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1、微生物生生物技术术重点第一章1 发酵酵的概念念传统概念念：指酵酵母作用用于果汁汁或发芽芽谷物，进进行酒精精发酵时时产生CCO2的的现象。生物学概概念：发发酵是指指微生物物在无氧氧条件下下分解代代谢有机机物质释释放能量量的过程程。（生生化）工业生物物学家概概念：利利用微生生物在有有氧或无无氧条件件下的生生命活动动来制备备微生物物菌体或或其代谢谢产物的的过程现代概念念：培养养生物细细胞（含含动植物物和微生生物）来来制取产产物的所所有过程程2 生物物工程（Microbial engineering ）是利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将传
2、统发酵与现代DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代发酵技术。发酵工程程的发展展简史1、传统统的发酵酵时期天然然发几千千年酒（古埃埃及龙山山文化）啤啤酒、黄黄酒、酱酱油、泡泡菜等特点 多数数产品为为嫌气性性发酵 非纯纯种培养养 单凭凭经验传传授技术术，使产产品质量量不稳定定（不了解解微生物物与发酵酵的关系系）2、近代代发酵工工程时期期纯培培养技术术16655 英国国物理学学家Rooberrt HHookke（罗罗伯特胡克）细细胞壁16800 荷兰兰列文虎克(AAntooniee vaanLeeeuwwenhhoekk)活细细胞人类类认识到到微生物物的存在在特点多数产品品
3、为嫌气气性发酵酵 非纯纯种培养养 单凭凭经验传传授技术术，使产产品质量量不稳定定（不了解解微生物物与发酵酵的关系系）由天然发发酵阶段段转向纯纯培养发发酵（第第一次转转折过程特点点产品的生生产过程程较为简简单，对对生产要要求不高高，规模模不大3、近代代发酵工工程时期期深层层培养技技术 出现现于200世纪400年代，以以抗生素素的生产产为标志志青霉素素的发现现与大量量需求表面培养养法(ssurffacee cuultuure) 效价价40UU/mLL，纯度度20%，收率率30% 二战战期间，青青霉素发发酵生产产成功青霉素发发酵生产产的成功功，给发发酵工业业带来两两大功绩绩： 开拓拓了以青青霉素为为
4、先锋的的庞大抗抗生素发发酵工业业 建立立深层培培养法（submerged fermentation），把通气搅拌技术引入发酵工业。它使得需氧菌的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。通气搅拌液体深层发酵技术是现代发酵工业最主要的生产方式机械搅拌拌通气发发酵技术术的建立立是第二二次转折折4、近代代发酵工工程时期期代谢谢控制发发酵技术术定义：以以动态生生物化学学和微生生物遗传传学为基基础，将将微生物物进行人人工诱变变，得到到适合于于生产某某种产品品的突变变株，再再在人工工控制的的条件下下培养，即即能选择择性地大大量生产产人们所所需要的的物质。19566日本人人Kinnoshhitaa（木下下祝郎
5、）谷谷氨酸发发酵已用于氨氨基酸、核苷酸酸、有机机酸以及及一部分分抗生素素的发酵酵代谢控控制发酵酵技术的的建立是是第三次次转折5、近代代发酵工工程时期期连续续化、自自动化发发酵技术术6、近代代发酵工工程时期期开拓拓发酵原原料时期期7、现代代发酵工工程时期期现代代分子生生物学技技术定义：应应用分子子生物学学和分子子遗传学学的方法法，人为为的将任任意生物物的特定定又有用用的遗传传基因组组合到特特定微生生物的基基因中去去，在分分子水平平上选育育新的物物种，创创造新的的微生物物，从而而达到定定向改变变自然界界微生物物所不能能合成的的产物。（基因因工程阶阶段）现代分子子生物学学技术的的应用是是第四次次转折
6、初级代谢谢产物： 指微微生物从从外界吸吸收各种种营养物物质，通通过分解解代谢和和合成代代谢，生生成维持持生命活活动所需需要的物物质，如如氨基酸酸、核苷苷酸、脂脂类、有有机酸、糖等，即即为初级级代谢产产物次级代谢谢产物： 指某某些微生生物在一一定的生生长时期期（通常常是稳定定期），能能合成一一些具有有特定功功能的产产物，而而这些产产物与微微生物的的生长繁繁殖无明明显关系系，如抗抗生素、色素、生物碱碱、胞外外多糖等等，即为为次级代代谢产物物比较初级级代谢产产物和次次级代谢谢产物初级代谢谢产物： 与菌菌体生长长相伴随随的产物物， 氨基基酸、核核苷酸、维生素素、有机机酸、溶溶剂 菌体体对其合合成反馈馈
7、控制严严密，一一般不过过量积累累次级代谢谢产物： 与菌菌体生长长不相伴伴随，以以初级代代谢产物物为原料料而合成成 抗生生素、生生物碱、毒素、胞外多多糖等 结构构常较复复杂对环环境条件件敏感甾体转化化 化学学转化：步骤繁繁多、得得率低、价格昂昂贵（SSaveett, 5776kgg脱氧胆酸酸，300多步反反应，两两年9388mg醋醋酸可的的松） 生物物法：高高效、收收率高（19552年，Muunrrry等，黑黑根霉，仅仅1步就将将孕酮111位上上导入一一个羟基基，使从从孕酮合合成皮质质酮只需需3步，这这样才使使可的松松问世）第二章发酵工业业对微生生物菌种种的要求求1、能在在廉价原原料制成成的培养
8、养基上迅迅速生长长，并形形成所需需的代谢谢产物，产产量高2、可以以在易于于控制的的培养条条件下迅迅速生长长和发酵酵，且所所需酶活活力高3、根据据代谢控控制的要要求，选选择单产产高的营营养缺陷陷型突变变株或调调节突变变株或野野生菌株株4、选育育抗噬菌菌体能力力强的菌菌株，使使其不易易感染噬噬菌体5、菌种种纯，不不易变异异退化，以以保证发发酵生产产和产品品质量的的稳定性性6、菌种种不是病病原菌，不不产生有有害的生生物活性性物质和和毒素，以以保证安安全细菌、酵酵母菌、霉菌和和放线菌菌细菌1、枯草芽芽孢杆菌菌 BBaciilluus ssubttiliis生芽芽孢、需需氧菌，G+，30-39，pH6.
9、7-7.2分布广，常存在于枯草、土壤等，一般为腐生菌；生产各种酶制剂：如淀粉酶和蛋白酶2、大肠肠杆菌EEschheriichiia ccolii可利用用大肠杆杆菌制取取天冬氨氨酸、苏苏氨酸、缬氨酸酸等大肠肠杆菌的的谷氨酸酸脱羧酶酶在工业业上被用用来进行行谷氨酸酸的定量量分析基基因工程程的很好好材料3、乳酸酸杆菌(Lacctobbaciilluus ssp.)革兰氏氏阳性，无无芽孢，厌厌氧或兼兼性厌氧氧可生产产乳酸干干酪的成成熟、乳乳脂的酸酸化和腌腌菜、泡泡菜制作作6、醋酸酸杆菌 (Accetoobaccterr)不形形成芽孢孢，G，好好气性分分两群：1）只将将乙醇氧氧化成醋醋酸2）将产产生的醋
10、醋酸继续续氧化成成CO22和水可可生产醋醋酸7、棒状状杆菌 (Coorynnebaacteeriuum)以以葡萄糖糖为原料料发酵产产生酸，是是谷氨酸酸和其他他氨基酸酸的高产产菌生产产谷氨酸酸等9、黄单单胞菌(Xannthoomonnas)细胞直直杆状，G，无芽孢，极生鞭毛在含蔗糖的琼脂平板上形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄色菌落；液体培养形成黄色粘稠的胶状物荚膜多糖，其黄色为一种水溶性色素 野油菜黄单胞菌(X. campestris) 可以淀粉生产黄原胶(Xanthan gum)放线菌链霉菌属属( Sttrepptommycees )灰色链霉霉菌(Strrepttomyycess grrise
11、eus)生产链链霉素金霉素链链霉菌(Strrepttomyycess auureoofaccienns)在PDAA培养基基上生长长时，基基内菌丝丝产生金金黄色色色素生产金霉霉素红霉霉素链霉霉菌(Strrepttomyycess errythhreuus)产红霉霉素龟裂链霉霉菌(Strrepttomyycess riimossus)菌落灰灰白色，表表面后期期有皱折折，呈龟龟裂状生生产土霉霉素小单胞菌菌属(Miccrommonoospoora)与一般放放线菌不不同，菌菌丝体长长入培养养基内，不不形成气气生菌丝丝，而在在基内菌菌丝体上上长出孢孢子梗，其其顶端生生一个球球形、椭椭圆形孢孢子。菌菌落致密
12、密，与培培养基紧紧密结合合在一起起，表面面凸起，多多崎岖，疣疣状；菌菌落常为为橙黄色色、红色色、深褐褐色、黑黑色和兰兰色。酵母菌啤酒酵母母(Saccchaarommyceesceerevvisiiae)啤酒酵母母在液体体培养基基中的生生长行为为有两类类上面酵母母发酵酵度较高高，不易易凝集沉沉淀，浮浮于上面面下面酵母母发酵酵度较低低，易凝凝集沉淀淀啤酒酵母母的应用用非常广广，常用用于传统统的发酵酵行业，如如啤酒、白酒、果酒、酒精、药用酵酵母、面面包制作作，故又又称酿酒酒酵母。5、假丝丝酵母 (Caandiida)能形成成假丝，液液体培养养时能形形成浮膜膜可生产SSCP、甘油、脂肪酶酶毕赤氏酵酵母
13、( PPichhia )霉菌 曲曲霉Assperrgillluss米曲霉 ( AAspeergiilluus ooryzzae )有较较强的蛋蛋白分解解能力，同同时又具具有糖化化能力；酿酒中中的糖化化菌；蛋蛋白酶和和淀粉酶酶的生产产菌；还还可以用用于L-乳酸的的生产黑曲霉 ( AAspeergiilluus nnigeer )1具有多多种强大大的酶系系，如淀淀粉酶、蛋白酶酶、果胶胶酶、纤纤维素酶酶和葡萄萄糖氧化化酶等；2还能产产生多种种有机酸酸，如抗抗坏血酸酸、柠檬檬酸、葡葡萄糖酸酸和没食食子酸等等3是生产产柠檬酸酸和葡萄萄糖酸的的重要菌菌种产黄青霉霉 ( Penniciilluum cchr
14、yysoggenuum )生产青青霉素，也也可用来来生产葡葡萄糖氧氧化酶、葡萄糖糖酸、柠柠檬酸和和抗坏血血酸橘青霉 ( PP. ccitrrinuum ) :许多菌系系可产生生橘霉素素，也能能产生脂脂肪酶、葡萄糖糖氧化酶酶和凝乳乳酶微生物工工程工业业生产水水平的三三个决定定要素:1生产菌菌种的性性能2发酵和和提取工工艺条件件3生产设设备分离与筛筛选菌种种的具体体做法一一般分44个步骤骤：样品采集集增殖培培养纯种种分离生生产性能能测定富集(eenriichmmentt)培养养是在目的的微生物物含量较较少时，根根据微生生物的生生理特点点，设计计一种选选择性培培养基，创创造有利利的生长长条件，使使目
15、的微微生物在在最适的的环境下下迅速地地生长繁繁殖，数数量增加加，由原原来自然然条件下下的劣势势种变成成人工环环境下的的优势种种，以利利分离到到所需的的菌株。目的菌种种的分离离与筛选选分离的效效率取决决于培养养基养分分、pH值和和加入的的选择性性抑制剂剂通常有两两种方法法1 涂布布法 将菌菌液梯度度稀释后后以灭菌菌的涂布布器涂布布于平板板培养基基表面。（易污污染菌落落，且一一种菌/平板）2 影印印平板法法 把长长有许多多菌落的的母培养养皿倒置置于包有有灭菌丝丝绒布的的圆木柱柱上，然然后把这这一“印章”上的细细菌一次次接种到到一系列列选择培培养基平平板上。（不适适用不长长孢子的的链霉菌和和游动细细
16、菌）可显著提提高分离离筛选效效率的方方法有1、透明明圈法在平板培培养基中中加入溶溶解性较较差的底底物，使使培养基基混浊能能分解底底物的微微生物便便会在菌菌落周围围产生透透明圈，圈圈的大小小初步反反应菌株株利用底底物的能能力。2、变色色圈法对于一些些不易产产生透明明圈产物物的产生生菌，可可在底物物平板中中加入指指示剂或或显色剂剂，使目目的微生生物菌落落周围呈呈现变色色圈，从从而能被被快速鉴鉴别出来来；3、生长长圈法通常用于于分离筛筛选氨基基酸、核核苷酸和和维生素素的产生生菌将待检菌菌涂布于于高浓度度指示菌菌并缺少少所需营营养物的的平板上上进行培培养，若若某菌株株能合成成平板所所需的营营养物，在在
17、该菌株株的菌落落周围便便会形成成一个混混浊的生生长圈4、抑菌菌圈法常用于抗抗生素产产生菌的的分离筛筛选据估计，筛筛选1万个菌菌株才能能得到11株有用用的抗生生素产生生菌；因因此，设设计一个个准确、快速的的筛选模模型十分分重要。抑菌圈法法是常用用的初筛筛方法。若被检检菌能分分泌某些些抑制菌菌生长的的物质，如如抗生素素等，便便会在该该菌落周周围形成成指示菌菌不能生生长的抑抑菌圈菌种选育育定义：应用微生生物遗传传和变异异理论，用用人工方方法(或自然然变异的的方法)造成变变异，再再经过筛筛选以得得到人们们所需菌菌种的过过程。菌种选选育的目目的是：a.为了了不断提提高发酵酵工业产产品的产产量和质质量；b
18、b.增强强对所用用原辅料料的适应应性；cc.增强强对不良良培养条条件的抵抵抗；dd.缩短短生产周周期；ee.简化化发酵和和下游处处理工艺艺。诱变育种种就是利利用物理理或化学学诱变剂剂等处理理均匀分分散的微微生物细细胞群，促促使其突突变率大大幅度提提高，然然后采用用简便、快速和和高效的的筛选方方法，从从中挑选选少数符符合育种种目标的的突变株株用于生生产和研研究表型迟延延现象：指某一一突变在在DNAA复制和和细胞分分裂后，才才在细胞胞表型上上显示出出来，造造成不纯纯的菌落落的现象象。（如多核核）生理性延延迟现象象：菌体体虽然发发生了突突变，并并且突变变基因由由杂合状状态变成成了纯合合状态，但但仍然
19、不不表现突突变性状状。如营营养缺陷陷型凡能引起起生物体体遗传物物质发生生变异的的因素，统统称诱变变剂分为 物物理 化化学 生生物诱变变剂（亚亚硝酸盐盐）菌种退化化通常指指在较长长时期传传代保藏藏后，菌菌株的一一个或多多个生理理性状和和形态特特征逐渐渐减退或或消失的的现象。防止菌种种退化的的方法控制传代代次数合理的育育种：单单核（避避免表型型延迟）选用合适适的培养养基创造良好好的培养养条件采用有效效的菌种种保藏方方法及多多种保藏藏方法菌种的复复壮在菌种的的生产性性能尚未未衰退前前，就经经常有意意识的进进行纯种种分离和和生产性性能的测测定工作作，从而而逐步提提高菌种种的生产产特性。（广义义）概念：
20、在在菌种已已发生衰衰退的情情况下，通通过纯种种分离和和测定生生产性能能等方法法，从衰衰退的群群体中找找出少数数尚未衰衰退的个个体，从从而达到到恢复该该菌原有有典型性性状的目目的。（狭义）菌种复壮壮的方法法退化菌种种的复壮壮：稀释释分离法法、平板板划线法法、组织织分离法法通过寄主主进行复复壮：适适用退化化的寄生生型微生生物联合复壮壮：诱变变育种菌种保藏藏主要是根根据菌种种的生理理、生化化特性，在在人工创创造的条条件下，使使其代谢谢活动处处于不活活泼的休休眠状态态，生长长繁殖受受到抑制制。这样样也减少少了菌种种的变异异率。方法 1真空空冻干保保藏2蒸馏水水悬浮法法3矿物油油中浸没没保藏 4干燥燥载
21、体保保藏种子扩大大培养指将保存存在沙土土管、冷冷冻干燥燥管中处处于休眠眠状态的的生产菌菌种接入入试管斜斜面活化化后，再再经过扁扁瓶或摇摇瓶及种种子罐逐逐级放大大培养而而获得一一定数量量和质量量的纯种种过程。这些纯纯种培养养物称为为种子种子的制制备过程程分两个个阶段：实验室室种子制制备、生生产车间间种子制制备实验室种种子制备备1、孢子子的制备备：适用用于产孢孢子能力力强及孢孢子发芽芽、生长长繁殖快快细菌孢子子的制备备：C限制，NN丰富；霉菌孢子子的制备备：大米米、小米米、麸皮皮、麦粒粒等放线线菌孢子子的制备备：含适适合产孢孢子的物物质组成成，如麸麸皮、豌豌豆浸汁汁、蛋白白胨及无无机盐等等如：谷氨
22、氨酸棒杆杆菌、青青霉、龟龟裂链霉霉菌2、液体体种子的的制备：产孢子子能力不不强或孢孢子发芽芽慢的菌菌种好氧培养养：如产产卡那霉霉素的SS.kaanammuceeticcus（卡卡那链霉霉菌）用用摇瓶液液体培养养法。斜斜面试管管三角瓶瓶摇床种子罐罐厌氧培养养：如酵酵母菌斜斜面试管管三角瓶瓶卡式罐罐种子罐罐生产车间间种子的的制备1、种子子罐的作作用：使孢子发发芽，生生长繁殖殖成菌（丝丝）体保持种子子的活力力保证种子子的数量量2、种子子罐级数数的确定定种子罐级级数是指指制备种种子需逐逐级扩大大培养的的次数，菌种生生长特性性、孢子子发芽及及菌体繁繁殖速度度，所采用用发酵罐罐的容积积如：细菌菌，二级级；
23、霉菌菌，三级级；放线线菌，三三级或四四级3、确定定种子罐罐级数需需注意：种子级数数越少越越好。简简化工艺艺和控制制，减少少染菌太太少，导导致接种种量小发酵时时间长，降降低生产产率，增增加染菌菌机会级级数随产产物的品品种及生生产规模模确定。但工艺艺或其他他条件改改变（如如工程菌菌）时，也也有可能能影响级级数二、种子子质量的的控制 （重重要）影响孢子子质量的的因素及及控制影响因素素通常有有：培养养基、培培养条件件、培养养时间和和冷藏时时间等培养基原原材料（主主要原因因）：产产地、品品种、加加工方法法、用量量等无机机离子水水质解决的措措施：1培养基基所用原原料要经经过发酵酵试验合合格才可可使用2严格
24、控控制灭菌菌后培养养基的质质量3斜面培培养基使使用前，需需在适当当温度下下放置一一定时间间4单一氮氮源（生生产），较较复杂的的有机氮氮源（选选种或分分离）培养条件件温度：有有显著影影响。如如龟裂链链霉菌在在高于337培养C代谢、氨基基氮回升升提前、菌丝过过早自溶溶、效价价降低等等措施：严严格控制制孢子斜斜面的培培养温度度培养时间间和冷藏藏时间培养时间间：衰老老的孢子子不如年年轻的孢孢子，过过于衰老老的导致致生产能能力下降降措施：严严格控制制在孢子子量多、成熟、发酵产产量正常常阶段终终止培养养湿度：对对数量和和质量有有较大影影响。措措施：严严格控制制孢子斜斜面的培培养湿度度冷藏时间间：对孢孢子的
25、生生产能力力有影响响。如灰灰色链霉霉菌在66冷藏2个月比比1个月发发酵单位位下降118%；3个月下下降355%措施：根根据生产产计划有有规律的的培养成成熟孢子子影响种子子质量的的因素及及控制影响因素素通常有有：孢子子的质量量、培养养基、培培养条件件、种龄龄、接种种量等培养基1营养成成分适合合种子培培养的需需要2选择有有利于孢孢子发芽芽和菌体体生长的的培养基基3营养上上要易于于被菌体体直接吸吸收和利利用4营养成成分要适适当丰富富和完全全，N和Vittamiin要高高5最后一一级种子子罐的培培养基成成分应尽尽可能与与发酵培培养基相相同培养条件件 温度度：选择择最适温温度 通气气量：选选择适宜宜的通
26、气气量种龄定义义：指种种子罐中中培养的的菌（丝丝）体开开始移入入下一级级种子罐罐或发酵酵罐时的的培养时时间 通常常以处于于生命力力极旺盛盛的对数数生长期期，菌体体量还未未达到最最大值时时的培养养时间较较为合适适接种量定定义：指指移入的的种子液液体积占占接种后后培养液液体积的的比例接种量大大可以缩缩短发酵酵周期 接种种量的大大小决定定生产菌菌种在发发酵罐中中生长繁繁殖的速速度采用较大大接种量量的优缺缺点：优点：缩短短延滞期期和对数数期的时时间，产产物形成成速度加加快；种子子液中大大量的体体外水解解酶有利利于原料料的利用用菌量量大，可可减少污污染杂菌菌机会缺点：菌体体生长过过快，培培养液粘粘度增加
27、加溶氧不不足，影影响产物物合成培养养种子费费工费时时同时时也移入入了过多多的代谢谢废物，影影响正常常发酵生产中通通常进行行两项检检查 菌种种稳定性性的检查查（筛选选） 无杂杂菌检查查种子质量量标准细细胞或菌菌体生化化指标产产物生成成量酶活活力第三章培养基按按生产工工艺分 孢子培养养基种子子培养基基发酵培培养基1）孢子子培养基基供制备孢孢子用的的，要求求此种培培养基能能形成大大量优质质孢子。常用固固体培养养基孢子培养养基基本本要求：基本要求求是能使使菌体迅迅速生长长，产生生较多优优质孢子子，且不不易引起起菌种发发生变异异。配制时需需注意：A）营养养不要太太丰富（特特别是有有机氮源源），否否则不易
28、易产孢子子。C）注意意pH和培培养基的的湿度。常用孢子子培养基基：麸皮培养养基小米米培养基基玉米碎碎屑培养养基大米米培养基基用葡萄糖糖、蛋白白胨、牛牛肉膏和和食盐等等配制的的琼脂斜斜面培养养基2）种子子培养基基供孢子发发芽或菌菌体生长长繁殖用用的，营营养成分分应容易易被菌体体吸收利利用。营养要要求比较较丰富和和完全，氮氮源和维维生素的的含量也也要高些些，但总总浓度以以略稀薄薄为好，这这样可达达较高的的溶解氧氧，供大大量菌体体生长和和繁殖。种子培培养基的的成分要要考虑在在代谢过过程中能能维持稳稳定的ppH，其其成分还还要根据据不同菌菌种的主主要特征征而定。一般种子子培养基基都用营营养丰富富而完全
29、全的天然然有机氮氮源，因因为有些些氨基酸酸能刺激激孢子发发芽。但但无机氮氮源容易易利用，有有利菌体体的迅速速生长，所以在种子培养基中常包括有机氮源和无机氮源。最后一级级的种子子培养基基的成分分最好能能较接近近于发酵酵培养基基，这样样可使种种子进入入发酵培培养基后后能迅速速适应，快快速生长长。 （营养养成分要要求速效效）氮源凡是作为为微生物物细胞结结构或代代谢产物物中氮的的来源的的营养物物质，都都称为氮氮源有机氮源源豆饼（粕粕）粉、花生饼饼粉、鱼鱼粉、蚕蚕蛹粉、酵母粉粉、玉米米浆、尿尿素、蛋蛋白胨、酵母膏膏、牛肉肉膏等无机氮源源铵盐、硝酸盐盐等无机氮源源和尿素素、玉米米浆等可可被迅速速利用，为为
30、速效氮氮蛋白质氮氮则需先先水解成成肽和氨氨基酸后后才能被被吸收利利用，属属迟效氮氮在常用的的无机氮氮中，象象硫酸铵铵那样被被微生物物代谢后后形成酸酸性物质质的，为为生理酸酸性物质质；硝酸钠被被同化时时则引起起培养液液pH上升升，为生生理碱性性物质前体(ppreccurssor)：指某某些化合合物加入入到发酵酵培养基基中，能能直接被被微生物物在生物物合成过过程中结结合到产产物分子子中去，而而其自身身的结构构并没有有多大变变化，但但是产物物的产量量却因此此有较大大的提高高。淀粉水解解糖的制制备酸解法（acidhydrolysismethod）以酸（无无机酸或或有机酸酸）为催催化剂，在在高温高高压下
31、将将淀粉水水解转化化为葡萄萄糖的方方法。优点 生生产简易易,对设备备要求简简单;水解时时间短; 设备备生产能能力大等等优点。缺点:要要求有耐耐腐蚀，耐耐高温、高压的的设备; 副反反应的发发生，这这将造成成葡萄糖糖的损失失而使淀淀粉转化化率降低低; 对淀淀粉原料料要求严严格，淀淀粉颗粒粒不宜过过大,大小要要均匀；颗粒大大，易造造成水解解不透彻彻；淀粉粉乳浓度度也不宜宜过高,浓度高高,淀粉转转化率低低。酶解法（enzymehydrolysismethod）是用酶将淀粉水解为葡萄糖。（双酶水解法）酶解法可可分两步步：第一步：利用-淀粉酶酶将淀粉粉转化为为糊精和和低聚糖糖，使淀淀粉的可可溶性增增加，此
32、此过程称称“液化”；第二步：利用糖糖化酶将将糊精或或低聚糖糖进一步步水解，转转变为葡葡萄糖，此此过程称称“糖化”。双酶法优优点：1）淀粉粉水解是是在酶的的作用下下进行的的，酶解解反应条条件温和和，对设设备要求求较低。2）微生生物酶作作用的专专一性强强，淀粉粉的水解解副反应应少，因因而水解解糖p液H纯6.度0-77高.0，；淀用粉粉糖的化化转酶化化，率反反（应出出温糖度度率500）-600高。C，pH33.5-5.003）可在在较高淀淀粉乳浓浓度下水水解，且且可采用用粗原料料。4）酶法法制得的的糖液色色浅、较较纯净、无苦味味、质量量高。双酶法缺缺点：酶解反应应时间较较长（需需2-33天），要要求
33、的设设备较多多，需具具备专门门培养酶酶的条件件，由于于酶本身身是蛋白白质，易易造成糖糖液过滤滤困难。酸酶结合合法酸酶法 淀粉粉糊精或或低聚糖糖+（糖化化酶葡萄糖值值（DE值;dexxtrooseequuivaalenntvallue ） 指葡萄萄糖（所所有测定定的还原原糖都当当作葡萄萄糖）占占干物质质的百分分率，用用于表示示淀粉水水解程度度及糖化化程度。酸酶法特特点1液化速速度快； 2糖化化是由酶酶来进行行的，对对液化液液要求不不高，可可采用较较高的淀淀粉乳浓浓度，提提高生产产效率；3用酸较较少，产产品颜色色浅，糖糖液质量量较高。酶酸法 淀粉粉+（-淀粉酶酶）糊精或或低聚糖糖+（酸酸）葡萄萄糖
34、酶酸法特特点：可用于粗粗原料淀淀粉，淀淀粉浓度度也较酸酸法高，糖糖液色浅浅培养基优优化1、确定定起始培培养基；2、单因因素试验验,确定最最适宜的的培养基基成分；3、多因因素试验验，进行行各组分分之间浓浓度优化化和最佳佳配比；4、放大大试验5、确定定最终培培养基第四章按照不同同的工业业发酵方方式分类类：根据微生生物需氧氧或不需需氧厌氧氧发酵好好氧发酵酵根据培养养基是固固态或液液态液态态发酵固固态发酵酵根据发酵酵位置是是表面或或深层表表面发酵酵深层发发酵根据发酵酵是间歇歇或是连连续进行行（重点点）分批批发酵连连续发酵酵补料分分批发酵酵根据菌种种是否被被固定游游离发酵酵固定化化发酵根据所用用的菌种种
35、是单一一或多种种单一纯纯种发酵酵混合发发酵分批发酵酵定义：营养物物和菌种种一次加加入进行行培养，直直到结束束放罐，中中间除了了空气进进入和尾尾气排出出，与外外部没有有物料交交换。特点操作简单单，除了了控制温温度、泡泡沫和ppH及通通气以外外，不进进行任何何其他控控制从细胞所所处的环环境看，发发酵初期期营养物物质过多多，可能能抑制微微生物生生长；发发酵中后后期又可可能因为为营养物物减少而而降低培培养效率率从细胞的的增殖来来看，初初期浓度度低，增增长慢；后期浓浓度高，但但营养物物浓度低低，也生生长不快快；总的的生长能能力不是是很高。分批发酵酵的具体体操作过过程种子培养养系统开开始工作作（空消消、实
36、消消）接种种（摇瓶瓶种子接接入种子子罐）培培养（同同时进行行主发酵酵罐的准准备工作作，若为为大型发发酵罐，则则对培养养基连消消）种子子转移到到主发酵酵罐中发发酵（控控制温度度、pHH值；搅搅拌和通通气）结结束后提提取、精精制补料分批批发酵定义：是是介于分分批发酵酵和连续续发酵之之间的一一种发酵酵技术，是是指在微微生物分分批发酵酵中，以以某种方方式向培培养系统统补加一一定物料料的培养养技术，又又称半连连续发酵酵。分两种类类型：单一补料料分批发发酵：在在开始时时投入一一定量的的基础培培养基，到到发酵过过程的适适当时期期，开始始连续补补加碳源源、氮源源和其他他的必需需基质，直直到发酵酵液体积积达到发
37、发酵罐最最大操作作容积后后，停止止补料，最最后将发发酵液一一次全部部放出。 特点：受罐容容积的限限制反复补料料分批发发酵：在在单一补补料分批批发酵的的基础上上，每隔隔一定时时间按一一定比例例放出一一部分发发酵液，使使发酵液液体积始始终不超超过发酵酵罐的最最大操作作容积，从从而在理理论上可可以延长长发酵周周期，直直至发酵酵产率明明显下降降，才最最终将发发酵液全全部放出出。 特点：保留了了优点，避避免了缺缺点补料分批批发酵的的优点同分批发发酵相比比： 可以以解除营营养物基基质的抑抑制、产产物反馈馈抑制和和葡萄糖糖效应；可以避避免在分分批发酵酵中因糖糖过多，造造成细胞胞大量生生长，耗耗氧过多多，以致
38、致通风搅搅拌设备备不能匹匹配的状状况；可可以减少少菌体量量，提高高有用产产物的转转化率。葡萄糖效效应：葡葡萄糖被被快速分分解代谢谢，所积积累的产产物在抑抑制所需需产物合合成的同同时，也也抑制了了其它一一些碳源源、氮源源的分解解利用。（葡萄萄糖分解解阻遏效效应）发酵工艺艺控制微生物发发酵是一一个复杂杂的生化化过程，涉涉及诸多多因素。这里主要要讲温度度、pHH值、溶溶氧、泡泡沫及补补料等因因素对发发酵的影影响及其其控制一、温度度对发酵酵的影响响及其控控制Q发酵= Q生物物+ QQ搅拌- Q蒸发发Q辐射方法：罐罐壁调温温夹层调调温罐内内调温二、溶氧氧浓度对对发酵的的影响及及控制1、供氧氧方面1）增加
39、加空气中中氧的含含量，使使氧分压压增加，进进行富氧氧通气2）提高高罐压3）改变变通气速速率4）增加加搅拌速速度2、需氧氧方面1）调整整养料的的浓度2）调节节控制温温度3、提高高溶解氧氧的措施施（重点点）1）搅拌拌是提高高溶氧的的重要的的措施2）在培培养基方方面：控制限限制因子子，以降降低菌的的生长速速率，限限制菌对对氧的大大量消耗耗，提高高溶氧水水平3）改善善发酵液液的黏度度：降低黏黏度，增增大流动动性，能能有效的的提高传传质效果果，尤其其是溶氧氧染菌，是是指在发发酵培养养基中侵侵入了有有碍生产产的其它它微生物物。从染菌的的现象分分析染菌菌的原因因1）从染染菌的时时间分析析早期（如如接种后后1
40、2h或24h），除除了种子子带菌外外，主要要是培养养基或设设备灭菌菌不彻底底。相反，中中、后期期染菌则则可能与与中间补补料、设设备渗漏漏以及操操作不合合理等有有关，也也可能是是空气过过滤器不不严所致致。2）从污污染的杂杂菌类型型分析污染耐耐热的芽芽孢杆菌菌，多数数是因培培养基灭灭菌不彻彻底或设设备存在在死角所所致；污染无无芽孢杆杆菌、球球菌等不不耐热菌菌，可能能是从蒸蒸汽的冷冷凝水中中带来的的，或空空气系统统不严造造成。3）从发发酵罐及及批次分分析大批发酵酵罐染菌菌是指整整个工厂厂各个产产品的发发酵罐都都出现杂杂菌现象象，而且且染的是是同一种种菌，主主要是空空气过滤滤器除菌菌不净，空空气带菌菌
41、而造成成的。个别发酵酵罐连续续染菌，较较多地是是由于设设备问题题而造成成的。如如阀门的的渗漏或或罐体破破损，特特别是蛇蛇形管的的穿孔，有有时不易易察觉。有时设设备破损损引起的的染菌会会出现每每批染菌菌时间前前移现象象。染菌通常常通过33个途径径发现：无菌试试验、发发酵液直直接镜检检、发酵酵液的生生化分析析。其中中无菌试试验是判判断染菌菌的主要要依据。无菌试验验方法有有平板培培养、斜斜面培养养、肉汤汤培养等等，其中中以双碟碟和肉汤汤培养为为主。第五章优良的发发酵设备备应具有有：严密的结结构良好的液液体混合合性能较高的传传质传热热速率配套而又又可靠的的检测及及控制仪仪表判断断发酵设设备好坏坏的唯一
42、一标准：能否适适合工艺艺要求，获获得最大大生产效效率通用式发发酵罐（机机械搅拌拌通风发发酵罐）基本条件件1、适宜宜的径高高比。高：直直径约为为1.7742、能承承受一定定的压力力。3、搅拌拌通风装装置要能能使气泡泡分散细细碎、气气液充分分混合，保保证发酵酵液必须须的溶解解氧，提提高O22的利用用率。4、应具具有足够够的冷却却面积。代谢产产热5、发酵酵罐内应应抛光，尽尽量减少少死角。避免积积污、染染菌6、轴封封应严密密，尽量量减少泄泄漏。部分配件件1、搅拌拌器机械搅拌拌的作用用：（重重点）打碎空气气气泡，增增加气液液接触面面积，以以提高气气液间的的传质速速率；使使发酵液液充分混混合，液液体中的的
43、固形物物料保持持悬浮状状态。2、挡板板作用：改改变液体体的方向向，由径径向流改改为轴向向流，使使液体激激烈翻动动，增加加溶解氧氧。3、空气气分布装装置作用：通通入无菌菌空气并并使分散散均匀位置：罐罐底中央央类型：环形管：环径=00.8d;多喷喷孔，向向下；易易堵单管式：普遍采采用向下下的管口口距罐底底约30060mmm分散散器（防防止空气气喷击、蚀穿罐罐底）灭菌一、空罐罐灭菌1、目的的：1）消除除罐内死死角，确确保下一一批发酵酵的成功功2）杀灭灭与罐直直接相通通的各管管路、阀阀门的微微生物2、步骤骤：（热热蒸汽法法）1）先彻彻底清洗洗作用：aa）有利利于消除除死角b）免于于料受热热（尤其其是干
44、热热的部位位）干焦焦于罐体体、管或或阀门2）从底底部通入入蒸汽33）排冷冷气4）升压压打开各各个需灭灭菌的管管路、放放气阀等等（如接接种管、取样管管、空气气进管、流量计计等）5）保压压通常1kkg/ccm2, 300600minn6）降温温关闭各各放汽阀阀、进汽汽阀；然然后慢慢慢放汽，或或自然冷冷却，或或泵循环环水加速速冷却二、实罐罐灭菌1、在进进行培养养基灭菌菌之前，通通常应先先把发酵酵罐的分分空气过过滤器灭灭菌并用用无菌空空气吹干干。2、预热热向夹套套或蛇管管中通入入蒸汽，间间接将培培养基加加热至770左右。作用：利利于糊化化；减少少冷凝水水的生成成；减轻轻噪音3、开启启蒸汽管管，向培培养
45、基中中通入蒸蒸汽，升升温。（33 4两两步为升升温阶段段）4、罐压压达1kkg/ccm2(0.11MPaa)时，装装在发酵酵罐封头头的接种种管、补补料管、消泡剂剂管等应应排汽。5、保温温调节好好各进汽汽和排汽汽阀门，使使罐压和和温度保保持在一一稳定水水平，维维持一定定时间。在保温阶阶段，凡凡进口在在培养基基液面下下的各管管道都应应通入蒸蒸汽；在在液面上上的其余余管道则则应排放放蒸汽，这这样才能能保证灭灭菌彻底底，不留留死角。6、保温温结束后后，依次次关闭各各排汽、进汽阀阀；待罐罐内压力力降至00.50.88kg/cm22时，向向罐内通通入无菌菌空气，向向夹套或或蛇管中中通入冷冷水，使使培养基基
46、降至所所需温度度。通入无菌菌空气的的作用：加速降降温；保保持罐内内正压（降温阶阶段） 第六六章一、啤酒酒生产的的原料以大麦为为主要原原料，以以其他谷谷物等为为辅料，并并添加少少量啤酒酒花等。1、大麦麦（主原原料）2、辅助助原料辅辅料以不不发芽谷谷类为主主，如大大米和脱脱胚玉米米等降低生产产成本，提高啤酒的非稳定性，降低啤酒的色度，改善麦汁浸出物组成3、酒花花（hoop）酒花的功功能：1）赋予予啤酒香香味和爽爽口苦味味2）增进进啤酒泡泡持性和和稳定性性3）与麦麦汁共沸沸时能促促进蛋白白凝固，利利于澄清清4）增加加麦汁和和啤酒的的防腐能能力酒花的成成分：1）-酸具苦味味和防腐腐能力，其其多少是是衡量酒酒花质量量的重要要标准2）酒花花油花粉粉内，味味芳香；萜烯、酯类等等3）多酚酚物质能能与蛋白白结合，促促进凝固固沉淀（双双重性稳定定、浑浊浊）