生物工艺学（生物技术）的概念与特点
是应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。
（现代）发酵工程的概念与基本步骤 主要指利用微生物、包括利用DNA重组技术改造的微生物在全自动发酵罐或生物反应器中生产某种商品的技术。 包括以下基本步骤：
（1）菌种选育；（通过细胞诱变或基因工程技术改造等） （2）细胞大规模培养即发酵过程；
（3）生产活性的诱导；（在发酵特定阶段，用化学或物理法）
（4）菌体及产物的收获（利用浓缩、吸附、过滤、离心、萃取、干燥、重结晶等手段）
发酵工程概念、内容和过程要求
? 概 念：指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。 ? 内 容：菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等。 ? 要求：
a.要随时取样检测培养液中的细菌数目、产物浓度等，以了解发酵进程； b.及时添加必需的培养基组分，以满足菌种的营养需要； c.要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。 微生物发酵工业特征 ? 反应条件温和
通常由于微生物的生理特性，要求温度为30℃-40℃ pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等 pH值中性偏碱性——细菌的发酵 ? 无菌发酵
整个反应过程要求无菌：培养基无菌、空气无菌、 补料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾气也要求进行无菌处理。 ? 非连续性生产
微生物的生理特性决定了发酵过程的非连续性
大部分的工业发酵是以间歇操作为基础进行的，目前可以实现连续化生产的是：啤酒的连续化生产…… 获得发酵产品的条件 ? 适宜的微生物
? 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 ? 进行微生物发酵的设备 ? 精制成产品的方法和设备
发酵工程的发展历史；青霉素发酵的主要的技术进展与意义 ? 发展历史
发酵---古老的艺术 初期---微生物发现 近代---深层发酵技术
现代---DNA重组及细胞融合技术 ? 技术进展
通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。
抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养 基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。 ? 意义：
抗生素工业的发展
建立了一套完整的好氧发酵技术，大型搅拌发酵罐培养方法 推动了整个发酵工业的深入发展 为现代发酵工程奠定了基础 代谢控制发酵理论的要点
? 定义：用人工诱变的方法，有意识地改变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物 ? 要点：大多数的工业产品并不是微生物代谢的末端产物，而是微生物代谢的中间性物质，要合成、积累这些物质，必须解除他们的代谢调控机制。通过遗传学或其它生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，(无定向诱变)改变和控制微生物的代谢，使有用的代谢产物大量生成、积累的发酵技术。 基因工程菌发酵的技术特点和意义
? 技术特点:可定向改造生物基因，按人们的意志生产产品。 ? 意义:将引起发酵工程的技术革命。 工业发酵的步骤
(1) 用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制 (2) 培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌
(3) 将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中
(4) 将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物 (5) 将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品 (6) 回收或处理发酵过程中产生的废物和废水 微生物发酵的本质
可以理解为物质形式的转化过程，就是利用微生物生长所需的营养物转化成特定的产物
培养基的配制原则
（一）培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确） （二）营养物的浓度与比例应恰当（营养协调） （三）物理化学条件适宜（条件适宜）
（四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约） 不同微生物对水分活度的要求
细菌：一般0.90~0.98；嗜盐菌0.75
酵母菌：一般0.87~0.91；高渗酵母0.61~0.65；鲁氏酵母0.60 霉菌：一般0.80~0.87；耐旱菌0.65~0.75；双孢旱霉0.60 如何理解“根据培养基的应用目的选择原料及其来源” 该培养基的应用目的，即：
是培养菌体还是积累代谢产物？ 是实验室种子培养还是大规模发酵？
代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？
☆用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）； ☆用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定代谢产物的前体物；
☆当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉 的原料，提倡以粗代精，以废代好。 实消（批式灭菌）的工艺操作要点
? 定期检查设备、管道有无渗漏，主要是：冷却管道，夹套。 ? 灭菌之前，先把发酵罐的分空气过滤器灭菌并且用空气吹干。
? 开始灭菌时，放出夹套和蛇管中的冷水，开启排气管阀，通过空气管向罐内的培养基通入蒸汽进行加热，同时，也可在夹套内通蒸汽进行间接加热。升温时，打开所有排气阀门，排掉空气
? 当培养基温度升到70℃左右时，从取样管和放料管向罐内通入蒸汽，培养基温度达120℃，罐压达1×105Pa(表压)时，安装在发酵罐封头上的接种、补料、消沫剂、酸、碱管道应排汽，并调节好各进汽和排汽阀门，使罐压和温度保持在这一水平进行保温30~45min。
? 在保温阶段，凡进口在培养基液面下的各管道以及冲视镜管都应通入蒸汽，在液面上的其余各管道则应排放蒸汽，目的是对管道进行灭菌。这样才能保证灭菌彻底，不留死角。 ? 保温结束后，依次关闭各排气、进汽阀门，待罐内压力略高于大气压力时，向罐内通入无菌空气，在引入无菌空气前，罐内压力必须低于过滤器压力；否则，培养基将倒流入过滤器内。在夹套和蛇管中通入冷水，使培养基温度降到所需温度。
? 引入无菌空气？保证罐内压力后方可冷却，目的是防止培养基的冷却使罐内形成负压，易染菌，甚至设备损坏。 微生物所需要的五大营养要素
包括碳源、氮源、无机元素、生长因子及水 发酵培养基的选择、设计和注意事项 ? (1)必须提供合成微生物细胞、代谢活动和发酵产物的基本营养成分。（如何理解？）
? 对菌体生长与产物相偶联的发酵类型，充分满足细胞生长繁殖的培养基就能获得最大的产物。
? 生产氨基酸等含氮化合物时，除充足的碳源物质外，还应该添加足够的铵盐或尿素等氮素化合物。 ? 主成分与其他成分的配比。
? 合适的pH：微生物的生长繁殖或产物合成需要特定的pH环境。 ? 合适的浓度：从发酵动力学有关生长、产物合成和基质利用物料平衡的关系中推算所需原料或主要原料的需要量。 ? 柠檬酸发酵中铁、锰和锌离子都能明显影响产量， ? 钙离子对细菌淀粉酶的生产有促进作用， ? 钴离子对葡萄糖异构酶的发酵是必需的。
? (2)有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质所合成产物数量或最大产率。
生物工艺学重点内容
