发酵工艺学第三版吐血整理重点

第一章发酵fermentation：微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式。发酵工程：是将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机的结合起来，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。（主要利用的是细菌、放线菌、酵母菌、霉菌）发酵生产药物的类型：抗生素、酶抑制剂、免疫抑制剂、维生素、氨基酸第二章微生物药物的合成：在微生物体内酶催化下将小分子物质逐步合成分子量较大产物的生化反应过程。（呈现多代谢作用或代谢栅栏特征）微生物体内存在着严密、精确、灵敏的代谢调节体系。微生物的代谢调节机制复杂，具有多系统、多层次的特点。代谢调节的3个部位：细胞（及细胞器）膜、酶本身、酶与底物的相对位置及间隔状况。代谢调节的3种形式：细胞透性的调节、代谢途径的区域化和流向、代谢速度的调节。酶活性调节通过改变代谢途径中一个或者几个关键酶的活性来调节代谢速度调节方式。特点是迅速及时有效经济12种酶活性调节方式前馈作用、终产物抑制、补偿性激活、协同（多价）反馈抑制、累积反馈抑制、增效（合作）反馈抑制、顺序反馈抑制、同工酶调节、联合激活或抑制调节（终产物抑制的补偿性逆转）、平衡合成、代谢互锁、假反馈抑制。次级代谢产物的特点1、特定菌种产生的代谢产物2、菌种特定生长阶段的产物3、是多组分的混合物4、以初级代谢产物为前体或起始物进行合成5、次级代谢产物的生物合成受初级代谢的调控6、次级代谢酶在细胞上具有特定的位置和结构7、次级代谢产物的合成过程受基因控制8、次级代谢产物的合成对环境因素特别敏感9、次级代谢产物的合成与菌体的形态有一定关联。10、次级代谢产物的结构多样特殊。分叉中间体：在微生物的代谢过程中，有一些中间代谢物，既可以被微生物利用来合成初级代谢产物，也可以被用来合成次级代谢产物。多组分的原因1、次级代谢产物的合成酶对底物的特异性不强2、对底物作用不完全3、同一底物可以被多种酶催化次级代谢过程前体：直接被菌体用来合成代谢产物，而自身分子结构没有明显改变的物质磷酸盐调节1、磷酸盐促进初级代谢，抑制次级代谢2、磷酸盐抑制次级代谢产物前体的合成3、磷酸盐抑制磷酸酯酶的活性4、ATP调节作用5、磷酸盐对次级代谢产物合成酶的调节6、磷酸盐调节的分子机制是作用在转录水平上的菌种选育的目的1、改良菌种特性2、提高发酵产量3、产生新的发酵产物4、去除多余组分自然选育：是一种纯种选育的方法，它利用微生物在一定条件下自发突变的原理，通过分离筛选排除衰退型菌株，从中选择维持原有生产水平的菌株。诱变育种：通过诱变剂的处理，就可以大大提高菌种的突变频率，扩大变异幅度，从中选出具有优良特性的变异菌株。速度快收效大方法简便理性化筛选：利用遗传学、生物化学的原理，根据产物已知的或可能的生物合成途径、代谢调节机制、产物分子结构来进行设计和采用一些筛选方法，来打破微生物原有的代谢调节途径，获得能大量形成产物的高产突变株。次级代谢产物的高产菌株的筛选方法1、利用营养缺陷型筛选2、筛选负变株或零变株的回复突变株3、筛选去磷酸盐调节突变株4、筛选去碳源分解代谢调节突变株5、筛选氨基酸结构类似物抗性突变株6、筛选二价金属离子抗性突变株7、筛选前体或者前体类似物抗性突变株8、筛选自身所产抗生素的抗性突变株利用基因重组技术改良抗生素的生产菌1、提高限速酶的活力，解除抗生素生物合成中限速步骤，改变细胞内代谢流的方向，提高抗生素产量2、引入抗性基因和调节基因，增加抗性基因的拷贝数，提高产生菌的自身耐受性3、引入氧结合蛋白来提高抗生素产量4、增强正调控作用或解除负调控基因的阻遏作用，提高抗生素的产量5、通过敲除或破坏次要组分的生物合成基因来消除或减少次要组分培养基medium：按照一定比例人工配制的供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的各种物质的混合物。培养基的成分：碳源、氮源、无机盐、微量元素、生长调节物质、消沫剂碳源：用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素来源的营养物质碳素类型：糖（单糖、双糖、淀粉质类、糖蜜）油脂（动植物油）有机酸、醇碳氢化合物内源性前体：菌体自身能合成的物质外源性前体：菌体不能自身合成或者合成量很少，必须在发酵过程中加入的物质。灭菌：利用化学或物理的方法杀灭或者除去所有活的微生物和孢子的过程消毒：利用化学或物理的方法杀灭或除去病原微生物的方法，一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。除菌：利用过滤的方法除去空气或液体中所有微生物和孢子。高温干热灭菌：在干燥高温的条件下，细胞内的蛋白质和核酸等物质变性，使微生物的致死率迅速增高而达到灭菌的目的。只要足够高的温度和足够长的时间，干热灭菌能杀死所有微生物，主要用于需要保持干燥而且能耐高温的器械。影响培养基灭菌的其他因素：1、培养基的成分2、培养基的ph值3、培养基的物理状态4、泡沫5、培养基中的微生物数量培养基的灭菌方法1.分批灭菌：将配置好的培养基输入发酵罐内，用间接蒸汽预热，然后直接通入饱和蒸汽加热，使培养基和设备一起灭菌，达到要求的温度和压力后维持一段时间，然后在冷却到发酵要求的温度。优点：不需要专门的灭菌设备，投资少，操作简便，灭菌效果可靠，对蒸汽要求低。缺点：灭菌过程中蒸汽用量变化大，锅炉负荷波动大，加热和冷却时间长，营养成分有一定损失，罐利用率低，不能采用高温快速灭菌工艺。对于染菌罐必须先空罐灭菌。2．连续灭菌：培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续加热灭菌，然后冷却送入已经灭菌的发酵罐内。优点：可采用高温快速灭菌，营养物质破坏少。发酵罐非生产占用时间短，罐利用率低。热能利用合理，适合自动化控制。蒸汽用量平稳但是蒸汽压力要求高。缺点：不适用粘度大或者固形物含量高的培养基。需要一套连续灭菌设备，投资大。增加了操作环节，增大了染菌概率。菌体保藏：根据菌体生理生化特性，人工创造条件使菌体的代谢活动处于休眠状态。菌种的保藏方法1、斜面低温保藏法：利用低温降低菌种的新陈代谢，使菌种的特性在短时间内保持不变。将新鲜斜面上长好的菌体或孢子，至于四度冰箱中保存。2、液体石蜡封存保藏法：在斜面菌种上加入灭菌后的液体石蜡，用量高出斜面1cm，使菌种与空气隔绝，试管直立，置于4摄氏度冰箱保存。3、固体曲保藏法4、沙土管保藏法5、冷冻干燥法6、液氮超低温保藏法菌种衰退：生产上使用的菌种，在使用和保藏过程中，经常会逐渐向不利于生产的方向变化。菌种复壮1、纯种分离2、淘汰衰退的个体3、选择合适的培养条件摄氧率：单位体积发酵液每小时消耗氧的量呼吸强度：单位重量的菌体（折干）每小时消耗氧的量呼吸临界氧浓度：当溶氧浓度达到了菌体的需氧要求，那菌体的呼吸强度不再随溶氧浓度的增加而变化，此时溶氧浓度成为呼吸临界氧浓度。影响微生物需氧量的因素1.微生物的种类和生长阶段2.培养基的组成3.培养液中的溶氧浓度4.培养条件5.CO2浓度发酵类型按照投料方式分类1、分批发酵：一次性投入料液，发酵过程中除无菌空气的通入和废弃的排出外，与外界没有物料交换，一直到发酵结束放罐。产量低，工艺操作简单，发酵过程易于控制。2、连续发酵：是在特定的发酵设备中进行的，一遍连续不断地输入新鲜无菌料液，一边连续不断的放出发酵液。操作条件恒定，生产相对稳定，提高设备利用率减少发酵下游设备规模。操作周期长，容易造成染菌和菌种退化问题。3、补料分批发酵：在培养过程中，间歇的或连续的向发酵罐中补加一种或者多种成分的新鲜料液的培养方式。发酵生产上控制ph值的方法1、调整发酵培养基的组成2、在培养基中加入ph值缓冲物质3、补料控制4、改变发酵条件5、直接补加酸碱引起溶氧异常的原因溶氧下降：1、污染需氧杂菌2、菌体代谢异常导致需氧量增加3、某些设备或工艺控制发生异常溶氧上升：1、耗氧量显著减少，如菌体代谢异常，耗氧能力下降，污染烈性噬菌体。放料式补料：发酵到了一定时间，产生代谢产物后，定时地放出一部分发酵液送去提取，同时补充一部分的新鲜营养液后继续发酵，并重复进行，这样就可以维持一定的菌体生长速度，延长发酵周期。