生物工艺学复习资料.doc

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1、生物工艺学：应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物料进行加工以及提供产品为社会服务。代谢控制发酵：利用生物化学或遗传学的方法，人为地改变或控制微生物代谢，使其有用产物大量积累的方法。生理酸性物质 经微生物生理作用（代谢）的能形成酸性的无机氮源称为生理酸性物质生理碱性物质 经微生物生理作用（代谢）的能形成碱性的无机氮源称为生理酸性物质生长因子：微生物生长不可缺少的微量的有机物（微量的一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物）。DE值：淀粉水解程度及糖化程度。是指葡萄糖（所有测定的还原糖权当葡萄糖来计算）占干物质的百分率。代谢产物糖类厌气代谢产物特点：（1

2、）微生物类型，厌气性菌或兼性厌气菌，这种类型发酵都在厌气性环境下进行的厌气性发酵；（2）代谢途径明确，EMP、HMP、丙酮酸循环；（3）产物率高、产量大、原料广，与消耗碳源有准量关系，产物有：酒精、丙酮。糖类好气性代谢产物特点：（1）好气性微生物，有氧呼吸好气发酵。菌体生长速度降低或停止生长时，产物才能大量生长；（2）代谢途径清楚；（3）与消耗碳源无准量关系。次级代谢产物定义：既不作为细菌或酶的结构成分，也不是一般的细胞储存物质，它对产生菌本身的生理功能物不明确的一类代谢产物。培养基定义：指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物提供除营养外的其他生长所必需的条

3、件。（营养、环境条件）要求：（1）都必须要含有作为合成细胞组成的原料； （2）满足一般生化反应的基本条件； （3）一定的PH条件； （4）工业生产培养基所用的原材料还必须 来源丰富，价格低廉，质量稳定；根据生产菌的营养特性与产物合成两者兼顾；符合工艺、设备的要求（配制培养基时要有利于发酵液质量）。作用：培养基的组成和配比是否恰当对微生物的生长、产物的形成、提取工艺选择、产品的质量和产量都有很大的影响。培养基成分碳源：（1）形式：糖类、油脂、有机酸、低碳醇等 （2）功能：为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分；为合成目的产物提供所需的碳成分。1、快速利用的糖为培养基，有时反而会抑

4、制产物合成，在菌体生长过程作为碳源的来源2、慢速利用的糖为培养基，常会促进产物合成，在产物合成过程作为碳的来源原因：快速利用碳源的分解产物抑制了产物形成的关键酶生产上采取的方法：（1）缓慢利用碳源的使用（2）流加葡萄糖（3）用混合碳源氮源：（1）种类：有机、无机（2）作用：构成细胞构质，含N代谢物（3）不同氮源差别有机氮源无机氮源 与有机N相比，更容易被微生物吸收 1生理酸性物质：经微生物生理作用，能形成酸性物质的无机氮源2生理碱性物质：经微生物生理作用，能形成碱性物质的无机氮源无机盐及微量元素：（1）作用：为微生物生理活性物质的组成或生理活性作用的调节物。一般低浓度时，对微生物合成产物促进，

5、高浓度对微生物合成产物形成抑制。（2）各元素作用 P：核酸和蛋白质必要成分，ATP，代谢调节Ca：细胞透性Mg：多数酶激活剂，芽孢的重要成分S：含硫AA的组成和某些酶（CoA）活性剂Fe：细胞色素，细胞色素氧化酶和过氧化酶成分Cl：啫盐菌必需，改善啤酒味Na+，K+：Na维持渗透性，K渗透压和透性微量元素：酶的辅基和激活剂，机体对其需求很少前体：某些化合物加入到发酵培养基中可直接被微生物合成中结合到产物中去，而其自身的结构并没有多大变化，但产物的产量却因加入前体而有较大提高。促进剂：非常营养，非前体物，却能提高产量的添加剂。抑制剂：发酵中加入抑制剂会抑制某些代谢途径进行，同时使另一代谢途径活跃

6、，从而获得人们所需的某种产物，或使正常代谢的某一中间代谢产物积累起来。生长因子：生物素、VB1、提供成长因子的农副产物培养基配置原则：（1）营养物质应满足微生物需要；（2）营养物浓度及配比应当适当；（3）物理化学条件合适；（4）根据培养基的目的。培养基种类：（1）天然培养基：凡利用生物的组织、器官及其他抽取或制品配成的培养基。 优点：配制方便，经济，营养 缺点：化学成分不清楚或不稳定 （2）合成培养基：使用成分完全了解的化学药物配制而成的培养基。优点：成分已知，精确，重复性好 缺点：价格昂贵，培养微生物生长较慢 （3）半合成培养基：由部分天然材料和部分已知的纯化药物组成的培养基。 （4）液体培

7、养基：各营养成分按一定比例配制而成的液体状态或水溶液状的培养基。 （5）固体培养基：液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基，此外，固体营养物与水和盐等混合构成的疏松状培养基也属于固体培养基。 理想固体培养基凝固剂条件：1、不被微生物液化、分解和利用 2、在微生物生长的温度范围内保持固体状态，凝固点温度对微生物无害 3、不会因消毒、灭菌而破坏 4、配制方便，价格低，透明性好 （6）半固体培养基：指琼脂加入量为0.20.5%而配制的固体状态的培养基 （7）种子培养基：是为下一步发酵提供数量较多、强壮而整齐的种子细胞。一般要求氮源、维生素丰富、原料要精 （8）发酵培养基：碳为主要元

8、素，用于生产预定发酵产物的培养基 （9）繁殖和保藏培养基：用于菌种保藏，采用斜面培养基 （10）基本培养基：满足某种野生型菌株最低营养要求的合成的培养基 （11）加富培养基：普通培养基加入血、血清、动植物组织液或其他营养物，用于培养某种或某些营养要求苛刻的异样型微生物或选择性培养（分离、富集）某种微生物使本身大量繁殖，其他菌受抑制。 （12）选择性培养基：根据微生物某种对特定营养要求或物化条件，利用此根据把某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。 （13）鉴别培养基：一类在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而达到只须用肉眼判别颜色就能方便地从近似菌落中找出目的菌菌

9、落的培养基。种子扩大培养定义：将休眠的生产菌种经斜面培养基活化，经扁平或摇瓶及种子罐逐级扩大数量，至一定数量和质量的纯种的过程。种子培养任务：保持生产菌种的优良生产性能，得到比较纯净的种子，菌健壮，还要有足够的量，以供大规模生产用，好坏关系到产物产量和质量。生产菌种的基本要求：一个发酵产物可有多种生产菌，但产生菌不等同于生产菌，作为生产菌要有一定条件和要求产生菌：可产出所需代谢产物的菌 生产菌：用于生产所用的产生菌（1）高产稳产性能、合成能力高，遗传性相对稳定，菌种不衰退，难变异；（2）要求粗放，较易培养，生长繁殖较快，可利用比较多的原料，比原料要求经济易得；（3）非病原菌，对发酵操作如此，且

10、发酵产品用于食品、医药有很大部分，用于此类的菌还要求不产生毒素；（4）最好能耐受自身代谢产物，最好是可耐高低温，可耐高温则热天可生产，省下冷却水，最好可耐酸、碱，产泡沫少，泡沫多需消耗消泡剂多，产品提炼困难。发酵生产方法的类型按发酵过程状态分：（1）间歇培养基的加入和发酵液放出是一致的发酵一次一次进行 （2）连续培养液加入到放出是连续的培养罐中处于稳定状态 （3）半连续发酵：培养基连续加入发酵液分批或分别放出分批发酵定义：一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。特点：环境在发酵过程中不断变化。物理、化学、生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的体系。优点：操作简单，操作引起染菌的概率低，不会产生

11、菌种老化和变异等稳定。缺点：非生产时间较长，设备利用率低。连续发酵定义：培养基料液连续输入发酵罐并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的PH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。优点：能维持低基质浓度，可提高设备利用率和单位时间产量，便于自动控制。缺点：菌种发生变异可能性大，要求严格的无菌条件。半连续（补料分配比）发酵定义：在发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。优点：使发酵系统中维持很低的基质浓度和连续相比，不需要严格的无菌不产生菌种老化、变异等问题。缺点：存在一定的非生产时间和分批发

12、酵比，中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。类型：（1）补料方式：连续流加、不连续流加、多周期流加 （2）补料成分：单一组分流加多组分流加 （3）控制方式：反馈控制、无反馈控制发酵过程的动力学类型发酵动力学：各种发酵中变量在活细胞下变化规律，以及各种条件对变量变化速度的影响，以数学、工程学的原理定量描述。产量常数=产物的量/基质的量=Z/S类型 类型 类型（一）类型 乳酸发酵1、特点：菌生长的比碳源消耗速率Mc比，产物形成速率Mp都有一个高峰；三个高峰同时出现，基本平行；产物和碳源消耗有一定的化学剂量关系，可进行理论计算。2、产物类型：菌体、代谢产物、次级代谢产物（二）类型 谷氨酸发酵 1、

13、特点：分为两个时期：菌体生长期、产物形成期； c源利用的比速度有两个高峰，在产物形成期菌株第二次生长； c源利用和产物形成无明确的化学剂量关系，但还是有一定关系。2、产物类型：在产物形成时有中间产物积累无中间产物积累（三）类型 大多次级代谢产物（抗生素）1、特点：分为两个时期，但产物形成比类型早，在菌体接近或达到最大值时产物开始生长； 菌体生长碳源利用无第二个高峰；c源利用与产物形成无量化关系，为次级代谢产物，产物量占发酵液0.12%。2、产物类型：将预知某个发酵按什么情况进展作为发酵的中间产物控制的理论基础，实践上指导生产、监督生产连续发酵的设计上，（）用于单级，（）（）用于二级以上使菌体生

14、长和产物形成都得到保证连续发酵动力学连续发酵优点：1、提高了生产率，罐利用率上升，减少菌的非旺盛生长期2、便于管理控制T温度对发酵的影响及其控制一、影响发酵温度的因素（1）产热因素：生物热，搅拌热（2）散热因素：蒸发热，辐射热生物热定义：分解营养物释放出大量能量用途：高能化合物，生长代谢，热量散发影响因素：利用营养速率越大，培养基成分越丰富，旺盛期，呼吸强度发酵热的测定：（1）冷却水流量，进出口温度；（2）罐温自动控制，罐温达到恒定再关闭，测温度随时间上升的速率。二、温度对发酵的影响1、T低，反应速度低，周期长2、T高，反应速度低，但菌易衰老，影响产量3、菌合成与产物合成温度要求不同三、影响途

15、径1、影响各种酶的反应速率和蛋白质性质；2、影响发酵液物理性质；3、影响生物合成的方向。四、最适温度的确定：在该温度下最适干菌的生长或发酵产物的生成。五、温度的控制 发酵罐：夹套（10立方米以下）、盘管（10立方米以上）微生物的耗氧量及氧的供给影响：生长代谢、改变代谢途径需氧量与以下因素有关（1）菌种特性（2）生理状态（3）培养基成分与浓度（4）细胞浓度（5）温度氧的溶解度：25 1atm 氧气 水 1.26mmol/l25 1atm 空气 水 0.26mmol/l25 1atm 空气 发酵液 0.20mmol/l氧的传递：（1）搅拌成为细胞，阻力有培养液和微生物细胞（2）氧不足，微生物缺氧窒

16、息（3）耗氧，溶氧要平衡（4）溶氧低于耗氧，氧下降生长受影响溶氧速率：单位体积的培养液在单位时间里溶耗的氧量，单位mM/l.h提高培养液溶解氧速率常用方法：1、提高氧分压（1）通入的空气中掺入纯氧（2）提高罐压；2、提高氧的吸收速率（最重要的一种方法）（1）搅拌，适合细菌生产（2）提高通气量，带走液体水分使发酵液浓缩；3、降低培养液粘度，粘度越大，就湍流下降，液膜变厚，气泡越稳定性；4、降低培养液温度，在允许的条件下降低，可增加溶解速率；5、添加某些物质增加溶氧。表面活性剂可增加溶氧，但不得对菌生长产生影响，不使产物提纯度难，要经济；6、与培养液液柱体积有关。PH值、二氧化碳、基质浓度对发酵的

17、影响PH影响及控制背景（1）菌类在一定的PH内繁殖代谢（2）发酵过程中PH变化。外界变化不大时，菌本身可以调节，但有限引起PH下降的因素：（1）CN比C过多，中间补空气溶氧不足（2）消泡油过多（3）生理酸性物存在，氨被利用引起PH上升的因素：（1）CN比N过多，AA释放（2）中间补料中氨水或尿素等碱性物加入过多（3）生理碱性物质过多PH值控制：（1）培养基的配比（2）中间补料控制PH值，补Glc或补氨水、尿素（3）PH电极控制加补料或酸、碱来控制PH二氧化碳和呼吸商 RECEROURCER：二氧化碳释放率 RQ：呼吸商 OUR：菌的耗氧速率对发酵影响：（1）对菌体有抑制作用 微生物的糖代谢和呼

18、吸率下降，对产物合成影响着具体产品，多为抑制，少为促进（2）对发酵的促进作用 半链球菌发酵生产多糖（3）影响发酵液酸碱平衡控制：通常通过调节痛通风和搅拌来控制基质浓度对发酵影响及补料控制补料：（1）采用丰富培养基，成分全，浓度高达1015%（2）补料：在发酵过程中，中途补加的料液，补偿作用优点：（1）控制营养物质浓度控制菌生长速率，不致太快衰老，自溶推迟，达到增加合成时间，提高产量作用（2）作为控制，扭生异常发酵的手段（3）增加发酵液的总体积泡沫的产生影响、控制产生：通气搅拌，代谢气体逸出，培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂促进影响：（1）降低装料系数；（2）增加菌群非均一性；（3）增加染

19、菌机会；（4）产物损失；（5）消泡剂的加入增加提取困难。控制：机械搅拌、消泡剂、分散剂发酵终点的判断：（1）放罐时间晚，菌自溶，延长过滤处理时间，产物不稳定；（2）放罐时间早，残留过多养分，不利提取；（3）缩短发酵周期，可提高总得生产率；（4）放罐前，补料慎重。生产率（kg/m3h）得率（kg产物/kg基质）发酵系数（kg产物/罐容积m3发酵周期h）污染的防止与挽救污染：微生物发酵为纯种发酵，如有其他菌侵入称为污染（杂菌污染、噬菌体污染）杂菌污染的防治与挽救表现：（1）生产菌生产受抑制，测OD值，菌浓度下降； （2）C、N消耗加速，PH值的不正常变化； （3）泡沫一般增多，粘稠颜色加深，使培养

20、液发酵发臭； （4）发酵周期缩短，产量下降。影响：1、产物产量2、影响产物提炼，使产物质量不得保证，如溶媒存在，使培养液乳化，不易分层有机溶剂萃取工艺； 离子交换工艺3、对产品质量的影响（内在质量和产品外观）4、对过滤的影响 粘度提高，菌体大多自溶，发酵不彻底，基质的残留浓度影响设备的周转使用，破坏生产平衡，大幅度降低过滤吸率5、染菌对三废处理的影响与危害程度相关的几个方面 与产品的品种有关，酒精和丙酮丁酸较小，AA破坏严重 染菌与发酵周期有关，发酵周期长，较易染菌，如前中期染菌后果较严重 染菌类型 时间越早、量多，危害越大 染菌原因：公共系数引起染菌，影响面大，后果严重，公共系数为空气，总过

21、滤器，空气管道不严密、公共补料系数、公共系统染菌就会引起连续染菌、大面积染菌。发酵过程染菌的检查判断检查方法：显微镜检查平板划线检查肉汤培养检查检查中注意事项：（1）检查结果以A B结果为主要根据 （2）做三个平行样 （3）定期取样 （4）放罐后12h，确定为无菌时方可弃去 （5）取样时防外界杂菌混入引起染菌的主要途径和原因生产环节1、种子培养阶段可能染菌生产菌种在保存、转移时种子扩大培养，种子罐可能染菌，培养基带菌防治方法：抗污染强的菌株，定期进行分离，严格无菌操作，培养基首先要进行无菌试验，种子本身也要无菌试验。2、培养基要求灭菌彻底，培养基尽量不能破坏，灭菌过程中培养基要达到预定体积，培

22、养基灭菌后泡沫不可太多。培养基灭菌方法：连续灭菌（优点：高温、短时间、培养基破坏小）、实罐灭菌、空消培养基灭菌的几个环节易造成染菌的：冷空气排除不彻底造成假压，有空气混入水蒸汽（三路进气：列管、排料管、进空气管）防止蒸汽走短路，由于空气走阻力小的管路负压抽吸，无菌空气保压泡沫过多（由于其传热性差，使其中杂质保留）3、空气系数 过滤系统出问题，主要是过滤介质失效4、设备渗透 安装不当，有死角存在情况分析 1、杂菌类型 染芽孢：设备死角，使芽孢存活，培养基不彻底 染霉菌：培养基灭菌不彻底 染球菌：大部分从空气来，主要是空气过滤系数失效 染G-：大部分从水中来，是由于设备的渗透 2、染菌规模 多罐：

23、同时，同类型公共系统染菌 单罐连续大多设备问题，染菌时间会往前推 偶然染菌情况较复杂，几种情况都可能，偶尔单罐染菌，操作不慎引起 3、从染菌时间来分析（1）早期：可能是种子罐培养基灭菌不彻底，设备渗透，管道有死角，操作不慎，染菌防治，以防为主；（2） 应把染菌的位置时间和染菌的类型等各种现象加以综合分析，才能正确判断从而采取相应的对策和措施；（3）严格无菌操作，加强对染菌的检测。发酵染菌的原因及防止 1、种子带菌的原因 无菌室的无菌条件不符合要求；培养基灭菌不彻底；操作不当。 2、种子带菌的防止 种子带杂菌是发酵前期染菌的主要原因之一 每次接种后，取少量的种子悬浮液进行平板检测，肉汤培养基说明

24、是否染菌染菌后的挽救措施 种子罐染菌：先灭菌再倒灌，再空消取用备种或倒种 发酵罐染菌：根据染菌时间不同采取相应的方法 前期染菌：染菌危害不大，采取补种方法，使生产菌在发酵罐中占绝对优势染菌危害大，先补加营养再重新灭菌，再接种染菌危害极大，先放掉一部分发酵液，新配培养基加入，先灭菌接种，再发酵 中后期发酵：用降低罐温，调PH，改变通气量，降低染菌繁殖发酵；对分法，降低染菌数量及有害物质浓度；加抑菌体、杀菌剂，如抗生素、添加量根据实验来定；提前放罐提炼 杂菌会分解产物情况下，可加磷、玉米浆，让菌加速代谢，提前放罐。噬菌体的污染防治比染菌要严重得多，极其普通其个体极小，过滤介质都易受之污染，甚至厌气

25、性发酵也会受之污染；其繁殖快，引起生产菌大量裂解，子代数量大；会产生发酵侵染噬菌体的恶性循环，可能引起整个车间连续倒灌。污染途径：溶源菌为生产菌，其感染的温和噬菌体，在转移中，由于条件的改变，可能发生变异，可能变为裂解性或烈性噬菌体，从而引起危害感染的三个基本条件：环境中有噬菌体，环境中有活菌体，要有接解条件工厂周围一般都有噬菌体，通过气流、尘埃、人车来往，因而可能从生产的各种环节中侵染环境中活菌体，随排气，从泡沫中排出，倒灌中取样口，洗罐液中预防方法：消灭噬菌体，检查出噬菌体，对周围环境普查，琼脂平板，生产菌为指标菌，检查噬菌斑。 有威胁时，经常检查种子液、发酵液是否正常 倒灌前要灭菌，洗罐

26、取样要集中在一个地方，废气也要药物处理选育抗噬菌体的菌株 注意：（1）耐受性因变异而消失（2）噬菌体变异采取专一性不同的生产菌株 选噬菌体不侵染的种，噬菌体侵染特性不同的菌株采取药物防治的办法在生产已受到噬菌体的威胁和侵染时，可采用药物防治，螯合剂、表面活性剂、抗生素、聚胺类挽救方法：种子罐：重消倒罐空消前期：补料重消（温度可低一点8090）课接入抗性菌株中后期：加热处理再提取，适于产物耐热 耐热，药物处理 染了噬菌体都要灭菌，最好用甲醛熏蒸氨基酸工艺学氨基酸发酵工业是利用微生物的生长和代谢活动生产各种AA的现代工业。氨基酸发酵代谢控制（1）控制发酵条件（2）控制细胞渗透性（3）控制旁路代谢（

27、4）降低反馈作用物浓度（5）消除终产物的反馈抑制与阻遏作用（6）促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成谷氨酸发酵机制（1）菌体代谢调节机制；（2）细胞膜通透性的特异调节；（3）菌种选育模型与控制方法。谷氨酸生长水平好坏有关因素：（1）菌种、工艺、设备条件协同配合（2）正常条件下，菌体产生谷氨酸在发酵液中为1mg/ml（1%）（3）谷氨酸代谢调节，细胞膜透性调节与环境条件协调配合谷氨酸生物合成途径（1）二氧化碳固定 1Glc1Glc 81.7% （2）乙醛酸循环 1.5Glc1Glc 54.4%包括EMP、HMP、TCA、DCA（乙醛酸循环）、二氧化碳固定谷氨酸合成的理想途径：（1）产生菌必须具

28、备（内在因素）a-kGAC脱氢酶活性微弱或缺失谷氨酸产生菌体内的NADPH的氧化能力欠缺或丧失DCA关键酶异柠檬酸裂解酶菌有强烈的谷氨酸脱氢酶活性体系中存在二氧化碳固定反应，二氧化碳酶需Mn离子，培养基中加入微量Mn离子生物素：由一个噻吩环和一个脲基构成的双环化合物，作为羧基的载体在多种酶促催化反应中接受和供出羧基提高生产能力具体表现：强化二氧化碳固定，具体措施，控制好Mn离子和生物素浓度 控制溶氧浓度氨导入：还原氨基化反应为主导（2）外在因素1、生物素对GA发酵的影响：参与糖代谢，影响糖降解速度，不影响EMP、HMP比率控制生物素浓度，以实现对DCA的封闭当生物素缺乏时：PEP有氧氧化就会减

29、弱，则乙酰辅酶A的生成就会少，醋酸浓度降低，它的诱导作用降低；控制生物素，异柠檬酸裂解酶活性消失；生物素对TCA的促进作用下降，使琥珀酸上升，阻遏作用加强。乙醛酸循环基本上是封闭的，代谢流向异柠檬酸a-kGAC谷氨酸，两者作用使异柠檬酸丧失，DCA封闭；生物素对氮代谢的影响。生物素丰富时，出现“只张菌，不产酸”现象，GA发酵中晚期，一定量的生物素是必须的，但在产物合成期，则要限制生物素浓度，以保证产物正常合成。生物素缺乏时，铵离子影响N代谢速度生物素丰富时，铵离子不影响N代谢速度生物素对菌的细胞膜通透性，生物素是菌体合成细胞膜的必需物 2、供氧浓度：低，需氧发酵； 高，NADPH氧化，产物少。

30、 3、铵离子浓度PH产物形成 低，不利于a-kGAC还原氨基化；高，产生Gln 铵离子的供给体：液氨、流加尿素 4、磷酸盐 过量促EMP，积累PEP，产生乳酸；产生并积累缬氨酸 缬氨酸抑制GlcPEP，使GA的生物合成受到阻止；消耗了PEP，降低了糖酸化；缬氨酸严重影响了GA结晶提取。谷氨酸生产菌的特征、育种及扩大培养谷氨酸生产菌的主要特征与菌学性质现有葡萄糖生产主要是四个属：短杆菌属（短杆菌科），棒杆菌属、小杆菌属、节杆菌属（棒杆菌科）现有谷氨酸生产菌的主要特征：1、细胞形态为球形，棒形以至短杆2、G+无芽孢，无鞭毛，不能运动3、都是需氧型微生物4、都是生物素缺陷型5、腺酶强阳性6、不分解淀

31、粉、纤维素、油脂、酪蛋白及明胶等7、发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞渗透性的变化8、二氧化碳固定酶系活力强9、异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱10、a-酮戊二酸能力缺失或微弱11、还原性辅酶进入呼吸链能力弱12、柠檬酸合成酶、乌头羧酶，异柠檬酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力强13、能利用醋酸，不能利用石蜡14、具有向环境中泄露谷氨酸的能力15、不分解利用谷氨酸，并能耐高浓度谷氨酸，产生谷氨酸5%以上国内谷氨酸生产菌及其比较发酵过程中形态变化Glu菌对生物素有蓄积，所以在种子罐中适量不过量1、种子的菌体形态 斜面菌稍小，一、二级种子菌体大而粗壮07h 生物素处于贫乏 1620h

32、生物素耗完 非积累型积累型2、Glu发酵不同阶段的菌体形态 08h/010h 长菌型细胞：短杆至棒状，单个/成对/“V”字型 818h/1020h 转移期细胞：伸长、膨大，长菌型与产酸型同存 1620h 产酸型细胞（含磷脂不足），伸长、膨大、不规则，细胞长，多呈现明显的多节细胞，类似花生状，产酸高3、Glu发酵代谢控制育种（1）日常菌种工作 定期分纯；小剂量诱变剂刺激，淘汰生长微弱菌株；高产菌种制作安培瓶。（2）选育耐高渗透压菌株耐高温 选育在2030%葡萄糖的平板上生长好的突变株耐高谷氨酸 选育1520%味精的平板上（3）选育不分解利用谷氨酸的突变株使用不分解利用的GA切断a-酮戊二酸继续向

33、下氧化的反应，即选育以葡萄糖为唯一碳源，菌体不长或生长微弱的突变株（4）选育细胞膜渗透性好的突变株 抗Vp类衍生物；溶菌酶敏感突变株；选育温度敏感突变株（5）选育强化二氧化碳固定反应的突变株 选育以琥珀酸为唯一碳源的培养基上生长快、大的菌株； 选育氟丙酮酸脱氢酶敏感的菌株。（6）选育减弱乙醛酸循环的突变株 选育琥珀酸敏感型突变型； 选育不利用醋酸的突变株。（7）选育强化TCA中从柠檬酸酸-a-酮戊二酸代谢的突变株 选育柠檬酸合成酶强的突变株；选育抗氟乙酸、氟化钠、氟柠檬酸等突变株。（8）选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株（9）选育强化能量代谢的突变株 抗呼吸链抑制剂突变株；抗ADP磷

34、酸化抑制的突变株；抗抑制能量代谢抗生素的突变株。（10）选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株选育莽草酸缺陷型或添加芳香族AA能促进生长的突变株；抗嘌呤、嘧啶类似物的突变株；选育抗核酸类抗生素突变株。菌种的扩大培养和种子质量要求斜面菌株一级种子培养二级种子培养发酵罐种子的扩大培养1、斜面的扩大培养：有利于菌种生长而不长酸，菌种纯度高，不得有杂菌、噬菌体，培养基多含有机氮而不含或少含糖为原则 斜面培养基 葡萄糖0.1%，蛋白胨1.0%，牛肉膏1.0%，氯化钠0.5%，琼脂2.075%，PH7.07.2培养条件 7338、B9 3032 T6-13 3334 1821h一级种子目的：培养大量繁殖活力

35、强的菌体培养基：少含糖，多含有机氮，利于菌体生长培养条件：1000ml三角瓶，灭菌后置于冲程7.6cm,频率96次/min往复式摇床，（1020%）震荡培养12h一级种子的质量要求：种龄12h，PH值6.36.5，光密度净增OD值0.5以上，残糖0.5%以下 无菌检查、噬菌体检查 镜检：菌体生长均匀、粗壮、排列整齐二级种子种子罐容积取决于发酵罐容积大小和接种量比例培养基组成：根据菌种生长情况增减生物素用量，随时间整培养基组成培养条件接近于发酵生产的条件：接种量0.81.0%，温度32无菌检查、噬菌体检查、残粒0.1%左右，镜检：生长旺盛、排列整齐影响种子质量的因素：培养基构成、温度、PH值、溶

36、解度、接种量、培养时间淀粉水解糖制备意义及要求1、意义：碳源是构成葡萄糖的碳架，同时提供能量 糖需预处理：降低生物素含量活性炭处理、水解活性炭处理、树脂处理2、具备要求：含糖量16%；糖液清净；糖液不能含糊精；糖液不变质；分光率90%以上；转化率90%左右。转化率=水解糖液数量（升）*含糖量（%）*100%/(投入淀粉量*原料淀粉中含纯淀粉*1.11)DE值：淀粉水解程度及糖化程度。是指葡萄糖（所有测定的还原糖权当葡萄糖来计算）占干物质的百分率。DE值=还原糖/干物质*100%DX值：糖化液中葡萄糖含量占干物质的百分率。淀粉水解糖的制备方法1、 酸水解、原理：以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高

37、压下将淀粉转化为葡萄糖的方法。特点：生产方便、设备简单，水解时间短，设备生产能力大要求：设备耐腐蚀、耐高温、耐高压，对原料要求严格淀粉酸水解工艺（1）工艺流程淀粉乳浓度的选择 淀粉水解时，淀粉乳的浓度越低，水解液的Glc值越高，糖液色泽越浅，淀粉乳的浓度越高，易发生复合分解反应，故一般控制在1011Be。酸种类的影响常用的酸：盐酸、硫酸和草酸催化效率：盐酸最强，其次是硫酸、草酸加酸量加盐酸0.50.8%，控制PH值在1.5左右酸添加方法：压力和时间的选择糖化设备的选择2、酶解法 a-淀粉酶液化后在酸水解葡萄糖3、双酶法 淀粉酶+糖化酶 条件温和、原料粗放、生产周期长4、酸酶法 先将淀粉水解制成

38、糊精、低聚糖，再水解成Glc酶解法制糖工艺原料（淀粉、水、盐酸）液化糖化冷却中和、脱色过滤糖液（1）淀粉乳溶度的选择，1011Be 淀粉乳浓度越低，水解液的葡萄糖值越高，糖液色泽越低 淀粉乳浓度越高，易发生复合分解反应（2）酸的种类和影响 催化效率：盐酸最强，其次是硫酸、草酸 盐酸：产生氯化物，增加糖液灰分，影响结晶、分离和收率，颜色浅 硫酸：用硫酸钙中和时，生成的硫酸钙在蒸发时易生成结垢，影响传热 草酸：用碳酸钙中和时，生成的草酸可基本除去，糖液纯度高，颜色浅，但催化能力较低 加酸量：以淀粉的PH值为指标，当采用1011Be的淀粉乳时，加盐酸0.50.8%，控制PH在1.5左右 添加方法：一

39、般先将1/3的酸稀释放入锅内，其余酸放入粉浆中，再泵入（3）压力和时间的选择 245392Kpa 高温短时，压力大水解快（4）糖化设备的选择 高径比中和、脱色、除杂中和：纯碱，氢氧化钠，温度140150脱色、除杂：活性炭用量0.20.8%，温度7080，离子交换树脂双酶法制糖工艺（1）淀粉液化方法：升温液化法，高温液化法，喷射液化法、分段液化法（2）糖化：曲霉糖化剂：60，PH 4.04.5 跟酶：55，PH 5.0Glu发酵控制（一）发酵培养基：需要大量C、N源，控制生物素 （1）碳源 淀粉水解糖 要求：糖浓度 高：影响氧溶解浓度，Glu对糖的转化率低 淀粉水解糖的质量：水解不足 利用率低，

40、产泡沫 水解过分 复合水解产生龙胆二糖、异麦芽糖等物质 （2）氮源 作用：合成菌体Pro、核酸等合成物质，一部分用于调节PH。 一般发酵工业C/N为100:0.22.0 Glu C/N 100:1530 当C/N在100:1以上才开始积累GA C/N对发酵的影响极大 GA发酵合成菌 长菌：铵离子过量会抑制菌生长 产酸：铵离子不足会使a-酮戊二酸积累 菌利用无机N比有机N快：铵盐、尿素、氨水尿素 高浓度尿素抑菌，灭菌温度不宜过高 作用：组成菌体含氮物质；组成GA的氨基；调节PH值，可分批流加液氨 9999.8%含氨量，20%含氨水碳酸氢铵 N 17.6%有机氮有利于长菌，GA发酵对有机氮需要量不

41、多（3）无机盐 P 过高转向合成缬氨酸、Ala 过低菌生长，代谢不好硫酸镁 Mg最低25PPmm 酶的激活剂 K 酶的激活剂 菌生长0.1g/L GA生成0.21.0g/L 少长菌体 多产GA微量元素 酶的激活剂 量多既有有毒性有害元素 Hg、硫酸铜（4）生长因子 定义：微生物生长不可缺少的微量的有机物 目前以糖质原料为碳源的Glu生产菌均为生物素缺陷型，以生物素为生长因子，有些还以硫胺素为生长因子，油酸缺陷型则以油酸为生长因子。 生物素 作用：影响到细胞透性及代谢途径菌体吸收培养液中生物素的速度是极高，远超过菌体所需维生素B1 硫胺素提供生长因子的原料：玉米浆 亚硫酸浸泡玉米面得到浸泡水浓缩物 0.40.8%用量 麸皮水解液 Pro、AA等成分较玉米浆少 1%左右用量 便宜 糖蜜 AA、有机氮低 0.10.4%用量 酵母 酵母膏、酵母浸出粉(二)PH对GA发酵影响（1）影响酶活性；（2）影响微生物细胞膜电荷；（3）影响培养基某些培养物中产物代谢物的离解，既而影响微生物对这些物质的利用；（4）往往引起代谢途径的改变。采用尿素流加方法来控制（分批次） 优点：由于尿素分解，利用及PH值变化有一定规律易控制 流加量和次数根据：PH值变化和菌生长消耗、发酵不同阶段来决定 前期PH7.5（控制杂菌） 中期PH7.2 后期PH7.0 放罐PH6.56.8（以利于提取）菌生长较