代谢控制发酵的原理

第一章：微生物代谢

小结：1、能量代谢是生物新陈代谢的核心

2、 化能异养微生物的生物氧化必须经历脱氢、递氢和受氢3个阶段，依据受体的不

同将生物氧化分为三种：呼吸、无氧呼吸和发酵

3、化能自养微生物利用无机氧化获得ATP，产能少，生长得率极低

4、字样微生物通过光和磷酸化获得ATP，包括循环光合酸化、分循环光和磷酸化和紫膜光合磷酸化三种 5、微生物具有固氮作用 复习题：

1、 名词解释：

生物氧化：在生物体内，从代谢物脱下的氢及电子﹐通过一系列酶促反应与氧化合成水

﹐并释放能量的过程。

、

有氧呼吸：微生物在降解底物过程中，将释放出电子传给NAD（P）+FAD或FMN等电子载体，在经电子传递系统传给外源电子受体，以分子氧作为最终电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程

、

无氧呼吸：微生物在降解底物过程中，将释放出电子传给NAD（P）+FAD或FMN等电子载体，在经电子传递系统传给外源电子受体，以氧化型化合物作为最终电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程

发酵：是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 电子传递链（呼吸链）：多种递电

第一章：微生物代谢

小结：1、能量代谢是生物新陈代谢的核心

2、 化能异养微生物的生物氧化必须经历脱氢、递氢和受氢3个阶段，依据受体的不

同将生物氧化分为三种：呼吸、无氧呼吸和发酵

3、化能自养微生物利用无机氧化获得ATP，产能少，生长得率极低

4、字样微生物通过光和磷酸化获得ATP，包括循环光合酸化、分循环光和磷酸化和紫膜光合磷酸化三种 5、微生物具有固氮作用 复习题：

1、 名词解释：

生物氧化：在生物体内，从代谢物脱下的氢及电子﹐通过一系列酶促反应与氧化合成水

﹐并释放能量的过程。

、

有氧呼吸：微生物在降解底物过程中，将释放出电子传给NAD（P）+FAD或FMN等电子载体，在经电子传递系统传给外源电子受体，以分子氧作为最终电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程

、

无氧呼吸：微生物在降解底物过程中，将释放出电子传给NAD（P）+FAD或FMN等电子载体，在经电子传递系统传给外源电子受体，以氧化型化合物作为最终电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程

发酵：是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 电子传递链（呼吸链）：多种递电

限量补充培养法：将经适当稀释的浓缩处理液涂布于含有微量蛋白胨或0.1%完全培养基成分的基本培养基平板上。经培养后，野生型细胞迅速生长成较大菌落，而缺陷型细胞生长缓慢只能形成小菌落。这些小菌落大多数为营养缺陷型，将其转接到完全培养基斜面保存待测。

平衡合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E与G，由于a酶活性远大于酶b ,结果优先合成E。E过量后就会抑制a酶，使代谢转向合成G。G过量后，就会拮抗或逆转E的反馈抑制作用，结果代谢流又合成E，如此循环。

优先合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E与G，由于a酶活性远大于酶b ,结果优先合成E。E过量后就会抑制a酶，使代谢转向合成G。G合成达到一定浓度时就会对c酶产生抑制作用。

转导：利用转导噬菌体为媒介而将供体菌的部分DNA导入受体菌中，从而使受体菌获得部分遗传性状的现象。 反馈阻遏：即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的一系列酶的量调节,所引起的阻遏作用。反馈阻遏是转录水平的调节,产生效应慢。

基本培养基：能满足野生型或原养型菌株的最低营养成分的培养基。

代谢控制发酵：利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为地在DNA分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积

发酵工艺控制——氧对发酵的影响及控制

在好氧深层培养中，氧气的供应往往是发酵能否成功的重要限制因素之一。通气效率的改进可减少空气的使用量，从而减少泡沫的形成和杂菌污染的机会。 一、溶解氧对发酵的影响

溶氧是需氧发酵控制最重要的参数之一。由于氧在水中的溶解度很小，在发酵液中的溶解度亦如此，因此，需要不断通风和搅拌，才能满足不同发酵过程对氧的需求。溶氧的大小对菌体生长和产物的形成及产量都会产生不同的影响。如谷氨酸发酵，供氧不足时，谷氨酸积累就会明显降低，产生大量乳酸和琥珀酸。

需氧发酵并不是溶氧愈大愈好。溶氧高虽然有利于菌体生长和产物合成，但溶氧太大有时反而抑制产物的形成。因为，为避免发酵处于限氧条件下，需要考查每一种发酵产物的临界氧浓度和最适氧浓度，并使发酵过程保持在最适浓度。最适溶氧浓度的大小与菌体和产物合成代谢的特性有关，这是由实验来确定的。根据发酵需氧要求不同可分为三类：第一类有谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等谷氨酸系氨基酸，它们在菌体呼吸充足的条件下，产量才最大，如果供氧不足，氨基酸合成就会受到强烈的抑制，大量积累乳酸和琥珀酸；第二类，包括异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸和天冬氨酸，即天冬氨酸系氨基酸，供氧充足可得最高产量

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栏目主持人：郭文华

1.发酵豆制品中使用的几种微生物

传统发酵豆制品如腐乳、酱油、豆酱、豆豉等具有独特的风味，其风味来源于酿造过程中微生物发生的一系列生化反应。在传统发酵豆制品酿造中，对原料发酵成熟的快慢、成品颜色的浓淡以及味道的鲜美有直接影响的微生物是毛霉、曲霉、根霉、酵母、细菌类等。

（1）毛霉

毛霉是食品工业中的重要微生物。

菌是一类好氧生长的能产生芽孢的革兰阳性的杆状细菌，常用的芽孢杆菌有枯草杆菌和纳豆杆菌，它们分解蛋白质和淀粉的能力强大；在日本，纳豆杆菌多用来制作类似豆豉的发酵调味品纳豆。

2.发酵过程中的生物化学变化

腐乳、酱油、豆酱、豆豉等的发酵是一个综合过程，是各种酶和微生物在一定条件下发挥作用，使原料中的物质进行一系列生物化学变化，其中包括大分子物质的分解和新物质的形成。

（1）蛋白质的分解作用

发酵豆制品酿造主要

毛霉的淀粉酶活力很强，可把淀粉转化为糖，而且还能产生蛋白酶，具有分解大豆蛋白质的能力，多用于制作豆腐乳和豆豉，对营养和风味具有很好的作用。

（2）曲霉

曲霉是发酵豆制品生产中使用的主

是利用微生物分泌的蛋白酶的催化作用，使大豆蛋白质分子逐步降解成多肽和氨基酸。蛋白酶按水解蛋白质的方式可以分为内肽酶和

青贮发酵剂的原理

微生物饲料发酵剂是农业部批准的饲料添加剂，通过改善动物肠道菌群生态平衡而发挥有益作用，以提高动物健康水平、提高抗病能力、提高消化能力的一类产品。是有效解决，疾病泛滥、病菌耐药、免疫能力下降、成活率降低、养殖效益下降的有效手段。是畜牧业可持续发展的动力。

青贮发酵剂作为一种益生素是依据青贮原理，模拟青贮时微生物群的消长演变过程，采用现代生物技术生产的一种青贮专用微生物制剂。由植物乳酸杆菌、乳酸片球菌、细菌生长促进剂及载体等多种成分组成。下面以金宝贝青贮饲料发酵剂为例，以供大家参考学习。 一、青贮饲料营养损失少，一般不超过7%

当青贮发酵剂添加到青贮原料中后，乳酸菌株可快速增殖并主导发酵，加速发酵而产生大量乳酸，使pH值快速下降。青贮这一发酵过程的改善，可有效保证青贮的质量。首先青贮内pH值的快速下降，有助于抑制秸秆中与降解相关的酶的活性，降低淀粉等能量物质的发酵损耗，减少蛋白质的损失。其次，发酵产物的转化，提高了青贮秸秆发酵后干物质的回收率1%~2%左右。换言之，调高了青贮的消化率。第三，pH值的快速下降和最终的低pH值，有助于抑制和降低产生高水平乙酸、丁酸的有害微生物的数量。 二、青贮饲料气味芳香，适口性好，

易读文库

发酵技术中的泡沫的控制

1 泡沫的产生、性质及变化 形成条件：

? 气-液两相共存；

? 表面张力大的物质存在；

发酵过程中泡沫有两种类型：

? 一种是发酵液液面上的泡沫，气相所占的比例特别大，与液体有较明显的界限，如

发酵前期的泡沫；

? 另一种是发酵液中的泡沫，又称流态泡沫(fluid foam)，分散在发酵液中，比较稳定，

与液体之间无明显的界限。

? 实质：气溶胶构成的胶体系统，其分散相是空气和代谢气，连续相是发酵液，泡沫

间隔着一层液膜而被彼此分开不相连通。

泡沫是热力学不稳定体系

热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡过程中自由能变化如下： △G=γ△A

△G——自由能的变化 △A——表面积的变化 γ——比表面能

起泡时，液体表面积增加，△A为正值，因而△G为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一方面，泡沫的气液界面非常大。

例如：半径1cm厚0.001cm的一个气泡，内外两面的气液界面达25cm2；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积只有0.2cm2,相差上百倍。

泡沫破灭、合并的过程中，自由能减小的数值很大。因此泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表面

发酵技术中的补料的控制

补料分批发酵(fed-batch culture，FBC)：

又称半连续培养或半连续发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法，是分批发酵和连续发酵之间的一种过渡培养方式，是一种控制发酵的好方法，现已广泛用于发酵工业。 1 FBC的作用 1） 可以控制抑制性底物的浓度 高浓度营养物抑制微生物生长：

① 基质过浓使渗透压过高，细胞因脱水而死亡；

② 高浓度基质能使微生物细胞热致死(themal death)，如乙醇浓度达10％时，就可使酵母细胞热致死；

③ 有的是因某种或某些基质对代谢关键酶或细胞组分产生抑制作用，如高浓度苯酚(3％～5％)可凝固蛋白；

④ 高浓度基质还会改变菌体的生化代谢而影响生长等。

? 有的基质是合成产物必需的前体物质，浓度过高，就会影响菌体代谢或产生毒性，

使产物产量降低。如苯乙酸、丙醇(或丙酸)分别是青霉素、红霉素的前体物质，浓度过大，就会产生毒性，使抗生素产量减少。

? 有的底物溶解度小，达不到应有的浓度而影响转化率。如甾类化合物转化中，因它

们的溶解度小，使基质的浓度低，造成转化率不高。

? 采用FBC方式，可以控制适

智能控制的发展趋势和应用

学号0000000 姓名 ****** 老师 钟春富

摘要：描述了智能控制产生的历史以及全世界对于智能控制有研究的多个国家在智能控制的研究方向以及研究水平，介绍了智能控制的发展趋势以及智能控制发展面临的问题，详述了智能控制的主要研究方向，说明了智能控制的应用方向以及具体应用，展望了智能控制的发展前景以及对于社会生产和日常生活的积极意义。

关键词：智能控制、模糊控制、神经网控制、专家控制、智能化。

一、智能控制的产生

人类的进化归根结底是智能的进化，而智能反过来又为人类的进步服务。我们学习与研究智能系统、智能机器人和智能控制等，其目的就在于创造和应用智能技术和智能系统，从而为人类进步服务。因此，可以说对智能控制的钟情、期待、开发和应用，是科技发展和人类进步的必然趋势。

在科学技术发展史上，控制科学同其他技术科学一样，它的产生与发展主要由人类的生产发展需求和人类当时的知识水平所决定和限制的。

20世纪以来，特别是第二次世界大战以来，控制科学与技术得到了迅速的发展，由研究单输入单输出被控对象的经典控制理论，发展成了研究多输入多输出被控对象的现代控制理论。1948年，美国著名的控制论创始人维纳(N．Wiener)在他的《控制

发酵过程优化原理复习

1、 发酵过程优化的目标

答：①建立生物反应过程的数量化处理和动力学模型。 ②实现发酵过程优化，以更好地控制发酵过程；

③规避生物技术产业化过程的技术风险，追求其经济效益；

2、发酵过程优化主要涉及的研究内容

答：①细胞生长过程研究，了解微生物从非生物培养基中摄取营养物质的情况和营养物质通过代谢途径转化后的去向，确定不同环境条件下微生物的代谢产物分布；

②根据微生物代谢反应符合质量守恒定律，对微生物反应的化学计量进行研究，简化对发酵过程的质量衡算；

③研究生物反应速率及其影响因素，建立生物反应动力学，这也是是发酵过程优化研究的核心内容。 ④生物反应器工程，包括生物反应器及参数的检测与控制，它们是发酵过程优化最基本的手段。

3、Hasting（1954年）指出生化工程要解决的十大问题是哪些？

答：深层培养、通气、空气除菌、搅拌、结构材料、容器、冷却方式、设备及培养基除菌、过滤、公害。其中通气搅拌与放大是生化工程学科的核心，其中放大是生化工程的焦点。 4、Cooney指出，要实现发酵过程的优化与控制，必须解决好哪些问题？

答：必须解决好5个问题：①生物模型；②传感器技术；③适用于生物过程的最优化技术；④