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1、發(fā)酵工程FermentationEngineering第二章發(fā)酵工業(yè)菌種本章內(nèi)容一、常用的工業(yè)微生物二、發(fā)酵工業(yè)菌種篩選的原則與基本技術(shù)三、發(fā)酵工業(yè)菌種改良最常用的工業(yè)微生物細菌醋酸桿菌屬制醋工業(yè)的菌種乳酸桿菌枯草桿菌丙酮丁醇梭菌大腸桿菌谷氨酸棒狀桿菌假單胞菌熒光假單胞菌熒光假單胞菌(P.fluorescens)屬于假單胞菌屬rRNAI群熒光DNA同源組，是植物根際最普遍的微生物類群，具有分布廣、數(shù)量多、營養(yǎng)需要簡單、繁殖快、競爭定殖力強的特點。熒光假單胞菌，而且許多菌株能產(chǎn)生幾種活性物質(zhì)，抗多種植物病害。其作用機制
2、包括：抗生素的作用、噬鐵素對鐵的營養(yǎng)競爭、有效的根際定殖等。世界許多國家均有人報道分離到抗植物病害的熒光假單胞菌,而且許多菌株能產(chǎn)生幾種活性物質(zhì),如抗油菜菌核病的菌株。銅綠假單胞菌（綠膿桿菌）谷氨酸發(fā)酵菌種日前用于谷氨酸發(fā)酵的菌種有谷氨酸棒桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、黃色短桿菌、嗜氨小桿菌、球形節(jié)桿菌。我國常使用的生產(chǎn)菌株是北京棒桿菌AS1.299、北京棒桿菌D110、鈍齒棒桿菌A51.542、棒桿菌S-914和黃色短桿菌T6~T13等。在己報道的谷氨酸生產(chǎn)菌中，除芽孢桿菌外，雖然它們在分類學(xué)上屬于不同的屬種，但都有一些共
3、同的特點，如菌體為球形、短稈至棒狀、無鞭毛、不運動、不形成芽孢、呈革蘭氏陽性、需要生物素做生長因子、在通氣條件下培養(yǎng)產(chǎn)生谷氨酸。谷氨酸發(fā)酵機制谷氨酸的生物合成途徑大致是：葡萄糖經(jīng)EMP途徑或HMP途經(jīng)生成丙酮酸→再氧化成乙酰輔酶A→然后進入TCA→再通過乙醛酸循環(huán)、CO2固定作用→生成a-酮戊二酸→谷氨酸脫氫酶的催化及有NH4+存在的條件下生成谷氨酸谷氨酸生產(chǎn)菌能夠在體外積累菌體最大生長需要量300多倍的谷氨酸，研究發(fā)現(xiàn)：大量積累并非是當初設(shè)想的由于特異代謝途徑導(dǎo)致，而是：代謝調(diào)節(jié)控制；細胞膜通透性的特異調(diào)節(jié)；發(fā)酵條
4、件的適合。谷氨酸菌種的定向選育改變細胞膜的通透性：生物素（乙酰CoA羧化酶的輔酶）營養(yǎng)缺陷型株喪失脂肪酸合成酶的油酸缺陷型；喪失a-磷酸甘油酶的甘油缺陷型。選育溫度敏感突變株：例：使用典型的溫度敏感突變株TS-88生產(chǎn)谷氨酸時，通過控制發(fā)酵條件，在生長適當階段將發(fā)酵溫度由30℃提高到40℃，可在生物素含量為33ug/L，含糖3.6%的甜菜糖蜜發(fā)酵培養(yǎng)基中，產(chǎn)生20g/L谷氨酸，對糖轉(zhuǎn)化率>55%。生物素對谷氨酸發(fā)酵的影響生物素作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶——乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的生物合成，進
5、而影響磷脂的合成。當控制生物素在亞適量時，脂肪酸合成就不完全，導(dǎo)致磷脂合成不完全。而細胞膜是由磷脂雙分子層組成的，當磷脂含量減少到正常時的一半左右時，細胞發(fā)生變形，谷氨酸能夠從胞內(nèi)滲出、積累于發(fā)酵液中。如果生物素過量，則發(fā)酵過程菌體大量繁殖，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸，代謝產(chǎn)物中乳酸和琥珀酸明顯增多。生物素亞適量的原因（2ug/L~5ug/L）：當生物素缺乏時，菌種生長十分緩慢；當生物素過量時，則轉(zhuǎn)為乳酸發(fā)酵。在谷氨酸發(fā)酵過程中，影響菌種代謝途徑的因素見下表。第36頁，共69頁防止噬菌體和雜菌的污染谷氨酸生產(chǎn)菌一般都是生物素缺
6、陷型，而在發(fā)酵培養(yǎng)基中又大多是控制生物素亞適量，所以谷氨酸生產(chǎn)菌對噬菌體和雜菌的抵抗能力較弱。最怕污染噬菌體，輕則出現(xiàn)谷氨酸收率低、難提取，重則倒罐，造成很大的經(jīng)濟損失。所以，雜菌和噬菌體的防治工作就顯得特別重要。一定要從空氣過濾、培養(yǎng)基、設(shè)備、環(huán)境等環(huán)節(jié)嚴格把關(guān)。最常用的工業(yè)微生物酵母菌釀酒酵母假絲酵母屬產(chǎn)朊假絲酵母解脂假絲酵母熱帶假絲酵母畢赤酵母屬、漢遜酵母屬：酒精發(fā)酵工業(yè)及釀造工業(yè)的有害菌1、酵母菌形態(tài)：酵母菌是一群單細胞的真核微生物,其形態(tài)因種而異.通常為圓形、卵圓形或橢圓形。也有特殊形態(tài)，如檸檬形、三角形、
7、藕節(jié)狀、臘腸形，假菌絲等。酵母菌假菌絲:酵母菌在一定條件下培養(yǎng)，產(chǎn)生的芽體與母細胞不分離形成的特殊形態(tài)。啤酒酵母的菌落紅酵母的菌落各種酵母菌的菌落酵母菌菌落最常用的工業(yè)微生物霉菌曲霉屬米曲霉黑曲霉青霉屬青霉菌：點青霉、產(chǎn)黃青霉桔青霉根霉屬德氏根霉米根霉、小麥曲根霉紅曲霉屬紫紅曲霉最常用的工業(yè)微生物放線菌鏈霉菌屬小單孢菌屬地中海諾卡氏菌米蘇里游動放線菌未培養(yǎng)微生物定義：指迄今所采用的微生物純培養(yǎng)分離及培養(yǎng)方法還未獲得純培養(yǎng)的微生物，其在自然環(huán)境微生物群落中占有非常高的比例，約為99％。研究方法①模擬自然培養(yǎng)法:原位培養(yǎng)
8、、培養(yǎng)條件優(yōu)化、單細胞操作②宏基因組分析法二、發(fā)酵工業(yè)菌種分離篩選原則與基本技術(shù)（一）發(fā)酵工業(yè)菌種篩選的總趨勢與要求（二）分離篩選原理與技術(shù)（三）應(yīng)用舉例1.菌種選擇的總趨勢野生菌→變異菌自然選育→代謝控制育種誘發(fā)基因突變→基因重組的定向育種純凈健壯產(chǎn)量質(zhì)量穩(wěn)定2易于控制培養(yǎng)條件,周期短3對誘變劑敏感4抗污染力強5原料廉價,生長迅速,目的產(chǎn)物產(chǎn)
