发酵工程总结版

发酵工程期末复习

名词解释：

1.发酵工程 是发酵原理与工程学的结合,是研究生物细胞参与的工艺过程的的原理和科学,是研究利用生物材料生产有用物质服务于人类的综合性科学技术。

2.分批培养：是指在一个密闭系统内，投入有限数量的营养物质后接入少量微生物菌种进 行培养，使微生物生长繁殖，在特定条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。

3.连续培养： 是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜培养基，同时又以相同的速度流出 培养液，从而使培养系统内培养液的量维持恒定，微生物细胞能在近似恒定状态下生 长的发酵方式。

4.补料分批培养：是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法 5.液化：用α-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖。

6.糖化：用糖化酶（又称葡萄糖淀粉酶）将糊精和低聚糖转化为葡萄糖

7.糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。

8.老化：分子间已断裂的氢键、糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结的过程。 9.间歇灭菌

间歇灭菌就是将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程，也称分批灭菌或实罐灭菌。

10.连续灭菌 将配制好的培养基在向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却，进行灭菌。 11.呼吸强度（比耗氧速率） QO2 ：单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量。

单位：mmolO2/（kg干菌体·h）。 12.摄氧率γ（耗氧速率）：单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。单位：

γ=QO2·x x——细胞浓度，kg(干重)/m3 13.临界氧浓度

微生物的耗氧速率受发酵液中氧的浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，即不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，称为临界氧浓度，以C临界表示 14.静电除菌：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。

15.辐射灭菌：利用各种射线或超声波破坏蛋白质等生物活性物质，从而起到灭菌作用。 16.介质过滤：使空气通过能透过空气的多孔介质将空气所携带的尘、菌截阻。

17.布朗扩散截留：布朗扩散的运动距离短，在较大的气速、较大的纤维间隙中不起作用，但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中布朗扩散作用增加了微粒与纤维的接触滞留机会。

拦截截留：当气流速度在临界速度以下，颗粒仍然随气流运动，在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞流区内气流速度更慢，进入滞留区的颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘附作用而被滞留。 18.惯性撞击截留：当含有微生物颗粒的空气通过滤层时，空气流仅能从纤维间的间隙通过，由于纤维纵横交错，层层叠叠，迫使空气流不断改变运动方向和速度。由于微生物颗粒的惯性大于空气，因而当空气流遇阻而绕道前进时，微生物颗粒未能及时改变它的运动方向，而撞击并被截留于纤维的表面。 19.耗氧速率：指生物和微生物进行有氧呼吸作用所消耗氧气的速率 20.临界氧浓度：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。 21发酵动力学 是研究发酵过程中菌的生长速率、培养基的消耗速率和产品形成速率的相互作用和随时间变化的规律。

22基质比消耗速率(qs ，g(或mo1)／g菌体?h)：指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。它表示细

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胞对营养物质利用的速率或效率。在比较不同微生物的发酵效率上这个参数很有用。

23.产物比生产速率(qp，g(或mo1)／g菌体?h)：指每克菌体在一小时内合成产物的量，它表示细胞合成产物的速度或能力，可以作为判断微生物合成代谢产物的效率。

24.得率系数：是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重(g)。 25.分批培养（batch culture） 指在一个密闭系统内，投入有限数量营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养。使微生物生长繁殖，在特定条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。 26.牛顿型流体：凡是流体特性服从牛顿粘性定律的流体称为牛顿行流体。酵母和细菌培养 液多属于牛顿流体。

27.生物反应器：是指任何提供生物活性环境的制造或工程设备。在一种情况下，生物反应器是一个进行涉及到生物或生物化学活性物质由特定的生物生产出来的化学过程的容器。

28.发酵罐：用于培养微生物或细胞的封闭容器或生物反应装置。可用于研究、分析或生产。有多种在材料、大小和形状上各异的产品。最常用的为全搅拌罐式反应器。 29.发酵染菌是指在发酵培养过程中侵入了有碍生产的其他微生物。

各章节要点

第一篇 工业微生物和发酵工业原料（第二章至第四章） 1发酵生产过程和化工生产相比其特点为：

1发酵生产过程通常是在常温常压下进行，操作条件较温和，设备要求相对较低。 2生产所用的原料主要以农副产品及其加工产品为主，基本属于可再生生物资源

3反应过程中以生命体自动调节方式进行，数十个反应过程可像单一的反应过程一样在单一生物反应器中进行。可生产结构复杂的有用物质，能搞选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化，还原，官能团导入等反应。

4.投资相对较少，见效快，具有经济与效能统一性。

2发酵工业生产流程： 1原料预处理 2培养及配置

3 发酵设备和培养基灭菌 （实罐灭菌：121’C保温20~30min,也可采用连续灭菌） 4无菌空气制备 （高空采风—压缩机加压—加热灭菌） 5微生物菌种制备和扩大 6发酵 7发酵产品的分离与纯化 3工业发酵步骤和工艺流程

(1) 用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制 (2) 培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌

(3) 将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发 酵罐中

(4) 将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物 (5) 将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品 (6) 回收或处理发酵过程中产生的废物和废水

4微生物工程工业生产水平的三个决定要素: 生产菌种的性能 ，发酵和提取工艺条件 生产设备 5工业常用微生物

细菌：枯草杆菌，短杆菌，大肠杆菌 酵母：酿酒酵母（啤酒，葡萄酒），酒精酵母，假丝酵母

霉菌：黑曲霉，土曲霉，米曲霉，红曲霉，根霉，木霉，青霉 放线菌：单孢菌 其他：藻类

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6 微生物工业对菌种的要求：

能在廉价原料制备的培养基上迅速生长和生成所需的代谢产物产量高。 培养条件易于控制 生长迅速，发酵周期短 满足代谢控制的要求 抗噬菌体能力强 菌种不易变异退化

安全性（不是病源菌，不产毒素）

7种子制备的过程大致可分为：

实验室种子制备阶段： 固体培养基培养孢子，液体培养法

生产车间种子制备阶段：1种子罐接种：微孔接种法, 火焰保护法, 压差法

2种子罐级数的确定 ,种子罐级数：是指制备种子需扩大培养的次数，取决于：

菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度；所采用发酵罐容积 8 种子扩大培养的方法： ① 表面培养法 ② 固体培养法

③液体培养法（三角瓶摇床震荡或转式培养） ④载体培养法

9 常用液体深层培养法：①放大法②两步法③控制培养法 ④分批培养法(间歇发酵法)⑤连续培养法⑥

补料分批培养法(流加法)

10 影响种子质量因素：1培养基2种龄与接种量3培养温度与湿度4pH 5通风与搅拌6泡沫7杂菌控

制

11泡沫危害：影响微生物对氧的吸收；妨碍CO2的排除；减少设备利用率（有效容积减少）； 造成跑料，导致染菌；

12种子异常分析：菌种生长速度，过快或过慢 菌丝结团 菌丝粘壁

13间歇灭菌与连续灭菌的比较： 连续 灭菌 1.高温短时灭菌，培养基 营养成分损失少。 2.发酵罐占用时间缩短， 利用率高。 1.设备要求低，不需另外 加热、冷却装置。 2.操作要求低，适合小批 量生产规模 3.适合含大量固体物料的 灭菌 1.设备复杂，操作麻烦, 染菌机会多。 2.不适合含大量固体物 料的灭菌。 1.培养基的营养物质损 失大，灭菌后培养基 质量下降 2.发酵罐的利用率较低 3.不适合大规模生产的 灭菌 间歇 灭菌

14淀粉水解糖的制备方法和原理 （一）酸解 1.水解过程：

总反应式： (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6

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过程：(C6H10O5)n (C6H10O5)x C12H22O11 C6H12O6 淀粉 糊精 麦芽糖 葡萄糖

H+对作用点无选择性，?-1,4-糖苷键和?-1,6-糖苷键均被切断。 （二）酶解法 淀粉酶解法分两步： 淀粉糖化及糖化终点的控制：

（1） 糖化的温度及pＨ值：决定于所用的糖化剂的性质。 （2）加酶量：

（3）液化液DE值的影响：在碘试本色的前提下，液化液DE值越低，则糖化液DE值越高。 （4）异淀粉酶的影响 液化程度的控制： ? I2试 ? 测定DE值 ? DE值高，糊精太小，不利于糖化酶作用，影响催化效率，终点DE值低。 ? DE值低，液化不彻底，糖化速度慢，酶用量大，时间长，过滤性能差。 糖化终点：终点确定：DE值达最高时，加热灭酶

方法：无水乙醇滴入糖化液，无白色沉淀则达到糖化终点 14灭菌的原理和方法

干热灭菌法：原理：利用高温对微生物有氧化、蛋白质变性和电解质浓缩作 用而

杀灭微生物。 常用方法：灼烧和电热箱加热，140-180℃ 1-2小时

湿热灭菌法：原理：蒸汽冷凝放出大量潜热，具有穿透力，且在高温有水分条件下，蛋白质易变性。 方

法：水煮常压灭菌：100℃饱和蒸汽灭菌：一般121℃，30分钟

射线灭菌法：原理：利用高能量的电磁辐射与菌体核酸的光化学反应造成菌体死亡。 常用：紫外线、X

射线和γ射线。

化学药品灭菌法 原理：药物与微生物细胞中的成分反应，使蛋白质变性、酶失活. 过滤除菌法 原理：利用微生物不能透过滤膜除菌 方法: 0.01~0.45 ?m孔径滤膜，

15影响培养基灭菌的因素：在影响培养基灭菌的因素中，除了灭菌温度和时间外，还有以下影响因素： 1.培养基成分：

◆油脂、糖类、蛋白质增加耐热性，灭菌时间长； ◆高浓度的盐类、色素等则削弱其抗性

2.培养基物理状态：

◆固体培养基的灭菌时间要比液体培养基的灭菌时间长 3、pH ◆ 微生物在pH6.0～8.0范围内耐热性最大

◆ pH低于6.0时，氢离子极易渗入微生物细胞，从而改变细胞的生理反应而促进其死亡，故培养基酸度愈高，则所需的杀菌时间愈短 4、培养基中微生物数量 5.微生物细胞含水量：

◆一定范围含水越多蛋白质凝固温度越低，越易被杀死。 6.微生物细胞菌龄： 7.耐热性：

8.泡沫：◆泡沫中的空气形成隔热层，对灭菌极为不利，可加入少量消泡剂 。

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第四章 无菌空气的制备 1无菌空气获得方法：

辐射灭菌：利用Uv、X-ray、超声波杀菌 热灭菌法

静电除尘、除菌 介质过滤

2空气过滤除菌的原理（绝对过滤、深层介质过滤）

惯性冲击截留作用；拦截截留作用；布朗扩散截留作用；重力沉降作用； 静电吸引作用。

3介质过滤效率

滤层所滤去的微粒数与原有微粒数之比称为过滤效率，用?表示 ，是衡量过滤设备过滤能力的指标。 ? = （N1--N2）/N1=1－P

N1 — 过滤前空气中的微粒含量 （个）； N2 — 过滤后空气中微粒含量 （个）；

N2/N1 — 过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为穿透率 P 4影响介质过滤效率的因素 纤维直径 介质填充厚度 介质填充密度 空气流速

5提高过滤除菌效率的措施 减少进口空气的含菌数量

设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。 合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的目的 。

降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作 稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。 6空气预处理

目的:1）提高压缩前空气的洁净度2）去除压缩后空气中的油和水 7制备无菌空气的大致过程

吸入空气----前过滤----空气压缩机----压缩空气至适当温度---分离除去油和水---加热至适当温度，相对湿度为50%—60%---空气过滤器---无菌空气 8溶解氧控制的意义

溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响可能是不同的，所以必须了解长菌阶段和代谢产物形成阶段的最适需氧量。

空气中的氧在发酵液中的溶解度很低，大量经过净化处理的无菌空气在给发酵液通气过程中因溶解少，而被浪费掉。因此必须设法提高传氧效率。

第二篇 发酵工程机理（第五章至第七章）

1、 供氧方面的阻力 1）气膜阻力（ 1/kG）：为气体主流及气-液界面的气膜阻力，与空气情况有关。 2） 气液界面阻力（1/kI）：与空气情况有关，只有具备高能量的氧分子才能透到液相中去，而其余的则返回气相。

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