微生物工程重點全套

微生物工程重點第一章微生物工程的組成部分：（1）上游工程（2）生物反應(yīng)過程（3）下游工程微生物工業(yè)產(chǎn)品類型：（1）代謝產(chǎn)物初級代謝產(chǎn)物、次級代謝產(chǎn)物、基因工程外源蛋白（2）菌體活性微生物、富含有用物質(zhì)的微生物（3）酶制劑α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、果膠酶、纖維素酶等（4）轉(zhuǎn)化產(chǎn)品甾體激素、抗生素、前列腺素（5）機(jī)能利用凈化環(huán)境、生態(tài)平衡、探礦、采礦等發(fā)酵工業(yè)概念：發(fā)酵工業(yè)是傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代DNA重組、細(xì)胞融合等新技術(shù)相結(jié)合并發(fā)展起來的現(xiàn)代生物技術(shù)，并通過現(xiàn)代化學(xué)工程技術(shù)，生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接用于工業(yè)化生產(chǎn)的一種大工業(yè)體系。次級代謝：是指微生物在一定的生長時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質(zhì)的過程。次級代謝產(chǎn)物：通過次級代謝合成的產(chǎn)物，是微生物在生長的穩(wěn)定期合成具有特定功能的代謝產(chǎn)物，與菌體的生長繁殖無明確關(guān)系，它們的生物合成具有特異性。如抗生素，植物堿等。微生物工程的特點是什么？發(fā)展趨勢如何？特點：（1）原料廣，價格低（2）微生物種類多，分布廣，具有可變異性（3）反應(yīng)條件溫和（4）發(fā)酵途徑多樣化，產(chǎn)品多樣化（5）生長繁殖速度快，生產(chǎn)周期短（6）需要控制生產(chǎn)環(huán)境，避免雜菌污染發(fā)展趨勢：微生物工程結(jié)合了基因工程、酶工程、細(xì)胞工程技術(shù)，現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展給微生物工程提供了巨大的發(fā)展空間。如：1、菌種技術(shù)：菌種的篩選（極端微生物、轉(zhuǎn)基因菌種)2、發(fā)酵技術(shù)：發(fā)酵培養(yǎng)基制備技術(shù)、發(fā)酵路線的優(yōu)化和控制3、微生物工程下游分離、純化技術(shù)。第二章簡要分析工業(yè)微生物菌種的基本要求？（1）具備高產(chǎn)目的代謝產(chǎn)物的能力（2）生長繁殖力強(qiáng)，較高的生長速率，發(fā)酵周期短（3）能利用低價格、來源廣的農(nóng)副產(chǎn)品原料，發(fā)酵成本低（4）培養(yǎng)條件要求不高，培養(yǎng)條件易于控制（5）無副產(chǎn)品或少副產(chǎn)品（6）有穩(wěn)定的遺產(chǎn)性狀，不易變異和退化。以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性（7）非病源微生物。第三章工業(yè)微生物的代謝調(diào)節(jié)和代謝工程微生物的代謝：代謝是細(xì)胞內(nèi)所有的生物化學(xué)過程的總稱，包括物質(zhì)代謝和能量代謝兩個方面。微生物代謝調(diào)節(jié)的方式：1、細(xì)胞透性的調(diào)節(jié)：細(xì)胞質(zhì)膜的透性直接影響物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌，從而影響到細(xì)胞內(nèi)代謝的變化。2、限制基質(zhì)與酶的接近：細(xì)胞具有復(fù)雜的膜結(jié)構(gòu)使其代謝活動只能在特定的部位上進(jìn)行，代謝活動是區(qū)域化的，其實質(zhì)是控制酶與底物接觸，使各個反應(yīng)有序地進(jìn)行。（1）原核微生物：細(xì)胞結(jié)構(gòu)雖然簡單，但也劃分出不同的區(qū)域，與某一代謝途徑有關(guān)的酶系則集中某一區(qū)域，以保證這一代謝途徑的酶促反應(yīng)順利進(jìn)行，避免了其他途徑的干擾。（2）真核微生物：細(xì)胞里，各種酶系被細(xì)胞器隔離分布。3.控制代謝流;處于一定環(huán)境條件下的微生物培養(yǎng)物中，參與代謝的物質(zhì)在代謝網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)代謝途徑中按一定規(guī)律流動，形成微生物代謝的物質(zhì)流。微生物控制代謝流的方法：（1）調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶的量（2）改變已有酶分子的酶活性調(diào)節(jié)：酶活性調(diào)節(jié)是指通過改變已有酶分子的活性來調(diào)節(jié)代謝速度的調(diào)節(jié)方式。特點：是在蛋白質(zhì)水平上的調(diào)節(jié)，直接，見效快。1、酶的激活：在激活劑的作用下，使原來無活性的酶變成有活性，或使原來活性低的酶提高了活性的現(xiàn)象。激活劑：凡是能提高酶活性的物質(zhì)稱為激活劑；激活劑大多數(shù)是金屬離子：Na+、K+、Mg2+、Zn2+、Ca2+、Fe2+、Co2+、Ni2+代謝調(diào)節(jié)的激活作用：代謝物對酶的激活。（1）前（體）饋激活：指代謝途徑中后面的酶促反應(yīng)可被該途徑中較前面的一個中間產(chǎn)物所促進(jìn)。（2）代謝中間產(chǎn)物的反饋激活：指代謝中間產(chǎn)物對該代謝途徑的前面的酶起激活作用。2、酶的抑制抑制:由于某些物質(zhì)的存在，降低酶活性的現(xiàn)象；抑制可以是可逆或不可逆的。在代謝調(diào)節(jié)過程中所發(fā)生的抑制現(xiàn)象主要是可逆的，而且大多屬于反饋抑制（即末端產(chǎn)物對酶活性的抑制）3、酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制（1）變構(gòu)調(diào)節(jié)：有些酶除了活性中心（結(jié)合部位和催化部位）外，還存在一個特殊的調(diào)控部位，即變構(gòu)中心，當(dāng)特異性分子非共價地結(jié)合到這個部位時，可以改變酶分子構(gòu)象，對酶起到激活或抑制的作用。具有變構(gòu)作用的酶稱為變構(gòu)酶。由于變構(gòu)劑與變構(gòu)中心的結(jié)合而引起酶活性改變的現(xiàn)象稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)。（2）共價修飾某些酶蛋白肽鏈上的側(cè)鏈基團(tuán)在另一酶（修飾酶）的催化下可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生共價結(jié)合或解離，從而改變酶的活性，這一調(diào)節(jié)酶活性的方式稱為酶的共價修飾。共價修飾作用可分為可逆和不可逆兩種化學(xué)基團(tuán)：磷酸基、甲基、乙基、腺苷?；５鞍踪|(zhì)的共價部位：氨基酸殘基上的羥基。1）

可逆共價修飾大多數(shù)共價調(diào)節(jié)是通過特定部位的絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸的側(cè)鏈（-OH）的磷酸化和去磷酸化來調(diào)節(jié)的。（意義：可在短時間經(jīng)信號啟動，觸發(fā)生成大量的活性酶。更容易控制酶的活性以響應(yīng)環(huán)境代謝的。）2）不可逆共價修飾酶原的激活：無活性的酶原必須在一定條件下，去掉一個或者幾個特殊的肽鍵，從而使酶的構(gòu)象發(fā)生一定的變化才有活性。（3）締合與解離能進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變的蛋白質(zhì)由多個亞基組成，蛋白質(zhì)活化與鈍化是通過組成它的亞基單位的締合與解離實現(xiàn)的。（4）競爭性抑制一些蛋白質(zhì)的生物活性受代謝物的競爭性抑制。酶的誘導(dǎo)：（1）組成酶和誘導(dǎo)酶：根據(jù)酶的生成是否與環(huán)境中所存在的該酶底物或其有關(guān)物的關(guān)系，可把酶劃分成組成酶和誘導(dǎo)酶兩類。組成酶：是細(xì)胞固有的酶，它們的合成與環(huán)境無關(guān)，隨菌體形成而合成，在菌體內(nèi)的含量相對穩(wěn)定。（如：糖酵解途徑有關(guān)的酶）誘導(dǎo)酶：只有在環(huán)境中存在誘導(dǎo)劑時，它們才開始合成，一旦環(huán)境中沒有誘導(dǎo)劑，酶的合成就終止。（誘導(dǎo)酶是細(xì)胞為適應(yīng)外來底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時合成的一類酶。）（2）酶的誘導(dǎo)合成：①協(xié)同誘導(dǎo)：即當(dāng)誘導(dǎo)物加入后，微生物能同時或幾乎同時誘導(dǎo)幾種酶的合成，它主要存在于短的代謝途徑中。②順序誘導(dǎo)：即先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中間代謝物的酶，以達(dá)到對較復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。酶合成的阻遏在某代謝途徑中，當(dāng)末端產(chǎn)物過量時，微生物的調(diào)節(jié)體系就會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)物的生成，這種現(xiàn)象稱為酶合成的阻遏。酶合成的阻遏包括：末端產(chǎn)物阻遏：由于某代謝途徑末端產(chǎn)物的過量積累而引起酶合成的阻遏產(chǎn)物末端代謝產(chǎn)物阻遏。特點：同時阻止合成途徑中所有酶的合成。對直線式反應(yīng)途徑來說，未端產(chǎn)物阻遏的情況較為簡單，即產(chǎn)物作用于代謝途徑中的各種酶，使之合成受阻遏止，例如精氨酸的生物合成途徑。對分支代謝途徑來說，情況較為復(fù)雜。每種未端產(chǎn)物僅專一地阻遏合成它的那條分支途徑的酶。而代謝途徑分支點前的酶則受所有分支途徑末端產(chǎn)物的共同阻遏。分解代謝物阻遏：指細(xì)胞內(nèi)同時存在兩種以上可利用底物（碳源或氮源）時，利用快的那種底物會阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶合成的現(xiàn)象。這種阻遏并不是快速利用底物直接作用的結(jié)果，而是由這種底物分解過程中產(chǎn)生的中間代謝物引起，因此稱為分解代謝物阻遏。第四章培養(yǎng)基的設(shè)計與滅菌1、生長因子從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機(jī)物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。2、前體前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接彼微生物在生物合成過程中合成到產(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。用法：前體使用時普遍采用流加的方法（前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利。）3、產(chǎn)物促進(jìn)劑和抑制劑所謂產(chǎn)物促進(jìn)劑是指那些非細(xì)胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。如酶的誘導(dǎo)物3、抑制劑在發(fā)酵過程中加入抑制劑會抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時會使另外一些代謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物或正常代謝的某一中間產(chǎn)物積累起來。設(shè)計培養(yǎng)基的原則1、培養(yǎng)微生物的目標(biāo)要明確2、培養(yǎng)基中的營養(yǎng)組分要協(xié)調(diào)3、培養(yǎng)基的理化條件要適宜4、培養(yǎng)基的成本要盡可能的經(jīng)濟(jì)節(jié)約對大多數(shù)微生物的培養(yǎng)與發(fā)酵而言，要考慮向培養(yǎng)基中添加的成分主要有哪幾類？為什么？答：主要分類：碳源、氮源、無機(jī)鹽、水、生長因子、能源原因：（1）碳源：微生物細(xì)胞干物質(zhì)中含碳量約為50%，出去水分內(nèi)外，碳源是需求最大的營養(yǎng)物。異養(yǎng)微生物必須利用有機(jī)碳源，而自養(yǎng)微生物主要利用無機(jī)碳源。（2）氮源：N是構(gòu)成微生物細(xì)胞中的重要組成部分，蛋白質(zhì)和核酸的主要構(gòu)成元素，占細(xì)胞干重的12%-15%，對微生物的生命活動由重要作用。（3）無機(jī)鹽：為微生物生長繁殖提供碳源、氮源以為的各種重要元素。（4）水分：作為溶劑，保證生化反應(yīng)的正常進(jìn)行，維持生物大分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有效的穩(wěn)定細(xì)胞的溫度，將發(fā)酵過程中的多余能量排除。（5）生長因子：某些異養(yǎng)型微生物在含有C、N和無機(jī)鹽的培養(yǎng)基中生長緩慢，可以通過添加生長因子調(diào)節(jié)微生物的正常代謝。（6）能源：為微生物的生命活動提供能量。固體培養(yǎng)基與液體培養(yǎng)基各有何用途？分別選用固體、液體培養(yǎng)基發(fā)酵產(chǎn)生一種胞外酶，試述有何異同。用途：固體培養(yǎng)基用于培養(yǎng)菌落或動植物組織、觀察、分離提純微生物、用于保存運(yùn)輸；液體培養(yǎng)基適宜各類微生物的營養(yǎng)生長，廣泛運(yùn)用于擴(kuò)大培養(yǎng)及大規(guī)模生產(chǎn)。異：（1）液體培養(yǎng)基中細(xì)胞生長速率高于固體培養(yǎng)基（2）液體培養(yǎng)分離難度高于固體培養(yǎng)。（3）液體培養(yǎng)便于控制進(jìn)料、出料，保持培養(yǎng)濃度，而固體培養(yǎng)需分批次培養(yǎng)發(fā)酵，培養(yǎng)濃度不受控制。（4）液體培養(yǎng)及時出料，使產(chǎn)物及時分離，使培養(yǎng)環(huán)境不積累產(chǎn)物，導(dǎo)致抑制微生物生長。同：（1）都需要產(chǎn)物分離純化；（2）培養(yǎng)條件基本相同。（3）培養(yǎng)基成分基本相同。在實驗室研究的實踐中如何避免高溫滅菌對培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分破壞？（1)某些情況下，可采用過濾除菌的替代方法（2)對培養(yǎng)基中含有的糖類等不耐高溫的成分，課將其與培養(yǎng)基其他成分分開滅菌，冷卻后再混合。將培養(yǎng)基中的Ca+、Fe3+成分與磷酸鹽分別滅菌，防止發(fā)生沉淀反應(yīng)。（3)葡萄糖經(jīng)過112℃，滅菌15min，只破壞0.6%，所以對這些成分的滅菌可通過降低滅菌溫度或縮短滅菌時間的方法進(jìn)行，盡可能減少損失。（4)采用連續(xù)滅菌的方法?？梢钥s短滅菌時間，減少營養(yǎng)成分的流失。滅菌的方法1）干熱滅菌法：在烘箱內(nèi)熱空氣滅菌，將物品放入烘箱內(nèi)，然后升溫至160℃-170℃，維持1-2小時。2）火焰滅菌法：焚燒法:是利用火焰直接殺死微生物的滅菌法。簡單、徹底，但對被滅菌物品的破壞極大。電磁波、射線滅菌法：是利用電磁波、紫外線、X射線、γ射線或放射性物質(zhì)產(chǎn)生的高能粒子殺死大多數(shù)物質(zhì)上的微生物的一種有效方法。3）濕熱滅菌法：1、高壓蒸汽滅菌法：121℃（1kg/cm2或15磅/英寸2）維持15-20min。112℃（0.5kg/cm2或8磅/英寸2）20-30min。115℃（0.75kg/cm2或11磅/英寸2）20-30min。應(yīng)根據(jù)滅菌物品的性質(zhì)或成分選擇滅菌溫度煮沸滅菌法：將待消毒物品如注射器、金屬用具、解剖用具等在水中煮沸15min或更長時間，以殺死細(xì)菌或其他微生物的營養(yǎng)體和少部分的芽孢或孢子。（如果在水中適當(dāng)加1％碳酸鈉或2％-5％的石炭酸則殺菌效果更好）間歇滅菌法：對于某些培養(yǎng)基，由于高壓蒸汽滅菌會破壞某些營養(yǎng)成分，可用間隙滅菌法滅菌，即流通蒸汽(或蒸煮)反復(fù)滅菌幾次。巴氏滅菌法低溫維持法：只要在63℃下維持30min高溫瞬時法：只要在72℃下維持15s超高溫法：只要在135-150℃下維持2-6s濕熱滅菌法原理：就是直接用高溫蒸汽滅菌。蒸汽在冷凝時釋放出大量潛能，并且蒸汽具有強(qiáng)大穿透力，蒸汽的濕熱破壞菌體蛋白質(zhì)和核酸的化學(xué)鍵，使酶失活，微生物因代謝障礙而死亡。濕熱滅菌的效果：取決于致死溫度和致死時間。5）化學(xué)藥劑滅菌法6）過濾除菌法：將液體或氣體用微孔薄膜過濾，使大于孔徑的細(xì)菌等微生物顆粒阻留，從而達(dá)到除菌目的。（不耐熱的液體培養(yǎng)基、血清、維生素、氨基酸及氣體等物的滅菌多用此法除菌。）分批滅菌法：將配制好的培養(yǎng)基放入發(fā)酵罐中，在罐內(nèi)通入蒸汽，使培養(yǎng)基和所有設(shè)備一起滅菌，達(dá)到預(yù)定滅菌溫度后，維持一定時間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵。過程包括：升溫、保溫（121℃維持30min）和冷卻三階段。連續(xù)滅菌（又稱連消）：將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外通過連續(xù)滅菌裝置進(jìn)行加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。流程：（1）配料預(yù)熱罐:將配制好的料液預(yù)熱到60~70°C，以免連續(xù)滅菌時由于料液與蒸汽溫度相差過大而產(chǎn)生水汽撞擊聲；（2）連消塔:用高溫蒸汽使料液溫度很快升高到滅菌溫度（126-132°C）；（3）維持罐：使料液在滅菌溫度下保持5~7min。因為：連消塔加熱的時間很短，光靠這段時間的滅菌是不夠的；（4）冷卻管：使料液冷卻到40~50°C后（冷水噴淋），輸送到預(yù)先滅菌過的罐內(nèi)?？諝膺^濾除菌原理（1）慣性撞擊截留作用空氣氣流流速大時，氣流中的微粒具有較大的慣性力。當(dāng)微粒隨氣流以一定速度向纖維垂直運(yùn)動因受纖維阻擋而急劇改變運(yùn)動方向時，由于微粒具有的慣性作用使它們?nèi)匀谎卦瓉矸较蚯斑M(jìn)碰撞到纖維表面，產(chǎn)生摩擦粘附而使微粒被截留在纖維表面，這種作用稱慣性碰撞截留。（2）攔截截留作用微粒隨空氣氣流向前運(yùn)動，當(dāng)氣流為層流時，隨氣流運(yùn)動的粒子在接近纖維表面的部分由于與過濾介質(zhì)接觸而被纖維吸附捕集，這種作用稱之為阻攔截留?？諝饬魉儆。w維直徑愈細(xì)，阻攔截留作用愈大。（3）布朗擴(kuò)散截留作用直徑小于1μm的微粒在運(yùn)動中往往產(chǎn)生—種不規(guī)則的布朗運(yùn)動，使微粒間相互凝集成較大的粒子，從而發(fā)生重力沉降或被介質(zhì)截留。這種作用只有在氣流速度較低時才較顯著。（4）重力沉降作用重力沉降是一個穩(wěn)定的分離作用，當(dāng)微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就容易沉降。就單一的重力沉降情況下，大顆粒比小顆粒作用顯著，對于小顆粒只有在氣流速度很慢時才起作用。一般它是與攔截作用相配合的，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用提高了攔截滯留的捕集效率。（5）靜電吸引作用干空氣對非導(dǎo)體的物質(zhì)相對運(yùn)動磨擦?xí)r，會產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷，纖維和樹脂處理過的纖維，尤其是一些合成纖維更為顯著。懸浮在空氣中的微生物微粒大多帶有不同的電荷，如枯草桿菌孢子20%帶正電荷，20%帶負(fù)電荷，15%中性，這些帶電的微粒會受帶異性電荷的物體所吸引而沉降?？諝鈨艋牧鞒?兩級冷卻、加熱除菌流程2冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程3高效前置過濾空氣除菌流程4利用熱空氣加熱冷空氣流程第五章種子的擴(kuò)大培養(yǎng)種子擴(kuò)大培養(yǎng)種子擴(kuò)大培養(yǎng)是指將保存在斜面、砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過茄子瓶或搖瓶及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng)，最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。種子擴(kuò)大培養(yǎng)的作用：（1）通過逐級擴(kuò)大培養(yǎng)過程，生產(chǎn)菌種能夠在短時間內(nèi)形成細(xì)胞的集團(tuán)優(yōu)勢，抑制其他雜菌的侵染；（2）通過擴(kuò)大培養(yǎng)才有可能在大罐上實現(xiàn)細(xì)胞生長繁殖速度快，很快進(jìn)入發(fā)酵期、縮短了發(fā)酵周期；（3）通過逐級擴(kuò)大培養(yǎng)過程使生產(chǎn)菌種逐步適應(yīng)大生產(chǎn)的培養(yǎng)條件。種子擴(kuò)大培養(yǎng)的目的和目標(biāo)目的：為每次發(fā)酵罐的投料提供相當(dāng)數(shù)量的代謝旺盛的種子。目標(biāo)：獲得純而壯、活力旺盛、數(shù)量足夠的培養(yǎng)物。種子擴(kuò)大培養(yǎng)的方法1.實驗室階段（1）、斜面種及孢子的制備(2)液體種的制備：好氧培養(yǎng)：斜面→試管→三角瓶→搖床→種子罐厭氧（靜止）培養(yǎng)對于酵母菌（啤酒、葡萄酒、清酒等）：斜面→試管→三角瓶→卡式罐→種子罐2、生產(chǎn)車間階段：種子培養(yǎng)在種子罐里面進(jìn)行，一般在工廠歸為發(fā)酵車間管理。3、發(fā)酵級數(shù)的確定無菌接種的方法：從實驗室搖瓶或孢子懸浮液容器接種種子質(zhì)量控制：（1）優(yōu)質(zhì)種子的標(biāo)準(zhǔn)：1）菌種細(xì)胞的生長活力強(qiáng)、同步性號，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，延滯期短。2）生理狀態(tài)穩(wěn)定，保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。3）菌體細(xì)胞總量及濃度能滿足大容量發(fā)酵罐發(fā)酵的要求4）無雜菌及噬菌體污染，以確保整個發(fā)酵過程的正常進(jìn)行。影響種子質(zhì)量的因素：1、培養(yǎng)基2、種齡3、接種量4、溫度5、pH值6、通氣與攪拌7、泡沫8、雜菌污染移入種子的體積接種量＝-—————————接種后培養(yǎng)液的體積種子異常分析：菌種生長過慢或過快：與孢子質(zhì)量及種子罐的培養(yǎng)條件有關(guān)。通入種子罐的無菌空氣的溫度較低或者培養(yǎng)基的滅菌質(zhì)量較差是種子生長、代謝緩慢的主要原因。菌絲結(jié)團(tuán)：與攪拌效果差，接種量小有關(guān)。菌絲結(jié)團(tuán)會影響菌的呼吸和對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。菌絲粘壁：與攪拌效果不好，泡沫過多，以及種子罐裝料系數(shù)過小等原因有關(guān)。其結(jié)果使培養(yǎng)液中菌絲濃度減少，最后就可能形成菌絲團(tuán)。雜菌污染第六章微生物發(fā)酵過程原理一、微生物發(fā)酵動力學(xué)發(fā)酵動力學(xué)：是研究微生物生長、產(chǎn)物合成、底物消耗之間的動態(tài)定量關(guān)系，定量描述微生物生長和產(chǎn)物形成過程的學(xué)問。發(fā)酵動力學(xué)研究目的：（1）認(rèn)識發(fā)酵過程的規(guī)律（2）優(yōu)化發(fā)酵工藝條件，確定最優(yōu)發(fā)酵過程參數(shù)，如：基質(zhì)濃度、溫度、pH、溶氧等等（3）提高發(fā)酵產(chǎn)量、效率和轉(zhuǎn)化率等生長速率：單位體積、單位時間內(nèi)生長的菌體量稱為群體的生長速率。比生長速率：單位菌體的生長速率。菌體濃度除去菌體的生長速率?；|(zhì)消耗速率：單位時間內(nèi)消耗的基質(zhì)量。Yx/s：菌體得率系數(shù)YG:菌體生長得率系數(shù)m:維持系數(shù)代謝產(chǎn)物的生成速率:代謝產(chǎn)物的比生成速率:生長得率:表觀生長得率：Yx/s理論生長得率：YG(不考慮細(xì)胞維持所消耗的底物，只考慮細(xì)胞合成時細(xì)胞對底物的得率。)產(chǎn)物得率:是指消耗每單位（1g或1mo1)基質(zhì)所合成的產(chǎn)物量（g或mol)。產(chǎn)物形成動力學(xué)(1)生長偶聯(lián)型產(chǎn)物形成速率與細(xì)胞生長速率有密切聯(lián)系，合成的產(chǎn)物通常是分解代謝的直接產(chǎn)物。如葡萄糖厭氧發(fā)酵生成乙醇，好氧發(fā)酵生成中間代謝產(chǎn)物。一般來說在這種類型的發(fā)酵生產(chǎn)中，控制好最佳生長條件就可獲得產(chǎn)物合成的最適條件。偶聯(lián)型產(chǎn)物的形成速率與微生物的比生長速率以及培養(yǎng)基中的菌體濃度成正比。(2)部分生長偶聯(lián)型產(chǎn)物形成速率與細(xì)胞生長速率部分相關(guān)。(3)非生長偶聯(lián)型產(chǎn)物形成速率只與細(xì)胞積累量有關(guān)，細(xì)胞生長時無產(chǎn)物，細(xì)胞停止生長后則有大量產(chǎn)物積累。這種產(chǎn)物即次級代謝產(chǎn)物。微生物發(fā)酵操作方式（一）分批發(fā)酵法特點：1、微生物所處的環(huán)境是不斷變化的。2、可進(jìn)行少量多品種的發(fā)酵生產(chǎn)。3、發(fā)生雜菌污染能夠很容易終止操作。4、當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)條件發(fā)生變化或需要生產(chǎn)新產(chǎn)品時。易改變處理對策。5、對原料組成要求較粗放。（二）補(bǔ)料分批發(fā)酵法補(bǔ)料的內(nèi)容：（1）補(bǔ)充碳源和能源物質(zhì)（2）補(bǔ)充氮源（3）補(bǔ)加無機(jī)鹽、微量元素或前體物質(zhì)（4）補(bǔ)加酶的底物（5）補(bǔ)水、酸、堿等等補(bǔ)料的原則：控制微生物的中間代謝，使之向著有利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。要根據(jù)菌體的生長代謝、生物合成規(guī)律，利用中間補(bǔ)料的措施給予產(chǎn)生菌適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，讓它在生物合成階段有足夠但又不過多的養(yǎng)料供給其合成和維持正常代謝的需要。補(bǔ)料的控制：（1）無反饋控制（2）反饋控制補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)點與傳統(tǒng)分批發(fā)酵相比，其優(yōu)點在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。低基質(zhì)濃度的優(yōu)點為：①可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不致于加劇供氧的矛盾。②避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物。適用范圍：補(bǔ)料分批發(fā)酵廣泛應(yīng)用于抗生素、氨基酸、酶蛋白、核苷酸、有機(jī)酸及高聚物等的生產(chǎn)。（三）連續(xù)發(fā)酵所謂連續(xù)培養(yǎng)，是指以一定的速率向發(fā)酵液中添加新鮮培養(yǎng)基的同時，以相同的速率流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定不變，使培養(yǎng)物在近似恒定狀態(tài)下生長的培養(yǎng)方法。連續(xù)發(fā)酵的特點1、提供了一個微生物在恒定狀態(tài)下高速生長的環(huán)境，可以有效地延長微生物的指數(shù)生長期。2、在恒定的狀態(tài)下，微生物所處的環(huán)境條件，如營養(yǎng)物質(zhì)濃度、產(chǎn)物濃度、pH值，以及微生物細(xì)胞的濃度、比生長速率等可以始終維持不變，甚至還可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)生長速率。連續(xù)發(fā)酵優(yōu)缺點優(yōu)點：1）高效：減少分批培養(yǎng)中每次清洗、裝料、滅菌、接種、放罐等的操作，從而減少了非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備的利用率。2）節(jié)約：節(jié)省了大量的人力、動力、水和蒸汽，且使水、電、汽的負(fù)荷均勻合理。3）自動化程度高：便于使用各種儀表實現(xiàn)自動化控制，降低勞動強(qiáng)度。4）可維持穩(wěn)定的操作條件，使產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定；缺點：1）長周期連續(xù)發(fā)酵易發(fā)生微生物菌種變異，導(dǎo)致菌種退化。2）開放的系統(tǒng)和長周期發(fā)酵，易造成染菌。長時間的連續(xù)發(fā)酵中對發(fā)酵設(shè)備和空氣凈化系統(tǒng)的無菌要求更高。不能保持長時間的無菌操作是導(dǎo)致連續(xù)發(fā)酵失敗的主要原因。3）新加入的培養(yǎng)基與原有的培養(yǎng)基不易完全混合，流出液中可能有未被利用的營養(yǎng)物質(zhì)，降低了營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。對于某些原材料價格昂貴的產(chǎn)品，由于連續(xù)發(fā)酵對基質(zhì)利用率較低，往往造成生產(chǎn)成本的增加。4）絲狀菌體易附著在器壁上以及在發(fā)酵液中結(jié)團(tuán)，造成連續(xù)操作的困難。連續(xù)發(fā)酵的模式：1）全混式2）活塞流式第七章發(fā)酵工藝控制發(fā)酵熱Q發(fā)酵：所謂發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中產(chǎn)生的熱量減去散失的熱量即凈熱量。發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的原因。發(fā)酵熱引起發(fā)酵液的溫度上升。發(fā)酵熱大，溫度上升快，發(fā)酵熱小，溫度上升慢。發(fā)酵熱的成分;生物熱：微生物生長繁殖過程中的產(chǎn)熱攪拌熱：機(jī)械攪拌造成的摩擦熱蒸發(fā)熱：被通氣和蒸發(fā)水分帶走的熱量輻射熱：發(fā)酵罐罐體向外輻射的熱量顯熱：空氣流動過程夾帶著的熱量Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q顯-Q輻射溫度控制的方法：分階段溫度控制策略pH對發(fā)酵的影響和控制影響1、pH值影響細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)2、pH影響酶的活性3、pH值影響培養(yǎng)基某些成分的解離4、pH影響菌體的形態(tài)5、pH影響代謝過程和產(chǎn)物合成引起pH下降的原因（1）C/N比過大，供氧不足，有機(jī)酸積累，引起pH下降（2）碳源的種類：快速利用碳源，有機(jī)酸積累多，會引起pH下降；慢速利用碳源，有機(jī)酸積累少，pH較穩(wěn)定；（3）氮源的利用：培養(yǎng)基中的NH