1、发酵工程主要包括了酵工程主要包括了菌种的菌种的选育育、培养基的培养基的配制配制、灭菌菌、扩大培养和接种大培养和接种、发酵酵过程程和和产品的品的分离提分离提纯等内容。等内容。从自然界分离的菌种从自然界分离的菌种诱变育种育种 基因工程基因工程 细胞工程胞工程生生产用菌种用菌种扩大培养大培养接种接种发酵罐酵罐发酵条件控制酵条件控制原料原料培养基培养基的配制的配制灭菌菌微生物菌体微生物菌体代代谢产物物产品品1菌种的菌种的选育：育：基因突基因突变、基因工程、基因工程、细胞工程胞工程人人们怎怎样才能得到才能得到优良的菌种呢？良的菌种呢？发酵工程是利用微生物酵工程是利用微生物为人人类生生产有用有用产品，因此
2、要想通品，因此要想通过发酵工程酵工程获得在种得在种类、产量量和和质量等方面符合人量等方面符合人们要求的要求的产品，最重要的品，最重要的是要有是要有优良的菌种。良的菌种。如果生如果生产的是微生物直接合成的的是微生物直接合成的产物，如青霉素、物，如青霉素、谷氨酸等，谷氨酸等，则可以从自然界中先分离出相可以从自然界中先分离出相应的菌种，的菌种，再用物理或化学的方法使菌种再用物理或化学的方法使菌种产生突生突变，从突，从突变个个体中体中筛选出符合生出符合生产要求的要求的优良菌种。良菌种。例如：可将人工合成的人的胰例如：可将人工合成的人的胰岛素基因与大素基因与大肠杆杆菌的菌的质粒粒结合，形成重合，形成重组
3、DNA，再把重，再把重组DNA导入大入大肠杆菌杆菌细胞内形成工程菌。通胞内形成工程菌。通过筛选则可培可培养出能生养出能生产人的胰人的胰岛素的菌种。素的菌种。如果生如果生产的是一般微生物不能合成的的是一般微生物不能合成的产品，品，则可用可用基因工程基因工程、细胞工程胞工程的方法的方法对菌种的菌种的遗传特性特性进行行定向改造，以构建定向改造，以构建工程工程细胞胞或或工程菌工程菌，从而达到生，从而达到生产相相应产品的目的。品的目的。2培养基的配制：培养基的配制：要要进行行发酵生酵生产，有了，有了优良的菌种良的菌种还需需要有与菌种相适要有与菌种相适应的培养基。在配制培养的培养基。在配制培养基基时应该注
4、意哪些事情呢？注意哪些事情呢？根据不同的菌种，根据不同的菌种，应选择不同的材料配制不同的材料配制培养基。配制的培养基培养基。配制的培养基应满足足微生物在碳源、微生物在碳源、氮源、生氮源、生长因子、水、无机因子、水、无机盐等方面的等方面的营养养要求要求，并，并为微生物微生物提供适宜的提供适宜的pH。培养基的培养基的营养要养要协调，以利于，以利于产物的合成。物的合成。培养基在满足微生物的营养需求的基础上应培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量尽量降低生产成本降低生产成本，以得到更高的经济效益。，以得到更高的经济效益。例如：例如：发酵生酵生产常采用天然成分的液体培养常采用天然成分的液体培养基。而
5、且，基。而且，经常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秸秆水解物以及乙醇、醋酸等石化水解物以及乙醇、醋酸等石化产品代替品代替粮食来配制培养基。粮食来配制培养基。3灭菌：菌：发酵工程所用的菌种大多是酵工程所用的菌种大多是单一的一的纯种，整个种，整个发酵酵过程中不能混入程中不能混入杂菌。菌。这是是为什么呢？什么呢？在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。关系，对发酵过程造成不良影响。例如：如果在谷氨酸例如：如果在谷氨酸发酵酵过程中混入放程中混入放线菌，菌，则放放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒
6、状杆菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生菌死亡。如果在青霉素生产过程中程中污染了染了杂菌，菌，这些些杂菌菌则会分泌青霉素会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。，将合成的青霉素分解掉。那如何防止那如何防止杂菌的菌的污染呢？染呢？要在要在发酵前酵前对培养基和培养基和发酵酵设施施进行行严格格的的灭菌菌处理。理。怎怎样才算才算灭菌菌彻底呢？底呢？用用高温、高高温、高压等方式，等方式，杀死所有死所有杂菌的菌的胞体、芽胞体、芽孢和和孢子。子。4扩大培养和接种大培养和接种：工工业发酵要想在酵要想在较短的短的时间内得到大量的内得到大量的发酵酵产物，物，这无疑需要大量的菌体。如何得到无疑
7、需要大量的菌体。如何得到发酵生酵生产所需要的大量菌体来所需要的大量菌体来缩短生短生产周期呢？周期呢？这就需要就需要经过多次的多次的扩大培养。大培养。如何如何对菌种菌种进行行扩大培养呢？大培养呢？扩大培养是将培养到大培养是将培养到对数期的菌体分开，数期的菌体分开，分分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短在短时间里得到大量的菌体。里得到大量的菌体。扩大培养与大培养与发酵生酵生产过程中的培养有何不同呢？程中的培养有何不同呢？扩大培养是是为了了让菌体在短菌体在短时期内快速增期内快速增殖，殖，而而发酵过程中的培养是是为了了获得代得代谢产物物，目的不同采用的培养条件
8、就有可能不同。目的不同采用的培养条件就有可能不同。例如：在酒精例如：在酒精发酵酵过程中，程中，扩大培养是大培养是为了促了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。行。而在而在发酵酵产生酒精的生酒精的过程中程中则必必须在无氧条件在无氧条件下下进行以行以获得大量的酒精。得大量的酒精。有了用于生有了用于生产的充足的菌体，在接种的充足的菌体，在接种时要注意什么事要注意什么事项呢？呢？接种接种过程中要注意防止程中要注意防止杂菌菌污染。染。整个接种整个接种过程程必必须无菌条件下操作无菌条件下操作发酵酵过程程将菌体接种到装有培养液的将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，是酵
9、罐中，是不是不是发酵生酵生产就能就能顺利地利地进行呢？行呢？还需要需要对发酵酵过程程进行行检测和和对发酵条件酵条件进行行控制。控制。这又是又是为什么呢？什么呢？发酵酵产物主要在菌体生物主要在菌体生长的的稳定期定期产生。生。因此，要在因此，要在发酵酵过程中随程中随时取取样检测培养液培养液中中细菌数目、菌数目、产物物浓度以了解度以了解发酵酵进程，及程，及时添加必需的培养基成分来延添加必需的培养基成分来延长菌体生菌体生长稳定期的定期的时间，以得到更多的，以得到更多的发酵酵产物。同物。同时，还应对发酵条件酵条件进行行严格控制。格控制。哪些条件能影响菌体的哪些条件能影响菌体的发酵呢？酵呢？结论：发酵生酵
10、生产中温度、中温度、pH、溶氧量等、溶氧量等对发酵酵过程有重大影响。程有重大影响。发酵酵过程中程中为什么什么还要控制要控制发酵条件呢？酵条件呢？因素因素pH氧代谢途经NH4谷氨酰氨或乙酰谷氨酰氨谷氨酸适量不足酮戊二酸谷氨酸谷氨酰氨适量缺乏过量适量乳酸或琥珀酸谷氨酸适量不足影响谷氨酸代影响谷氨酸代谢途径的因素途径的因素发酵酵过程中氧的程中氧的溶量、溶量、pH、磷酸、磷酸盐等都能影响谷氨酸等都能影响谷氨酸代代谢途径，从而影响代途径，从而影响代谢产物的合成。同物的合成。同时，随着代，随着代谢的的进行，行，产热的增加、某的增加、某营养物养物质的消耗，以及某的消耗，以及某些酸性和碱性物些酸性和碱性物质的
11、的产生，会使温度、生，会使温度、pH等等发生生变化，化，这些都会些都会对微生物的生微生物的生长造成不利影响。因此，需要造成不利影响。因此，需要对发酵酵过程的中程的中温度、温度、pH、溶氧量、溶氧量等等发酵条件酵条件进行行严格的控制，以保格的控制，以保证菌体生菌体生长和代和代谢途径朝着有利人途径朝着有利人类的方向的方向进行。行。从表中可以看出从表中可以看出：分离分离、提、提纯：分离、提分离、提纯的方法的方法分离提分离提纯后的后的产品，品，还要要经过质量量检查合格后，合格后，才能成才能成为正式正式产品。品。产品的品的分分类菌体本身菌体本身如如谷氨酸、酒精谷氨酸、酒精等。等。代代谢产物物如如酵母菌酵
12、母菌和和细菌菌等。等。过滤、沉淀、沉淀等等方法将菌体从方法将菌体从培养液中分离培养液中分离出来出来可采用可采用蒸蒸馏、萃取萃取、离子离子交交换等方法等方法进行提取。行提取。菌种选育：菌种选育：一般有诱一般有诱变育种，基因工程和变育种，基因工程和细胞工程等细胞工程等培养基配制培养基配制灭菌：灭菌：包括设备灭菌和培养包括设备灭菌和培养基灭菌基灭菌扩大培养和接种扩大培养和接种发酵过程：发酵过程：随时了解发酵进程，及随时了解发酵进程，及时添加必需的培养基组分，严格控时添加必需的培养基组分，严格控制温度、制温度、pH、溶氧、通气量与转速、溶氧、通气量与转速等发酵条件。等发酵条件。分离提纯分离提纯菌体：用
13、过滤、沉淀方法菌体：用过滤、沉淀方法代谢产物：用蒸馏、萃取、离子代谢产物：用蒸馏、萃取、离子交换等方法交换等方法扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。采用的培养条件就有可能不同。例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵
14、产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。获得大量的酒精。发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？混入杂菌。这是为什么呢？在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。对发酵过程造成不良影响。例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的的抗生素抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生就会使大量
15、的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶青霉素酶，将合成的，将合成的青霉素分解掉。青霉素分解掉。影响发酵过程的因素（1 1）温度）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。等。（2 2）pHpH pHpH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影响培养基中营养物质的分解等响培养基中营养物质的分解等
16、3 3）溶解氧）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在发酵液中的溶解度。发酵液中的溶解度。（4 4）泡沫）泡沫 发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫对发酵是不利的。对发酵是不利的。（5 5）营养物质的浓度）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮
17、发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。物的积累。思考 温度升高温度升高:微生物分解有机物释放的能量，微生物分解有机物释放的能量，一部分用于合成一部分用于合成ATPATP，另一部分散发到培养基中，另一部分散发到培养基中时，会引起发酵温度升高；机械搅拌也会产生一时，会引起发酵温度升高；机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。部分热量引起温度升高。温度降低温度降低:发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部分热量，使发酵温度降低。分热量，使发酵温度降低。哪些因素会影响发酵过程中的温度？哪些因素会影响发酵过程中的温度？
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