微生物發(fā)酵過程根據(jù)發(fā)酵條件要求分為好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵。好氧發(fā)酵法有液體表面培養(yǎng)發(fā)酵、在多孔或顆粒狀固體培養(yǎng)基表面上發(fā)酵和通氧深層發(fā)酵幾種方法。厭氧發(fā)酵采用不通氧的深層發(fā)酵。因此，無論好氧與厭氧發(fā)酵都可以通過深層培養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)，這種培養(yǎng)均在具有一定徑高比的圓柱形發(fā)酵罐內(nèi)完成，就其操作方法可分為以下幾種。

分批式操作：底物一次裝入罐內(nèi)，在適宜條件下接種進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過一定時(shí)間后，將全部反應(yīng)物取出。

半分批式操作：也稱流加式操作。是指先將一定量底物裝入罐內(nèi)，在適宜條件下接種使反應(yīng)開始。反應(yīng)過程中，將特定的限制性底物送入反應(yīng)器，以控制罐內(nèi)限制性底物濃度在一定范圍，反應(yīng)終止將全部反應(yīng)物取出。

反復(fù)分批式操作：分批操作完成后取出部分反應(yīng)系，剩余部分重新加入底物，再按分批式操作進(jìn)行。

反復(fù)半分批式操作：流加操作完成后，取出部分反應(yīng)系，剩余部分重新加入一定量底物，再按流加式操作進(jìn)行。

連續(xù)式操作：反應(yīng)開始后，一方面把底物連續(xù)地供給到反應(yīng)器中，同時(shí)又把反應(yīng)液連續(xù)不斷地取出，使反應(yīng)過程處于穩(wěn)定狀態(tài)，反應(yīng)條件不隨時(shí)間變化。 [3]

分批發(fā)酵法(batch fermentation)

分批發(fā)酵又稱分批培養(yǎng)，發(fā)酵工業(yè)中常見的分批發(fā)酵方法是采用單罐深層分批發(fā)酵法。每一個(gè)分批發(fā)酵過程都經(jīng)歷接種、生長繁殖、菌體衰老進(jìn)而結(jié)束發(fā)酵，最終提取出產(chǎn)物。這一過程在某些培養(yǎng)液的條件支配下，微生物經(jīng)歷著由生到死的一系列變化階段，在各個(gè)變化的進(jìn)程中都受到菌體本身特性的制約，也受周圍環(huán)境的影響。只有正確認(rèn)識和掌握這一系列變化過程，才有利于控制發(fā)酵生產(chǎn)。

分批發(fā)酵的特點(diǎn)是：微生物所處的環(huán)境是不斷變化的，可進(jìn)行少量多品種的發(fā)酵生產(chǎn)，發(fā)生雜菌污染能夠很容易終止操作，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)條件發(fā)生變化或需要生產(chǎn)新產(chǎn)品時(shí)，易改變發(fā)酵對策，對原料組成要求較粗放等。

分批培養(yǎng)過程微生物生長可分為：停滯（或調(diào)整）期、對數(shù)（生長）期、穩(wěn)定期和衰亡期四個(gè)階段。研究細(xì)胞的代謝和遺傳宜采用生長最旺盛的對數(shù)期細(xì)胞。在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，使用的種子應(yīng)處于對數(shù)期，把它們接種到發(fā)酵罐新鮮培養(yǎng)基時(shí)，幾乎不出現(xiàn)停滯期，這樣可在短時(shí)間內(nèi)獲得大量生長旺盛的菌體，有利于縮短生產(chǎn)周期。在研究和生產(chǎn)中，常需延長細(xì)胞對數(shù)生長階段。

補(bǔ)料分批發(fā)酵法(fed-batch fermentation)

補(bǔ)料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵或半連續(xù)培養(yǎng)，是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。與傳統(tǒng)分批發(fā)酵相比，其優(yōu)點(diǎn)在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。低基質(zhì)濃度的優(yōu)點(diǎn)為：①可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不致加劇供氧的矛盾；②避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物。

補(bǔ)料分批發(fā)酵廣泛應(yīng)用于抗生素、氨基酸、酶制劑、核苷酸、有機(jī)酸及高聚物等的生產(chǎn)。

連續(xù)發(fā)酵法(continuous fermentation)

連續(xù)發(fā)酵又稱連續(xù)培養(yǎng)，連續(xù)發(fā)酵過程是當(dāng)微生物培養(yǎng)到對數(shù)期時(shí)，在發(fā)酵罐中一方面以一定速度連續(xù)不斷地流加新鮮液體培養(yǎng)基，另一方面又以同樣的速度連續(xù)不斷地將發(fā)酵液排出，使發(fā)酵罐中微生物的生長和代謝活動始終保持旺盛的穩(wěn)定狀態(tài)，而pH值、溫度、營養(yǎng)成分的濃度、溶解氧等都保持一定，并從系統(tǒng)外部予以調(diào)整，使菌體維持在恒定生長速度下進(jìn)行連續(xù)生長和發(fā)酵，這樣就**提高了發(fā)酵的生長效率和設(shè)備利用率。

在開放式連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)中，培養(yǎng)系統(tǒng)中的微生物細(xì)胞隨著發(fā)酵液的流出而一起流出，細(xì)胞流出速度等于新細(xì)胞生成速度。因此在這種情況下，可使細(xì)胞濃度處于某種穩(wěn)定狀態(tài)。另外，最后流出的發(fā)酵液如部分返回(反饋)發(fā)酵罐進(jìn)行重復(fù)使用，則該裝置叫做循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)酵液不重復(fù)使用的裝置叫做不循環(huán)系統(tǒng)。

封閉式連續(xù)發(fā)酵

在封閉式連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)中，運(yùn)用某種方法使細(xì)胞一直保持在生物反應(yīng)器內(nèi)，并使其數(shù)量不斷增加。這種條件下，某些限制因素在生物反應(yīng)器中發(fā)生變化，最后大部分細(xì)胞死亡。因此在這種系統(tǒng)中，不可能維持穩(wěn)定狀態(tài)。封閉式連續(xù)發(fā)酵可以用開放式連續(xù)發(fā)酵設(shè)備加以改裝，只要使用部分菌體重新循環(huán)。另一種方法是采用間隔物或填充物置于設(shè)備內(nèi)，使菌體在上面生長，發(fā)酵液流出時(shí)不帶細(xì)胞或所帶細(xì)胞極少。

透析膜連續(xù)發(fā)酵是一個(gè)新方法，它是采用一種具有微孔的有機(jī)膜將發(fā)酵設(shè)備分隔，這種膜只能通過發(fā)酵產(chǎn)物，而不能通過菌體細(xì)胞。這樣，將培養(yǎng)液連續(xù)流加到發(fā)酵設(shè)備的具有菌體的間隔中，微生物的代謝產(chǎn)物就通過透析膜連續(xù)不斷地從另一間隔流出。在一些發(fā)酵過程中，當(dāng)發(fā)酵液中代謝產(chǎn)物積累到一定程度時(shí)就會抑制它的繼續(xù)積累，而采用透析膜發(fā)酵的方法可使代謝產(chǎn)物不斷透析出去，發(fā)酵液中留下不多，因而可以提高產(chǎn)物得率。 [4]

微生物發(fā)酵生產(chǎn)水平主要取決于菌種本身的遺傳特性和培養(yǎng)條件。發(fā)酵工程的應(yīng)用范圍有：

醫(yī)藥工業(yè)，食品工業(yè)，能源工業(yè)，化學(xué)工業(yè)，農(nóng)業(yè)：改造植物基因；生物固氮；工程殺蟲菌生物農(nóng)藥；微生物飼料。環(huán)境保護(hù)等方面。

酒類

包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用釀酒酵母，在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精生產(chǎn)的。白酒經(jīng)過蒸餾，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加熱后易揮發(fā)物質(zhì)，如各種酯類、其他醇類和少量低碳醛酮類化合物。果酒和啤酒是非蒸餾酒，發(fā)酵時(shí)酵母將果汁中或發(fā)酵液中的葡萄糖，轉(zhuǎn)化為酒精，而其他營養(yǎng)成分會部分被酵母利用，產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，如氨基酸、維生素等，也會進(jìn)入發(fā)酵的酒液中。因此，果酒和啤酒營養(yǎng)價(jià)值較高。

醋

食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化學(xué)合成的食品級醋酸勾兌的外，其他的則是由醋酸菌在好氧條件下發(fā)酵，將固體發(fā)酵產(chǎn)生的酒精轉(zhuǎn)化為醋酸生產(chǎn)的。由于使用的微生物菌種或曲種的差異，在葡萄糖發(fā)酵過程中會產(chǎn)生乳酸或其他有機(jī)酸，因而使醋有不同的風(fēng)味。

醬油

醬油生產(chǎn)以大豆為主要原料，其他有麥麩、小麥、玉米等，將上述原料經(jīng)粉碎制成固體培養(yǎng)基，在好氧條件下，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉進(jìn)行發(fā)酵。微生物在生長過程中會產(chǎn)生大量的蛋白酶，將培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、調(diào)制成醬油產(chǎn)品。醬油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。

酸奶

牛奶在厭氧條件下，由乳酸菌發(fā)酵，將乳糖分解，并進(jìn)一步發(fā)酵產(chǎn)生乳酸和其他有機(jī)酸，以及一些芳香物質(zhì)和維生素等；同時(shí)蛋白質(zhì)也部分水解。因此，酸奶是營養(yǎng)豐富、易消化，少含乳糖，是適合于有乳糖不適應(yīng)癥者的優(yōu)良食品。

醪糟

又稱酒釀，是大米經(jīng)蒸煮后，接種根霉，在好氧條件下，發(fā)酵生產(chǎn)的含低濃度酒精和不同糖分的食品。根霉在生長時(shí)會產(chǎn)生大量的淀粉酶，將大米中的淀粉水解成葡萄糖，同時(shí)利用部分葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。由于使用的根霉菌種不同，可以生產(chǎn)不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。

面包

面包均是利用活性干酵母（面包酵母）經(jīng)活化后，與面粉混合發(fā)酵，再加入各種添加劑，經(jīng)烤制生產(chǎn)的。面粉發(fā)酵后淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，變得易于消化、營養(yǎng)易于吸收。

糖果、餅干、果凍等添加了紅曲色素，以調(diào)節(jié)色澤；

果汁、餅干、面包、點(diǎn)心、方便面等添加了黃原膠，起懸浮、穩(wěn)定、增稠、改善口感、防止粘牙、延長儲存期等作用；

各類罐頭，包括蔬菜、水果、蘑菇、魚類、肉類、蛋類罐頭，香腸，包裝奶等添加了乳鏈桿菌肽，以保鮮、防腐，保存營養(yǎng)和改善口感等；

各種果汁、啤酒和飲料中均需使用檸檬酸或乳酸作為酸味劑調(diào)節(jié)口味、口感；

飯店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鮮味。

初級代謝產(chǎn)物

微生物通過初級代謝途徑，產(chǎn)生微生物自身生長繁殖所必需的代謝產(chǎn)物。

次級代謝

是微生物在一定的生理階段出現(xiàn)的一種特殊代謝類型，是某些微生物為了避免在代謝過程中某些代謝產(chǎn)物的積累造成的不利作用，而產(chǎn)生的一類利于生存的代謝類型，次級代謝產(chǎn)物通常是在生產(chǎn)后期合成。

濕熱滅菌法

按被滅菌物品的性質(zhì)不同，選擇不同溫度的濕熱蒸汽進(jìn)行滅菌，此法在同一溫度下比干熱殺菌效力大。

連續(xù)滅菌

培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套滅菌設(shè)備連續(xù)的加熱滅菌，冷卻后送入已滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)的滅菌工藝過程，又稱連消。

誘變育種

利用各種誘變劑處理微生物細(xì)胞，提高基因的隨機(jī)突變頻率，擴(kuò)大變異幅度，通過一定的篩選方法，獲取所需要優(yōu)良菌株的過程。

菌種初篩

是從分離得到的大量菌種中將合成目的產(chǎn)物的菌種篩選出來的過程。初篩可分為平板篩選和搖瓶發(fā)酵篩選。

菌種復(fù)篩

對初篩出來的菌種進(jìn)行復(fù)篩，通常采用搖瓶培養(yǎng)法，一般一個(gè)菌株至少要重復(fù)3~5個(gè)瓶，培養(yǎng)后的發(fā)酵液必須采用精確分析方法測定。

自然選育

在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工誘變處理，利用菌種的自發(fā)突變而進(jìn)行菌種篩選的過程。

種子擴(kuò)大培養(yǎng)

是指將保存在沙土管、冷凍干燥管、斜面試管等中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和高質(zhì)量的純種的過程。

巴斯德消毒法

將待消毒的物品在60~62℃加熱30min或在70℃加熱15min，以殺死其中的病原菌和一部分微生物的營養(yǎng)體。

輻射滅菌法

利用高能量的電磁輻射和微粒輻射來殺死微生物。

微生物轉(zhuǎn)化

是指利用微生物代謝過程中的某些酶或酶系將一種化合物轉(zhuǎn)化成含有特殊功能基團(tuán)產(chǎn)物的生物化學(xué)反應(yīng)。

質(zhì)粒

抗生素

是青霉素、鏈霉素、紅霉素和四環(huán)素等一類化學(xué)物質(zhì)的總稱，是生物在其生命過程中產(chǎn)生的能在低濃度下有選擇性地抑制或殺死其他微生物或腫瘤細(xì)胞的有機(jī)物質(zhì)。

連續(xù)發(fā)酵

是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)連續(xù)添加新鮮培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定，微生物在穩(wěn)定狀態(tài)下生長或生產(chǎn)。

菌種活化

保藏在沙土管、冷凍干燥管或斜面中的菌種經(jīng)無菌操作接入適合于孢子發(fā)芽或營養(yǎng)體生長的斜面培養(yǎng)基中，經(jīng)培養(yǎng)成熟后挑選菌落正常的孢子或營養(yǎng)體再一次接入試管斜面，反復(fù)培養(yǎng)幾次。

消沫劑

工業(yè)發(fā)酵中用于消除發(fā)酵中產(chǎn)生的泡沫，防止逃液和染菌，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

空氣分布器

是把無菌空氣引入發(fā)酵罐中并分布均勻的裝置，有單孔管、多孔環(huán)管及多孔分支環(huán)管等幾種。

雜交育種

一般指兩個(gè)基因型不同的菌株通過結(jié)合或原生質(zhì)體融合使遺傳物質(zhì)重新組合，再從中分離和篩選出具有新性狀的菌株。

基因工程育種

是應(yīng)用基因工程手段進(jìn)行的，基因工程師一種DNA體外重組技術(shù)，是在分子水平上，根據(jù)需要，用人工方法取得供體DNA上的基因，在體外重組于載體DNA上，再轉(zhuǎn)移入受體細(xì)胞，使其復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，表達(dá)出供體基因原有的遺傳性狀。

富集培養(yǎng)

由于采集樣品中各種微生物數(shù)量有很大差異，若估計(jì)到要分離的菌種數(shù)量不多時(shí)，就要人為增加分離的概率，增加該菌種的數(shù)量。

原生質(zhì)體融合

用酶法將細(xì)胞膜外側(cè)的細(xì)胞壁除掉，制備成無細(xì)胞壁的球狀細(xì)胞體即原生質(zhì)體，將兩種來源于微生物細(xì)胞A和B的原生質(zhì)體，在融合誘導(dǎo)劑的存在下等量混合起來，可使原生質(zhì)體表面形成電極性，相互之間容易吸引、脫水黏合而形成聚合物，進(jìn)而使原生質(zhì)體收縮變形，緊密接觸處的膜先形成原生質(zhì)橋，逐漸增大而實(shí)現(xiàn)融合。融合的原生質(zhì)體在適當(dāng)條件下可再生出細(xì)胞壁而形成一個(gè)新細(xì)胞。（用脫壁酶處理將微生物細(xì)胞壁除去，制成原生質(zhì)體，再用聚乙二醇促使原生質(zhì)體發(fā)生融合，從而獲得異核體或重組合子。）

生物處理法

就是在發(fā)酵工業(yè)廢渣水中利用各類微生物的新陳代謝功能進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程，使廢水中呈溶解和膠狀的有機(jī)物被降解并轉(zhuǎn)化成為無害的物質(zhì)，廢渣水中的有機(jī)物和一些有毒物質(zhì)（如酚等）不斷被轉(zhuǎn)化分解或吸附沉淀，從而達(dá)到凈化污水、消除公害的目的。

分批補(bǔ)料發(fā)酵

又稱半連續(xù)發(fā)酵，是指在微生物發(fā)酵過程中，間歇式或連續(xù)式補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)技術(shù)。

細(xì)胞融合技術(shù)

是把兩個(gè)親本的細(xì)胞經(jīng)酶法除去細(xì)胞壁得到兩個(gè)球狀原生質(zhì)體或原生質(zhì)體球，然后置于高滲溶液中，通過生物法、化學(xué)法或物理法等誘導(dǎo)融合法，促使兩者互相凝集并發(fā)生細(xì)胞之間的融合，進(jìn)而導(dǎo)致基因重組，獲得新的重組子（菌株）。這種融合又稱為原生質(zhì)體融合。

單細(xì)胞蛋白

工程菌

通過基因工程改造后的菌株稱為“工程菌”。 [1]

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