發(fā)酵工藝學(xué)第三版吐血整理重點(diǎn)

1、第一章發(fā)酵fermentation :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。發(fā)酵工程：是將微生物學(xué)、生物化學(xué)和化學(xué)工程的基本原理有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè) 生產(chǎn)過(guò)程的一種新技術(shù)。（主要利用的是細(xì)菌、放線菌、酵母菌、霉菌）發(fā)酵生產(chǎn)藥物的類型：抗生素、酶抑制劑、免疫抑制劑、維生素、氨基酸第二章微生物藥物的合成：在微生物體內(nèi)酶催化下將小分子物質(zhì)逐步合成分子量較大產(chǎn)物的生化反應(yīng)過(guò)程。（呈現(xiàn)多代謝作用或代謝柵欄特征）微生物體內(nèi)存在著嚴(yán)密、精確、靈敏的代謝調(diào)節(jié)體系。微生物的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制復(fù)雜，具有多系統(tǒng)、多層次的特點(diǎn)。代謝調(diào)節(jié)

2、的3個(gè)部位：細(xì)胞（及細(xì)胞器）膜、酶本身、酶與底物的相對(duì)位置及問(wèn)隔狀況。代謝調(diào)節(jié)的3種形式：細(xì)胞透性的調(diào)節(jié)、代謝途徑的區(qū)域化和流向、代謝速度的調(diào)節(jié)。酶活性調(diào)節(jié)通過(guò)改變代謝途徑中一個(gè)或者幾個(gè)關(guān)鍵酶的活性來(lái)調(diào)節(jié)代謝速度調(diào)節(jié)方式。特點(diǎn)是迅速 及時(shí)有效經(jīng)濟(jì)12種酶活性調(diào)節(jié)方式前饋?zhàn)饔?、終產(chǎn)物抑制、補(bǔ)償性激活、協(xié)同（多價(jià)）反饋抑制、累積反饋抑制、增效（合作）反饋抑制、順序反饋抑制、同工酶調(diào)節(jié)、聯(lián)合激活或抑制調(diào)節(jié)（終 產(chǎn)物抑制的補(bǔ)償性逆轉(zhuǎn)）、平衡合成、代謝互鎖、假反饋抑制次級(jí)代謝產(chǎn)物的特點(diǎn)1 、特定菌種產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物2 、菌種特定生長(zhǎng)階段的產(chǎn)物3 、是多組分的混合物4 、以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體或起始物進(jìn)行合成

3、5 、次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成受初級(jí)代謝的調(diào)控6 、次級(jí)代謝酶在細(xì)胞上具有特定的位置和結(jié)構(gòu)7 、次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成過(guò)程受基因控制8 、次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成對(duì)環(huán)境因素特別敏感9 、次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成與菌體的形態(tài)有一定關(guān)聯(lián)。10 、 次級(jí)代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)多樣特殊。分叉中間體： 在微生物的代謝過(guò)程中， 有一些中間代謝物， 既可以被微生物利用來(lái)合成初級(jí)代謝產(chǎn)物，也可以被用來(lái)合成次級(jí)代謝產(chǎn)物。多組分的原因11 、次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成酶對(duì)底物的特異性不強(qiáng)12 、對(duì)底物作用不完全13 、同一底物可以被多種酶催化次級(jí)代謝過(guò)程前體：直接被菌體用來(lái)合成代謝產(chǎn)物，而自身分子結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯改變的物質(zhì)磷酸鹽調(diào)節(jié)1 、磷酸鹽促進(jìn)初

4、級(jí)代謝，抑制次級(jí)代謝2 、磷酸鹽抑制次級(jí)代謝產(chǎn)物前體的合成3 、磷酸鹽抑制磷酸酯酶的活性4、 ATP調(diào)節(jié)作用5、 磷酸鹽對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物合成酶的調(diào)節(jié)6、 磷酸鹽調(diào)節(jié)的分子機(jī)制是作用在轉(zhuǎn)錄水平上的菌種選育的目的1、 改良菌種特性2、 提高發(fā)酵產(chǎn)量3、 產(chǎn)生新的發(fā)酵產(chǎn)物4、 去除多余組分自然選育：是一種純種選育的方法，它利用微生物在一定條件下自發(fā)突變的原理，通過(guò)分離篩選排除衰退型菌株，從中選擇維持原有生產(chǎn)水平的菌株。誘變育種：通過(guò)誘變劑的處理，就可以大大提高菌種的突變頻率，擴(kuò)大變異幅度，從中選出具有優(yōu)良特性的變異菌株。速度快收效大方法簡(jiǎn)便理性化篩選：利用遺傳學(xué)、生物化學(xué)的原理，根據(jù)產(chǎn)物已知的或可能的

5、生物合成途徑、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制、產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和采用一些篩選方法，來(lái)打破微 生物原有的代謝調(diào)節(jié)途徑，獲得能大量形成產(chǎn)物的高產(chǎn)突變株。次級(jí)代謝產(chǎn)物的高產(chǎn)菌株的篩選方法1、 利用營(yíng)養(yǎng)缺陷型篩選2、 篩選負(fù)變株或零變株的回復(fù)突變株3、 篩選去磷酸鹽調(diào)節(jié)突變株4、 篩選去碳源分解代謝調(diào)節(jié)突變株5、 篩選氨基酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株6、 篩選二價(jià)金屬離子抗性突變株7、 篩選前體或者前體類似物抗性突變株8、 篩選自身所產(chǎn)抗生素的抗性突變株利用基因重組技術(shù)改良抗生素的生產(chǎn)菌1、 提高限速酶的活力，解除抗生素生物合成中限速步驟，改變細(xì)胞內(nèi)代謝流的方向，提高抗生素產(chǎn)量2、 引入抗性基因和調(diào)節(jié)基因，增加抗性基因

6、的拷貝數(shù)，提高產(chǎn)生菌的自身耐受性3、 引入氧結(jié)合蛋白來(lái)提高抗生素產(chǎn)量4、 增強(qiáng)正調(diào)控作用或解除負(fù)調(diào)控基因的阻遏作用，提高抗生素的產(chǎn)量5、 通過(guò)敲除或破壞次要組分的生物合成基因來(lái)消除或減少次要組分培養(yǎng)基medium :按照一定比例人工配制的供微生物生長(zhǎng)繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需要的各種物質(zhì)的混合物。培養(yǎng)基的成分：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、微量元素、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)、消沫劑碳源：用于構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)碳素類型：糖（單糖、雙糖、淀粉質(zhì)類、糖蜜）油脂（動(dòng)植物油）有機(jī)酸、醇碳?xì)浠衔飪?nèi)源性前體：菌體自身能合成的物質(zhì) 外源性前體：菌體不能自身合成或者合成量很少，必須在發(fā)酵過(guò)程中加入的物

7、質(zhì) 滅菌：利用化學(xué)或物理的方法殺滅或者除去所有活的微生物和抱子的過(guò)程消毒：利用化學(xué)或物理的方法殺滅或除去病原微生物的方法，一般只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽抱。除菌：利用過(guò)濾的方法除去空氣或液體中所有微生物和抱子。高溫干熱滅菌：在干燥高溫的條件下，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸等物質(zhì)變性， 使微生物的致死率迅速增高而達(dá)到滅菌的目的。只要足夠高的溫度和足夠長(zhǎng)的時(shí)間，干熱滅菌能殺死所有微生物，主要用于需要保持干燥而且能耐高溫的器械。影響培養(yǎng)基滅菌的其他因素：1、 培養(yǎng)基的成分2、 培養(yǎng)基的ph值3、 培養(yǎng)基的物理狀態(tài)4、 泡沫5、 培養(yǎng)基中的微生物數(shù)量培養(yǎng)基的滅菌方法1 .分批滅菌：將配置好的培養(yǎng)基輸入發(fā)

8、酵罐內(nèi)，用間接蒸汽預(yù)熱，然后直接通 入飽和蒸汽加熱，使培養(yǎng)基和設(shè)備一起滅菌，達(dá)到要求的溫度和壓力后維持 一段時(shí)間，然后在冷卻到發(fā)酵要求的溫度。優(yōu)點(diǎn)：不需要專門(mén)的滅菌設(shè)備， 投資少，操作簡(jiǎn)便，滅菌效果可靠，對(duì)蒸汽要求低。缺點(diǎn)：滅菌過(guò)程中蒸汽 用量變化大，鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大，加熱和冷卻時(shí)間長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)成分有一定損失，罐利用率低，不能采用高溫快速滅菌工藝。對(duì)于染菌罐必須先空罐滅菌2 連續(xù)滅菌：培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過(guò)一套滅菌設(shè)備連續(xù)加熱滅菌，然后冷卻送 入已經(jīng)滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：可采用高溫快速滅菌，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞少。發(fā)酵罐非生產(chǎn)占用時(shí)間短，罐利用率低。熱能利用合理，適合自動(dòng)化控制。蒸汽用量平穩(wěn)但是蒸汽壓力要求高

9、。 缺點(diǎn)： 不適用粘度大或者固形物含量高的培養(yǎng)基。 需要一套連續(xù)滅菌設(shè)備，投資大。增加了操作環(huán)節(jié)，增大了染菌概率。菌體保藏： 根據(jù)菌體生理生化特性， 人工創(chuàng)造條件使菌體的代謝活動(dòng)處于休眠狀態(tài)。菌種的保藏方法1 、 斜面低溫保藏法： 利用低溫降低菌種的新陳代謝， 使菌種的特性在短時(shí)間內(nèi)保持不變。將新鮮斜面上長(zhǎng)好的菌體或孢子，至于四度冰箱中保存。2 、液體石蠟封存保藏法： 在斜面菌種上加入滅菌后的液體石蠟， 用量高出斜面 1cm ，使菌種與空氣隔絕，試管直立，置于 4 攝氏度冰箱保存。3 、固體曲保藏法4 、沙土管保藏法5 、冷凍干燥法6 、液氮超低溫保藏法菌種衰退： 生產(chǎn)上使用的菌種， 在使用和

10、保藏過(guò)程中， 經(jīng)常會(huì)逐漸向不利于生產(chǎn)的方向變化。菌種復(fù)壯1 、純種分離2 、淘汰衰退的個(gè)體攝氧率：?jiǎn)挝惑w積發(fā)酵液每小時(shí)消耗氧的量呼吸強(qiáng)度：?jiǎn)挝恢亓康木w（折干）每小時(shí)消耗氧的量呼吸臨界氧濃度：當(dāng)溶氧濃度達(dá)到了菌體的需氧要求，那菌體的呼吸強(qiáng)度不再隨 溶氧濃度的增加而變化，此時(shí)溶氧濃度成為呼吸臨界氧濃度。影響微生物需氧量的因素1 .微生物的種類和生長(zhǎng)階段2 .培養(yǎng)基的組成3 .培養(yǎng)液中的溶氧濃度4 .培養(yǎng)條件5 . CO2濃度發(fā)酵類型按照投料方式分類1、 分批發(fā)酵：一次性投入料液，發(fā)酵過(guò)程中除無(wú)菌空氣的通入和廢棄的排出 外，與外界沒(méi)有物料交換，一直到發(fā)酵結(jié)束放罐。產(chǎn)量低，工藝操作簡(jiǎn)單， 發(fā)酵過(guò)程易于控制。2、 連續(xù)發(fā)酵：是在特定的發(fā)酵設(shè)備中進(jìn)行的，一遍連續(xù)不斷地輸入新鮮無(wú)菌料液，一邊連續(xù)不斷的放出發(fā)酵液。操作條件恒定，生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定，提高 設(shè)備利用率減少發(fā)酵下游設(shè)備規(guī)模。操作周期長(zhǎng)，容易造成染菌和菌種退 化問(wèn)題。3、 補(bǔ)料分批發(fā)酵：在培養(yǎng)過(guò)程中，間歇的或連續(xù)的向發(fā)酵罐中補(bǔ)加一種或者多種成分的新鮮料液的培養(yǎng)方式。發(fā)酵生產(chǎn)上控制 ph 值的方法1 、 調(diào)整發(fā)酵培養(yǎng)基的組成 養(yǎng)基 的組成2 、在培養(yǎng)基中加入 ph 值緩沖物質(zhì)3 、補(bǔ)料控制4 、改變發(fā)酵條件5 、直接補(bǔ)加酸堿引起溶氧異常的原因溶氧下降：1 、