生物工艺学重点(上半部分)生物工艺学重点(上半部分).doc

发酵工艺学 发酵工艺学的定义和特点 生物工艺学：应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物料进行加工以及提供产品为社会服务。 工业上的发酵：指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。 生物作用剂（生物催化剂）：是游离的或固定化细胞、酶的总称微生物细胞，在生物过程中起着催化作用。 生物反应过程是六部分组成：原料预处理、种子培养（扩大）、空气除菌（好气性发酵）、发酵（主要阶段）、提炼、成品检验 发酵工程特点： 发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单； 发酵所用的原料简单粗放。通常以淀粉、糖蜜、或其他农副产品为主； 发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物； 发酵过程中对杂菌的污染防治至关重要； 由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性的和高度选择性的对某些较为复杂的化合物进行特定部位的氧化、还原等化学反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物； 微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此使得按常规方法； 投资少、见效快、经济效率显著。 代谢控制发酵：利用生物化学或遗传学的方法，人为地改变或控制微生物代谢，使其有用产物大量积累的方法。 糖类好气性代谢产物 特点： （1）好气性微生物，有氧呼吸好气发酵。菌体生长速度降低或停止生长时，产物才能大量生长； （2）代谢途径清楚；产物可分为两类：1、糖类经过降解途径TCA、DCA循环途径的发酵产物。2、糖类碳链不经过降解的发酵产物。 （3）与消耗碳源无准量关系。 次级代谢产物 定义：既不作为细菌或酶的结构成分，也不是一般的细胞储存物质，它对产生菌本身的生理功能物不明确的一类代谢产物。 特点：（1）与消耗碳源无准量关系，产量很低； （2）菌生长速度减低或停止后，产物较快合成，也有例外； （3）合成途径复杂，多不明确甾体转化物。 产物： 抗生素类：青霉素、链霉素、四环素、庆大霉素、维??素B12、植物激素、赤霉素、真菌毒素 发酵法优点：（1）简化步骤；（2）提高转化产物的疗效；（3）反应多，不同微生物进行不同的反应；（4）有利环境保护，提高人体健康。 培养基 定义：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。同时培养基也为微生物提供除营养外的其他生长所必需的条件。（营养、环境条件） 要求：（1）都必须要含有作为合成细胞组成的原料； （2）满足一般生化反应的基本条件； （3）一定的PH条件； （4）工业生产培养基所用的原材料还必须满足：①来源丰富，价格低廉，质量稳定； ②根据生产菌的营养特性与产物合成两者兼顾；③符合工艺、设备的要求（配制培养基时要有利于发酵液质量）。 培养基成分 碳源： 形式：糖类、油脂、有机酸、低碳醇等 主要功能：①为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分；②为合成目的产物提供所需的碳成分。 快速利用的糖为培养基，有时反而会抑制产物合成，在菌体生长过程作为碳源的来源。 慢速利用的糖为培养基，常会促进产物合成，在产物合成过程作为碳的来源。 原因：快速利用碳源的分解产物抑制了产物形成的关键酶 生产上采取的方法：（1）缓慢利用碳源的使用（2）流加葡萄糖（3）用混合碳源 氮源：（1）种类：有机、无机 （2）作用：构成细胞构质，含N代谢物 （3）不同氮源差别①有机氮源②无机氮源 与有机N相比，更容易被微生物吸收 生理酸性物质：经微生物生理作用，能形成酸性物质的无机氮源 生理碱性物质：经微生物生理作用，能形成碱性物质的无机氮源 无机盐及微量元素： 作用：为微生物生理活性物质的组成或生理活性作用的调节物。一般低浓度时，对微生物合成产物促进，高浓度对微生物合成产物形成抑制。 各元素作用 ①P：核酸和蛋白质必要成分，ATP，代谢调节；②Ca：细胞透性；③Mg：多数酶激活剂，芽孢的重要成分；④S：含硫AA的组成和某些酶（CoA）活性剂；⑤Fe：细胞色素，细胞色素氧化酶和过氧化酶成分；⑥Cl：啫盐菌必需，改善啤酒味；⑦Na+，K+：Na维持渗透性，K渗透压和透性；⑧微量元素：酶的辅基和激活剂，机体对其需求很少 生长因子：微量的一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。 培养基配置原则： 营养物质应满足微生物需要；（2）营养物浓度及配比应当适当；（3）物理化学条件合适；（4）根据培养基的目的。 种子扩大培养 定义：将休眠的生产菌种经斜面培养基活化，经扁平或摇瓶及种子罐逐级扩大数量，至一定数量和质量的纯种的过程。 种子培养任务：保持生产菌种的优良生产性能，得到比较纯净的种子，菌健壮，还要有足够的量，以供大规模生