导图社区 发酵工业微生物菌种制备原理和技术
发酵工程第二章的思维导图，主要内容有一、发酵工业微生物菌种的选育二、工业微生物种子的扩大培养三、种子培养基及其制备等。
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发酵工业微生物菌种制备原理和技术
一、 发酵工业微生物菌种的选育
1. 工业微生物的特点
2. 发酵工业常用微生物菌种及要求
（1） 发酵工业对菌种要求
1||| 能在廉价原料制备的培养基上迅速生长，并生成所需的代谢产物，并产量高
2||| 培养条件易于控制、要求不高、迅速生长
3||| 抗噬菌体和杂菌的能力强
4||| 遗传性状稳定，菌种不易变异退化
5||| 不是病原菌，同时在系统发育上与病原菌无关，不产生任何有害的生物活性质（包括抗生素、激素和毒素，以保证安全
（2） 工业生产常用的微生物菌种（分为可培养和不可培养微生物）
1||| 细菌（自然界分布最广，数量最多）
i. 枯草芽孢杆菌：基因工程菌，需氧，芽孢耐高温需3h才能杀死，生产酶制剂（α-淀粉酶、溶菌酶、蛋白酶）、发酵生产核苷、抗生素、各种多肽
ii. 醋酸杆菌：革兰氏阴性菌，好气，产酸（有机酸、山梨糖、葡萄糖导构酸）
iii. 乳酸杆菌：兼性厌氧，产乳酸（厌氧，包括其他乳酸发酵食品和药用乳酸菌）、乳制品和乳酸菌类益生菌
iv. 棒状杆菌：革兰氏阳性菌，好氧，生产谷氨酸、多种氨基酸、5‘-核苷酸、水杨酸、棒状素，可分解2’4-D除菌剂
v. 双歧杆菌：多形态，短杆状，化能微生物，革兰氏阳性菌，厌氧，37-41℃，从葡萄糖产乳酸、乙酸，生产微生物制剂、含活性双歧杆菌乳制品
vi. 大肠埃希氏菌：革兰氏阴性菌，指示菌：水和微生物学检验，生产氨基酸，产多种菌
vii. 梭状芽孢杆菌：杆状，有芽孢，厌氧，工业生产丙酮丁酸，生产丁酸、己酸，大曲酒生产中给白酒浓香型香味成分（乙酸、己酸、丁酸、乙脂）
2||| 酵母菌(单细胞真核生物，主要分布于含糖较多的酸性环境中，多为腐生，常以单个细胞存在，以发芽形式无形繁殖）
i. 啤酒酵母（酿酒酵母）：糖酵母中最主要的，不能发酵乳糖，生产白酒、饮料、活性干酵母
ii. 卡尔斯伯酵母（卡氏酵母）：全发酵棉子糖，低温生长速度快，生产啤酒（典型下面酵母）、食用/药用/饲料酵母、提取麦角固醇维生素D2
iii. 假丝酵母：液体培养形成浮膜，不分解脂肪（培养基中是否可存在)，生产酵母作人畜可食用蛋白质、石油发酵脱脂生产蛋白
iv. 球拟酵母：球形、卵形、无光泽，生产甘油等多元酸（丁三醇）、烃类产蛋白、柠檬酸
v. 毕赤酵母：甲醇做唯一碳源和能量，为酿造业有害菌
3||| 霉菌（绒毛状、网状或絮状菌丝的真菌，偏酸性环境，以无性孢子和有性孢子繁殖，多用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及淄体激素等)
i. 根霉：制曲酿酒（小曲米酒、甜酒、黄酒），生产酶制剂（淀粉糖化酶、脂肪酶），生产有机酸,生产发酵食品
ii. 毛菌：发酵生产大豆制品、腐乳、毛豆腐，生产酶
iii. 曲霉(黄曲霉有害）：酱油、豆酱、生产抗生素、柠檬酸
iv. 青霉：青霉素、半合成头孢素、抗生素、有机酸
4||| 放线菌（介于细菌和真菌之间的单细胞微生物，菌落呈放射状，有机质微碱性土壤，多为腐生，少数寄生，生产多种抗生素）
i. 链霉菌属：分支，无隔，孢子，生产酶、抗生素（放线菌产生抗生素中，90%由此属产生）
ii. 小单孢菌属：菌丝细，无横隔，孢子，生产氨基糖苷类等多种抗生素（庆大霉素、利福梅素）
iii. 诺卡菌属：菌丝纤细，有横隔，五气丝，生产抗生素，石油脱蜡，污水处理
3. 发酵工业微生物菌种的分离和选育
（1） 微生物菌种的分离
1||| 样品采集：原则上要来源广泛
A. 土壤采样
a. 有机质含量和通风状况
b. 土壤的PH和植被状况
c. 地理条件
d. 季节条件
2||| 富集培养（目的：利用人工环境，使样品微生物成为优势菌）：控制营养成分或生长条件
3||| 纯种分离:【初筛（平板筛选或摇瓶发酵筛选）:定性-粗放;复筛：定量-精确】
4||| 性能鉴定：生产性能鉴定；毒性鉴定；种属鉴定
（2） 选育：经验育种（①和②）和定向育种（③和分子育种）
1||| 自然选育（原理：微生物群体分离）
2||| 诱变育种：化学诱变剂（亚硝基胍）和生物诱变剂
3||| 杂交育种（克服诱变活力下降，扩大诱变范围，改变产品产量和质量）方法：接合；转化；转导；有性生殖
4||| 原生质体融合
5||| 基因工程育种
4. 发酵工业微生物菌种的退化、复壮与保藏
1||| 菌种的衰退
I. 表现
i. 产量下降，代谢产物减少，原料转化
ii. 生长速度缓慢
iii. 产孢子能力变弱
iv. 抗逆性减弱
v. 形成畸形
II. 因素：遗传基因型分离；自发变异（原因:长期保藏，频繁传代）
III. 原因：基因突变（根本原因），连续传代（直接原因）
IV. 防止衰退
i. 控制传代次数，不超过七次，易变异5代
ii. 开启不超过3次
iii. 良好保藏方法：保证菌不死、不衰、保存活性及有典型状态
iv. 合适的营养条件
v. 采用不同细胞进行接种
2||| 菌种的复壮
I. 纯种分离
II. 淘汰已衰退个体
III. 通过寄主体进行复壮
3||| 菌种的保藏（人工创造条件，达到不死、不衰、不污染的休眠状态
I. 斜面低温保藏法（最简单）
II. 矿油保藏法
III. 载体吸附保藏法
IV. 冷冻真空保藏法（最佳之一）
V. 液氮超低温保藏法（最理想）
二、 工业微生物种子的扩大培养
1. 菌种扩大培养的任务：获得发酵活力高、接种量足够高的微生物纯培养物
（1） 扩培的目的：为每次发酵罐投料提供相当数量、代谢旺盛的种子
（2） 概念:扩培、接种龄、接种量
2. 种子制备的过程
（1） 获得优质种子条件——1、菌体的纯种培养物总量适宜，以保证在发酵罐中有适当的接种量；2、微生物菌种的生命力旺盛，接种到发酵罐中后能够迅速生长，有利于缩短延滞期，提高发酵设备的利用率；3、菌种能够保持稳定的生产性能，生理状态稳定；4、无杂菌和噬菌体的污染
3. 发酵工业种子培养
扩培类型和方法：1、根据菌种对氧气的需求分静置培养（双歧、乳酸、丙酮）和通气培养（绝大多数发酵菌种）。2、根据培养性质不同分固体培养（曲、食醋菌种培养）和液体培养（氨基酸、有机酸和核苷酸）
发酵种子扩培过程：摇瓶种子接入种子罐管——二级种子(发酵）——三级种子——四级
4. 影响种子培养的因素和种子质量的控制
（1） 培养基——种子罐培养基较发酵罐培养基CN比要小；种子罐和发酵罐培养基应尽量一致；C源多有利于代谢，N源多有利于生长
（2） 菌种和接种量——接种龄选在对数生长期，适当增加接种量，缩短发酵周期；抗生素最适接种量7-15%，谷氨酸发酵1%，酒精发酵10%
（3） 温度——利用热交换套、排管、蛇管进行温度调节
（4） PH值——高碳源培养基向酸性转移，高氮源培养基想碱性转移；使用酸碱溶液、缓冲液、生理缓冲盐
（5） 通气和搅拌——通气量取决于培养基的溶解氧
（6） 泡沫——化学消泡剂、机器消泡、改进培养基成分
（7） 种子罐级数——减小种子罐级数；简化操作工艺，减少种子罐污染机会
（8） 染菌的控制——消除死角
三、 种子培养基及其制备
1. 菌体组成和细胞外代谢产物
2. 种子培养的培养基选择和配置原则
（1） 浅层培养：三角瓶、茄子瓶、克压瓶、瓷盘/网盘
（2） 深层培养：种子罐、发酵罐、曲池
