基因生物發(fā)酵工程總結(jié)

擴(kuò)展閱讀：發(fā)酵工程要點(diǎn)總結(jié)

第一章緒論

發(fā)酵：通過微生物、動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞的培養(yǎng)，大量生成和積累特定的代謝產(chǎn)物或菌體的過程。

發(fā)酵工程：是發(fā)酵原理和工程學(xué)的結(jié)合，是研究由生物細(xì)胞（包括微生物、動(dòng)植物細(xì)胞）參與的工藝過程的原理的科學(xué)，是研究利用生物材料生產(chǎn)有用物質(zhì)，服務(wù)于人類的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。這里所指的生物材料包括來自自然界微生物、基因重組微生物等以及各種來源的動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞。

發(fā)酵工程組成從廣義上講，由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程、下游工程

第二章發(fā)酵設(shè)備固體發(fā)酵

液體發(fā)酵（厭氧發(fā)酵，好氧發(fā)酵）厭氧發(fā)酵：酒精發(fā)酵罐

好氧發(fā)酵：通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐

通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐設(shè)備主要部件包括：1罐身2電機(jī)3攪拌器4軸封5消泡器6聯(lián)軸器7中間軸承

8空氣吹泡管（或空氣噴射器）9擋板

10冷卻裝置

1.罐體：罐體由圓柱體或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，大型發(fā)酵罐可用襯不銹鋼或復(fù)合不銹鋼制成，為了滿足工藝要求，罐需要承受一定壓力，罐壁厚度決定于罐徑及罐壓的大小。罐體上的管路越少越好

2.攪拌作用：打碎空氣氣泡，增加氣液接觸界面以提高氣液間的傳質(zhì)效率使發(fā)酵液充分混和。3擋板的作用：防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動(dòng)，提高溶解氧。豎立的蛇管、列管、排管也可以起擋板作用；4消泡器：利用機(jī)械的方法打碎氣泡

5儀表：測(cè)量相關(guān)參數(shù)

為什么壓力表不用直管：會(huì)有培養(yǎng)基沖入，污染壓力表；起不到緩沖作用；滅菌冷卻后有冷凝水（含菌）掉入罐內(nèi)，污染菌種，彎管液封，上面的雜菌不會(huì)掉入下面管道中。6罐體各部分的尺寸有一定比例，高/徑比約為2.5～4。發(fā)酵罐的滅菌

（在夾套中）關(guān)好空氣閥，蒸氣上進(jìn)下出，沖蒸氣，壓力大于2kg/cm2（120℃），最好是4～5kg/cm2（160℃）。當(dāng)罐內(nèi)溫度>80℃，進(jìn)蒸氣口（蒸氣閥）關(guān)掉，出蒸氣口（排氣閥）關(guān)小。打開空氣閥，蒸氣直接進(jìn)罐，121℃，20～30min。從80℃～100℃上升很快，大于100℃后溫度上升很慢，到118℃時(shí)就開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)25min時(shí)立即關(guān)掉蒸氣閥。關(guān)掉蒸氣閥后通入無菌空氣，使罐內(nèi)一直保持正壓（高于大氣壓，空氣不會(huì)倒灌入罐內(nèi)）。（在夾套中）立即加自來水冷卻，從下向上，使溫度盡快降到55℃左右，到37～38℃時(shí)關(guān)掉水，也有緩沖性。升溫降溫時(shí)注意緩沖性滅菌時(shí)蒸氣從夾套中進(jìn)去，如從罐中進(jìn)去，蒸氣冷凝，產(chǎn)生冷凝水、無法接種、容易污染冬天溫度低、散熱快，低于30℃需加溫。加溫時(shí)蒸氣由下進(jìn)入、從上

酒精發(fā)酵罐而出。如從25℃→30℃，加熱到28℃時(shí)即可關(guān)蒸氣閥微生物代謝發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生大量熱，使溫度大于30℃，需考慮適當(dāng)降溫。冷卻時(shí)冷卻水由下進(jìn)入、從上而出，注意緩沖性，不要降至30℃才關(guān)小型罐50L～7T用夾套系統(tǒng)冷卻；大型罐7噸以上，用冷卻管（盤腸、列管系統(tǒng)）

發(fā)酵罐的管路和死角的消除1盡量減少管路

2發(fā)酵罐的出口越少越好

3出料口和進(jìn)氣管可以合并

4接種管、消泡管、補(bǔ)料管可以合并5排氣管不能合并，易引起交叉污消滅死角

1絲口連接處改用法蘭連接

2焊接部位：堆焊、電焊、氧焊、魚鱗焊，選用魚鱗焊3管道轉(zhuǎn)彎有弧度

4放料管、取料管的閥腔處裝小閥消滅滲漏

罐體穿孔不銹鋼

冷卻管產(chǎn)生裂縫定期更換墊圈（法蘭連接）松脫擰緊軸封滲漏軸絕對(duì)垂直焊縫滲漏

閥桿

發(fā)酵罐的管道布置

保證蒸氣在管道中暢通，有排氣口（小閥），接種管、中間補(bǔ)料管、放料管都要有排氣口（小閥）避免冷凝水排入已滅菌的罐體或空氣，加止逆閥（單向閥）滅菌后的管道用無菌空氣保壓?jiǎn)蜗蜷y位置正確蒸氣總管道要有分氣缸、排氣閥、減壓閥、安全閥相鄰罐不聯(lián)通接種

接種的三種方法火圈直接倒種注射器接種壓力差接種取樣

取樣閥①關(guān)緊，打開蒸氣閥②，再打開閥門③，讓蒸氣沖（消毒殺菌5～10min）；關(guān)上蒸氣閥②，打開取樣閥①，培養(yǎng)液因壓力作用流出；取樣后關(guān)閉取樣閥①，打開蒸氣閥②，通蒸氣再次消毒，關(guān)閉閥門②和③。進(jìn)料和出料

發(fā)酵罐上的人孔用于加料和維修。出料管可以和進(jìn)氣管合并。

第三章工業(yè)發(fā)酵菌種選育

重要工業(yè)微生物的分離及菌種要求

有的微生物從自然界中分離出來就能被利用，有的需要對(duì)分離到的野生菌

株進(jìn)行人工誘變，得到突變株才能被利用。

當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)所用的菌種總趨勢(shì)是從野生菌轉(zhuǎn)向變異菌，自然選育轉(zhuǎn)向代謝育種，從誘發(fā)基工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物：細(xì)菌枯草芽胞桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、短桿菌等，

用于生產(chǎn)淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等

酵母菌單細(xì)胞真核生物，常用啤酒酵母、假絲酵母、類酵母等，

用于釀酒、制造面包、生產(chǎn)脂肪酶以及可食用、藥用和飼料用酵母菌體蛋白等

霉菌根霉、毛霉、犁頭霉、紅曲霉、曲霉、青霉等，用于生產(chǎn)多種酶制劑、抗生素、有機(jī)酸及甾體激素等

放線菌鏈霉菌屬、小單孢菌屬和諾卡氏菌屬等，能產(chǎn)生多種抗生素，如鏈霉素、紅霉素、金霉素、慶大霉素等

擔(dān)子菌通常所說菇類微生物，用于多糖、橡膠物質(zhì)和抗癌藥物的開發(fā)藻類用作人類保健食品和飼料，如螺旋藻、柵列藻；可通過藻類將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)槭�油，或獲取氫菌種的來源

1根據(jù)資料直接向有關(guān)科研單位、高等院校、工廠或菌種保藏部門索取或購(gòu)買；2從大自然中分離篩選新的微生物菌種。

工業(yè)微生物分離的程序

定方案：首先要查閱資料，了解所需菌種的生長(zhǎng)培養(yǎng)特性。

采樣：有針對(duì)性地采集樣品。

增殖：人為地通過控制養(yǎng)分或培養(yǎng)條件，使所需菌種增殖培養(yǎng)后，在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)。分離：利用分離技術(shù)得到純種。

發(fā)酵性能測(cè)定：進(jìn)行生產(chǎn)性能測(cè)定。這些特性包括形態(tài)、培養(yǎng)特征、營(yíng)養(yǎng)要求、生理生化特性、發(fā)酵周期、產(chǎn)品品種和產(chǎn)量、耐受最高溫度、生長(zhǎng)和發(fā)酵最適溫度、最適pH值、提取工藝等。

工業(yè)微生物菌種的選育

1自然選育在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工誘變處理，根據(jù)菌種的自發(fā)突變而進(jìn)行菌種篩選的過程，叫做自然選育或自然分離。

2誘變育種使用誘變劑進(jìn)行人工誘變能提高突變頻率和擴(kuò)大變異譜，具有速度快、方法簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前菌種選育的一種主要方法，使用普遍。

誘發(fā)突變隨機(jī)性大，必須與大規(guī)模的篩選工作相配合才能受到良好的效果。誘變育種方案包括：1突變的誘發(fā)

2突變株的篩選

3突變高產(chǎn)基因的表現(xiàn)

誘變劑的種類和選擇

物理誘變劑。各種射線，如紫外線（焦耳）、X射線（庫(kù)侖/千克）、β射線、γ射線、α射線和超聲波等

化學(xué)誘變劑。甲基磺酸乙酯（EMS）、亞硝基胍、亞硝酸、氮芥等。

誘變處理劑量的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，一般正突變較多出現(xiàn)在偏低劑量中，而負(fù)突變則較多出現(xiàn)于偏高劑量中。

對(duì)于經(jīng)過多次誘變而提高了產(chǎn)量的菌株，在較高劑量負(fù)突變率更高。目前處理劑量已從以前采用的死亡率90～99％減低為70～80％。誘變劑的選擇主要根據(jù)已經(jīng)成功的經(jīng)驗(yàn)，與誘變劑本身特點(diǎn)、菌種的種類和出發(fā)菌株的遺傳背景等有關(guān)。與營(yíng)養(yǎng)缺陷突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體：營(yíng)養(yǎng)缺陷型：經(jīng)誘變產(chǎn)生的一些合成能力出現(xiàn)缺陷，而必須在培養(yǎng)基內(nèi)加入相應(yīng)有機(jī)養(yǎng)分才能正常生長(zhǎng)的變異菌株。

野生型：自然界分離到的任何微生物，在其發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株，為該微生物的野生型。原養(yǎng)型：指營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，與野生型的表型相同。

營(yíng)養(yǎng)缺陷型的鑒定

①生長(zhǎng)譜法

方法簡(jiǎn)便，回變和污染不影響結(jié)果測(cè)定物質(zhì)可為粉末或紙片測(cè)定一般應(yīng)分兩階段：

第一階段：測(cè)定是哪類物質(zhì)的缺陷型；

第二節(jié)段：根據(jù)第一階段確定的范圍，進(jìn)一步確定是哪種具體化合物的缺陷型；

與篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株有關(guān)的三類培養(yǎng)基

基本培養(yǎng)基（MM）[-]：凡是能滿足野生型菌株?duì)I養(yǎng)要求的最低成分的合成培養(yǎng)基。完全培養(yǎng)基（CM）[+]：滿足一切營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)的天然或半合成培養(yǎng)基。補(bǔ)充培養(yǎng)基（SM）[x]：在MM中有針對(duì)性地加入一或幾種營(yíng)養(yǎng)成分以滿足相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)的合成培養(yǎng)基。

第三節(jié)工業(yè)微生物菌種的衰退、復(fù)壯與保藏一、微生物菌種的衰退

菌種的退化是由個(gè)別、少數(shù)菌體細(xì)胞衰退后逐漸導(dǎo)致整個(gè)菌株退化的一個(gè)從量變到質(zhì)變的遺傳變異過程。菌種的退化會(huì)使微生物個(gè)體和群體特征發(fā)生變化，其中最重要的使所需產(chǎn)物的生產(chǎn)產(chǎn)量下降、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝和生長(zhǎng)繁殖能力下降、發(fā)酵周期延長(zhǎng)、抗不良環(huán)境條件的性能減弱。

（一）菌種衰退的原因

1、菌種連續(xù)傳代導(dǎo)致自發(fā)突變或回復(fù)突變是菌種發(fā)生退化的直接原因2、菌種保藏方法不當(dāng)。

3、菌種生長(zhǎng)的條件要求沒有得到滿足，或是遇到不利的條件，或是失去某些需要的條件。（二）、防止菌種衰退的措施1控制傳代次數(shù)

2創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件3利用不易衰退的細(xì)胞傳代4采用有效的菌種保藏方法二、菌種的復(fù)壯1純種分離

2通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯

3淘汰已衰退的個(gè)體三、菌種的保藏（一）、菌種保藏的原理；菌種保藏主要是根據(jù)菌種的生理、生化特性，人工創(chuàng)造條件使菌體的代謝活動(dòng)處于休眠狀態(tài)。（三）、菌種保藏的注意事項(xiàng)

1菌種在保藏前所處的狀態(tài)2菌種保藏所用的基質(zhì)

3操作過程對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損害

微生物生長(zhǎng)的測(cè)定：1個(gè)體計(jì)數(shù)

2群體重量測(cè)定

3群體生理指標(biāo)測(cè)定

在生產(chǎn)實(shí)踐中縮短延滯期的常用手段：

(1)通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短；(2)利用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞作為種子(3)盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；(4)適當(dāng)擴(kuò)大接種量

對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期

以最大的速率生長(zhǎng)和分裂，細(xì)菌數(shù)量呈對(duì)數(shù)增加，細(xì)菌內(nèi)各成分按比例有規(guī)律地增加，表現(xiàn)為平衡生長(zhǎng)。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)菌個(gè)體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均較一致，代謝旺盛、生長(zhǎng)迅速、代時(shí)穩(wěn)定，所以是研究微生物基本代謝的良好材料。它也常在生產(chǎn)上用作種子，使微生物發(fā)酵的延滯期縮短，提高經(jīng)濟(jì)效益。

第四章發(fā)酵機(jī)制及發(fā)酵動(dòng)力學(xué)

一初級(jí)代謝及產(chǎn)物

初級(jí)代謝產(chǎn)物是指微生物通過代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的、自身生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)二次級(jí)代謝及產(chǎn)物

次級(jí)代謝產(chǎn)物是指微生物生長(zhǎng)到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對(duì)該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)，

乳糖操縱子模型

抑制作用：調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、合成阻遏蛋白，阻遏蛋白因其構(gòu)象能夠識(shí)別并結(jié)合到操縱基因上，因此RNA聚合酶就不能與啟動(dòng)基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)被抑制，結(jié)果不能轉(zhuǎn)錄和翻譯形成酶蛋白。

誘導(dǎo)作用：在乳糖存在情況下，乳糖代謝產(chǎn)生別乳糖（alloLactose），別乳糖能和調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白改變構(gòu)象，不能與操縱基因結(jié)合，失去阻遏作用，結(jié)果RNA聚合酶與啟動(dòng)基因結(jié)合，并使結(jié)構(gòu)基因活化，轉(zhuǎn)錄出mRNA，翻譯出酶蛋白。

負(fù)反饋：細(xì)胞質(zhì)中有了β半乳糖苷酶后，便催化分解乳糖為半乳糖和葡萄糖。乳糖被分解后，又造成了阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，使結(jié)構(gòu)基因關(guān)閉。2、酶活性的調(diào)節(jié)（細(xì)調(diào)）

一定數(shù)量的酶，通過其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率。酶活調(diào)節(jié)的影響因素包括：底物和產(chǎn)物的性質(zhì)和濃度、壓力、pH、離子強(qiáng)度、輔助因子以及其他酶的存在等等。特點(diǎn)是反應(yīng)快速。①酶活性的激活

前體激活：代謝途徑中后面的酶促反應(yīng)，可被該途徑中較前面的一個(gè)中間產(chǎn)物所促進(jìn)。代謝中間產(chǎn)物的反饋激活：代謝中間產(chǎn)物對(duì)該代謝途徑的前面的酶起激活作用。②酶活性的抑制：大多是反饋抑制自己看ppt（212-217）

第五章發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理

一、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分及用途

（一）能源功能：生長(zhǎng)、繁殖需要

（二）碳源功能：提供能量、構(gòu)成菌體、代謝產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)；

（三）氮源功能：構(gòu)成菌體、含氮代謝物

（四）無機(jī)鹽功能：構(gòu)成菌體，參與酶的組成，維持酶活性，調(diào)節(jié)滲透壓，調(diào)節(jié)pH值，維持氧化還原電位；

（五）特殊生長(zhǎng)因子：功能：酶的輔助部分，維持生命活動(dòng)（六）發(fā)酵的促進(jìn)劑與抑制劑1前體：指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)沒有多大的變化，但產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。2促進(jìn)劑：指那些既不是營(yíng)養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。

3抑制劑：在發(fā)酵過程中加入抑制劑會(huì)抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時(shí)會(huì)使另外一些代謝途徑活躍，從而獲得人們所需要的某種產(chǎn)物或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。（七）水分功能：生化反應(yīng)均在水溶液中進(jìn)行（一）、配置培養(yǎng)基的原則

1、根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配置不同的培養(yǎng)基2、注意各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度和配比3、調(diào)節(jié)適宜的物理化學(xué)條件4、根據(jù)培養(yǎng)微生物的目的配置5、盡量使用廉價(jià)易得的原料（二）、配置培養(yǎng)基的方法1、生態(tài)模擬2、查閱文獻(xiàn)

3、借助優(yōu)選法或正交試驗(yàn)法精心設(shè)計(jì)培養(yǎng)基配方4、實(shí)驗(yàn)比較

實(shí)驗(yàn)的規(guī)模一般由定性到定量，由小到大。

發(fā)酵培養(yǎng)基的用途與要求、成分、配比經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定，配制時(shí)兼顧原料來源、成本及工藝管理；第六章發(fā)酵工程的滅菌與空氣除菌

一常見的滅菌方法（一）化學(xué)物質(zhì)滅菌

原理：藥物與微生物細(xì)胞中的成分反應(yīng)，使蛋白質(zhì)變性酶失活。

使用范圍：器皿、雙手和實(shí)驗(yàn)室、無菌室的環(huán)境滅菌，不能用于培養(yǎng)基滅菌（二）輻射滅菌

原理：利用高能量的電磁輻射與菌體核酸的光化學(xué)反應(yīng)造成菌體死亡。常用：紫外線、X射線和γ射線。

使用范圍：用于室內(nèi)空氣及器皿表面滅菌（三）干熱滅菌

原理：利用高溫對(duì)微生物有氧化、蛋白質(zhì)變性和電解質(zhì)濃縮作用而殺滅微生物。常用方法：灼燒和電熱箱加熱，140-180℃1-2小時(shí)使用范圍：玻璃及金屬用具及沙土管滅菌（四）濕熱滅菌

原理：蒸汽冷凝放出大量潛熱，具有穿透力，且在高溫有水分條件下，蛋白質(zhì)易變性。常用方法：水煮常壓滅菌：100℃飽和蒸汽滅菌：一般121℃，30min使用范圍：培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備滅菌。（五）過濾除菌

原理：利用微生物不能透過濾膜除菌。方法:0.01~0.45m孔徑濾膜，

使用范圍：用于壓縮空氣、酶溶液及其他不耐熱化合物溶液除菌。（六）．火焰滅菌法

原理：利用火焰直接殺死微生物。

使用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口

（三）培養(yǎng)基滅菌溫度的選擇

選擇即能達(dá)到滅菌要求，又保證營(yíng)養(yǎng)成分不被破壞的溫度第二節(jié)培養(yǎng)基滅菌工藝一、分批滅菌（一）定義：

將配制好的培養(yǎng)基輸入發(fā)酵罐中，用蒸汽加熱，使培養(yǎng)基和設(shè)備同時(shí)滅菌的一種滅菌方式。

操作過程：

空罐準(zhǔn)備：清洗、檢修和檢測(cè)。

升溫：把培養(yǎng)基加熱到滅菌所需的溫度。

保溫維持：在滅菌溫度下保持滅菌所需時(shí)間。冷卻保壓：把培養(yǎng)基的溫度降低到接種的溫度。

發(fā)酵罐分批滅菌

三路進(jìn)汽：蒸汽從通風(fēng)、取樣和出料口進(jìn)入罐內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定的溫度，并維持一定的時(shí)間。這就是所謂的“三路進(jìn)氣”。

四路出汽：蒸汽從排氣、接種、進(jìn)料和消沫劑管排氣

連續(xù)滅菌

定義：將培養(yǎng)基通過專門設(shè)計(jì)的滅菌器，進(jìn)行連續(xù)流動(dòng)滅菌后，進(jìn)入預(yù)先滅過菌的發(fā)酵罐中的滅菌方式。2．流程

1)由熱交換器組成的滅菌系統(tǒng)

2)蒸汽直接噴射型的連續(xù)滅菌系統(tǒng)

3)由連消塔、維持罐和噴淋冷卻組成的滅菌系統(tǒng)三、連續(xù)滅菌與分批滅菌的比較與選

分批滅菌優(yōu)點(diǎn)：1不需附加設(shè)備2蒸汽利用率高3節(jié)約勞動(dòng)力。缺點(diǎn)1培養(yǎng)基質(zhì)量比較差2罐的利用率低3冷卻水用量大連續(xù)滅菌

優(yōu)點(diǎn)：1采用高溫快速滅菌法2可以按培養(yǎng)基性質(zhì)分開滅菌3有利于自動(dòng)控制4節(jié)省冷卻水。缺點(diǎn)1投資費(fèi)用高2對(duì)物料要求高3蒸汽用量大第三節(jié)空氣除菌

一空氣凈化的方法

各種不同的培養(yǎng)過程，鑒于其所用菌種的生長(zhǎng)能力強(qiáng)弱、生長(zhǎng)速率的快慢、培養(yǎng)周期的長(zhǎng)短以及培養(yǎng)基中pH值差異，對(duì)空氣滅菌的要求也不相同。所以，對(duì)空氣滅菌的要求應(yīng)根據(jù)具體情況而定。

一般可按10－3的染菌概率，即在1000次培養(yǎng)過程中，只允許一次是由于空氣滅菌不徹底而造成染菌，致使培養(yǎng)過程失敗。

空氣凈化的方法大致有以下幾種：1熱滅菌法2靜電除菌3介質(zhì)過濾除菌法1.熱滅菌法；基于加熱后微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)（酶）熱變性而得以實(shí)現(xiàn)。

2.靜電除菌；近年來一些工廠已使用靜電除塵除去空氣中的水霧、油霧、塵埃，同時(shí)也除去了空氣中的微生物。靜電除菌時(shí)是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌的目的。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多數(shù)帶有不同的電荷，沒有帶電荷的微粒進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)時(shí)都會(huì)被電離成帶電顆粒。對(duì)于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當(dāng)產(chǎn)生的引力等于或小于微粒布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量時(shí)，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵滅菌對(duì)很小的微粒效率較低。3介質(zhì)過濾除菌法

過濾除菌法是讓含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，而取得無菌空氣的方法。

通過過濾除菌處理的空氣可達(dá)到無菌，并有足夠的壓力和適宜的溫度以供好氧培養(yǎng)過程之用。該法廣泛應(yīng)用，是獲得大量無菌空氣的常規(guī)方法，在生產(chǎn)中使用最多。

絕對(duì)過濾；利用微孔濾膜，其孔隙小于0.5甚至0.1μm，將空氣中的細(xì)菌濾除，從而獲得無菌空氣。

深層介質(zhì)過濾；由多種介質(zhì)組成過濾層，濾層較深，空隙較大，靠靜電、擴(kuò)散、慣性和阻

填充物按下列順序安裝：孔板鐵絲網(wǎng)麻布棉花麻布活性炭麻布棉花麻布鐵絲網(wǎng)孔板

截作用等將細(xì)菌截留在濾層中，從而獲得無菌空氣。金屬絲網(wǎng)和麻布的作用是使空氣均勻進(jìn)入棉花濾層。在充填介質(zhì)區(qū)

間的過濾器圓筒外部有裝夾套，作用為在消毒時(shí)對(duì)過濾介質(zhì)加熱，要十分小心控制，溫度過高容易使棉花焦化而局部喪失過濾效率，甚至有燒焦著火的危險(xiǎn)�？諝庖话銖南虏繄A筒切線方向通入，從上部圓筒排出，出口不宜安裝在頂蓋，以免檢修時(shí)拆裝管道困難。

（二）、幾種典型的空氣凈化流程1.兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程

這是一個(gè)比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分分離油水，使空氣達(dá)到較低的相對(duì)適度下進(jìn)入過濾器，以提高過濾效率。

經(jīng)第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒(>20μm)，且霧粒濃度較大，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。

第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出較小霧粒(>1μm)，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，這樣發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效率高的作用。

通常，第一級(jí)冷卻到30～35℃，第二級(jí)冷卻到20～25℃。

除水后，空氣的相對(duì)濕度仍是100％，須用絲網(wǎng)分離器后的加熱器將空氣中的相對(duì)濕度降低至50～60％，以保證過濾器的正常運(yùn)行。

尤其適用于潮濕地區(qū)，其他地區(qū)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r，對(duì)流程中的設(shè)備作適當(dāng)?shù)脑鰷p。2.冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程（圖略）

第七章發(fā)酵條件及過程控制

發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)pH值（酸堿度）溫度（℃）溶解氧濃度基質(zhì)含量空氣流量壓力

攪拌轉(zhuǎn)速攪拌功率粘度濁度料液流量產(chǎn)物濃度氧化還原電位廢氣中的氧含量廢氣中的CO2含量菌絲形態(tài)菌體濃度二、影響發(fā)酵溫度變化的因素

產(chǎn)熱因素：生物熱（Q生物）、攪拌熱（Q攪拌）散熱因素：蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）、輻射熱（Q輻射）、顯熱（Q顯）發(fā)酵熱（Q發(fā)酵）是發(fā)酵溫度變化的主要因素。Q發(fā)酵＝Q生物＋Q攪拌－Q蒸發(fā)－Q輻射－Q顯

最適溫度的選擇；在生長(zhǎng)階段，應(yīng)選擇最適生長(zhǎng)溫度；在產(chǎn)物分泌階段，應(yīng)選擇最適生產(chǎn)溫度。發(fā)酵溫度可根據(jù)不同菌種、不同產(chǎn)品進(jìn)行選擇。

溫度的控制工業(yè)生產(chǎn)上，所用的大發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中一般不需要加熱，因發(fā)酵中釋放了大量的發(fā)酵熱，需要冷卻的情況較多。

利用自動(dòng)控制或手動(dòng)調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇行管中，通過熱交換來降溫，保持恒溫發(fā)酵。

如果氣溫較高（特別是我國(guó)南方的夏季氣溫），冷卻水的溫度又高，致使冷卻效果很差，達(dá)不到預(yù)定的溫度，就可采用冷凍鹽水進(jìn)行循環(huán)式降溫，以迅速降到最適溫度。因此大工廠需要建立冷凍站，提高冷卻能力，以保證在正常溫度下進(jìn)行發(fā)酵。第三節(jié)pH值對(duì)發(fā)酵的影響及其控制

一、pH值對(duì)發(fā)酵的影響

影響酶的活性，當(dāng)pH值抑制菌體中某些酶的活性時(shí)，會(huì)阻礙菌體的新陳代謝；影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)，改變細(xì)胞膜的通透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄；影響培養(yǎng)基中某些組分的解離，進(jìn)而微生物對(duì)這些成分的吸收；pH值不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。二、發(fā)酵過程pH值的變化

1、生長(zhǎng)階段：菌體產(chǎn)生蛋白酶水解培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)，生成銨離子，使pH上升至堿性；隨著菌體量增多，銨離子的消耗也增多，另外糖利用過程中有機(jī)酸的積累使pH值下降。2、生產(chǎn)階段：這個(gè)階段pH值趨于穩(wěn)定。

3、自溶階段：隨著養(yǎng)分的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使pH又上升，此時(shí)菌體趨于自溶而代謝活動(dòng)終止。

三、引起發(fā)酵液pH值異常波動(dòng)的因素1、pH下降：

①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補(bǔ)糖過多加上溶氧不足，致使有機(jī)酸大量積累而pH下降；②消泡劑加得過多；

③生理酸性物質(zhì)的存在，銨被利用，pH下降。2、pH上升：

①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。氮源過多，氨基氮釋放，使pH上升；②生理堿性物質(zhì)存在；

③中間補(bǔ)料氨水活尿素等堿性物質(zhì)加入過多。

（二）.pH值的控制

首先考慮和試驗(yàn)發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎(chǔ)配方，使它們有個(gè)適當(dāng)?shù)呐浔�，使發(fā)酵過程中的pH值變化在合適的范圍內(nèi)。

在發(fā)酵過程中直接補(bǔ)加酸或堿和補(bǔ)料的方式來控制；補(bǔ)充生理酸性物質(zhì)（如(NH4)2SO4）和生理堿性物質(zhì)（如NaNO3）來控制。

4、出現(xiàn)溶氧明顯降低或升高的原因：

溶氧異常降低：污染好氣性雜菌菌體代謝發(fā)生異常，需氧要求增加，使溶氧下降中間補(bǔ)料時(shí)機(jī)掌握不當(dāng)或間隔過密；某些設(shè)備或工藝控制發(fā)生故障或變化，如攪拌速度變慢，或消泡劑自動(dòng)加油器失靈或人為加得太多，都會(huì)引起溶氧下降。

溶氧異常升高：菌體代謝異常，耗氧能力下降；污染厭氣性雜菌或烈性噬菌體。解氧對(duì)發(fā)酵的影響及其控制

泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及其控制

在大多數(shù)微生物發(fā)酵過程中，通氣、攪拌以及代謝氣體的逸出，再加上培養(yǎng)基中糖、蛋白質(zhì)、代謝物等表面活性劑的存在，培養(yǎng)液中就形成了泡沫。泡沫的多少與攪拌、通風(fēng)、培養(yǎng)基性質(zhì)有關(guān)。蛋白質(zhì)原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的發(fā)泡劑。糊精含量多也引起泡沫的形成。當(dāng)發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時(shí)，泡沫異常多。（一）少量泡沫

一定數(shù)量的泡沫是正�，F(xiàn)象，可以增加氣液接觸面積，導(dǎo)致氧傳遞速率增加；（二）大量的泡沫

發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少、氧傳遞系數(shù)減小；增加了菌群的非均一性；

造成大量逃液，增加染菌機(jī)會(huì)；

嚴(yán)重時(shí)通氣攪拌無法進(jìn)行，菌體呼吸受到阻礙，導(dǎo)致代謝異�；蚓�體自溶；

消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。二、泡沫的消除

調(diào)整培養(yǎng)基中的成分（如少加或緩加易起泡的原料）或改變某些物理化學(xué)參數(shù)（如pH值、溫度、通氣和攪拌）或者改變發(fā)酵工藝（如采用分次投料）來控制，以減少泡沫形成的機(jī)會(huì)。采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素。采用機(jī)械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。

1.機(jī)械消泡

物理消泡方法，利用機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)或壓力變化而使泡沫破裂。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省原料，減少染菌機(jī)會(huì)。

缺點(diǎn)：消泡效果不理想，僅可作為消泡的輔助方法。A.消泡劑的作用：

1降低泡沫液膜的機(jī)械強(qiáng)度；2降低液膜的表面黏度；

3兼有兩者的作用，達(dá)到破裂泡沫的目的。B.常用的消泡劑有4大類：1天然油脂類2脂肪酸和酯類3聚醚類

4硅酮類

以天然油脂類和聚醚類在生物發(fā)酵中最為常用。要確定一個(gè)合理的放罐時(shí)間，需要考慮下列幾個(gè)因素：一、經(jīng)濟(jì)因素

二、產(chǎn)品質(zhì)量因素三、特殊因素

第八章發(fā)酵過程染菌及其防治

發(fā)酵染菌：指在發(fā)酵過程中生產(chǎn)菌以外的其他微生物侵入了發(fā)酵系統(tǒng)，從而使發(fā)酵過程失去真正意義上的純種培養(yǎng)各種階段自己看

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