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(來自講義)致死溫度殺死微生物極限溫度致死時(shí)間在致死溫度下,殺死所有微生物所需時(shí)間微生物熱阻微生物在某一特定條件(重要是溫度和加熱方式)下致死時(shí)間實(shí)罐滅菌培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱,達(dá)到預(yù)定滅菌溫度后,維持一段時(shí)間,再冷卻道發(fā)酵溫度,然后接種發(fā)酵。微生物特點(diǎn)體積小、面積大,吸取快、轉(zhuǎn)化快,生長(zhǎng)旺、繁殖快,易變異、適應(yīng)性強(qiáng),種類多、分布廣等五大特性。菌種分離普通過程土樣采用→預(yù)解決→培養(yǎng)→菌落選取→產(chǎn)品鑒定目:高效地獲取一株高產(chǎn)目產(chǎn)物微生物生物熱(Q生物)在發(fā)酵過程中,菌體不斷運(yùn)用培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),將其分解氧化而產(chǎn)生能量,其中一某些用于合成高能化合物(如ATP)提供細(xì)胞合成和代謝產(chǎn)物合成需要能量,別的一某些以熱形式散發(fā)出來,這散發(fā)出來熱就叫生物熱。(來自PPT)第一章緒論發(fā)酵工程:運(yùn)用微生物生命活動(dòng)進(jìn)行物質(zhì)加工過程。第二章生產(chǎn)菌種篩選新種分離篩選環(huán)節(jié)定方案:一方面要查閱資料,理解所需菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)特性。采樣:有針對(duì)性地采集樣品,以采集土壤為主。增殖:人為地通過控制養(yǎng)分或培養(yǎng)條件,使所需菌種增殖培養(yǎng)后,在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)。分離:運(yùn)用分離技術(shù)得到純種。發(fā)酵性能測(cè)定:進(jìn)行生產(chǎn)性能測(cè)定。這些特性涉及形態(tài)、培養(yǎng)特性、營(yíng)養(yǎng)規(guī)定、生理生化特性、發(fā)酵周期、產(chǎn)品品種和產(chǎn)量、耐受最高溫度、生長(zhǎng)和發(fā)酵最適溫度、最適pH值、提取工藝等。采土方式:在選好恰本地點(diǎn)后,用小鏟子除去表土,取離地面5-15cm處土約10g,盛入清潔牛皮紙袋或塑料袋中,扎好,標(biāo)記,記錄采樣時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境條件等,以備查考。為了使土樣中微生物數(shù)量和類型盡少變化,宜將樣品逐漸分批寄回,以便及時(shí)分離。采樣注意事項(xiàng)采樣時(shí)應(yīng)盡量保持相對(duì)無菌;所采集樣本必要具備某種代表性;采好樣必要完整地標(biāo)上樣本種類及采集日期、地點(diǎn)以及采集地點(diǎn)地理、生態(tài)參數(shù)等;應(yīng)充分考慮采樣季節(jié)性和時(shí)間因素,由于真正原地菌群浮現(xiàn)也許是短暫采好樣應(yīng)及時(shí)解決,暫不能解決也應(yīng)貯存于4℃下,但貯存時(shí)間不適當(dāng)過長(zhǎng)。這是由于一旦采樣結(jié)束,試樣中微生物群體就脫離了本來生態(tài)環(huán)境,其內(nèi)部生態(tài)環(huán)境就會(huì)發(fā)生變化,微生物群體之間就會(huì)浮現(xiàn)消長(zhǎng)。水樣采集辦法用于細(xì)菌檢測(cè)水樣應(yīng)收集于100ml干凈、滅菌廣口塑料或玻璃瓶中。由于表層水中具有泥沙,故在采樣時(shí)應(yīng)在較深靜水層中采集水樣。辦法是:握住采樣瓶底浸入水中30-50cm處,然后瓶口朝下打開瓶蓋,讓水樣進(jìn)入。如果有急流存在話,應(yīng)直接將瓶口反向于急流。采集瓶從水中取出時(shí)應(yīng)迅速并帶有較大弧度。水樣不應(yīng)裝滿采樣瓶。所有水樣都應(yīng)在24h之內(nèi)迅速進(jìn)行檢測(cè),或者4℃下貯存。發(fā)酵工程所運(yùn)用微生物特點(diǎn)對(duì)周邊環(huán)境溫度、壓強(qiáng)、滲入壓、酸堿度等條件有極大適應(yīng)能力有極強(qiáng)消化能力有極強(qiáng)繁殖能力發(fā)酵工程三要素生產(chǎn)菌種性能(即高產(chǎn)菌株);科學(xué)生產(chǎn)管理(涉及補(bǔ)料發(fā)酵等);先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備。普通篩選菌種環(huán)節(jié)如下標(biāo)本采集→材料預(yù)解決→富集→菌種分離初篩→性能測(cè)定→菌種應(yīng)用與保藏。第三章優(yōu)良菌株選育一種優(yōu)良生產(chǎn)菌株應(yīng)具備如下基本特性:發(fā)酵周期短,代謝能力高:在不增長(zhǎng)生產(chǎn)投資前提下能大幅度提高公司產(chǎn)量;附產(chǎn)物少:發(fā)酵過程中,與目的產(chǎn)品近似附產(chǎn)物少,這樣既能提高轉(zhuǎn)化率,又能減輕提取分離難度;繁殖能力強(qiáng):有較強(qiáng)生長(zhǎng)速率,產(chǎn)孢菌株應(yīng)有較強(qiáng)產(chǎn)孢子能力。這樣既能縮短生產(chǎn)周期,又可減少污染。運(yùn)用底物原料(如碳、氮源)廣泛:對(duì)原料波動(dòng)敏感性小,使發(fā)酵可用價(jià)兼,來源廣泛原料;原料轉(zhuǎn)化率高:能高效地將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力;對(duì)添加前體物質(zhì)有耐受能力,不以該物為碳源運(yùn)用;在發(fā)酵過程中產(chǎn)生泡沫少,這樣可提高發(fā)酵裝填系數(shù),達(dá)到提高產(chǎn)量,減少成本目;具備抗噬菌體感染能力;遺傳特性穩(wěn)定,以減少?gòu)?fù)壯次數(shù)。自然選育(spontaneousmutation),自然選育是從自然界篩選非人工誘變產(chǎn)生生產(chǎn)菌株。普通以為自然界菌株變異由兩種因素引起,即多因素低劑量誘變效應(yīng)和互變異構(gòu)現(xiàn)象:多因素低劑量誘變效應(yīng):指低劑量宇宙射線,各種短波輻射,低劑量誘變物質(zhì)作用引起突變?;プ儺悩?gòu)效應(yīng):指DNA復(fù)制時(shí),四種堿基第六位上酮基或氨基瞬間變構(gòu)而引起堿基錯(cuò)配。這種幾率在自然界具記錄在1x10。自然變異菌株會(huì)導(dǎo)致兩種不同成果:一是導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)量或質(zhì)量下降;二是對(duì)生產(chǎn)有益突變。因而生產(chǎn)上要經(jīng)常進(jìn)行菌種自然選育,從而裁減退化,選出優(yōu)良生產(chǎn)菌種。自然選育是用平板稀釋法,分離出單菌落,再測(cè)試菌種生產(chǎn)能力,從而選出高水平菌株。它是一種簡(jiǎn)樸易行選育辦法,可以達(dá)到純化菌種、防止退化,穩(wěn)定生產(chǎn),提高產(chǎn)量目。自然選育效率較低,因而常與誘變育種交替使用,以提高育種效率。誘變育種,運(yùn)用物理化學(xué)或生物制劑等因素,使微生物遺傳物質(zhì)發(fā)生變異導(dǎo)致物種遺傳性狀變化,從而獲得生產(chǎn)上優(yōu)良菌株此類辦法統(tǒng)稱誘變育種。誘變解決辦法物理法:涉及紫外線、X射線、r-射線,快中子、電場(chǎng),磁場(chǎng)和激光等?;瘜W(xué)誘變劑:如堿基類似物(2-氨基嘌呤,5-溴尿嘧啶8-氮鳥嘌呤);與堿基反映物質(zhì)(硫酸二乙酯、亞硝基胍、亞硝基乙基脲、亞硝酸等);在DNA分子中插入或缺失一種至各種堿基物質(zhì)(丫啶類物質(zhì)、丫啶氮芥衍生物,用一定劑量及合理用法解決出發(fā)菌,然后再通過測(cè)試,直至篩選出高產(chǎn)菌株。)生物誘變劑:運(yùn)用噬菌體、轉(zhuǎn)座子將遺傳物質(zhì)DNA片斷載入細(xì)胞,使其在復(fù)制過程中嵌入新信息,由此獲得高產(chǎn)菌株。復(fù)合解決:用兩種以上誘變劑先后解決菌株,實(shí)踐證明復(fù)合解決要比單一解決突變率要高3—4倍,金色鏈霉菌高產(chǎn)株就是用紫外和乙烯亞胺復(fù)合解決后篩選得到。突變類型經(jīng)誘變后菌株有諸多突變類型,重要分為形態(tài)突變型和生理突變型,兩者也有互相聯(lián)系。形態(tài)突變型:菌落形態(tài)變異、菌落大小、表面構(gòu)造、邊沿形狀、顏色等發(fā)生變化;菌絲形態(tài)變異:菌絲粗細(xì)、曲、直,氣生菌絲分枝,孢子絲形狀等;細(xì)胞及孢子形態(tài)變異:細(xì)胞和孢子形態(tài)大小產(chǎn)生變化。生理突變生產(chǎn)性能變異;目代謝物與否提高,副產(chǎn)物與否減少;顏色與色素變異:顏色是指營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞,菌絲及孢子顏色,色素是指溶于基質(zhì)中色素,這些變化往往與生產(chǎn)性能有關(guān);發(fā)酵變異:在培養(yǎng)過程中能否運(yùn)用某些碳源或氮源,營(yíng)養(yǎng)缺陷型:體當(dāng)前生長(zhǎng)過程中缺少某畢生長(zhǎng)物質(zhì),如不能從外界補(bǔ)給便不能生長(zhǎng)繁殖,這些缺陷型重要有氨基酸,維生素嘌呤和嘧啶等缺陷型;抗性突變:如抗噬菌體能力,抗高溫,抗高滲入壓等能力發(fā)生變化;抗藥性突變:對(duì)某一藥物或抗生素濃度抗性增強(qiáng)或削弱,抗菌素生產(chǎn)與藥性關(guān)于。雜交育種,通過有性生殖、準(zhǔn)性生殖和細(xì)胞融合等方式,讓兩個(gè)表型差別較大菌株之間基因重組,使其親本優(yōu)良性狀組合到一起,得到提高產(chǎn)量和質(zhì)量新菌株,這種辦法稱為雜交育種。準(zhǔn)性生殖,一種類似于有性生殖但比有性生殖原始一種繁殖方式。其過程為:質(zhì)配→核配→單倍體化,不通過減數(shù)分裂而導(dǎo)致基因重組,為雜交育種提供了條件,該過程可分為三個(gè)階段:異核體形成:由不同性狀親本菌絲互相吻合,形成一種細(xì)胞里具有兩個(gè)不同遺傳性狀細(xì)胞核;雜合雙倍體產(chǎn)生:在異核體基本上,兩個(gè)不同遺傳性狀細(xì)胞核偶爾融合,浮現(xiàn)具備雜合雙倍體細(xì)胞(多為菌絲體);重組體形成:雜合雙倍體極不穩(wěn)定,在進(jìn)行有絲分裂過程中,很少數(shù)細(xì)胞發(fā)生染色體互換(體細(xì)胞互換)和單元化(即雙倍體細(xì)胞經(jīng)多次分裂轉(zhuǎn)變?yōu)閱伪扼w細(xì)胞)而產(chǎn)生重組體。營(yíng)養(yǎng)缺陷型:菌株經(jīng)誘變解決后其變異株在營(yíng)養(yǎng)上體現(xiàn)出某些營(yíng)養(yǎng)缺陷,故需在培養(yǎng)基中加入某些組分(即補(bǔ)充培養(yǎng)基)才干生長(zhǎng),可用基本培養(yǎng)基和補(bǔ)充培養(yǎng)基對(duì)照培養(yǎng)將其檢出。原養(yǎng)型:能在兩種營(yíng)養(yǎng)缺陷型培養(yǎng)基上生長(zhǎng)重組型菌株;野生型:在發(fā)生變異之前出發(fā)菌株?;九囵B(yǎng)基(MM):能滿足野生型和原養(yǎng)型生長(zhǎng)合成培養(yǎng)基,營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株不能生長(zhǎng)培養(yǎng)基;補(bǔ)充培養(yǎng)基(SM):在MM里添加某些物質(zhì)(如:維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等),使?fàn)I養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)培養(yǎng)基。完全培養(yǎng)基(CM):在基本培養(yǎng)里加入蛋白質(zhì),酵母膏等天然物質(zhì),可滿足各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)培養(yǎng)基。生產(chǎn)基因工程菌重要程序:克隆目基因→構(gòu)建DNA重組體→重組DNA導(dǎo)入宿住細(xì)胞→基因表達(dá)及工程菌篩選原核表達(dá)系統(tǒng)大腸桿菌:由于生長(zhǎng)繁殖迅速,對(duì)該菌分子遺傳學(xué)研究比較進(jìn)一步,以至當(dāng)前它仍是基因工程中最常采用原核表達(dá)系統(tǒng)。大腸桿菌表達(dá)形式各種各樣,有細(xì)胞內(nèi)不溶性表達(dá)(包括體)、胞內(nèi)可溶性表達(dá)??莶菅挎邨U菌:該菌分泌能力強(qiáng),可將蛋白產(chǎn)物直接分泌到胞外,不形成包括體,它也不能使蛋白質(zhì)產(chǎn)生糖基化。有很強(qiáng)胞外蛋白質(zhì)酶,能不同限度地減少產(chǎn)物,故在表達(dá)系統(tǒng)中受影響。鏈霉菌;重要工業(yè)微生物,作為源基因表達(dá)系統(tǒng)有著不致病使用安全,分泌能力強(qiáng),能將產(chǎn)物分泌到胞外,具備糖基化能力。其中變鉛青鏈霉菌限制能力弱,是一種抱負(fù)受體菌,現(xiàn)已構(gòu)建系列載體,培養(yǎng)工藝也比較成熟。真核表達(dá)系統(tǒng)酵母:是研究基因表達(dá)調(diào)控最有效單細(xì)胞生物,其基因組較小,僅為大腸桿菌4倍,世代周期短,有單、雙倍體兩種形式,加之酵母生長(zhǎng)繁殖快,易哺育。不產(chǎn)生毒素,基因工程操作以便,與原核生物相似,表達(dá)產(chǎn)物能糖基化,故被以為是真核蛋白質(zhì)最佳表達(dá)系統(tǒng)。當(dāng)前如干擾素,乙肝表面抗原基因等已在酵母中成功地表達(dá)。絲狀真菌第四章菌種退化復(fù)壯和保藏退化現(xiàn)象對(duì)產(chǎn)量性狀來說,菌種負(fù)變就是衰退。其她原有典型性狀變得不典型時(shí),也是衰退。最易察覺到是菌落和細(xì)胞形態(tài)變化。生長(zhǎng)速度緩慢,產(chǎn)孢子越來越少。代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力或其對(duì)宿主寄生能力下降。衰退還體當(dāng)前抗不良環(huán)境條件(抗噬菌體、抗低溫等)能力削弱等。退化因素自發(fā)負(fù)突變:在自然光照或微量誘變劑刺激下發(fā)生基因突變;或經(jīng)雜交育種菌株性能不穩(wěn)定而產(chǎn)生回答突變,導(dǎo)致菌株性能負(fù)突變現(xiàn)象;培養(yǎng)條件影響:如溫度時(shí)高時(shí)低,營(yíng)養(yǎng)組分不穩(wěn)定,PH,溶氧等因素不穩(wěn)定都會(huì)導(dǎo)致菌種退化;傳代次數(shù):傳代次數(shù)多也是菌種退化因素之一。防止退化辦法防止基因自發(fā)突變低溫保藏菌種(0-4℃),使菌株處在休眠狀態(tài)下較為穩(wěn)定;設(shè)立遺傳障礙:營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株回答是由于本來遺傳性障礙被解除,可給該類菌株設(shè)立回答障礙。如:給腺苷酸生產(chǎn)菌添加琥珀腺苷酸;鳥苷酸生產(chǎn)菌添加黃嘌呤核苷酸等保護(hù)劑(或稱誘變障礙)。可使菌株性能相對(duì)穩(wěn)定。防止退化細(xì)胞在群體中占優(yōu)勢(shì)少傳代:普通狀況下每傳一代,霉菌,芽孢桿菌,放線菌在低溫(0-4℃)下可保藏半年左右,酵母在三個(gè)月左右,可將以上菌種在一次性轉(zhuǎn)接時(shí)多接某些斜面,以減少移植代數(shù);單細(xì)胞分離純化:定期單細(xì)胞分離純化也是防止退化重要手段之一,即每次挑出性能優(yōu)良單菌落培養(yǎng)使用。選取適當(dāng)培養(yǎng)條件:依照各生產(chǎn)菌種性能,保證其相適應(yīng)溫度、PH、營(yíng)養(yǎng)等最佳條件。復(fù)壯概念狹義復(fù)壯僅是一種悲觀辦法,它指是在菌種已發(fā)生衰退狀況下,通過純種分離和測(cè)定生產(chǎn)性能等辦法,從衰退群體中找出少數(shù)尚未衰退個(gè)體,以達(dá)到恢復(fù)該菌原有典型性狀一種辦法;廣義復(fù)壯則應(yīng)是一項(xiàng)積極辦法,即在菌種生產(chǎn)性能尚未衰退前就經(jīng)常故意識(shí)地進(jìn)行純種分離和生產(chǎn)性能測(cè)定工作,以期菌種生產(chǎn)性能逐漸有所提高。因此,這事實(shí)上是一種運(yùn)用自發(fā)突變(正變)不斷從生產(chǎn)中進(jìn)行選種工作。菌種復(fù)壯純種分離,通過純種分離,可把退化菌種細(xì)胞群體中一某些仍保持原有典型性狀單細(xì)胞分離出來,通過擴(kuò)大培養(yǎng),就可恢復(fù)原菌株典型性狀。通過宿主體內(nèi)生長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)壯,對(duì)于寄生性微生物退化菌株,可通過接種至相應(yīng)昆蟲或動(dòng)、植物宿主體內(nèi)辦法來提高它們致病性。裁減已衰退個(gè)體,如低溫抗性篩選。用誘變劑,如NTG亞硝基胍等解決退化菌株,再篩選其具備優(yōu)良性能菌株使用;采用遺傳學(xué)辦法選育不易退化穩(wěn)定菌株。菌種保藏,保藏菌種原理是依照微生物生理、生化特點(diǎn),人為地創(chuàng)造條件,使菌株代謝處在不活潑,生長(zhǎng)繁殖受抑制休眠狀態(tài)。這些人工導(dǎo)致環(huán)境重要是低溫、干燥、缺氧,在這種狀況下減少突變,以達(dá)到保持純種目。菌種保藏辦法斜面保藏法:是一種短期保藏法,即將長(zhǎng)好斜面菌種置于4℃左右冰箱中,普通保藏3-6個(gè)月,屆時(shí)再重新移植保藏。此法簡(jiǎn)便易行,廣泛地用于細(xì)菌、霉菌、放線菌、酵母菌菌種保藏。液體石蠟保藏法,用半固體培養(yǎng)基裝入小試管約1-2cm,用接種針行穿刺接種培養(yǎng),待菌體長(zhǎng)好后,用經(jīng)無菌冷卻后液體石蠟封存,石蠟復(fù)蓋約2-3cm。放入冰箱或室溫處保存,保存時(shí)間可達(dá)1-5年,但此法不適合運(yùn)用石蠟為碳源微生物,如:固氮菌、毛霉、根霉、沙門氏菌、分枝桿菌等。沙土管保藏法,用80-100目河沙(或加入1/3-1/2土),裝小試管(1cm/支),121℃間歇滅菌3次,作無菌檢查后烘干備用。把成熟菌液或孢子液吸入管中,將沙土潤(rùn)濕為度,再用石蠟封口,放置干燥器或冰箱保存,此法可保存2-之久,特別合用于有孢子菌種保藏。真空冷凍干燥法,此法長(zhǎng)處是同步具備低溫、真空、干燥三種保藏條件,廣泛合用于細(xì)菌、放線菌、酵母和霉菌、病毒保藏。其保藏期可達(dá)1年至數(shù)十年之久,且存活率高,變異率低。缺陷是手續(xù)麻煩,需要一定設(shè)備。其她保藏辦法冷凍法:分低溫和超低溫兩種,冷凍深藏缺陷之一是培養(yǎng)物運(yùn)送較困難。低溫保存,將液體培養(yǎng)物或從瓊脂斜面培養(yǎng)物收獲細(xì)胞分接到試管或指管內(nèi),然后貯藏于一冰箱冷藏室中,或于溫度范疇在-5~-20℃普通冰箱(-20℃)中?;蛘?,將菌種培養(yǎng)在小試管或培養(yǎng)瓶斜面上,待生長(zhǎng)適度后,將試管或瓶口用橡膠塞嚴(yán)格封好,同上置于冰箱中保存。用此辦法可以維持若干微生物活力1—2年,芽孢菌可達(dá)之久。應(yīng)注意是通過一次解凍菌株培養(yǎng)物不適當(dāng)再用來保藏。保藏過程中應(yīng)注意控制保藏溫度,培養(yǎng)瓶或試管應(yīng)嚴(yán)格密封。這一辦法雖簡(jiǎn)便易行,但不適當(dāng)多數(shù)微生物長(zhǎng)期保藏。超低溫保藏,將菌種加保護(hù)劑封存后置液氮-60—80℃保存,慣用于細(xì)菌、藻類、枝原體、真菌、病毒和原生動(dòng)物保藏。懸液保藏法,又稱營(yíng)養(yǎng)保藏,是將菌體懸浮于無營(yíng)養(yǎng)液(如生理鹽水,磷酸緩沖液等)中保藏,此法可保存一年以上,適合于細(xì)菌、霉菌、特別適合低溫冷凍菌株。曲法保藏:與民間保藏法類似,是將麩皮與水按化1:08,1:1或1:1.5比例摻合(視菌種而異),裝入試管,滅菌和接種培養(yǎng),待孢子形成后放入有氯化鈣干燥皿中,數(shù)日后置低溫保藏(4-5℃),曲法適合于霉菌,放線菌,可達(dá)一年以上麥粒保藏法是將麥粒洗盡浸泡5小時(shí),涼干分裝試管,裝量為1/4-1/3,滅菌后接種培養(yǎng)出菌絲、孢子、置室溫干燥保藏。此法合用于酵母、芽孢桿菌,放線菌、霉菌、可達(dá)1-4年。生產(chǎn)上控制菌種傳代辦法是,一方面將獲得優(yōu)良菌株盡量多轉(zhuǎn)某些保存,每次取一支移植一批(數(shù)十支)斜面菌株作第二代用于生產(chǎn),第二代用完后再取一支第一代保藏菌移植一批斜面用于發(fā)酵生產(chǎn);這一批菌種同樣屬于第二代。美國(guó)原則菌種保藏所ATCC美國(guó)農(nóng)業(yè)研究菌種保藏中心NRRL英國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究服務(wù)部ARS中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)微生物保藏管理中心ACCC 中華人民共和國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心CCTCC上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所SH第五章微生物代謝及其調(diào)節(jié)控制新陳代謝特點(diǎn)反映都在溫和條件下進(jìn)行,其催化劑為酶;反映有一定先后順序;反映具備敏捷自我調(diào)節(jié)?!唉獭眮肀磉_(dá)酶活力,即在25℃最適PH,最適緩沖液和最佳底物濃度等條件下,每分鐘能使1微摩爾底物轉(zhuǎn)化酶量定為一種酶活力單位(μ)。在酶學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中常使用酶比活力,即在固定條件下,每mg酶或每ml酶液所具備酶活力。微生物氧化作用可依照最后電子受體性質(zhì)分為:呼吸作用,無氧呼吸作用,發(fā)酵作用三種。呼吸作用,指微生物氧化底物時(shí),以分子氧作為最后電子受體氧化作用,也稱為有氧呼吸作用以區(qū)別于無氧呼吸作用,呼吸作用是好氧和兼性好氧微生物在有氧條件下進(jìn)行氧化方式。無氧呼吸作用是指無機(jī)氧化物如:NO3、NO2、SO4、S2O3或CO2等作為最后氫受體這種氧化作用。固定化細(xì)胞具備明顯特點(diǎn)酶活力穩(wěn)定性增強(qiáng)酶促效率明顯升高;具備多步酶反映特點(diǎn);反映時(shí)不需添加輔助因子;細(xì)胞透性增強(qiáng);熱穩(wěn)定性增強(qiáng);易產(chǎn)生副反映。第六章微生物營(yíng)養(yǎng)及培養(yǎng)基培養(yǎng)基都基本涉及水分,碳源、氮源、無機(jī)元素和生長(zhǎng)素等5大類物質(zhì),此外,還應(yīng)依照微生物生長(zhǎng)規(guī)定,有一定酸堿度和滲入壓。在工業(yè)發(fā)酵上,必要注重培養(yǎng)基構(gòu)成,一種良好培養(yǎng)基擬定,往往要通過大量實(shí)驗(yàn),不斷改進(jìn)才干完善。某些化合物可以在菌體生物合成中直接結(jié)合到代謝產(chǎn)物中去,而自身構(gòu)造并未發(fā)生大變化,卻能較大地提高目產(chǎn)物產(chǎn)量,此類小分子物質(zhì)被稱為前體。普通培養(yǎng)基中前體濃度越大,增產(chǎn)越多,但大多數(shù)前體對(duì)菌體是有毒,故只能限量加入。合成培養(yǎng)基,是用化學(xué)成分完全理解物質(zhì)配制而成,重要用于研究育種,鑒別微生物生理生化特性以及定量分析某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此種培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)單一,微生物生長(zhǎng)慢、價(jià)格高,不適合于大規(guī)模生產(chǎn)。半合成培養(yǎng)基,以一某些天然物質(zhì)作碳源和氮源以及生長(zhǎng)輔助物質(zhì),再恰當(dāng)補(bǔ)充少量無機(jī)鹽類,經(jīng)人工配制而成。此類培養(yǎng)基能使大多數(shù)微生物正常生長(zhǎng),原料來源以便,價(jià)格便宜,在發(fā)酵工業(yè)中普遍使用。天然培養(yǎng)基,用各種植物或動(dòng)物組織或微生物浸出物,水解液等,如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、蛋白胨等和天然有機(jī)物如:土豆、玉米粉、面粉、花生餅粉等制成培養(yǎng)基,又稱綜合培養(yǎng)基。天然培養(yǎng)基來源以便,營(yíng)養(yǎng)豐富、適合于各類異養(yǎng)型微生物生長(zhǎng),缺陷是成分復(fù)雜、穩(wěn)定性差,普通自養(yǎng)型微生物不能生長(zhǎng)。生產(chǎn)上多與無機(jī)類綜合(即半合成)配合使用。第七章發(fā)酵條件控制溫度對(duì)發(fā)酵影響,此影響是多方面且錯(cuò)綜復(fù)雜,重要反映在細(xì)胞生長(zhǎng),產(chǎn)物形成,培養(yǎng)基物理性質(zhì)和生物合成方面。對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)影響,在一定范疇內(nèi),菌體是隨著溫度升高而生長(zhǎng)繁殖加快。這是由于溫度使酶反映速度加快,呼吸強(qiáng)度加強(qiáng)而引起。然而隨著溫度上升,酶失活速度也加快,菌體提前衰老,這對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)又是不利。對(duì)產(chǎn)物形成影響,產(chǎn)物形成速率對(duì)溫度反映最為敏感,溫度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率下降。對(duì)發(fā)酵液物理性質(zhì)影響,溫度會(huì)變化發(fā)酵液粘度。影響生物合成方向,同一株生產(chǎn)菌在不同發(fā)酵溫度下會(huì)產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物。發(fā)酵熱,在發(fā)酵過程中,菌體對(duì)底物分解運(yùn)用,以及機(jī)械攪拌都要產(chǎn)生一定熱,同步也要散失一某些熱,因而發(fā)酵熱涉及發(fā)酵過程中產(chǎn)生和散失兩方面熱。生物熱(Q生物),菌體在生長(zhǎng)繁殖過程中,自身產(chǎn)生熱能。這些熱能重要來源于碳水化合物,蛋白質(zhì)和脂肪分解。菌體呼吸強(qiáng)度越大產(chǎn)生生物熱也越大。攪拌熱(Q攪拌),在發(fā)酵過程中,由機(jī)械攪拌在液體中摩擦產(chǎn)生熱。蒸發(fā)熱(Q蒸發(fā)),發(fā)酵過程中,由通入空氣經(jīng)發(fā)酵液后從排氣孔排出時(shí)所帶走某些熱。輻射熱(Q輻射),發(fā)酵液中某些熱量通過罐壁向外輻射,這些熱量稱為輻射熱,輻射熱大小取決于環(huán)境溫差,冬天大些,夏天小些。PH對(duì)發(fā)酵影響,重要在三個(gè)方面:影響菌體形態(tài),菌體大小、菌絲長(zhǎng)短等;影響細(xì)胞膜電荷狀態(tài),引起膜滲入性變化,從而影響到代謝物分解合成;對(duì)某些生物合成途徑有明顯影響。發(fā)酵中pH變化因素菌體自身對(duì)PH有調(diào)節(jié)能力代謝特性與基質(zhì)成分關(guān)系,如生理堿性物質(zhì),有機(jī)氮源硝酸鹽,有機(jī)酸等經(jīng)菌體氧化后,可使PH上升,而糖類氧化產(chǎn)生有機(jī)酸,脂肪不完全氧化產(chǎn)生脂肪酸,銨鹽氧化產(chǎn)生硫酸等可使PH下降。菌體自溶或污染,通氣條件變化都可引起PH變化。最適PH選取與調(diào)節(jié)最適發(fā)酵PH選取,將初始基質(zhì)PH值調(diào)成不同梯度,并維持發(fā)酵過程中PH值,同步檢查菌體在各間段生長(zhǎng)量,生長(zhǎng)量高者即為其最適PH。產(chǎn)物形成最適PH則通過測(cè)試產(chǎn)物來擬定。通過補(bǔ)料控制PH,當(dāng)發(fā)酵液中PH和氨氮均低時(shí),可通過補(bǔ)加氨水以提高PH和氮組分,若PH較高而氨氮較低時(shí),則補(bǔ)加(NH)2SO4可達(dá)到既補(bǔ)氮又減少PH目。氧對(duì)需氧發(fā)酵意義,氧在培養(yǎng)液中存在是有限,雖然被空氣飽和培養(yǎng)液,也只能維持細(xì)菌正常呼吸15—30秒,后來菌體呼吸就將受到限制,這就規(guī)定對(duì)需氧發(fā)酵工業(yè),必要要有恰當(dāng)通氣條件才干維持一定生產(chǎn)水平。空氣運(yùn)用率:普通發(fā)酵過程中通入氧氣(空氣)其運(yùn)用率僅1—2%,而99-98%空氣被揮霍;而大量廢氣又是影起泡沫產(chǎn)生因素。改進(jìn)辦法:在發(fā)酵生產(chǎn)中,任何通氣效率改進(jìn)都是減少通氣量,并減少泡沫生成。水中氧溶解度:氧在水中溶解度很低,在25℃及1大氣壓時(shí),其溶解度為:0.26mgmol/L,在發(fā)酵液中為0.2mgmol/L,且溶氧隨著溫度上升而下降。亨利常數(shù):在一大氣壓力下,液體中氧氣溶解度與總壓力和其他氣體存在無關(guān),它只與氧分壓成正比,由此得到亨利常數(shù)。影響需氧因素培養(yǎng)基:培養(yǎng)基成分和濃度對(duì)菌體需O2影響較大。發(fā)酵過程中往往采用補(bǔ)料,可使菌體攝O2率增長(zhǎng)。菌齡:菌種不同其耗O2量也有差別,普通年輕菌體具備較高呼吸強(qiáng)度。培養(yǎng)條件:如溫度,PH等對(duì)菌體呼吸強(qiáng)度均有影響,在一定范疇內(nèi),溫度越高,營(yíng)養(yǎng)成分越多,其O2臨界值也相應(yīng)高。有毒產(chǎn)物形成和積累:如NH3、CO2等代謝產(chǎn)物對(duì)菌體呼吸也有影響;影響供氧方面因素?cái)嚢瑁簲嚢栊Ч葰饬魉俣却?,即轉(zhuǎn)速大小對(duì)菌體影響比氣流大小效果大。攪拌作用:將氣泡打碎:從而增長(zhǎng)O2傳遞面積;使料液形成渦流:可延長(zhǎng)氣泡在料液中停留時(shí)間;使料液增長(zhǎng)湍動(dòng)限度:減少氣泡周邊液膜厚度,而增大KLa值(氧傳遞系數(shù))。(負(fù)作用)剪切作用:攪拌器葉尖對(duì)菌絲或細(xì)胞導(dǎo)致?lián)p傷;(負(fù)作用)氣封:氣泡過載時(shí),攪拌功率下降,氣泡布滿整個(gè)罐體空間,乃至于從出氣口溢出,回落時(shí)常導(dǎo)致污染。氧吸取值(Kla)雷諾數(shù),決定流體流態(tài)準(zhǔn)數(shù)檔板,設(shè)立于發(fā)酵罐內(nèi)壁上,普通為4塊,其作用是在攪拌時(shí)使料液不下旋,形成軸向運(yùn)動(dòng),以提高汽液混合效果,改進(jìn)O2傳遞。空氣流速。第八章發(fā)酵生產(chǎn)參數(shù)檢測(cè)及自動(dòng)控制發(fā)酵工程要獲得高效生物產(chǎn)品,其重要秘訣可歸納為三點(diǎn),即:高產(chǎn)菌株;先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備;科學(xué)管理;(涉及補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)和前體等)。發(fā)酵過程中參數(shù)測(cè)量形式可分為三種就地信號(hào)系統(tǒng),對(duì)發(fā)酵過程不發(fā)生影響,如PH、溶氧,罐壓測(cè)量;在線測(cè)量系統(tǒng),運(yùn)用持續(xù)取樣系統(tǒng)與有關(guān)分析器連接獲得測(cè)量信號(hào),如尾氣分析儀等;離線測(cè)量,在一定期間內(nèi)離散取樣,在罐外作解決分析,這種解決分析是原始常規(guī)分析辦法。由于微生物純培養(yǎng)需要對(duì)底物和反映器進(jìn)行高溫滅菌,因而規(guī)定所有傳感器應(yīng)具備有耐溫耐壓和抗干擾性能。溫度測(cè)量,重要由如下兩某些構(gòu)成感溫元件慣用熱電阻有兩種鉑電阻銅電阻二次儀表生物熱測(cè)量,可通過測(cè)量出水溫計(jì)算發(fā)酵熱。檢測(cè)菌量辦法諸多,如稱重法,離心法,濁度法,細(xì)胞蛋白測(cè)定法,核酸測(cè)定法,染色計(jì)數(shù)法和平板計(jì)數(shù)測(cè)量辦法。發(fā)酵過程自動(dòng)控制涉及如下內(nèi)容:控制與發(fā)酵密切有關(guān)重要目的:如溫度、PH、底物濃度、生物量等;控制操作:如管道閥門開關(guān),泵起動(dòng)或停止;控制動(dòng)作對(duì)過程狀態(tài)影響模型:如在控制細(xì)胞生長(zhǎng)率時(shí),基質(zhì)濃度和加入基質(zhì)速率之間關(guān)系數(shù)學(xué)式。自動(dòng)控制系統(tǒng)類型前饋控制,當(dāng)被控對(duì)象被干擾,動(dòng)態(tài)反映慢時(shí),可通過測(cè)量一種動(dòng)態(tài)反映快變量(干擾量)來預(yù)測(cè)被控對(duì)象變化,使其變化尚未發(fā)生時(shí)提前實(shí)行控制,這種辦法稱前饋控制。反饋控制自適應(yīng)控制發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)是由傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換器、過程接口和監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成。第九章培養(yǎng)基滅菌與滅菌設(shè)備污染會(huì)導(dǎo)致如下不良后果使培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)組分和產(chǎn)物因雜菌消耗而損失,導(dǎo)致生產(chǎn)力下降;雜菌消耗底物后產(chǎn)生代謝物給提取帶來困難,導(dǎo)致產(chǎn)率減少、質(zhì)量下降;有些雜菌會(huì)分解目產(chǎn)物,導(dǎo)致生產(chǎn)失??;污染菌代謝物變化發(fā)酵環(huán)境、PH變化等,使反映發(fā)生異常變化;如遇嗜菌體污染,則導(dǎo)致發(fā)酵生產(chǎn)失敗滅菌辦法化學(xué)藥劑滅菌,普通用于無菌室操作臺(tái)、發(fā)酵周邊環(huán)境,不能加入培養(yǎng)料內(nèi)。高錳酸鉀:0.1%高錳酸鉀可用于皮膚、水果、飲具等消毒。在酸性溶液中,如1%高錳酸鉀與1.1%HCL混合。30秒內(nèi)可殺死碳疽芽孢桿菌。缺陷是易與有機(jī)物生成不溶性MnO2沉淀,當(dāng)前國(guó)外已停用作消毒劑。過氧化氫(H2O2):活潑氧化劑,易分解成水和氧。慣用3%H2O2溶液作口痰消毒,能殺死痰疽病菌。重金屬類1‰升汞液(二氧化汞):重要與酶“-SH”基結(jié)合,使酶失去活性,只能對(duì)非金屬器皿,皮膚消毒,不能用于食品;1%硝酸銀,可防止淋球菌類傳染。鹵素30%矽氟氫酸、2-10ppm氯氣、2.5%碘液、漂白粉0.5-1%液有機(jī)化合物2-5%苯酚(石碳酸),用于器皿、操作臺(tái)等表面消毒;70%酒精,用于皮膚、操作臺(tái)表面消毒;甲醛,30-40%甲醛(稱福爾馬林)可用于尸體保存,10ml/1m3空氣滅菌(可加入適量高錳酸鉀參加反映);新潔爾(季銨鹽),0.25%用于皮膚、器皿消毒。加熱滅菌干熱滅菌火焰滅菌,直接用火焰灼燒,如酒精燈接種,進(jìn)罐接種(土法);熱空氣滅菌,在干燥箱內(nèi),升溫160-170°/1-2h,可達(dá)到滅菌目,多用于玻璃器皿等。濕熱滅菌巴氏滅菌,將原料在60℃加熱30分鐘或70℃加熱15分鐘,可殺滅原料中營(yíng)養(yǎng)菌體,此法適合于牛奶、啤酒、黃酒、醬油、醋等類食品滅菌;間歇滅菌,即常溫滅菌,在100℃滅30-60分鐘,待24h后,再滅一次,如此重復(fù)三次達(dá)到殺滅芽孢目,此法周期長(zhǎng),普通少用,但邊遠(yuǎn)山區(qū)食用菌栽培原料滅菌尚可用;高壓蒸汽滅菌,1.1kg/cm2(121℃)維持15-20分鐘,可殺滅基質(zhì)中所有營(yíng)養(yǎng)體和芽孢,此法慣用于批量發(fā)酵滅菌。射線滅菌慣用射線為紫外線,波長(zhǎng)為2100-3100°A紫外線有滅菌作用。慣用波長(zhǎng)為2537°A,用于設(shè)備、器邊表面以及空氣消毒。此外也可用X-射線(0.06-1.4°A)和r-射線(0.01-0.14°A)等高能電池波滅菌。過濾除菌基質(zhì)過濾:慣用過濾器(孔目<0.2u),用于過濾病毒或某些不適當(dāng)加熱滅菌維生素、氨基酸、血清等??諝膺^濾:進(jìn)入發(fā)酵罐空氣必要通過過濾,工業(yè)上慣用玻璃纖維、活性碳、石棉、紙板等介質(zhì)作為過濾材料。在使用高壓滅菌鍋時(shí),應(yīng)將鍋內(nèi)冷氣排出,否則壓力表上度數(shù)不能代表蒸汽實(shí)際壓力溫度,從而達(dá)不到滅菌目。滅菌完畢還應(yīng)緩緩減壓,否則容器內(nèi)料液會(huì)與排出蒸汽產(chǎn)生共沸,將棉塞或塞蓋沖掉導(dǎo)致粘污,培養(yǎng)時(shí)易帶來污染,而應(yīng)在壓力表降至4至0度時(shí)開蓋,以免發(fā)生事故。每種微生物均有自己生長(zhǎng)溫度范疇,當(dāng)處在最低溫度時(shí),菌體代謝幾乎停止,細(xì)胞處在休眠狀態(tài),當(dāng)溫度超過最高限量時(shí),菌體蛋白酶系變性,菌體代謝活動(dòng)停止,菌株死亡。熱滅菌法就是依照這一原理進(jìn)行。致死溫度:殺滅該菌體極限溫度(使蛋白變性溫度)。致死時(shí)間:在致死溫度下殺滅所有菌體所需要時(shí)間,普通超過致死溫度越高,致死時(shí)間越短。熱阻:菌體在某一特定條件下(溫度及加熱方式)致死時(shí)間。相對(duì)熱阻:一種菌與另一種菌在同等條件下致死時(shí)間比值稱為相對(duì)熱阻。在滅菌過程中,培養(yǎng)基中雜菌被滅掉后,其營(yíng)養(yǎng)成分也隨著著被破壞。在高溫高壓狀況下,氨基酸、維生素、糖均有不同限度地被破壞。滅菌以殺滅芽孢為準(zhǔn)批量滅菌,培養(yǎng)基批量滅菌是將配好基料填入發(fā)酵罐中,通入蒸汽進(jìn)行滅菌過程,又稱實(shí)罐滅菌。批量滅菌過程可分為三個(gè)階段,即升溫、保溫和冷卻,滅菌重要是在保溫階段實(shí)現(xiàn)。因而,獲得批量滅菌成功三要素為:合理設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造:即無死角、焊縫、軸封等裝置可靠,蛇管、保溫層等無穿孔現(xiàn)象;蒸汽壓力穩(wěn)定:普通保持在5-8kg/cm;合理操作辦法。持續(xù)滅菌是將培養(yǎng)基在高溫迅速狀況下進(jìn)行滅菌,其長(zhǎng)處是可以保存基質(zhì)中較高有效成分,同步提高發(fā)酵罐運(yùn)用率。持續(xù)滅菌設(shè)備是由加熱、維持和冷卻三某些構(gòu)成,因而設(shè)備比較復(fù)雜,投資較大。在采用持續(xù)滅菌時(shí),發(fā)酵罐、加熱器、維持罐,和冷卻器都要先進(jìn)行滅菌,然后才進(jìn)行培養(yǎng)料持續(xù)滅菌,耐熱和不耐熱物料可分開滅菌,以免營(yíng)養(yǎng)損失或生成有害物質(zhì)。發(fā)酵過程是發(fā)酵中心階段。在這個(gè)階段,除了要隨時(shí)取樣檢測(cè)培養(yǎng)液中細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等,以理解發(fā)酵進(jìn)程外,還要及時(shí)添加必須培養(yǎng)基組分,以滿足菌種營(yíng)養(yǎng)需要。同步,要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件。這是由于環(huán)境條件變化,不但會(huì)影響菌種生長(zhǎng)繁殖,并且會(huì)影響菌種代謝產(chǎn)物形成。對(duì)溶氧控制,可以通過通氣量和攪拌速度加以調(diào)節(jié)。對(duì)pH控制,可以通過加料裝置,添加酸或堿進(jìn)行調(diào)節(jié),也可以在培養(yǎng)基中添加pH緩沖液等。第十章發(fā)酵設(shè)備一種良好發(fā)酵罐應(yīng)具備如下條件構(gòu)造嚴(yán)密:能經(jīng)受高溫高壓(2kg/cm以上,150℃),耐腐蝕,內(nèi)壁光滑,內(nèi)部附件少,無死角;有良好氣、液混合性能:使物質(zhì)傳遞、氣液互換能有效進(jìn)行;應(yīng)有適當(dāng)高、徑比(普通為4:1.7左右),罐體長(zhǎng)則氧運(yùn)用率相應(yīng)較高;有良好熱互換面積:以利于滅菌、控溫等;有消沫裝置:減少泡沫生成,提高裝料系數(shù);有必要、可靠檢測(cè)控制儀表。發(fā)酵罐構(gòu)造罐體罐體是培養(yǎng)微生物主體容器,為了適應(yīng)純培養(yǎng)需要,對(duì)發(fā)酵罐造材設(shè)計(jì)規(guī)定如下:用材規(guī)定:用碳鋼或不銹鋼(碳鋼許應(yīng)力1270kg/cm,不銹鋼許應(yīng)力為1330kg/cm)。大型發(fā)酵罐可用復(fù)合不銹鋼或不銹鋼襯里,襯里厚度為2一3mm;罐體高徑比:規(guī)定在1.7—4.1范疇內(nèi),以便提高空氣運(yùn)用率;規(guī)定封閉嚴(yán)密,耐溫耐壓:普通滅菌壓力為2.5×105Pa故設(shè)計(jì)壓力應(yīng)超過此范疇;為清洗、維修、安裝以便:小型罐頂應(yīng)設(shè)清洗快開手孔,大型罐則設(shè)有人孔,以便檢修;罐頂應(yīng)設(shè)觀測(cè)孔、進(jìn)料管、補(bǔ)料管、排氣管、接種管和壓力表管;罐身應(yīng)設(shè)冷卻水進(jìn)出管,空氣進(jìn)管、溫度計(jì)管或測(cè)控儀器接口;其安裝原則是盡量減少開口,罐內(nèi)不留死角,便于清洗,滅菌和排料。攪拌器攪拌器作用是將通入滅菌空氣打碎成小氣泡,充分與發(fā)酵液混合,增長(zhǎng)氣液接觸面,提高氧傳遞率,同步使料液充分混合,保持懸浮狀態(tài)。擋板擋板作用是使發(fā)酵液隨軸向上旋轉(zhuǎn),促使料液激烈翻動(dòng),增長(zhǎng)溶O2速率。擋板安裝于發(fā)酵罐內(nèi)壁,普通4-6塊。消泡器機(jī)械消泡器作用重要是將泡沫打碎,以免泡沫外溢導(dǎo)致污染。消泡器分罐內(nèi)和罐外裝置,罐內(nèi)慣用鋸齒式,梳狀式和孔板式。變速裝置連軸器與軸承軸封空氣分布裝置將通入發(fā)酵罐無菌空氣分散,使其均勻地散布于料液中裝置。換熱裝置在發(fā)酵與釀造過程中,為了加速蒸煮、糖化、發(fā)酵反映速度,對(duì)于使用固體原料,常需將其粉碎。使大塊固體物料破碎成小塊物料操作,普通稱為粉碎,而使小塊物料進(jìn)一步粉碎為粉末狀物料,則稱為磨碎或研磨。在生產(chǎn)過程中,粉碎效果好壞,不但直接反映出粉碎操作合理性和經(jīng)濟(jì)性,并且會(huì)間接影響到蒸煮、糖化、發(fā)酵效果。粉碎裝置錘式粉碎機(jī)錘式粉碎機(jī)是運(yùn)用迅速旋轉(zhuǎn)錘刀對(duì)物料進(jìn)行沖擊粉碎,廣泛用于各種中檔硬度物料中碎與細(xì)碎作業(yè)。1.篩網(wǎng)1.篩網(wǎng)2.軸3.錘刀4.沖擊板5.機(jī)殼輥式粉碎機(jī)輥式粉碎機(jī)廣泛應(yīng)用于粉碎顆狀物料中碎或細(xì)碎作業(yè)1.彈簧1.彈簧2.物料3.滾筒4.機(jī)座按操作方式可將發(fā)酵分為批發(fā)酵和持續(xù)發(fā)酵,但并不是所有發(fā)酵罐可以同步合用于這兩種發(fā)酵系統(tǒng)。批發(fā)酵時(shí),發(fā)酵工藝條件隨營(yíng)養(yǎng)液消耗和產(chǎn)物形成而變化。每批發(fā)酵結(jié)束,要放罐清洗和重新滅菌,再開始新一輪發(fā)酵。批發(fā)酵系統(tǒng)是非穩(wěn)定態(tài)過程。持續(xù)發(fā)酵時(shí),新鮮營(yíng)養(yǎng)液持續(xù)流加入發(fā)酵罐內(nèi),同步產(chǎn)物持續(xù)地流出發(fā)酵罐。批發(fā)罐重要長(zhǎng)處是污染雜菌比例小,操作靈活性強(qiáng),可用來進(jìn)行幾種不同產(chǎn)品生產(chǎn)。其缺陷是發(fā)酵罐非生產(chǎn)停留時(shí)間所占比重大,非穩(wěn)態(tài)工藝過程設(shè)計(jì)和操作困難。持續(xù)發(fā)酵重要長(zhǎng)處是可持續(xù)運(yùn)營(yíng)幾種月時(shí)間,非生產(chǎn)時(shí)間很短,較高底物轉(zhuǎn)化系數(shù),具備較高反映體積速率;缺陷是容易染菌,它合用于不易染菌產(chǎn)品如丙酮、丁醇、酒精、啤酒發(fā)酵等。第十一章空氣除菌設(shè)備工業(yè)發(fā)酵需要大量無菌空氣,除菌辦法諸多,如:過濾除菌、靜電除菌、輻射滅菌和熱滅菌等。但各種辦法除菌效果,設(shè)備條件,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)各不相似,因此除菌限度依照發(fā)酵工藝規(guī)定而定。普通各種射線,化學(xué)試劑滅菌法慣用于無菌室、培養(yǎng)室、倉(cāng)庫(kù)等處空氣滅菌。而過濾除菌和加熱滅菌則是工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中慣用滅菌辦法,兩種辦法經(jīng)常結(jié)合使用,可獲得較好效果。壓縮空氣預(yù)解決,提供發(fā)酵用純空氣是經(jīng)空壓機(jī)壓出,通過濾器除菌。大氣中由于具有塵埃及微生物,因而空壓機(jī)取氣口應(yīng)設(shè)粗過濾器,并安頓在清潔環(huán)境或向空中伸展一定位置,盡量減少污染。經(jīng)壓縮空氣溫度很高,可運(yùn)用其熱量滅菌;當(dāng)空氣冷卻后又具備較高相對(duì)溫度,可導(dǎo)致冷凝水折出;同步空氣通過壓縮機(jī)會(huì)帶上油霧,這些油霧和水滴會(huì)使過濾設(shè)備除菌能力下降乃至發(fā)酵失敗。因而,壓縮空氣在進(jìn)入過濾器前必要通過預(yù)解決。空氣除菌流程空氣過濾裝置粗過濾器,空壓機(jī),空氣儲(chǔ)罐,空氣冷卻器,氣液分離器,填料分離器,空氣過濾器(最后一道過濾器)相對(duì)含水量空氣中水蒸氣分壓與同溫度下飽和蒸汽壓之比稱為相對(duì)含水量或相對(duì)濕度。絕對(duì)含水量1kg干空氣中所含水蒸汽質(zhì)稱作空氣濕度或絕對(duì)含水量。露點(diǎn)空氣濕度達(dá)到飽和時(shí)溫度。第十二章厭氧發(fā)酵及其設(shè)備厭氧發(fā)酵分固態(tài)和液態(tài)發(fā)酵,液態(tài)發(fā)酵又分批量發(fā)酵和持續(xù)發(fā)酵以及固定化技術(shù)發(fā)酵等。固態(tài)發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵慣用于釀酒、制曲、檸檬酸以及青貯飼料生產(chǎn),現(xiàn)著重以釀酒為例予以討論。固態(tài)發(fā)酵是一種古老老式辦法,它具備四大特點(diǎn):采用比較低溫度采用比較低溫度,使糖化和發(fā)酵同步進(jìn)行。淀粉釀酒必要通過糖化和發(fā)酵過程;水份本是包括于原料顆粒中;老式工藝固態(tài)發(fā)酵重要靠手工操作,菌種是麩曲或曲汁類型進(jìn)行拌料,然后入窖或封缸發(fā)酵。其發(fā)酵過程中固、液、氣三態(tài)并存,故其產(chǎn)品風(fēng)味與液態(tài)發(fā)酵有明顯差別;敞口操作整個(gè)操作過程中,除原料蒸煮過程能起到滅菌作用外,拌料所用工具、水、空氣、場(chǎng)地等都能將大量微生物帶入料醅中,它們將與曲種協(xié)同作用,從而產(chǎn)生出豐富香味物質(zhì),因而固態(tài)發(fā)酵是多菌種混合發(fā)酵。厭氧發(fā)酵長(zhǎng)處投資很小,只需要厭氧池。單位面積解決量大。勞動(dòng)強(qiáng)度小,操作簡(jiǎn)樸。物質(zhì)損耗小,只損耗1---3%。雜菌易于控制,可采用生料發(fā)酵。產(chǎn)品香酸可口。發(fā)酵管理簡(jiǎn)樸,規(guī)定較粗放。厭氧發(fā)酵缺陷產(chǎn)品生物活性較低,產(chǎn)酶性能弱,微生物生長(zhǎng)慢,發(fā)酵周期長(zhǎng);不能用來解決淀粉含量高原料,由于產(chǎn)熱量高,易燒壞料。中華人民共和國(guó)十大名酒:貴州茅臺(tái)、五糧液、西鳳酒、雙溝大曲、洋河大曲、古井貢、劍南春、瀘州老窖特曲酒、汾酒、董酒。用曲多,發(fā)酵期長(zhǎng),多次發(fā)酵,多次取酒等獨(dú)特工藝,這是茅臺(tái)酒風(fēng)格獨(dú)特、品質(zhì)優(yōu)秀重要因素。釀制茅臺(tái)酒要通過兩次加生沙(生糧)、八次發(fā)酵、九次蒸餾,生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)八九個(gè)月,再陳貯三年以上,勾兌調(diào)配,然后再貯存一年,使酒質(zhì)更加和諧醇香,綿軟柔和,方準(zhǔn)裝瓶出廠,所有生產(chǎn)過程近五年之久。茅臺(tái)酒是風(fēng)格最完美醬香型大曲酒之典型。好氧固態(tài)發(fā)酵一種好氧混合菌液固態(tài)發(fā)酵糟渣秸桿生產(chǎn)菌體蛋白飼料辦法。其重要特點(diǎn)是:運(yùn)用含水比為60-80%糟渣,加入秸稈和糠麩和玉米面,均勻攪拌,使其含水量達(dá)到45-55%;加入相對(duì)于干料總量為0-4%硫酸銨,相對(duì)于干料總量為0-3%尿素;用1%石灰水調(diào)至pH5.5—6.5;接入相對(duì)于干料總量為8-12%由白地霉、假絲酵母、根霉混合菌液;在溫度為28-32℃,通風(fēng)條件下發(fā)酵18-24小時(shí),制成蛋白飼料。好氧固態(tài)發(fā)酵長(zhǎng)處產(chǎn)品生物活性很高,維生素含量很豐富,酶活產(chǎn)量高。能最大限度地轉(zhuǎn)化非蛋白氮為真蛋白氮。蛋白含量由于物質(zhì)損耗而得以提高。發(fā)酵時(shí)間短(1---3天)。因而生產(chǎn)酶制劑和為維生素等都是好氧發(fā)酵。培養(yǎng)物易于干燥。好氧固態(tài)發(fā)酵缺陷投資相對(duì)較大。雜菌難以控制,易污染雜菌而產(chǎn)生難聞氨味,衛(wèi)生條件規(guī)定較高。物質(zhì)損耗大(好氧呼吸所至),損耗達(dá)到820%。勞動(dòng)強(qiáng)度大,管理很復(fù)雜。占地面積大,料厚度僅可以在3—30CM,有也許發(fā)酵失敗,技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大。原料普通規(guī)定蒸煮解決,用以滅菌發(fā)酵有時(shí)可以將好氧發(fā)酵與厭氧發(fā)酵結(jié)合起來,例如,老式制醬油過程,先將豆子與麥夫混合物料滅菌,接種米曲霉發(fā)酵幾天,菌絲長(zhǎng)滿后(好氧發(fā)酵產(chǎn)生了大量蛋白酶),裝入壇中,同步加入鹽,密封(厭氧解決),這時(shí)蛋白酶發(fā)揮酶解作用,使大豆蛋白分解產(chǎn)氨基酸,得到高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值美味醬制品,豆豉生產(chǎn)與此相稱。液體發(fā)酵,其特點(diǎn)如下:在發(fā)酵容器內(nèi)進(jìn)行,不是敞口操作;對(duì)無菌規(guī)定高:對(duì)基料、發(fā)酵容器、用品等都要滅菌;發(fā)酵周期短,底物運(yùn)用完全,發(fā)酵運(yùn)用率高,產(chǎn)量大,合用于大規(guī)模機(jī)械化、持續(xù)化生產(chǎn);發(fā)酵控制PH、溫度、CO2等中間分析與好氧發(fā)酵相似,都可采用持續(xù)控制或自動(dòng)控制;發(fā)酵裝置不需攪拌、通氣,故比好氣發(fā)酵相對(duì)簡(jiǎn)樸。持續(xù)發(fā)酵優(yōu)缺陷長(zhǎng)處發(fā)酵周期短,設(shè)備運(yùn)用率高;節(jié)約人力物力,容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化;培養(yǎng)液濃度和代謝物含量相對(duì)穩(wěn)定;產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定。缺陷尚不能所有代替老式間歇發(fā)酵,僅在厭氧發(fā)酵中有較多產(chǎn)品可行。(如用于好氧發(fā)酵,其污染和菌種突變等問題難于解決)固定化細(xì)胞是在固定化酶基本上發(fā)展起來一項(xiàng)新技術(shù)。它是用某些高分子材料將菌種細(xì)胞吸附,絮凝或包埋后置一定容器內(nèi)作持續(xù)發(fā)酵。具備如下特點(diǎn):長(zhǎng)處:反映迅速、生產(chǎn)能力高;持續(xù)發(fā)酵,料液邊進(jìn)邊出,不發(fā)生細(xì)胞流失現(xiàn)象;可避免批量生產(chǎn)中反饋抑制現(xiàn)象和產(chǎn)物消耗;操作以便,能較好地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。缺陷:需將細(xì)胞固定,其操作較繁,生產(chǎn)中易導(dǎo)致污染。固定化辦法三種類型用絮凝劑將細(xì)胞凝聚,成網(wǎng)狀構(gòu)造;包埋法:用高分子材料將細(xì)胞包埋或凝膠(如用聚乙烯醇、海藻酸鈉等材料包埋);吸附性:用有機(jī)或無機(jī)多孔材料將細(xì)胞吸附(材料具備電負(fù)性)。酒精發(fā)酵罐,整體為圓柱形罐頂開口:①進(jìn)料口;②人孔;③接種管;④排氣孔;⑤壓力表;⑥視鏡等。罐底開口:排料口和排污口(兩口可合并)下部設(shè):①取樣口;②溫度、儀表插孔。內(nèi)部:①蛇管換熱器;②噴射洗滌裝置。厭氣發(fā)酵罐有關(guān)尺寸:H/D=1.1-1.5(M)啤酒發(fā)酵設(shè)備,啤酒分前發(fā)酵和后發(fā)酵,前發(fā)酵產(chǎn)品為嫩啤酒,經(jīng)后發(fā)酵后才成熟。后發(fā)酵設(shè)備,又稱貯酒罐,完畢嫩啤酒(生啤酒)繼續(xù)發(fā)酵,飽和CO2,增進(jìn)啤酒穩(wěn)定、澄清成熟。第十三章提取與精制微生物發(fā)酵工程中,菌種選育和發(fā)酵生產(chǎn)管理稱為上游和中游工程,而把分離純化技術(shù),稱為下游工程(downstreamprocessing)。應(yīng)用發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品有兩類:一類是代謝產(chǎn)物,另一類是菌體自身,如酵母菌和細(xì)菌等。分離提純后產(chǎn)品,還要通過質(zhì)量檢查合格后,才干成為正式產(chǎn)品。產(chǎn)品不同,分離提純辦法普通不同:如果產(chǎn)品是菌體,可采用過濾、沉淀等辦法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來;如果產(chǎn)品是代謝產(chǎn)物,可采用蒸餾、萃取、離子互換等辦法進(jìn)行提取。提取時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn):時(shí)間短,速度快;溫度盡量低;pH應(yīng)調(diào)至適合產(chǎn)品穩(wěn)定范疇;對(duì)發(fā)酵罐及關(guān)于管道設(shè)備進(jìn)行清洗消毒;存儲(chǔ)發(fā)酵液溶器,管道應(yīng)具備防腐蝕,易清洗特點(diǎn)。各類提取辦法吸附法:可用活性碳、活性白土、氧化鋁、樹脂等介質(zhì)作為吸附劑,將產(chǎn)物吸附后再萃取;溶媒萃取:使用有機(jī)溶劑如乙醚、乙酸乙酯、乙醇等將產(chǎn)物萃取后,再通過加熱回收溶劑獲得產(chǎn)品;離子互換法:用離子互換樹脂吸附,產(chǎn)品若為陰性則用陽(yáng)離子互換樹脂;產(chǎn)品若為陽(yáng)性,則用陰離子樹脂,吸附后再用緩沖液洗脫,將洗脫液濃縮提?。怀恋矸ǔ恋矸梢苑譃槿缦聨最悾蝴}析法:多用于分離各中蛋白質(zhì)和酶。有機(jī)溶劑沉淀法:多用于生物小分子,多糖及核酸等產(chǎn)品分離純化,也可用于蛋白質(zhì)沉淀。等電點(diǎn)沉淀法:用于氨基酸,蛋白質(zhì)及其她兩性物質(zhì)沉淀。非離子型聚合物沉淀法:多用于生物大分子分離。聚電解質(zhì)沉淀法:用于酶和食品蛋白質(zhì)沉淀。生成鹽復(fù)合物法:用于各種化合物由其是小分子物質(zhì)沉淀。熱變性或酸堿變性沉淀法:又稱選取性變性沉淀,可有選取地除去某些不耐熱或在一定PH條件下易變性雜蛋白。其她沉淀法:只針對(duì)某一種或某一物質(zhì)產(chǎn)生沉淀辦法。蒸餾法:若產(chǎn)品沸點(diǎn)較低沉淀,可采用此法提取,如酒精、丙酮、丁醇、甲醇、甘油等。選取提取辦法根據(jù)物化性質(zhì):酸性(強(qiáng)酸或弱酸);中性;堿性(強(qiáng)堿或弱堿);理解其PK值(解離常數(shù))和PI值(等電點(diǎn));溶媒性質(zhì),PH,溫度,以及哪些物質(zhì)與其產(chǎn)生沉淀等。產(chǎn)物穩(wěn)定性理解產(chǎn)物在什么環(huán)境條下最穩(wěn)定,以便建立相應(yīng)提取條件,特別是最佳PH值和最佳溫度條件。精制辦法有如下某些:除鹽:普通用離子互換樹脂,可將溶液中無機(jī)離子去除。鹽析:在產(chǎn)品溶液中加入鹽類(如硫酸銨、氯化鈉等)沉淀劑,以減少產(chǎn)品在溶劑中溶解度,從而沉淀或轉(zhuǎn)入溶媒相。脫色和去除熱原質(zhì):發(fā)酵液中往往存在色素和磷脂、蛋白、多糖(熱原質(zhì)),可用活性碳去除,也可采用DEAE(二乙胺乙基),葡聚糖凝膠去除。重結(jié)晶:運(yùn)用產(chǎn)物能形成某些不溶性鹽類而從溶液中析出,然后再將其轉(zhuǎn)化、純化、再溶解、結(jié)晶,進(jìn)一步提高其純度,此法又稱中間鹽轉(zhuǎn)移法。第十四章發(fā)酵工藝條件擬定天然培養(yǎng)基是采用化學(xué)成分還不清晰或化學(xué)成分還不恒定各種植物和動(dòng)物組織或微生物浸出物、水解液等物質(zhì)(例如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、蛋白胨等)制成。適合于各類異養(yǎng)微生物生長(zhǎng),而普通自養(yǎng)微生物都不能生長(zhǎng)。合成培養(yǎng)基是用化學(xué)成分和數(shù)量完全理解物質(zhì)配制而成。成分精確,重復(fù)性強(qiáng),可以減少不能控制因素。合用于在實(shí)驗(yàn)室范疇作關(guān)于營(yíng)養(yǎng)、代謝、分類鑒定、生物測(cè)定及選育菌種、遺傳分析等定量研究工作。但普通微生物在合成培養(yǎng)基上生長(zhǎng)較慢,有些微生物營(yíng)養(yǎng)規(guī)定復(fù)雜,在合成培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)。半合成培養(yǎng)基多數(shù)培養(yǎng)基配制是采用一某些天然有機(jī)物作碳源、氮源和生長(zhǎng)因子來源,再恰當(dāng)加入某些化學(xué)藥物以補(bǔ)充無機(jī)鹽成分,使其更能充分滿足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)需要。大多數(shù)微生物都能在此培養(yǎng)基上生長(zhǎng)繁殖。因而,在微生物工業(yè)生產(chǎn)上和實(shí)驗(yàn)研究中被廣泛使用。工業(yè)發(fā)酵中培養(yǎng)基往往是根據(jù)生產(chǎn)流程和作用分為:斜面培養(yǎng)基這是供微生物細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖用,涉及細(xì)菌,酵母等斜面培養(yǎng)基以及霉菌、放線菌生孢子培養(yǎng)基或麩曲培養(yǎng)基等。此類培養(yǎng)基重要作用是供應(yīng)細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖所需各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。種子培養(yǎng)基(涉及搖瓶種子和小罐種子培養(yǎng)基)培養(yǎng)種子目:擴(kuò)大培養(yǎng),增長(zhǎng)細(xì)胞數(shù)量;同步也必要培養(yǎng)出強(qiáng)健、健康、活性高細(xì)胞。為了使細(xì)胞迅速進(jìn)行分裂或菌絲迅速生長(zhǎng)。特點(diǎn):必要有較完全和豐富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),特別需要充分氮源和生長(zhǎng)因子;種子培養(yǎng)基中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度不必太高;種子培養(yǎng)基成分還應(yīng)考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基重要成分相近。發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基選取必要提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物基本成分;有助于減少培養(yǎng)基原料單耗,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;有助于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物濃度,以提高單位容積發(fā)酵罐生產(chǎn)能力;有助于提高產(chǎn)物合成速度,縮短發(fā)酵周期;盡量減少副產(chǎn)物形成,便于產(chǎn)物分離純化;原料價(jià)格低廉,質(zhì)量穩(wěn)定,取材容易;所用原料盡量減少對(duì)發(fā)酵過程中通氣攪拌影響,利于提高氧運(yùn)用率,減少能耗;有助于產(chǎn)品分離純化,并盡量減少產(chǎn)生“三廢”物質(zhì)。搖瓶培養(yǎng)基前體物質(zhì)是指當(dāng)添加到發(fā)酵培養(yǎng)基中某些化學(xué)物質(zhì)基本上不變化其分子構(gòu)造而直接進(jìn)入產(chǎn)物中小分子物質(zhì),從而在一定條件下控制產(chǎn)物合成方向和提高產(chǎn)量。培養(yǎng)基擬定辦法一方面必要做好調(diào)查研究工作,理解菌種來源、生活習(xí)慣、生理生化特性和普通營(yíng)養(yǎng)規(guī)定;另一方面對(duì)生產(chǎn)菌種培養(yǎng)條件,生物合成代謝途徑,代謝產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)、分子構(gòu)造、普通提煉辦法和產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)定等也需要有所理解,以便在選取培養(yǎng)基時(shí)做到心中有數(shù);最佳先選取一種較好化學(xué)合成培養(yǎng)基做基本,開始時(shí)先做某些搖瓶實(shí)驗(yàn);然后進(jìn)一步做小型發(fā)酵罐培養(yǎng),摸索菌種對(duì)各種重要有機(jī)碳源和氮源運(yùn)用狀況和產(chǎn)生代謝產(chǎn)物能力。注意培養(yǎng)過程中pH變化,觀測(cè)適合于菌種生長(zhǎng)繁殖和適合于代謝產(chǎn)物形成兩種不同pH,不斷調(diào)節(jié)配比來適應(yīng)上述各種狀況。注意每次只限一種變動(dòng)條件,有了初步成果后來,先擬定一種培養(yǎng)基配比。培養(yǎng)條件溫度普通在生物學(xué)范疇內(nèi)每升高10℃,生長(zhǎng)速度就加快一倍,因此溫度直接影響酶反映,對(duì)于微生物來說,溫度直接影響其生長(zhǎng)和合成酶。pH值培養(yǎng)基中pH值與微生物生命活動(dòng)有著密切關(guān)系,各種微生物有其可以生長(zhǎng)和最適生長(zhǎng)pH范疇。pH值過高、過低都會(huì)影響微生物生長(zhǎng)繁殖以及代謝產(chǎn)物積累??刂苝H值不但可以保證微生物良好生長(zhǎng),并且可以防止雜菌污染。氧微生物對(duì)氧需要不同,是由于依賴獲得能量代謝方面差別。好氣性菌重要是有氧呼吸或氧化代謝,厭氣菌為厭氣發(fā)酵(分子間呼吸),兼性厭氣菌則兩者兼而有之。不同微生物或同一微生物不同生長(zhǎng)階段對(duì)通風(fēng)量規(guī)定也不相似。種齡與接種量種子培養(yǎng)期應(yīng)取菌種對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期為宜,菌種過嫩或過老,不但延長(zhǎng)發(fā)酵周期,并且會(huì)減少產(chǎn)量。接種量大小直接影響發(fā)酵周期。接種量和培養(yǎng)物生長(zhǎng)過程延緩期長(zhǎng)短呈反比。接種量過多也無必要,因培養(yǎng)種子費(fèi)時(shí),并且過多地移人代謝廢物,反而會(huì)影響正常發(fā)酵。大量地接入培養(yǎng)成熟菌種長(zhǎng)處可以縮短生長(zhǎng)過程延緩期,因而縮短了發(fā)酵周期,提高了設(shè)備運(yùn)用率;節(jié)約了發(fā)酵培養(yǎng)動(dòng)力消耗;并有助于減少染菌機(jī)會(huì)。工業(yè)微生物培養(yǎng)法分為靜置培養(yǎng)和通氣培養(yǎng)兩大類型靜置培養(yǎng)法即將培養(yǎng)基盛于發(fā)酵容器中,在接種后,不通空氣進(jìn)行發(fā)酵,又稱為嫌氣性發(fā)酵。通氣培養(yǎng)法生產(chǎn)菌種以需氧菌和兼性需氧菌居多,它們生長(zhǎng)環(huán)境必要供應(yīng)空氣,以維持一定溶解氧水平,使菌體迅速生長(zhǎng)和發(fā)酵,又稱為好氣性發(fā)酵。產(chǎn)生泡沫因素通氣和機(jī)械攪拌使液體分散和空氣竄入,形成氣泡;培養(yǎng)基中某些成分變化或微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)氣憤泡,培養(yǎng)基中某些成分(如蛋白質(zhì)及其她膠體物質(zhì))分子,在氣泡表面排列形成結(jié)實(shí)薄膜。因而,氣泡不易破裂,聚成泡沫層。培養(yǎng)過程消泡辦法機(jī)械法:使用消泡器具等;化學(xué)法:發(fā)酵工業(yè)慣用消泡劑,有各種天然動(dòng)植物油及來自石油化工生產(chǎn)礦物油、改性油、表面活性劑等。而新型有機(jī)硅聚合物如硅油、硅樹脂等,則具備效率高、用量省、無毒性、無代謝性,同步兼有提高微生物合成酶等各種優(yōu)良特性,是一類有發(fā)展前程消泡劑。泡沫控制除了添加消泡劑外,改進(jìn)培養(yǎng)基成分也是相輔相成一種重要方面。染菌因素設(shè)備、管道、閥門漏損、滅菌不徹底;空氣凈化不好;無菌操作不嚴(yán)或菌種不純等。厭氧培養(yǎng)辦法深層穿刺分離培養(yǎng):用一根18-20mm直徑玻璃管,截成180-200mm長(zhǎng),洗凈烘干。一頭塞入橡皮塞,加入2/3管長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)瓊脂,塞上膠塞或塑料帽,滅菌,涼至凝固。穿刺接|種或待分離物。培養(yǎng)后可見到生長(zhǎng)厭氧微生物菌落。此時(shí)拔出橡皮塞,用無菌刀切割,分離再培養(yǎng)。此法對(duì)于普通厭氧微生物合用。深層穿刺與化學(xué)吸氧相結(jié)合:深層穿刺后,在培養(yǎng)基上部加一層非脫脂棉,再加一層脫脂棉,上面加入焦性沒食子酸和Na2℃O3粉末混合物,用膠塞或塑料帽蓋緊。焦性沒食子酸和Na2℃O3在有濕氣(即水分)存在條件下緩慢作用吸氧和放出CO2,導(dǎo)致厭氧狀態(tài),強(qiáng)化了厭氧條件。液體培養(yǎng)基法:液體培養(yǎng)基法重要是在培養(yǎng)基中加入一定還原物質(zhì)并隔絕空氣。常用有庖肉培養(yǎng)基法、硫乙醇酸鈉法、牛心腦浸液培養(yǎng)基法等。厭氧罐培養(yǎng)法:堿性焦性沒食子酸法:焦性沒食子酸與Na2℃O3反映可釋放出℃O2并吸取環(huán)境中氧。厭氧箱培養(yǎng)法:厭氧培養(yǎng)箱由厭氧環(huán)境操作箱、恒溫培養(yǎng)箱、高度真空傳遞箱、氣路控制系統(tǒng)、箱架、瓶架等某些構(gòu)成。培養(yǎng)箱溫度能自行調(diào)節(jié)控制,氣路安排合理,能任意輸入所需氣體和精確調(diào)節(jié)流量。箱內(nèi)備有紫外燈,可消毒操作室內(nèi)空氣。使用厭氧培養(yǎng)箱進(jìn)行厭氧微生物分離培養(yǎng)時(shí),整個(gè)操作過程可在正壓CO2或氮?dú)庀逻M(jìn)行,使整個(gè)接種過程在無氧狀態(tài)。因而,厭氧培養(yǎng)箱在分離,研究極端專性厭氧菌時(shí)更有其優(yōu)勢(shì)。第十五章產(chǎn)品提取純化設(shè)備過濾過濾是除去發(fā)酵液中殘?jiān)裙腆w微粒有效手段。其原理是運(yùn)用毛細(xì)孔物質(zhì)為介質(zhì),截留固體物質(zhì),使流體從小孔通過。有如下介質(zhì)供普通使用:粒狀介質(zhì):河沙、石礫、玻璃棉、木碳、活性白土等;織狀介質(zhì):天然或人造纖維所構(gòu)成濾布;如:麻、石棉、棉花,以及各種人造纖維或金屬絲;多孔陶瓷:運(yùn)用離心力或壓力使液體通過介質(zhì),而將固體物截留。離心過濾和離心沉降分離設(shè)備離心分離有兩種功能,一是離心分離,二是離心沉降。離心效果與離心力大小有關(guān),離心操作強(qiáng)度與分離因素成正比。第十六章生產(chǎn)舉例谷氨酸、單細(xì)胞蛋白、Bt、抗生素谷氨酸發(fā)酵及生產(chǎn)流程菌種選育→培養(yǎng)基配制→滅菌→擴(kuò)大培養(yǎng)和接種(二級(jí)種)→發(fā)酵管理→產(chǎn)品分離純化→配制→包裝→入庫(kù)谷氨酸發(fā)酵過程菌種:谷氨酸棒狀桿菌或黃色短桿菌等培養(yǎng)基:液體培養(yǎng)基(原料:豆餅或馬鈴薯等水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、氧化鉀、硫酸鎂、生物素等)發(fā)酵罐持續(xù)培養(yǎng)提取:用Na2CO3中和后,過濾、分離發(fā)酵培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)全面,缺少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),會(huì)影響菌種生長(zhǎng)繁殖及正常代謝活動(dòng)。如生物素(生物素是不飽和脂肪酸合成過程中所需乙酰CoA輔酶)是谷氨酸棒狀桿菌生長(zhǎng)因子,缺少生物素,谷氨酸合成就會(huì)受到影響。另一方面,各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例和濃度會(huì)影響菌種代謝途徑等。如在碳源和氮源比為3∶1時(shí),谷氨酸棒狀桿菌會(huì)大量合成谷氨酸,但當(dāng)碳源和氮源比為4∶1時(shí),谷氨酸棒狀桿菌只生長(zhǎng)而不合成谷氨酸。第三,當(dāng)pH下降,呈酸性時(shí),谷氨酸棒狀桿菌就會(huì)生成乙酰谷氨酰胺。谷氨酸生產(chǎn)普通采用三級(jí)發(fā)酵,即逐漸擴(kuò)大培養(yǎng)法,這樣有助于代謝物谷氨酸集累,其操作步奏如下:斜面菌種→搖床→一級(jí)種子罐→二級(jí)擴(kuò)大罐→三級(jí)發(fā)酵罐生物素缺陷型菌種因不能合成生物素,從而抑制了不飽和脂肪酸合成。而不飽和脂肪酸是磷脂構(gòu)成成分之一。因而,磷脂合成量也相應(yīng)減少,這就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜構(gòu)造不完整,從而提高細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸通透性。單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)工藝流程菌種(斜面)→搖床→種子罐→發(fā)酵罐(或發(fā)酵池)→發(fā)酵管理→分離(過濾、離心、沉淀等)→粗品→純化→干燥→產(chǎn)品加工→各種成品單細(xì)胞蛋白具備如下長(zhǎng)處第一,生產(chǎn)效率高,比動(dòng)植物高成千上萬倍,這重要是由于微生物生長(zhǎng)繁殖速率快;第二,生產(chǎn)原料來源廣。用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白微生物種類諸多,涉及細(xì)菌、放線菌、酵母菌、霉菌以及某些原生生物。這些微生物普通要具備下列條件:所生產(chǎn)蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高,
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