生物工艺学整理资料..doc

1.现代发酵通过微生物生长和代谢活动，产生和积累人们所需代谢产物的微生物培养过程。 发酵工程指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程体系。 内容包括 微生物菌种选育和保藏；培养基和发酵设备的灭菌技术;空气净化技术:菌种的扩大培养;代谢产物发酵生产;发酵过程中参数检测、分析和控制技术;发酵过程中补料技术;产品分离纯化技术 发酵产品分类 (1)微生物菌体发酵 目的：获得微生物菌体细胞　 酵母和藻类、担子菌，苏云金芽杆菌、疫苗等 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长稳定期产量最高。 (2)微生物酶发酵 目的：获得酶制剂和酶调节剂 青霉素酰化酶、糖苷酶抑制剂/血管紧张素转化酶抑制剂/氨肽酶抑制剂 特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。 微生物代谢产物发酵 初级代谢产物：延迟期、对数生长期形成的，细胞自身生长所必需的代谢产物。无种属特异性. 次级代谢产物：在稳定期所产生的自身生长非必需代谢产物。微量、特殊活性、明显种属特异性. 微生物转化发酵 生物转化：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位(基团)的作用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物 实质：利用微生物代谢过程中的某一酶或酶系将一种化合物转化成含有特殊功能集团产物的生物化学反应。二步发酵法生产维生素C. (5)基因工程发酵 不同与传统的抗生素发酵，需要对影响目的基因表达的各种因素及时分析和优化。 (6)动、植物细胞产物的发酵特制的反应器、组织培养 4. 发酵方法与过程 (1). 表面发酵培养 固体表面发酵培养投资小、设备少、简单易行、适于小型化生产 (2). 液体深层发酵培养 微生物细胞在液体深层中进行纯种培养的过程 菌种选育目的 提高发酵产量;改进菌种性能;去除多余组份;产生新的发酵产物 6.菌种选育基础:遗传与变异 基因突变 、菌种选育技术 自然选育 不经人工处理，利用菌种的自然突变进行菌种筛选的过程。 用途：分离 、纯化、复壮菌种 优点：简单易行 缺点：效率低、进展慢、难以获得高产突变株 一个基因的自然突变频率仅10-6-10-10 诱变育种 利用物理或化学诱变剂处理微生物细胞，促进其突变率大幅度提高，从中选出少数具有优良性状的突变菌株。 用途：发酵工业广泛应用 优点：几率高、速度快 方法简便 缺点：方向性不确定 原生质体融合 把两个亲株的原生质体混合在一起，在融合剂钙离子的作用下原生质体发生融合，促使两亲本的遗传物质进行交换，从而获得重组子 用途：有两个合适亲本时的菌种选育 优点：方向性较高 缺点：操作较复杂需要两标记亲本 基因工程育种 人工方法取得供体DNA上的基因，体外重组于载体DNA上，再转入受体细胞，使其表达和遗传。 用途：清楚微生物的遗传背景时的菌种选育 （1）目的基因的获得 （2）目的基因与载体连接 （3）导入受体细胞进行扩增和表达 优点：方向性高 缺点：操作复杂 质粒不稳定遗传，影响产业化 基因工程改良抗生素菌株角度: 提高限速酶活力,解除限速步骤 引入抗性基因和调节基因,增加基因拷贝数,提高产生菌耐受性 引入氧结合蛋白条 增加正调控作调或者解除负调控基因阻遏作用 敲除或破坏次要组分生物合成基因消除或减少次要组分 诱变育种 物理诱变剂 紫外线、X-射线、 γ-射线、 快中子 特点：紫外线方便、有效 化学诱变剂 烷化剂、脱氨剂、羟化剂、移码诱变剂 特点：高效、经济、但应注意使用安全 筛选：将分离培养后的各型单菌落接斜面培养，成熟后接入摇瓶，测定其发酵生产能力的过程。 初筛：以迅速筛出大量的达到初步要求的分离菌落为目的，以量为主。 复筛：则是精选，以质为主，也就是以精确度为主。 诱变育种步骤 出发菌株的选择;菌悬液的制备;诱变剂及诱变剂量的选择;诱变处理;中间培养;分离和筛选; 一、出发菌株的选择 1.选择纯种 平均发酵单位要高，且发酵单位的波动幅度要小，摇瓶间所测得结果的最高值和最低值之差要小。 2.有良好的代谢特性。 3.选择对诱变剂敏感的菌株。 4.选用多个出发菌株进行诱变收效较快。 5选择单倍体细胞 选择易于表现出基因发生改变的单倍体细胞 6 选择单核或细胞核尽量少的细胞 真菌中多采用分生孢子或孢子囊孢子进行诱变 避免分离型表型延迟 表型延迟（phenotypic lag） 表型的改变落后于基因型改变的现象。可分为分离性延迟和生理性延迟两种： ①分离性延迟：突变的基因经DNA复制和细胞分裂后变成纯状态，表型才能表现出来。 分离性延迟的原因： 对数生长期中，单核细胞常出现双核现象，多核细胞的核也成倍增加，诱变对数期的细胞时，突变通常发生在一个核上，故其变异或非变异的细胞必须经过一代或