武汉大学微生物工程期末考试重点(排版调整后)..docVIP

第一章 绪论 微生物工程 利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或动植物细胞积累所需产品的一门技术学科。是生物技（遗传工程、细胞工程、微生物工程（又称发酵工程）、酶工程（又称生化工程）和生物反应器工程。）的重要组成部分。 微生物工程组成上游工程：菌种的特性与选育；培养基的配制、选择及其灭菌理论。 发酵工程：发酵醪的特性；发酵机理；发酵过程动力学；空气除菌；微生物对氧的吸收与利用；微生物的培养方式及自动化控制等。 下游工程：发酵液预处理；初步纯化（即提取）；高度纯化（即精制）；成品加工。 发酵（工业上的） 泛指利用微生物制造或者生产某些产品的过程，包括： 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。 产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。 微生物发酵生产的特点 一步生产：微生物发酵是有一系列极其复杂的生化反应组成，反应所需的各种酶均包含在微生物细胞内。一次它“吃的是草”产出的的“牛奶”。而用化学方法合唱，等到“牛奶”则需要许多步骤才能完成。 反应条件温和：因酶的最适反应条件是常温常压；而化学合成则需要在剧烈的反应条件，如高温、高压、强酸、强碱以及金属催化剂的参与下才能进行。 原料纯度要求低：常以农副产品作原料，如薯干、麸皮。原料来源丰富，价格低廉，而化学合成法的原料纯度要求高，较昂贵。 设备通用性：由于微生物发酵一般都是纯种发酵，所以必须有培养基灭菌系统和空气除菌系统，而化学工程就不需要这些设备：对微生物发酵来说，无论好氧发酵还是厌氧发酵，它们的发酵设备都大同小异，即好氧的一般都用搅拌式发酵罐加空气过滤系统，厌氧发酵都用密封式发酵罐。 对环境的污染相对较小：发酵所用的原料是农副产品，废水中虽然生物需氧量（biological oxygen demand简称BOD）、化学需氧量（chemical oxygen demand简称COD）较高，但有毒物质少；化学合成法除强酸强碱等剧烈条件外，还常用些重金属作催化剂，因此排出的废水毒性较大。 反应液的流体力学性质不同：发酵醪中包括有固相（如淀粉颗粒，微生物菌体）、液相（如发酵培养基）和气相（如通入的氧气，产生的二氧化碳），是一类非牛顿流体，在这种流体中质量传递、动量传递等特性与化学工程中的牛顿流体有很大的不同，不服从牛顿力学规律。 微生物工程发展简史 1. 自然发酵期：只知其然而不知其所以然的时期 2. 奠基期：纯培养技术的建立是第一代微生物发酵技术 3. 发展期：一系列新技术的建立，使微生物发酵技术得到快速发展 4. 发展趋势：第三代微生物发酵技术——微生物工程 发酵的流程 微生物工程的应用领域 涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题 微生物工程在医药工业中的应用 微生物工程在食品工业中的应用 微生物工程在农业中的应用 微生物工程在化工能源领域中的应用 微生物工程在环保领域的应用 微生物工程在冶金领域的应用 微生物工程在高新技术研究中的应用 生产中常用菌种的分离、选育和保藏 微生物工程对菌种的要求 操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分离。 稳定性生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需的代谢产物的产量高，其它代谢产物少。 遗产稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，不易变异退化 安全性：是非病原菌，不产有害生物活性物质或毒素 生产用菌种的分离 菌种的来源 根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买。 从大自然中分离筛选新的微生物菌种。 基本程序： 采样—》预处理—》富集培养—》筛选—》鉴定 新种分离与筛选的步骤 1定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。 2采样：有针对性地采集样品。 3增殖：人为地通过控制养分或者培养条件，使得所需的菌种增殖培养后，在数量上占优势。 4分离：利用分离技术等到纯种。 5发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最是温度、最适pH值、提取工艺等。 生产用菌种的选育 工业菌种的选育： 是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。 菌种选育 1杂交育种：借助有性重组，是不同菌种的遗传物质得以交换。 2原生质融合育种：借助原生质融合技术实现遗传物质的交换 3基因工程育种：定向育种，技术含量高，应用面广。 4自然选育 5诱变育种 菌种保藏的主要方法 ㈠ 斜面保藏法和矿物油保藏法 ㈡ 沙