【正文】 菌程度高，而且培養(yǎng)過程中的條件要求也非常嚴格（否則易發(fā)生變異導(dǎo)致質(zhì)粒丟失），從這種意義上講，固體菌種的制備是難以實現(xiàn)的，因此，應(yīng)以液體培養(yǎng)為主導(dǎo)方式。（2）生產(chǎn)過程中溫度、溶氧、pH值等參數(shù)可以實現(xiàn)全面控制。（2）周期長。二、擴大培養(yǎng)的方法通常有兩種方法：固體法：用于釀造業(yè)（醬油、白酒等），也是源于釀造業(yè)， 有霉菌的純培養(yǎng)，也有混合培養(yǎng)如：大曲液體法：液體深層培養(yǎng)，適合于眾多發(fā)酵行業(yè)1. 液體擴培流程固體試管 三角瓶 大三角瓶 一級種子 二級種子 三級種子 發(fā)酵罐 2. 固體擴培流程 固體試管 三角瓶 種曲 麩曲（機械通風制曲）兩者的優(yōu)缺點比較： 固體培養(yǎng)（1）酶活力高。 目的就是：a、縮短發(fā)酵周期 降低能耗、減少染菌的機會（空氣過濾設(shè)備有效時間是有限的） b、為了使培養(yǎng)菌在數(shù)量上取得絕對的優(yōu)勢，抑制雜菌的生長。 ，細胞膜具有良好的滲透性，或者細胞膜的滲透性可以調(diào)節(jié)，細胞不易發(fā)生菌體自溶。 對于微生物的生長往往存在一個“臨界溶氧濃度”，低于這個溶氧濃度，氧就成了微生物生長的限制性因子，這個溶氧濃度越高，說明菌體生長條件越易滿足，從另一種意義上講，工業(yè)化的生產(chǎn)成本就越低。 第二章 微生物發(fā)酵用菌種及其擴大培養(yǎng)167。（2） 開發(fā)新產(chǎn)品利用現(xiàn)代生物技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)新產(chǎn)品，新的產(chǎn)品層出不窮，使得微生物發(fā)酵向國民經(jīng)濟的各個角落滲透。后來美國的化學工程師參與了青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)的研究，發(fā)明了一個2噸的通氣攪拌發(fā)酵罐，…… 代謝控制發(fā)酵的概念的提出最早源于日本人在GA發(fā)酵上取得的成功。12微生物工業(yè)發(fā)酵的歷史及發(fā)展方向一、 微生物工業(yè)發(fā)酵的歷史 微生物發(fā)酵有著悠久的歷史，幾千年前的釀造實質(zhì)上就是一個典型的微生物發(fā)酵過程，盡管…… 近幾十年的來微生物發(fā)酵不但在應(yīng)用領(lǐng)域上更加廣泛，更重要的是建立了許多新的微生物發(fā)酵理論體系，諸如：代謝控制發(fā)酵、基因工程菌發(fā)酵等……微生物發(fā)酵的發(fā)展可以分為以下幾個階段：傳統(tǒng)的釀造業(yè)，目前在國民經(jīng)濟和人民生活中仍然占有重要的地位。從微生物發(fā)酵的歷史角度看，最早的微生物發(fā)酵是一個自然發(fā)酵過程，現(xiàn)代微生物工業(yè)通常是指微生物的代謝控制發(fā)酵？定義：是指利用生物的、物里的、化學的方法，人為的改變了微生物的生長代謝途徑，使之合成、積累、分泌我們所需要的產(chǎn)品的過程。 抗菌素發(fā)酵——次級代謝控制發(fā)酵。11發(fā)酵工藝學的基本概念一、 發(fā)酵工業(yè)的基本概念微生物學中的發(fā)酵的定義：微生物發(fā)酵工業(yè)的概念： 講述生物工業(yè)的基本生產(chǎn)模式，引出生物技術(shù)、生物工程的概念，講述兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系 釀酒業(yè)（啤酒、葡萄酒、白酒……）。 厭氧發(fā)酵 調(diào)味品（醬油、醋）。 酶制劑工業(yè)——具有重要的意義，是工業(yè)發(fā)展 的基礎(chǔ)、科學研究的基礎(chǔ)有機酸工業(yè)—檸檬酸、葡萄酸、乳酸、琥珀酸等。以GA發(fā)酵為例，建樹微生物代謝控制發(fā)酵的意義。這一階段是微生物發(fā)酵工業(yè)從自然發(fā)酵發(fā)展到今天的代謝控制發(fā)酵的轉(zhuǎn)折點，由于微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立和發(fā)展，大大推動了發(fā)酵過程的控制，提高了發(fā)酵生產(chǎn)效率，更重要的是推動了微生物學科的發(fā)展，使人們從簡單的發(fā)酵現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)了微生物的存在，進而對微生物有了進一步的認識和了解；在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的菌種的分離、無菌技術(shù)、純培養(yǎng)技術(shù)、菌種誘變等為后來的微生物發(fā)展奠(dian)定了基礎(chǔ)。1956年日本人“木下”，利用……成功地進行了GA的發(fā)酵法生產(chǎn)，從此以后，“木下”　等人致力于相關(guān)的發(fā)酵的理論研究，并正式提出了“代謝控制發(fā)酵” 的概念。（3） 微生物發(fā)酵向著大型化、自動化、連續(xù)化的方向發(fā)展。21微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種一、 微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種的特點及要求 微生物發(fā)酵工業(yè)用菌種因不同的發(fā)酵對其要求各異，就是同一種產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)，其菌種的特點和要求因不同的原料和生產(chǎn)設(shè)備的不同也有很大差異，例如：GA 的發(fā)酵： 以淀粉質(zhì)為原料：要求VH, 以糖蜜為原料：因為糖蜜本身含有非常豐富的VH…… 但是作為工業(yè)微生物發(fā)酵使用的菌種，通常有下列特點： 這對于工業(yè)化生產(chǎn)是很重要的，通常工業(yè)化生產(chǎn)整個周期很長，在一個發(fā)周期中，菌體至少應(yīng)該增殖一次，在增殖過程中，菌體應(yīng)該保證原菌的遺傳學特征，（盡管菌體生長的環(huán)境改變了，壓力、基質(zhì)、溶氧等）換言之，可以廣泛的使用各種原料作為生產(chǎn)用的底物，某些微生物對于底物有著嚴格的要求，對于碳源要求單一，這對于微生物的發(fā)酵工業(yè)提出了嚴格的要求，增加了生產(chǎn)成本。 pH值:中性偏酸性，偏堿性，強烈的pH值易改變產(chǎn)物和底物的狀態(tài)。 對于胞內(nèi)產(chǎn)品，要求菌體易分離和收集，菌體易破碎； 對于基因工程菌，通常目的產(chǎn)物存在于包含體 內(nèi)，對于包含體，要求在細胞破碎是不易破碎，而在目的產(chǎn)物的分離提出時，則易破碎。從對數(shù)殘留定律上看，任何滅菌過程都不能夠做到絕對無菌，抑制雜菌生長除了嚴格環(huán)境以外，在數(shù)量上讓培養(yǎng)菌占絕對優(yōu)勢也是一種方法，往往是一種行之有效的方法。（因為菌絲體密度大）（2）生產(chǎn)過程中無菌程度要求不是很嚴格。（3）培養(yǎng)過程中環(huán)境條件控制較難。（3）通常生產(chǎn)液體種子，整個生產(chǎn)周期較短。應(yīng)該指出的是： 隨著生物工程與技術(shù)的發(fā)展，許多傳統(tǒng)的應(yīng)用微生物工業(yè)的菌種已形成了產(chǎn)業(yè)化。例如：啤酒酵母擴大培養(yǎng)用的培養(yǎng)基組成如下： 固體試管 液體試管 三角瓶 大三角（無酒花） （有酒花） （有酒花） 漢遜罐 通常，對于種子用的培養(yǎng)基，搖瓶與種子罐用的培養(yǎng)基也不相同，搖瓶要求培養(yǎng)基用的原材料精細，碳源濃度較低而且是用微生物較易利用的碳源；對于種子罐用培養(yǎng)基，要求使用接近大生產(chǎn)用的原材料，氮源濃度較高，有利于菌體的增殖。 足夠的溶氧取決于：攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量、攪拌軸功率等，后述。？？第三章 微生物用培養(yǎng)基及滅菌本章的主要內(nèi)容： 的水解 約4學時167。 例如：黃源膠（Xanthan Gum發(fā)酵）：前期，較低的C/N，目的是強化菌體的生長和增殖：但是，在黃源膠的生物合成期，則需要較高的C/N，假如在這一時期，培養(yǎng)基中氮源仍然很高，其導(dǎo)致的發(fā)酵結(jié)果是，底物消耗了但產(chǎn)物的產(chǎn)率卻很低。雖然C/N確定，但是氮源的利用其本質(zhì)就是：pr 肽 AA,通過AA而被利用，不同的氮源，其AA的組成與比例也不相同，對其發(fā)酵結(jié)果的影響也不相同。（4）生長因子： 大多數(shù)菌體的生長因子如下：a. 維生素：大多數(shù)維生素是微生物生長的輔酶，需要量很小，1—50181。 介紹一種數(shù)學方法：均勻?qū)嶒炘O(shè)計方法——旋轉(zhuǎn)正交實驗方法. 這是在正交實驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種對于多因素、多水平的一種實驗設(shè)計方法。 霉菌：大部分的霉菌可以直接使用淀粉為原料，他們本身具有淀粉的水解能力。b. 一分子葡萄糖脫水，形成5羥甲基糠醛，對于菌體的生長有抑制作用。淀粉α1，4；1，6葡萄糖苷酶，又稱為糖化酶，可以水解淀粉分子的α1，4；或α1，6葡萄糖苷健，其作用特點是，淀粉的分子鏈越短水解速度越快，水解產(chǎn)物為葡萄糖。 （2）正因為上述原因，淀粉水解產(chǎn)率較高，通常糖的轉(zhuǎn)化率可以提高10%以上。 （4）雙酶法水解使用的淀粉乳濃度較高，可以達到20Be以上，而采用酸法水解，淀粉乳的濃度通常只有12Be，原因？（副產(chǎn)物）意義？（設(shè)備利用率） 介紹液體濃度Be的概念： 波美度（Be）是表示液體濃度（比重）的一種方法，其和液體比重之間有下列關(guān)系： d = λ/λ Be 式中——d： 液體的比重 λ： 模數(shù) λ因標定的溫度不同可將波美表分為：美國：℃標定，λ=145 合理：15℃標定，λ= 荷蘭：℃標定，λ=144標定方法：輕表：“0”Be的位置，把表放在一定溫度下的蒸餾水中的位置； “10” Be的位置， 的溶液中的位置。 淀粉調(diào)漿 液化 糖化 過濾 糖液漿液濃度：20—30Be,—，添加CaCL2,使用量，（目的？）液化：耐高溫α淀粉酶，酶的使用量：5—8單位/g淀粉 溫度：105℃；時間，20—30分鐘降溫：采用噴射冷卻方法：糖化：使用淀粉α1，4；1，6葡萄糖苷酶；使用量：根據(jù)液化淀粉的濃度，30%的濃度，80—100單位/g淀粉 溫度：65℃終點判斷： 時間，2—3小時。 處理目的：，降低糖蜜的粘度，提高發(fā)酵液的流動性， 有利于改善發(fā)酵過程中氧的傳遞。（教材中提到的通風是為了提高KLa是錯誤的）（PAM） 聚丙烯酰胺（ PAM）作為絮凝劑，可以促進大分子物質(zhì)的沉降，有利于糖蜜的澄清。 基本原理： （1）S 前驅(qū)物質(zhì) 產(chǎn) 物 反饋抑制的存在，需要添加前驅(qū)物質(zhì)不存在抑制或阻遏 （2）S 前驅(qū)物質(zhì)的和成效很低，需要添加前驅(qū)物質(zhì) （3）S X 前驅(qū)物質(zhì) 產(chǎn)物 存在分枝代謝，不能夠很好的解決分枝代謝對X的反饋抑制作用，須要有添加劑注意：前驅(qū)物質(zhì)的使用，因不同的菌種、不同的產(chǎn)物、不同的代謝機制而使用的方法不同，使用的濃度也不同，但都是建立在對其代謝調(diào)節(jié)機制有從分的了解的基礎(chǔ)上的。 上述這些情況，抑制劑對代謝的抑制作用是發(fā)生在代謝鏈具有分枝代謝上的，如下圖所示： S A B C 產(chǎn)物 副產(chǎn)物（X） 抑制劑作用點，通常是X的結(jié)構(gòu)類似物167。 下述內(nèi)容就是針對濕熱滅菌的。 例如：芽孢/大腸桿菌=3000000/1；病毒/大腸桿菌=1—5/1等微生物的濕熱滅菌過程，其本質(zhì)上就是微生物細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性的過程。這個數(shù)值的取值的大小，也間接反應(yīng)了該生產(chǎn)過程中的技術(shù)管理水平。何為熱致死溫度？（10分鐘，全部死亡的溫度） ，滅菌的過程實質(zhì)上也是營養(yǎng)成分破環(huán)的過程 因此，滅菌溫度的選擇，應(yīng)是在保證滅菌效果的前提下，盡可能減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的破壞。通常所說的高溫短時 滅菌可以提高生產(chǎn)效益，其理論根據(jù)就在于此。：定義？ 優(yōu)點：營養(yǎng)成分破壞少，生產(chǎn)效率高 熱綜合利用率高 大型企業(yè)自動化程度高 盡管，高溫短時滅菌的優(yōu)點非常明顯，但不能說發(fā)酵領(lǐng)域采用高溫短時滅菌是唯一的選擇。2. 培養(yǎng)基升溫時，打開所有的排氣閥門，排掉空氣？當培養(yǎng)基的溫度升到滅菌溫度時，進入保溫操作階段，此時要求與反應(yīng)器相連的所有管道出于兩個狀態(tài)：進汽或出汽，目的是對管道進行滅菌。6. 滅菌結(jié)束后，需要立即引入無菌空氣，保證罐內(nèi)壓力后方可冷卻，目的是防止培養(yǎng)基的冷卻使罐內(nèi)形成負壓，易染菌。 （2）蒸汽直接加熱 加熱的速度很快，時間不需要計算，需要計算的是蒸汽的消耗量： S =[ W*C((t2f – t2s )+Q1 ]/( λ – t2f ) 式中——S：蒸汽的消耗量，Kg Q1：發(fā)酵罐散失的熱量，Q1 = Q總 （10——20）% λ：蒸汽的熱含，KJ/kg(與蒸汽的壓力有關(guān)) t2f、t2s ：與上述相同 此時，打開發(fā)酵罐頂部的所有排氣閥門，排蒸汽滅菌： 蒸汽的消耗量S計算如下： S = FT(P/γ) 式中——S：蒸汽的消耗量，Kg F：蒸汽排出口總面積，cm2 T：排氣的時間，分鐘 P：罐內(nèi)絕對壓力，MPa γ：蒸汽的比容，m3/kg 需要計算的是冷卻的時間，盡可能快的降溫，減少培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的損失。8．掌握以下幾個概念：理論滅菌時間、對數(shù)殘留定律、實消、空消、連消、波美度 第四章 發(fā)酵機制與代謝控制 微生物的代謝產(chǎn)物很多，主要有乙醇、丙酮、乳酸、氨基酸、酶制劑、抗生素等，在這些產(chǎn)物中，乙醇、丙酮、乳酸等，微生物可以在特定的外部環(huán)境下生成，這類發(fā)酵我們稱之為：自然發(fā)酵。167。 （2）只有NADP參入氧化脫氫反應(yīng)，可以產(chǎn)生大量的NADPH （3）是一條高產(chǎn)能的氧化途徑。例如：在谷氨酸發(fā)酵中，菌體生長期：EMP / EMP =38%