中國(guó)海洋大學(xué)微生工重點(diǎn)

1、第一章 微生物工程概述【發(fā)酵】：在生物化學(xué)或生理學(xué)上發(fā)酵是指微生物在無(wú)氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式。工業(yè)上所稱的發(fā)酵是泛指利用微生物細(xì)胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程?！景l(fā)酵工程】應(yīng)用微生物學(xué)等相關(guān)的自然科學(xué)以及工程學(xué)原理，利用微生物等生物細(xì)胞進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化，將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品或提供社會(huì)性服務(wù)的一門科學(xué)。發(fā)酵的類型：1 按發(fā)酵原料來(lái)分 糖類 石油 廢水2 按發(fā)酵形式來(lái)分 固態(tài) 深層液體3 按發(fā)酵產(chǎn)物區(qū)分 AA 有機(jī)酸 抗生素 酶制劑 維生素 酒精4 按發(fā)酵工藝流程區(qū)分 分批 連續(xù) 流加5 按發(fā)酵過程中對(duì)氧的不同需求區(qū)分 厭氧 通風(fēng)發(fā)酵基本過程（4步）：1）菌種制備 2）種子培養(yǎng) 3）

2、發(fā)酵 4）提取精制發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展史：1 天然發(fā)酵階段2 純培養(yǎng)技術(shù)的建立3 通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立4 代謝控制發(fā)酵時(shí)期5 基因工程階段第二章 菌種的分離、選育、保藏【代謝控制發(fā)酵】是指用人工誘變的方法，有意識(shí)地改變微生物的代謝途徑，最大限度地積累產(chǎn)物，這種發(fā)酵形象地稱為代謝控制發(fā)酵，最早在氨基酸發(fā)酵中得到成功應(yīng)用。氨基酸生產(chǎn)菌的要求：代謝途徑比較清楚，代謝途徑比較簡(jiǎn)單。谷氨酸發(fā)酵的菌種：棒桿菌屬，短桿菌屬、節(jié)桿菌屬或微桿菌屬的棒型細(xì)菌。其它氨基酸生產(chǎn)菌：常規(guī)菌種主要是對(duì)上述產(chǎn)L谷氨酸的優(yōu)良菌株進(jìn)行人工誘變后選育出的各種突變株；工程菌大腸桿菌，枯草芽孢桿菌。菌種分離思路：菌種的分離是要從混雜的各

3、類微生物中依照生產(chǎn)的要求、菌種的特性，采用各種篩選方法，快速、準(zhǔn)確地把所需要的菌種挑選出來(lái)。菌種分離與篩選的步驟1、定方案： 2、采樣：有針對(duì)性地采集樣品。3、增殖：人為地通過控制養(yǎng)分或培條件，使所需菌種增殖培養(yǎng)后，在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)。4、分離：利用分離技術(shù)得到純種。5、發(fā)酵性能測(cè)定：目的微生物的富集富集的目的：讓目的微生物在種群中占優(yōu)勢(shì)，增加篩選幾率。富集的方案：定向培養(yǎng)：采用特定的有利于目的微生物富集的條件，進(jìn)行培養(yǎng)。不能提供任何有助于篩選產(chǎn)生菌的信息時(shí)，只能通過隨機(jī)分離的辦法。定向培養(yǎng)的富集方法：一切能提高目的微生物相對(duì)生長(zhǎng)速度的手段，培養(yǎng)（固體、液體；分批連續(xù)）后使目的微生物在種群中占優(yōu)勢(shì)

4、（比生長(zhǎng)速率）。常用的手段包括：底物 、pH條件 、培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)溫度。菌種的篩選：從產(chǎn)物角度出發(fā)；從形態(tài)角度出發(fā)菌株選育的方法：l 基因突變：自然選育、誘變育種l 基因重組：雜交、原生質(zhì)體融合、基因工程技術(shù)l 基因的直接進(jìn)化：點(diǎn)突變、易錯(cuò)PCR、DNA Shuffling【自然選育】：在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工處理，利用菌種的自然突變(Spontaneous Mutation)而進(jìn)行的菌種篩選過程，又叫自然分離。自然突變的機(jī)率為10-810-9?！菊T變育種】通過各種誘變劑處理微生物細(xì)胞，提高基因突變的頻率，擴(kuò)大變異范圍，從中選出具有優(yōu)良特性的變異菌株的育種方法。誘變劑的種類1、 物理誘變劑：紫

5、外線2、 化學(xué)誘變劑：亞硝基胍3、 生物誘變劑：誘變育種方案與步驟誘變的三個(gè)環(huán)節(jié)包括突變的誘發(fā)，突變株的篩選，突變高產(chǎn)基因的表型篩選。步驟：1）出發(fā)菌株的選擇 2）菌懸液的制備 3）誘變處理 4）中間培養(yǎng) 5）突變株的分離和篩選【營(yíng)養(yǎng)缺陷型】 通過誘變而產(chǎn)生的缺乏合成某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如氨基酸、維生素和堿基等的能力，必須在其基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)的變異株。篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型的步驟：（基本MM；補(bǔ)充SM；完全CM）1. 進(jìn)行誘變 (物理誘變化學(xué)誘變)；2. 淘汰野生型 有兩種方法：抗生素法：野生型能在基本培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，而缺陷型不能，于是將誘變處理液在MM中培養(yǎng)短時(shí)讓野生型生長(zhǎng)，處于活化

6、階段，而缺陷型無(wú)法生長(zhǎng)，仍處于休眠狀態(tài)。由于細(xì)菌或酵母對(duì)一些抗生素敏感，于是就相應(yīng)加入一定量的抗生素，結(jié)果活化狀態(tài)的野生型就被殺死，保存了缺陷型。一般細(xì)菌可以采用青霉素，酵母可采用制霉菌素。菌絲過濾法：對(duì)于霉菌，野生型孢子在基本培養(yǎng)基中生長(zhǎng)后會(huì)長(zhǎng)出菌絲體，就可用濾紙過濾法將菌絲濾去，而缺陷型孢子卻因未萌發(fā)而濾過。3. 檢出缺陷型原理：在固體基本培養(yǎng)基和完全培養(yǎng)基上，生長(zhǎng)情況完全不同，缺陷型在CM上生長(zhǎng)良好，而在MM上則不生長(zhǎng)，野生型都能生長(zhǎng)。 方法：影印法、點(diǎn)種法、夾層法 4 營(yíng)養(yǎng)缺陷型生長(zhǎng)譜的確定驗(yàn)證確定是缺陷型后，就需確定其缺陷的因子，即生長(zhǎng)譜測(cè)定。生長(zhǎng)譜測(cè)定有兩種方法：【定點(diǎn)突變】 定點(diǎn)

7、突變是指通過聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)等方法向目的DNA段（基因組，或質(zhì)粒）中引入所需變化，包括堿基的添加、刪除、點(diǎn)突變等。定點(diǎn)突變能迅速、高效的提高DNA所表達(dá)的目的蛋白的性狀及表征，是基因研究工作中一種非常有用的手段?！綝NA改組技術(shù)】指DNA分子的體外重組，是基因在分子水平上進(jìn)行有性重組。通過改變單個(gè)基因 (或基因家族) 原有的核苷酸序列，創(chuàng)造新基因，并賦予表達(dá)產(chǎn)物新的功能。被稱為分子水平上的定向進(jìn)化?！净蛑亟M】將一種生物體（供體）的基因與載體在體外進(jìn)行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體（受體）內(nèi)，使之在受體內(nèi)穩(wěn)定遺傳，表達(dá)出新產(chǎn)物或新性狀。也稱為分子克隆技術(shù)。常用的基因表達(dá)系統(tǒng)：（1） 原

8、核生物表達(dá)系統(tǒng)（2） 真核生物表達(dá)系統(tǒng)（3） 中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞（CHO細(xì)胞）表達(dá)系統(tǒng)【細(xì)胞雜交育種】?jī)蓚€(gè)不同基因型的菌株通過雜交結(jié)合，將遺傳物質(zhì)重新組合，使不同菌株的優(yōu)良性狀集中在重組體中，從中分離和篩選具有新性狀菌株的育種方法。工業(yè)微生物菌種保藏技術(shù)保藏原理：根據(jù)菌株生理生化特性，人工創(chuàng)造條件（低溫、干燥、真空）使菌體的代謝活動(dòng)處于休眠期狀態(tài)，以減少菌種的變異。目的要求：經(jīng)長(zhǎng)期保藏后菌種存活良好，保證菌種不改變表型和基因型，特別是不改變菌種代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力。一、 冷藏保藏：a，普通冷凍保藏技術(shù) ； b，超低溫冷凍保藏技術(shù) ； c，液氮冷凍保藏技術(shù)二、 冷凍干燥保藏三、 其他保藏方法：a，傳代

9、保藏 ； b，礦物油中浸沒保藏第三章 培養(yǎng)基【培養(yǎng)基】是指一切可供微生物細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖所需的一組營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和原料。同時(shí)培養(yǎng)基也為微生物培養(yǎng)提供除營(yíng)養(yǎng)外的其它所必須的條件。作用：1、滿足菌體的生長(zhǎng)；2、促進(jìn)產(chǎn)物的形成一、 培養(yǎng)基的分類 ：1 按純度分類：合成培養(yǎng)基；天然培養(yǎng)基2 按狀態(tài)分類：固體培養(yǎng)基；半固體培養(yǎng)基；液體培養(yǎng)基3 按用途：孢子培養(yǎng)基；種子培養(yǎng)基；發(fā)酵培養(yǎng)基第二節(jié) 發(fā)酵培養(yǎng)基的成分及來(lái)源 一、碳源：1、作用提供微生物菌種的生長(zhǎng)繁殖所需的能源和合成菌體所必需的碳成分。 2、來(lái)源糖類、油脂、有機(jī)酸、低碳醇和其它碳?xì)浠衔锏?葡萄糖葡萄糖是最容易利用的碳源，幾乎所有的微生物都能利用。過多的葡

10、萄糖會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。(葡萄糖效應(yīng)) 糖蜜糖蜜是制糖生產(chǎn)時(shí)的結(jié)晶母液，是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。 糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達(dá)50%75%。 淀粉、糊精 油和脂肪 有機(jī)酸 烴和醇類二、氮源氮源主要用于構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：無(wú)機(jī)氮源、有機(jī)氮源。1、無(wú)機(jī)氮源種類：銨鹽、硝酸鹽和氨水特點(diǎn)：微生物對(duì)它們的吸收快，所以也稱迅速利用氮源。無(wú)機(jī)氮源的迅速利用常會(huì)引起pH的變化l 選擇合適的無(wú)機(jī)氮源有兩層意義：1、滿足菌體生長(zhǎng)；2、穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的pH2、有機(jī)氮源（1）種類：工業(yè)上常用的有機(jī)氮源都是一些廉價(jià)的原料如花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅

11、粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟。（2）特點(diǎn)：有機(jī)氮源成分復(fù)雜，除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無(wú)機(jī)鹽及生長(zhǎng)因子。三、無(wú)機(jī)鹽和微量元素1、作用 無(wú)機(jī)鹽類是微生物生命活動(dòng)所不可缺少的物質(zhì)，作用包括：構(gòu)成菌體成分；作為酶活性基團(tuán)的組成部分或輔酶(基)；調(diào)節(jié)滲透壓、pH值、氧化還原電位等；作為自養(yǎng)菌的能源。 2、來(lái)源：主要來(lái)自于C、N源，以鹽的形式補(bǔ)充。四、生長(zhǎng)因子、前體和產(chǎn)物促進(jìn)劑【生長(zhǎng)因子】凡是微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量的有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長(zhǎng)因子。【前體】前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接使微生物在生物合成過程中合

12、成到產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高?！井a(chǎn)物促進(jìn)劑】指那些非細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物有些促進(jìn)劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善細(xì)胞與氧的接觸從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)。有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。培養(yǎng)基成分選擇的原則1 菌種的同化能力和速度2 代謝的阻遏和誘導(dǎo)3 合適的碳、氮比例4 pH的要求培養(yǎng)基成分含量的確定（一）單因子實(shí)驗(yàn)（二）多因子實(shí)驗(yàn)：均勻設(shè)計(jì)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面分析四、培養(yǎng)基設(shè)計(jì)時(shí)注意的一些相關(guān)問題 1原料及設(shè)備的預(yù)處理2原材料的質(zhì)量3發(fā)酵特性

13、的影響 4滅菌技術(shù)第四章 生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)（一般掌握）【種子擴(kuò)大培養(yǎng)】將保存在砂土管、冷凍(干燥)管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面，活化后，再經(jīng)過搖瓶及種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程?！痉N子】經(jīng)過上述種子擴(kuò)大培養(yǎng)過程得到的純種培養(yǎng)物稱為種子。種子的制備過程：實(shí)驗(yàn)室階段：所用的設(shè)備為培養(yǎng)箱、搖床等實(shí)驗(yàn)室常見設(shè)備，在工廠中這些培養(yǎng)過程一般都在菌種室完成。生產(chǎn)車間階段：種子培養(yǎng)在種子罐里面進(jìn)行，在工程上一般歸為發(fā)酵車間管理。實(shí)驗(yàn)室種子制備：固體培養(yǎng)法適用于產(chǎn)孢子能力強(qiáng)、孢子發(fā)芽、生長(zhǎng)繁殖快的菌種、液體培養(yǎng)法適用于產(chǎn)孢子能力不強(qiáng)【種子罐級(jí)數(shù)】制備種子需逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù)。確定

14、種子罐級(jí)數(shù)需注意的問題種子級(jí)數(shù)受發(fā)酵規(guī)模、菌體生長(zhǎng)特性、接種量的影響。種子級(jí)數(shù)越大，工藝就越難控制、易染菌、易變異，管理困難，一 般2-4級(jí)。種子級(jí)數(shù)越少越好，可簡(jiǎn)化工藝和控制，減少染菌機(jī)會(huì)。但種子級(jí)數(shù)太少，接種量小，發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，降低發(fā)酵罐的生產(chǎn)率。第二節(jié)種子質(zhì)量的控制：1培養(yǎng)基 2培養(yǎng)條件 3培養(yǎng)時(shí)間1培養(yǎng)基：原材料質(zhì)量：原材料質(zhì)量的波動(dòng)，起次要作用的是其中無(wú)機(jī)離子含量不同，2培養(yǎng)條件：溫度&濕度影響種子質(zhì)量的因素以及控制：孢子質(zhì)量；培養(yǎng)基；培養(yǎng)條件；種齡；接種量【種齡】種子罐中培養(yǎng)的菌體在移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐之前的培養(yǎng)時(shí)間。接種量的大小決定于菌種在種子罐(發(fā)酵罐)中生長(zhǎng)繁殖的

15、速度。較大的接種量可縮短罐中菌絲繁殖達(dá)到高峰的時(shí)間，使產(chǎn)物的形成提前，并可減少雜菌的生長(zhǎng)機(jī)會(huì)。但是過大接種量會(huì)引起溶氧不足，影響產(chǎn)物合成；而且會(huì)過多移入代謝廢物。過小接種量會(huì)引起前期生長(zhǎng)緩慢，延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間，降低發(fā)酵罐的生產(chǎn)率。種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與控制：1菌種形態(tài) 2。生化指標(biāo) 3。酶活力種子異常分析：1菌種生長(zhǎng)發(fā)育過快或過慢 2菌絲結(jié)團(tuán) 3菌絲貼壁第五章 微生物的代謝調(diào)節(jié)微生物代謝調(diào)節(jié)方式細(xì)胞透性調(diào)節(jié)；代謝途徑區(qū)域化；代謝流向的調(diào)控；代謝速度的調(diào)控二.酶合成和酶活性的調(diào)節(jié)【重點(diǎn)背】(一)酶合成調(diào)節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)酶合成的量來(lái)控制微生物代謝速度的調(diào)節(jié)機(jī)制。這類調(diào)節(jié)在基因轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，對(duì)代謝活動(dòng)

16、的調(diào)節(jié)是間接的、也是緩慢的。酶合成的調(diào)節(jié)主要有兩種類型：酶的誘導(dǎo)和酶的阻遏。1. 酶合成的誘導(dǎo)：組成酶、誘導(dǎo)酶2. 酶合成的阻遏：【背！】在代謝途徑中，當(dāng)末端產(chǎn)物過量時(shí)，微生物的調(diào)節(jié)體系就會(huì)阻止代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的合成，從而徹底地控制代謝，減少末端產(chǎn)物生成，這種現(xiàn)象稱為酶合成的阻遏。阻遏的生理學(xué)功能是節(jié)約生物體內(nèi)有限的養(yǎng)分和能量。（1）末端產(chǎn)物阻遏 （2）分解代謝物阻遏【激活】 在激活劑的作用下，使原來(lái)無(wú)活性的酶變成有活性，或使原來(lái)活性低的酶提高了活性的現(xiàn)象。【反饋抑制】反饋抑制是指代謝的末端產(chǎn)物對(duì)酶(往往是代謝途徑中的第一個(gè)酶)活性的抑 制。代謝系統(tǒng)的分子控制機(jī)制：1 基因調(diào)

17、控2 二組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)【能荷】細(xì)胞中ATP、ADP、AMP系統(tǒng)中可為代謝反應(yīng)提供能量的高能磷酸鍵的量度【能荷調(diào)節(jié)】細(xì)胞通過改變ATP、ADP、AMP三者的比例來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝活動(dòng)，也稱腺苷酸調(diào)節(jié)。第二節(jié)【！重點(diǎn)！】微生物代謝產(chǎn)物的過量產(chǎn)生 【作為大題準(zhǔn)備】二.解除反饋調(diào)節(jié)1.降低末端產(chǎn)物濃度/選育營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型菌株中，由于合成途徑中某一步驟發(fā)生缺陷，終產(chǎn)物不能積累，因此可以解除終產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)。直線式的合成途徑中，選育末端產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)缺陷型的突變株，只能累積中間代謝物。分支代謝途徑中，通過解除某種反饋調(diào)節(jié)，就可以使另一分支途徑的末端產(chǎn)物得到累積?！緷B漏缺陷型】是一種特殊的營(yíng)養(yǎng)缺陷型，是遺

18、傳性代謝障礙不完全的突變型。其特點(diǎn)是酶活力下降而不完全喪失，并能在基本培養(yǎng)基上少量生長(zhǎng)。滲漏缺陷型由于酶活力下降，不產(chǎn)生過量的末端產(chǎn)物 可以避開反饋 調(diào)節(jié)。但能合成微量的末端產(chǎn)物，用來(lái)進(jìn)行生物合成；在培養(yǎng)這種突變體時(shí)，可不必在培養(yǎng)基中添加相應(yīng)的物質(zhì)，就能積累所需的產(chǎn)物。2、選育抗反饋調(diào)節(jié)的突變株在以積累末端產(chǎn)物為目的的發(fā)酵生產(chǎn)中， 如果代謝途徑無(wú)分支，營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的應(yīng)用并不普遍。因此提高產(chǎn)量，最好采用抗反饋調(diào)節(jié)突變株?！究狗答佌{(diào)節(jié)突變株】指反饋抑制或阻遏已解除，或是反饋抑制和阻遏已同時(shí)解除的組成型菌株，能分泌大量的末端代謝產(chǎn)物。l 抗反饋調(diào)節(jié)突變株的選育方法有兩種：終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似物抗性突變

19、株、營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變株。l 【結(jié)構(gòu)類似物】也稱代謝拮抗物，指那些在結(jié)構(gòu)上和代謝終產(chǎn)物(氨基酸、嘌呤、維生素等)相似的物質(zhì)。l 【營(yíng)養(yǎng)缺陷型】是通過誘變而產(chǎn)生的缺乏合成某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如氨基酸、維生素和堿基等的能力，必須在其基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)的變異株。3、細(xì)胞膜透性突變株的選育細(xì)胞質(zhì)膜的透性的調(diào)節(jié)是微生物代謝調(diào)節(jié)的重要方式，由它控制著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和產(chǎn)物分泌。如果細(xì)胞膜通透性很強(qiáng)，則細(xì)胞內(nèi)代謝物質(zhì)容易往外分泌，降低胞內(nèi)產(chǎn)物的濃度，直到環(huán)境中該物質(zhì)的濃度達(dá)到抑制程度，胞內(nèi)合成才會(huì)停止，這樣大大提高產(chǎn)物的生成量。反之，細(xì)胞膜通透性較差，則胞內(nèi)代謝產(chǎn)物難以分泌到胞外，使胞內(nèi)終產(chǎn)物

20、濃度大量增加而引起反饋調(diào)節(jié)，影響終產(chǎn)物的積累。細(xì)胞膜透性突變株的選育原理是采取生理學(xué)或遺傳學(xué)方法，提高細(xì)胞膜的通透性，使胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物迅速滲漏到細(xì)胞外，達(dá)到解除末端產(chǎn)物反饋調(diào)節(jié)作用的目的。通常有三種方法：1) 生物素缺陷型突變株生物素是脂肪酸生物合成中乙酰CoA羧化酶的輔基，該酶催化乙酰CoA的羧化生成丙二酸單酰CoA，進(jìn)而合成細(xì)胞膜磷脂的主要成分脂肪酸。因此，誘變篩選生物素缺陷型菌株，保證細(xì)胞的生長(zhǎng)，控制生物素的含量就可以改變細(xì)胞膜的成分，進(jìn)而改變膜的通透性，影響到代謝產(chǎn)物的分泌。四生物化學(xué)方法1提供誘導(dǎo)2提供前體物質(zhì)繞過反饋控制點(diǎn)3控制培養(yǎng)基成分4發(fā)酵與產(chǎn)物分離的過程耦合提高次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)

21、量的方法：1. 防止碳分解代謝阻遏的發(fā)生2. 防止氮（碳）代謝阻遏的發(fā)生3. 選育抗生素抗性突變株4. 補(bǔ)加前體類似物5. 加入誘導(dǎo)類似物6. 篩選耐前體或前體類似物的突變株7. 篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型的回復(fù)株第六章 發(fā)酵過程控制發(fā)酵過程控制的目的：有一個(gè)好的菌種以后，要有一個(gè)配合菌種生長(zhǎng)的最佳條件，使菌種的潛能發(fā)揮出來(lái)，得到最大的生產(chǎn)率。發(fā)酵過程控制的研究層次：A. 初級(jí)層次B. 代謝及工程參數(shù)層次C. 生產(chǎn)規(guī)模層次發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)：物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)、生物參數(shù)一、發(fā)酵過程pH變化的原因 重點(diǎn)：作分析題準(zhǔn)備！1、基質(zhì)代謝 發(fā)酵培養(yǎng)基中的糖代謝：快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺

22、乏，pH上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一。發(fā)酵培養(yǎng)基中的氮代謝：培養(yǎng)基中氮源過多時(shí)，導(dǎo)致pH上升。中間補(bǔ)料時(shí)，堿性物質(zhì)添加量多，導(dǎo)致pH上升。培養(yǎng)基中添加的生理酸酸性物質(zhì)被利用后pH會(huì)下降；生理酸堿性物質(zhì)利用后pH會(huì)上升2、產(chǎn)物形成 某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機(jī)酸類產(chǎn)生使pH下降；紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使pH上升。3、菌體自溶隨著基質(zhì)的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使pH又上升。二、pH對(duì)發(fā)酵的影響 1. pH影響酶的活性。2. pH值改變細(xì)胞膜的透性3. pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離4. pH影響代謝方向 三、pH的控制1、調(diào)節(jié)好培

23、養(yǎng)基的pH2、在培養(yǎng)基中加入維持pH的物質(zhì)3、通過補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH 4、當(dāng)補(bǔ)料與調(diào)節(jié)pH發(fā)生矛盾時(shí)，需加酸堿調(diào)pH 5、發(fā)酵的不同階段采取不同的pH值第三節(jié) 溫度變化及其控制【作大題準(zhǔn)備！】嗜冷菌適應(yīng)于020生長(zhǎng)，嗜溫菌適應(yīng)于1543 生長(zhǎng)，嗜熱菌適應(yīng)于3765 生長(zhǎng)，嗜高溫菌適應(yīng)于65 以上生長(zhǎng)二、溫度對(duì)發(fā)酵的影響與控制（一）溫度對(duì)發(fā)酵的影響1、溫度影響微生物各種酶催化反應(yīng)速率2、溫度影響發(fā)酵方向3、溫度影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)（二）發(fā)酵過程最適溫度的確定最適溫度是一種相對(duì)概念，是指在該溫度下最適于菌的生長(zhǎng)或發(fā)酵產(chǎn)物的生成。最適發(fā)酵溫度與菌種，培養(yǎng)基成分，培養(yǎng)條件和菌體生長(zhǎng)階段有關(guān)。(一) 根據(jù)菌種

24、(二) 生長(zhǎng)階段的選擇：高低高(三) 根據(jù)培養(yǎng)條件選擇：通風(fēng)差降溫度；濃度稀降溫度(四) 菌種的生長(zhǎng)情況：長(zhǎng)速快降溫度；長(zhǎng)速慢高溫度發(fā)酵過程引起溫度變化的因素：Q發(fā)酵=Q生物 +Q攪拌 - Q蒸發(fā) - Q輻射第四節(jié)！ 發(fā)酵過程泡沫的形成與控制【泡沫】氣體在少量液體中的粗分散體，屬于氣液非均相體系，泡沫間被一層液膜隔開而彼此不相連通。一、泡沫形成的原因1、通氣攪拌 2、培養(yǎng)基配比與原料組成 3、培養(yǎng)基的粘度 4、菌種、種子質(zhì)量 5、滅菌質(zhì)量二、起泡的危害【重點(diǎn)】1、降低生產(chǎn)能力 2、引起原料浪費(fèi) 3、引起染菌 4、影響細(xì)胞的呼吸消泡劑的種類：破泡劑：加到已形成的泡沫中，使泡沫破滅的添加劑。抑泡劑

25、：發(fā)泡前預(yù)先添加而阻止起泡的添加劑。如聚醚及有機(jī)硅等屬于抑泡劑。常用消泡劑的種類：（1）天然油脂（2）聚醚類消泡劑（3）高碳醇（4）硅酮類對(duì)消泡劑的要求： 1在發(fā)酵液中不溶或難溶 2表面張力低于起泡物質(zhì) 3與發(fā)酵液有親和性 4與發(fā)酵液不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 5揮發(fā)性小第五節(jié) 氧對(duì)發(fā)酵的影響氧的傳遞：傳氧過程OTR 攝氧過程OUR氧的傳遞總推動(dòng)力：氣體主流與細(xì)胞內(nèi)的氧分壓之差氣體主流與細(xì)胞內(nèi)的氧濃度之差傳氧過程的推動(dòng)力：氣體主流與液相主流內(nèi)的氧分壓之差氣體主流與液相主流內(nèi)的氧濃度之差雙膜中的傳氧推動(dòng)力氣體主流與氣液界面上的氧分壓的差 P-Pi (C*-Ci)氣體界面上與液相主流中氧濃度的差 Ci-C傳質(zhì)

26、方程：Nv=kLa(C*-C)kLa越大，溶氧效果越好！影響供養(yǎng)的因素及調(diào)節(jié)攪拌速率、通氣量Q、攪拌器的個(gè)數(shù)Ni、攪拌器的形狀增加攪拌轉(zhuǎn)速n、加大通氣量Q、補(bǔ)充新鮮無(wú)菌的培養(yǎng)基、加入氧載體第六節(jié) 染菌和防治染菌對(duì)發(fā)酵的影響污染噬菌體：停產(chǎn)污染雜菌：大量泡沫、發(fā)臭、發(fā)酸種子期染菌；前期染菌（危害最大）；中期染菌；后期染菌（提前放罐）染菌情況分析：1單罐染菌：該罐本身問題，種子帶菌、培養(yǎng)基滅菌不徹底、罐有滲漏、分濾器失效2多罐染菌：系統(tǒng)問題，空氣過濾系統(tǒng)；補(bǔ)料分配站有滲漏或者滅菌不徹底3前期染菌：種子帶菌、培養(yǎng)基滅菌不徹底4中后期染菌：補(bǔ)料料液滅菌不徹底菌種的防治！a) 防治種子帶菌b) 防治設(shè)備滲漏c) 防治培養(yǎng)基滅菌不徹底d) 防治空氣引起的染菌染菌后的發(fā)酵基必須經(jīng)滅菌后才能放入下水道第七章 微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分類依據(jù)和類型判斷因素特點(diǎn)第一型I產(chǎn)物形成直接與基質(zhì)（糖類）