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发酵工程原理与技术应用第一章绪论1.什么是发酵工程？发酵工程是指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术来生产有用物质或将微生物直接用于工业化体系的一门技术，是建立在微生物发酵工业基础上，与化学工程相结合而发展起来的。2.发酵工业的特点①一步生产②反应条件温和③原料纯度要求低④设备的通用性高⑤对环境的污染相对较小⑥生产受自然条件限制小第二章发酵工业菌种1.发酵工业菌种的常用类型。①细菌：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等②放线菌：链霉菌属、小单胞菌属③酵母菌：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等④霉菌：根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉及青霉等⑤未培养微生物：2.发酵工业对菌种的要求。①能在廉价原料制成的培养基上生长，且生成的目的产物产量高、易于回收。②生长较快，发酵周期短。③培养条件易于控制。④抗噬菌体及杂菌污染的能力强。⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定。⑥对放大设备的适应性强。⑦菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。3.从自然界分离筛选菌种常用步骤。①采样：有针对性地采集样品。②样品预处理：可提高菌种分离效率。③增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势，使筛选变得可能。【目的菌富集培养】富集培养方式：1.分批培养2.连续培养3.半连续培养④纯种分离：利用分离技术得到纯种。常用的分离方法：1.平板划线分离2.稀释分离3.涂布分离4.毛细管分离5.小滴分离⑤初筛：从分离得到的大量微生物中将具有目的产物合成能力的菌株筛选出来的过程。【（1）平板筛选（各种变化圈），（2）摇瓶发酵筛选】⑥菌种复筛。⑦菌种发酵性能鉴定。【鉴定技术四个水平：细胞的形态和习性水平细胞组分水平蛋白质水平基因或核酸水平】⑧菌种保藏。4.代谢调控机制—阻遏阻遏的类型主要有：末端代谢产物阻遏和分解代谢产物阻遏。末端产物阻遏：是指由某代谢途径末端产物过量积累而引起的阻遏。分解代谢物阻遏：是指有两种碳源（或氮源）分解底物同时存在时，细胞利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关分解酶的合成和积累。5.发酵工业菌种改良的目的。防止菌种退化改良菌种性状，改善发酵过程提高生产能力提高产品质量开发新产品6.诱变育种的基本步骤。①菌出发菌株的选择：选择好的出发菌株对诱变效果有着极其重要的作用。【选择标准：产量高、对诱变剂的敏感性大、变异幅度广】②悬液的制备：这一步骤的关键是制备单细胞和单孢子状态的、活力类似的菌悬液，为此要进行合适培养基的培养，并要离心，洗涤，过滤。③诱变处理：将制备好的菌悬液与诱变剂接触，进行诱变。④中间培养：由于在发生了突变尚未表现出来之前，有一个表现延迟的过程，即细胞内原有酶量的稀释过程(生理延迟)，需3代以上的繁殖才能将突变性状表现出来。此过程称为中间培养⑤分离和筛选：筛选分初筛和复筛。初筛以迅速筛出大量的达到初步要求的分离菌落为目的，以量为主。复筛则是精选，以质为主，也就是以精确度为主。7.菌种变异及退化机理及防止措施。①菌种变异及退化机理：菌种退化主要指生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行接种传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。【主要原因：基因突变，连续传代】②预防措施：减少传代、经常纯化、创造良好的培养条件、用单细胞移植传代科学保藏。8.菌种保藏技术。目的：①存活，不丢失，不污染；②防止优良性状丢失；③随时为生产、科研提供优良菌种原理：根据菌种的生理生化特点，人工地创造条件，使菌种的代谢活动处于不活泼状态、生长繁殖受抑制的休眠状态。方法：①斜面低温保藏法【低温】②砂土管保藏法【低温、干燥、隔氧、无营养物】③冷冻真空干燥法【低温、干燥、缺氧】④液氮超低温冻结法【超低温】⑤石蜡油封保藏法⑥硅胶保藏法第三章发酵工业培养基设计1.工业大规模发酵的培养基应遵循的原则。①必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。②有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质的转化率。③有利于提高产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。④有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。⑤尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化，并尽可能减少产生“三废”物质。⑥原料价格低廉，质量稳定，取材容易。⑦所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，能耗。2.培养基的几大营养成分的功能作用。常用的营养成分有哪些？几大营养成分的功能作用：碳源：碳源是组成培养基的主要成分之一，其主要功能有两个：一是提供微生物菌体生长繁殖所需的能源以及合成菌体所需的碳骨架；二是提供菌体合成目的产物的原料。氮源：主要用于构成菌体细胞物质和合成含氮代谢物。无机盐及微量元素：作为微生物生理活性物质的组成或生理活性作用的调节物。水：水是所有培养基的主要组成成分，也是微生物机体的重要组成成分。生长调节物质：发酵培养基中某些成分的加入有助于调节产物的形成。常用的营养成分：常用碳源有糖类、油脂、有机酸和低碳醇等常用氮源有有机氮源和无机氮源。磷、镁、硫、钾、钠、铁、氯、锰、锌、钴等。常用的生长调节物质有生长因子、前体、产物合成促进剂。第四章发酵工业的无菌技术