學(xué)年 發(fā)酵工程復(fù)習(xí)

1、發(fā)酵工程復(fù)習(xí)第一部分微生物工程原理第一章 微生物工程概論發(fā)酵工程的定義和特點(diǎn)定義發(fā)酵工程:什么是發(fā)酵工程？利用微生物生長(zhǎng)速度快、生長(zhǎng)條件簡(jiǎn)單以及代謝過(guò)程特殊等特點(diǎn),在合適條件下通過(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)手段,由微生物的某種特定功能生產(chǎn)出人類(lèi)需要的產(chǎn)品。微生物的生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵是指利用微生物細(xì)胞的一種或多種酶,作用于一些化合物的特定部位(基因),使其轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類(lèi)似但經(jīng)濟(jì)價(jià)值更大的化合物的生化反應(yīng).生物反應(yīng)過(guò)程有那幾個(gè)部分組成（4個(gè)部分）：原材料預(yù)處理、生物催化劑的制備、生物反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇、產(chǎn)物的分離純化。發(fā)酵工程要實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程并獲得發(fā)酵產(chǎn)品,必須具備那些條件？只有具備了這些條件，微生物工程才能順利

2、的進(jìn)行。這些條件包括：1.要具有某種適宜的微生物即必須要有好的菌種。2.要保證或控制微生物進(jìn)行代謝得各種條件(培養(yǎng)基組成,溫度,O2,PH等)適宜的工藝條件。3.具有進(jìn)行微生物發(fā)酵的設(shè)備必要的發(fā)酵設(shè)備4.具有將菌體或代謝產(chǎn)物提取出來(lái),精制成產(chǎn)品得方法和設(shè)備具有完善的產(chǎn)品提取技術(shù)。微生物工程特點(diǎn)1、嚴(yán)格的無(wú)菌生長(zhǎng)環(huán)境： 包括發(fā)酵開(kāi)始前采用高溫高壓對(duì)發(fā)酵原料和發(fā)酵罐以及各種連接管道進(jìn)行滅菌的技術(shù)； 在發(fā)酵過(guò)程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無(wú)菌空氣的空氣過(guò)濾技術(shù)；2、在發(fā)酵過(guò)程中根據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)要求控制加料速 度的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)； 3、種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術(shù)。4、在進(jìn)行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在

3、實(shí)驗(yàn) 室規(guī)模的小發(fā)酵罐進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，得到產(chǎn)物形成的動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)這個(gè)模型設(shè)計(jì)中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設(shè)計(jì)更大規(guī)模生產(chǎn)的動(dòng)力學(xué)模型。5、由于生物反應(yīng)的復(fù)雜性，在從實(shí)驗(yàn)室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問(wèn)題。 第三章 菌種的選育為了滿足發(fā)酵工業(yè)的需要，菌種選育的方向：就是選育出能吃“粗糧”、耐高溫、生長(zhǎng)快、代謝旺、產(chǎn)量高、質(zhì)量好、無(wú)毒性的優(yōu)良菌株。因此菌種選育工作的重點(diǎn):是從常溫菌到高溫菌，慢生菌到速生菌，野生菌到變異菌等方向進(jìn)展。2篩選目的菌株時(shí)必須考慮的重要指標(biāo)有那些？（1）菌的特征：在發(fā)酵過(guò)程中，一般要求采用廉價(jià)的培養(yǎng)基或使用來(lái)源豐富的原料

4、（如用農(nóng)副產(chǎn)品或甲醇等作能源）。用含有這種成分的分離培養(yǎng)基可篩選出能適應(yīng)這種養(yǎng)分的菌種。（2）菌的生長(zhǎng)溫度:應(yīng)選擇高于40的菌種，這可大大降低大規(guī)模發(fā)酵冷卻的成本。因此用這一溫度來(lái)分離培養(yǎng)高溫生產(chǎn)菌在經(jīng)濟(jì)上是有利的。（3）菌對(duì)所采用的設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的適應(yīng)性適應(yīng)性好（4）菌的穩(wěn)定性穩(wěn)定性高（5）產(chǎn)物得率和產(chǎn)物在培養(yǎng)液中得濃度。（6）產(chǎn)物是否容易從培養(yǎng)液中回收 （3）（6）是用來(lái)衡量分離得到得菌種得生產(chǎn)性能，如能滿足以上幾條便有希望成為效益高得生產(chǎn)菌種。但對(duì)篩選出得高效菌種在投入生產(chǎn)之前必須對(duì)其產(chǎn)物得毒性和菌種得生產(chǎn)性能作出評(píng)價(jià)。什么是富集培養(yǎng)?是指能增加混合菌群中所需菌株數(shù)量得一種方法,其要領(lǐng)是

5、提供一些有利與所需菌株生長(zhǎng)或不利與其它菌型生長(zhǎng)條件；富集培養(yǎng)的主要方法:即分批式富集培養(yǎng)(搖瓶培養(yǎng))和恒化式富集培養(yǎng)(連續(xù)培養(yǎng))。優(yōu)良的生產(chǎn)菌種應(yīng)具備那些基本特性？(1)高產(chǎn) 生產(chǎn)菌種應(yīng)具有在較短的發(fā)酵周期內(nèi)產(chǎn)生大量發(fā)酵產(chǎn)物的能力。高產(chǎn)菌株的應(yīng)用,可以在不增加投入成本的情況下,大幅度提高企業(yè)的產(chǎn)生能力。(2)產(chǎn)物純度高 在發(fā)酵過(guò)程中不產(chǎn)生或少產(chǎn)生與目標(biāo)產(chǎn)品性質(zhì)相近的副產(chǎn)品或其他產(chǎn)物。這樣不僅能提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效轉(zhuǎn)化率,同時(shí)也減少了分離純化的難度,降低成本,提高產(chǎn)品的質(zhì)量。(3)生長(zhǎng)繁殖能力強(qiáng)、生長(zhǎng)速率快 產(chǎn)生孢子的菌種具有較強(qiáng)的產(chǎn)孢能力。這樣有利與縮短發(fā)酵周期,減少種子罐的級(jí)數(shù),最終減少設(shè)備投

6、資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。同時(shí),還可以減少在擴(kuò)大生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生菌種生產(chǎn)性能下降或雜菌污染的可能性。(4)高轉(zhuǎn)化率 能夠高效地將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,降低生產(chǎn)成本。(5)可以利用廣泛來(lái)源原材料,并且菌種對(duì)發(fā)酵原料成分的波動(dòng)敏感性小。(6)對(duì)需要添加的前體物質(zhì)有耐受能力,不會(huì)將這些前體物質(zhì)作為一般的碳源來(lái)利用。(7)發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的泡沫要少,這對(duì)提高裝料系數(shù)、單罐產(chǎn)量,降低成本有重要意義。(8)具有抗噬菌體感染的能力強(qiáng).(9)遺傳特性穩(wěn)定 保證發(fā)酵過(guò)程能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定地進(jìn)行,同時(shí)有利于使用最佳的工藝控制。微生物工程中工業(yè)菌種的育種方法主要有:自然選育、誘交選育、雜交選育、原生質(zhì)體融合技術(shù)以及基因工程等。什么是出發(fā)菌株

7、？用來(lái)進(jìn)行誘變?cè)囼?yàn)的菌株叫做出發(fā)株。選好出發(fā)菌株應(yīng)注意的事項(xiàng)是什么？A選擇對(duì)誘變劑敏感性強(qiáng)、變異幅度大的菌株作出發(fā)株。B最好選擇已經(jīng)過(guò)生產(chǎn)選育的自發(fā)突變菌株C采用具有有利性狀（如生長(zhǎng)速度快、營(yíng)養(yǎng)要求低，產(chǎn)孢子早而多）的菌株作為親本。D由于有些菌株在發(fā)生某一變異后會(huì)對(duì)其他誘變因素的敏感性提高，因此有時(shí)可考慮選擇已發(fā)生其它變異的居住作為出發(fā)株。E在選擇核苷酸或氨基酸的出發(fā)菌株時(shí)，最好考慮至少能積累少量所需產(chǎn)品或其前體的菌株。F在選擇抗生素出發(fā)菌株時(shí)，最好選擇已通過(guò)幾次誘變，并發(fā)現(xiàn)每次誘變后效價(jià)豆有一定程度提高的菌株作為出發(fā)菌株。什么是同步培養(yǎng)法？培養(yǎng)細(xì)胞達(dá)到生理活性一致的方法，稱(chēng)為同步培養(yǎng)法?？梢?/p>

8、通過(guò)調(diào)整生理?xiàng)l件和用機(jī)械或物理手段分離細(xì)胞的方法，使細(xì)胞生長(zhǎng)同步?；九囵B(yǎng)基：能滿足野生型菌株正常生長(zhǎng)的培養(yǎng)基稱(chēng)基本培養(yǎng)基(MM)；完全培養(yǎng)基：能滿足各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型生長(zhǎng)的稱(chēng)完全培養(yǎng)基(CM)，如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基等。微生物菌種保藏的主要方法斜面保藏法-短期的保藏方法:液體石蠟保藏法-斜面保藏法的一種改進(jìn)沙土管干燥保藏法真空冷凍干燥保藏法:五、液氮保藏法六、懸液保藏法什么是培養(yǎng)基？人工自己制的供微生物或動(dòng)植物細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖、代謝和合成人們所需要產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和原料,同時(shí)培養(yǎng)基也為微生物等提供除營(yíng)養(yǎng)外的其他生長(zhǎng)所必須的環(huán)境條件。對(duì)培養(yǎng)基的基本要求有那些？1.含有供細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖和代謝的

9、原料。2.滿足產(chǎn)物生成的需要。3.維持一定的pH值。4.來(lái)源豐富,價(jià)格低廉,質(zhì)量穩(wěn)定。什么是前體 ？ 加入培養(yǎng)基,能夠直接在生物合成過(guò)程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中,而自身的結(jié)構(gòu)變化不大,并能提高產(chǎn)物的產(chǎn)量,這類(lèi)小分子化合物稱(chēng)為前體。種子培養(yǎng)基有那些特點(diǎn)？（1）. 必須有較完全和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長(zhǎng)因子。（2）. 種子培養(yǎng)基中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高。供孢子發(fā)芽生長(zhǎng)用的種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。（3）. 種子培養(yǎng)基成分還應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。發(fā)酵培養(yǎng)基的特點(diǎn)？（1）根據(jù)發(fā)酵的產(chǎn)物合成的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)培養(yǎng)基：對(duì)菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物相偶聯(lián)的發(fā)酵類(lèi)型，充分滿足細(xì)胞

10、生長(zhǎng)繁殖的培養(yǎng)基就能獲得最大的產(chǎn)物。對(duì)于生產(chǎn)氨基酸等含氮的化合物時(shí)，它的發(fā)酵培養(yǎng)基除供給充足的碳源物質(zhì)外，還應(yīng)該添加足夠的銨鹽或尿素等氮素化合物。（2）發(fā)酵培養(yǎng)基的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度應(yīng)盡可能高些，這樣在同等或相近的轉(zhuǎn)化率條件下有利于提高單位容積發(fā)酵罐的利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益。（3）發(fā)酵培養(yǎng)基需耗用大量原料，因此，原料來(lái)源、原材料的質(zhì)量以及價(jià)格等必須予以重視。發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇有那些要求？ (1)必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分。(2)有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗，即提高單位營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率。(3)有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度，以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力。(4)有利于提高

11、產(chǎn)物的合成速度，縮短發(fā)酵周期。(5)盡量減少副產(chǎn)物的形成，便于產(chǎn)物的分離純化。(6)原料價(jià)格低廉，質(zhì)量穩(wěn)定，取材容易。（7)所用原料盡可能減少對(duì)發(fā)酵過(guò)程中通氣攪拌的影響，利于提高氧的利用率，降低能耗。(8)有利于產(chǎn)品的分離純化，并盡可能減少產(chǎn)生“三廢”的物質(zhì)。中間補(bǔ)料的重要作用豐富培養(yǎng)基,避免菌體過(guò)早衰老,延長(zhǎng)產(chǎn)物合成期;控制pH值和代謝方向;改善通氣效果,避免菌體生長(zhǎng)受限制;補(bǔ)充發(fā)酵液的體積(由于發(fā)酵中的通氣和蒸發(fā),發(fā)酵液體和、減小)。第五章 滅菌工程發(fā)酵工程中雜菌污染會(huì)造成怎樣的不良后果？(1)由于雜菌的存在,消耗基質(zhì)或產(chǎn)物,造成生產(chǎn)能力下降;(2)雜菌產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物,改變發(fā)酵液的某些

12、物化性質(zhì),造成產(chǎn)物提取更困難,從而回收率下降或產(chǎn)品質(zhì)量下降;(3)雜菌造成產(chǎn)物分解,導(dǎo)致生產(chǎn)失敗;(4)雜菌的大量繁殖,改變反應(yīng)介質(zhì)的pH,從而使生化反應(yīng)發(fā)生異常變化;(5)噬菌體污染造成菌體裂解,導(dǎo)致生產(chǎn)失敗。嚴(yán)格純種培養(yǎng)應(yīng)采取哪些必要的措施？1.使用的培養(yǎng)基和設(shè)備須滅菌;2.好氣培養(yǎng)過(guò)程中使用的空氣應(yīng)經(jīng)過(guò)除菌處理;3.設(shè)備應(yīng)嚴(yán)密,生物反應(yīng)器中要維持高于環(huán)境的壓力;4.培養(yǎng)過(guò)程中加入的物料須滅菌;5.使用無(wú)污染的純種。第一節(jié)滅菌的原理滅菌的定義:使用物理或化學(xué)方法殺滅或去除物料或設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過(guò)程。二、常用的滅菌方法常用的滅菌方法有哪幾種？1.化學(xué)滅菌 原理:化學(xué)物質(zhì)與微生物細(xì)胞中的

13、某種組成成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(如:蛋白質(zhì)變性、酶類(lèi)失活、破壞細(xì)胞膜通透性等)而殺滅微生物。2.輻射滅菌 定義:利用高能量的電磁輻射和微粒輻射灼傷來(lái)滅殺微生物。3.干熱滅菌 定義:在干燥高溫的條件下,微生物細(xì)胞內(nèi)與溫度相關(guān)的氧化反應(yīng)迅速增加,微生物致死率迅速提高的過(guò)程。常用的干熱滅菌條件:160,lh適用范圍:保持干燥的器械和容器4濕熱滅菌 定義:直接利用飽和蒸汽進(jìn)行滅菌。5過(guò)濾除菌原理:用過(guò)濾的方法阻留微生物,達(dá)到除菌的目的。分批滅菌(實(shí)罐滅菌) 定義:將自己制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐中,直接通入蒸汽進(jìn)行加熱,在達(dá)到滅菌要求的溫度和壓力后維持一定的時(shí)間,再冷卻到發(fā)酵要求溫度的工藝過(guò)程。優(yōu)點(diǎn):不需要附屬

14、的設(shè)備,操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn):加熱和冷卻的時(shí)間長(zhǎng),營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)容易損失;發(fā)酵罐的利用率低;不能采用高溫快速滅菌的工藝。分批滅菌的操作要點(diǎn)： 三路進(jìn)汽：直接蒸汽從通風(fēng)、取樣和出料口進(jìn)入罐內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定的溫度，并維持一定的時(shí)間。這就是所謂的“三路進(jìn)氣”。四路出汽：液面以上的管道口則應(yīng)排放蒸汽，即蒸汽從排汽、接種、進(jìn)料和消泡管排汽，這就是所謂的“四路出汽” 。連續(xù)滅菌 定義:培養(yǎng)基在罐外經(jīng)過(guò)一套滅菌設(shè)備的連續(xù)加熱滅菌（短時(shí)間2030內(nèi)使培養(yǎng)基達(dá)到滅菌溫度130140,維持515分鐘），冷卻再送入已滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)的工藝過(guò)程。優(yōu)點(diǎn):可以采用高溫快速的滅菌工藝,物料受熱時(shí)間短，減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，有利于提高

15、得率；發(fā)酵罐非生產(chǎn)占用時(shí)間少,容積利用率高；均衡使用蒸汽，熱能利用合理,減少鍋爐負(fù)載不均現(xiàn)象；適合自動(dòng)化控制和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。缺點(diǎn):增加一套連續(xù)滅菌設(shè)備,增加了投資，同時(shí)增加操作環(huán)節(jié);不適用黏度大的培養(yǎng)基滅菌。連續(xù)滅菌應(yīng)的注意事項(xiàng)：（1）組成培養(yǎng)基的耐熱性物料和不耐熱性物料要在不同的溫度下分開(kāi)滅菌，以減少物料受熱破壞程度。（2）可將糖和氮源分開(kāi)滅菌，以免醛基與氨基發(fā)生反應(yīng)而生成有害物質(zhì)。（3）對(duì)于粘度過(guò)高或固體成分較多的培養(yǎng)基要實(shí)現(xiàn)連消困難較多，主要是滅菌均勻度問(wèn)題；設(shè)計(jì)此類(lèi)物料的連消設(shè)備必須避免管道過(guò)長(zhǎng)，或盡可能將淀粉質(zhì)物料先行液化。發(fā)酵過(guò)程出現(xiàn)雜菌污染應(yīng)如何處理？(1)種子罐染菌:發(fā)現(xiàn)后不進(jìn)

16、行后面的移菌工作,及時(shí)采用高壓蒸汽直接滅菌。(2)發(fā)酵罐染菌發(fā)酵前期:雜菌對(duì)生產(chǎn)菌危害大,蒸汽滅菌后放掉;雜菌對(duì)生產(chǎn)菌危害不大,直接滅菌后重新接菌;雜菌量少且生長(zhǎng)緩慢,則繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),但要注意雜菌的數(shù)量和代謝的變化。發(fā)酵中后期:加入適量的殺菌劑或抗生素抑制雜菌生長(zhǎng);降低培養(yǎng)溫度或控制補(bǔ)料抑制雜菌的生長(zhǎng);考慮提前放罐。(3)染菌后的設(shè)備處理a.染菌后的罐體用甲醛等化學(xué)物質(zhì)滅菌處理。b.用蒸汽滅菌(包括各種附屬設(shè)備)。c.再次投料前,徹底清洗滅菌罐體和附件。d.進(jìn)行發(fā)酵罐嚴(yán)密性檢查,防止?jié)B漏。第六章 發(fā)酵設(shè)備一,發(fā)酵罐 發(fā)酵罐的定義:是為一個(gè)特定生物化學(xué)過(guò)程的操作提供良好而滿意的環(huán)境的容器._一個(gè)優(yōu)良

17、的發(fā)酵罐裝置和組成(1)應(yīng)具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)(2)良好的液體混合特性(3)好的傳質(zhì)相傳熱速率(4)具有配套而又可靠的檢測(cè),控制儀表發(fā)酵罐的種類(lèi) 發(fā)酵工業(yè)上最常用的是通風(fēng)攪拌罐.除了通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐外,其它型式的發(fā)酵罐如:氣提式發(fā)酵罐,壓力循環(huán)發(fā)酵罐,帶超濾膜的發(fā)酵罐等 典型發(fā)酵設(shè)備 包括：種子制備設(shè)備主發(fā)酵設(shè)備輔助設(shè)備(無(wú)菌空氣和培養(yǎng)基的制備)發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備粗產(chǎn)品的提取設(shè)備產(chǎn)品精制與干燥設(shè)備流出物回收,利用和處理設(shè)備密閉厭氧發(fā)酵罐的要求是：能封閉、能承受一定壓力、有冷卻設(shè)備、罐內(nèi)盡量減少裝置、消滅死角、便于清洗滅菌。機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的基本條件（1）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。罐身越高，氧的利用率較高。

18、（2）發(fā)酵罐能承受一定的壓力。（3）要保證發(fā)酵液必須的溶解氧。（4）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。（5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹底，避免染菌。（6）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，防病量減少泄漏。什么是簡(jiǎn)單分批發(fā)酵？營(yíng)養(yǎng)物和菌種一次加入進(jìn)行培養(yǎng),直到結(jié)束放罐,中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出,與外部沒(méi)有物料交換,即一次投料,一次接種,一次收獲的間歇培養(yǎng)方式。特點(diǎn):操作簡(jiǎn)單,細(xì)胞的生長(zhǎng)環(huán)境改變大,發(fā)酵初期營(yíng)養(yǎng)物過(guò)多,可能抑制微生物的生長(zhǎng),而在發(fā)酵中后期又可能因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物的消耗而降低培養(yǎng)速率。培養(yǎng)系統(tǒng)屬于封閉系統(tǒng),什么是補(bǔ)料分批發(fā)酵?定義:在發(fā)酵開(kāi)始時(shí),投入一定量的基礎(chǔ)培養(yǎng)基,到發(fā)酵的適當(dāng)時(shí)期,開(kāi)

19、始連續(xù)補(bǔ)加碳源、氮源和能源物質(zhì),直至發(fā)酵體積達(dá)到發(fā)酵罐的最大操作容積后,將發(fā)酵液一次性放出的操作方式.補(bǔ)料分批發(fā)酵特點(diǎn):持續(xù)供給菌體維持和生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng),能保持發(fā)酵液中有較高的活菌體濃度;不斷補(bǔ)料稀釋,對(duì)降低發(fā)酵液的黏度,改善發(fā)酵液的流變性質(zhì);增加好氧發(fā)酵的供氧。什么是反復(fù)補(bǔ)料分批發(fā)酵？定義:在補(bǔ)料分批發(fā)酵的基礎(chǔ)上,每隔一定時(shí)間按一定的比例放出一部分發(fā)酵液,使發(fā)酵液體積始終不超過(guò)發(fā)酵罐的最大容積。特點(diǎn):理論上,可以無(wú)限延長(zhǎng)發(fā)酵的周期,直到發(fā)酵的效率明顯下降,才將發(fā)酵液一次全放出。保留了補(bǔ)料分批發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn),也避免了缺點(diǎn),與連續(xù)發(fā)酵十分接近。連續(xù)發(fā)酵定義:在培養(yǎng)過(guò)程中,不斷地向發(fā)酵罐中加入培養(yǎng)基

20、,同時(shí)以相同的流速?gòu)陌l(fā)酵罐中排出還有產(chǎn)品的培養(yǎng)基。連續(xù)發(fā)酵優(yōu)缺點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)：(1)提高設(shè)備的利用率和單位時(shí)間產(chǎn)量,保持一個(gè)期的穩(wěn)定狀態(tài)。(2)發(fā)酵中的各參數(shù)趨于恒值,使于自動(dòng)操作。(3)易于分期控制,在不同的發(fā)酵罐中控制不同的條件。連續(xù)發(fā)酵缺點(diǎn)：(l)對(duì)設(shè)備、儀器和控制元件的要求高,從而增加投資的成本。(2)開(kāi)放的發(fā)酵系統(tǒng),發(fā)酵周期長(zhǎng),容易造成雜菌污染。(3)營(yíng)養(yǎng)成分利用率比分批發(fā)酵低,產(chǎn)物的濃度也略低于分批發(fā)酵。第二節(jié)發(fā)酵工藝控制微生物發(fā)酵的一般過(guò)程：培養(yǎng)基原料一一-培養(yǎng)基配制-培養(yǎng)基滅菌 菌體 / 儲(chǔ)存菌種一一搖瓶一-種子罐一-生產(chǎn)罐一-培養(yǎng)液一-細(xì)胞分離 /產(chǎn)品包裝一-產(chǎn)品精制一一-產(chǎn)品抽提

21、一一-無(wú)細(xì)胞上清液一-廢水處理 (一)溫度對(duì)發(fā)酵的影響1.溫度對(duì)微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的影響 溫度升高,酶促反應(yīng)速度加快,呼吸強(qiáng)度加大,細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖加快;同時(shí),隨溫度升高,酶失活的速度也加快,菌體衰老提前,發(fā)酵周期縮短,不利于發(fā)酵生產(chǎn)。大多數(shù)的微生物在20-40范圍內(nèi)生長(zhǎng)；嗜冷的微生物在溫度低于20下生長(zhǎng)快速；嗜中溫微生物在20-35生長(zhǎng)良好；而嗜熱微生物在50以上生長(zhǎng)良好。當(dāng)培養(yǎng)溫度低于最適生長(zhǎng)溫度時(shí),每提高lO生長(zhǎng)速率大致增長(zhǎng)1倍;當(dāng)溫度超過(guò)最適生長(zhǎng)溫度,生長(zhǎng)速率隨溫度增加而迅速下降。2.溫度對(duì)產(chǎn)物形成的影響以青霉菌的生長(zhǎng)為例,青霉素的形成速率對(duì)溫度十分敏感，產(chǎn)物對(duì)溫度的敏感性以及產(chǎn)物合成生化反

22、應(yīng)催化酶對(duì)溫度的敏感性。溫度會(huì)影響生物合成方向，如四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌同時(shí)能產(chǎn)生金霉素，在溫度低于30下，合成金霉素的能力較強(qiáng)；合成四環(huán)素的能力隨溫度的升高而增大，在35下只合成四環(huán)素。溫度對(duì)代謝由調(diào)節(jié)作用，當(dāng)溫度低于20，氨基酸合成途徑的終產(chǎn)物對(duì)第一個(gè)酶的反饋抑制作用比在正常生長(zhǎng)溫度37是更大。所以可以考慮在抗生素發(fā)酵后期降低發(fā)酵溫度，讓蛋白質(zhì)和核酸的正常合成途徑關(guān)閉早一些，從而使發(fā)酵代謝轉(zhuǎn)向產(chǎn)物合成。3.溫度對(duì)發(fā)酵液物理性質(zhì)的影響溫度對(duì)氧的溶解度影響大,溫度升高,氧的溶解度下降;溫度影響基質(zhì)的分解吸收速率; (二)影響發(fā)酵溫度的因素發(fā)酵熱=生物熱+攪拌熱一蒸發(fā)熱一輻射熱一顯熱二、pH對(duì)發(fā)

23、酵的影響及其控制(一)pH對(duì)發(fā)酵的影響1微生物的生長(zhǎng)和生物合成都有其最適和能夠耐受的pH范圍2 大多數(shù)細(xì)菌最適PH 6.3-7.5，霉菌和酵母最適PH 3-6，防線菌最適PH 7-8。3有的微生物生長(zhǎng)繁殖階段的最適pH范圍與產(chǎn)物形成階段的最適pH范圍一致,也有許多不一致。4 pH影響菌體的形態(tài)5 pH影響細(xì)胞膜的電荷狀態(tài),引起膜的滲透性發(fā)生改變,進(jìn)而影響菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌。6 pH對(duì)產(chǎn)物的穩(wěn)定性有影響。7 pH影響生物合成的途徑例子:黑曲霉在pH=2-3時(shí),產(chǎn)生擰檬酸,pH近中性時(shí),積累草酸和葡萄糖酸。(二)影響發(fā)酵pH的因素發(fā)酵過(guò)程中pH的變化1、發(fā)酵過(guò)程中pH的正常變化(

24、1)生長(zhǎng)階段:pH上升或下降的趨勢(shì)。(2)生產(chǎn)階段:pH趨于穩(wěn)定,維持在最適產(chǎn)物合成的范圍。(3)自溶階段:pH上升2、發(fā)酵過(guò)程中pH的異常變化(1)異常下降碳源過(guò)高,尤其是葡萄糖過(guò)多,再加上溶氧不足,有機(jī)酸大量積累生理酸性物質(zhì):綏鹽、糖類(lèi)。(2)異常上升氮源過(guò)高生理堿性物質(zhì):硝酸鹽、有機(jī)酸鹽、有機(jī)氮、氨水、尿素。微生物的耗氧速度單位細(xì)胞質(zhì)量(干重)在單位時(shí)間內(nèi)消耗氧的量,即比耗氧速度或呼吸強(qiáng)度。攝氧率(r):單位體積培養(yǎng)液,在單位時(shí)間內(nèi)消耗的氧量。臨界氧濃度:不影響微生物呼吸強(qiáng)度所允許的最低氧濃度。(三)發(fā)酵過(guò)程中溶氧的變化1.正常變化規(guī)律前期:菌體大量繁殖,需氧量不斷上升,如果供氧不足,就

25、會(huì)造成溶氧量的下降。產(chǎn)物合成期:與生長(zhǎng)階段相比,需氧量有所下降,溶氧水平上升,且比較穩(wěn)定,此時(shí)往往需要工藝控制溶氧水平。后期:由于菌體衰老,需氧量下降,溶氧水平上升。異常變化異常下降原因(1)好氣性雜菌的污染(2)菌體代謝異常(3)設(shè)備控制故障(如悶罐一罐排氣封閉)(4)消泡油過(guò)量異常上升原因(1)菌體代謝異常(2)烈性噬菌體的污染(四)溶氧的控制氧氣的供給速率最好控制在接近耗氧速率的水平。氧氣必須溶解于培養(yǎng)基中,并被傳遞微生物的呼吸酶上才能發(fā)揮作用。提高氧氣溶解在培養(yǎng)基中的速率(即溶氧速率)是提高氧氣供給速率的關(guān)鍵.1.提高溶氧速率的方法(l)提高氧的飽和度A通過(guò)加入純氧提高空氣中氧的分壓B

26、提高罐壓,使氧的溶解度增大。(2)提高氧的傳遞系數(shù)控制攪拌的效果,適合的攪拌會(huì)使氧氣溶解均勻,氣膜、液膜厚度減小,但過(guò)度的攪拌會(huì)破壞菌體。A改變培養(yǎng)液的理化性質(zhì)通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、液化培養(yǎng)基、中間補(bǔ)水和添加表面活性劑等措施降低培養(yǎng)基的和度從而改善溶氧水平。B發(fā)酵罐的高徑比高徑比越大(高瘦型),通氣效率越好2.降低氧氣消耗的方法通過(guò)控制基質(zhì)濃度來(lái)控制菌體的濃度,進(jìn)而提高溶氧水平。如何判斷發(fā)酵終點(diǎn)？發(fā)酵終點(diǎn)的判斷對(duì)提高生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益很重要。生產(chǎn)能力:單位時(shí)間內(nèi)單位罐體積的產(chǎn)物積累量。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的高產(chǎn)和產(chǎn)品的成本綜合考慮。確定合理的放罐時(shí)間,須綜合考慮的因素 1.經(jīng)濟(jì)因素:最低成本來(lái)獲得最大的

27、生產(chǎn)能力的時(shí)間為最適發(fā)酵時(shí)間,綜合生產(chǎn)投入、管理費(fèi)用支出、設(shè)備消耗等諸多因素。2.產(chǎn)品質(zhì)量因素:發(fā)酵時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)下游加工和產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響。3.特殊因素:遇到染菌、代謝異常等特殊情況下,適當(dāng)處理,盡量收獲可能多的產(chǎn)物微生物代謝調(diào)節(jié)的方式主要包括:反饋抑制、反饋?zhàn)瓒?、酶的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)、酶的共價(jià)修飾等。反饋抑制：它主要表現(xiàn)在某代謝途徑的末端產(chǎn)物（即終產(chǎn)物）過(guò)量時(shí)，這個(gè)產(chǎn)物可反過(guò)來(lái)直接抑制該途徑中第一個(gè)酶的活性，促使整個(gè)反應(yīng)過(guò)程減慢或停止，從而避免了末端產(chǎn)物的過(guò)多累積。 代謝工程定義:利用基因工程技術(shù),定向地對(duì)細(xì)胞代謝途徑進(jìn)行修飾、改造,以改變微生物的代謝特性,并與微生物基因調(diào)控、代謝調(diào)控以及生化

28、工程相結(jié)合,構(gòu)建新的代謝途徑,生產(chǎn)新的代謝產(chǎn)物。分支代謝途徑中的反饋控制類(lèi)型：同工酶調(diào)節(jié)、（解釋?zhuān)﹨f(xié)同反饋控制、（解釋?zhuān)┖献鳎ㄔ鲂В┓答伩刂?、（解釋?zhuān)├鄯e反饋控制、（解釋?zhuān)╉樞蚍答伩刂疲ń忉專(zhuān)┑诰耪?發(fā)酵動(dòng)力學(xué)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)中常用的幾個(gè)術(shù)語(yǔ) 得率：是指被消耗的物質(zhì)和所合成產(chǎn)物之間的量的關(guān)系。生長(zhǎng)得率：是指每消耗1g(或mo1)基質(zhì)(一般指碳源)所產(chǎn)生的菌體重(g)，即Yx/s=X一S。產(chǎn)物得率：是指每消耗1g(或mo1)基質(zhì)所合成的產(chǎn)物g數(shù)(或mol數(shù))。這里消耗的基質(zhì)是指被微生物實(shí)際利用掉的基質(zhì)數(shù)量，即投入的基數(shù)減去殘留的基質(zhì)量(S。一S)。 轉(zhuǎn)化率：往往是指投入的原料與合成產(chǎn)物數(shù)量之比。 基質(zhì)

29、比消耗速率(qs ， g(或mo1)g菌體h)： 系指每克菌體在一小時(shí)內(nèi)消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量。它表示細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的速率或效率。產(chǎn)物比生產(chǎn)速率(qp，g(或mo1)g菌體h)： 指每克菌體在一小時(shí)內(nèi)合成產(chǎn)物的量，它表示細(xì)胞合成產(chǎn)物的速度或能力，可以作為判斷微生物合成代謝產(chǎn)物的效率。4發(fā)酵周期：實(shí)驗(yàn)周期是指接種開(kāi)始至培養(yǎng)結(jié)束放罐這段時(shí)間。但在工業(yè)生產(chǎn)上計(jì)算勞動(dòng)生產(chǎn)率時(shí)則還應(yīng)把發(fā)酵罐的清洗、投料、滅菌，冷卻等輔助時(shí)間也計(jì)算在內(nèi)。即從第一罐接種經(jīng)發(fā)酵結(jié)束至第二次接種為止這段時(shí)間為一個(gè)發(fā)酵周期，這樣才能正確反映發(fā)酵設(shè)備的利用效率。容量產(chǎn)率：指的是單位時(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)器容積的產(chǎn)物。提高微生物生長(zhǎng)得率的措施

30、首先，要篩選優(yōu)良的菌種，其本身就應(yīng)具備高的生長(zhǎng)得率。其二，要選擇合適的培養(yǎng)基配方，提供略微過(guò)量的其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使碳源成為最終的限制性物質(zhì)。其三，還須選擇和控制合適的培養(yǎng)條件，使得微生物的代謝按所需方向進(jìn)行。另外，在發(fā)酵的操作過(guò)程中要盡量防止雜菌污染。 酒精發(fā)酵原料常用的或具有潛在能力的原料有淀粉質(zhì)原料、糖質(zhì)原料和纖維質(zhì)原料。四、酒精發(fā)酵工藝 酒精生產(chǎn)對(duì)酵母菌的要求 (1)含有較強(qiáng)的酒化酶，發(fā)酵能力強(qiáng)，而且迅速；(2)繁殖速度快，具有很強(qiáng)的增殖能力；(3)耐酒精能力強(qiáng)，能在較高濃度的酒精發(fā)酵醪中進(jìn)行發(fā)酵；(4)耐溫性能好，能在較高溫度下進(jìn)行繁殖和發(fā)酵；(5)抵抗雜菌能力強(qiáng)；(6)耐酸能力強(qiáng)；(7

31、)生產(chǎn)性能穩(wěn)定，變異性??；(8)發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生泡沫少。 酒精發(fā)酵過(guò)程中，判斷成熟酒母質(zhì)量的指標(biāo)優(yōu)那些？ (1)酵母細(xì)胞數(shù) 酵母細(xì)胞數(shù)是觀察酵母繁殖能力的一項(xiàng)指標(biāo)，也是反映酵母培養(yǎng)成熟的指標(biāo)。成熟的酒母醪其酵母細(xì)胞數(shù)一般為l億毫升左右。(2)出芽率 酵母出芽率是衡量繁殖旺盛與否的一項(xiàng)指標(biāo)。出芽率高，說(shuō)明酵母處于旺盛的生長(zhǎng)期。反之，則說(shuō)明酵母衰老。成熟酒母出芽率要求在1530%。 (3)酵母死亡率 用美藍(lán)對(duì)酵母細(xì)胞進(jìn)行染色，如果酵母細(xì)胞被染成藍(lán)色，說(shuō)明此細(xì)胞已死亡。正常培養(yǎng)的酒母不應(yīng)有死亡現(xiàn)象，如果死亡率在1%以上，應(yīng)及時(shí)查找原因采取措施進(jìn)行挽救。(4)耗糖率 酵母的耗糖率也是觀察酒母成熟的指標(biāo)之一。

32、成熟的酒母，耗糖率-般要求控制在40一50。耗糖率太高，說(shuō)明酵母培養(yǎng)已經(jīng)過(guò)“老”，反之則“嫩”。 (5)酒精分 成熟酒母醪中的酒精含量一方面反映酵母耗糖情況，也反映酵母成熟程度。如果酒母醪中酒精含量高，說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)消耗大，酵母培養(yǎng)過(guò)于成熟。此時(shí)，應(yīng)停止酒母培養(yǎng)，否則會(huì)因營(yíng)養(yǎng)缺乏或酒精含量高抑制酵母生長(zhǎng)，造成酵母衰老。成熟酒母醪中的酒精含量一股為34(容量)。 (6)酸度 測(cè)定酒母醪中的酸度是觀察酒母是否被細(xì)菌污染的一項(xiàng)指標(biāo)。如果成熟酒母醪中酸度明顯增高，說(shuō)明酒母被產(chǎn)酸細(xì)菌所污染。酸度增高太多，鏡檢時(shí)又發(fā)現(xiàn)有很多桿狀細(xì)菌，則不宜做種子用。 如按生產(chǎn)中所用糖化發(fā)酵劑不同，分為:大曲白酒、小曲白酒、麩曲

33、白酒等；大曲 根據(jù)制曲過(guò)程中控制曲坯最高溫度的不同，可將大曲分為:高溫大曲、高溫大曲制曲最高品溫達(dá)60；主要用于生產(chǎn)醬香型大曲酒，如茅臺(tái)酒（6065），長(zhǎng)沙的白沙液大曲酒（6264）。偏高溫大曲 偏高溫大曲制曲最高品溫5060；從20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，濃香型大曲酒逐步采用偏高溫制曲，如五糧液（5860）、洋河大曲（5060）、瀘州老窖（5560）和全興大曲（60）；中溫大曲三大類(lèi)。中溫大曲制曲最高品溫50以下。中溫大曲主要用于生產(chǎn)清香型大曲酒，如汾酒（4548）。少數(shù)濃香型曲酒廠仍采用中溫制曲，如古井貢酒（4750）。5、大曲白酒的生產(chǎn)大曲白酒生產(chǎn)方法有續(xù)渣法和清渣法兩類(lèi)。續(xù)渣法是大曲酒和

34、麩曲酒生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的釀造方法，它是將粉碎后的生原料（稱(chēng)為渣子）與酒醅（或稱(chēng)母糟）混合后在甑桶內(nèi)同時(shí)進(jìn)行蓋料和蒸酒（稱(chēng)為混燒），涼冷后加入大曲繼續(xù)發(fā)酵，如此不斷反復(fù)。濃香型白酒和醬香型白酒生產(chǎn)均采用此法。清渣法是將原輔料單獨(dú)清蒸后不配酒醅進(jìn)行清渣發(fā)酵，成熟的酒醅單獨(dú)蒸酒。清香型白酒的生產(chǎn)主要采用此工藝。下面簡(jiǎn)單介紹濃香型白酒和清香型白酒的生產(chǎn)工藝。白葡萄酒釀造工藝特點(diǎn)：皮汁分離、果汁澄清、低溫發(fā)酵、防止氧化。紅葡萄酒生產(chǎn)工藝特點(diǎn)第一，有的釀酒工藝中，酒精發(fā)酵和色素、香味成分的浸提同時(shí)進(jìn)行，有的則分別進(jìn)行。第二，為有效進(jìn)行浸提作用，發(fā)酵溫度高于白葡萄酒的發(fā)酵溫度；在發(fā)酵過(guò)程中要靠外界機(jī)械動(dòng)力

35、循環(huán)果汁。第三，由于發(fā)酵液中有較多的單寧等酚類(lèi)化合物，具有一定的抗氧化能力，故對(duì)酒的隔氧抗氧化措施要求不嚴(yán)格。甜紅葡萄酒甚至要有輕度氧化，以獲得濃厚的酒體。第四，名貴的高檔紅葡萄酒一般要誘導(dǎo)蘋(píng)果酸乳酸發(fā)酵。第五，發(fā)酵方法上，可分為果汁和皮渣共同發(fā)酵（如傳統(tǒng)法、旋式罐法、二氧化碳浸漬法和連續(xù)發(fā)酵法）及純汁發(fā)酵（如熱浸提法）。第六，發(fā)酵方式分為開(kāi)放式發(fā)酵和密閉式發(fā)酵兩類(lèi)，我國(guó)傳統(tǒng)的紅葡萄酒大多采用開(kāi)放式發(fā)酵。近年來(lái)，紅葡萄酒的生產(chǎn)新方法大都是密閉式發(fā)酵 麥芽汁制備包括原輔料粉碎、糖化、麥汁過(guò)濾、麥汁煮沸和添加酒花、麥汁冷卻等幾個(gè)過(guò)程。啤酒釀造中如何進(jìn)行麥汁煮沸和添加酒花？ 麥汁過(guò)濾結(jié)束，應(yīng)升溫將麥

36、汁煮沸，以鈍化酶活力，殺死微生物，使蛋白質(zhì)變性和絮凝沉淀，起到穩(wěn)定麥汁成分的作用，并蒸發(fā)掉多余水分。淡色啤酒的麥汁（1112）煮沸時(shí)間一般控制在90min左右，濃色啤酒 可適當(dāng)延長(zhǎng)一些；在加壓0.110.12Mpa條件下煮沸（溫度高達(dá)120）時(shí)間可縮短一半左右。煮沸強(qiáng)度是指在煮沸時(shí)每小時(shí)蒸發(fā)的水分相當(dāng)于麥汁的百分?jǐn)?shù)，煮沸強(qiáng)度控制在每小時(shí)6%8%以上，以每小時(shí)8%12%為佳。煮沸時(shí)麥汁pH控制在5.25.4范圍內(nèi)較為適宜。酒花的添加量依據(jù)酒花的質(zhì)量（-含酸量）、消費(fèi)者的嗜好、啤酒的品種、濃度等不同而異。目前我國(guó)的添加量為0.81.3kg/m麥汁，在南方地區(qū)的酒花用量較低，為0.51.0 kg/m

37、麥汁。添加方法也不盡相同。我國(guó)目前還是采用傳統(tǒng)34次添加法為主。以三次為例：第一次在煮沸515min后添加總量的5%10%，第二次在煮沸3040min后添加總量的55%60%，第三次在煮沸終了前10min加入剩余的酒花。最后一次添加的應(yīng)是香型酒花或質(zhì)量較好的酒花，以賦予啤酒較好的酒花香味。酒花制品的添加方法：酒花粉、顆粒酒花、酒花浸膏與整酒花的添加方法基本相同。另外酒花油還可以在下酒時(shí)添加。麥汁經(jīng)煮沸并達(dá)到要求濃度后，要及時(shí)分離酒花，出去熱凝固物，同時(shí)應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)把它冷卻到要求的溫度，并設(shè)法除去析出的冷凝固物。這一過(guò)程通常借助于旋渦沉淀槽和薄板冷卻器等設(shè)備而實(shí)現(xiàn)。麥汁冷卻后，應(yīng)給麥汁通入無(wú)菌

38、空氣，以供給酵母繁殖所需要的氧氣。通氣后的麥汁溶解氧濃度應(yīng)達(dá)610mg/L。五、啤酒發(fā)酵（一） 啤酒酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)斜面試管（原菌種）富氏瓶培養(yǎng)（或試管培養(yǎng)）巴氏瓶培養(yǎng)（或三角瓶培養(yǎng)）卡氏罐培養(yǎng)漢森罐培養(yǎng)酵母繁殖罐培養(yǎng)發(fā)酵罐。 （氨基酸生產(chǎn)方法有化學(xué)合成法、發(fā)酵法、酶法和抽提法四種。解除反饋調(diào)節(jié)促使氨基酸過(guò)度積累，通常采用的方法有那些？1）刺激細(xì)胞同化起始底物；2）抑制副反應(yīng)；3）刺激細(xì)胞內(nèi)氨基酸合成酶系的合成，并提高酶的活力；4）抑制或降低使已合成氨基酸降解的酶活；5）刺激細(xì)胞將胞內(nèi)的氨基酸釋放到胞外。谷氨酸生產(chǎn)菌應(yīng)該具備的生化特征？（1）有催化固定二氧化碳的二羧酸合成酶蘋(píng)果酸酶和丙酮酸化酶的

39、存在，使三羧酸循環(huán)的中間代謝物能得到補(bǔ)充。同時(shí)，丙酮酸脫羧酶活力不能過(guò)強(qiáng)，以免丙酮酸被大量耗用而使草酰乙酸的生成受到影響。（2）-酮戊二酸脫氫酶的活性很弱，這樣有利于-酮戊二酸的蓄積。當(dāng)有NH4+存在時(shí)，在谷氨酸脫氫酶催化下，由-酮戊二酸不斷生成谷氨酸。（3）異檸檬酸脫氫酶活性強(qiáng)，而已檸檬酸裂解酶活力不能太強(qiáng)，這就有利于谷氨酸前體物-酮戊二酸的生成。滿足合成谷氨酸的需要。由于-酮戊二酸脫氫酶的活性弱，琥珀酸的生成量少，在長(zhǎng)菌期，菌體通過(guò)乙醛酸循環(huán)來(lái)彌補(bǔ)三羧酸循環(huán)中間代謝物的不足；但當(dāng)細(xì)菌進(jìn)入產(chǎn)酸期后，由于固定二氧化碳的二羧酸合成酶的活力已增強(qiáng)，三羧酸循環(huán)的中間代謝物完全能夠依靠二氧化碳固定反應(yīng)

40、得到補(bǔ)充，為了有利于谷氨酸的蓄積，此時(shí)異檸檬酸裂解酶的活力應(yīng)降到最小。（4）谷氨酸脫氫酶活力高，有利于谷氨酸的生成。（5）谷氨酸脫酶催化-酮戊二酸還原氨基化反應(yīng)時(shí)，需要有NADPH2作為供氫體。如果NADPH2過(guò)多地經(jīng)呼吸鏈氧化，使所帶的氫跟氧結(jié)合生成水，那么，由于氫的不足，將影響到谷氨酸的生成。所以，谷氨酸生產(chǎn)菌經(jīng)呼吸鏈氧化NADPH2的能力要求弱。（6）菌體本身進(jìn)一步分解轉(zhuǎn)化和利用谷氨酸的能力低下，就有利于谷氨酸的蓄積。 什么是生長(zhǎng)因子？凡是為生物所不可缺少，而自身又不能合成的微量有機(jī)物質(zhì)稱(chēng)為生長(zhǎng)因子。 核苷酸的生產(chǎn)主要有那些方法？酶解法，半合成法，直接發(fā)酵法三種發(fā)酵法生產(chǎn)核苷的菌株有何共

41、同特點(diǎn)？1，都使用磷酸單酯酶活力很強(qiáng)的枯草芽胞桿菌或短小芽胞桿菌作為誘變的出發(fā)菌株。2，都通過(guò)使用化學(xué)或物理誘變方法選育出遺傳性狀上具有特定標(biāo)記的變異菌株。3，在發(fā)酵培養(yǎng)時(shí)必須提供限量的生長(zhǎng)因素，并且好氧培養(yǎng)，控制PH等，在某一特定條件下累積大量核苷。直接發(fā)酵法生產(chǎn)肌苷酸對(duì)培養(yǎng)基有何要求？肌苷酸發(fā)酵，除了具有必需的碳源和氮源供菌體生長(zhǎng)繁殖外，還有以下要求。（1）必須添加核酸類(lèi)物質(zhì)。例如，目前所用的菌株都是腺嘌呤缺陷型，因此都需要在培養(yǎng)時(shí)加入適量的腺嘌呤。一般場(chǎng)合，使用的是酵母膏或酵母水解液，添加量為0.5左右。（2）為了有利于菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)酸，需要添加較高濃度的磷酸鹽和較高濃度的鎂鹽，添加量各為

42、1左右。（3）添加組氨酸、賴(lài)氨酸、高絲氨酸、甘氨酸及丙氨酸的混合物對(duì)發(fā)酵也有促進(jìn)作用。生產(chǎn)上一般采用添加2左右的玉米漿。由于玉米漿中含有生物素，所以它的用量也應(yīng)當(dāng)是亞適量的，需經(jīng)試驗(yàn)來(lái)確定添加量。（4）為了積累肌苷酸，必需添加適量的Mn2、Zn2、Fe3+及Ca2+等。（5）部分菌株還必需添加B族維生素。在上述要求中，腺嘌呤和錳離子的添加量是直接發(fā)酵肌苷酸的重要調(diào)控因子。如何控制直接發(fā)酵法生產(chǎn)肌苷酸的發(fā)酵條件？ 接種量 接種量一般為25。接種量較大，是為了縮短發(fā)酵周期，保持代謝旺盛。溫度控制 溫度為3040，各種菌株溫度控制有一定的差異。在最適溫度下，可保持正常發(fā)酵。較高或較低溫度下發(fā)酵，輕則

43、延長(zhǎng)周期，重則會(huì)生長(zhǎng)次嘌呤，造成肌苷酸產(chǎn)率明顯下降。這可能是由于肌苷酸分解酶的活性被溫度激活之故。pH控制 一般控制在pH6.36.7。偏酸性發(fā)酵，有利于長(zhǎng)菌、產(chǎn)酸?？赏ㄟ^(guò)流加氨水、液氨或尿素等方式加以控制。通氣量的控制 肌苷酸發(fā)酵屬一般性的好氧發(fā)酵，例如20m3發(fā)酵罐，130r/min的轉(zhuǎn)速，通氣量為1：0.120.15。在工業(yè)生產(chǎn)中，利用產(chǎn)氨短桿菌突變株直接發(fā)酵生產(chǎn)肌苷酸，要把Mn2水平控制在1020ug/L的濃度有一定難度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，除了選育對(duì)Mn2有抗性的突變株外，還可采用在發(fā)酵期間添加某些抗生素或表面活性劑，以解除過(guò)量Mn2的影響。常用的有：鏈霉素、環(huán)絲氨酸、絲裂霉素C及青霉

44、素，或者聚氧化乙烯硬酯酰胺、羥乙基咪唑系物質(zhì)等表面活性劑。添加的濃度和添加的時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定。維生素的發(fā)酵生產(chǎn)什么是維生素？是“人和動(dòng)物體內(nèi)不能合成而為了維持正常的生理功能，必須從食物終獲得供給的微量有機(jī)物質(zhì)”。什么是維生素原？能在人體和動(dòng)物體內(nèi)轉(zhuǎn)變微維生素的物質(zhì)稱(chēng)為維生素原（Provitamins）.什么是同效維生素？化學(xué)結(jié)構(gòu)與維生素相似，并有維生素的生物活性的物質(zhì)稱(chēng)為同效維生素（Vitamers）。二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C的工藝流程1、菌種：黑醋酸菌和假單胞菌 黑醋酸菌種液 假單胞菌種液 4L 4L 一步發(fā)酵 二步發(fā)酵 一級(jí)種子罐 一級(jí)種子罐發(fā)酵率50321 產(chǎn)酸3mg/ml 291 一

45、步發(fā)酵 二步發(fā)酵 二級(jí)種子罐 二級(jí)種子罐 發(fā)酵率50351 產(chǎn)酸3mg/ml 291 無(wú)菌 一步發(fā)酵 二步發(fā)酵25碳酸鈉 發(fā)酵罐 輔料130135 發(fā)酵罐 溶液 終點(diǎn)后803738 ， 殘?zhí)?.6mg/ml冷卻后加入20min 殘醇50，即可擴(kuò)種到克氏瓶，克氏瓶用于擴(kuò)培種液和生產(chǎn)。培養(yǎng)基：山梨醇、酵母膏、碳酸鈣、玉米漿、甘油聚醚、苯多生鈣、維生素B1、維生素B2、煙堿胺、冰醋酸等。第二步發(fā)酵 假單胞菌或芽孢桿菌（大菌）和氧化葡萄糖酸菌（小菌）將L-山梨糖轉(zhuǎn)化為-酮基-L-古龍酸。-酮基-L-古龍酸是合成維生素C的前體。二步發(fā)酵菌種采用混合菌種，由一株產(chǎn)酸“小菌”氧化葡萄糖酸菌和另一株伴生“大菌

46、”假單胞菌或芽孢桿菌搭配組合而成。只有兩株細(xì)菌混合培養(yǎng)發(fā)酵，才能正常產(chǎn)酸。國(guó)內(nèi)工廠使用混合菌株往往習(xí)慣用“大菌”來(lái)命名。培養(yǎng)基中加入玉米漿、尿素、碳酸鈣、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、甘油醚等。茄子瓶29培養(yǎng)23天，轉(zhuǎn)入種液瓶振蕩培養(yǎng)1720h，接入發(fā)酵瓶。培養(yǎng)基滅菌：實(shí)罐滅菌，118120，罐壓0.1MPa，30分鐘。 （也可）連消塔和維持罐連續(xù)滅菌，連消塔125130，0.15-0.2MPa，維持罐0.2MPa,維持1h，打料速度250L/min。發(fā)酵液在沉淀罐中沉降3h，上清液經(jīng)離子交換，活性炭脫色、離心、濃縮、結(jié)晶、干燥，制得古龍酸干品。 將古龍酸干品經(jīng)酯化、轉(zhuǎn)化反應(yīng)得到維生素CNa、再經(jīng)酸化后

47、得到維生素C，經(jīng)濃縮結(jié)晶分離即可得到維生素C粗品。粗品經(jīng)溶解、脫色、冷卻結(jié)晶、真空干燥等得到合格維生素C精品。蝦青素功效能有效清除體內(nèi)由紫外線照射產(chǎn)生的自由基，降低光化學(xué)引起的傷害，對(duì)紫外線引起的皮膚癌有很好的治療效果。具有抑制腫瘤發(fā)生、增強(qiáng)免疫功能等多方面的生理作用。這些功效可以將其用于醫(yī)藥保健、食品加工、化妝品等領(lǐng)域，具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。蝦青素的發(fā)酵過(guò)程菌種普遍使用菌種是紅發(fā)夫酵母斜面培養(yǎng)基是麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基（YM），由 麥芽汁、葡萄糖、蛋白胨、酵母提取液等成分組成。培養(yǎng)溫度2022。培養(yǎng)時(shí)間：57d。蝦青素發(fā)酵一般采用二級(jí)培養(yǎng)種子培養(yǎng)培養(yǎng)基：葡萄糖、玉米漿、酵母提取物、硫酸銨、維生素等。培養(yǎng)溫度：2022。培養(yǎng)時(shí)間：2436h，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。種子培養(yǎng)基的成分和質(zhì)量對(duì)種子質(zhì)量由重要關(guān)系發(fā)酵時(shí)接種量25，菌齡對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。發(fā)酵培養(yǎng)基碳源一般以葡萄糖、蔗糖和各種植物水解液。氮源 有機(jī)氮源一般采用玉米漿、酵母提取液獲酵母粉；無(wú)機(jī)氮源較多采用硫酸銨。玉米漿的質(zhì)量好壞對(duì)發(fā)酵有較大的影響，含鐵離子較高的玉米漿將會(huì)降低胞內(nèi)蝦青素的含量。PH：酵母生長(zhǎng)最適PH4.5-5.5之間,蝦青素合成的PH則在3.0以上。前體： 從合成途徑看，合成蝦青素的前體物質(zhì)較多，如 -胡蘿卜素