：師生問好，檢查出勤情況新課導(dǎo)入：微生物發(fā)酵

13、領(lǐng)域其本質(zhì)，也可以理解為物質(zhì)形式的轉(zhuǎn)化過程，就是利用微生物生長所需的底物轉(zhuǎn)化成特定的產(chǎn)物，在這個過程中，有兩個問題是工業(yè)化需要解決講授新課： 3-1培養(yǎng)基的制備及要求一、培養(yǎng)基用原材料及要求 （1）產(chǎn)物的社會效益， （2）物質(zhì)轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，即：低價值的原材料、低能耗等1、培養(yǎng)基原材料的要求 （1）價格低廉，易得到（價格低，但不一定易得到，例如：地瓜干）（2）對微生物的生長繁殖和代謝無抑制作用的物質(zhì)（3）微生物的代謝產(chǎn)物無有害物質(zhì)。 2、培養(yǎng)基用原材料的種類碳源 starch 及其水解糖液 含有starch 及其水解產(chǎn)物的廢棄物：味精廢水、粉絲生產(chǎn)廢水等 化工石油產(chǎn)品：醋酸、甲醇、乙

14、醇、甲烷等 二、培養(yǎng)基的種類 三、培養(yǎng)基的制備 1.培養(yǎng)基配制的原則 培養(yǎng)基制備是發(fā)酵成功與否的第一個要點(diǎn)，制備一個完整而科學(xué)的培養(yǎng)基是很重要的，也是非常艱巨的任務(wù)。通常制備培養(yǎng)基需要考慮以下幾個方面的問題：（1）合適的C/N， 不同的微生物、同一種微生物不同的菌株，其對培養(yǎng)基中的C/N要求是不一樣的，同一菌株在不同的發(fā)酵階段，其對C/N的要求也不一樣。（2）在確定了C/N的前提下，需要研究的是不同的氮源，對發(fā)酵的影響。（3）大多數(shù)的工業(yè)培養(yǎng)基都使用玉米漿。（4）生長因子：2.培養(yǎng)基的優(yōu)化方法 一種合成培養(yǎng)基的設(shè)計，需要考慮的因素是很多的，需要研究的成分也是很復(fù)雜的，其中包括碳源、氮源、玉米漿

15、等，即便是碳源還可以是幾種碳源的混合體，再加上述幾種因素之間的相互影響，要確定一個科學(xué)的培養(yǎng)基配方是需要做大量的工作的，采用一個合理的數(shù)學(xué)方法，就可以在減少工作量的前提下，得到科學(xué)的結(jié)果。3-2培養(yǎng)基用材料及處理發(fā)酵培養(yǎng)基用原料是非常廣泛的，許多原材料需要經(jīng)過處理后方能夠使用，特別是以淀粉質(zhì)為原料的發(fā)酵工業(yè)，大多數(shù)的情況下需要將淀粉進(jìn)行水解處理。一、淀粉的水解1.淀粉的水解方法（1）淀粉的酸法水解淀粉是由葡萄糖通過-1，4或-1，6葡萄糖苷健連接而成的含有多個葡萄糖的大分子長鏈物質(zhì)，根據(jù)其葡萄糖連接的糖苷健的不同，可分為枝鏈淀粉和直練淀粉，可以使用重合度 來表示淀粉分子的大小，所含有的葡萄糖苷

16、健的數(shù)量，稱之為淀粉的重合度，用DP來表示。淀粉內(nèi)部的葡萄糖苷健在一定的溫度和酸性的條件下可以水解，而使淀粉分子鏈斷裂，高溫可加速葡萄糖苷健的水解速度。2.酸酶法3.酶酸法4.雙酶法2.淀粉的雙酶法水解工藝 淀粉調(diào)漿 液化 糖化 過濾 糖液液化：耐高溫-淀粉酶，酶的使用量：58單位/g淀粉 溫度：105；時間，2030分鐘降溫：采用噴射冷卻方法：糖化：使用淀粉-1，4；1，6葡萄糖苷酶；終點(diǎn)判斷： 時間，23小時。二、糖蜜的處理 1.糖蜜的主要成分（1） 糖，4950%，因不同的原料和生產(chǎn)方法不同而異，主要是蔗糖（2） 膠體物質(zhì)，510%，來自于原料（3） 灰分，1012%（4） 生物素，11

17、0mg/Kg(甘蔗)，0.040.06 mg/Kg(甜菜)（5） pH值6.2(甘蔗)，7.4（甜菜）對于發(fā)酵工業(yè)可以利用得的主要成分是：糖和生物素 2.用途（1） 發(fā)酵工業(yè)用原料，國內(nèi)發(fā)酵生產(chǎn)的有：味精、酵母 使用糖蜜生產(chǎn)酒精（2） 使用糖蜜生產(chǎn)蒸餾酒姥姆酒，世界名酒，牙買加的國酒，在西方國家主要用于雞尾酒的勾兌上。（3） 作為添加劑使用，檸檬酸發(fā)酵，作為添加劑使用。（4） 使用糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)黃源膠，已有研究報道。 3.處理方法 處理目的：a.除去膠體性物質(zhì)，降低糖蜜的粘度，提高發(fā)酵液的流動性， 有利于改善發(fā)酵過程中氧的傳遞。 b.脫色，除去有色物質(zhì)（有色物質(zhì)的來源？），對產(chǎn)品的質(zhì)量有影響，對

18、微生物的生長和代謝有影響。 c.中和過量的酸堿性物質(zhì)，除去部分對pH值有影響的緩沖性物質(zhì)。 2-3培養(yǎng)基的滅菌一、滅菌原理 所謂滅菌就是殺死一切微生物，包括微生物的營養(yǎng)體和芽孢，這一概念不同于消毒。后者是指消滅一切致病微生物（病原體） 滅菌的方法很多，在實(shí)驗(yàn)室可以使用干熱滅菌、對于環(huán)境可以使用化學(xué)試劑滅菌，但化學(xué)試劑的滅菌方法有很大的限制。 在工業(yè)生產(chǎn)中，對于培養(yǎng)基、管道、設(shè)備的滅菌，通常采用蒸汽加熱到一定的溫度，并保溫一段時間的滅菌方法，稱之為濕熱滅菌2.理論滅菌時間微生物的濕熱滅菌過程，其本質(zhì)上就是微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性的過程。因此，可以把滅菌過程看成是蛋白質(zhì)的變性的過程3.滅菌溫度的選

19、擇 滅菌溫度的選擇應(yīng)考慮的因素主要有： a.微生物的熱致死溫度，應(yīng)高于該溫度。通常以芽孢為準(zhǔn)。何為熱致死溫度？（10分鐘，全部死亡的溫度） b.營養(yǎng)成分的破壞，滅菌的過程實(shí)質(zhì)上也是營養(yǎng)成分破環(huán)的過程 因此，滅菌溫度的選擇，應(yīng)是在保證滅菌效果的前提下，盡可能減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的破壞。二、分批滅菌操作要點(diǎn) 將配置好培養(yǎng)基打入生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行實(shí)消，操作要點(diǎn)如下：1. 定期檢查設(shè)備、管道有無滲漏，主要是：冷卻管道，夾套。2. 培養(yǎng)基升溫時，打開所有的排氣閥門，排掉空氣？當(dāng)培養(yǎng)基的溫度升到滅菌溫度時，進(jìn)入保溫操作階段，此時要求與反應(yīng)器相連的所有管道出于兩個狀態(tài)：進(jìn)汽或出汽，目的是對管道進(jìn)行滅菌。講一下

20、，閥門的特殊性？3. 培養(yǎng)基升溫時開動攪拌系統(tǒng)，以使培養(yǎng)基內(nèi)部傳熱均勻，當(dāng)溫度升溫到100時，停止攪拌，一方面是為了保護(hù)軸承，另一方面，當(dāng)培養(yǎng)基的溫度升溫到100時，培養(yǎng)基的沸騰，可以起到攪拌作用。4. 注意輔助設(shè)備的滅菌：空氣過濾器、計量罐、流加管道與流加液貯罐，空氣流量計等。5. 保溫期間，要求罐壓：0.090.10MPa，溫度：118121，時間：30分鐘。6. 滅菌結(jié)束后，需要立即引入無菌空氣，保證罐內(nèi)壓力后方可冷卻，目的是防止培養(yǎng)基的冷卻使罐內(nèi)形成負(fù)壓，易染菌。7. 配制培養(yǎng)基時，應(yīng)充分考慮培養(yǎng)基在滅菌時的稀釋（體積的增加），通常體積可增加20%左右，滅菌時間越長，體積增加的越多。思

21、考題：1.微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源主要有哪幾種？2.微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源主要有哪幾種？3.淀粉的水解方法主要有什么？試進(jìn)行有缺點(diǎn)比較？小結(jié)：菌種擴(kuò)大培養(yǎng)條件因不同的菌種差異是非常大的，通常是與菌種的性質(zhì)有關(guān)的，也與后續(xù)的發(fā)酵工藝有關(guān)。但是，與發(fā)酵工藝卻有著很大的差別板書設(shè)計： 微生物發(fā)酵用菌種及其擴(kuò)大培養(yǎng)一、 微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的特點(diǎn)及要求二微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的種類三菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的四、菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的條件五、擴(kuò)大培養(yǎng)的方法后記：教 案課 題： 食品發(fā)酵原理-發(fā)酵過程及控制審批簽字班級授課日期學(xué)時2學(xué)時教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：1、微生物發(fā)酵的類型2、發(fā)酵過程中溫度的變化及控制3、泡沫的消長規(guī)律及

22、其控制4、發(fā)酵過程中PH值的變化及控制技能目標(biāo)：掌握發(fā)酵過程的控制教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：發(fā)酵過程中溫度的變化及控制難點(diǎn)：發(fā)酵過程中PH值的變化及控制教學(xué)方法講授法參考資料或教具多媒體課件、教材教學(xué)內(nèi)容方法過程：附記組織教學(xué)：師生問好，檢查出勤情況新課導(dǎo)入：對于普通微生物的培養(yǎng)，選擇接種量的大少通常考慮的是設(shè)備的能力，但對于基因工程菌，考慮更多的是對基因工程菌培養(yǎng)以及外源基因的表達(dá)的影響講授新課： 5-1 微生物發(fā)酵的類型一、微生物發(fā)酵的類型 1.根據(jù)微生物對氧的需求不同，可分為： （1）厭氧發(fā)酵：乳酸桿菌的乳酸發(fā)酵、酵母的酒精發(fā)酵等 （2）好氧發(fā)酵：GA、其他AA、大部分的細(xì)菌和霉菌發(fā)酵2.根據(jù)所

23、用的培養(yǎng)基的狀態(tài) （1）固體發(fā)酵（solid fermentation） 就是微生物生長在固體培養(yǎng)基上 （2）液體發(fā)酵二、生物反應(yīng)器的操作方式 1分批式是目前微生物培養(yǎng)的最基本的方式，即是以微生物的一個生長周期為一個生產(chǎn)周期，包括設(shè)備的滅菌、種子培養(yǎng)、發(fā)酵操作。 優(yōu)點(diǎn)：（1）每一次進(jìn)行重復(fù)的配料、滅菌、等操作，微生物培養(yǎng)可靠、安全。 （2）微生物發(fā)酵過程中，微生物的各個階段的生理、代謝特征不同，易于控制。缺點(diǎn)：（1）效率較低，每次發(fā)酵重復(fù)進(jìn)行既是一種時間的浪費(fèi)，又是原材料和能量和浪費(fèi)。 （2）底物利用率低，分次分批發(fā)酵都存在一個微生物自身的增殖過程，增殖本身就是底物消耗的過程，這必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率

24、的降低，例如，在GA的發(fā)酵過程中，微生物增殖所需要的C源占總c源的20%左右。2.連續(xù)操作 基本概念：當(dāng)微生物菌體達(dá)到某一特定狀態(tài)時，（這一狀態(tài)可以是：菌體濃度、比生長速率、產(chǎn)物的比生成速率等），連續(xù)向反應(yīng)器內(nèi)流加混合底物（C、N、P），同時反應(yīng)器排放等量的發(fā)酵液。 優(yōu)點(diǎn)：微生物處于一個穩(wěn)定的底物濃度和產(chǎn)物濃度的環(huán)境中，從理論上講，這種方式是最高效率的微生物培養(yǎng)方式？節(jié)省消耗（底物、能量） 缺點(diǎn)：(1)由于微生物菌種易發(fā)生變異，特別是代謝控制發(fā)酵所采用的菌種，大部分是經(jīng)過誘變的突變菌株，其遺傳性質(zhì)非常不穩(wěn)定，后期，當(dāng)菌種發(fā)生變異或者說恢復(fù)突變的菌體占有優(yōu)勢時，發(fā)酵就意味著失敗。 (2)長時間的

25、連續(xù)培養(yǎng)，防止雜菌、phage的感染也是難以克服的問題。 5-2發(fā)酵過程中溫度的變化及控制一、發(fā)酵過程中的熱源 熱源：發(fā)酵過程中引起發(fā)酵液溫度變化的原因。二、溫度對發(fā)酵的影響 1.從酶促反應(yīng)動力學(xué)方面 微生物的發(fā)酵過程實(shí)際上就是一個酶促反應(yīng)的過程，根據(jù)酶促反應(yīng)動力學(xué)，溫度越高，酶促反應(yīng)速度越快，菌體增殖、產(chǎn)物合成的時間均可提前；但是溫度越高，酶越易失活，表現(xiàn)在外觀上，則是菌體易衰老，整個發(fā)酵周期縮短，影響發(fā)酵的最終產(chǎn)量，對于發(fā)酵是不利的。 2.從溫度對發(fā)酵液的性質(zhì)的影響方面溫度影響了發(fā)酵液的許多性質(zhì)，包括：營養(yǎng)物質(zhì)的電離狀態(tài)、發(fā)酵液的粘度等。發(fā)酵液粘度的改變，影響了發(fā)酵過程中各種物質(zhì)的傳遞，特

26、別是氧和熱量 的傳遞，進(jìn)而影響了微生物的發(fā)酵。3.溫度對菌體代謝調(diào)節(jié)機(jī)制的影響 近幾年來的研究表明，溫度對于菌體的調(diào)節(jié)機(jī)制有著密切的影響。5-3 氧傳遞與控制 供氧對于微生物的液體深層培養(yǎng)是必需的，也是目前各種生物反應(yīng)器設(shè)計的主要的參數(shù)之一。由于氧難溶于水的特性，決定了氧的供給成為提高微生物培養(yǎng)密度、提高單位體積發(fā)酵液產(chǎn)量的限制性因子。一、氧對發(fā)酵的影響氧對微生物發(fā)酵的影響是多方面的，不同的菌系、不同的發(fā)酵階段對于氧的要求也不相同，氧對其的影響也不相同，具體的講： 1.影響了菌系的酶活性 在微生物的代謝過程中，有許多的催化脫氫氧化反應(yīng)的酶都是以NAD(P)為輔酶的，NAD(P)的濃度是保證酶活力的基礎(chǔ)。NAD(P)作為H的受體，脫氫后成為還原興的NAD(P)H，NAD(P)H只有在有氧的的條件下可以及時地通過呼吸鏈被氧化（個別情況，NAD(P)H可以參入還原反應(yīng)，比如：KGA的還原氨基化），生成氧化性的NAD(P)，NAD(P)作為輔酶重新參入脫氫反應(yīng)，一旦，發(fā)酵液中的氧的濃度不夠，則與NAD(P)相關(guān)的酶促反應(yīng)停止，那么，NAD(P)的濃度。2.氧的存在影響了代謝途徑 氧存在是TCA循環(huán)能夠進(jìn)行的基礎(chǔ)，缺氧必然導(dǎo)致丙酮酸的積累（丙酮酸的氧化脫羧強(qiáng)烈徐揚(yáng)），丙酮酸的積累，