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1、發(fā)酵工程主要包括了 菌種的選育 、 培養(yǎng)基的 配制 、 滅菌 、 擴(kuò)大培養(yǎng)和接種 、 發(fā)酵過(guò)程 和 產(chǎn)品的 分離提純 等內(nèi)容。 從自然界分離的菌種 誘變育種 基因工程 細(xì)胞工程 生產(chǎn)用菌種 擴(kuò)大培養(yǎng) 接種 發(fā)酵罐 發(fā)酵條件控制 原料 培養(yǎng)基 的配制 滅菌 微生物菌體 代謝產(chǎn)物 產(chǎn)品 1菌種的選育： 基因突變、基因工程、細(xì)胞工程 人們?cè)鯓硬拍艿玫絻?yōu)良的菌種呢？ 發(fā)酵工程是利用微生物為人類(lèi)生產(chǎn)有用 產(chǎn)品，因此要想通過(guò)發(fā)酵工程獲得在種類(lèi)、產(chǎn) 量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要 的是要有優(yōu)良的菌種。 如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物，如青霉素、 谷氨酸等，則可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種， 再

2、用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個(gè) 體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。 例如：可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿 菌的質(zhì)粒結(jié)合，形成重組 DNA，再把重組 DNA導(dǎo)入 大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)形成工程菌。通過(guò)篩選則可培養(yǎng) 出能生產(chǎn)人的胰島素的菌種。 如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品，則可用 基因工程 、 細(xì)胞工程 的方法對(duì)菌種的遺傳特性進(jìn)行 定向改造，以構(gòu)建 工程細(xì)胞 或 工程菌 ，從而達(dá)到生 產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。 2培養(yǎng)基的配制： 要進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，有了優(yōu)良的菌種還 需要有與菌種相適應(yīng)的培養(yǎng)基。在配制培 養(yǎng)基時(shí)應(yīng)該注意哪些事情呢？ 根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制 培養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)

3、 滿(mǎn)足 微生物在碳源、 氮源、生長(zhǎng)因子、水、無(wú)機(jī)鹽等方面的 營(yíng)養(yǎng) 要求 ，并為微生物 提供適宜的 pH。 培養(yǎng)基的 營(yíng)養(yǎng)要協(xié)調(diào) ，以利于產(chǎn)物的合成。 培養(yǎng)基在滿(mǎn)足微生物的營(yíng)養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng) 盡量 降低生產(chǎn)成本 ，以得到更高的經(jīng)濟(jì)效益。 例如：發(fā)酵生產(chǎn)常采用天然成分的液體培養(yǎng) 基。而且，經(jīng)常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、 秸稈水解物以及乙醇、醋酸等石化產(chǎn)品代替 糧食來(lái)配制培養(yǎng)基。 3滅菌： 發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整 個(gè)發(fā)酵過(guò)程中不能混入雜菌。 這是為什么呢？ 在發(fā)酵過(guò)程中如混入其他微生物，將與菌種形成競(jìng) 爭(zhēng)關(guān)系，對(duì)發(fā)酵過(guò)程造成不良影響。 例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中混入放線菌， 則放線

4、菌分泌的抗生素就會(huì)使大量的谷氨酸棒狀 桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中污染了雜菌， 這些雜菌則會(huì)分泌青霉素酶，將合成的青霉素分 解掉。 那如何防止雜菌的污染呢？ 要在發(fā)酵前對(duì)培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進(jìn)行嚴(yán)格 的滅菌處理。 怎樣才算滅菌徹底呢？ 用 高溫、高壓 等方式，殺死所有雜菌的 胞體、芽孢和孢子。 4擴(kuò)大培養(yǎng)和接種 ： 工業(yè)發(fā)酵要想在較短的時(shí)間內(nèi)得到大量的 發(fā)酵產(chǎn)物，這無(wú)疑需要大量的菌體。如何得到 發(fā)酵生產(chǎn)所需要的大量菌體來(lái)縮短生產(chǎn)周期呢？ 這就需要經(jīng)過(guò)多次的擴(kuò)大培養(yǎng)。 如何對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)呢？ 擴(kuò)大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對(duì)數(shù)期的菌體分開(kāi)， 分頭進(jìn)行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速增加，能 在短時(shí)間里得到大量的

5、菌體。 擴(kuò)大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中的培養(yǎng)有何不同呢？ 擴(kuò)大培養(yǎng) 是為了讓菌體在短時(shí)期內(nèi)快速增 殖，而 發(fā)酵過(guò)程中的培養(yǎng) 是 為了獲得代謝產(chǎn) 物 ，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不 同。 例如：在酒精發(fā)酵過(guò)程中，擴(kuò)大培養(yǎng)是為了促 使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進(jìn)行。 而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過(guò)程中則必須在無(wú)氧條件 下進(jìn)行以獲得大量的酒精。 有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，在接種時(shí) 要注意什么事項(xiàng)呢？ 接種過(guò)程中要注意防止雜菌污染。 整個(gè)接種過(guò)程 必須無(wú)菌條件下操作 發(fā)酵過(guò)程 將菌體接種到裝有培養(yǎng)液的發(fā)酵罐中， 是不是發(fā)酵生產(chǎn)就能順利地進(jìn)行呢？ 還需要對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)發(fā)酵條件進(jìn) 行控制。 這又是為什

6、么呢？ 發(fā)酵產(chǎn)物主要在菌體生長(zhǎng)的穩(wěn)定期產(chǎn)生。 因此，要在發(fā)酵過(guò)程中隨時(shí)取樣檢測(cè)培養(yǎng) 液中細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度以了解發(fā)酵進(jìn)程， 及時(shí)添加必需的培養(yǎng)基成分來(lái)延長(zhǎng)菌體生 長(zhǎng)穩(wěn)定期的時(shí)間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物。 同時(shí)，還應(yīng)對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制。 哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？ 結(jié)論：發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、 pH、溶氧量等 對(duì)發(fā)酵過(guò)程有重大影響。 發(fā)酵過(guò)程中為什么還要控制發(fā)酵條件呢？ 因素 pH 氧 代 謝 途 經(jīng) NH 4 谷氨酰氨或乙酰谷氨酰氨 谷氨酸 適量 不足 酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酰氨 適量 缺乏 過(guò)量 適量 乳酸或琥珀酸 谷氨酸 適量 不足 影響谷氨酸代謝途徑的因素 發(fā)酵過(guò)程中氧的 溶量、 pH、磷

7、酸鹽 等都能影響谷氨酸 代謝途徑，從而影響代謝產(chǎn)物的合成。同時(shí)，隨著代 謝的進(jìn)行，產(chǎn)熱的增加、某營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，以及某 些酸性和堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，會(huì)使溫度、 pH等發(fā)生變化， 這些都會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)造成不利影響。因此，需要 對(duì)發(fā)酵過(guò)程的中 溫度、 pH、溶氧量 等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán) 格的控制，以保證菌體生長(zhǎng)和代謝途徑朝著有利人類(lèi) 的方向進(jìn)行。 從表中可以看出 ： 分離、提純： 分離、提 純的方法 分離提純后的產(chǎn)品，還要經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢查合格后， 才能成為正式產(chǎn)品。 產(chǎn)品的 分類(lèi) 菌體本身 如 谷氨酸、酒精 等。 代謝產(chǎn)物 如 酵母菌 和 細(xì)菌 等。 過(guò)濾、沉淀 等 方法將菌體從 培養(yǎng)液中分離 出來(lái) 可采用

8、 蒸餾 、 萃取 、 離子 交換 等方法 進(jìn)行提取。 菌種選育： 一般有誘 變育種，基因工程和 細(xì)胞工程等 培養(yǎng)基配制 滅菌： 包括設(shè)備滅菌和培養(yǎng) 基滅菌 擴(kuò)大培養(yǎng)和接種 發(fā)酵過(guò)程： 隨時(shí)了解發(fā)酵進(jìn)程，及 時(shí)添加必需的培養(yǎng)基組分，嚴(yán)格控 制溫度、 pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速 等發(fā)酵條件。 分離提純 菌體：用過(guò)濾、沉淀方法 代謝產(chǎn)物：用蒸餾、萃取、離子 交換等方法 擴(kuò)大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中的培養(yǎng)有何不同呢？ 擴(kuò)大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時(shí)期內(nèi)快速增殖， 而發(fā)酵過(guò)程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的 不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同。 例如：在酒精發(fā)酵過(guò)程中，擴(kuò)大培養(yǎng)是為了促 使酵母菌快速增殖，因此是在有氧

9、條件下進(jìn)行。 而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過(guò)程中則必須在無(wú)氧條件下 進(jìn)行以獲得大量的酒精。 發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中不能 混入雜菌。這是為什么呢？ 在發(fā)酵過(guò)程中如混入其他微生物，將與菌種形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系， 對(duì)發(fā)酵過(guò)程造成不良影響。 例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中混入放線菌，則放線菌分泌 的 抗生素 就會(huì)使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生 產(chǎn)過(guò)程中污染了雜菌，這些雜菌則會(huì)分泌 青霉素酶 ，將合成的 青霉素分解掉。 影響發(fā)酵過(guò)程的因素 （ 1）溫度 溫度能影響酶的活性，也能影響生物合成的途徑。溫度 還會(huì)影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)，以及菌種對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解吸收 等。 （ 2） pH pH

10、能夠影響酶的活性，以及細(xì)胞膜的帶電荷狀況。還會(huì)影 響培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解等 （ 3）溶解氧 在發(fā)酵過(guò)程中菌種只能利用溶解氧。因此，必須向發(fā) 酵液中連續(xù)補(bǔ)充大量的氧，并要不斷地進(jìn)行攪拌，以提高氧在 發(fā)酵液中的溶解度。 （ 4）泡沫 發(fā)酵過(guò)程中，通氣、攪拌、微生物的代謝過(guò)程及培養(yǎng)基 中某些成分的分解等，都有可能產(chǎn)生泡沫。過(guò)多的持久性泡沫 對(duì)發(fā)酵是不利的。 （ 5）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度 發(fā)酵液中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度，特別是碳氮 比、無(wú)機(jī)鹽和維生素的濃度，會(huì)直接影響菌體的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn) 物的積累。 思考 溫度升高 : 微生物分解有機(jī)物釋放的能量， 一部分用于合成 ATP，另一部分散發(fā)到培養(yǎng)基中 時(shí)，會(huì)引起發(fā)酵溫度升高；機(jī)械攪拌也會(huì)產(chǎn)生一 部分熱量引起溫度升高。 溫度降低 :發(fā)酵罐壁散熱，水分蒸發(fā)會(huì)帶走部 分熱量，使發(fā)酵溫度降低。 哪些因素會(huì)影響發(fā)酵過(guò)程中的溫度