发酵工艺学..doc

菌种代谢生理及其调控的分子生物学机制 1）初级代谢产物：通常把微生物产生的对自身生长繁殖必需的物质，而产生这些物质的代谢体系或过程称初级代谢。具体分为：分解代谢体系和合成代谢体系。 次级代谢产物：指生物体合成，但对其自身的生长、繁殖和发育并没有影响的但对产生菌的生存具有一定作用的一类物质。 代谢调控机制 ①酶合成调控 诱导、阻遏（末端产物阻遏、分解代谢阻遏）。②酶活性的调节 激活、抑制（反馈抑制，变构酶） 发酵工业菌种改良 目的：提高目标产物产量；提高产品质量，减少副产物；改良菌种性状，改善发酵过程；改造合成途径，获得高产新产品 3、菌种选育的一般方法：自然选育、诱变育种（高效定向筛选）、杂交育种、基因工程育种。自然选育、诱变育种是利用基因突变获得优良菌种，能改良菌种遗传特性；自然选育可达到纯化菌种、防止菌种衰退、稳定生产、提高发酵产量的目的；杂交育种、基因工程育种是通过DNA重组获得优良菌种，能改变菌种遗传特性。 4、诱变育种（代谢调控育种） ①基本过程：选择合适的出发菌株；制备待处理菌悬液、诱变、筛选、保藏和扩大试验。 ②工作要点：选择简便有效诱变剂、挑选优良的出发菌株、选用最适剂量：低剂量诱变剂更有利于高产菌株的稳定、处理单孢子悬液应均匀、充分利用复合处理的协同效应、设计采用高效定向筛选方案。 细胞工程育种：采用杂交、接合、转化、转导的方法，将遗传物质进行交换、重组。 基于代谢调节的育种技术：组成型突变株的选育、抗分解调节突变株的选育（碳源、氮源）、抗反馈调节突变株的选育、细胞膜透性突变株的选育。 组成型突变株的筛选：限量诱导物恒化培养、循环培养。 营养缺陷性突变株的筛选：逐个检出法、影印平板法。 基因工程育种步骤：目标DNA片段的获得、与载体DNA分子的连接、重组DNA分子引入宿主细胞、重组体的选择与鉴定。 培养基的组分：碳源、氮源、无机盐及微量元素、水、生长调节物质。 用作碳源的物质及特点：糖类（葡萄糖、淀粉、蜜糖）、油脂、有机酸、低碳醇 糖类：①葡萄糖：最易利用，几乎所有微生物都能利用；葡萄糖常作为培养基的一种主要成分，并且作为加速微生物生长的一种有效糖。②淀粉：需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用。 油和脂肪：释放出比糖代谢更多的能量，需要供给更多的溶解氧 有机酸：会使PH上升 培养基的类型：斜面培养基、种子培养基、发酵培养基。 培养基成分选择的原则：菌体的同化能力、培养基对菌体的阻遏和诱导、碳氮比对菌体代谢调节的重要性、pH对不同菌体代谢的影响。 14、培养基设计与优化的大致步骤： 1）根据前人的经验和培养基配制的基本理论，初步确定可能的成分 2）通过单因子实验确定最为适宜的培养基成分 3）通过多因子实验确定各成分的最适浓度 15、培养基优化的方法：①根据以前的经验以及在培养基成分确定时必须考虑的一些问题，初步确定可能的培养基组分。②通过单因子优化实验确定最为适宜的各个培养基组分及其最适浓度。③最后通过多因子实验进一步优化培养基的各种成分及其最适浓度。 16、染菌的危害：消耗营养、合成新产物、菌体自溶、发粘等造成分离困难、改变pH、分解目标产物、细菌发酵污染噬菌体导致发酵失败。 17、染菌的检查和判断：显微镜检查法、平板划线培养或斜面培养检查法、噬菌体、肉汤培养检查法 18、染菌的防治：种子带菌的防治、过滤空气带菌的防治、设备渗漏的防治。 19、污染的原因：灭菌不彻底、操作不当造成染菌、噬菌体染菌 20、发酵工业的无菌技术：湿热灭菌法、过滤除菌法、干热灭菌法、射线灭菌法、化学药剂灭菌法、火焰灭菌法。 21、湿热灭菌的原理：对数残留定律：-dN/dt=kN，lnNt/No=-kt，t=2.303lgNo/Nt/k N是残留的活菌数，t受热时间，k比死亡速率常数。 K是判断微生物受热死亡的难易程度的基本依据，k值越小，微生物越耐热。 影响培养基灭菌的因素：培养基的成分、培养基的PH、培养基的物理状态、泡沫、培养基中微生物的数量。 分批灭菌的工艺流程：开始灭菌时，应排放夹套或蛇管中的冷水，开启排气管阀，夹套内通入蒸汽，当发酵罐内的空气升至70℃时开始由空气过滤器、取样管和放料管通入蒸汽，当发酵罐内温度达到120℃时，压力达到1×105pa时，灭菌进入保温阶段，保温阶段，凡液面以下各管道都应通蒸汽，液面上其余各管道则应排蒸汽，不留死角，维持压力、温度恒定直到保温结束。依次关闭各排汽、进汽阀门，并通过空气过滤器迅速向罐内通入无菌空气，维持发酵罐降温过程的压力，夹套或蛇管中通冷水，使培养基降温到所需温度。 连续灭菌的优点：适用于大型罐；灭菌时间短，营养成分破坏少；发酵罐利用率高；蒸汽负荷均衡；采用板式换热器时，可节约大量能量；适宜采用自动控制，劳动强度小；可实现将耐热性物料和不耐热性物料在不同温度下分开灭菌，减少营养成分的破