發(fā)酵工程最全總結(jié)

1、 發(fā)酵工程：采用工程技術(shù)手段在人工控制下通過微生物的生命活動二獲得的代謝物的過程，為人類生產(chǎn)生物產(chǎn)品的一種技術(shù)。內(nèi)容：發(fā)酵工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程、酶工程、基因工程。2、 生物技術(shù)：又稱生物工程，指應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依賴生物催化劑的作用，將物料進(jìn)行加工以提供或為社會服務(wù)的技術(shù)3、 幾代生物技術(shù)：1.純種培養(yǎng)技術(shù)2.有氧發(fā)酵抗生素（以抗生素的生產(chǎn)為標(biāo)志）3.氨基酸發(fā)酵4.基因工程階段（DNA重組技術(shù)、原生質(zhì)體融合技術(shù)）4、 工業(yè)生產(chǎn)常用的6打微生物：細(xì)菌，酵母菌，霉菌，放線菌，擔(dān)子菌，藻類。5、 采樣：1、一般耕作土:細(xì)菌、放線菌；2、山坡上的森林土:霉菌、酵母菌；3、偏堿的土壤（PH7?0—75）：細(xì)菌、放線菌；4、偏酸的土壤（pH7?0以下）：霉菌、酵母菌；6、 采樣最好的土層5—25cm。每克土含菌數(shù)約幾十萬到幾十億個。酵母菌分布土層最淺，約5—lOcm，霉菌和好氧芽抱桿菌也分布在淺土層。7、 冬季溫度低，氣候干燥，微生物生長緩慢，數(shù)量最少。春天微生物生長旺盛，數(shù)量逐漸增加。秋季采土樣最為理想，抗生素產(chǎn)生菌，尤其是霉菌、酵母菌，大多從南方土壤中篩選出來。9、 采土樣的方法:用取樣鏟，將表層5cm左右的浮土除去，取5?25cm處的土樣10-25g，裝入事先準(zhǔn)備好的塑料袋內(nèi)扎好。北方土壤干燥，可在10一3Ocm處取樣。10、 微生物營養(yǎng)及環(huán)境類型：1、分離淀粉酶、糖化酶的菌株:工廠、糕點廠、酒廠及淀粉加工廠等場所。2、分離酵母菌:蜂蜜、蜜餞、甜果及含糖濃度高的植物汁液中采樣。3、分離果膠酶產(chǎn)生菌:柑橘、草霉及山芋等果蔬中含有較多的果膠。菌種保存方法：1、斜面低溫保藏：4°C，保存1-3月。2、液體石蠟封存保藏：石蠟封斜面，4°C冰箱保存1年。3、固體曲保藏：以麩皮，大米等為培養(yǎng)基固體狀態(tài)保存。4、沙土管保藏：適用于產(chǎn)抱子細(xì)菌、霉菌、放線菌。5、冷凍干燥法：在冷凍保護(hù)劑中通過升華除去水份，-15C保存5-10年，有報導(dǎo)達(dá)30年。6、液氮超低溫保藏：-196C保存已超過15年。11、 菌種保藏應(yīng)注意的問題：菌體狀態(tài)：休眠體；基質(zhì)：營養(yǎng)貧乏！操作過程：不應(yīng)對細(xì)胞造成傷害。12、 原生質(zhì)體融合育種步驟：1.標(biāo)記菌株的篩選和穩(wěn)定性驗證。2.原生質(zhì)體制備。3.等量原生質(zhì)體加聚乙二醇促進(jìn)融合。4.涂布于再生培養(yǎng)基，再生出菌落。5.選擇性培養(yǎng)基上劃線生長，分離驗證，挑取融合子進(jìn)一步試驗、保藏。6.生產(chǎn)性能篩選。13、 原生質(zhì)體融合特點：1、雜交頻率較高：細(xì)胞壁去除后在高滲條件下形成類似于球形的原生質(zhì)體。2、受接合型或致育型的限制較?。憾H株中任何一株都可能起受體或供體的作用，因此有利于不同種屬間微生物的雜交。3、遺傳物質(zhì)傳遞更為完整：原生質(zhì)體融合是二親株的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核進(jìn)行類似的合二為一的過程。4、存在著兩株以上親株同時參與融合形成融合子的可能性。5、有可能采用產(chǎn)量性狀較高的菌株作融合親株。6、提高菌株產(chǎn)量的潛力較大。7、有助于建立工業(yè)微生物轉(zhuǎn)化體系。14、 菌種的選育包括：自然選育（從自然界分離獲得菌株，從自發(fā)體遍體中獲得）2誘變選育。15、 自然選育的一般步驟：采樣，增殖培養(yǎng)，純種分離，性能測定。16、 誘變育種步驟：1.出發(fā)菌株的選擇2.處理菌懸液的制備3.誘變處理4.中間培養(yǎng)5.分離和篩選。物理誘變劑：射線如紫外線、X—射線、Y一射線，快中子；化學(xué)誘變劑：化學(xué)因子如堿基類似物、5一氟尿嘧啶、烷化劑、EMS、亞硝酸、亞硝基胍等。17、 營養(yǎng)缺陷型的篩選方法：中間培養(yǎng)一淘汰野生菌一檢出缺陷型菌；具體方法：影印法、點種法、夾層法18、 突變株的篩選：隨機(jī)篩選:搖瓶法;瓊脂塊法;自動化法；理性化篩：初級代謝產(chǎn)物菌的篩選；次級代謝產(chǎn)物菌的篩選。18、 酵母擴(kuò)大過程：試管菌株一液體試管一小三角瓶一卡式罐一漢森罐一酵母繁殖槽一發(fā)酵罐放線菌斜面培養(yǎng)溫度28度少數(shù)為37度培養(yǎng)時間5?14d。19、 抗性標(biāo)記：利用不同微生物的抗性差異選擇重組體。這類標(biāo)記比較多，如抗逆性（高溫、高鹽、高pH）和抗藥性等，其中抗藥性標(biāo)記最為常用。不同微生物對某一藥物的抗性程度不一，這是其遺傳物質(zhì)決定的。利用這種差異能在相應(yīng)藥物的選擇性培養(yǎng)基上獲得重組體。有時也把抗性標(biāo)記與營養(yǎng)缺陷型標(biāo)記結(jié)合使用，能提高育種效率和消除不利影響。20、 二次煮出法糖化:料液比1:4混合加入糖化鍋，35-37度保溫30min,升溫至50-52度保溫60min，升溫后15min從中取1/3的醪液煮沸30min后回加，使原來的醪液升溫到63-70度保溫60min左右以充分糖化，直至醪液與碘液不起顯色反應(yīng)為止。之后再取1/3醪液煮沸10min后回加，恒溫保持20min。21、 雙酶法制糖：淀粉（a-淀粉酶）一液化液（a-淀粉酶在140C才會失活）一（糖化酶）一糖液22、 雙酶法糖化的關(guān)鍵：1、高活性的酶制劑；2、配制時先調(diào)酸至酶活性最高點（PH=5.9-6.1）攪勻，再加入酶，不用金屬器皿調(diào)配。；3、Ca、Mg、Na、K等金屬對酶起增加穩(wěn)定作用，Ag、Hg、Cu等對酶抑制或失活。；4、酶的底物濃度會影響反應(yīng)速度、DE值。濃度高副反應(yīng)增大。所以淀粉乳為30-40%；5、采用噴射法液化時，采用耐高溫酶110°C5-10分；6、糖化時間：液化1小時，糖化36小時，DE值達(dá)最高95%-99%；OD=0.003糖化結(jié)束。7、流加酶：為減少復(fù)合反應(yīng)，縮短糖化時間可以分批加入。a-淀粉酶加量10-20U/g干淀粉。無錫耐高溫菌（液體）20000U/ml（0.5-0.6L/t）；8、兩次滅酶操作（第一次5-10分；第二次30分）；9、用Na2CO3調(diào)PH；10、加CaCI2，保護(hù)酶活性，用量0.15-0.3%干淀粉。23、 液化程度控制：（1）液化程度不能太低？原因：①在液化過程中，液化程度太低，液化液的黏度就大，難于操作；②葡萄糖淀粉酶屬于外酶，水解只能由底物分子的非還原性末端開始，底物分子小，水解的機(jī)會就越小，會影響到糖化速度；③液化程度低，淀粉易老化，不利于糖化，特別是會使糖化液的過濾性相對較差。（2）液化程度不能太高原因：因為葡萄糖淀粉酶是先與底物分子生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，而后發(fā)生水解催化作用。液化超過一定程度，不利于糖化酶與液化淀粉生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，影響催化效率，使糖化液否認(rèn)最終DE值偏低。24、 液化時要控制葡萄糖值在10-20之間較好？在正常液化條件下，控制淀粉水解程度在葡萄糖值為10-20之間為好，因為此時保持較多量的糊精及低聚糖，較少量的葡萄糖，而且液化溫度較低時，液化程度可偏高些，這樣經(jīng)糖化后的糖化液的葡萄糖值較高25、 兩次滅酶？第一次為液化達(dá)到終點時滅液化酶（100C10min），為避免液化酶影響糖化酶。第二次為糖化后滅糖化酶（90C30min）減少副反應(yīng)，保持高的DE值。生物素：是B族維生素的一種，維生素H,輔酶R（26、 特殊生長因子：構(gòu)成輔酶的組成分，促進(jìn)生命活動的進(jìn)行。（生物素、硫胺素、肌醇、氨基酸、嘌吟、嘧啶）。27、 前體物質(zhì)、促進(jìn)劑、抑制劑：（1）、前體物：能直接被微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量有較大的提高。（2）、促進(jìn)劑：既不是營養(yǎng)物，又不是前體，但能提高產(chǎn)量的添加劑。如誘導(dǎo)物、表面活性劑。（3）、抑制劑：改變途徑、降低菌呼吸改變發(fā)酵性質(zhì)等。28、 糖化：將淀粉水解為葡萄糖的過程。淀粉的制得的糖液叫淀粉水解糖。29、 淀粉水解過程：淀粉一糊精（吸水膨脹）一液化糊精（無化反應(yīng)，淀粉酶,）一低聚糖（糖化酶）一麥芽糖—葡萄糖。30、 淀粉水解工藝流程：原料（淀粉水鹽酸）一調(diào)漿一糖化一冷卻一中和脫色一過濾除雜一糖液。31、 淀粉水解過程的變化：淀粉顆粒結(jié)構(gòu)破壞，糖苷鍵斷裂，其分子逐漸變小。先變成糊精、低聚糖、麥芽糖，最后才能生成G。32、 淀粉水解的原理：直連：可溶性淀粉（正構(gòu)淀粉）碘液（聚合度12-15棕色20-30紅色，35-40紫色，45以上蘭色）加熱不生成糊精可溶性膠體50-60C可逆析出，60-600個葡萄糖殘基，1.4糖苷鍵。支鏈：碘液紫色，膨化淀粉（異構(gòu)鏈淀粉）“糊化淀粉”1.4糖苷鍵和1.633、34、淀粉水解糖液必須具備的條件：1、糖液葡萄糖含量：20%；2、糖液潔凈，呈杏黃色或黃綠色、3、透光率：90%以上、4、糖液不含糊精（dextrin）、5、糖液不能變質(zhì)、6、轉(zhuǎn)化率：90%左右。35、 淀粉的糖化：在工業(yè)生產(chǎn)，將淀粉水解為葡萄糖的過程稱。淀粉的老化：實際上分子間氫鍵已斷裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氫鍵的過程。淀粉的糊化：淀粉受熱后，淀粉顆粒膨脹，晶體結(jié)構(gòu)消失，互相接觸變成糊狀液體。36、 滅菌：利用物理和化學(xué)方法殺滅或除去物料及設(shè)備中一切生命物質(zhì)的過程。37、 消毒：用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器具外的病毒，一般只能殺死營養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死芽抱。38、 滅菌與消毒區(qū)別：消毒不一定能達(dá)到殺菌的要求，而滅菌能達(dá)到消毒的要求。39、滅菌的方法：1、干熱滅菌法 160-170C1-2小時；2、火焰滅菌法；3、電磁波、射線滅菌法；4、濕熱滅菌5、化學(xué)藥劑滅菌法：高錳酸鉀、漂白粉、酒精、新潔爾滅、甲醛、過氧乙酸、酚類；6、過濾除菌法40、 空氣凈化的方法：①熱滅菌法②靜電除菌③介質(zhì)過濾除菌法④輻射殺菌。41、 空氣凈化一般流程：空氣吸氣口一空氣粗濾器一空氣壓縮機(jī)一一級空氣冷卻器一二級空氣冷卻器一分水器f空氣貯罐f旋風(fēng)分離器f絲網(wǎng)除沫器f空氣加熱器f總空氣過濾器f分空氣過濾器f無菌空氣。42、 發(fā)酵過程的內(nèi)容，采用過程手段：1菌種的選育2配置培養(yǎng)基和滅菌3擴(kuò)大培養(yǎng)和接種4發(fā)酵過程5發(fā)酵產(chǎn)物的分離和提取。43、 厭氧與有氧的區(qū)別：1?設(shè)備：有氧發(fā)酵有通氣攪拌供養(yǎng)裝置，厭氧發(fā)酵不需供養(yǎng)裝置;2.途徑：厭氧與有氧都經(jīng)過EMP途徑，但厭氧不進(jìn)入TCA循環(huán)，在核外的物質(zhì)中完成；有氧進(jìn)入TCA循環(huán)，在細(xì)胞線粒體內(nèi)完成。44、 酵母的酒精發(fā)酵酵母菌中，丙酮酸受丙酮酸脫羧酶的作用生成乙醛，乙醛在乙醇脫氫酶的作用下作為受氫體被還原為乙醇，即酒精發(fā)酵。（副產(chǎn)物：雜醇：異戊醇）葡萄EMPf丙酮酸；（2）丙酮酸f脫羧f乙醛f還原f乙醇總反應(yīng)式：CH“O<+2ADP+2HPO.f2CHCHOH+2CO+2ATP6126 3 4 3 2 2酒精發(fā)酵中副產(chǎn)物：（CO2甘油乙醛琥珀酸乙酸酯高級醇）。45、 同型乳酸發(fā)酵：是乳酸菌利用葡萄糖經(jīng)酵解途徑生成丙酮酸。由于大多數(shù)乳酸菌不具有脫羧酶，因此。丙酮酸不能脫羧成乙醛，而在乳酸脫氫酶的催化下（需要還原性輔酶I）丙酮酸為受氫體被還原成乳酸。同型乳酸發(fā)酵：如乳鏈球菌、乳酪球菌、干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌；葡萄糖（EMPf丙酮酸f乳酸（發(fā)酵產(chǎn)物只有乳酸）46、 異型乳酸發(fā)酵：磷酸解酮酶途徑進(jìn)行糖代謝的微生物，葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)物，除了生成乳酸之外，還有比列較高的乙醇和二氧化碳，其合成途徑有1（6-磷酸葡萄糖途徑）2雙岐途徑雙岐途徑的特點：有兩個磷酸解酮酶（PK）參與2在沒有氧化作用和脫氫反應(yīng)參與2分子葡萄糖分解為3分子3-磷酸甘油醛，接著在3-磷酸甘油醛脫氫和乳酸脫氫酶的參與下3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?。異型乳酸發(fā)酵：1、1.6磷酸葡萄糖途徑：葡萄糖C6f木酮糖C5f乙醇、乳酸；2、雙歧途徑：雙歧桿菌發(fā)酵f乙酸、乳酸。47、 亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵（不產(chǎn)生ATP）：酵母菌在無氧條件下所生成的乙醇是乙醛獲得了氫而形成的。如果改變條件，使乙醛這個中間產(chǎn)物不存在，那么酵母菌就不會產(chǎn)生乙醇。如果在發(fā)酵液中加入亞硫酸氫鈉，乙醛就與亞硫酸氫鈉起加成作用，生成難溶的結(jié)晶狀亞硫酸氫鈉加成物，這樣就使乙醛不能作為受氫體，而迫使磷酸二羥丙酮作為受氫體，在a-磷酸甘油脫氫酶催化下生成a-磷酸甘油，a-磷酸甘油水解便生成a-甘油。48、 堿法甘油發(fā)酵：酒精酵母在堿性條件下，發(fā)酵產(chǎn)生的乙醛不能作為正常的受氫體，而是兩分子乙醛之間發(fā)生歧化反應(yīng)，相互氧化還原，生成乙醇、乙酸、甘油。不產(chǎn)生ATP,在酵母的非生長情況下進(jìn)行發(fā)酵。49、 己酸發(fā)酵機(jī)制：己酸的形成屬于合成發(fā)酵，乙醇和乙酸結(jié)合生成丁酸，丁酸再與乙醇結(jié)合生成己酸。（由于乙醇和己酸發(fā)生反應(yīng)生成脂類，其形成速度較慢，故在白酒生產(chǎn)中需長期儲存。）50、 甲烷發(fā)酵：是有機(jī)厭氧分解過程，一般至少三個階段：1、有機(jī)聚合物水解生成單體化合物，進(jìn)而分解成各種脂肪酸、CO2和H2；2、各類脂肪酸進(jìn)行分解，生成乙酸、CO2和H2；3、乙酸和CO2和H2反應(yīng)生成甲烷。51、 檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié)：糖酵解及丙酮酸代謝，三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)，及時補(bǔ)加早酰乙酸。52、 檸檬酸的生物合成途徑：被譯為是葡萄糖經(jīng)EMP途徑生成丙酮酸，丙酮酸在有氧的條件下，一方面氧化脫羥生成乙酰COA，另一方面丙酮酸羧化生成草酰乙酸，又與乙酰COA在檸檬酸合成酶的作用下縮合生成檸檬酸。53、 三磷酸循環(huán)中，要使檸檬酸大量累計必須解決兩個基本問題：1設(shè)法阻斷代謝途徑2代謝途徑被阻斷部位之后的產(chǎn)物，必須有適當(dāng)?shù)醚a(bǔ)充機(jī)制，滿足代謝活動的最低要求，維持細(xì)胞生長，才能維持發(fā)酵持續(xù)進(jìn)行。54、 檸檬酸積累機(jī)理：（為什么要加大EMP途徑，如何加大EMP途徑）由錳缺乏抑制Pro的合成，而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的NH4濃度升高和一條呼吸活性強(qiáng)的側(cè)系呼吸鏈不產(chǎn)生ATP,這兩方面的因素分別解除了對磷酸果糖激酶的代謝調(diào)節(jié)，促進(jìn)了EMP途徑暢通2由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供草酰乙酸3在控制Fe2+含量的情況下，順烏頭酸菜水合酶活性低，從而使檸檬酸積累4丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA和CO2固定兩個反應(yīng)平衡，以及檸檬酸合成酶不被調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了合成檸檬酸能力5檸檬酸積累增多，PH低，在低PH時，順烏頭酸水合酶和異檸檬脫氫酶失活，從而進(jìn)一步促進(jìn)了檸檬酸自身的積累55、 氨基酸發(fā)酵的代謝控制采取的措施：1控制發(fā)酵的環(huán)境2控制細(xì)胞滲透性3控制旁路代謝4降低反饋作用的濃度5消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏6促進(jìn)ATP的積累，以利于aa的生物合成。谷氨酸族氨基酸的生物合成途徑有EMP途徑，HMP途徑，TCA途徑乙醛酸循環(huán)和Co2固定反應(yīng)。56、 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制：㈠谷氨酸生物合成途徑有EMP、HMP、TCA、乙醛酸和CO2固定。葡萄糖先生成谷氨酸，再從谷氨酸依次經(jīng)鳥氨酸、谷氨酸生物合成精氨酸。㈢谷氨酸比天冬氨酸優(yōu)先合成。（都在TCA循環(huán)外）1、谷氨酸前提物質(zhì)一一a-酮戊二酸.（C5）；2、天冬氨酸…草酰乙酸（C4）57、 影響谷氨酸積累的因素：內(nèi)在（選育菌種、膜通透性，生物素缺失細(xì)胞膜、加青霉素細(xì)胞壁）外在（溶解氧、氨離子、PH值、RH值、磷酸、生物素）。58、 氨基酸發(fā)酵的代謝控制：（6條手段）答：㈠控制發(fā)酵的環(huán)境條件：如O2、溫度、生物素、磷酸等，谷氨酸發(fā)酵必須嚴(yán)格控制菌體生長的環(huán)境條件，否則就幾乎不積累谷氨酸。㈡控制細(xì)胞滲透性：①化學(xué)控制方法：控制磷脂的合成（膜）控制細(xì)胞壁；②物理控制方法：突變位置，使用溫度敏感株。㈢控制代謝旁路：有些氨基酸發(fā)酵依賴于控制旁路代謝來進(jìn)行。㈣降低反饋作用物的濃度：如結(jié)構(gòu)類似物。㈤消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用：是通過使用抗氨基酸結(jié)構(gòu)類似物突變株的方法來進(jìn)行的。（六）促進(jìn)ATP的積累，以利于氨基酸的生物合成：氨基酸的生物合成需要能量，APT的積累可促進(jìn)氨基酸的生物合成。59、 初級代謝與次級代謝產(chǎn)物的關(guān)系：①從代謝方面分析：次級產(chǎn)物是以初級產(chǎn)物為母體衍生出來的，次級代謝途徑并不是孤立的。②遺傳：初級受核內(nèi)DNA控制，次級受核內(nèi)DNA與質(zhì)粒同時控制。③從代謝途徑分析，二者均有共同的分叉中間體。60、 工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基常用能源碳源：供給菌體生命活動所需能量和構(gòu)成菌體細(xì)胞以及代謝產(chǎn)物的基礎(chǔ)、糖類（玉米淀粉使用最廣X脂肪、有機(jī)酸、石油等氮源：構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物（1、有機(jī)氮源：玉餅粉、花生餅粉、玉米漿、麩皮等。2、無機(jī)氮源：NH4NO3、尿素、氨水等）工業(yè)上常用的碳源分為快速碳源（葡萄糖）和慢速碳源（乳糖、淀粉、蔗糖）。工業(yè)上常用的氮源分為無機(jī)氮源（氨水、銨鹽或硝酸鹽）和有機(jī)氮源（玉米漿、豆餅粉、花生餅粉、棉籽粉、魚粉、酵母浸出液）。61、 為什么要分快速利用碳氮源和慢速利用碳氮源？因為快速利用碳氮源和慢速利用碳氮源相互配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，避其所短，選用適當(dāng)?shù)奶肌?2、 FBC的優(yōu)點：1.可以解除底物抑制，產(chǎn)物反饋抑制和分解代謝物的阻遏；2.可以避免在分批發(fā)酵中因一次投料過多造成細(xì)胞大量生長所引起的一切影響，改善發(fā)酵液流變學(xué)的性質(zhì)；3.可用座位控制細(xì)胞質(zhì)量的手段，以提高發(fā)芽抱子的比例；4.可作為理論研究的手段，為自動控制和最優(yōu)控制提供實驗基礎(chǔ)。63、 FBC的作用：1可以控制抑制性底物的濃度；2可以解除或減弱分解代謝物的阻遏；3可以使發(fā)酵過程最佳化。64、 基因工程菌發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵的區(qū)別：微生物：基因工程菌帶外源基因而傳統(tǒng)衛(wèi)生不含外源基因；發(fā)酵工藝目的：基因工程菌發(fā)酵目的是高效表達(dá)外源基因，盡可能減少宿主本身的污染，獲得大量外源基