导图社区 生物工艺学
本图是生物工艺学知识大纲，内容包括次级代谢物、菌种选育原理和方法、培养基的设计与优化、菌种选择性分离的原理和方法等等，希望对大家有所帮助～
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生 物 工 艺 学
绪论
生物工艺学概论
生物工艺学：应用化学、生物学及工程学的原理，对生物催化剂进行改造与改良，并依靠生物催化剂的作用将物料进行加工转化以提供产品或为社会服务的技术
生物催化剂是指游离的或固定化的酶、单细胞或多细胞生物体的总称。
生物反应过程的类型：发酵工程、酶工程、细胞工程、环境生物工程、生化分离工程
生物反应过程的组成单元
1培养基或底物溶液的制备
２生物催化剂的制备
３生物反应器及反应条件的选择与控制
４产物的分离纯化
次级代谢物
微生物代谢调节的生化本质
酶合成调节和酶活性调节
酶活性的变构调节：变构酶活化型与钝化型之间的转换是通过酶的空间构象改变来实现的，这种改变是酶与小分子效应物相互作用的结果。变构酶两种状态之间的转换，并没有涉及共价键的形成或断开。酶活性的共价修饰调节：有些酶的活化型和钝化型的差别在于有无与酶蛋白共价连接的化学物质。活化型与钝化型之间的转换是共价键的形成或断开的结果，它是由酶催化的。
微生物代调协调机制有
诱导作用：生物细胞与一种化学物质——诱导物相接触的结果大大地增加了异化该物质所需酶的合成速率。诱导作用保证能量和氨基酸不浪费，不把它们用于制造那些无用的酶，而是定向合成异化基质所需的酶
分解代谢物阻遏作用：所有可迅速代谢的碳源其分解代谢物会阻遏异化另一被缓慢利用的碳源所需酶的合成，这一现象称为分解代谢物的阻遏作用
反馈阻遏作用：某代谢途径终点产物的过量积累会阻遏该途径一系列酶的合成
反馈抑制：某代谢途径终点产物的过量积累抑制该途径前面第一步或第二步酶的活性
诱导酶：有些酶只有它们所作用的基质存在于培养基中时才被合成，这类酶称为诱导酶组成型酶：细胞不管生长在什么培养基内，为维持细胞的正常生命活动有些酶总是适量存在，这种类型的酶称组成型酶。
增加细胞通透性的方法和原理
筛选和选育磷脂合成受阻突变株
添加脂肪酸衍生物导致细胞膜通透性增加
添加青霉素导致细胞膜通透性增加
菌种选育的原理和方法
菌种选育的方法：
①常规的经典育种方法：自然选育和诱变育种等方法
②转化、转导、原生质体融合、代谢调控和基因工程育种等定向的
自然选育
自然选育：不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程
自然突变：
指某些生物在没有人工参与的自然条件下所发生的那些突变。
自然突变的原因：多因素低剂量诱变效应和互变异构效应
诱变育种
突变：所谓突变是指由于染色体和基因本身的变化而产生的遗传性状的变异
突变的类型
染色体畸变：指染色体或DNA片断的缺失、易位、逆位、重复等。
基因突变：是指DNA分子结构中的某一部位发生碱基配对或碱基排列顺序的变化
突变的原因
自然突变：是指在没有人工参与的自然条件下所发生的那些突变
诱发突变：是指采用各种物理、化学或生物因素人工诱发的那些突变
抗噬菌体菌株的选育
抗噬菌体菌株选育的几种方法
１．自然突变
２．诱发突变
①敏感菌株先经诱变因素处理，然后将处理过的细胞或孢子液分离在含有高浓度噬菌体的平板培养基上，经诱变后存活的细胞或孢子中，若存在有抗性变异菌株就能在此平板上生长
②还可将敏感菌细胞或孢子经诱变后接入种子培养基，待菌体长浓后加入高浓度的噬菌体继续培养，再加入噬菌体反复感染，使敏感菌被噬菌体所裂解，最后取再生菌体细胞进行平板分离，从中筛选
杂交育种
通过人工杂交，将两个或两个以上的亲本的优良的性状综合到一个个体中，继而从分离的后代群体中通过人工选择、培育和比较鉴定，获得遗传相对稳定，有栽培利用价值的
杂交育种的亲本
原始亲本：经考察选定的准备用来配对杂交的菌株称为原始亲本。原始亲本经诱变使其带上遗传标记即为直接亲本
直接亲本：微生物杂交育种直接用来配对杂交的菌株称为直接亲本
营养缺陷型菌株：是微生物经诱变处理后，由于基因突变，它丧失了合成某种必须物质的能力，在基本培养基上不能生长，需要补加该种必须物质后才能生长。
放线菌的杂交育种
1、异核现象
２、接合现象
３、异核系的形成
４、重组体的形成
霉菌的杂交育种
1、异核体的形成
2杂合双倍体的形成
3、体细胞重组
原生质体融合技术
原生质体：把亲本的细胞壁分别通过酶解作用加以瓦解，使菌体细胞在等渗环境中释放出只有原生质膜包裹着的球状体。
原生质体融合：在等渗条件下将亲本的原生质体混合，由聚乙二醇（PEG）作为助融剂，使它们互相凝集发生细胞融合，接着两亲本的基因组由接触到交换，从而实现遗传重组，在再生细胞的菌落中就有可能获得具有理想性状的重组子。
1融合育种亲株的选择
2细胞培养和预处理
3原生质体的制备
4原生质体融合
5融合子的再生
培养基的设计与优化
培养基的成分及来源
碳源（提供能量、大量中间体和前体，细胞成分和产物的骨架）
用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低级醇，在碳源贫乏时，蛋白质水解产物或氨基酸等也可作为碳源使用
氮源主要用于构成菌体细胞物质，合成各代谢途径所需的酶及含氮代谢产物的合成。
理酸性盐：经微生物生理作用后能形成酸性物质的营养盐称生理酸性盐\碱性盐：经微生物生理作用后能形成碱性物质的营养盐称生理碱性盐
前体
抑制剂
在发酵过程中能抑制某一代谢途径而使某一代谢途径活跃的物质
促进剂
指那些既不是营养物又不是前体但能提高产率的添加剂
培养基的类型及选择
概念：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中并使产物的产量有较大的提高，而其自身的结构并没多大的变化
按用途分类
孢子培养基
是供菌种繁殖孢子的固体培养基，能使菌体迅速生长，产生较多优质孢子，不易引起菌种变异
种子培养基
供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得健状，成为活力强的种子
发酵培养基
供菌种生长、繁殖和合成产物之用，它既要使种子接种后能迅速生长，又要使长好的菌体能迅速合成所需的产物
选用适当的碳氮比
氮源过多，菌体生长过旺，PH偏高，不利于代谢产物的积累；氮源不足，菌体繁殖量少，从而影响产量
碳源过多，菌体生长过快，供氧不足，易造成中间体积累PH降低；碳源不足，易引起菌体衰老和自溶。碳氮比不当会影响菌体按比例地吸收营养物质，直接影响菌体生长和产物形成。
菌种选择性分离的原理和方法
生物物质产生菌的筛选
分离是指获得纯的或共生的混合培养物，其目的是将目标菌种与分离源中混杂的其它菌种分开
筛选就是鉴别能产生所需产物或具有某种特定生化反应的目标菌
微生物选择性分离的原理和方法
1含微生物材料的选择
2分离源材料的预处理；
3菌种的选择性分离；
选择性分离的方法步骤：
4.菌种的选择性培养；
重要工业微生物的分离
富集培养：
通过配置选择培养基，选择一定的培养条件来控制杂菌生长，而使目的菌培养起来且占生长优势
分批富集培养
采用分批培养的方法把富集培养物分次移接到新鲜的同一种培养基并保持相同的培养条件以维持选择压力的培养方法
连续富集培养
采用连续培养的方法，通过改变限制性基质浓度可控制不同菌株的比生长速率来富集所需菌种的技术。
种子扩大培养
种子扩大培养：是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量纯种的过程。
种子制备工艺
种子制备的工艺流程
实验室种子制备阶段：包括试管斜面活化培养，固体培养基扩大培养或摇瓶液体培养
（2）生产车间种子制备阶段：种子罐扩大培养
种子罐的级数是指利用种子罐制备种子需逐级扩大培养的次数。
接种龄：
接种龄是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐的培养时间
接种量
接种量是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
种子质量控制
种子质量的控制措施
种子质量的最终指标是考察其在发酵罐中所表现出来的生产能力。
首先必须保证生产菌种的稳定性。
其次是提供种子培养的适宜环境。
再次是保证无杂菌侵入，以获得优良种子
（一）菌种稳定性的检查
取少许保藏菌种于无菌生理盐水中，经逐级稀释、涂布分离培养，挑出形态整齐、孢子丰满的菌落进行发酵试验，测定其生产能力，挑取生产能力不低于原有生产能力的菌种备用
（二）无菌检查
在种子液制备过程中，每步移种前均需进行杂菌检查。
通常方法有：
A、种子液显微镜观察，
B、培养基接入种子液进行无菌培养试验是判断杂菌的主要依据
C、种子液生化分析。
1、种子液无菌培养试验
无菌培养试验是将种子液涂于培养皿平板培养基培养，斜面培养基培养和酚红肉汤培养基培养观察
平板培养基表面有无异常菌落
观察酚红肉汤是否变黄色及镜检鉴别是否有杂菌
2、种子液生化分析
种子液培养过程中取样测定营养基质消耗速率、pH变化、溶氧利用、色泽、气味等是否异常
发酵工艺控制
分批发酵：是指在一封闭培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式.补料分批发酵：又称半连续发酵或半连续培养，指在分批培养过程中，间遏或连续地补加新鲜培养基的培养方法
连续发酵或连续培养：也称连续流动培养，既培养基料液连续输入发酵罐，同时连续排出含有产品的发酵液
生长关联型： qp=Yp/x ●μ对于生长关联型，产物形成比速率与菌体比生长速率呈正比关系
非生长关联型： dP/dt=βX对于非生长关联型，产物合成速率与菌体生长速率无关，而与菌体浓度呈正比关系
临界氧浓度：指不影响菌的呼吸或产物合成所允许的最低氧浓度。
