发酵工程

发酵工程

（西农生技复习）

——望海1973整理

第一章 发酵工程概述

发酵的现代概念：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物

菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。

发酵工程的概念：利用微生物或其他生物细胞，在特定的生物反应器内生产

某种特定的产品的工业化生产过程和技术体系。

发酵工程反应过程的特点——与化学工程相比

核心过程是生物学过程而非化学过程（系统性、间接控制性、非线性） 条件温和、特别注重生产过程的无菌

发酵工程：就是化学工程中各有关单元操作结合了微生物特性的一门学科 。 与化学工程相比，发酵工程的特点是： 1.常温常压反应

2.原料无毒，很多发酵行业生产比较粗放 3.遵循生物代谢规律

4.较易生产复杂的高分子化合物 5.发酵液下游提取常需预处理 6.注重发酵过程染菌的防止 7.育种是提高产量的重要途径 发酵罐的分类

按微生物生长代谢需要分类：分为好氧和厌氧二类

按照发酵罐设备特点分类：分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐 按容积分类：实验室用（1～50L）中试用（50～5000L）生产用（5000L 以上） 按微生物生长环境分类：悬浮生长发酵罐和支持生长发酵罐

机械搅拌通气发酵罐

1.通用型机械搅拌通气发酵罐

为发酵工厂最常用的发酵罐，

特点：由压空系统负责通气，机械搅拌系统机械搅拌。 缺点：能耗较大，机械剪切力较大，容易产生死角。

2.自吸式发酵罐

空气靠叶轮带动发酵液高速流动或液体喷射形成的真空自行吸入，无需通风装置。

优点：传质效率高，能耗低；

缺点：罐内为负压，机械剪切力大，应用范围有限。

分批发酵

又称分批培养，是指将所有的物料（除空气、消沫剂、调节pH值的酸碱物外）一次性加入发酵罐，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收。清罐结束后，重新开始新的装料发酵的发酵方式

分批发酵的特点： 1.半封闭体系，非稳态过程

2.发酵周期长，工作重复

3.微生物体现典型生长曲线，生产效率没有最大化

补料分批发酵

补料分批发酵又称半连续培养或半连续发酵，是指在分批发酵过程的中后期，给发酵罐间歇或连续地补加某些成分的发酵方式。补料分批发酵是介于分批发酵过程与连续发酵过程之间的一种过渡培养方式。 连续发酵的概念

连续发酵又称为连续培养，是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的量维持恒定，并使微生物细胞能在近似恒定状态下生长发酵方式

连续发酵的不足

1.运转时间长，菌种多退化

2.容易污染，培养基的利用率低 3.变量多，较难控制 4.不能用于生产次级代谢产物

补料分批发酵的优点：

1.与分批培养方式比较

1.1 可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应

1.2 对于耗氧过程，可以避免在分批培养过程中因一次性投糖过多造成的细胞大量生长、耗氧过多以至通风搅拌设备不能匹配的状况 1.3 减少菌体生成量，提高有用产物转化率

2.与连续培养方式比较

2.1 不需要严格的无菌条件

2.2 不会产生微生物菌种的老化和变异 2.3 最终产物浓度较高，有利于产物的分离 2.4 使用范围广

整个分离提取路线：预处理、固液分离、初步纯化、高度纯化、成品加工

第二章 微生物菌种选育

菌株分离的概念

菌株分离就是将一个混杂着各种微生物的样品通过分离技术区分开，并按照实际要求和菌株的特性采取迅速、准确、有效的方法对他们进行分离、筛选，进而得到所需微生物的过程。

微生物菌种的选择性分离：

1.含微生物样品的采集 2.微生物样品的富集培养 3.目的菌种的分离 4.目的菌的筛选，

自然选育：在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，从而选育

出优良菌种的过程，叫做自然选育

诱变育种：是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其突

变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法进行筛选的育种方法。

突变菌株的筛选

营养缺陷型突变菌株的筛选： 采用营养谱法

抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株的筛选： 选育结构类似物抗性突变株

杂交育种：一般是指人为利用真核微生物的有性生殖或准性生殖，或原核微生

物的接合、F因子转导、转导和转化等过程，促使两个具不同遗传性状的菌株发生基因重组，以获得性能优良的生产菌株的育种方法

原生质体融合：是通过人工方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发

生融合，并产生重组子的过程，亦可称为细胞融合

菌种退化：通常是指在较长时期传代保藏后，菌株的一个或多个生理性状和形

态特征逐渐减退或消失的现象。

菌种的复壮：通过纯种分离和生产性能测定淘汰负变个体，保证菌株生产能力

的稳定。概念的外延有狭义的和广义的两种

种子扩大培养：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即种子扩大培养。这些纯种培养物称为种子。

第三章 发酵机制及发酵动力学

微生物初级代谢及产物：主要包括糖类、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这

些化合物聚合而成的高分子化合物

次级代谢：微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些

对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程，过程的产物，即为次级代谢产物

分解代谢物阻遏（Cabon catabolite Repression，CCR）

是指细胞内同时存在两种碳源（或两种氮源）时，利用快的那种碳源（或氮