第一篇：生物工藝學教案及講稿1.2.3.4

第1講

緒論

教學內容：1.緒論

§1-1 生物技術的定義和性質 §1-2 生物技術的發展及應用概況 §1-3 生物技術的發展趨勢

目的要求：1.掌握生物工藝學的定義，特點，生物技術概念的范疇

2.了解生物技術的發展及應用概況

3.了解生物技術在各個領域的應用及發展趨勢

教學重點和難點：

1、生物技術的定義，內涵

2、生物技術的發展及應用概況

教學方法：課堂講授為主，自學結合

內容提要及課時分配：

1、生物技術的定義和性質（20′）

2、生物技術的發展及應用概況（60′）

3、生物技術的發展趨勢（20′）作業：

1.由國際經濟與發展組織（IECDO）提出的有關生物技術的定義有何特點？

2.教材中把生物技術的發展分為四個時期，它們各有哪些主要代表性技術和產品？ 主講教師：

授課班級：

授課日期： 2010.9.7 導入新課：

介紹生物工藝學的內涵，教材包括得主要內容，重點要學習的章節和內容，強調學習生物工藝學的重要意義。1

緒

論

1.1 生物技術的定義

⑴

1919年匈牙利艾里基提出：“凡是以生物機體為原料，無論其用何種生產方法進行產品生產的生物技術”都屬于生物技術； ⑵

20世紀70年代末，80年代初提出的定義傾向于：必須采用基因工程等一類具有現代生物技術內涵或以分子生物學為基礎的技術；

⑶

國際經濟合作與發展組織（IECDO）在1982年提出定義：應用自然科學和工程學的原理，依靠生物作用劑的作用，將物料進行加工以提供產品或用以為社會服務的技術；

在國際經濟合作與發展組織（IECDO）提出生物技術定義的特點：

生物作用劑：指從活的或死的微生物、動物或植物的機體、組織、細胞、體液以致分泌物以及上組分中提取出來的生物催化劑——酶或其他生物活性物質； 提供的產品：可以是工業、農業、醫藥、食品等產品；

被作用的物料：可以是有關的生物機體或其中的有關器官，如細胞、體液以及極少量必須的無機物質；

應用的自然科學：可以是生物學、化學、物理學等以及相關的分支學科，交叉學科； 應用的工程學：可以是化學工程、機械工程、電氣工程、電子工程； 1.2 生物技術的發展及應用概況

生物技術的發展分為四個時期：經驗生物技術時期；近代生物技術的形成和發展時期；近代生物技術的全盛時期，現代生物技術的建立和發展時期； 1.2.1 經驗生物技術時期

（人類出現到19世紀中期）

生物技術的發展和利用可以追溯到1000多年（甚至4000多年）以前如酒類的釀造，豆糧輪作的方法等，主要產品有果酒、酸奶、啤酒、大豆釀醬油，多種植物配制劑——麻沸散等。經驗生物技術時期的技術為其后生物技術相關理論的建立創造了條件。1.2.2 近代生物技術建立時期

（19世紀中期至20世紀40年代）

這一時期的誕生是與顯微鏡的誕生和微生物的發展以及微生物學的問世密切相關的。20世紀初，人們發現某些梭菌能夠引起丙酮、丁醇的發酵，隨之引發了一系列初級代謝產物的生產。這一時期是人類有意識地利用某些微生物進行生產的時期，這一時期的發酵產物的特點：都屬于微生物形成的初級代謝產物，發酵以厭氧發酵居多，發酵產品主要為某些有機溶劑。

這一時期進行大規模生產的發酵產品有乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶等。1.2.3 近代生物技術全盛時期

（20世紀40年代至20世紀70年代末）

1929年Flemming發現了青霉素，從此生產技術產品中增加一大類新的產品——抗生素。第二次世界大戰促進許多科學家和工程師齊心協力，攻克許多難關，實現了青霉素的工業化生產。20世紀40年代，抗生素工業成為生物發酵工業技術的支柱產業。這一時期生物技術的發展主要成就有：青霉素的發現及其開發概況、酶反應過程和生物轉化的過程的開發概況等，為基因工程的建立和新的生物技術時期的來臨創造條件。區分初級代謝產物和次級代謝產物

初級代謝產物：指微生物處于對數生長期所形成的產物，主要是與細胞生長有關的產物，如氨基酸、核酸、蛋白質、碳水化合物以及能量代謝有關的副產品，如乙醇、丙酮、丁醇等。次級代謝產物：次生代謝物的產生與產生這種產物的微生物本身的生長和生命活動并不是密切相關的，它們一般產生于微生物生長的穩定期，他們的結構往往非常復雜。1.2.4 現代生物技術建立和發展時期

（20世紀70年代末開始）現代生物技術時期是以分子生物學的理論為先導，基因工程的技術開始能作為生物技術新產品的一種開發手段或關鍵技術后算起的。80年代以來，隨著重組DNA技術的發展，人們可以按人類社會的需要，定向培養出有用的菌株，這為發酵工程技術引入了遺傳工程的技術，使生物技術進入了一個新的階段。

基因工程的應用首先集中于許多多肽或蛋白質的生化藥物中，如胰島素、干擾素等。這一時期生物技術的發展主要有：單克隆抗體的發展和應用；動、植物細胞培養技術的應用；雜交技術在動植物生產中的應用；轉基因植物和動物的研究和開發，克隆動物的發展及取得的成就等方面。

1.3 生物技術的發展趨勢

1.3.1.深入開展人類后基因組學的研究，逐步掌握人類生、老、病、死的自然規律

有關后基因組學的研究概括講就是：首先要將完成圖的堿基對序列中所有的基因識別出來，其次要鑒別每一個基因的生物化學結構和性質，最后要搞清所有基因與人類生、老、病、死的關系。

后基因組學的研究主要包括：結構基因組學、功能基因組學、蛋白質組學。1.3.2.逐步深入的開展基因診斷和基因治療研究

基因診斷是通過基因工程的手段對生物體的基因組DNA片段及其轉錄產物進行定性和定量分析；

基因治療是以正常基因通過病毒載體原位轉入病人體內以取代原來缺陷或病變的基因，也可以是使原來喪失表達能力或使原來喪失表達能力或使機體產生免疫基因已達到抗腫瘤、抗病毒的目的。

1.3.3 加強各種生物技術新藥物的研究開發

加強對重組激素、重組細胞因子、從足溶血栓物質、治療性抗體的研究開發。1.3.4.人類干細胞培養或胚胎工程的發展 人類干細胞可分為兩類：全能性干細胞和多能性干細胞；前者能發育成完整的個體，后者只能發育成人體某一臟器或組織，如肝臟、腎臟、心臟或骨胳、皮膚、肌肉等。人類胚胎干細胞來自早期胚胎，這些全能型干細胞后來發育成多能性干細胞。轉基因動物的發展，克隆動物的發展成就

轉基因動物是通過基因工程手段獲得在基因中整合了外源基因的動物。克隆動物是指通過無性繁殖的手段復制而誕生的動物，其外形和生理性狀均與其供體細胞相同的動物。加速對人類功能基因的研究開發

由于功能基因對人類的健康以及藥物研究開發的關系密切，因此各國科學家相互爭先把已知的功能基因進行相當深入的研究以獲得發明專利權。基因農作物為農作物方面的發展前景 轉基因農作的重點發展方向是：抗蟲害的轉基因農作物；尋找新的抗病毒基因并將其轉入一些重要農作物中；抗干旱、抗鹽堿、抗重金屬、抗水澇、抗寒凍等的轉基因農作物； 加強與環境保護學科的合作研究

主要集中在對環境污染的生物治理。

積極開展海洋生物技術的研究

大力發展與生物技術相關的工程技術學科的研究

小結：內容包括三個部分：生物技術的定義和性質；生物技術的發展及應用概況；生物技術的發展趨勢。重點掌握生物技術的定義質；生物技術的發展的四個時期及代表產品和技術，了解生物技術的發展趨勢。第二講

菌種的來源

教學內容：2-1 菌種的來源 §2-1-1 微生物的特點

§2-1-2 常見的工業微生物及作用 §2-1-3 典型微生物新種分離篩選過程 §2-1-4 微生物選擇性分離的原理和發展

目的要求：1.掌握典型微生物新種分離篩選過程，微生物選擇性分離的原理和發展； 2.了解常見的工業微生物及其用途

教學重點和難點：

1、典型微生物新種分離篩選過程

2、微生物選擇性分離的原理和發展 教學方法：課堂講授為主，自學結合

內容提要及課時分配：

1、微生物的特點（5′）

2、常見的工業微生物及作用（15′）

3、典型微生物新種分離篩選過程（30′）

4、微生物選擇性分離的原理和發展（50′）作業：

1.微生物選擇性分離的方法及原理？

主講教師：

授課班級：生物08班

授課日期： 2010.9.9 導入新課：課堂提問：初級代謝產物、次級代謝產物。生物反應過程原理篇 2.菌種選育

2.1 菌種的來源： 2.1.1 微生物的特點

微生物的資源非常豐富，廣泛分布于土壤，水和空氣中，尤其土壤中最多。

有的微生物從自然界中分離出來就能被利用，有的需要對分離到的微生菌種進行人工誘變，得到突變株才能被利用。

微生物的特點是：種類多，分布廣；生長迅速，繁殖速度快；代謝能力強；適應性強，容易培養。

2.1.2 常見的工業微生物 ⑴ 細菌

工業常用細菌有：枯草芽孢桿菌，醋酸桿菌，棒狀桿菌，端桿菌等；

用途：用于生產淀粉酶，乳酸，氨基酸和肌苷等。⑵ 酵母菌

工業常用酵母菌有：啤酒酵母，假絲酵母，類酵母等。

用途：釀酒，制造面包，生產脂肪酶以及生產可食用，藥用和飼料用酵母菌蛋白等。⑶ 霉菌

工業常用霉菌有：藻狀菌綱的根霉，毛霉，犁頭霉，子囊霉綱的紅曲霉，半知菌類的曲霉，青霉等。

用途：多種酶制劑，抗生素，有機酸及輜體激素等。⑷ 放線菌

工業常用放線菌有：鏈霉菌屬，小單孢菌屬和諾長菌屬等。

用途：產生抗生素，微生物中發現的抗生素，有60%來自放線菌。⑸ 擔子菌

通常所說的菇類微生物。

用途：多糖，橡膠物質和抗癌藥物的開發。⑹ 藻類

自然界分布極廣的一類自養微生物。

人類保健食品和飼料，（螺旋藻）環境治理，產生能源。2.1.3

典型的微生物新種分離篩選過程

分離微生物新種的具體過程大體可分為采樣、增殖、純化和性能測定 2.2.4 微生物選擇性分離的原理和發展

在過去的半個世紀里曾篩選出許多產生新的有用的刺激代謝產物的菌種，這些菌種多半是利用經驗式的篩選方法獲得的。大多數的抗生素均由放線菌綱產生。下面介紹以放線菌為主的分離方法原理的發展。

選擇性分離方法大致分為五個步驟：①含微生物材料的選擇；②材料的預處理；③所需菌種的分離；④菌種的培養；⑤菌種的選擇和純化。以上任何一個階段都可以引入選擇壓力。⑴ 微生物材料的選擇

在選擇菌種來源時，存在以下一些標準： ① 對于天然材料，如土壤的選擇，來源越是廣泛的樣品，含有目的微生物的可能性就越大，越有可能獲得新的菌種；

②可尋找已適應相當苛刻的環境壓力的微生物類群；

③在酸性土壤圈的放線菌類群與緊接下層的中性圈的放線菌類群有很大的不同； ④自然環境的菌群可因為人類活動而改變； ⑤更新的生態環境有待于進一步開發。⑵ 材料的預處理

為了提高菌種的分離效果，人們設計了各種處理材料的方法，有物理方法、化學方法和生物方法。

為提高菌種的分離效果，設計各種與處理方法。物理方法：加熱，過路，離心，沉淀池中攪拌。化學方法：加幾丁質或碳酸鈣提高PH。

誘餌法：花粉，蛇皮，人的頭發，涂石蠟的棒。⑶ 所需菌種的分離

所需菌種的分離效率取決于分離培養基的養分、pH和加入的選擇性抑制劑。一般憑經驗而不是絕對的選擇。

培養基養分：幾丁質（用來分離土壤或水中的放線菌），淀粉——羅素（和幾丁質相類同），M3群脂(阻滯鏈霉素的生長，容易分離到其他霉菌)。PH值：

(1)6.7——7.5之間（大多數放線菌，嗜中型）

(2)4.5——5.0（嗜酸性）

(3)6.1——6.8（嗜堿性)選擇抑制劑：抗細菌抗生素，抗真菌抗生素；分離培養基中加入抗生素。⑷ 菌種的培養

溫度，時間兩方面主要變量為時間。放線菌平板通常在25-30℃；

嗜熱菌通常在45-55℃；

在此三者中可加入時間變量。嗜冷菌通常在4-10℃；

分離嗜溫菌如鏈霉菌和小單胞菌一般培養7~14天；嗜熱菌如高溫放線菌只需1~2天。有時培養時間短會漏掉一些新的和不尋常的菌種，因此有人在30℃和40℃將培養時間延長1個月，結果分離出一些不尋常的種屬。⑸ 菌落的選擇

分離步驟中最容易受挫折和最耗時間的階段，菌落的選擇有三種方法： 顯微鏡觀察分離

不易區分同一屬的不同種。

鋪菌法

會使所需菌落污染，并且只能美平板一種試驗菌。

復印平板法

對不長孢子的鏈霉菌則不能使用，也不適用于游動細菌的篩選。采用怎樣的選擇菌落方式取決于篩選的最終目的。

小結：內容包括兩個部分： 工業常用微生物的種類及用途；微生物選擇分離的原理、步驟和發展的方法。第三講

菌種的來源

教學內容：2-1 菌種的來源

§2-1-4 重要工業微生物的分離

2-2 菌種選育

§2-1-1 自然選育

§2-1-2 誘變育種

§2-1-3 抗噬菌體菌株的選育

目的要求：1.掌握工業微生物的分離方法，菌種選育的自然選育和誘變育種法

2.了解抗噬菌株的選育過程

教學重點和難點：

1、工業微生物的分離方法

2、菌種選育的自然選育和誘變育種法

教學方法：課堂講授為主，自學結合

內容提要及課時分配：

1、重要工業微生物的分離（30′）

2、自然選育（20′）

3、誘變育種（30′）

4、抗噬菌體菌株的選育（20′）作業：

簡述誘變育種的一般步驟？

主講教師：

授課班級：生物08班

授課日期： 2010.9.14 導入新課：提問微生物選擇選性分離的相關內容 2.2.3 重要工業微生物的分離

篩選具有潛在工業應用價值的微生物的第一個階段是分離，分離是指獲得純的或混合的培養物。接著篩選出那些能產生所需產物或具有某種生化反應的菌種。在篩選所需菌種時宜考慮：（1）菌的營養特性；（2）菌的生長溫度，應選擇溫度高于40℃的菌種；(3)菌對所采用的設備和生產過程的適應性；（4）菌的穩定性；（5）菌的產物的率；（6）容易從培養液中回收產物；

理想的分離步驟是從土壤環境開始的，土壤中富于各種分離的菌。設計的分離步驟應有利于具有工業重要特征的菌的生長。2.2.3.1 施加選擇壓力的分離方法 ⑴ 富集液體培養

只能增加混合菌群中所需菌株數量的一種技術。方法的原理是：給混合菌群提供一些有利于所需菌種生長或不利于其他菌型生長的條件。供給特殊基質或加入某些抑制劑。液體培養（分批富集，連續富集）⑵ 固體培養基的使用

常用于分離某些酶產生菌，其選擇培養基中常含有所需的基質，以便促進酶產生菌的生長。2.2.3.2 隨機分離方法

有些微生物的產物對產生菌的篩選沒有任何選擇性優勢，可以用采用隨機分離法獲得所需菌種。

隨機分離法發展了一些快速篩選方法和歸納出高產培養基成分的選擇性準則如下： ⑴ 制備一系列培養基，其中有各種類型的養分成為生長限制因素； ⑵ 使用一聚合或復合形式的生長限制養分； ⑶ 避免使用容易同化的碳； ⑷ 確定含有所需的輔因子，⑸ 加入緩沖液以減少pH變化。

例如：抗生素產生菌的篩選；藥理活性化合物的篩選；生長因子產生菌的篩選；多糖產生菌的篩選。2.3菌種選育

目前菌種選育常采用自然選育和誘變育種等方法，隨著微生物學、生化遺傳學的發展出現了轉化、轉導、接合、原生質體融合、代謝調控和基因工程較為定向的方法。經典育種：自然選育和誘變育種。菌種選育常采用。

定向育種：轉化，轉導，接合，原生質體融合，代謝調控，基因工程。2.3.1 自然選育

生產中，不經過人工處理，利用菌種的自然突變而進行菌種篩選的過程叫自然選育。一般認為引起自然突變的原因有兩個：多因素低劑量的誘變效應和互變異構效應。自然突變有兩種情況：

菌種衰退，對生產無利的突變，對生產有利的突變的。

自然選育優缺點：

優點：是簡單易行； 缺點：效率低、進展慢。2.3.2 誘變育種 2.3.2.1 誘變育種的基本原理 變育種的理論基礎是基因突變。

突變是指由于染色體和基因本身的變化而產生的遺傳性狀的變異。誘發突變是指用各種物理、化學因素人工誘發的基因突變。其中誘發突變的變異幅度大大高于自然突變。

誘變因素的種類很多，有物理的、化學的和生物的三大類。2.3.2.2 誘變育種的一般步驟

誘變育種的整個流程包括：誘變和篩選兩個部分。誘發所形成的突變與菌種本身的遺傳背景、誘變劑種類及劑量的選擇和合理使用方法均有密切的關系。

2.3.2.3 誘變育種工作中應該注意的幾個問題 ⑴ 選擇好出發菌種 ⑵ 復合誘變因素的使用 ⑶ 劑量的選擇 ⑷ 變異菌株的篩選

⑸ 高產菌株的獲得需要篩選條件的配合 2.3.2.4 幾種物理、化學誘變劑的使用方法 紫外線、快中子、氮芥、亞硝酸、航天育種 2.3.3 抗噬菌體菌株的選育 2.3.3.1 噬菌體的分布

凡有寄主細胞的地方，一般容易找到相應的噬菌體。2.3.3.2 抗噬菌體菌株的選育 細菌的抗性是基因突變的結果 ⑴ 抗噬菌體菌株選育的幾種方法

根據基因突變規律，可采用自然突變和誘發突變等。⑵ 抗噬菌體菌株的特性試驗

抗噬菌體性狀的穩定性試驗；抗性菌株的產量試驗；真正抗性和溶源性的區別試驗。2.3.3.3噬菌體的防治

噬菌體感染會出現畸形菌絲，菌體迅速消失，pH上升，發酵產物停止積累，甚至下降等現象。

對于噬菌體的防治要做到以下幾點： ⑴ 正確判斷；

⑵ 普及有關噬菌體的知識； ⑶ 選育抗噬菌體菌株； ⑷ 消滅噬菌體；

⑸ 收集和保存噬菌體。

小結：內容包括兩個部分：菌種的來源——重要工業微生物的分離；菌種的選育。重點掌握菌種來源——重要工業微生物的分離（施加選擇壓力分離法、隨機分離法）。菌種自然選育和誘變育種的原理、方法及基本步驟。了解抗噬菌株的選育過程及注意事項。第四講

菌種的來源

教學內容：2-2 菌種選育

§2-2-4 雜交育種

§2-2-5 原生質體融合技術

§2-2-6 DNA重組技術 目的要求：1.了解菌種選育的方法：雜交育種、原生質體融合、DNA重組技術等方法的原理

2.了解幾種育種方法的應用

教學重點和難點：

1、雜交育種

2、原生質體融合技術

教學方法：課堂講授為主，自學結合

內容提要及課時分配：

1、雜交育種（50′）

2、原生質體融合技術（30′）

3、DNA重組技術（20′）

作業：微生物菌種選育的方法及特點。

主講教師：

授課班級：生物08班

授課日期： 2010.9.16 導入新課：

生物反應過程原理篇 2.3.4雜交育種

雜交育種是指將兩個基因因不同的菌株經吻合（或接合）是遺傳物質重新組合，從中分離和篩選具有新性狀的菌株。雜交育種的目的在于：（1）通過雜交使不同菌株的遺傳物質進行交換和重新組合，從而改變原有菌株的遺傳物質基礎，獲得重組體;（2）可以通過雜交把不同菌株的優良性能集中于重組體中，克服長期用誘導劑處理造成的菌株的生活能力下降等缺陷；（3）通過雜交，可以擴大變異范圍，改變產品的質量和產量，甚至出現新品種；（4）分析雜交結果，可以總結遺傳物質的轉移和傳遞規律，促進遺傳學理論的發展。

微生物雜交育種所使用的配對菌株稱為直接親本。直接親本菌株應帶有適應的遺傳標記。常用的遺傳標記有顏色、營養要求和抗藥性等。營養標記菌株是最長用的遺傳標記之一。2.3.4.1細菌的雜交

細菌的接觸是導致基因重組的必要條件。

細菌雜交可以通過F因子轉移、轉化和轉導等發生重組，但育種獲得成功的報道不多。受體細胞接受供體細胞內抽提得DNA而進行的基因重組稱轉化。

通過噬菌體載體，DNA從一個細胞轉移到另一個細胞而進行的基因重組稱轉導。

細胞結合融合之后重組，質粒介導的結合作用稱F因子轉移。雄體（供體）部分遺傳物質轉移到雌體受體細胞中。

質粒自我控制轉移的過程稱為接合。

在E.coli中接合性質粒家族稱為F因子（F為致育因子）

例

A-B+lac-SMrT1s + A+B-lac+SMsT1r

A+B+lac+SMT1r 2.3.4.2 放線菌雜交育種 2.3.4.2.1原理

放線菌只有一條環狀染色體。大體有四種遺傳體系：（1）異核現象，異核體：同一條軍銜活細胞中含有不同基因型的細胞核。（2）接合現象

相同細胞質里不同基因型細胞核在雙方增殖過程中發生部分染色體的轉移或遺傳信息的交換。接合現象導致部分合子的形成。

（3）異核系的形成

部分合子形成后，接著就產生雜核的無性繁殖系（經一次單交換形成）即異核染色體組。（4）重組體的形成

異核系不穩定，在菌落生長過程中，二體區的不同位置發生交換后，能產生重組體細孢子，能長出各類型的分離子。2.3.4.2.2放線菌雜交技術

現常用的放線菌雜交方法主要有三種：混合培養法、平板雜交法和玻璃紙轉移法。2.3.4.3霉菌的雜交育種 2.3.4.3.1準性生殖過程

準性生殖：指真菌中部通過有性生殖的基因重組過程。

準性生殖的整個過程包括三個階段：異核體的形成；二倍體的形成；體細胞的重組。（1）異核體的形成 異核體（2）雜合雙倍體的形成

（3）體細胞重組

染色體交換

染色體單倍化 2.3.4.3.2霉菌雜交技術（1）選擇直接親本；（2）異核系的形成；（3）雙倍體的檢出；（4）分離子的檢出； 2.3.5 原生質體融合技術

原生質融合：將兩個親體細胞作用釋放原生質體，在使其在高滲條件下混合在PEG作用下細胞融合，使兩親本基因組發生重組。2.3.5.1原生質融合的優越性：

優點：① 去除細胞壁的障礙；② 增加重組親本的種類的數目；③ 增加重組的頻率 ④ 配合其他方法集中優良性狀； ⑤ 可以通過鈍化親株，提高篩選效率。2.5.2原生質體融合的一般步驟

親株Ⅰ→原生質體Ⅰ

兩者融合（PEG處理）→融合子 親株Ⅱ→原生質體Ⅱ

2.3.5.3原生質體融合技術在微生物育種中的應用

原生質體融合方法：PEG助融、電誘導、脂質體為媒介的融合。2.3.6DNA重組技術

DNA重組技術：按人的意志，將某一生物的遺傳信息在體外經人工與載體相接，構成重組DNA分子，后轉入另一生物體細胞中得以表達和遺傳。2.3.6.2工程菌的穩定性問題

2.3.6.2.1工程菌不穩定性表現

工程菌不穩定實際包括：質粒不穩定以及表達產物不穩定兩個方面。

表現為以下三種形式：質粒丟失；重組質粒發生DNA片斷脫落；表達產物不穩定。2.3.6.2.2解決工程均不穩定性的對策 工程菌穩定與否，與重組質粒本身的分子組成、宿主細胞生理和遺傳性以及環境條件等因素有關。

常采用以下措施降低或防治工程菌的不穩定性:（1）組建合適載體（2）選擇合適宿主（3）施加選擇壓力（4）控制基因過量表達（5）控制培養條件

（6）質粒構建時，插入一段能改良宿主細胞省長速率的特殊DNA 片段。（7）質粒不應有可轉移因子（8）精減質粒DNA（9）固定化重組菌

小結：內容為菌種選育的方法：雜交育種；原生質體融合技術，DNA重組技術。重點掌握雜交育種；原生質體融合技術，DNA重組技術的原理、特點、基本步驟及注意事項。了解雜交育種；原生質體融合技術，DNA重組技術在菌種選育中的應用

第二篇：生物工藝學教案及講稿1.2.3.4 [1500字]

第1講 緒論

教學內容：1.緒論 §1-1 生物技術的定義和性質

§1-2 生物技術的發展及應用概況

§1-3 生物技術的發展趨勢

目的要求：1.掌握生物工藝學的定義，特點，生物技術概念的范疇

教學重點和難點：

1、生物技術的定義，內涵

教學方法：課堂講授為主，自學結合 內容提要及課時分配：

1、生物技術的定義和性質（20′）

作業：

1.由國際經濟與發展組織（iecdo）提出的有關生物技術的定義有何特點？

2.教材中把生物技術的發展分為四個時期，它們各有哪些主要代表性技術和產品？

主講教師： 授課班級： 授課日期： 2010.9.7

導入新課：

介紹生物工藝學的內涵，教材包括得主要內容，重點要學習的章節和內容，強調學習生物工藝學的重要意義。

緒 論

1.1 生物技術的定義

⑴ 1919年匈牙利艾里基提出：“凡是以生物機體為原料，無論其用何種生產方法進行產品生產的生物技術”都屬于生物技術；

⑵ 20世紀70年代末，80年代初提出的定義傾向于：必須采用基因工程等一類具有現代生物技術內涵或以分子生物學為基礎的技術；

⑶ 國際經濟合作與發展組織（iecdo）在1982年提出定義：應用自然科學和工程學的原理，依靠生物作用劑的作用，將物料進行加工以提供產品或用以為社會服務的技術；

在國際經濟合作與發展組織（iecdo）提出生物技術定義的特點： 生物作用劑：指從活的或死的微生物、動物或植物的機體、組織、細胞、體液以致分泌物以及上組分中提取出來的生物催化劑——酶或其他生物活性物質； 提供的產品：可以是工業、農業、醫藥、食品等產品； 被作用的物料：可以是有關的生物機體或其中的有關器官，如細胞、體液以及極少量必須的無機物質； 應用的自然科學：可以是生物學、化學、物理學等以及相關的分支學科，交叉學科； 應用的工程學：可以是化學工程、機械工程、電氣工程、電子工程；

1.2 生物技術的發展及應用概況

生物技術的發展分為四個時期：經驗生物技術時期；近代生物技術的形成和發展時期；近代生物技術的全盛時期，現代生物技術的建立和發展時期；

1.2.1 經驗生物技術時期（人類出現到19世紀中期）

生物技術的發展和利用可以追溯到1000多年（甚至4000多年）以前如酒類的釀造，豆糧輪作的方法等，主要產品有果酒、酸奶、啤酒、大豆釀醬油，多種植物配制劑——麻沸散等。

經驗生物技術時期的技術為其后生物技術相關理論的建立創造了條件。

1.2.2近代生物技術建立時期（19世紀中期至20世紀40年代）

這一時期的誕生是與顯微鏡的誕生和微生物的發展以及微生物學的問世密切相關的。20世紀初，人們發現某些梭菌能夠引起丙酮、丁醇的發酵，隨之引發了一系列初級代謝產物的 生產。這一時期是人類有意識地利用某些微生物進行生產的時期，這一時期的發酵產物的特點：都屬于微生物形成的初級代謝產物，發酵以厭氧發酵居多，發酵產品主要為某些有機溶劑。

這一時期進行大規模生產的發酵產品有乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶等。

1.2.3近代生物技術全盛時期（20世紀40年代至20世紀70年代末）

1929年flemming發現了青霉素，從此生產技術產品中增加一大類新的產品——抗生素。第二次世界大戰促進許多科學家和工程師齊心協力，攻克許多難關，實現了青霉素的工業化生產。20世紀40年代，抗生素工業成為生物發酵工業技術的支柱產業。

這一時期生物技術的發展主要成就有：青霉素的發現及其開發概況、酶反應過程和生物轉化的過程的開發概況等，為基因工程的建立和新的生物技術時期的來臨創造條件。區分初級代謝產物和次級代謝產物

初級代謝產物：指微生物處于對數生長期所形成的產物，主要是與細胞生長有關的產物，如氨基酸、核酸、蛋白質、碳水化合物以及能量代謝有關的副產品，如乙醇、丙酮、丁醇等。

次級代謝產物：次生代謝物的產生與產生這種產物的微生物本身的生長和生命活動并不是密切相關的，它們一般產生于微生物生長的穩定期，他們的結構往往非常復雜。

1.2.4 現代生物技術建立和發展時期（20世紀70年代末開始）

現代生物技術時期是以分子生物學的理論為先導，基因工程的技術開始能作為生物技術新產品的一種開發手段或關鍵技術后算起的。80年代以來，隨著重組dna技術的發展，人們可以按人類社會的需要，定向培養出有用的菌株，這為發酵工程技術引入了遺傳工程的技術，使生物技術進入了一個新的階段。

基因工程的應用首先集中于許多多肽或蛋白質的生化藥物中，如胰島素、干擾素等。這一時期生物技術的發展主要有：單克隆抗體的發展和應用；動、植物細胞培養技術的應用；雜交技術在動植物生產中的應用；轉基因植物和動物的研究和開發，克隆動物的發展及取得的成就等方面。

1.3 生物技術的發展趨勢

1.3.1.深入開展人類后基因組學的研究，逐步掌握人類生、老、病、死的自然規律

有關后基因組學的研究概括講就是：首先要將完成圖的堿基對序列中所有的基因識別出來，其次要鑒別每一個基因的生物化學結構和性質，最后要搞清所有基因與人類生、老、病、死的關系。

后基因組學的研究主要包括：結構基因組學、功能基因組學、蛋白質組學。

1.3.2.逐步深入的開展基因診斷和基因治療研究

基因診斷是通過基因工程的手段對生物體的基因組dna片段及其轉錄產物進行定性和定量分析；

基因治療是以正常基因通過病毒載體原位轉入病人體內以取代原來缺陷或病變的基因，也可以是使原來喪失表達能力或使原來喪失表達能力或使機體產生免疫基因已達到抗腫瘤、抗病毒的目的。

1.3.3 加強各種生物技術新藥物的研究開發

加強對重組激素、重組細胞因子、從足溶血栓物質、治療性抗體的研究開發。

1.3.4.人類干細胞培養或胚胎工程的發展

人類干細胞可分為兩類：全能性干細胞和多能性干細胞；前者能發育成完整的個體，后者只能發育成人體某一臟器或組織，如肝臟、腎臟、心臟或骨胳、皮膚、肌肉等。人類胚胎干細胞來自早期胚胎，這些全能型干細胞后來發育成多能性干細胞。

1.3.5 轉基因動物的發展，克隆動物的發展成就

轉基因動物是通過基因工程手段獲得在基因中整合了外源基因的動物。克隆動物是指通過無性繁殖的手段復制而誕生的動物，其外形和生理性狀均與其供體細胞相同的動物。

1.3.6 加速對人類功能基因的研究開發

由于功能基因對人類的健康以及藥物研究開發的關系密切，因此各國科學家相互爭先把已知的功能基因進行相當深入的研究以獲得發明專利權。

1.3.7 基因農作物為農作物方面的發展前景

轉基因農作的重點發展方向是：抗蟲害的轉基因農作物；尋找新的抗病毒基因并將其轉入一些重要農作物中；抗干旱、抗鹽堿、抗重金屬、抗水澇、抗寒凍等的轉基因農作物；

1.3.8 加強與環境保護學科的合作研究

主要集中在對環境污染的生物治理。

1.3.9 積極開展海洋生物技術的研究

1.3.10 大力發展與生物技術相關的工程技術學科的研究

小結：內容包括三個部分：生物技術的定義和性質；生物技術的發展及應用概況；生物技術的發展趨勢。重點掌握生物技術的定義質；生物技術的發展的四個時期及代表產品和技術，了解生物技術的發展趨勢。

第二講 菌種的來源

教學內容：2-1 菌種的來源

§2-1-1 微生物的特點

§2-1-2 常見的工業微生物及作用

的原理和發展；

§2-1-3 典型微生物新種分離篩選過程 §2-1-4 微生物選擇性分離的原理和發展 目的要求：1.掌握典型微生物新種分離篩選過程，微生物選擇性分離教學重點和難點：

1、典型微生物新種分離篩選過程 教學方法：課堂講授為主，自學結合 內容提要及課時分配：

1、微生物的特點（5′）

作業：

1.微生物選擇性分離的方法及原理？

2010.9.9

2.2.1

2.1.1 主講教師： 授課班級：生物08班 導入新課：課堂提問：初級代謝產物、次級代謝產物。生物反應過程原理篇 菌種選育 菌種的來源： 微生物的特點

授課日期：

微生物的資源非常豐富，廣泛分布于土壤，水和空氣中，尤其土壤中最多。

有的微生物從自然界中分離出來就能被利用，有的需要對分離到的微生菌種進行人工誘變，得到突變株才能被利用。

微生物的特點是：種類多，分布廣；生長迅速，繁殖速度快；代謝能力強；適應性強，容易培養。

2.1.2 常見的工業微生物

⑴ 細菌

工業常用細菌有：枯草芽孢桿菌，醋酸桿菌，棒狀桿菌，端桿菌等；

用途：用于生產淀粉酶，乳酸，氨基酸和肌苷等。

⑵ 酵母菌

工業常用酵母菌有：啤酒酵母，假絲酵母，類酵母等。

用途：釀酒，制造面包，生產脂肪酶以及生產可食用，藥用和飼料用酵母菌蛋白等。⑶ 霉菌

工業常用霉菌有：藻狀菌綱的根霉，毛霉，犁頭霉，子囊霉綱的紅曲霉，半知菌類的曲霉，青霉等。

用途：多種酶制劑，抗生素，有機酸及輜體激素等。

⑷ 放線菌

工業常用放線菌有：鏈霉菌屬，小單孢菌屬和諾長菌屬等。

用途：產生抗生素，微生物中發現的抗生素，有60%來自放線菌。

⑸ 擔子菌

通常所說的菇類微生物。

用途：多糖，橡膠物質和抗癌藥物的開發。

⑹ 藻類

自然界分布極廣的一類自養微生物。

人類保健食品和飼料，（螺旋藻）環境治理，產生能源。

2.1.3 典型的微生物新種分離篩選過程

分離微生物新種的具體過程大體可分為采樣、增殖、純化和性能測定

2.2.4 微生物選擇性分離的原理和發展

在過去的半個世紀里曾篩選出許多產生新的有用的刺激代謝產物的菌種，這些菌種多半是利用經驗式的篩選方法獲得的。大多數的抗生素均由放線菌綱產生。

下面介紹以放線菌為主的分離方法原理的發展。

選擇性分離方法大致分為五個步驟：①含微生物材料的選擇；②材料的預處理；③所需菌種的分離；④菌種的培養；⑤菌種的選擇和純化。以上任何一個階段都可以引入選擇壓力。⑴ 微生物材料的選擇

在選擇菌種來源時，存在以下一些標準：

① 對于天然材料，如土壤的選擇，來源越是廣泛的樣品，含有目的微生物的可能性就越大，越有可能獲得新的菌種；

②可尋找已適應相當苛刻的環境壓力的微生物類群；

③在酸性土壤圈的放線菌類群與緊接下層的中性圈的放線菌類群有很大的不同；

④自然環境的菌群可因為人類活動而改變；

⑤更新的生態環境有待于進一步開發。

⑵ 材料的預處理

為了提高菌種的分離效果，人們設計了各種處理材料的方法，有物理方法、化學方法和生物方法。

為提高菌種的分離效果，設計各種與處理方法。

物理方法：加熱，過路，離心，沉淀池中攪拌。

化學方法：加幾丁質或碳酸鈣提高ph。

誘餌法：花粉，蛇皮，人的頭發，涂石蠟的棒。

⑶ 所需菌種的分離

所需菌種的分離效率取決于分離培養基的養分、ph和加入的選擇性抑制劑。一般憑經驗而不是絕對的選擇。

培養基養分：幾丁質（用來分離土壤或水中的放線菌），淀粉——羅素（和幾丁質相類同），m3群脂(阻滯鏈霉素的生長，容易分離到其他霉菌)。

ph值：

(1)6.7

(2)4.(3)6.素。

——7.5之間（大多數放線菌，嗜中型）——5.0（嗜酸性）——6.8（嗜堿性)選擇抑制劑：抗細菌抗生素，抗真菌抗生素；分離培養基中加入抗生⑷ 菌種的培養 溫度，時間兩方面主要變量為時間。放線菌平板通常在25-30℃； 嗜熱菌通常在45-55℃； 在此三者中可加入時間變量。

嗜冷菌通常在4-10℃；

分離嗜溫菌如鏈霉菌和小單胞菌一般培養7~14天；嗜熱菌如高溫放線菌只需1~2天。有時培養時間短會漏掉一些新的和不尋常的菌種，因此有人在30℃和40℃將培養時間延長1個月，結果分離出一些不尋常的種屬。

⑸ 菌落的選擇

分離步驟中最容易受挫折和最耗時間的階段，菌落的選擇有三種方法：

(1)顯微鏡觀察分離 不易區分同一屬的不同種。

(2)鋪菌法 會使所需菌落污染，并且只能美平板一種試驗菌。

(3)復印平板法 對不長孢子的鏈霉菌則不能使用，也不適用于游動細菌的篩選。采用怎樣的選擇菌落方式取決于篩選的最終目的。

小結：內容包括兩個部分： 工業常用微生物的種類及用途；微生物選擇分離的原理、步驟和發展的方法。

第三講 菌種的來源

教學內容：2-1 菌種的來源

§2-1-4 重要工業微生物的分離

變育

§2-1-1 自然選育 §2-1-2 誘變育種 §2-1-3 抗噬菌體菌株的選育 目的要求：1.掌握工業微生物的分離方法，菌種選育的自然選育和誘種法 教學重點和難點：

1、工業微生物的分離方法

教學方法：課堂講授為主，自學結合 內容提要及課時分配：

1、重要工業微生物的分離（30′）

作業：

1.簡述誘變育種的一般步驟？

主講教師： 授課班級：生物08班 授課日期：2010.9.14 導入新課：提問微生物選擇選性分離的相關內容

2.2.3 重要工業微生物的分離

篩選具有潛在工業應用價值的微生物的第一個階段是分離，分離是指獲得純的或混合的培養物。接著篩選出那些能產生所需產物或具有某種生化反應的菌種。

在篩選所需菌種時宜考慮：（1）菌的營養特性；（2）菌的生長溫度，應選擇溫度高于40℃的菌種；(3)菌對所采用的設備和生產過程的適應性；（4）菌的穩定性；（5）菌的產物的率；（6）容易從培養液中回收產物；

理想的分離步驟是從土壤環境開始的，土壤中富于各種分離的菌。設計的分離步驟應有利于具有工業重要特征的菌的生長。

2.2.3.1 施加選擇壓力的分離方法

⑴ 富集液體培養

只能增加混合菌群中所需菌株數量的一種技術。

方法的原理是：給混合菌群提供一些有利于所需菌種生長或不利于其他菌型生長的條件。供給特殊基質或加入某些抑制劑。

液體培養（分批富集，連續富集）

⑵ 固體培養基的使用

常用于分離某些酶產生菌，其選擇培養基中常含有所需的基質，以便促進酶產生菌的生長。

2.2.3.2 隨機分離方法

有些微生物的產物對產生菌的篩選沒有任何選擇性優勢，可以用采用隨機分離法獲得所需菌種。

隨機分離法發展了一些快速篩選方法和歸納出高產培養基成分的選擇性準則如下： ⑴ 制備一系列培養基，其中有各種類型的養分成為生長限制因素；

⑵ 使用一聚合或復合形式的生長限制養分；

⑶ 避免使用容易同化的碳；

⑷ 確定含有所需的輔因子，⑸ 加入緩沖液以減少ph變化。

例如：抗生素產生菌的篩選；藥理活性化合物的篩選；生長因子產生菌的篩選；多糖產生菌的篩選。

2.3菌種選育

目前菌種選育常采用自然選育和誘變育種等方法，隨著微生物學、生化遺傳學的發展出現了轉化、轉導、接合、原生質體融合、代謝調控和基因工程較為定向的方法。

經典育種：自然選育和誘變育種。菌種選育常采用。

定向育種：轉化，轉導，接合，原生質體融合，代謝調控，基因工程。

2.3.1 自然選育

生產中，不經過人工處理，利用菌種的自然突變而進行菌種篩選的過程叫自然選育。一般認為引起自然突變的原因有兩個：多因素低劑量的誘變效應和互變異構效應。

自然突變有兩種情況： 菌種衰退，對生產無利的突變，對生產有利的突變的。

自然選育優缺點： 優點：是簡單易行；

缺點：效率低、進展慢。

2.3.2 誘變育種

2.3.2.1 誘變育種的基本原理

變育種的理論基礎是基因突變。

突變是指由于染色體和基因本身的變化而產生的遺傳性狀的變異。

誘發突變是指用各種物理、化學因素人工誘發的基因突變。其中誘發突變的變異幅度大大高于自然突變。

誘變因素的種類很多，有物理的、化學的和生物的三大類。

2.3.2.2 誘變育種的一般步驟

誘變育種的整個流程包括：誘變和篩選兩個部分。

誘發所形成的突變與菌種本身的遺傳背景、誘變劑種類及劑量的選擇和合理使用方法均有密切的關系。

2.3.2.3 誘變育種工作中應該注意的幾個問題

⑴ 選擇好出發菌種

⑵ 復合誘變因素的使用

⑶ 劑量的選擇

⑷ 變異菌株的篩選

⑸ 高產菌株的獲得需要篩選條件的配合 2.3.2.4 幾種物理、化學誘變劑的使用方法

紫外線、快中子、氮芥、亞硝酸、航天育種

2.3.3 抗噬菌體菌株的選育

2.3.3.1 噬菌體的分布

凡有寄主細胞的地方，一般容易找到相應的噬菌體。

2.3.3.2 抗噬菌體菌株的選育

性的區別試驗。

2.3.3.積累，甚至下降

細菌的抗性是基因突變的結果 ⑴ 抗噬菌體菌株選育的幾種方法 根據基因突變規律，可采用自然突變和誘發突變等。⑵ 抗噬菌體菌株的特性試驗 抗噬菌體性狀的穩定性試驗；抗性菌株的產量試驗；真正抗性和溶源噬菌體的防治 噬菌體感染會出現畸形菌絲，菌體迅速消失，ph上升，發酵產物停止

等現象。

對于噬菌體的防治要做到以下幾點：

⑴ 正確判斷；

⑵ 普及有關噬菌體的知識；

⑶ 選育抗噬菌體菌株；

⑷ 消滅噬菌體；

⑸ 收集和保存噬菌體。

小結：內容包括兩個部分：菌種的來源——重要工業微生物的分離；菌種的選育。重點掌握菌種來源——重要工業微生物的分離（施加選擇壓力分離法、隨機分離法）。菌種自然選育和誘變育種的原理、方法及基本步驟。了解抗噬菌株的選育過程及注意事項。

第四講 菌種的來源

教學內容：2-2 菌種選育

重

§2-2-4 雜交育種 §2-2-5 原生質體融合技術 §2-2-6 dna重組技術 目的要求：1.了解菌種選育的方法：雜交育種、原生質體融合、dna組技術等方法的原理

教學重點和難點：

1、雜交育種

教學方法：課堂講授為主，自學結合 內容提要及課時分配：

1、雜交育種（50′）

作業：微生物菌種選育的方法及特點。

主講教師： 授課班級：生物08班 授課日期：2010.9.16 導入新課：

生物反應過程原理篇

2.3.4雜交育種

雜交育種是指將兩個基因因不同的菌株經吻合（或接合）是遺傳物質重新組合，從中分離和篩選具有新性狀的菌株。

雜交育種的目的在于：（1）通過雜交使不同菌株的遺傳物質進行交換和重新組合，從而改變原有菌株的遺傳物質基礎，獲得重組體;（2）可以通過雜交把不同菌株的優良性能集中于重組體中，克服長期用誘導劑處理造成的菌株的生活能力下降等缺陷；（3）通過雜交，可以擴大變異范圍，改變產品的質量和產量，甚至出現新品種；（4）分析雜交結果，可以總結

遺傳物質的轉移和傳遞規律，促進遺傳學理論的發展。

微生物雜交育種所使用的配對菌株稱為直接親本。直接親本菌株應帶有適應的遺傳標記。

常用的遺傳標記有顏色、營養要求和抗藥性等。

營養標記菌株是最長用的遺傳標記之一。

2.3.4.1細菌的雜交

細菌的接觸是導致基因重組的必要條件。

細菌雜交可以通過f因子轉移、轉化和轉導等發生重組，但育種獲得成功的報道不多。受體細胞接受供體細胞內抽提得dna而進行的基因重組稱轉化。

通過噬菌體載體，dna從一個細胞轉移到另一個細胞而進行的基因重組稱轉導。

細胞結合融合之后重組，質粒介導的結合作用稱f因子轉移。雄體（供體）部分遺傳物質轉移到雌體受體細胞中。

質粒自我控制轉移的過程稱為接合。

在e.coli中接合性質粒家族稱為f因子（f為致育因子）

例 a-b+lac-smrt1s + a+b-lac+smst1r

+b+lac+smt1r

2.3.4.2 放線菌雜交育種

2.3.4.2.1原理

放線菌只有一條環狀染色體。大體有四種遺傳體系：

（1）異核現象，異核體：同一條軍銜活細胞中含有不同基因型的細胞核。

（2）接合現象

相同細胞質里不同基因型細胞核在雙方增殖過程中發生部分染色體的轉移或遺傳信息的交換。接合現象導致部分合子的形成。

（3）異核系的形成 部分合子形成后，接著就產生雜核的無性繁殖系（經一次單交換形成）即異核染色體組。

（4）重組體的形成 異核系不穩定，在菌落生長過程中，二體區的不同位置發生交換后，能產生重組體細孢子，能長出各類型的分離子。

2.3.4.2.2放線菌雜交技術

現常用的放線菌雜交方法主要有三種：混合培養法、平板雜交法和玻璃紙轉移法。

2.3.4.2.3.4.3.體細胞的重組。

霉菌的雜交育種 準性生殖過程 準性生殖：指真菌中部通過有性生殖的基因重組過程。準性生殖的整個過程包括三個階段：異核體的形成；二倍體的形成；（1）異核體的形成 異核體（2）雜合雙倍體的形成（3）體細胞重組 染色體交換 染色體單倍化

2.3.4.3.2霉菌雜交技術

（1）選擇直接親本；

（2）異核系的形成；

（3）雙倍體的檢出；

（4）分離子的檢出；

2.3.5 原生質體融合技術

原生質融合：將兩個親體細胞作用釋放原生質體，在使其在高滲條件下混合在peg作用下細胞融合，使兩親本基因組發生重組。

2.3.5.1原生質融合的優越性：

優點：① 去除細胞壁的障礙；② 增加重組親本的種類的數目；③ 增加重組的頻率 ④ 配合其他方法集中優良性狀； ⑤ 可以通過鈍化親株，提高篩選效率。

2.5.2原生質體融合的一般步驟

親株ⅰ→原生質體ⅰ

兩者融合（peg處理）→融合子

親株ⅱ→原生質體ⅱ

2.3.5.3原生質體融合技術在微生物育種中的應用

原生質體融合方法：peg助融、電誘導、脂質體為媒介的融合。

2.3.6dna重組技術

dna重組技術：按人的意志，將某一生物的遺傳信息在體外經人工與載體相接，構成重組dna分子，后轉入另一生物體細胞中得以表達和遺傳。

2.3.6.2工程菌的穩定性問題

2.3.6.2.1工程菌不穩定性表現

工程菌不穩定實際包括：質粒不穩定以及表達產物不穩定兩個方面。

蘭州交通大學化學與生物工程學院 生物工藝學教案及講稿

2.3.6.2.2解決工程均不穩定性的對策

工程菌穩定與否，與重組質粒本身的分子組成、宿主細胞生理和遺傳性以及環境條件等因素有關。

常采用以下措施降低或防治工程菌的不穩定性:

（1）組建合適載體

（2）選擇合適宿主

（3）施加選擇壓力

（4）控制基因過量表達

（5）控制培養條件

（6）質粒構建時，插入一段能改良宿主細胞省長速率的特殊dna 片段。

（7）質粒不應有可轉移因子

（8）精減質粒dna

（9）固定化重組菌

小結：內容為菌種選育的方法：雜交育種；原生質體融合技術，dna重組技術。重點掌握雜交育種；原生質體融合技術，dna重組技術的原理、特點、基本步驟及注意事項。了解雜交育種；原生質體融合技術，dna重組技術在菌種選育中的應用

任課教師：

第 16 頁 2010-2011學年第一學期

第三篇：生物工藝學實習報告

一． 實習時間：2010年11月21日二．實習地點：河南省濮陽市泓天威藥業有限公司三．實習目的：通過參觀實習及老師和車間主任的講解，結合所學理論知識，了

四．實習背景：濮陽市泓天威藥業有限公司是以生物發酵制品為主，集科研、生

銷售于一體的高技術企業。公司創建于1997年，五．實習內容：觀實習，在老師的指導和車間主任的講解下，通過實地考察、認真學習、觀看生產流程等方式，理論聯系實際，實踐輔助教學。鞏固和運用已學的知識，在實踐中加深對理論知識的理解，培養獨立思考和創造性思維，為以后的實習和工作打下基礎。年11月21日這一天，我們懷著期待的心情，經過了將近三個小時的車程，來到了泓天威藥業有限公司的辦公大樓前。車間主任在我們一到來時就給我們講了重中之重的安全問題，首先是工廠內部嚴禁吸煙，以防免發生爆炸等嚴重事故；其次是要聽老師和主任的話，不要亂摸亂碰生產設備，因為有些設備處于高溫狀態，很容易燙傷人。? 講完了安全問題后，主任帶著我們走進了第一個車間—發酵車間。在這個車間里，我們首先看到了培養基配置罐，這是我們看到的第一個工廠生產設備，我深深地感嘆，果然是作為工廠大型生產用的設備，體積真的很大。然后我們上了三樓，看到了二級種子罐，主任給我們講解了工廠中抗生素的發酵流程，即保藏菌種→三角瓶→搖床培養→種子罐→二級種子罐→發酵罐。? 接著我們到了提取車間，主任告訴我們提取的兩種方法，就是溶媒萃取法和樹脂離子交換法。溶媒萃取法的過程是放入提取劑，經過預處理和板框壓濾機，把液體輸送到環保站進行處理，固體為有用部分，該品種效價主要集中在胞內，把菌絲體取出來以后加入溶媒，經過一段時間浸泡，把所需大分子活性成分（溶于有機溶劑，不溶于水）進行除渣，分離出純正有機相，對其進行濃縮，之后進行結晶（先成鹽，再結晶），成鹽過程中加入上鹽根（馬杜霉素銨加上NH4，硫酸安普霉素加上SO4），未結合鹽根的初始狀態為游離狀態，結晶后用分子離心機進行分離，離心后進行烘干，烘干后成細小粉末，然后進行粉碎，最后加入輔料進行包裝成為抗生素。樹脂離子交換法是發酵液進入提取車間，經預處理后，把陽樹脂涂在預處理罐中，在攪拌過程中讓樹脂在發酵液中懸浮，期間，有效成分會吸附到樹脂上，因為樹脂密度比水大，所以在吸附完畢停止攪拌后，經過靜止，樹脂會自然沉降到最底層，上面沒有用的液體即殘液，需送至環保站進行處理；然后把剩余的樹脂收集起來，經過洗滌、漂洗，再用解析劑（含有Na或NH4）把有效成分置換出來，收集的有效成分裝入到離子交換柱中，該過程即為裝柱。解析下來的有效成分經過陰柱去除色素和其他雜質。此時從陰柱出來的液體已經比較干凈，經濃縮和成鹽，然后將成鹽液進行噴霧干燥，在噴霧干燥塔中將水分瞬間蒸發掉蒸發完后固體物質沉降下來，將該固體物質收集起來即為成品。其中，離子交換柱分為陽柱和陰柱，陽柱內裝陽樹脂，陰柱內裝陰樹脂，已經吸附產品（有效成分）的為陽柱，陰柱主要裝711樹脂，功能為吸附色素和雜質，但不吸附有效成分。看了提取車間后我們上了三樓的預處理車間，在這里我們看到了預處理罐和板框壓濾機。? 接著我們去了空壓機房，在這里我們了解了實際中的空氣滅菌流程，即空氣→高空取氣管→粗過濾器→空氣壓縮機→貯氣罐→冷卻器→過濾器→無菌空氣。? 最后我們到了至關重要的一環，就是環保站。環保站之所以重要，就是由于發酵廢液中含有太多對環境有害處的物質，如果直接排入河道中就會污染環境，所以為了造福子孫后代，我們必須要把環保這一環做好。環保站包括：高濃度調節池、低濃度調節池、厭氧塔、氣浮池、初沉池、反應罐、水解酸化池、綜合調低濃度的殘液流入到低濃度調節池，高濃度殘液經高濃度調節池調節完后進行過濾，剩下的液體和低濃度殘液一起經過水解酸化池、污泥沉淀池后進入厭氧塔。液體在厭氧塔中進行厭氧消化，經過厭氧消化后降解大量BOD（即五日生化需氧++2-+

量），同時厭氧菌產生沼氣（可回收利用，為厭氧菌提供其在發酵時所需的熱能）最后沉淀下來的固體物質經過濾后變為固體廢渣，將其進行焚燒。液體經一系列處理后變得較為澄清后排入河道。六．實習總結：實習結束了，感觸頗多，作為一名生物工程專業的學生，實習中我感受到了動手能力的重要性，在學校都是學的理論，例如什么，學習各車間物料流程，把理論與實踐相結合。同這次實習讓我學到了很多東西，對我而言有著十分重要的意義。而且在。通過這次實習，我發現我自己存在不少問題，自己的缺點、不在此我真心的感謝老師和校方為我們提供這次珍貴的實習機會。本實習

物理

第四篇：生物工藝學知識點總結

生物工藝學期末復習資料

生物工藝學知識點總結

第一章

緒論

1、生物工藝學（biotechnology）：

又稱為生物技術，它是應用自然科學及工程學原理，依靠生物作用劑(biological

agents)的作用將物料進行加工以提供產品或社會服務的技術。

特點：多學科和多技術的結合；生物作用劑（生物催化劑）的參與；應用大量高、精、尖設備；建立工業生產過程或進行社會服務。

生物工藝學包含的四大塊內容：原料預處理和培養基的制備、菌種的選育及代謝調節、生物反應過程的工藝控制、下游加工。

2、生物催化劑是游離的或固定化的細胞或酶的總稱。

生物催化劑特點：

優點：①常溫、常壓下反應

②反應速率大

③催化作用專一

④價格低廉

缺點：穩定性差

控制條件嚴格

易變異（細胞）

生物反應過程實質是利用生物催化劑以從事生物技術產品的生產過程(process

engineering)。

3、生物技術研究的主要內容：

基因工程(DNA重組技術，gene

engineering)、細胞工程(cell

engineering)、酶工程(enzyme

engineering)、發酵工程(fermentation

engineering)、蛋白質工程(protein

engineering)、第二章

菌種的來源

1、工業生產常用的微生物

細菌、酵母菌、霉菌、放線菌、擔子菌、藻類。

2.工業生產對微生物菌種的要求

培養基成分簡單、廉價、來源廣。

生長迅速、發酵周期較短，抗雜菌和噬菌體能力強。

目的產物產量高，產物類似物的產量低，且目的產物最好能分泌到胞外，利于產物分離。

對溫度、pH、離子強度、剪切力等環境因素不敏感。

對溶氧的要求低，便于培養及降低能耗。

菌種遺傳性能穩定，不易變異和退化，不產生任何有害的生物活性物質和毒素。

3、分離微生物新種的過程大體可分為采樣、增殖、純化和性能測定。

含微生物材料的預處理方法：物理方法（加熱）；化學方法（pH）；誘餌法。

誘餌技術：將固體基質加到待檢的土壤或水中，待其菌落長成后再鋪平板。

分離的效率影響因素

：

1）培養基的養分；

2）pH；

3）加入的選擇性抑制劑。

4、高產培養基成分的選擇準則：

制備一系列的培養基，其中有各種類型的養分成為生長限制因素（C、N、P、O）；

使用一聚合或復合形式的生長限制養分；

避免使用容易同化的碳（葡萄糖）或氮（NH4+），它們可能引起分解代謝物阻遏；

確定含有所需的輔因子(Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+)

加入緩沖溶液以減小pH變化。

5、代謝控制發酵（Metabolic

Control

fermentation）：用人工誘變的方法，有意識地改變微生物的代謝途徑，最大限度地積累產物，這種發酵形象地稱為代謝控制發酵，最早在氨基酸發酵中得到成功應用。

6、菌種的衰退表觀現象有哪些？

目的產物的產量下降

營養物質代謝和生長繁殖能力下降

發酵周期延長

抗不良環境的性能減弱

7、菌種的衰退的原因

菌種保藏不當

提供不了當的條件或不利的條件

經誘變得到的新菌株發生回復突變

8、菌種的復壯方法：

純種分離

通過寄主體進行復壯

淘汰已衰退的個體

9、菌種的保藏的原理

根據菌種的生理生化特點，人工創造條件，使孢子或菌體的生長代謝活動盡量降低，以減少其變異。一般可通過保持培養基營養成分在最低水平，缺氧狀態，干燥和低溫，使菌種處于“休眠”狀態，抑制其繁殖能力。

10、菌種的保藏方法：

A

斜面冰箱保藏法

B

沙土管保藏法

C

石蠟油封存法

D

真空冷凍干燥保藏法

E

液氮超低溫保藏法

11與生物工程相關性較大的國內主要菌種保藏機構包括：

工業微生物菌種保臧管理中心、農業微生物菌種保藏管理中心、普通微生物菌種保臧管理中心、抗生素菌種保藏管理中心

從自然環境中分離微生物菌種的的工藝過程

12.生物工程專業相關的主要數據庫有哪些？

維普中文科技期刊數據庫、中國期刊全文數據庫、萬方系列數據庫、science

online、springer

link等。

第三章

菌種選育

1、常用菌種選育方法

（1）自然選育:是指在生產過程中，不經過人工處理，利用菌種的自發突變(spontaneous

mutation)而進行菌種篩選的過程。

特點：自發突變的頻率較低，變異程度不大。所以該法培育新菌種的過程十分緩慢。

應用：自然選育在工業生產中可以達到純化菌種，防止菌種衰退，穩定生產，提高產量的目的。

（2）誘變育種:是利用物理或化學誘變劑處理均勻分散的微生物細胞群，促進其突變率大幅度提高，然后采用簡便、快速和高效的篩選方法，從中挑選少數符合育種目的的突變株，以供生產實踐或科學研究使用。誘變育種的理論基礎是基因突變。

誘變育種的典型流程

常用誘變劑：物理誘變劑、化學誘變劑（堿基類似物、與堿基反應的物質、在DNA分子中插入或缺失一個或幾個堿基物質）、生物誘變劑

（3）分子育種（DNA重組、基因工程）：用人為的方法將所需的某一供體生物的遺傳物質DNA分子提取出來，在離體條件下切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后導入某一受體細胞中，讓外來的遺傳物質在其中進行正常的復制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術。

（4）雜交育種(Hybridization)：

常規雜交育種(Hybridization)：一般是指人為利用真核微生物的有性生殖或準性生殖或原核微生物的接合、F因子轉移、轉導和轉化等過程，促使兩個具有不同遺傳性狀的菌株發生基因重組，以獲得性能優良的生產菌株。

原生質體融合技術：通過人工方法，使遺傳性狀不同的兩個細胞的原生質體發生融合，并產生重組子的過程，亦稱為“細胞融合”(cell

fusion)。

原生質體融合的基本過程：原生質體形成、原生質體融合、原生質體的再生。

3.抗噬菌體菌株的檢出方法：

平板點滴法、單層瓊脂法、雙層瓊脂法。

4、工程菌的不穩定性表現

質粒的不穩定（質粒的丟失、重組質粒的DNA片段脫落）、表達產物的不穩定

第三章

微生物的代謝調節

1、微生物代謝調節方式

概念：微生物在生長過程中機體內的復雜代謝過程是相互協調和高度有序的，并對外界環境的改變能夠迅速做出反應,其原則是經濟合理地利用和合成所需的各種物質和能量,使細胞處于平衡生長狀態。微生物代謝分為初級代謝和次級代謝。

代謝流向的調控分為代謝物的合成和代謝物的降解；通過快速啟動蛋白質的合成和有關的代謝途徑，平衡各代謝物流和反應速率來適應外界環境的變化。

代謝速度的調控分為酶量（粗調）（酶合成的誘導和酶合成的阻遏）和酶活（細調）（酶活性的激活、酶活性的抑制）

反饋阻遏是轉錄水平的調節，產生效應慢；影響催化一系列反應的多個酶

反饋抑制是酶活性水平調節，產生效應快。只對是一系列反應中的第一個酶起作用

2、微生物初級代謝調節包括酶活調節、酶合成調節、遺傳控制

（1）酶活性的調節（細調）：一定數量的酶，通過其分子構象或分子結構的改變來調節其催化反應的速率。酶活調節的影響因素包括：底物和產物的性質和濃度、壓力、pH、離子強度、輔助因子以及其他酶的存在等等。特點是反應快速。

酶活性的調節包括：酶活性的激活和酶活性的抑制（反饋抑制）

（2）酶合成的調節：通過調節酶合成的量來控制微生物代謝速度的調節機制。這類調節在基因轉錄水平上進行，對代謝活動的調節是間接的、緩慢的（3）酶合成的阻遏：在某代謝途徑中，當末端產物過量時，微生物的調節體系就會阻止代謝途徑中包括關鍵酶在內的一系列酶的合成，從而徹底地控制代謝，減少末端產物生成，這種現象稱為酶合成的阻遏。

末端代謝產物阻遏:由于某代謝途徑末端產物的過量積累而引起酶合成的(反饋)阻遏。

分解代謝物阻遏：當細胞內同時存在兩種可利用底物（碳源或氮源）時，利用快的底物會阻遏與利用慢的底物有關的酶合成。

這種阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的結果，而是由這種底物分解過程中產生的中間代謝物引起的，所以稱為分解代謝物阻遏（過去被稱為葡萄糖效應）。

3、改變細胞膜通透性的方法

A限制培養基中生物素濃度在1～5mg/L，控制細胞膜中脂質的合成；

B

加入青霉素，抑制細胞壁肽聚糖合成中肽鏈的交聯；

C

加入表面活性劑如吐溫80或陽離子表面活性劑(如聚氧化乙酰硬脂酰胺)，將脂類從細胞壁中溶解出來，使細胞壁疏松，通透性增加；

D

控制Mn2+、Zn2+的濃度，干擾細胞膜或細胞壁的形成；

E

可以通過誘變育種的方法，篩選細胞透性突變株。

5、人工控制微生物代謝的兩種手段：

（1）生物合成途徑的遺傳控制

（2）發酵條件的控制

6.生物素對谷氨酸合成的影響

（1）生物素是丙酮酸羧化酶的輔酶，生物素在低于亞適濃度之前，增加生物素有利于丙酮酸的羧化產生草酰乙酸，進而有利于谷氨酸的合成；

（2）生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰輔酶A羧化酶的輔酶，該酶催化乙酰輔酶A羧化生成丙二酸單酰輔酶A，再經一系列轉化合成脂肪酸，而脂肪酸又是構成細胞膜磷脂的主要成分，因此生物素可間接地影響細胞膜的透性。

第四章

微生物次級代謝與調節

1、次級代謝產物：某些微生物在生命循環的某一個階段產生的物質，它們一般是在菌生長終止后合成的。其生物合成至少有一部分是與核內和核外的遺傳物質有關，同時也與這類遺傳信息產生的酶所控制的代謝途徑有關。微生物產生的次級代謝物有抗生素、毒素、色素和生物堿等。

2、初級與次級代謝途徑相互連接

次級代謝物通常是由初級代謝中間體經修飾后形成的修飾初級代謝中間體的三種生化過程

生物氧化與還原、生物甲基化、生物鹵化

3、前體：指加入到發酵培養基中的某些化合物，它能被微生物直接結合到產物分子中去，而自身的結構無多大變化有些還具有促進產物合成的作用。

中間體是指養分或基質進入一途徑后被轉化為一種或多種不同的物質，他們均被進一步代謝，最終獲得該途徑的終產物。

4、次級代謝物生物合成的原理

①一旦前體被合成，在適當條件下它們便流向次級代謝物生物合成的專用途徑。

②在某些情況下單體結構單位被聚合，形成聚合物。這些特有的生物合成中間體產物需做后幾步的結構修飾，修飾的程度取決于產生菌的生理條件。有些復雜抗生素是由幾個來自不同生物合成途徑組成的。

第五章

發酵培養基

1、培養基通常指人工配制的供微生物生長、繁殖、代謝和合成所需產物的營養物質和原料，同時，培養基也為微生物等提供除營養外的其它生長所必需的環境條件

培養基提供微生物生長繁殖和產物合成所需的碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水和氧氣等

2、工業發酵培養基的要求

：

①培養基能夠滿足產物最經濟地合成②發酵后所形成的副產物盡可能的少

③培養基的原料應因地制宜，價格低廉；且性能穩定，資源豐富，便于采購運輸，適合大規模儲藏，能保證生產上的供應。

④所用培養基應能滿足總體工藝的要求，如不應影響通氣、提取、純化及廢物處理等。

3、工業上常用的碳源：葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖

工業上常用的氮源：無機氮源：氨水，銨鹽，硝酸鹽等。有機氮源：玉米漿、豆餅粉、花生餅粉、棉籽粉、魚粉、酵母浸出液等。生理酸性物質，如硫酸銨。生理堿性物質，如硝酸鈉。

提供生長因子的農副產品原料：

1)

玉米漿

2)

麩皮水解液

3)

糖蜜

4)

酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。

產物促進劑是指那些非細胞生長所必需的營養物，又非前體，但加入后卻能提高產量的添加劑。

4、發酵培養基的設計和優化方法

正交試驗設計、均勻設計、響應面分析

正交試驗設計：利用正交表來安排與分析多因素試驗的一種設計方法。它是由試驗因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進行試驗，通過對這部分試驗結果的分析,了解全面試驗的情況，找出最優的水平組合。

正交實驗數據分析，見教材P112-114例題，表4-16，同時確定因素的主次順序、各因素的優水平、各因素水平的最優組合。小數點后保留一位。

響應面分析方法：適宜于解決非線性數據處理的相關問題，它囊括了試驗設計、建模、檢驗模型的合適性、尋求最佳組合條件等眾多試驗和統計技術；通過對過程的回歸擬合和響應曲面、等高線的繪制、可方便地求出相應于各因素水平的響應值。在各因素水平的響應值的基礎上，可以找出預測的響應最優值以及相應的實驗條件。

完整響應面分析方法實驗設計通常包括：（1）Plackett—Burman實驗設計，（2）最陡爬坡實驗，（3）中心組合實驗設計三個過程。

第六章

發酵培養基滅菌和空氣凈化

在發酵工業生產中，為了保證純種培養，在生產菌種接種培養前，要對培養基、空氣系統、消泡劑、流加物料、設備、管道等進行滅菌，還要對生產環境進行消毒，防止雜菌和噬菌體的大量繁殖。

常用的滅菌方法有：干熱滅菌法、火焰滅菌法、電磁波射線滅菌法、濕熱滅菌法（主要是高壓蒸汽滅菌）、化學藥劑滅菌法、過濾除菌法等

1.微生物熱阻：微生物在某一特定條件下（主要是溫度和加熱方式）下的致死時間。

2.對數殘留定律中各符號的意義。

3.理論滅菌時間的計算

3.1間歇實罐滅菌時間的計算

3.2連續滅菌的滅菌時間計算：

4.滅菌溫度的選擇：隨著溫度升高，滅菌速率常數增加的倍數大于培養基中營養成分的分解速率常數的增加倍數。即當滅菌溫度升高時，微生物殺滅速度提高，培養基營養成分破壞的速度減慢。

高溫瞬時滅菌法可以減少培養基營養成分的破壞的原理：

隨著溫度升高，滅菌速率常數增加的倍數大于培養基中營養成分的分解速率常數的增加倍數。即當滅菌溫度升高時，微生物殺滅速度增加較快，而培養基營養成分破壞的速度增加較慢。因此，采用較高的溫度，較短的滅菌時間，可以減少培養基營養成分的破壞。

5.影響培養基滅菌的因素

：所污染雜菌的種類、數量、滅菌溫度和時間，培養基成分、pH值、培養基中顆粒、泡沫等對培養基滅菌也有影響。

6.無菌空氣：指通過除菌處理使空氣中含菌量降低至一個極低的百分數，從而能控制發酵污染至極小機會。此種空氣稱為“無菌空氣”。

7.介質過濾除菌是使空氣通過經高溫滅菌的介質過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質層中，而達到除菌的目的。是大多數發酵廠廣泛采用的方法。按除菌機制可分為：

絕對（表面）過濾和深層介質過濾。

介質過濾除菌的機理：空氣流通過這種介質過濾層時，借助慣性碰撞、攔截滯流、靜電吸附、擴散等作用，將其塵埃和微生物截留在介質層內，達到過濾除菌目的。

第七章

種子的擴大培養

1、種子擴大培養：指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態的生產菌種接入試管斜面活化后，再經過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養而獲得一定數量和質量的純種過程。

這些純種培養物稱為種子

2、種子擴大培養的目的與要求

（1）種子擴培的目的①接種量的需要

②

菌種的馴化

③縮短發酵時間、保證生產水平

（2）種子的要求

①菌種細胞的生長活力強，移種至發酵罐后能迅速生長，延遲期短

②

生理性狀穩定③菌體總量及濃度能滿足大容量發酵罐的要求④無雜菌污染⑤保持穩定的生產能力。

3、種子罐級數：是指制備種子需逐級擴大培養的次數，取決于菌種生長特性、孢子發芽及菌體繁殖速度、所采用發酵罐的容積。

種子罐級數受發酵規模、菌體生長特性、接種量的影響。級數大，難控制、易染菌、易變異，管理困難，一般2～4級。

4、種子制備分兩個階段：實驗室種子制備階段

生產車間種子制備階段

好氧微生物菌種擴培常用設備：超凈工作臺、震蕩培養箱、種子罐等。

5、種齡：是指種子罐中培養的菌絲體開始移入下一級種子罐或發酵罐時的培養時間。

接種量：是指移入的種子液體積和接種后培養液體積的比例。

通常接種量：細菌1-5%，酵母菌5-10%，霉菌7-15%，有時20-25%

青霉素生產的種子制備過程：

安瓿管→斜面孢子→大米孢子→一級種子→二級種子→發酵

第八章

發酵工藝控制

1、微生物發酵的生產水平取決于生產菌種本身的性能和合適的環境條件。

2、發酵過程的代謝變化

從產物形成來說，代謝變化就是反映發酵中的菌體生長、發酵參數的變化（培養基和培養條件）和產物形成速率這三者之間的關系。在分批培養過程中根據產物生成是否與菌體生長同步的關系，將微生物產物形成動力學分為①

生長關聯型

和②

非生長關聯型。

3、發酵方式

（1）補料－分批發酵：指分批培養過程中，間歇或連續地補加新鮮培養基的培養方法。

優點在于使發酵系統中維持很低的基質濃度。

低基質濃度的優點：①

可以除去快速利用碳源的阻遏效應，并維持適當的菌體濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；②

克服養分的不足，避免發酵過早結束。

（2）半連續發酵：是指在補料－分批發酵的基礎上，間歇地放掉部分發酵液的培養方法。

優點：①

可以除去快速利用碳源的阻遏效應，并維持適當的菌體濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；②

克服養分的不足，避免發酵過早結束；③緩解有害代謝產物的積累。

（3）連續發酵：指培養基料液連續輸入發酵罐，并同時放出含有產品的發酵液的培養方法。在這樣的環境中培養，菌的生長就受到所提供基質的限制，培養液中的菌體濃度能保持一定的穩定狀態。

與傳統的分批發酵相比，連續培養有以下優點：

①

維持低基質濃度：可以除去快速利用碳源的阻遏效應，并維持適當的菌體濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；

②

避免培養基積累有毒代謝物；

③

可以提高設備利用率和單位時間的產量，節省發酵罐的非生產時間；

④

便于自動控制。

4、發酵控制參數

按性質分類：物理參數、化學參數、生物參數

按檢測手段分類：①直接參數：⑴在線檢測參數

⑵

離線檢測參數

②間接參數

5、發酵熱

發酵熱就是發酵過程中釋放出來的凈熱量。

Q發酵=Q生物+

Q攪拌-

Q蒸發-

Q顯-

Q輻射

生物熱(biological

heat)是菌體生長過程中直接釋放到體外的熱能，使發酵液溫度升高。

攪拌熱(agitation

heat)是攪拌器引起的液體之間和液體與設備之間的摩擦所產生的熱量。

6.pH值對發酵的影響

（1）影響酶的活性，當pH值抑制菌體中某些酶的活性時，會阻礙菌體的新陳代謝；

（2）影響微生物細胞膜所帶電荷的狀態，改變細胞膜的通透性，影響微生物對營養物的吸收和代謝產物的排泄；影響培養基中某些組分的解離，進而微生物對這些成分的吸收；

（3）pH值不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產物的質量和比例發生改變。

7、引起發酵液pH值異常波動的因素

pH值的變化決定于所用的菌種、培養基的成分和培養條件

pH下降：

①

培養基中碳、氮比例不當。碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補糖過多加上溶氧不足，致使有機酸大量積累而pH下降；

②

消泡劑加得過多；

③

生理酸性物質的存在，銨被利用，pH下降。

pH上升：

①

培養基中碳、氮比例不當。氮源過多，氨基氮釋放，使pH上升；

②

生理堿性物質存在；

③

中間補料氨水或尿素等堿性物質加入過多。

8、臨界氧濃度(critical

value

of

dissolved

oxygen

concentration)

：指不影響菌的呼吸所允許的最低氧濃度。如對產物形成而言便稱為產物合成的臨界氧濃度。

呼吸強度又稱氧比消耗速率，是指單位質量的干菌體在單位時間內所吸取的氧量，以

Q

O2表示，單位為mmolO2／(g干菌體·h)。

耗氧速率又稱攝氧率，是指單位體積培養液在單位時間內的吸氧量，以r表示，單位為mmol

O2／(L·h)。

9、引起溶氧異常下降，可能有下列幾種原因：

①

污染好氣性雜菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在較短時間內下降到零附近，如果雜菌本身耗氧能力不強，溶氧變化就可能不明顯；

②

菌體代謝發生異常現象，需氧要求增加，使溶氧下降；

③

某些設備或工藝控制發生故障或變化，也可能引起溶氧下降，如攪拌功率消耗變小或攪拌速度變慢，影響供氧能力，使溶氧降低。

10、泡沫的形成及其對發酵的影響

在大多數微生物發酵過程中，通氣、攪拌以及代謝氣體的逸出，再加上培養基中糖、蛋白質、代謝物等表面活性劑的存在，培養液中就形成了泡沫。

形成的泡沫有兩種類型：

一種是發酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界限，如發酵前期的泡沫；

另一種是發酵液中的泡沫，又稱流態泡沫(fluid

foam)，分散在發酵液中，比較穩定，與液體之間無明顯的界限

大量的泡沫引起的負作用：

發酵罐的裝料系數減少、氧傳遞系統減小；

增加了菌群的非均一性；

造成大量逃液，增加染菌機會；

嚴重時通氣攪拌無法進行，菌體呼吸受到阻礙，導致代謝異常或菌體自溶；

消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。

泡沫的消除

調整培養基中的成分（如少加或緩加易起泡的原料）或改變某些物理化學參數（如pH值、溫度、通氣和攪拌）或者改變發酵工藝（如采用分次投料）來控制，以減少泡沫形成的機會。

采用菌種選育的方法，篩選不產生流態泡沫的菌種，來消除起泡的內在因素。

采用機械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。

常用的消泡劑有4大類：

天然油脂類、脂肪酸和酯類、聚醚類、硅酮類

11、造成染菌的主要原因

設備滲漏

空氣帶菌

種子帶菌

滅菌不徹底

技術管理不善

第九章

生物反應動力學

1.微生物反應動力學

研究各種環境因素與微生物代謝活動之間相互作用隨時間而變化的規律。

具體研究內容：微生物生長過程中質量的平衡；發酵過程中菌體的生長速率、基質消耗速率和產物生成速率的相互關系

；環境因素對這三種速率的影響。

2.分批發酵工藝中縮短和消除延遲期的方法有：

增加接種量、采用最適種齡、選用繁殖速度快的菌種以及盡量保持接種前后所處的培養基介質和條件一致。

3.Monod方程的參數求解：

μmS

KS+S

μ=

S:限制性基質濃度mol/m3；KS:飽和常數mol/m3

例：在一定條件下培養大腸桿菌，得如下數據：

S(mg/l)

153

221

μ(h-1)

0.06

0.24

0.43

0.66

0.70

利用MONOD方程作圖如下，求在該培養條件下，求大腸桿菌的μmax，KS和td?

解：據圖可知，：

1/μmax=0.95；KS/μmax=90；根據

可以求得：

μmax＝1.1

(h-1);

KS＝99mg/L，td＝ln2/μmax＝0.63h

4.連續培養動力學

稀釋率：單位時間內加入的培養基體積占發酵罐內培養基體積的分率

5.細胞的物料平衡

單級連續培養的細胞物料平衡方程如下：

根據單級連續培養的細胞物料平衡方程，按照比生長速率μ和稀釋率D的大小關系，討論培養罐內細胞濃度和營養物質濃度的變化情況。

答：

μ

D:

則

dX/dt

>0，培養罐內細胞濃度不斷增加，營養物質濃度隨之減少

μ

D：則dX/dt

<0，罐內細胞濃度不斷減少，最后導致X趨近0.μ

=

D：則dX/dt

=0，細胞濃度不隨時間而變化，即培養達到穩定狀態。

6.限制性基質的物料平衡

臨界稀釋率（DC）:

發生洗出時的稀釋率。

操作的稀釋率不是可以隨意改變的，而有一個限度。超過此稀釋率時連續培養就無法進行，臨界稀釋率取決于加料中的限制性基質濃度，即細胞在此培養基中能達到的最大比生長速率。DC=

μmS

/(KS+S)

第十章　下游加工過程概論

1、下游技術（工程）

（downstream

processing）：對于由生物界自然產生的或由微生物菌體發酵的、動植物細胞組織培養的、酶反應等各種生物工業生產過程獲得的生物原料，經提取分離、加工并精制目的成分，最終使其成為產品的技術。

2.發酵液的特點

1）含水多，產物含量低；

2）含菌體蛋白；

3）溶有原來培養基成分；

4）相當多的副產物和色素；

5）易被雜菌污染或使產物進一步分解；

6）易起泡，粘性物質多。

3、整個下游加工過程應遵循下列四個原則

1)

時間短；2)

溫度低,（選擇在生物物質的溫度范圍內）；3)

pH適中;4)

嚴格清洗消毒（包括廠房、設備及管路，注意死角）。

4、一般下游加工過程可分為4個階段

1)培養液（發酵液）的預處理和固液分離；2)初步純化（提取）；3)高度純化（精制）；4)成品加工。

5、下游加工過程的一般流程

第十二章

發酵液的預處理和固液分離方法

1、改善發酵液過濾特性的物理化學方法：

調酸（等電點）、熱處理、電解質處理、添加凝聚劑、添加表面活性物質、添加反應劑、冷凍-解凍及添加助濾劑等。

2、凝聚——指在電解質作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩定的現象；常用的凝聚劑電解質有：硫酸鋁

Al2(SO4)3?18H2O（明礬）；氯化鋁

AlCl3?6H2O;三氯化鐵

FeCl3;硫酸亞鐵

FeSO4·7H2O

；石灰；ZnSO4；MgCO3

絮凝——指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團的過程。工業上使用的絮凝劑可分為三類：

1）有機高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚苯乙烯類衍生物；

2）無機高分子聚合物，如聚合鋁鹽、聚合鐵鹽等；

3）天然有機高分子絮凝劑，如聚糖類膠粘物、海藻酸鈉、明膠、骨膠、殼多糖、脫乙酰殼多糖等。

目前最常見的高分子聚合物絮凝劑有機合成的聚丙烯酰胺（polyacrylamide）類衍生物

3、雜蛋白的去除方法有沉淀法、變性法、吸附法

4、固液分離的方法：重力沉降、浮選、旋液分離、介質過濾、離心。

5、根據過濾機理，過濾操作可分為澄清過濾和濾餅過濾。

第十三章

細胞破碎

1、細胞破碎的阻力：

細菌破碎的主要阻力:肽聚糖的網狀結構，網狀結構越致密，破碎的難度越大，革蘭氏陰性細菌網狀結構不及革蘭氏陽性細菌的堅固；

酵母細胞壁破碎的阻力:主要決定于壁結構交聯的緊密程度和它的厚度；

霉菌細胞壁中含有幾丁質或纖維素的纖維狀結構，其強度比細菌和酵母菌的細胞壁有所提高。

2、常用破碎方法

機械法：珠磨法（固體剪切作用）、高壓勻漿法（液體剪切作用）、超聲破碎法（液體剪切作用）、X-press法（固體剪切作用）。

非機械法：酶溶法（酶分解作用）、化學滲透法（改變細胞膜的滲透性）、滲透壓法（滲透壓劇烈改變）、凍結融化法（反復凍結-融化）、干燥法（改變細胞膜滲透性）

3、破碎率的測定方法

1）直接測定法

2）目的產物測定法

3）導電率測定法

第十四章

沉

淀

法（Precipitation）

1、固相析出技術：通過加入某種試劑或改變溶液條件，使生化產物溶解度降低，以固體形式（沉淀和晶體）從溶液中沉降析出的分離純化技術。

結晶法：在固相析出過程中，析出物為晶體稱為結晶法。

沉淀法：在固相析出過程中，析出物為無定形固體稱為沉淀法。常用的沉淀法：鹽析法、有機溶劑沉淀法和等電點沉淀法等。

2、鹽析(Salt

induced

precipitation)：在高濃度的中性鹽存在下，蛋白質（酶）等生物大分子物質在水溶液中的溶解度降低，產生沉淀的過程。原因如下：

1）無機離子與蛋白質表面電荷中和，形成離子對，部分中和了蛋白質的電性，使蛋白質分子之間的排斥力減弱，從而能夠相互靠攏；

2）中性鹽的親水性大，使蛋白質脫去水化膜，疏水區暴露，由于疏水區的相互作用導致沉淀；

Ks鹽析法：在一定pH和溫度下，改變體系離子強度進行鹽析的方法；

β鹽析法：在一定離子強度下，改變pH和溫度進行鹽析；

常用的鹽析用鹽：

硫酸銨、硫酸鈉，磷酸鹽，檸檬酸鹽。

3、有機溶劑沉淀：在含有溶質的水溶液中加入一定量親水的有機溶劑，降低溶質的溶解度，使其沉淀析出。

原理：

（1）降低了溶質的介電常數，使溶質之間的靜電引力增加，從而出現聚集現象，導致沉淀。

（2）有機溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，降低了親水溶質表面水化層的厚度，降低了親水性，導致脫水凝聚。

常用的有機溶劑沉析劑：

乙醇：沉析作用強，揮發性適中，無毒常用于蛋白質、核酸、多糖等生物大分子的沉析；

丙酮：沉析作用更強，用量省，但毒性大，應用范圍不廣；

4、等電點沉淀：調節體系pH值，使兩性電解質的溶解度下降，析出的操作稱為等電點沉淀。

原理：蛋白質是兩性電解質，當溶液pH值處于等電點時，分子表面凈電荷為0，雙電層和水化膜結構被破壞，由于分子間引力，形成蛋白質聚集體，進而產生沉淀。

第十五章

膜

過

濾

法

1、膜過濾法指以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離的方法。基本原理是篩孔分離過程。在壓差的推動下，原料液中的溶劑和小的溶質粒子從高壓的料液側透過膜到低壓側，所得到的液體一般稱為濾出液或透過液，而大的粒子組分被膜截留。包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）四種過程。

在工業上用得最廣的膜材料是醋酸纖維素和聚砜。

濃差極化：當溶劑透過膜，而溶質留在膜上，使膜面濃度增大，并高于主體中濃度，這種濃度差導致溶質自膜面反擴散至主體中，這種現象稱為濃差極化。在超濾中，為減少濃差極化，通常采用錯流操作。

膜的污染：膜在使用中，盡管操作條件保持不變，但通量仍逐漸降低的現象。

污染原因：膜與料液中某一溶質的相互作用；吸附在膜上的溶質和其它溶質的相互作用。

膜污染的消除：污染必須通過清洗的辦法才能消除。經清洗后如純水通量達到或接近原來水平，則認為污染已消除。

減輕膜污染的方法

1）預處理

2）改變膜的表面性質

市售的超濾器大致有四種型式：管式、中空纖維式、螺旋卷繞式和平板式。

2.將下列表示相同意義的詞連線

separation

factor

分離因子

membrane

separation膜分離

ion-exchange

離子交換

Biotechnology生物技術

Metabolic

Control

fermentation

代謝控制發酵

Downstream

Processing

下游工程

Chromatographic

Resolution色譜分離

Biocatalyst，生物催化劑

Orthogonal

experimental

design

正交實驗設計

response

surface

analysis響應面分析方法

Inducible

enzyme

誘導酶

末端代謝產物阻遏(End-product

repression)

分解代謝產物阻遏(Catabolite

repression)

代謝工程（metabolic

engineering)

臨界氧濃度(critical

value

of

dissolved

oxygen

concentration)

補料分批培養（feed-batch

culture，FBC）

細

胞

破

碎

Cell

Disruption

高壓勻漿法（High-pressure

homogenization

鹽析(Salt

induced

precipitation)

微濾(Microfiltration，MF)

超

濾

(ultrafiltration，UF)

反滲透（Reverse

osmosis，RO）

納濾(nanofiltration,NF)

正相色譜（Normal

Phase

Chromatography，NPC），反相色譜（Reversed

Phase

Chromatography，RPC），第十六章

溶劑萃取和浸取

1、溶劑萃取

利用一種溶質組分（如產物）在兩個互不混溶的液相（如水相和有機溶劑相）中竟爭性溶解和分配性質上的差異來進行分離操作的。

2、“相似相溶”原理分子之間可以有兩方面的相似：一是分子結構相似，如分子的組成、官能團、形態結構的相似；二是能量(相互作用力)相似，如相互作用力有極性的和非極性之分，兩種物質如相互作用力相近，則能互相溶解。與水“相似”的物質易溶于水，與油“相似”的物質易溶于油就是相似相溶原理的表現。

3、分配定律和分離因數

（1）分配定律：在一定溫度一定壓力的條件下，溶質分配在兩個互不相溶的溶劑中，達到平衡時溶質在兩相中的活度之比為一常數。如果是稀溶液，活度可用濃度代替，則達到平衡時溶質在兩相中的濃度之比為一常數。稱之為分配系數K，（2）分離因數

3、乳化和去乳化

乳化：一種液體（分散相）分散在另一種不相混溶的液體（連續相）中的現象。乳化的結果可能形成兩種形式的乳濁液：一種是水包油型（O/W），另一種為油包水型（W

/

O）。

生產過程出現的乳濁液是水包油型（O/W），還是油包水型（W

/

O），主要由表面活性劑的性質決定。

4、雙水相萃取：在一定條件下，水相也可以形成兩相(即雙水相系統)甚至多相。于是有可能將水溶性的酶、蛋白質等生物活性物質從一個水相轉移到另一水相中，從而完成分離任務。

常用聚合物雙水相系統：聚乙二醇－葡聚糖、聚乙二醇－無機鹽系統

雙水相萃取的優點：

1）使固液分離和純化兩個步驟同時進行，一步完成；

2）適合熱敏物質的提取，主要是胞內酶；

3）親水性聚合物加入水中，形成兩相，在這兩相中，水分都占大比例（85～95％），這樣生物活性蛋白質在兩相中不會失活，且以一定比例分配于兩相中。

第十七章

離

子

交

換

法

1、離子交換原理及分類

離子交換樹脂是一種不溶于酸、堿和有機溶劑的固態高分子材料。是一類帶有官能團的網狀結構的高分子化合物，其結構有三部分組成：不溶性的三維空間網狀骨架，連接在骨架上的官能團和官能團所帶的相反電荷的可交換離子。骨架上的活性離子在水溶液中發生離解，可在較大的范圍內自由移動，擴散到溶液中，同時，在溶液中的同類型離子也能從溶液中擴散到骨架的網格或孔內。當這兩種離子濃度差較大時，就產生一種交換的推動力，使它們之間產生交換作用，利用這種濃度差的推動力使樹脂上的可交換離子發生可逆交換反應。

樹脂按活性離子分類，活性離子是陽離子（和陽離子發生交換）就稱為陽離子交換樹脂；如果是陰離子，則稱為陰離子交換樹脂。

2、樹脂的命名

根據離子交換樹脂官能團的性質，將其分為強酸(0)、弱酸(1)、強堿(2)、弱堿(3)、螯合(4)、兩性(5)及氧化還原(6)等7類。

3、離子交換樹脂的理化性能指標

1）外觀；2）交聯度；3）化學穩定性；4）機械強度；5）交換量

4、影響離子交換樹脂選擇性的因素

1）離子價數

離子交換樹脂總是優先選擇高價離子，而低價離子被吸附時則較弱。

陽離子被吸附的順序為：Fe3+

>Al3+

>Ca2+

>Mg2+

>Na+，陰離子順序為：檸檬酸根>硫酸根>硝酸根

2）溶液濃度的影響

樹脂對離子交換吸附的選擇性，在稀溶液中比較大，而在濃溶液中選擇性較小。

3）離子的水化半徑

水化半徑較小的離子優先吸附。

4）有機溶劑的影響

有機溶劑會使樹脂對有機離子的選擇性降低，而容易吸附無機離子，可利用有機溶劑從樹脂上洗脫難洗脫的有機物質。

5）樹脂與交換離子間的輔助力

凡能與樹脂間形成輔助力，如氫鍵、范德華力等輔助力的離子，樹脂對其吸附力就大；反之，能破壞這些輔助力的溶液就能容易地將離子從樹脂上洗脫下來。

5、離子交換樹脂的工作過程：

1）樹脂預處理：新樹脂裝入柱后，先用去離子水浸泡12h左右，使樹脂充分吸水膨脹，再用2-3倍樹脂體積的10%左右食鹽水浸泡4h以上。用水洗凈殘留的NaCl，再根據樹脂類型和使用所需要的型號分別用酸和堿處理，最后調pH值至所需范圍。

2）上柱交換交換方式：采用順流和逆流進行

3）洗脫：用親和力更強的同性離子取代樹脂上吸附的目的產物。

4）樹脂的再生：先用清水洗滌，然后用再生劑再生，最后用清水洗至所需pH值。

6.ISEP系統是一種連續的離子交換系統

目前已成功的應用在各種不同的產業領域中。ISEP系統采用多柱(20/30交換柱)吸附以及在穩定狀態下連續運行。不需要備用設備；離子交換樹脂的再生也不必中斷正常的生產。

ISEP系統可以處理雜質濃度較高的物料，保證產品具有穩定的成分和濃度；采用多通道逆向流動再生方式，減少了離子交換樹脂及、再生劑和洗滌水的用量。

工作過程：

交換：利用ISEP離子交換系統，對膜濾液中的賴氨酸離子進行吸附，與其他雜質分離，吸附分離下來的廢水及雜質排出柱體，吸附飽和的柱體進入洗脫回填區。

回填：通過洗脫液回填壓出柱體內的廢水和雜質，以提高洗脫液純度。

洗脫：利用一定濃度的氨水消除酸性，將賴氨酸離子從樹脂上解析下來，并使樹脂得到再生。

轉型：再生柱進入再生區經過稀硫酸轉型后在吸附區達到最佳的吸附能力。

第十八章

色譜分離法

1、色譜分離（Chromatographic

Resolution，CR）利用多組分混合物中各組分物理化學性質（如吸附力、分子極性、分子形狀和大小、分子親合力、分配系數等）的差別，使各組分以不同程度分布在固定相和流動相中。當多組分混合物隨流動相流動時，由于各組分物理化學性質的差別，而以不同的速率移動，使之分離。

特點分離效率高；檢測能力強；樣品用量少；適用范圍廣。

2.色譜分離過程：

兩種組分的理化性質原本存在著微小的差異，經過反復多次地吸附→解吸→再吸附→再解吸的過程使微小差異累積起來，結果使吸附能力弱的組分先流出色譜柱，吸附能力強的組分后流出色譜柱，從而使各個組分得到了分離。

3.檢測器

UV-Vis、熒光、電化學、蒸發光散射、示差折光、質譜等檢測器。

4.色譜時間

死時間（Dead

time）：不被固定相吸附或溶解的惰性組分，從進樣到出峰的峰頂點之間測得的時間,用tM表示。

保留時間（Retention

time）：從進樣到組分峰頂點之間測得的時間，用tR表示。

調整保留時間(Adjusted

Retention

Time)：調整保留時間指組分的保留時間扣除死時間后的時間，5.氣相色譜法主要利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異，以氣體為流動相，以液體或固體為固定相從而達到分離混合物的色譜方法。

6.液相色譜：

首先高壓泵將貯液器中流動相溶劑經過進樣器送入色譜柱，然后從控制器的出口流出。當注入欲分離的樣品時，流經進樣器貯液器的流動相將樣品同時帶入色譜柱進行分離，然后依先后順序進入檢測器，記錄儀將檢測器送出的信號記錄下來，由此得到液相色譜圖。

4.凝膠色譜介質常用的有葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠、聚丙烯酰胺凝膠等。

分類

吸附色譜分離是指混合物隨流動相通過固定相（吸附劑）時，由于固定相對不同物質的吸附力不同而使混合物分離的方法。

分配色譜是利用混合物中各物質在兩液相中的分配系數不同而分離。根據固定相和流動相的極性與非極性的差別，分配色譜可分為正相色譜和反相色譜。

離子交換色譜是基于離子交換樹脂上可電離的離子與流動相中具有相同電荷的溶質離子進行可逆交換，由于混合物中不同溶質對交換劑具有不同的親合力而將它們分離。

凝膠色譜以凝膠為固定相，是一種根據各物質分子大小不同而進行分離的色譜技術，又稱為分子篩色譜（Molecular

Sieve

Chromatography，MSC）、空間排阻色譜或尺寸排阻色譜（Size

Exclusion

Chromatography，SEC）。

第十九章

蒸發、蒸餾和結晶

1、真空蒸發：冷凝器和蒸發器溶液側的操作壓力低于大氣壓、此時系統中的不凝性氣體必須用真空泵抽出。

目的：降低溶液的沸點。

優點：

(1)溶液沸點低，可用溫度較低的低壓蒸汽或廢蒸汽作加熱蒸汽。

(2)溶液沸點低，同樣蒸汽所需的傳熱面小。

(3)沸點低，有利于處理高溫下易分解和變質的熱敏性物料。

(4)蒸發器的操作溫度低，系統的熱損失小。

2、多效蒸發：第一個蒸發器(稱為第一效)中蒸出的二次蒸汽用作第二個蒸發器(第二效)的加熱蒸汽，第二個蒸發器蒸出的二次蒸汽用作第三個蒸發器

(第三效)的加熱蒸汽，依此類推。

3、蒸發器的分類：分為膜式蒸發器和非膜式蒸發器兩大類。膜式蒸發器又分為升膜蒸發器、降膜蒸發器、旋轉刮板蒸發器、板式蒸發器。

4、酒精發酵醪液蒸餾的理論基礎是拉烏爾定律。

拉烏爾定律：混合液中，蒸氣壓高的組分，在氣相中的含量總是比液相中的高；反之，蒸氣壓低的組分，在液相中的含量總是比氣相中的高。

5、飽和曲線和過飽和曲線

飽和溶液：溶液恰好飽和，溶質既無溶解也無結晶，即溶質與溶液處于平衡狀態，此溶液稱為飽和溶液；

未飽和溶液：若添加固體則固體溶解；

過飽和溶液：超過飽和點的溶質遲早要從溶液中沉淀出來。

要使溶質從溶液中結晶出來，須首先使溶液成為過飽和狀態，也即必須設法產生一定的過飽和度作為推動力。

6、溶液的過飽和度與結晶的關系：

AB為飽和曲線；CD為過飽和曲線。

AB和CD將圖分為：穩定區、介穩區和不穩區。

穩定區：溶液尚未飽和，沒有結晶的可能。

介穩區：也不會自發產生晶核，但如已有晶核，則晶核長大而吸收溶質直至濃度回落到飽和線上。

不穩區：能自發產生晶核。

如E點是溶液的原始末飽和狀態，E

H是冷卻結晶線，F點是飽和點，不能結晶，到達G點時，自發產生晶核。

7、結晶包括三個過程：形成過飽和溶液；晶核形成；晶體生長。

8、接觸成核(碰撞成核)：新生的晶核是晶漿(有晶體存在的結晶溶液)中已有的晶體顆粒，在結晶器中與其他固體接觸碰撞時產生的晶體表層的碎粒。其中較大的就是新的晶核。

優點：

①動力學級數較低，即溶液過飽和度對成核影響較小。

②在低過飽和度下進行，能得到優質結晶產品。

③產生晶核所需要的能量非常低，被碰撞的晶體不會造成宏觀上的磨損。

在工業生產中，接觸成核有以下4種方式：

(1)晶體與攪拌螺旋槳間的碰撞；

(2)湍流下晶體與結晶器壁間的碰撞；

(3)湍流下晶體與晶體的碰撞；

(4)沉降速度不同，晶體與晶體的碰撞。

其中以第1種方式為主。

第二十章

典型發酵產品介紹

1、釀造酒包括黃酒、啤酒、葡萄酒，酒精含量比較低。蒸餾酒主要指白酒、白蘭地等。蒸餾酒的酒精含量高。

2、紅葡萄酒：用果皮帶色的葡萄帶皮發酵制成，酒色呈深紅、鮮紅、紫紅或寶石紅。

白葡萄酒用白葡萄或紅皮白肉葡萄的果汁制成，酒色呈淺黃、禾稈黃、金黃色或近似無色。

3、白蘭地商標上的英文縮寫：X.O（Extra

Old）酒齡（即貯陳期）規定不低于10年。

4、啤酒生產中麥汁煮沸的目的：蒸發水分，濃縮麥汁；鈍化全部酶和麥汁殺菌；蛋白質變性和絮凝；酒花有效組分的浸出；排除麥汁中特異的異雜臭氣。

5、白酒的四大香型：

米香型：桂林三花酒；發酵完成后經過反復二至三次蒸餾，酒精度數較高，民間過去叫“三蒸酒”、“三熬酒”。釀酒師們總結出了“觀花論酒”的經驗。當酒度在55°至

60°時，由于液體表面張力，酒面晃動便泛起數層酒花，經久不散。釀酒師們說“起花了，三花！”就接酒。

醬香型

（茅型酒）茅臺酒；原料為高粱，曲為純小麥制高溫曲，八次蒸料，八次下曲，八次發酵，八次蒸餾（但僅取酒7次，因為第一次蒸餾出的不作正品，潑回酒窖重新發酵）。

濃香型

（廬型酒）：廬州老窖——產于四川瀘州市。千年窖，萬年糟，傳統的老五甑生產工藝，混蒸，主體香為己酸乙酯。純小麥制大曲，以糯玉米為原料。根據酒的質量可分特曲、頭曲、二曲和三曲。五糧液采用五種糧食（高梁、大米、糯米、小麥、玉米）為原料。

清香型

（汾型酒）：汾酒——產于山西汾陽縣杏花村，二次發酵二次勾兌。前次發酵21天，蒸餾，加酒糟，再發酵21天，再蒸餾。清蒸二次清工藝，乙酸乙酯和乳酸乙酯兩者的結合為主體香。

6、青霉素生產工藝

青霉素簇和頭孢菌素簇是臨床上最為重要的抗生素，屬于β-內酰胺類抗生素。

青霉素(Benzylpenicillin

/

Penicillin)是指分子中含有青霉烷酸，能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素。

青霉素的生物合成過程：

在青霉素發酵中，已知產黃青霉利用葡萄糖和氨，經由a—氨基己二酸、半胱氨酸和纈氨酸在三肽合成酶的催化下合成三肽，異青霉素N合成酶催化發生環化生成異青霉素N，再與苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺、苯乙酰甘氨酸等在異青霉素N酰基轉移酶催化進行轉酰基反應，產生青霉素G。

（1）常用菌種為產黃青霉。

（2）青霉素G的合成途徑

（2）

發酵工藝

（3）發酵控制

①加糖控制一般在殘糖將至0.6％左右，pH上升時開始加糖。

②補氮及加前體加硫酸銨、氨水或尿素，使發酵液氮源控制在0.01～0.05％。補前體以使發酵液中殘余苯乙酰胺濃度為0.05～0.08％。

③pH控制加酸或堿自動控制pH，一般為6.4～6.6。

④溫度控制一般前期25～26℃，后期23℃，以減少后期發酵液中青霉素的降解破壞。

⑤通氣和攪拌抗生素深層培養需要通氣與攪拌。

⑥泡沫和消泡可用天然油脂如豆油、玉米油或用化學合成消泡劑“泡敵”（環氧丙稀環氧乙烯聚醚類）來消泡。應當控制其用量并少量多次加入。

⑦過濾宜采用鼓式真空過濾器。過濾前加去乳化劑降溫。

⑧提煉采用溶媒萃取法，醋酸丁酯（BA）作溶媒。

⑨脫色采用活性炭進行脫色。過濾。

⑩共沸蒸餾或直接結晶

7.酶制劑的生產方法：固態發酵法和深層液體培養法

7.1利用微生物產酶的優點

（1）微生物種類多、酶種豐富，且菌株易誘變，菌種多樣。

（2）微生物生長繁殖快，易提取酶，特別是胞外酶。

（3）微生物培養基來源廣泛、價格便宜。

（4）可控制酶發酵生產過程，生產可連續化、自動化。

（5）可以利用現代分子生物學技術，選育菌種、增加酶產率和開發新酶種

枯草桿菌BF-7658液體深層發酵生產α-淀粉酶的發酵控制：

工藝流程：

A種子制備：

孢子培養一般采用馬鈴薯培養基，于37℃下培養72

h，使菌體全部形成孢子即為成熟。

種子培養維持罐溫37℃，罐壓0.5～0.8

atm，10h后加大通風，當菌體處于對數生長期后期，立刻接種至大罐，種子培養一般14h左右。

發酵控制：

通常采用低濃度發酵和高濃度補料的方法，優點：低濃度可以避免原料中淀粉降解生成的糖過量堆積而引起分解代謝阻遏，有利于pH值控制，延長產酶期。

溫度37℃，罐壓0.5

atm，通氣量0～12

h控制0.5～0.6

VVM，12

h后控制在0.8～1.0

VVM，發酵后期控制在0.9

VVM。

補料體積和基礎培養基體積一般為1:3左右。從10

h左右開始補加，一般前期、后期少，中期大，根據菌體的生長情況來調整。當pH低于6.5，細胞生長粗壯時可酌減；當pH高于6.5，細胞出現衰老并有空胞時可酌增。

停止補料后6-8h，溫度不再上升，菌體衰老（80%菌體形成空胞），酶活不再提高，發酵即可結束。發酵周期一般為40

h。

提取：工業上回收α-淀粉酶一般采用硫酸銨鹽析法。

8.二步發酵法生產維生素C工藝有酸轉化工藝和堿轉化工藝兩種。

維生素C（2,3,4,5,6-五羥基-2-己烯酸-4-內酯）的合成方法主要有萊氏化學合成法和微生物發酵合成法兩種。

酸轉化設備簡單、流程短，但制得的維生素C破壞嚴重、質量差，設備腐蝕嚴重，三廢多，因此逐漸淘汰。

堿轉化雖然流程較長、投資大，但產品質量好，故目前絕大部分工廠均采用堿轉化工藝。

1985年轉讓二步發酵法生產維生素C工藝給世界上生產維生素最大企業－瑞士霍夫曼?羅氏制藥公司。——我國醫藥工業史上首次出口技術。

二步發酵法反應步驟：

D-山梨醇

L-山梨糖

2-酮基-

L-古龍酸

2-酮基-L-古

龍酸甲酯

維生素C鈉

維生素C

生物氧化

黑醋菌

混合菌

生物氧化

甲酯化

H2SO4,CH3OH

內酯化

NaHCO3,CH3OH

酸化

H2SO4,CH3OH

二步發酵法的整個生產工藝流程可分為發酵、提取、轉化和精制四部分

二步發酵：

第一步發酵中所用菌種為生黑葡萄糖酸桿菌（Gluconobacter

melagenus），簡稱黑醋菌。最常用的生產菌株為R-30；

第二步發酵采用的菌種為由大、小兩株細菌組成的混合菌種。小菌為氧化葡萄糖酸桿菌（Gluconobacter

oxydans），工業生產過程中使用最多的大菌為2980及152混合菌。

9.谷氨酸發酵

菌種主要是棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節桿菌屬的細菌。這些菌都是需氧微生物，都需要以生物素為生長因子。

谷氨酸發酵過程

發酵初期，即菌體生長的遲滯期

糖基本沒有利用，尿素分解放出氨使pH值略有上升，一般為2～4h。

對數生長期

代謝旺盛，糖耗快，尿素大量分解，pH值很快上升，但隨著氨被利用pH值又下降；溶氧濃度急劇下降，然后又維持在一定水平上；菌體濃度（OD值）迅速增大，菌體形態為排列整齊的八字形。及時供給菌體生長必需的氮源及調節培養液的pH值至7.5～8.0，必須流加尿素；又由于代謝旺盛，泡沫增加并放出大量發酵熱，故必須進行冷卻，使溫度維持30～32℃。菌體繁殖的結果，菌體內的生物素含量由豐富轉為貧乏。這個階段主要是菌體生長，幾乎不產酸，一般為12h左右。

谷氨酸合成階段

當菌體生長基本停滯就轉入谷氨酸合成階段，此時菌體濃度基本不變，糖與尿素分解后產生的α－酮戊二酸和氨主要用來合成谷氨酸。這一階段，為了提供谷氨酸合成所必需的氨及維持谷氨酸合成最適的pH7.2～7.4，必須及時流加尿素，又為了促進谷氨酸的合成需加大通氣量，并將發酵溫度提高到谷氨酸合成最適的溫度34～37℃。

發酵后期，菌體衰老、糖耗緩慢、殘糖低，此時流加尿素必須相應減少。當營養物質耗盡酸濃度不再增加時，需及時放罐。

發酵周期一般為30多小時。

谷氨酸提取的新工藝

檸檬酸的發酵生產工藝

以糖質原料發酵生產檸檬酸的常用菌種是黑曲霉

黑曲霉檸檬酸的積累機制總結

1)

Mn2＋缺乏抑制了蛋白質合成，導致細胞內NH4＋濃度升高，解除了對磷酸果糖激酶（PFK）的抑制，促進了EMP途徑的暢通；

2)

丙酮酸羧化酶是組成型酶，不被調節控制，可以不斷地提供草酰乙酸。同時組成型檸檬酸合成酶不被調節，增強了合成檸檬酸能力。

3)

控制Fe2+含量，順烏頭酸酶活力低，檸檬酸進一步代謝減少，使檸檬酸積累；

4)

檸檬酸積累使pH值降低，在低pH值下，順烏頭酸酶和異檸檬酸脫氫酶失活，就更有利于檸檬酸的積累并排出體外。

發酵操作方法分為不置換法和置換法兩種。

檸檬酸提取方法

考試題型：

填空題10題共10分；選擇題10題共10分；判斷題10題共10分，英漢詞語對照10分；簡答4題20分；分析討論題2題10分；應用題（計算題和工藝流程及發酵控制）2題或3題共30分；

第五篇：生物專業發酵工藝學總結

名詞解釋：

1.（生產酒精）輔助原料：不直接用于酒精生產，制造糖化劑或補充氮源

3.排乏汽：在間歇蒸煮過程中，每隔一段時間將鍋內氣體放出一部分，此過程叫排乏氣。為保證醪液受熱均勻和高的蒸煮質量，要進行劇烈和徹底的攪拌，同時，排出一些有害氣體。

4.糖化：用淀粉質原料生產酒精時，在酒精發酵前，要將淀粉全部或部分轉變成可發酵性糖，這過程叫糖化。5.糖化劑：促使淀粉轉化成糖的生物催化劑。

6.液體曲：講曲霉菌在液體培養基中進行通風培養，使它生長和產酶得到含酶培養液叫液體曲。

7.糖化率（％）=還原糖／總糖×100％

8.酒化酶：參與G→C2H5OH+CO2的反應的所有酶和輔酶的總稱。包括己糖磷酸化酶，烯醇化酶，脫羧酶，氧化還原酶，及磷酸化酶。10.蒸餾：利用液體混合物中揮發性不同而分離組分的方法。粗餾：將發酵成熟醪中揮發性物質與非揮發性物質分離的過程。精餾：將粗酒精進一步除雜和提純的過程，也就是將酒精與其他揮發性物質分離的過程。

11.大曲：是釀制大曲酒的糖化發酵劑，在制曲過程中讓自然界中的各種微生物富集到淀粉原料制成的曲胚上，經過人工培養形成各種有益的釀酒微生物菌系和酶系，再經過風干儲存成為成品大曲。12.酒醅：已經發酵好的原料，也叫香醅，含有一定量的酒精與香味物質。13.醅（醅子）：固態發酵法白酒生產中蒸完酒的酒醅 14.甑（甑桶 甑鍋）：固態釀造白酒間歇蒸餾的傳統設備 15.渣子（米渣子）：在白酒生產過程中，粉碎后的原料 16.大渣：加入新原料多的酒醪或醅子 17.小渣：加入少量新原料的酒醅或醅子 18.回活（回糟）：不加新原料的醅子

19.排：從新原料投料到發酵結束，蒸酒這一個生產小周期叫一排。20.立渣：新建的窖池第一次投產發酵叫做立渣。

21.麩曲酒：以高粱；薯干；玉米為原料，以麩曲為糖化劑，以純種培養的酵母為發酵劑，生產的蒸餾酒。

24.啤酒：以大麥為主要原料，以淀粉質的谷類為輔助料，加入適量的酒花，生產出含有Co2，具有泡的，具有酒花香味和爽口的苦味，營養豐富，風味獨特的釀造酒

27.酒花油：多種芳香物質的總稱，淺黃色油狀液體，蒸餾后黃色油狀物

28.浸麥度：經過制麥之后大麥的含水率。=大麥吸收水量+大麥原水量/浸后大麥重量*100%。

29.溶解：指麥粒中胚乳結構發生的化學和物理性質的變化

30.麥芽的溶解：在發芽過程中，隨著E的逐步形成，蛋白E作用于細胞間的Pr，半纖維素E作用于胚乳細胞壁，使胚乳細胞壁成為網狀結構，隨后淀粉E，PrE進入細胞內進行一系列的水解反應，便胚乳細胞松軟，這個過程稱為麥芽的溶解 31.Pr的休止：糖化過程中Pr的分解過程

32.Pr的休止溫度：糖化過程中Pr的分解溫度

Pr的休止時間：糖化過程中Pr分解所需的時間。

33.煮出糖化法：利用生物與物理作用，使物料糊化，使物質分解和溶出。

34.發酵度：發酵過程中消耗浸出物濃度下降的百分率（可發酵型糖）。

35.啤酒澄清：指啤酒與所含的固體粒子分離的過程叫啤酒澄清。36.啤酒的穩定性：啤酒是多種成分不穩定的膠體aq，容易受外界因素的影響而發揮變質，啤酒抵抗外界因素的影響而保持酒質不變的能力叫啤酒的穩定性。

37.啤酒的非生物穩定性：啤酒排除物理化學因素的影響而保持酒質不變的能力。

38.啤酒的生物穩定性：啤酒不被雜菌污染或不殘留酵母細胞，防止產酸和再發酵的能力，叫啤酒的生物穩定性。

39.糊化：溫度升高60~80℃（α—淀粉酶作用）淀粉顆粒的體積膨脹至原體積50~100倍，淀粉分子間的聯系減弱，引起淀粉顆粒的部分解體，形成了均一；粘稠的液體，淀粉顆粒結構從有規則的層狀結構成網狀結構。

40.液化：溫度大于130℃，支鏈淀粉完全溶解，網狀結構被徹底破壞或粘度較低的流動性醪液。

41粉碎比：粉碎前物料的最大直徑與粉碎后物料的最大直徑之比X=D/d。

42間歇蒸煮：從投料到成醪在一個容器內進行的操作叫間歇蒸煮。43回流比：R=回流量/產品量，最適R：3-4.44蒸餾酒：凡是用水果，乳糖，糖類，谷物等原料經過酵母菌發酵后，蒸餾得到無色透明的液體，再經陳釀和調制制成的透明的含酒精濃度大于20%的酒精性飲料。

45制麥：由原料大麥制成麥芽的過程，是啤酒生產的開始。46煮沸強度：每小時蒸發出水分的百分率。=混合麥汁數量-最終麥汁數量/混合麥汁數量*煮沸時間*100%。47發酵度：浸出物濃度下降的百分率。簡答： 第一編 1.酒精生產的原料在工藝上的要求：凡是含有可發酵性糖或者可以轉變為可發酵性糖的物質都可以作為酒精生產的原料。

原料：1.淀粉質原料（谷類、薯類、廢糖蜜）2.糖質材料。3.纖維質材料 4.其他

常用原料的化學組成和作用：A.碳水化合物（淀粉、纖維素，蔗糖、麥芽糖，G/F）作用：1.提供微生物所需的碳源、氮源。2.生成酒精，含量增多酒精增多。B.蛋白質經過蛋白質酶水解成肽和氨基酸，被微生物利用。……（7頁）常用原料淀粉質及特點（7頁）2.酒精生產原料的清理目的：除去沙石，鐵釘，雜草，繩頭以防損傷機器，堵塞管路，泵，閥門，溢流管。3.酒精生產原料粉碎的目的：①原料中的淀粉是植物體內的貯備物質，受植物組織和細胞壁的保護，既不溶于水也不易和淀粉酶接觸，通過粉碎增大物料表面積，提高熱處理效益，有利于酶的作用；②粉末狀的物料加水調漿后便宜流動輸送。方法：1.干法粉碎：錘式粉碎機2.濕法粉碎

4.原料粉碎工藝的影響：粗粉碎的原料要采用快速加熱的方法，細粉碎原料要采用緩慢加熱的方法。

5.原料預熱的目的：①植物組織和細胞在一定溫度和壓力下，吸水膨脹破裂，淀粉變成溶解的糊液，易于受酶的作用，水解成可發酵性糖；②殺死附著于原料表面的微生物，使糖化發酵在純種情況下進行；要求：①質量均勻②滅菌要徹底③少生成有害物質④減少損失。要求：1.質量均勻 2.滅菌徹底 3.減少有效成分的損失 4.少生成有害物質

淀粉的溶解和膨脹：1.膨脹：淀粉是一種親水性的膠體，遇到水后水分子在滲透壓的作用下滲入淀粉顆粒內部，使淀粉分子體積和質量增加。水化階段：吸水20%-25% 放熱。膨脹節段：吸水是原來的幾倍體積質量增加，吸熱，淀粉鏈打開。2.糊化：溫度70-80度，吸水量是原來的50-100倍。糊化使淀粉間的聯系減弱，引起淀粉顆粒的部分解體，形成均一粘稠的液體—無限膨脹。3.液化：糊化后溫度升高達到130度以上，支鏈淀粉幾乎全部溶解，網狀結構被徹底破壞，淀粉溶液變成粘度低的流動性醪液。水熱處理中原料的變化（14頁）

6.水熱處理中糖分的變化：①己糖在高溫情況下，產生5-羥甲基糠醛，繼續反應生成有機酸和色素類物質；②戊糖脫水可以產生糠醛；③焦糖化反應：糖在接近熔化溫度下加熱形成褐紅色無定形水解產物—焦糖，造成原料的損失，對酵母生長不利；④AA+低分子糖→類黑素影響糖分變化的因素：a.氨基糖反應的速度與還原糖的種類，反應的溫度，濃度有關，溫度高濃度高，反應速度快；b.果糖最容易焦化，高濃度糖容易教化，局部過熱容易焦化，蒸煮的壓力越高時間越長，焦糖越多。降低糖分損失的措施：a.在調降預熱階段盡量避開淀粉酶的最適作用溫度50~60℃，；b.適當加大加水比；c.加強攪拌；d.采用低溫短時間蒸煮工藝。7.排乏汽的作用：為保證醪液受熱均勻和高的質量要進行劇烈和徹底攪拌同時排除一些有害氣體（甲醇）。

8.與糖化有關的酶種類的特點：㈠淀粉酶⑴α-淀粉酶（液化酶；內切酶；淀粉-1,4-糊精酶；）作用方式：在淀粉鏈內部，任意切割α—1,4糖苷鏈，將淀粉長鏈迅速水解為短鏈以糊精和低聚糖，然后慢慢水解成G或果糖，使醪液粘度迅速下降，不能切割—α—1,6鍵及其附近的α—1,4鍵。①特點:a.耐熱（90℃以上不失活）b.不耐酸c.使醪液粘度下降,產生液化現象.②應用:原料粘度大,醪液濃度高時可以加入該酶.⑵淀粉1,4—葡萄糖苷酶（糖化酶；外切酶）作用方式：從淀粉非還原性末端開始，每隔一個G單元切一次。作用于α—1,4鍵，也能作用于α—1,6鍵，或其附近的1,4鍵。（緩慢）⑶淀粉1,4—麥芽糖苷酶（β—淀粉酶）作用特點：從淀粉的非還原性末端開始，每隔兩個G單位切一次，水解的產物主要是麥芽糖，不能水解α—1,6鍵，所以產物中一定有糊精。⑷界限糊精酶：專門水解α—1,6鍵。㈡轉移葡萄糖苷酶G+G（E）→α—1,4麥芽糖（可發酵）/α—1,4異麥芽糖（不可發酵）；G+麥芽糖→α—1,4潘糖（不可發酵）㈢其他酶：①PrE：水解蛋白質→胨，肽，月示，AA。②磷酸脂酶：磷酸糊精→G+H3PO4。③單寧酶。4.果膠酶：理想糖化劑菌種：要求：含有較多糖化酶，液化酶的含量中等或略少，含有β—淀粉酶和界限糊精酶，一定量的PrE單寧酶，不含或少含轉移葡萄糖苷酶，能夠耐較高的酸度。9.影響曲霉的生長和產酶的因素： ㈠菌種本身的性能。（內因）

㈡培養基的組分（外因）1.碳源：是微生物生長的能源，是貯藏物質的原材料，是菌種細胞的骨架物質。種類：淀粉；糊精；低聚糖；G（F）；果糖酶活力順序：淀粉>糊精>低聚糖>G>果糖 直接使用淀粉→工藝上培養曲霉菌的M不需要糖化，蒸煮或冷卻直接接種原因：目的獲得大量淀粉酶，是誘導酶，必須有底物存在時才能夠大量產生，所以M不需要糖化。

2.N源：酶本身是一種特殊的蛋白質，所以氮源是構成或菌體和酶的主要成分。在一定范圍內氮源含量越高，菌絲生長旺盛，E產量增加。①常用的氮源：1有機氮：豆餅，米糠，麩皮。2.無機氮：①NaNO3 NA+→NaOH+酸→中和，pH變化不大→對α—淀粉酶形成有利。②（NH4）2SO4酸度下降，PH上升對糖化酶的形成有利

C/N影響PH變化：C/N增高，ph下降，酸度增加 糖化酶增加，液化酶降低；C/N下降ph升高酸度下降，液化酶上升，糖化酶下

降。

3.無機鹽

①功能：是菌體的組成分，可以調節滲透壓ph值，氧化還原電位，作為酶的活性集合組成分，或者可以維持酶的活性。

4.水分：功能：在微生物代謝過程中，營養物質的輸送和熱量的排除。水分含量：液體曲：80-88%，固體曲：48-50%

（三）培養條件

1.空氣：曲霉菌好氧微生物→供氧

①固體曲通風供氧除了曲霉菌呼吸所需要的氧氣外還能夠驅除菌體的代謝過程中產生的熱量和CO2，有利于保持曲料的溫度和濕度。②液體曲通風供氧是為了補充營養液中的溶解氧，供給曲霉菌呼吸，溶解氧充足，菌絲生長良好，酶活力高。2.pH：4~7.曲霉生長較好。pH值可以改變質膜和營養物質的滲透性，影響微生物的生命活動，還可以抑制雜菌，影響代謝產物的組成和酶系組成。3.溫度：曲霉菌形成淀粉酶的溫度比菌絲生長的最適溫度要稍高，在工廠里，一直采用前期溫度低，后期溫度稍高的工藝。4.時間：固體曲20-80小時，液體曲：36-48小時 培養液體曲應注意的問題

1.留種不超過3-4代，留種關鍵：無菌 2.液體曲馬上使用，若不馬上使用，首先降溫25度以下，保壓可貯藏一周，期間酶活力變化不大，酸度略有提高。糖化工藝控制（27頁）

10.糖化過程中物質變化：①淀粉：液化、糖化同時進行。②蛋白質：眎、胨、肽、氨基酸；蛋白酶最佳作用條件：PH 4.3～5.0。溫度：47℃。③果膠質、半纖維素 傳統工藝：水解；新工藝：不變化。④含磷物質：在磷酸酯酶的作用下，磷酸游離出來，溫度57度，PH5.5-6.0⑤酸度的變化：糖化醪酸度》蒸煮醪酸度。原因：蛋白質水解→氨基酸。磷酸鹽的分解。果膠酸分解產生果膠酸。11.酒精生產對酵母菌種的要求： ①要含有較強的酒化酶、發酵能力強而且要迅速；②繁殖速度要快；③具有較高的耐酒精能力，對本身代謝產物的穩定性高；④抵抗雜菌能力要強、耐酸能力強；⑤對培養基的適應性強；⑥生產性能穩定、變異性小；⑦發酵過程中產生的泡沫少。

（填空）12.酒精酵母的特性：①繁殖速度快。②對醪液濃度的要求：a在含5%（v/v）酒精的發酵醪中，發酵力減弱；b在含12%（v/v）酒發酵醪中，發酵力停止；c生產上，糖化醪濃度16~18Bx。③培養溫度：25~30℃；發酵溫度：30~33℃。④pH：4.0~6.0繁殖，pH＜3時，活力大大降低；酒母糖化醪PH：5.0—5.5，為了酵母繁殖，抑制雜菌，生產上PH：4.0—4.5.⑤需O2狀態：有O2，能生長（TCA/繁殖）→CO2；H2O無O2，能生活（EMP/發酵）→乙醇；CO2。13.酒精酵母中的酶類：⑴酒化酶：參與G→C2H5OH+CO2的反應的所有酶和輔酶總稱，包括己糖磷酸化酶，氧化還原酶，烯醇式酶，脫羧酶等，是胞內酶，只有cell健壯，酒化酶含量才高，發酵旺盛。

⑵水解酶：①蔗糖酶：（胞外酶）。②麥芽糖酶：（胞外酶）最適溫度：40℃。③肝糖酶：（胞內酶）。

14.酒化醪的制作：a.原料的選擇：玉米最好，N、C、無機鹽、維生素含量豐富，酵母生長旺盛。瓜干：補加N源，若用不適用的原料，要采用混合原料。B.工藝流程：原料→粉碎→調漿→蒸煮→冷卻→（加曲→）→糖化→加營養鹽→調酸→殺菌→冷卻→酒母糖化醪。C.工藝條件：①加水比：1:4~5，酵母菌適合低滲透狀態下生長，12~14Bx。②加曲：高于生產20%。③糖化時間：3~4h，主要為了獲得更多的低分子糖、低分子氮。④加營養鹽：（只限于薯類）用量0.05~0.1%，發酵時用薯類不用加營養鹽。⑤調酸：適于酵母菌生長，抑制雜菌，pH：4.0~4.5。⑥殺菌：溫度不能太高85~90℃；30min。⑦冷卻：到27-30℃，用來培養酵母菌。

15.復水活化的方法：首先復水活化液殺菌20min，酵母活化液比1：4，最大：1:20①水活化：水是滅菌后的水，38-40℃；14-20min；復水14-20min。原因：因為水沒有營養，如果復水時間過長酵母會營養不良容易老化。②糖水活化：2%蔗糖水；10-50倍；38-40℃；15-30min；降溫度；30-34℃；活化1-3小時（攪拌）③稀糖化醪活化：5-10倍；濃度4-5BX，38-40℃；復水15min 降溫至31-33℃（＜34℃）活化1-3h，投入發酵罐。

16復水活化時應注意的問題：①復水活化時間一般不超過6h②活化后細胞數達到500億個/g，活菌數》80%③壓榨，烘干，烘干之前要加保護劑④復水活化的溫度：開始：38-40℃后期：30-34℃ 17.酒精發酵的目的要求：目的：將可發酵糖轉化為乙醇和二氧化碳。要求：用最少的原料生產出盡可能多的酒精產品，盡量減少發酵損失。①發酵前期，創造條件，酵母繁殖，占絕對優勢②發酵中后期，創造厭氧條件，使酵母在無氧條件下發酵，產生酒精和二氧化碳③發酵過程中要保持糖化酶活力，使糖化醪中的糊化了的淀粉繼續分解，產生可發酵性糖，保證后糖發酵順利進行④要防止雜菌污染，避免因此造成損失⑤注意回收二氧化碳及夾帶的酒精

發酵過程三個時期（前期發酵、主期發酵、后期發酵）的特點（36頁）

18.酒精發酵副產物的生產：①甘油：生成途徑A加入亞硫酸氫鈉，大量積累甘油；把發酵醪液PH調到7.6，兩分子乙醛發生歧化反應生成乙醇和乙酸。②雜醇油：生成途徑A蛋白質水解產生氨基酸，氨基酸脫氨，脫羧產生雜醇油B酵母的代謝產生 ③琥珀酸：酵母代謝的必然產物，對發酵過程影響不大，不影響產品質量 ④

乳酸等有機酸的生成：乳酸就是由雜菌感染生成的 19.發酵工藝方法：（間歇發酵法）①一次加滿法，優點：操作簡便，便于管理：缺點：發酵的延遲期長；適用范圍：鍋與罐容積相等的酒精廠②分次添加法，優點：發酵要比第一種方法要旺盛，能夠抑制雜菌，發酵遲緩期短；適用范圍：鍋小罐大的工廠③連續流加法，優點：發酵的遲緩期短，總發酵時間短；適用范圍：連續蒸煮，連續糖化的工廠④分割主發酵法，優點：省去了酒母的制作，接入的酵母種子量大，發酵時間可以縮短 總滿缸時間不超過8-10小時的原因：若超過8-10小時后加入的淀粉和糊精來不及徹底被轉化糖進而生成酒精就到了預定的發酵時間造成發酵成熟醪液殘糖高，使淀粉利用率低

6-8小時原因（流加速度快）流加過快（小于6小時）會造成發酵醪液中酵母細胞低，不易造成酵母群體優勢，有可能污染雜菌流加過慢，能延長滿缸時間，造成后加入糖化醪中淀粉和糖不能充分利用，導致可發酵性糖的損失2 蒸餾的基本原理：（41頁）只答拉烏爾定律

20.回流目的：如果精餾塔沒有回流，則蒸餾塔板上的酒精，由于不斷蒸發而減少，塔板上的酒精濃度會下降，沸點會上升，雖然有進料來補充蒸出的酒精，但不足以維持各層塔板穩定的溫度差和濃度差，精餾過程無法進行，酒精濃度難以保證，雜質難以清除。21.雜醇油的分離：①特點：是一元高沸點的混合物，主要包括異戊醇，異丁醇，正丙醇等，以異戊醇為代表，異戊醇占45~75﹪，在79~105℃區域內，在水中的溶解度小于3﹪，以任意比溶于乙醇溶液中，是棕黃色的油狀物。②雜醇油在塔內的運動情況：在塔的下部，由于酒精濃度較低，異戊醇的揮發系數大于1，氣相中異戊醇的濃度大于液相中異戊醇的濃度，所以異戊醇的運動方向向上。在塔的上部，酒精濃度大于55﹪，異戊醇的揮發系數小于1，液相中異戊醇的含量大于氣相中異戊醇的含量，異戊醇的運動方向向下。當酒精濃度是55﹪時候，異戊醇的揮發系數接近1，這樣就使得異戊醇聚集在酒精濃度是55﹪附近的塔板上。③雜醇油的提取：在實際生產中，塔的蒸汽壓力很難達到均衡，塔內酒精的負荷有變動，且雜醇油本身是混合物，所以它集中分布在幾層塔板上。液相取油：進料板上2,4,6塊上提取，55~70﹪附近，86~93﹪。氣相取油：進料板下2,4,6塊上提取，42﹪左右；④雜醇油的分離：液液萃取：水是萃取劑，分離到水占90%，乙醇站8.3%以下，雜醇油站2-3%，達到分離效果，萃取溫度：25-30℃.22.成品酒精的提取：①在塔頂往下數4~6層板液相提取原因塔頂酒精濃度最高，雜質的揮發系數最小，液相中雜質含量最高，向下數幾塊塔板后，酒精濃度稍低，頭級雜質的揮發系數增大，液相中雜質含量比塔頂液相中雜質含量降低。所以。。

第二編（白酒、大曲、入窖）

（填空）1.中國白酒：⑴濃香型（窖香型）：瀘州老窖，己酸乙酯和適量的丁酸乙酯已經乙酸，丁酸和較復雜的醛類為陪襯。⑵醬香型：茅臺52-53°，以4-乙基愈瘡木酚和丁香酸等酚類為主，以多種氨基酸和高沸點的醛酮類為襯托，其他酸酯醇為助香成分。⑶清香型：汾酒，65°，乙酸乙酯和乳酸乙酯協調搭配，還有比較多的醋酸和雙乙酰等成份。⑷米香型：桂林三花酒，乳酸乙酯，乙酸乙酯，和β-苯乙醇為主體，以醇類為陪襯。5）兼香型，董香型：董酒。己酸乙酯，乙酸乙酯，乳酸乙酯作陪襯。6）鳳型：西鳳酒7）芝麻香型：山東景芝酒8）豉香型：廣東玉冰燒9）特型：四特酒。

2.白酒生產對原料的要求：比較多的淀粉和糖，含有一定量的蛋白質（使菌體合成細胞和產生香味物質），含有一定量的無機鹽（菌體生長）。原料的作用：1.給微生物提供營養 2.產生乙醇 3.產生香味物質。原料的特點：1.高粱--（香）單寧2.玉米—甜3.大米—凈4.大麥—沖5.瓜干—苦6.馬鈴薯—土腥味7.木薯—氫氰酸 3.白酒生產的輔料：(1)要求：不含或很少含淀粉和糖。(2)作用：吸水，調節淀粉濃度和酸度、酒度，疏松酒醅，便于蒸餾(3)性質：良好的吸水性，含雜志少，新鮮不霉爛，一般不含或很少含營養物質。(4)常用輔料：高粱殼：疏水性一般，含單寧多影響發酵 玉米芯：含五碳糖多，高溫蒸煮易產生焦糊味，疏松吸水性最好古殼：疏松吸水性較好，多用于名優酒生產。稻殼：疏松性好，吸水性一般，含硅酸鹽多。（5）處理：清蒸處理，除去輔料味，時間不少于30分鐘

4.大曲酒生產特點:⑴采用固態配醅發酵⑵采用邊糖化邊發酵工藝（雙邊發酵）⑶多菌種混合發酵⑷采用固態甑桶蒸餾。

5.大曲的特點：特點：①采用生料制曲，有利于保存原料中，原有的水解酶類（如小麥中的β-淀粉酶）使它們在釀造過程中仍能發揮作用，同時，有助于那些能夠直接利用生料的微生物富集 生長 繁殖。②采用接種（自然）：春末夏初到中秋節前后是生產大曲的最佳時間。③既是糖化發酵劑，又是釀酒原料。④強調使用陳曲，需要經過兩到六個月的后熟，成為陳曲之后，才能使用，因為在制曲過程潛入了大量酸性細菌，它們在干燥條件先，會失去繁殖能力或死亡，避免發酵過程中產酸。

（填空）7.瀘香型大曲酒生產工藝：原料：糯米高粱；配料：糧醅比：1：4-5；糧糠比17-20% ；大回醅作用：調節淀粉的濃度，酸度，酒度；加入輔料作用：可以疏松酒醅，稀釋淀粉，沖淡酸度，吸收水分，保持漿水，有利于發酵和蒸餾。入窖發酵條件：入窖溫度：采用低溫入窖定溫發酵，低溫入窖是為了保證酒醅在適宜的溫

度下進行緩緩有規律的發酵。入窖淀粉濃度：取決于糧醅比1：4-6 糧糠比1：0.2左右。入窖條件;A.溫度，低溫入窖，定溫發酵。B．入窖發酵的入窖淀粉濃度：取決于糧醅比和糧糖比，經驗數據：淀粉濃度下降1﹪，酒醅溫度上升1.8℃，冬季：入窖溫度16~18℃，根據酵母的生理特性，最高發酵溫度是36℃，所以發酵過程中允許溫度上升的幅度是18~20℃，允許淀粉濃度下降9-10%，配料時殘余淀粉5-7%，在發酵過程中允許淀粉濃度14~17﹪，續渣法發酵入窖淀粉濃度是16~18﹪ C。入窖酸度：冬天1.3度，夏天2度。D.入窖水分：夏天57-58%冬天53-54%

低溫入窖原因：曲酒在發酵時，是在固體狀態下進行的發酵過程，由于窖壁和酒醅傳熱系數很小、性能差，發酵過程中產生的熱量很難散發出去，只能升高醅的溫度，為了控制微生物發酵適宜的溫度，不使醅溫升得太高，必須根據季節的變化來調節入窖淀粉濃度和入窖溫度，采用低溫入窖、延緩發酵速度，使酒醅溫度不至于迅速升高，協調糖化和發酵速度，維持酶的活性，使邊糖化邊發酵順利進行，根據酵母酒生理特性大曲酒發酵最高溫度控制在36℃左右，入窖溫度受氣溫高低制約，要堅持低溫入窖原則，一般北方16-18第三編℃，平常（啤酒、13-14麥汁、℃，夏季盡可能低。大麥、發芽、干燥、過濾、凝固物、酵母、雙乙酰）

清蒸法 混蒸法（見附頁）特點（61頁）

啤酒生產工藝流程（見附頁）大麥種類、結構（見附頁）

1.啤酒的輔助原料添加目的：①降低成本。②調節麥汁中糖和非糖的比例，提高發酵度。③降低麥汁中的總氮含量，提高啤酒的生物穩定性。④多酚物質含量少，可以降低色度，提高啤酒的非生物穩定性。正常用量：20-30%。添加輔料應注意的問題：補加淀粉酶；所加的輔料不應該造成過濾困難；所加輔料不應該帶來邪雜氣味。2.多酚物質在啤酒生產中的作用：主要成分：花色苷 對啤酒釀造有雙重作用，在麥汁煮沸及隨后的冷卻過程中都能與蛋白質結合，凝固沉淀，有利于啤酒的穩定性，另一方面，正是由于多酚物質與Pr結合產生沉淀，所以啤酒中多酚物質殘留是造成啤酒渾濁的主要因素之一。

酒花化學成分及作用（64頁）異構化作用（64頁）

3酒花的烘干與保存：烘干溫度：《50℃保存：低溫，干燥，隔絕空氣，充CO2或氮氣，避光。

4.麥芽制備：目的：①通過制麥操作產生各種E，以供制備麥芽汁的催化劑。②使麥粒中的淀粉，Pr在E的作用下，達到適度的溶解。③通過干燥除去綠麥芽多余的水分種生腥味，產生干麥芽特有的色香味。

（填空）大麥的輸送方式：1.氣流輸送2.機械輸送

（填空）大麥儲藏的目的：新收大麥水分含量高，有休眠期，發芽率低，必須要經多一段成熟期后才能使用，一般周期6-8周方法：地面堆積、立倉

5.浸麥的目的：①除塵，除雜，除微生物。②提高麥料的含水率。③浸出麥皮中的有害成分（多酚物質，谷皮酸，色素）

6.浸麥度對麥芽質量的影響：①浸麥過度：a發芽力削弱，基至引起胚的破壞，發芽率低；b麥粒的呼吸旺盛，麥層溫度高，物質消耗大；cE的活力低，制麥損失高。②浸漬不足：a發芽力弱，易生成硬質麥芽；b葉芽根芽生長不足；cE活力低，Pr分解不完全。（填空）7.浸麥理論：⑴水的吸收：通過導管，管胞吸收水分，前期吸水快，后期吸水慢。a：6~10h；吸水快60%；12~14%；30~35%；胚吸水快，胚乳吸水慢，E活力上升。b：10~20h麥粒幾乎很少吸水，只有胚，糊粉層吸收極少的水量。c：20h以后若氧充足，吸水量與鋟麥時間成正比。⑵吸水速度：a吸水速度與麥粒性質：①顆粒越小，吸水越快②同類大麥含N量越低，吸水越快③粉狀粒吸水快b：T越高，吸水速度越快，時間越短；T：14~18℃；﹤20℃。⑶浸麥與通風（供氧）作用:如果麥粒長時間缺氧，將導致分子間的呼吸作用，使呼吸產物積累，造成胚的生命力的破壞。供氧效果：供氧不足：①胚成窒息狀態，發芽遲緩不旺盛②麥粒溶解不足③麥層有水果味，酸味④發芽呈早期發熱現象。供氧充足：①胚新鮮健康②發芽快，均勻，旺盛，麥粒溶解好③麥粒吸水快④麥粒提高萌發，發芽時間短⑤麥芽中的E活力高。供養措施：浸水通風、泵送、空氣休止、噴淋法、沖洗

8.浸麥水中的添加劑：KMnO4，甲醛，石灰，氫氧化鈉，碳酸鈉，過氧化氫。作用：為有效地清除麥皮中的有害成分，殺死附著在麥粒上的微生物，達到清洗和滅菌的目的。

8發芽的目的：①使麥粒生成大量的各種酶，并使麥粒中一部分非活化酶得到活化并增長②使麥粒達到適度的溶解來滿足糖化的需要。

12.發芽過程中的主要酶類㈠①α－淀粉酶；②β－淀粉酶。㈡蛋白E：①內肽E；②外肽E。㈢半纖維素E。㈣磷酸脂E。㈤脂肪E。9.發芽過程中的物質變化： ⑴淀粉：淀粉鏈總趨勢變短，直鏈淀粉的比例增加，并產生部分低分子糖和糊精⑵半纖維素：胚乳中不斷分解，β—葡聚糖水解，粘度降低⑶Pr

①蛋白質分解的意義：大麥中的Pr主要是在發芽中北分解的。糖化 過程的中的Pr分解只是發芽分解的繼續遠不如發芽時分解的多②Pr的溶解度：麥粒當中的全部Pr分解的程度，一般用可溶解性N和總N的量之比表示③影響Pr分解的主演因素：a：大麥Pr含量高，Pr分解一般交差發芽時溫度快，不利于Pr分解 b:發芽T高，Pr分解作用弱，c:空氣中的Co2比例上升，Pr溶解度上升，d:侵麥越低，抑制Pr活力提高 e:發芽時間：發芽7天內，Pr溶解度和AA含量會增加 ⑷ 酸度上升，PH變化很小酸度變化的原因：酸性AA。

（填空）10.發芽條件及控制：⑴發芽水分：由浸麥度和發芽時吸收的水分決定 ①浸麥度：43—48%（淺色：43-45%深色：45-48%）②設空調室：人工加潮的方式來保護水分的，濕度φ＞85%。⑵發芽T：20℃以下，13-17℃為宜（T低：發芽慢，周期長；T高：發芽塊,但不宜控制）。⑶空氣中O2和CO2的比例：①發芽初期：在O2充足的條件下，有利于各種條件內E的形成，如果CO2含量過高，會導致E的活力下降，嚴重會是麥粒窒息，多以要定期通風，共O2，排CO2②發芽后期：麥層CO2比例要加大，一方面可以抑制麥粒的過分生長，同時有利于麥粒的溶解。⑷發芽時間：發芽溫度降低，水分降低，含氧越貧，麥粒生長越慢，發芽時間越長。⑸光線：避免陽關直射，綠色植物光合作用產生的葉綠素，使酒發生紅光—形成葉綠素最多；藍色—形成的葉綠素最少，對E的形成有利。⑹翻拌：散熱，疏松麥層

13.綠麥芽干燥的目的：①停止綠麥芽的生長和麥芽的分解。②除去多余的水分，防止腐敗變質，便于貯藏。③使麥根干燥，便于脫落除去。④除去綠麥芽的生腥味，產生干麥芽特有的色香味14.類黑素的形成：a水分＞5%；b有低分子糖，低分子N；c 80-90%℃開始形成類黑素；d.100-110℃最適溫度；e PH＝5最容易形成類黑素。

（填空）干燥的變化過程（74-75頁）

15.除根和貯藏：除根目的：①麥根吸濕行強，貯藏時易腐爛。②易改變啤酒的色澤。③帶有不良的苦味。貯藏目的：①干燥操作不當時會產生玻璃質麥粒進過貯藏后會向好的方向轉化。②E活力會有所提高。③酸度會有所提高。④貯藏后麥粒會吸水，麥皮會失去原來的脆性，有利于麥汁的過濾。溫度小于20度，時間不小于四周。

16.粉碎的方法：①干法粉碎②回潮粉碎③濕法粉碎：優點：a可以改善過濾性能。b縮短糖化周期。c不易產生粉塵。d可以提高侵出率。缺點：a必須現用現粉，不易貯藏。b必須用密閉設備。16粉碎的目的：增加原料的表面積，利于酶的作用，可溶性物質浸出得多。粉碎的要求：①麥芽：麥皮破而不碎，內容物越細越好，既有利于反應速度，又有利于過濾速度②輔料：粉的越細越好。或石膏調整。（5）醪液濃度的影響：用加水比控制：1:2.8-3.5。調整度至14%-18%，<20%，濃度高，糖化速度快慢。

（填空）糖化原理（78頁）方法（79頁）二次煮出糖化法 18.過濾：目的：在短時間內，將可溶性物質與麥糟分開，以免影響麥汁的色香味，結果得到澄清的麥汁。步驟：過濾①以麥槽為慮層進行麥汁過濾，第一麥汁（過濾麥汁）。②洗糟：用熱水洗麥糟，得到第二麥汁，洗滌麥汁。過濾方法：過濾槽法①過濾前清洗設備，鋪好篩板，從過濾槽底部，引入78-80℃熱水，②泵入糖化醪，靜止20-30min③回流操作④過濾⑤洗糟

19.過濾速度的影響因素：①麥汁的組成：β－葡聚糖多，粘度大，過濾速度慢。②醪夜溫度的影響，麥汁主要含糖，糖的u和T成反比。③醪液濃度的影響：濃度大，u大，過濾慢。④PH影響：PH=5.5過濾速度最快。⑥麥芽粉碎度：濕法粉碎，麥汁過濾速度快

20.麥汁煮沸的目的：穩定麥汁成分⑴E的破壞，主要停止α-淀粉酶的作用，以穩定可發酵性糖和糊精的比例，時間1-2min。⑵麥汁滅菌。⑶蒸發水分，使麥汁濃度到要求的濃度。⑷Pr沉淀，提高啤酒的非生物穩定性⑸酒花有效成分溶出。

21煮沸過程中的物質變化：⑴Pr的沉淀提高啤酒非生物穩定性①Pr受熱變性凝固，氧抑制Pr凝固增加Pr溶解度，為避免此現象加亞硫酸鹽。②Pr與單寧形成不溶性的絡合物。⑵酒花有效成分溶出：①α-酸異構化，苦味物質溶出，有防腐作用，②香物質的溶出，主要是酒花油。⑶經過煮沸后，麥汁顏色加深。①產生類黑素。②酒花樹脂，多酚物質溶出。⑷還原物質的生成。⑸不良氣味的揮發：發芽時生成的不良氣味，Pr凝固產生的硫化物，其他醛類。⑹殺菌和其他作用：①102-105℃，幾分鐘滅菌。②破壞全部E。

21.麥汁煮沸工藝條件及影響因素：①蒸煮強度：每小時蒸發水分的百分率。蒸煮強度=（混合麥汁量—最終麥汁量）/（混合麥汁量*煮沸時間）。一般是8~12%，該強度使蛋白質凝固、結塊大、效果好。②煮沸時間：常壓1~2小時，多用90分鐘；煮沸時間短，適

合生產淺色啤酒，煮沸時間長，適合生產深色啤酒。煮沸時間長，蛋白質凝固越多，還原性物質生成越多，酒花利用率提高；但超過2h，顏色深，口味粗糙，蛋白質重新分解，α-酸轉變成樹脂，酒花利用率降低。③麥汁的ph：生產上5.2~5.6。

22.酒花的添加：①目的：賦予啤酒爽口的苦味，特有的香味，防腐能力提高啤酒的非生物穩定性。②原則：添加劑，先苦后香，先陳后新。（填空）方法：分次分量添加。分三次，第一次，初沸5~15分鐘，添加5~10%，作用：防止起沫，用單寧沉淀蛋白質。第二次，25~45分鐘，加55~60%，作用：促進a酸的異構化。第三次，結束前5~10分鐘，加30-40%，作用：酒花油賦予啤酒香味。

23.麥汁的澄清冷卻目的要求：①降低麥汁的溫度，適合發酵要求。②麥汁吸收一定量氧，促進酵母繁殖。③析出和分離麥汁中的冷熱凝固物，改善發酵條件，提高質量。要求：冷熱過程溫度恒定無菌。

24.影響冷凝固析出的因素：①蛋白質含量低或蛋白質溶解度低的麥芽析出的冷凝固物。②利用谷類原料作輔料析出少。③粗麥芽粉比細麥芽粉析出少。④糖化醪濃度稀析出少。⑤酒花添加量少，煮沸強度低析出少。⑥冷卻溫度越低洗出越多。

影響熱凝固物形成的因素：1.麥芽質量好，生成熱凝固物少2.大麥中蛋白質含量低，生成熱凝固物少3.酒花添加量少，生成熱凝固物少4.煮沸強度低，析出熱凝固物少5.PH低，熱凝固物析出少6.麥汁濃度升高，粘度升高，熱凝固物析出少

25.麥汁吸氧：①物質氧化吸氧：在高溫下，麥汁的還原性物質與氧化合而吸氧，該氧不能被酵母利用。②氧的物理溶解：當麥汁溫度冷卻到40以下時，氧氣會溶解到麥汁中，供酵母繁殖。氧氣在麥汁中的溶解度與麥汁的溫度、濃度成反比。

物質氧化：麥汁高溫吸氧，氧化還原性物質使麥汁顏色加深，澄清時不宜通風，麥汁冷卻到40度以下吸氧是適宜的26.啤酒酵母性質有差異的原因（啤酒酵母的分類與特點）：

⑴上面酵母：啤酒酵母，薩土型酵母，弗羅倍兒酵母。①發酵特點：隨著二氧化碳的產生，酵母會懸浮在液體中，發酵結束時形成一層棕色的奶油狀的泡蓋，雖經長時間靜止，也很少下沉。②原因：上面酵母出芽后新細胞并不是很快的分開，而是相互粘著，形成5-10個細胞的芽簇，發酵產生的二氧化碳被芽簇包圍著，二氧化碳帶有負電荷，上面酵母帶有正電荷，相互吸引，這些均導致酵母芽簇-CO2氣泡團粒比重小于發酵液而漂浮在液面上。③生理特點：細胞呈圓形，易聚集在一起，發酵麥芽三糖的能力比下面酵母快而徹底，發酵溫度10~25℃，真正發酵度60~65%，能發酵1/3棉子糖。⑵下面酵母：薩土型酵母，多特蒙德酵母，卡爾斯伯酵母①發酵特點：發酵過程中酵母懸浮在麥汁中，發酵終了時，酵母凝聚成塊沉淀于容器底部，形成比較緊密的酵母層。②原因：酵母出芽繁殖后很少有粘著的傾向，而且下面酵母和CO2氣泡都帶負電，相互排斥，發酵產生的CO2很快脫離酵母細胞而上升，酵母始終漂浮在液體中，發酵結束時，下面酵母由于自身的凝聚性而使細胞凝聚成塊，酵母比重是1.07-1.10，大于麥芽汁的比重，所以就自然沉降在容器的底部。③生理特點：卵圓形，成對出現，分散，能發酵全部棉子糖，發酵溫度7~10℃，真正發酵度55~60%。

27.凝聚性酵母：⑴旺盛時不凝聚原因：①CO2強烈攪拌，酵母急速運動。②酵母帶相同電荷，排斥大。①CO2少，酵母運動停止。②發酵終了，PK 4.2-4.7,接近Pr等電點，酵母帶電荷趨于0，酵母不排斥，所以凝聚。

28.啤酒酵母的選擇原則：①符合啤酒發酵類型要求。②發酵速度要快，強度要大，周期短，發酵度高。③還原雙乙酰的能力要大，要求釀出的酒味道適口，泡沫穩定。④酵母凝聚性要強，使酒液澄清，便于回收酵母。

影響發酵度的因素（見大筆記折頁）可發酵性糖的變化、含氮物質的變化、PH的變化

29.雙乙酰形成機制：①由α-乙酰乳酸的非E分解反應產生。②活性乙酰+乙酰COA→雙乙酰+輔酶A。

30.影響雙乙酰形成的因素：①酵母菌：不缺乏呼吸作用，凝聚性好，能夠合成纈氨酸來抑制雙乙酰合成。酵母貯存期長，會降低雙乙酰的還原能力。②麥汁成分：麥汁中可同化N和其他營養物質，要豐富，使酵母生命力旺盛，才能還原雙乙酰。③酵母接種量多，雙乙酰形成量高。④發酵溫度高，雙乙酰合成速度加快。⑤溶氧量多，雙乙酰形成也會多。⑥染菌后，雙乙酰形成量多。

31.降低啤酒中雙乙酰含量的措施：①提高麥汁中α—氨基N的含量。②加速α-乙酰乳酸的分解速度，α-乙酰乳酸分解速度《雙乙酰還原速度。方法：a.提高發酵溫度、b.通風攪拌（加CO2），前者速度比后者增加快c.降低麥汁PH至4.2-4.4。③利用酵母來還原雙乙酰，主酵結束時保留一定量酵母細胞。④利用CO2洗滌，排除雙乙酰。

33.主發酵期現象：①酵母繁殖期：接種后15~20h。特點：麥汁添加15~20h，池四周開始出現泡沫，直至覆蓋整個液面，這是發酵開始，糖度下降，溫度升高，移到發酵池。②起泡期：換槽4~5h后特點：麥汁表面出現更多泡沫，逐漸涌向中間，泡沫潔白細膩，厚而緊密，呈菜花狀，吹開液面，可以看到無數氣泡上升，并將析出物帶出液面。每天升溫05~0.8.每天耗糖0.3~0.5.維持2到三天不需要人工降溫。③高泡期：發酵三天后，特點：泡沫增高，形成卷狀隆起，泡沫厚度25~30cm，顏色因酒花樹脂，蛋白質單寧氧化物析出而成棕黃色。耗糖每天1.5，最高發酵溫度9~10，維持2~3天，人工降溫。④落泡期：發酵五天后，特點：發酵力減弱，CO2減少，泡沫回縮，顏色變為棕褐色。耗糖0.5~0.8每天，溫度下降0.5每天，維持兩天。⑤泡蓋形成期：七到八天之后特點：泡沫回縮，液面形成褐色的帶有苦味的泡蓋，厚2~4cm。耗糖0.2~0.4，需急劇降溫。主發酵后要回收酵母：急劇降溫，使酵母沉降。

34.為什么麥芽不需要糊化，輔料淀粉需要糊化：大麥在發芽形成麥芽過程中，細胞壁被纖維素酶分解，呈網狀結構，淀粉酶和蛋白酶易于進入胚乳細胞內進行水解反應，而輔料淀粉中淀粉顆粒受植

物組織和細胞壁的保護，不易和淀粉酶接觸，通過糊化，使淀粉吸水膨脹破裂，淀粉由顆粒狀變成糊液，才易于受酶的作用，所以麥芽不需要糊化，輔料淀粉需要糊化。

35酵母添加的條件：低溫保存，時間不超過五天，使用代數《7代 36酵母添加的方法：干加法和濕加法

37酵母回收方法：人工回收：中層留種；離心機回收。

38酵母的保存方法：在0.5-2℃條件下保存，降低酵母代謝能力，保存時間《5天，每天洗滌2-3天。

39發酵過程主要的物質變化：糖減少，含氮物質減少，苦味物質1/3物質會損失，PH下降，色度都降低，CO2增加。

40后發酵的作用：1）嫩啤酒殘留的可發酵性糖繼續被發酵，產生的CO2在密閉容器中不斷溶解在酒里達到過飽和狀態2）后酵初期產生的CO2，排出罐外時，將酒中所含的生酒味物質排出減少酒的不成熟味覺3）在較長的后發酵期中，懸浮的酵母冷凝物含有酒花樹脂在低溫低PH情況下，緩慢沉淀，使酒液澄清，便于過濾4）在較低的除酒溫度下，易形成蛋白質，多酚物質復合物，逐漸析出而先行沉淀，提高啤酒非生物穩定性。

41錐形罐發酵法的特點：1）適合生產各類啤酒，靈活性大2）采用凝聚型的酵母減少了酒損，簡化了酵母回收的排放手續3）罐體外設冷卻夾套，前后發酵在一個罐中進行，縮短了發酵周期4）冷卻夾套設在罐外，改善了勞動條件，節省機電費用，便于實現儀表自動化5）罐密封，可進行CO2洗滌和回收，發酵周期短，一般15-30天。

42啤酒澄清的要求：酒和CO2損失少，不吸氧，不污染，不影響酒的風味，產量大，質量高。43啤酒澄清的方法：過濾；離心

44啤酒包裝殺菌的目的：保證啤酒的生物穩定性，有利于啤酒的長期儲存。殺菌要求：在最低殺菌溫度和最短殺菌時間內殺滅可能存在的生物污染。（填空）

1.蒸煮過程中的物質變化：蛋白質增加溫度升高 CH3OH少量增加。

2.淀粉不需要糖化，原料經蒸煮冷卻直接用于培養霉菌，產生淀粉酶。

3.蛋白質酶作用于細胞之間的蛋白質，使細胞游離，半纖維素酶作用于胚乳細胞壁，使之變為網狀結構，淀粉酶，蛋白質進入細胞內，作用于細胞內。

4.常壓蒸餾得不到無水乙醇，減壓蒸餾可以得到無水乙醇。（61頁）22.清蒸法特點：將新投入的原料單獨蒸煮的方法…… 23.混蒸法特點：將原料和香醅混合在一起，在蒸酒的同時也進行蒸料，前期主要是蒸酒，溫度較低（85~95℃），糊化效果并不明顯，后期把醅中的酒蒸出來后主要是蒸料，要加大火力，提高溫度，促進糊化，排出雜質。