什么是微生物發(fā)酵,？

微生物發(fā)酵亦稱微生物工程，是生物工程的重要組成和基礎,，它利用微生物的作用并通過近代工程技術來實現(xiàn)有用物質向工業(yè)化生產或其他產業(yè)過程轉化的科學技術體系,。

它以微生物學和生物化學及遺傳學的理論為基礎，開發(fā)白然界微生物資源及其所有的潛在功能,，使之應用于生產實踐,。其主要包括原料的處理和有用微生物的篩選和誘變；菌種工業(yè)應用的培養(yǎng)條件的選擇,；代謝的調節(jié)和控制,；生物反應等的研究和設計；發(fā)酵工藝中各種參數(shù)的測試與白控,；產物的分離和提取等,。

微生物發(fā)酵技術與基因工程、細胞工程,、酶工程相互密切結合、相互滲透和相互促進,，是科研成果從實驗室向商業(yè)化轉移的重要課題,。總的來說,，微生物發(fā)酵既是開發(fā)生物資源的關鍵技術,，也是生物技術產業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。

微生物發(fā)酵的工作流程是怎樣的,？

首先要了解微生物發(fā)酵到底是什么,？其實我們見過的蘋果等食物的腐爛也是微生物在發(fā)酵，但是這里我們指的是利用微生物,，在適宜的條件下,，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要產物的過程。那么這個過程主要有哪些步驟呢,？

一,、菌體的培育

1、是菌體自然選育

就是在生產過程中,，不經過人工處理,，利用菌種的自發(fā)突變,，從而選育出優(yōu)良菌種的過程，叫做自然選育,。菌種的自發(fā)突變往往存在兩種可能性：菌種衰退,，生產性能下降;或者是代謝更加旺盛，生產性能提高,。具有實踐經驗和善于觀察的工作人員,，就能利用自發(fā)突變而出現(xiàn)的菌種性狀的變化，選育出優(yōu)良菌種,。例如,，在谷氨酸發(fā)酵過程中，人們從被噬菌體污染的發(fā)酵液中分離出了抗噬菌體的菌種,。又如,，在抗生素發(fā)酵生產中，從某一批次高產的發(fā)酵液取樣進行分離,，往往能夠得到較穩(wěn)定的高產菌株,。但自發(fā)突變的頻率較低，出現(xiàn)優(yōu)良性狀的可能較小,，需堅持相當長的時間才能收到效果,。

2、是菌體誘變育種

誘變育種是指用人工的方法處理微生物,，使它們發(fā)生突變,，再從中篩選出符合要求的突變菌株，供生產和科學實驗用,。誘變育種與其他育種方法相比,，具有操作簡便、速度快和收效大的優(yōu)點,，至今仍是一種重要的,、廣泛應用的微生物育種方法。誘變育種包括出發(fā)菌種選擇,、誘變處理和篩選突變株三個部分,。

二、菌種的選取

菌種經誘變處理后,，會產生各種各樣的突變類型,。如何從中挑選出所需要的突變類型呢?一般要經過初篩和復篩兩個階段。下面以青霉素產生菌高產突變菌種的篩選為例說明,。將經誘變處理的菌液按一定濃度稀釋后,，涂布在平板培養(yǎng)基上。培養(yǎng)后,，將單個菌落挑到斜面培養(yǎng)基上,，經培養(yǎng)后,，再將斜面上的菌落逐個接種到搖瓶中，振蕩培養(yǎng)后測它們的抗生素效價,。這就是初篩,。初篩中所得到的超過對照效價10%以上的菌種，再進行復篩,。復篩的過程與初篩基本相同,，不同的是一般將斜面上的單個菌落接種到三個搖瓶中，得出平均效價,。復篩可進行1～3次,。由此篩選出的高產穩(wěn)定菌種還要經過小型甚至中型試驗，才能用到發(fā)酵生產中,。

三,、培養(yǎng)基的配置

(1)原料：碳源，氮源,，生長因子,，無機鹽和水。

(2)原則：目的要明確,，營養(yǎng)要協(xié)調,，PH要適宜。

四,、滅菌

發(fā)酵過程中不能有雜菌污染,不僅要對培養(yǎng)基進行滅菌,還要對發(fā)酵裝置進行滅菌,通入的空氣也要進行滅菌.滅菌不僅要殺死雜菌細胞,還要殺死芽孢和孢子,。

五、擴大培養(yǎng)和接種

擴大培養(yǎng)可以縮短微生物生長的調整期,。

六,、微生物發(fā)酵過程

是發(fā)酵的中心階段。 關鍵是控制發(fā)酵的條件,，如溫度，pH,，溶氧,，通氣量與轉速等。原因是環(huán)境條件的變化,，不僅會影響菌種的生長繁殖,，還會影響菌種代謝產物的形成。影響發(fā)酵過程的因素 影響發(fā)酵過程的因素主要有以下幾個方面,。

1,、溫度控制

溫度對微生物的影響是多方面的。首先,，溫度影響酶的活性,。在溫度范圍內,，隨著溫度的升高，菌體生長和代謝加快,，發(fā)酵反應的速率加快,。當超過溫度范圍以后，隨著溫度的升高,，酶很快失活,，菌體衰老，發(fā)酵周期縮短,，產量降低,。溫度也能影響生物合成的途徑。例如,，金色鏈霉菌在30 ℃以下時,，合成金霉素的能力較強，但當溫度超過35 ℃時,，則只合成四環(huán)素而不合成金霉素,。此外，溫度還會影響發(fā)酵液的物理性質,，以及菌種對營養(yǎng)物質的分解吸收等,。因此，要保證正常的發(fā)酵過程,，就需維持溫度,。但菌體生長和產物合成所需的溫度不一定相同。如灰色鏈霉菌的生長溫度是37 ℃,，但產生抗生素的溫度是28 ℃,。通常，必須通過實驗來確定不同菌種各發(fā)酵階段的溫度,，采取分段控制,。

2、適宜的pH值

pH能夠影響酶的活性,，以及細胞膜的帶電荷狀況,。細胞膜的帶電荷狀況如果發(fā)生變化，膜的透性也會改變,，從而有可能影響微生物對營養(yǎng)物質的吸收及代謝產物的分泌,。此外，pH還會影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質的分解等,。因此,，應控制發(fā)酵液的pH。但不同菌種生長階段和合成產物階段的pH往往不同,，需要分別加以控制,。在發(fā)酵過程中,，隨著菌體對營養(yǎng)物質的利用和代謝產物的積累，發(fā)酵液的pH必然會發(fā)生變化,。如當尿素被分解時,，發(fā)酵液中的NH+4濃度就會上升，pH也隨之上升,。在工業(yè)生產上,，常采用在發(fā)酵液中添加維持pH的緩沖系統(tǒng)，或通過中間補加氨水,、尿素,、碳酸銨或碳酸鈣來控制pH。目前,，國內已研制出檢測發(fā)酵過程的pH電極,，用于連續(xù)測定和記錄pH變化，并由pH控制器調節(jié)酸,、堿的加入量,。

3、溶解氧

氧的供應對需氧發(fā)酵來說,，是一個關鍵因素,。從葡萄糖氧化的需氧量來看，1 mol的葡萄糖氧化分解,，需6 mol的氧;當糖用于合成代謝產物時,，1 mol葡萄糖約需1.9 mol的氧。因此,，好氧型微生物對氧的需要量是很大的,，但在發(fā)酵過程中菌種只能利用發(fā)酵液中的溶解氧，然而氧很難溶于水,。在101.32 kPa,、25 ℃時，氧在水中的溶解度為0.26 mmol/L,。在同樣條件下,，氧在發(fā)酵液中的溶解度僅為0.20 mmol/L，而且隨著溫度的升高,，溶解度還會下降。因此,，必須向發(fā)酵液中連續(xù)補充大量的氧,，并要不斷地進行攪拌，這樣可以提高氧在發(fā)酵液中的溶解度,。

4,、泡沫

在發(fā)酵過程中,，通氣攪拌、微生物的代謝過程及培養(yǎng)基中某些成分的分解等,，都有可能產生泡沫,。發(fā)酵過程中產生一定數(shù)量的泡沫是正常現(xiàn)象,，但過多的持久性泡沫對發(fā)酵是不利的,。因為泡沫會占據發(fā)酵罐的容積，影響通氣和攪拌的正常進行,，甚至導致代謝異常,，因而必須消除泡沫。常用的消泡沫措施有兩類：一類是安裝消泡沫擋板,，通過強烈的機械振蕩;另一類是使用消泡沫劑 營養(yǎng)物質的濃度 發(fā)酵液中各種營養(yǎng)物質的濃度,，特別是碳氮比、無機鹽和維生素的濃度,，會直接影響菌體的生長和代謝產物的積累,。如在谷氨酸發(fā)酵中，NH+4濃度的變化,，會影響代謝途徑(見谷氨酸發(fā)酵),。因此，在發(fā)酵過程中,，也應根據具體情況進行控制,。 以制造谷氨酸為例，發(fā)酵在發(fā)酵過程中,，氧,、溫度、pH和磷酸鹽等的調節(jié)和控制如下：

①氧,。谷氨酸產生菌是好氧菌,，通風和攪拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用率，而且會影響發(fā)酵周期和谷氨酸的合成量,。尤其是在發(fā)酵后期,，加大通氣量有利于谷氨酸的合成。

②溫度,。菌種生長的溫度為30～32 ℃,。當菌體生長到穩(wěn)定期，適當提高溫度有利于產酸,，因此,，在發(fā)酵后期，可將溫度提高到34～37 ℃。

③pH,。谷氨酸產生菌發(fā)酵的pH在7.0～8.0,。但在發(fā)酵過程中，隨著營養(yǎng)物質的利用,，代謝產物的積累,，培養(yǎng)液的pH會不斷變化。如隨著氮源的利用,，放出氨,，pH會上升;當糖被利用生成有機酸時，pH會下降,。

④磷酸鹽,。它是谷氨酸發(fā)酵過程中必需的，但濃度不能過高,，否則會轉向纈氨酸發(fā)酵,。發(fā)酵結束后，常用離子交換樹脂法等進行提取,。

七,、分離提純

代謝產物：可采用蒸餾，萃取,，離子交換等方法提取,。

菌體自身：可采用過濾，沉淀等方法從培養(yǎng)液中分離出來,。

八,、應用范圍

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

⑴醫(yī)藥工業(yè),，

⑵食品工業(yè),，

⑶能源工業(yè)，

⑷化學工業(yè),，

⑸農業(yè)：改造植物基因;生物固氮;工程殺蟲菌生物農藥;微生物養(yǎng)料,。

⑹環(huán)境保護等方面。但微生物發(fā)酵的過程一定要注意不能被感染,，一旦感染其他的菌種,，將不能培育成我們所需要的產品。

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