发酵工程..docVIP

发酵工程（Fermentation Engineering）指在最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。 发酵工程主要包括代谢工程和发酵工艺两个主要内容 1.天然发酵时代，2.纯培养时期，3.通气搅拌技术时期，4.代谢控制发酵技术，5.现代生物技术时期 1.材料的预处理 包括原材料的选择，必要的物理和化学方法加工，即培养基的制备过程，包括其配制和灭菌等 2.生物催化剂的制备生物反应的催化剂—酶基本上是由微生物产生的 3.生化反应器及发应条件的选择与监控 生物反应器是进行生物反应的核心设备，生物反应主要是在生物反应器中进行的，它为微生物细胞或酶提供合适的反应条件以达到细胞增殖或产品形成的目的 细胞融合技术、基因操作技术等生物技术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有用的微生物 1、微生物的特性 微生物能在不同条件下生长，， 微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身的生长 微生物能进行复杂的代谢 微生物能利用较复杂的化合物 工业化生产菌种的要求 能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物 有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强 遗传性能要相对稳定 不易感染它种微生物或噬菌体产生菌及其产物的毒性必须考虑 生产特性要符合工艺要求 放线菌（链霉素四环素；红霉素等） 真菌（青霉素、头孢等 代谢控制发酵：用人工诱变的方法，有意识地改变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用 氨基酸生产菌的要求 代谢途径比较清楚，代谢途径比较简单 菌种分离的一般过程 土样的采取-→ 预处理→ 培养→ 菌落的选择→ 产品的鉴定 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物 采样时要注意的问题 气候、水分、空气，，来源要广，，结合产品的特点，，标签：地点、时间、气候等 目的微生物富集目的 让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能 富集的三种方案 定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的条件，进行培养 当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分类学中考虑 不能提供任何有助于筛选产生菌的信息，这时只能通过随机分离的办法 菌落的选出 从产物角度出发 有目的的设计培养基 从形态的角度 菌落的外观形态，是微生物的一个重要表征 菌株选育、分子改造目的 防止菌种退化 解决生产实际问题 提高生产能力 提高产品质量 开发新产品 方法 基因突变 基因重组 基因的直接进化 传统的诱变方法仍然是一种采用的方法，特别是自然选育是工业发酵稳产高产的重要保证 培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖所需的一组营养物质和原料 作用： 满足菌体的生长 促进产物的形成 发酵培养基的要求： 1满足产物最经济的合成 2 形成的副产物少 3原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的供应。 4 能满足总体工艺的要求 培养基的类型及功能 1、按纯度 ：合成培养基 天然培养基 2、按状态： 固体培养基 半固体培养基 液体培养基 3、按用途 ： 孢子（斜面）培养基、种子培养基和发酵培养基三种 选择合适的无机氮源有两层意义：1 满足菌体生长 2 稳定和调节发酵过程中的pH 有机氮源选取时和使用过程中，必须考虑原料的波动对发酵的影响 氮源使用的一些相关问题： 1有机氮源和无机氮源应当混合使用 2有些产物会受氮源的诱导和阻遏 3有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力 4开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣 生长因子、前体和产物促进剂 生长因子：微生物生长不可缺少的微量的有机物质 前体 ：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高 前体使用时普遍采用流加的方法 产物促进剂： 所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。 培养基成分选择的原则：菌种的同化能力 代谢的阻遏和诱导 合适的C、N比 pH的要求 使实际转化率接近于理论转化是发酵控制的一个目标 培养基设计的步骤 ① 根据前人的经验和培养基成分确定时一些必须考虑的问题，初步确定可能的培养基成分 ② 通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分； ③ 当培养基成分确定后，剩下的问题就是各成分最适的浓度，由于培养基成分很多，为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方法。 种子扩大培养的概念:指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程 扩大