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发酵工程复习.doc
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1、第一章,绪论一、填空:微生物工程可分为 发酵 与 提纯 两部分,其中以发酵 为主。化学工程与发酵工程得本质区别在于 化学工程利用非生物催化剂,发酵工程利用生物催化剂-酶 。二、判断:发酵产品就是经微生物厌氧生物氧化过程获得得。 错三、课后思考题:1、发酵得定义 :利用微生物得新陈代谢作用,把底物(有机物)转化成中间产物,从而获得某种工业产品。(工业上定义、广义、有氧无氧均可)2、发酵流程:3、比拟放大得基本过程 : 斜面菌种摇瓶试验(培养基、 温度、 起始pH值、 需氧量、 发酵时间)小型发酵罐中试大规模工业生产 4、发酵工程得发展经历了哪几个阶段?1、)自然发酵时期 2)纯培养技术建立 (第
2、一个转折期) 3)通气搅拌得好气性发酵工程技术建立(第二个转折期) 4)人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期)5)发酵动力学、连续化、自动化工程技术得建立(第四个转折期) 6)生物合成与化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期) 5、微生物工业发展趋势1)、几个转变 分解代谢合成代谢 自然发酵人工控制得突变型发酵代谢控制发酵通过遗传因子得人工支配建立得发酵(如工程菌)2)、化学合成与生物合成相结合 3)、大型、连续化、自动化发酵 发酵罐得容量可达500t,常用得也达20-30t。4)、人工诱变育种与代谢控制发酵 微生物潜力进一步挖掘,新菌株、新产品层出不穷。 5)、原料范围不断
3、扩大 石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等6、举例说明微生物工业得范围酿酒工业(啤酒、葡萄酒、白酒)食品工业(酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳)有机溶剂发酵工业(酒精、丙酮、丁醇)抗生素发酵工业(青霉素、链霉素、土霉素等)有机酸发酵工业(柠檬酸、葡萄糖酸等)酶制剂发酵工业(淀粉酶、蛋白酶等)氨基酸发酵工业(谷氨酸、赖氨酸等)核苷酸类物质发酵工业(肌苷酸、肌苷等)维生素发酵工业(维生素B12、维生素B2等) 生理活性物质发酵工业(激素、赤霉素等)名贵医药产品发酵工业(干扰素、白介素等)微生物菌体蛋白发酵工业(酵母、单细胞蛋白)微生物环境净化工业(利用微生物处理废水等)生物能工业(沼气、
4、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质)微生物治金工业(微生物探矿、治金、石油脱硫等)第二章 发酵基础知识1、写出生产以下产品得主要菌种: 啤酒(啤酒酵母)、黄酒(霉菌(根霉、曲霉)、酵母菌、细菌)、味精(谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌)、柠檬酸(黑曲霉)、食醋(霉菌、酵母菌、醋酸菌)、酸奶(乳酸菌(保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌)2、发酵工艺控制中,主要应监控 温度 、 pH值 、 溶解氧 、 泡沫、氧化还原电位等。3、 概念:单菌发酵: 现代发酵工业中最常见,传统发酵工业中很难实现。混合菌发酵: 自然发酵 与人工接种发酵液态发酵: 发酵基质呈流动状态,如啤酒发酵、柠檬酸发酵等。固态
5、发酵: 发酵基质呈不流动状态。如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒(白酒)发酵等。半固态发酵: 发酵基质呈半流动状态,如黄酒发酵、传统稀醪酱油发酵等。4、 发酵产品主要类型 微生物菌体 、代谢产物 、 酶 5、 如何理解:传统工艺,原料决定菌种;现代工艺,菌种决定原料?传统工艺,原料决定菌种:传统工艺中,发酵原料就是一种选择培养基。传统工艺就就是利用这种选择作用,把自然界带入得各种野生菌,在发酵基质上进行选择富集培养,这些微生物生长与代谢得结果可生产出有特殊风味得食品。现代工艺,菌种决定原料:在使用纯种发酵剂前,我们必须对原料进行灭菌,以防止其她杂菌对发酵得干扰。6、发酵产品主要有哪些附加值1)发
6、酵有利于食品保藏 食品发酵后,改变了食品得渗透压、酸度、水得活性等,从而抑制了腐败微生物得生长,有利于食品保藏。 2)发酵产品有保健作用 有些食品经过微生物发酵后,不仅能产生酸类与醇类等,还能产生某些抗菌素可抑制致病菌与肠内腐败菌。3)有些发酵食品还具有预防心脑血管疾病、整肠、改善便秘、降低胆固醇、增加免疫功能与抗癌等功能。4)发酵增加了食品得营养价值 一方面,发酵通过微生物对营养物质得降解作用,有利于营养物质得消化吸收。另一方面,食品经过发酵后可以提高某些营养组分如蛋白质得含量,并提高其吸收率,甚至通过微生物得发酵作用,还可以产生一些维生素。第三章 微生物工业菌种得选育与扩大培养1、菌种选育
7、指按照生产要求,根据微生物遗传变异理论,利用 自然菌种筛选 、人工诱变育种 、代谢控制育种 或 基因重组定向育种 等方法得到优良菌种得工作。2、 微生物菌种保藏得常用方法有 斜面低温保藏法 、低温冰箱保藏法 、冷冻干燥保藏法、 石蜡油封保藏法 、硅胶保藏法与 液氮超低温保藏法 等。3、 高丝氨酸缺陷型菌株由于缺乏高丝氨酸脱氢酶,不能合成 高丝氨酸 ,从而走另一代谢途径,使 赖氨酸 大量积累。 4、三级发酵流程 斜面菌种一级种子摇瓶培养二级种子罐培养三级种子罐培养发酵罐 5、 菌种发展总趋势,如何理解 发酵菌 氧化菌 野生菌 变异菌 自然选育 代谢控制育种 诱变育种 基因重组定向育种6、 工业菌
8、种选育得定义、方法 定义: 按照生产要求,根据微生物遗传变异理论,利用自然菌种筛选、人工诱变育种、代谢控制育种或基因重组定向育种等方法得到优良菌种得工作。 方法:自然选育、生产育种、抗噬菌体菌株得选育、诱变育种、代谢控制育种、基因重组定向育种7、 工业菌种衰退得定义、防止方法 定义:指菌种整体在多次接种传代过程中逐渐造成生产能力降低,表现为发酵力(如对培养基得利用)或繁殖力(如孢子得产生)下降或发酵产物得率降低得现象。 防止方法:作好菌种保藏工作、尽可能使每次培养条件适合而一致、尽量减少传代次数 、 应使用幼龄菌培养8、 菌种复壮得概念与方法 概念:狭义:在菌种已衰退情况下,通过纯种分离与生产
9、性能测定等方法,从衰退群体中找出少数未衰退得个体,以恢复原有典型性状得措施。 广义:在菌种未衰退前经常有意识地进行纯种分离与生产性状测定工作,以期从中选择到自发得正变个体。 方法:单细胞菌株分离法、沸水筛选法、改变培养条件法、通过宿主体复壮、诱变处理法9、 工业菌种保藏原则与方法 原则: 挑选优良纯种,最好就是休眠体(如孢子、芽孢等),创造一个最有利于休眠得环境条件(如低温、干燥、缺氧、营养物质缺乏等),就可以达到菌种保藏得目得。同时,作为可行得方法,还要考虑方法得经济与简便。 方法:斜面低温保藏法、低温冰箱保藏法、石蜡油封保藏法、砂土保藏法、冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法10、工业菌种扩大
10、培养工艺与级数 工艺:斜面摇瓶种子罐发酵罐 斜面菌种一级种子摇瓶培养二级种子罐培养发酵罐 (二级) 尽量采用二级发酵 斜面菌种一级种子摇瓶培养二级种子罐培养三级种子罐培养发酵罐 (三级) 第四章 发酵培养基得设计1、实验室最常用培养基就是( B )A、天然培养基 B、组合培养基 C、半组合培养基 2、一般来说,发酵培养基要求( B )A、碳源丰富 B、氮源丰富 C、原料精细3、在微生物工业菌种筛选中最常用得就是( B),在食品或环境等微生物指标检测中常用( A )A、鉴别培养基 B、选择培养基 C、液体培养基4、制备固体培养基时需在液体培养基中加入 1、5-2、0 % 琼脂 。 5、培养基种类
11、 按成分不同划分:天然培养基,半组合培养基,组合培养基 按物理状态不同划分:固体培养基,半固体培养基,液体培养基,脱水培养基 按功能不同划分:选择培养基,鉴别培养基 按培养目得不同划分:种子培养基,孢子培养基,发酵培养基6、 发酵培养基设计得原则 “投其所好” 明确目得 用于培养菌体种子得培养基营养应丰富,氮源含量较高;用于生产代谢产物得发酵培养基氮源一般应比种子培养基低,若代谢产物就是次级代谢产物,要考虑就是否加入特殊物质;工业生产发酵培养基,应选择来源广泛、价格低廉得原料。 7、 发酵培养基设计得基本步骤 调查研究,培养基成分得确定,发酵条件得确定,补料,不断完善8、 代粮发酵主要原料 野
12、生植物淀粉、野生植物纤维、木屑水解物、石油原料与产品(如石蜡、醋酸、乙醇等)、空气原料(碳酸气)9、 前体物质、促进剂得概念 在有些氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵中添加一些特殊物质能获得较高得产率,它们在发酵中主要起避免反馈抑制、作为产物得前身等作用,这些特殊物质称为前体物质。 在氨基酸、抗生素与酶制剂发酵过程中,可以在发酵培养基中加进某些对发酵起一定促进作用得物质,称为促进剂。10、 促进剂作用原理(以抗生素生产为例) 起生长因素作用 、推迟菌体自溶 、抑制了某些合成其它产物途径而使之向所需产物途径转化 、降低了产生菌得呼吸 、改变发酵液得物理性质,改善通气效果 、与产物结合,防止反馈抑制 1
13、1、 抗生素得用途 治疗人类各种病症(如肺结核) ,用于饲料工业得添加剂(注意用量 ),食品工业得冷藏、冷冻得保存剂 ,防治农作物病虫草 (农用抗生素)12、 抗生素提纯主要方法 吸附法,溶媒萃取法, 离子交换法,沉淀法13、新抗生素生产工业化途径 抗生素生产菌株得分离及筛选 抗生性药理试验 生成新抗生素得确证 工业化阶段第五章 发酵培养基得制备 1、淀粉水解糖制备中,酸酶结合法可分为酸酶法与酶酸法,对于杂质较多原料,宜采用 法,对于颗粒较坚硬原料,宜采用 酶解法 法,在工业生产中,综合考虑各方面因素,较多选择 酸酶结合 法。2、发酵前对糖蜜进行 稀释 、酸化 、 灭菌 及 澄清 等过程称为糖
14、蜜前处理 。3、概念 淀粉水解糖:在工业生产上将淀粉水解为以葡萄糖为主得水解液得过程称为淀粉水解糖得制备,制得得水解液称为淀粉水解糖。液化:利用a-淀粉酶将淀粉液化转化为糊精及低聚糖,使淀粉得可溶性增加得过程糖化:利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解,转变为葡萄糖得过程 糖蜜预处理 :发酵前对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌及澄清等过程4、 结合淀粉水解糖得制备方法与各自优缺点,思考实际生产中,该如何对方法进行选择 从水解糖液得质量与降低糖耗、提高原料利用率来说,选择酶法;从水解速度来说,选择酸法 ;综合考虑各方面因素,选择酸酶结合法,尤其就是酶酸法 。5、 甘蔗糖蜜与甜菜糖蜜得主要区别 甜菜中蔗糖较多
15、,而转化糖含量极少,但总糖量接近。 甘蔗糖蜜呈微酸性,而甜菜糖蜜则呈微碱性。 甜菜糖蜜中总氮量较丰富。6、 糖蜜作为发酵原料得适用性 a 含糖量很高。 b 主要含非结晶糖,回收困难。 c 含大量得可发酵性糖,无需糖化。7、 谷氨酸发酵糖蜜预处理得方法与各自原理 (1)活性炭处理法 活性炭有吸附作用,可用以除去过量得生物素。 (2)树脂处理法 甜菜糖蜜可用非离子型脱色树脂处理,以吸附生物素。 (3)亚硝酸处理法 用亚硝酸处理糖蜜以破坏生物素。第六章 糖嫌气性发酵产物积累机制 1、糖酵解与巴斯德效应得三个关键酶均就是 己糖激酶 、 磷酸果糖激酶 与 丙酮酸激酶 。2、在啤酒生产中,水 酒之血,麦芽
16、 酒之肉(骨), 酒花 被喻为酒之眼, 酒种 被喻 为酒之魂。3、葡萄糖经EMP途径生成 丙酮酸 ,在厌氧条件下,在酵母菌作用下继续生成 酒精 ,在乳酸菌作用下继续生成 乳酸 。4、概念 发酵机制: 指微生物通过其代谢活动,利用基质合成人们所需要得产物得内在规律。 代谢控制发酵:人为地改变微生物得代谢调控机制,使有用中间代谢产物过量积累,这种发酵称为代谢控制发酵。 巴斯德效应:在好气条件下,酵母发酵能力降低得规律。 鲜啤酒:未经巴氏灭菌或超滤即出售 生啤酒:未经巴氏灭菌,但经超滤等进行无菌过滤后出售。 熟啤酒:经巴氏灭菌后出售。5、 巴斯德效应机制 a、好氧,进入TCA,产生得柠檬酸、ATP抑
17、制磷酸果糖激酶。 b、6-磷酸果糖积累,进而6-磷酸葡萄糖积累,抑制已糖激酶。 c、1,6-二磷酸果糖减少,对丙酮酸激酶激活作用减弱,磷酸烯醇式丙酮酸积累,抑制已糖激酶。6、啤酒生产原理 大麦经发芽得到麦芽。 麦芽糖化所得糖在啤酒酵母作用下进行酒精发 酵生成二氧化碳与乙醇。 同时,麦芽在发酵过程中产生了有机酸、高级醇 与酯类,与啤酒花共同形成啤酒独特得风味。7、啤酒花得作用 酒花油与苦味酸赋予啤酒独特得香味与爽口得苦味;酒花树脂可提高啤酒泡沫持久性; 沉淀蛋白质,有利于啤酒澄清;抑菌防腐。第七章 柠檬酸发酵机制 1、柠檬酸生产最常用得原料就是 薯干 ,菌种为 黑曲霉 。2、葡萄糖经过 EMP
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