【文章內(nèi)容簡介】 生的熱量除菌，無菌化程度不高的發(fā)酵過程。靜電除菌：通過高壓電流場，帶電粒子被吸附。介質(zhì)過濾：捕集粒子及各種微生物。發(fā)酵工業(yè)采用?？諝獬怼離心場作用：顆粒及其微生物沉降??v直接被截留：顆粒慣性碰撞，相互集聚成大顆粒。氣流速度越大，慣性越大，截留效果越好。v靜電引力：有一定作用?？諝膺^濾介質(zhì)空氣滅菌工藝過程補料液的滅菌發(fā)酵罐的滅菌種子擴大培養(yǎng)定義：種子擴大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養(yǎng),最終獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。：： ①液體培養(yǎng)法：液體試管、三角瓶搖床震蕩或轉(zhuǎn)式培養(yǎng)； ②表面法培養(yǎng)：液體表層，包括茄子瓶、克氏瓶或瓷盤培養(yǎng)。 ③固態(tài)法培養(yǎng)：包括三角瓶、蘑菇瓶、克氏瓶、培養(yǎng)皿等麩皮培養(yǎng)。：：實驗室階段：生產(chǎn)車間階段：：① 溫度 ② pH值 ③ 通氣攪拌 ④ 泡沫 發(fā)酵控制影響發(fā)酵的因素很多，如溫度、pH、通風、攪拌、罐壓力等等，必須適當?shù)乜刂朴绊懓l(fā)酵的各種條件，掌握發(fā)酵的動態(tài)，并進行雜菌的檢查和產(chǎn)物測定，使整個發(fā)酵過程順利進行?？刂茀?shù)：1．溫度 2．pH值 3．氧 發(fā)酵中判斷放罐的大要指標：有產(chǎn)物濃度、過濾速度、氨基氮、菌絲形態(tài)、pH、發(fā)酵液的外觀及黏度等；一般菌絲自溶前總有跡象，如氨基氮開始升高、pH上升、菌絲碎片增多、黏度增加、過濾速度降低等，其中最后一項對染菌罐尤為重要。發(fā)酵過程的放大將實驗室和中試車間試驗所取得的研究結(jié)果應用到大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中的過程稱之為放大(scale up)。發(fā)酵工藝的放大，一般要經(jīng)過實驗室、中間工廠(或稱中試車間)和生產(chǎn)工廠3個步驟。2 微生物搖瓶與發(fā)酵罐培養(yǎng)的差異及發(fā)酵罐規(guī)模改變的影響 搖瓶與罐培養(yǎng)的差異搖瓶與罐培養(yǎng)的差異可能有以下3個方面：(1)體積氧傳遞系數(shù)(K Lα)和溶解氧的差異微生物發(fā)酵多數(shù)是需氧發(fā)酵，而表示氧溶入培養(yǎng)液速度大小的溶氧系數(shù)K d值，隨搖瓶發(fā)酵與罐發(fā)酵、搖瓶裝料系數(shù)不同而不同。發(fā)酵罐中的K d值一般都大于搖瓶。由于K d值不同，使各自培養(yǎng)液中溶解氧的濃度也不同、因而對菌體代謝會產(chǎn)生重要的影響。特別是對溶氧要求高而又敏感的菌株，在罐中發(fā)酵的生產(chǎn)能力可能比在搖瓶中高，并隨K Lα和溶解氧水平升高而升高。(2)CO2濃度的差異發(fā)酵液中的CO2既可以隨空氣進入，又可以是菌體代謝產(chǎn)生的廢氣，CO2在水中的溶解度隨外界壓力的增大而增加。發(fā)酵罐發(fā)酵是處于正壓狀態(tài)，而搖瓶基本上處于常壓狀態(tài)，所以罐中培養(yǎng)液的CO2濃度明顯大于搖瓶，而CO2對細胞呼吸和某些微生物代謝產(chǎn)物的生物合成有著較大的影響。(3)菌絲受機械損傷的差異搖瓶培養(yǎng)時，菌體只受液體的沖擊或沿著瓶壁滑動的影響，機械損傷很小。而采用罐發(fā)酵時、菌體，特別是絲狀菌，卻因受到攪拌葉的剪切力而損傷，其受損程度遠遠大于搖瓶發(fā)酵。菌體受傷導致核酸物質(zhì)的漏失，進而影響菌體代謝。 發(fā)酵罐規(guī)模改變的影響發(fā)酵罐規(guī)模的變化，導致很多物理和生物參數(shù)的改變。改變的主要參數(shù)有菌體繁殖代數(shù)、種子的形成、培養(yǎng)基的滅菌、通氣和攪拌，以及熱傳遞等3 放大的方法 從小規(guī)模的操作條件到大規(guī)模的放大過程，主要以單位體積輸入功率相等和保持K Lα值不變?yōu)榛A進行。第二節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的方式一、分批發(fā)酵 分批發(fā)酵定義：是指在一封閉系統(tǒng)內(nèi)含有初始限量基質(zhì)的發(fā)酵方式。在這一過程中，除了空氣、消泡劑及控制pH的酸或堿外，培養(yǎng)基中接入菌種以后，沒有物料等任何其它物質(zhì)的加入和取出。微生物生長分為：遲滯期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和死亡期。對于初級代謝產(chǎn)物，在對數(shù)生長期初期就開始合成并積累，而次級代謝產(chǎn)物則在對數(shù)生長期后期和穩(wěn)定期大量合成。分批發(fā)酵的優(yōu)缺點優(yōu)點：操作簡單，周期短，不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題，染菌機會少，生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量容易掌握。缺點：非生產(chǎn)時間較長、設備利用率低，產(chǎn)率低，不適于測定動力學數(shù)據(jù)。二、補料分批發(fā)酵 定義：又稱半連續(xù)發(fā)酵或流加分批發(fā)酵，是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵方式，以克服營養(yǎng)不足而導致的發(fā)酵過早結(jié)束的缺點。 在此過程中只有料液的加入沒有料液的取出，所以發(fā)酵結(jié)束時發(fā)酵液體積比發(fā)酵開始時有所增加。在工廠的實際生產(chǎn)中采用這種方法很多。補料—分批發(fā)酵的優(yōu)點:216。在這樣一種系統(tǒng)中可以維持低的基質(zhì)濃度，避免快速利用碳源的阻遏效應；216?？梢酝ㄟ^補料控制達到最佳的生長和產(chǎn)物合成條件；216。還可以利用計算機控制合理的補料速率，穩(wěn)定最佳生產(chǎn)工藝；216。和連續(xù)發(fā)酵比、不需要嚴格的無菌條件；216。不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題。 補料—分批發(fā)酵的缺點216。由于沒有物料取出，產(chǎn)物的積累最終導致比生產(chǎn)速率的下降。216。存在一定的非生產(chǎn)時間；216。由于有物料的加入增加了染菌機會。三、連續(xù)發(fā)酵：培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，并同時放出含有產(chǎn)品的相同體積發(fā)酵液，使發(fā)酵罐內(nèi)料液量維持恒定，微生物在近似恒定狀態(tài)（恒定的基質(zhì)濃度、恒定的產(chǎn)物濃度、恒定的pH、恒定菌體濃度、恒定的比生長速率）下生長的發(fā)酵方式。：216。能維持低基質(zhì)濃度；216?？刂葡♂屗俾士梢允拱l(fā)酵過程最優(yōu)化，提高設備利用率和單位時間的產(chǎn)量；216。發(fā)酵周期長，得到高的產(chǎn)量；216。便于自動控制。：216。菌種發(fā)生變異的可能性較大；216。長時間補料染菌機會大大增加，要求嚴格的無菌條件。（1）恒化培養(yǎng)：使培養(yǎng)基中限制性基質(zhì)的濃度保持恒定；（2）恒濁培養(yǎng)：使培養(yǎng)基中菌體的濃度保持恒定。四、固態(tài)發(fā)酵：是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度的水不溶性固態(tài)基質(zhì)中，用一種或多種微生物發(fā)酵的一個生物反應過程。從生物反應過程的本質(zhì)考慮，固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應過程，而液態(tài)發(fā)酵是以液相為連續(xù)相的生物反應過程。從這個定義中可以充分認識固態(tài)發(fā)酵的特點，以及與液態(tài)發(fā)酵本質(zhì)的區(qū)別。 固態(tài)發(fā)酵是氣體作為生物反應過程中的OCO熱量、營養(yǎng)和產(chǎn)物的傳遞介質(zhì)，表現(xiàn)為OCO2擴散比較容易，熱量傳遞困難，存在明顯的營養(yǎng)梯度，并且無大量有機廢水產(chǎn)生。本質(zhì)區(qū)別是以氣相還是以液相為連續(xù)相的差異，具體表現(xiàn)是固體發(fā)酵基質(zhì)中游離水的多少。 固態(tài)發(fā)酵中微生物生長在缺乏或幾乎不可見液體水的顆粒之間，在固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)中，微生物可以從濕的基質(zhì)顆粒中獲得所需的水分。 （1）傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵與現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵 依據(jù)固態(tài)發(fā)酵過程中是否能實現(xiàn)限定微生物純種培養(yǎng)，分為傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵與現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵。（2）固態(tài)發(fā)酵的形式 固態(tài)發(fā)酵可分為自然富集固態(tài)發(fā)酵、強化微生物混合固態(tài)發(fā)酵、限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵和單菌固態(tài)純種發(fā)酵。自然富集固態(tài)發(fā)酵：是指利用自然界中的微生物，由不斷演替的微生物進行的富集混合發(fā)酵過程。典型的例子是傳統(tǒng)酒曲和醬油、腌萊、煙草發(fā)酵、茶葉發(fā)酵、青貯、堆肥等。強化微生物混合固態(tài)發(fā)酵：是指在自然富集固態(tài)發(fā)酵的基礎上，根據(jù)人們部分掌握的微生物代謝機制，人為強化接種微生物菌系不明確的富集培養(yǎng)物或特定微生物培養(yǎng)物所進行的混合發(fā)酵過程。 強化微生物混合固態(tài)發(fā)酵除應用于沼氣發(fā)酵、白酒發(fā)酵作用外，在石油采收、濕法冶金、食品發(fā)酵等領域同樣顯示其優(yōu)勢。 限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵：是在對微生物相互作用和群落認識的基礎上，接種混合培養(yǎng)的微生物是已知和確定的，通常使用兩種或兩種以上經(jīng)過分離純化的微生物純種，同時或先后接種同一滅過菌的培養(yǎng)基中，在無污染條件下進行的固態(tài)發(fā)酵過程。 目前對于具有協(xié)同作用關系的菌株篩選和組合還是一個隨機過程的，缺乏有效的理論指導，而且對于已經(jīng)應用的混合培養(yǎng)體系也不能有效地協(xié)調(diào)菌間的關系，使其達最佳生態(tài)水平，發(fā)揮最大效應。這嚴重地阻礙了混合菌培養(yǎng)的發(fā)展和應用。 單菌固態(tài)純種發(fā)酵：是在純培養(yǎng)基礎上建立起來的，對于選育良種、保持生理活性和代謝過程中的穩(wěn)定起很大作用。它對于擴大固態(tài)發(fā)酵的應用范圍和潛力的發(fā)揮起到非常重要作用，同時，也是固態(tài)發(fā)酵一個重要方向。 五、固定化酶和固定化細胞發(fā)酵什么是固定化酶 ？固定化酶的優(yōu)缺點優(yōu)點：多次使用、可以裝塔連續(xù)反應、純化簡單、提高產(chǎn)物質(zhì)量、應用范圍廣缺點：酶在固定化中易失活、首次投入成本高、大分子底物較困難制備固定化酶的方法（一）微型膠囊法：是將酶包埋在各種高分子聚合物制成的小球內(nèi)，制成固定化酶。由于固定化形成的酶小球直徑一般只有幾微米至幾百微米，所以也稱為微囊化法。（二）吸附法1物理吸附法優(yōu)點：固定化時酶分子的構(gòu)象很少或基本不發(fā)生變化。缺點：結(jié)合力弱，易解吸附。酶分子 + 含有離子交換基團的固相載體 第一個離子結(jié)合法固定化酶：DEAE — Cellulose固定化過氧化氫酶 第一個工業(yè)化的固定化酶：DEAESephadex A50固定化氨基酰化酶（三）膠格包埋法：將酶或含酶菌體包埋在各種多孔載體中，使酶固定化的方法。（四）共價交聯(lián)法：借助雙功能試劑使酶分子之間發(fā)生交聯(lián)作用，制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固定化酶的方法稱為交聯(lián)法。（五）共價偶聯(lián)法：利用酶表面的反應基團（如氨基、羧基、羥基、巰基、咪唑基）與活化的無機或有機載體反應，形成共價鍵將酶固定。 酶分子之間共價交聯(lián)和與水不溶性載體共價偶聯(lián)酶分子區(qū)別：（a）共價交聯(lián)：酶分子之間用雙功能基團的化學交聯(lián)試劑相互交聯(lián)成水不溶性的固定化酶；（b）共價偶聯(lián)：酶分子被偶聯(lián)到水不溶性載體上形成水不溶性的固定化酶固定化細胞一、定義：是被限制自由移動的細胞，即細胞受到物理化學等因素約束或限制在一定的空間界限內(nèi)，但細胞仍保留催化活性并具備能被反復或連續(xù)使用的活力。是在酶固定化基礎上發(fā)展起來的一項技術。 ，固定化細胞發(fā)酵優(yōu)點：，固定化細胞優(yōu)點：三、固定化細胞的缺點雖然固定化細胞具有上述許多優(yōu)點，但也有不足之處，具體表現(xiàn)在：；、細胞壁和載體都存在著擴散限制作用；；。四、固定化細胞的分類：微生物、動物、植物。：（1）死細胞：包括完整細胞、細胞碎片、細胞器。適用于一種酶催化的反應。（2）活細胞：包括增殖細胞、靜止細胞、饑餓細胞。適用于多酶反應，特別是需要輔酶的反應。五、細胞固定化的方法細胞固定化方法有：吸附、共價結(jié)合、交聯(lián)、包埋、微膠囊。 六、固定化方法的比較吸附法：條件溫和、方法簡便、載體可再生。但操作穩(wěn)定性差。共價法：操作穩(wěn)定性高。但由于試劑的毒性，易引起細胞的破壞。交聯(lián)法：可得到高細胞濃度，但機械強度低，無法再生，不適于實際應用。包埋法：細胞和載體間沒有束縛，固定化后，細胞仍保持較高活力。但這類方法只適用于小分子底物。 第三節(jié) 基因工程菌的發(fā)酵何謂基因工程 基因工程（genetic engineering）是指在基因水平上，采用與工程設計十分類似的方法，根據(jù)人們的意愿，主要是在體外進行基因切割、拼接和重新組合，再轉(zhuǎn)入生物體內(nèi)，產(chǎn)生出人們所期望的產(chǎn)物，或創(chuàng)造出具有新的遺傳特征的生物類型，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代。 工程菌的獲得工程菌應具備的條件工程菌的應用：利用基因工程菌生產(chǎn)的特點v基因工程菌帶有外源基因，外源基因可能在質(zhì)粒上也可能整合到染色體上，這些基因可能不穩(wěn)定。丟失外源基因的菌往往比未丟失的菌生長快得多，這樣就會大大降低產(chǎn)物的表達。為了抑制基因丟失的菌的生長，一般在培養(yǎng)中加入選擇壓力，如抗生素。v基因工程菌的培養(yǎng)一般分兩段。前期是菌體生長，生長到某一階段，加入誘導因子，誘發(fā)產(chǎn)物表達。基因工程菌生長與表達的影響因素溶氧濃度對工程菌發(fā)酵的影響通過增