微生物工程重點(diǎn)全套

微生物工程重點(diǎn)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(guò)程（3）下游工程微生物工業(yè)產(chǎn)品類(lèi)型：（1）代謝產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物、次級(jí)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(lái)的現(xiàn)代生物技術(shù)，并通過(guò)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(jí)代謝：是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程。次級(jí)代謝產(chǎn)物：通過(guò)次級(jí)代謝合成的產(chǎn)物，是微生物在生長(zhǎng)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(zhǎng)繁殖無(wú)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(diǎn)是什么？發(fā)展趨勢(shì)如何？特點(diǎn)：（1）原料廣，價(jià)格低（2）微生物種類(lèi)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(zhǎng)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(shì)：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(jiǎn)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(zhǎng)繁殖力強(qiáng)，較高的生長(zhǎng)速率，發(fā)酵周期短（3）能利用低價(jià)格、來(lái)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(wú)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(guò)程的總稱(chēng)，包括物質(zhì)代謝和能量代謝兩個(gè)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(dòng)只能在特定的部位上進(jìn)行，代謝活動(dòng)是區(qū)域化的，其實(shí)質(zhì)是控制酶與底物接觸，使各個(gè)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(jiǎn)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(dòng)，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(guò)改變已有酶分子的活性來(lái)調(diào)節(jié)代謝速度的調(diào)節(jié)方式。特點(diǎn)：是在蛋白質(zhì)水平上的調(diào)節(jié)，直接，見(jiàn)效快。1、酶的激活：在激活劑的作用下，使原來(lái)無(wú)活性的酶變成有活性，或使原來(lái)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(chēng)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(duì)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(gè)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(duì)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(guò)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(duì)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(gè)特殊的調(diào)控部位，即變構(gòu)中心，當(dāng)特異性分子非共價(jià)地結(jié)合到這個(gè)部位時(shí)，可以改變酶分子構(gòu)象，對(duì)酶起到激活或抑制的作用。具有變構(gòu)作用的酶稱(chēng)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(chēng)為變構(gòu)調(diào)節(jié)。（2）共價(jià)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(jià)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(chēng)為酶的共價(jià)修飾。共價(jià)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?；?。蛋白質(zhì)的共價(jià)部位：氨基酸殘基上的羥基。1）

可逆共價(jià)修飾大多數(shù)共價(jià)調(diào)節(jié)是通過(guò)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(lái)調(diào)節(jié)的。（意義：可在短時(shí)間經(jīng)信號(hào)啟動(dòng)，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(jià)修飾酶原的激活：無(wú)活性的酶原必須在一定條件下，去掉一個(gè)或者幾個(gè)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(gè)亞基組成，蛋白質(zhì)活化與鈍化是通過(guò)組成它的亞基單位的締合與解離實(shí)現(xiàn)的。（4）競(jìng)爭(zhēng)性抑制一些蛋白質(zhì)的生物活性受代謝物的競(jìng)爭(zhēng)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(lèi)。組成酶：是細(xì)胞固有的酶，它們的合成與環(huán)境無(wú)關(guān)，隨菌體形成而合成，在菌體內(nèi)的含量相對(duì)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(shí)，它們才開(kāi)始合成，一旦環(huán)境中沒(méi)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(lái)底物或其結(jié)構(gòu)類(lèi)似物而臨時(shí)合成的一類(lèi)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(shí)或幾乎同時(shí)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(duì)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(guò)量時(shí)，微生物的調(diào)節(jié)體系就會(huì)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(chēng)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(guò)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(diǎn)：同時(shí)阻止合成途徑中所有酶的合成。對(duì)直線式反應(yīng)途徑來(lái)說(shuō)，未端產(chǎn)物阻遏的情況較為簡(jiǎn)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(duì)分支代謝途徑來(lái)說(shuō)，情況較為復(fù)雜。每種未端產(chǎn)物僅專(zhuān)一地阻遏合成它的那條分支途徑的酶。而代謝途徑分支點(diǎn)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(shí)存在兩種以上可利用底物（碳源或氮源）時(shí)，利用快的那種底物會(huì)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(guò)程中產(chǎn)生的中間代謝物引起，因此稱(chēng)為分解代謝物阻遏。第四章培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)與滅菌1、生長(zhǎng)因子從廣義上講，凡是微生物生長(zhǎng)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(chēng)生長(zhǎng)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(guò)程中合成到產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)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(shí)普遍采用流加的方法（前體一般都有毒性，濃度過(guò)大對(duì)菌體的生長(zhǎng)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(zhǎng)所必須的營(yíng)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(guò)程中加入抑制劑會(huì)抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時(shí)會(huì)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(lái)。設(shè)計(jì)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(yíng)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(duì)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(lèi)？為什么？答：主要分類(lèi)：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、水、生長(zhǎng)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(yíng)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(wú)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(duì)微生物的生命活動(dòng)由重要作用。（3）無(wú)機(jī)鹽：為微生物生長(zhǎng)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(guò)程中的多余能量排除。（5）生長(zhǎng)因子：某些異養(yǎng)型微生物在含有C、N和無(wú)機(jī)鹽的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)緩慢，可以通過(guò)添加生長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(lèi)微生物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，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(zhǎng)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(shí)出料，使產(chǎn)物及時(shí)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(zhǎng)。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(shí)驗(yàn)室研究的實(shí)踐中如何避免高溫滅菌對(duì)培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分破壞？（1)某些情況下，可采用過(guò)濾除菌的替代方法（2)對(duì)培養(yǎng)基中含有的糖類(lèi)等不耐高溫的成分，課將其與培養(yǎng)基其他成分分開(kāi)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(guò)112℃，滅菌15min，只破壞0.6%，所以對(duì)這些成分的滅菌可通過(guò)降低滅菌溫度或縮短滅菌時(shí)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(shí)間，減少營(yíng)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(shí)。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(jiǎn)單、徹底，但對(duì)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(zhǎng)時(shí)間，以殺死細(xì)菌或其他微生物的營(yíng)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(duì)于某些培養(yǎng)基，由于高壓蒸汽滅菌會(huì)破壞某些營(yíng)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(shí)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(shí)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(shí)間。5）化學(xué)藥劑滅菌法6）過(guò)濾除菌法：將液體或氣體用微孔薄膜過(guò)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(shí)間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵。過(guò)程包括：升溫、保溫（121℃維持30min）和冷卻三階段。連續(xù)滅菌（又稱(chēng)連消）：將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外通過(guò)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(shí)由于料液與蒸汽溫度相差過(guò)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?yàn)椋哼B消塔加熱的時(shí)間很短，光靠這段時(shí)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(guò)的罐內(nèi)?？諝膺^(guò)濾除菌原理（1）慣性撞擊截留作用空氣氣流流速大時(shí)，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(dòng)因受纖維阻擋而急劇改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，由于微粒具有的慣性作用使它們?nèi)匀谎卦瓉?lái)方向前進(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(chēng)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(dòng)，當(dāng)氣流為層流時(shí)，隨氣流運(yùn)動(dòng)的粒子在接近纖維表面的部分由于與過(guò)濾介質(zhì)接觸而被纖維吸附捕集，這種作用稱(chēng)之為阻攔截留?？諝饬魉儆?，纖維直徑愈細(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(dòng)中往往產(chǎn)生—種不規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，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(shí)才較顯著。（4）重力沉降作用重力沉降是一個(gè)穩(wěn)定的分離作用，當(dāng)微粒所受的重力大于氣流對(duì)它的拖帶力時(shí)，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(duì)于小顆粒只有在氣流速度很慢時(shí)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(duì)非導(dǎo)體的物質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)磨擦?xí)r，會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷，纖維和樹(shù)脂處理過(guò)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(huì)受帶異性電荷的物體所吸引而沉降。空氣凈化的流程1兩級(jí)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(guò)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(guò)茄子瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)，最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過(guò)程。種子擴(kuò)大培養(yǎng)的作用：（1）通過(guò)逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)過(guò)程，生產(chǎn)菌種能夠在短時(shí)間內(nèi)形成細(xì)胞的集團(tuán)優(yōu)勢(shì)，抑制其他雜菌的侵染；（2）通過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng)才有可能在大罐上實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生長(zhǎng)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(guò)逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)過(guò)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(chē)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(chē)間管理。3、發(fā)酵級(jí)數(shù)的確定無(wú)菌接種的方法：從實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)活力強(qiáng)、同步性號(hào)，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長(zhǎng)，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(wú)雜菌及噬菌體污染，以確保整個(gè)發(fā)酵過(guò)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(zhǎng)過(guò)慢或過(guò)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(wú)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(zhǎng)、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(huì)影響菌的呼吸和對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。菌絲粘壁：與攪拌效果不好，泡沫過(guò)多，以及種子罐裝料系數(shù)過(guò)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(guò)程原理一、微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)：是研究微生物生長(zhǎng)、產(chǎn)物合成、底物消耗之間的動(dòng)態(tài)定量關(guān)系，定量描述微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成過(guò)程的學(xué)問(wèn)。發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究目的：（1）認(rèn)識(shí)發(fā)酵過(guò)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(guò)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(zhǎng)速率：?jiǎn)挝惑w積、單位時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)的菌體量稱(chēng)為群體的生長(zhǎng)速率。比生長(zhǎng)速率：?jiǎn)挝痪w的生長(zhǎng)速率。菌體濃度除去菌體的生長(zhǎng)速率。基質(zhì)消耗速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)消耗的基質(zhì)量。Yx/s：菌體得率系數(shù)YG:菌體生長(zhǎng)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(zhǎng)得率:表觀生長(zhǎng)得率：Yx/s理論生長(zhǎng)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(shí)細(xì)胞對(duì)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(dòng)力學(xué)(1)生長(zhǎng)偶聯(lián)型產(chǎn)物形成速率與細(xì)胞生長(zhǎng)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(lái)說(shuō)在這種類(lèi)型的發(fā)酵生產(chǎn)中，控制好最佳生長(zhǎng)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(zhǎng)速率以及培養(yǎng)基中的菌體濃度成正比。(2)部分生長(zhǎng)偶聯(lián)型產(chǎn)物形成速率與細(xì)胞生長(zhǎng)速率部分相關(guān)。(3)非生長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)無(wú)產(chǎn)物，細(xì)胞停止生長(zhǎng)后則有大量產(chǎn)物積累。這種產(chǎn)物即次級(jí)代謝產(chǎn)物。微生物發(fā)酵操作方式（一）分批發(fā)酵法特點(diǎn)：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(shí)。易改變處理對(duì)策。5、對(duì)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(wú)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(zhǎng)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(guò)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(wú)反饋控制（2）反饋控制補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)分批發(fā)酵相比，其優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，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(zhǎng)的培養(yǎng)方法。連續(xù)發(fā)酵的特點(diǎn)1、提供了一個(gè)微生物在恒定狀態(tài)下高速生長(zhǎng)的環(huán)境，可以有效地延長(zhǎng)微生物的指數(shù)生長(zhǎng)期。2、在恒定的狀態(tài)下，微生物所處的環(huán)境條件，如營(yíng)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(zhǎng)速率等可以始終維持不變，甚至還可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)速率。連續(xù)發(fā)酵優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：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(shí)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(dòng)力、水和蒸汽，且使水、電、汽的負(fù)荷均勻合理。3）自動(dòng)化程度高：便于使用各種儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，降低勞動(dòng)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(diǎn)：1）長(zhǎng)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(kāi)放的系統(tǒng)和長(zhǎng)周期發(fā)酵，易造成染菌。長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)發(fā)酵中對(duì)發(fā)酵設(shè)備和空氣凈化系統(tǒng)的無(wú)菌要求更高。不能保持長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率。對(duì)于某些原材料價(jià)格昂貴的產(chǎn)品，由于連續(xù)發(fā)酵對(duì)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(guò)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(guò)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(zhǎng)繁殖過(guò)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(dòng)過(guò)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(duì)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(guò)程和產(chǎn)物合成引起pH下降的原因（1）C/N比過(guò)大，供氧不足，有機(jī)酸積累，引起pH下降（2）碳源的種類(lèi)：快速利用碳源，有機(jī)酸積累多，會(huì)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