页数：62页文件大小：43.19 MB来源： 发酵工艺学ppt课件
本课件为发酵工艺学绪论，沿生物技术概念界定与五大工程关系主线展开，厘清发酵与发酵工程的定义与工艺流程，并回顾生物工艺学发展简史与微生物发酵的应用范围。
生物工艺原理课程封面：生物工艺原理
生物工程原理：生物工程原理
参考教材与专著：１References1俞俊棠编．《生物工艺学》，华东理工大学出版社，19982宋思扬等编．《生物技术概论》,科学技术出版社,20003 熊宗贵．《发酵工艺原理》,中国医药科学技术出版社,2000年1 月4 梅乐和．《生化生产工艺学》，科学出版社，2001５李艳编著．《发酵概论》，轻工出版社，1999６瞿礼嘉．《现代生物技术导论》,高等教育出版社，1998７[日]木下祝郎著,徐亲民译．《发酵工业》,轻工出版社,19858（美）Lansing M. Prescott John P. Harlep Donald《微生物学》高等教育出版社
绪论：1 绪论生物技术也叫生物工程(biotechnology),是带动２１世纪经济发展的关键技术之一，它在化工、医药卫生、农林牧渔、轻工食品、能源和环境等领域都将发挥重要作用。
它促进了传统产业的改造和新兴产业的形成，将对人类社会产生深远的影响。
生物技术的社会影响：生物技术的渊源可以追溯到公元前的酿造技术。在世界各国普遍重视高科技发展的今天，生物技术对经济建设和社会进步的深远影响，已越来越被人们认识。
有关部门领导在思考着如何用生物技术去振兴部门、地区或国家的经济；
工农业、企事业单位在估量着如何用生物技术去调整产业结构，提高产品质量与企业效益；
科技人员在探索着如何从生物机能中获得发展生物技术的启发，又如何将生物技术的研究成果转化为生产力；
社会公众在关注着生物技术可能给全社会同时带来的福利、问题和灾难。
生物技术的学科特点：但是，应该承认生物技术又是一种较难准确掌握的知识。
因为生物技术所涉及的学科和行业实在太多。它是一个高度跨学科与跨行业的领域。
从不同的学科和行业去理解生物技术时，总难免带有不同侧重点。
所以强调准确理解生物技术就显得十分必要。
生物工程的概念与内容
基因工程
五大工程关系图
三、五项工程关系
基因工程的概念与应用
基因工程概念、特点、应用
工程菌生产胰岛素流程：DNA人体细胞DNA质粒细菌细胞控制产生胰岛素的基因片段限制酶限制酶胰岛素利用生物工程获得胰岛素12
酶工程的概念与特点：三、酶工程概念、特点⒈酶工程的概念：•酶工程是指在一定的生物容器中，利用酶的生物催化作用，生产出人类所需要产品的技术。
⒉酶工程的特点：酶具有高效性、专一性、多样性和使用条件温和性等特点，因此利用酶生产人类所需产品种类多，能耗低，转化率高，产品纯度高，产生的污染物少。
酶制剂的生产与应用：酶的生产、提取和分离纯化•酶工程的内容制成酶制剂直接利用制成固定化酶后利用用于治疗疾病用于加工和生产一些产品用于化验诊断和水质监控用于生物工程其他分支领域酶制剂生产酶制剂的应用应用糖尿试纸葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶，无色化合物固定化酶膜，变化器酶传感器
发酵工程的概念
什么是发酵
•二、什么是发酵
发酵的本质：•发酵是生命体进行的生物化学反应或变化，是多种多样的生物化学反应根据生命体所固有的遗传信息，在复杂而精细的调节下进行的一系列动态反应集合。
发酵工程的工艺流程：发酵工程的内容1菌种的选育基因工程细胞工程诱变育种2配置培养基和灭菌3扩大培养和接种4发酵过程5发酵产物的分离和提取PH溶氧温度搅拌
培养基配制原则与灭菌：配置培养基原则及灭菌2营养物质协调：碳源、氮源、无机盐水、生长因子3PH值适宜1目的明确：自养或是异养灭除一切杂菌：如孢子、芽孢等
微生物生长曲线四期：调整期：体积增大，合成微生物所需要的各种酶、ATP及细胞组成成分（初级代谢产物）对数期：细胞数目以等比数列的形式增加，获得菌种稳定期：微生物数量最多，获得次级代谢产物的时期衰亡期：细胞出现畸形，多种形态，开始裂解死亡，释放代谢产物微生物的生长
细胞工程的概念与类型
细胞拆合与细胞培养：•⑴细胞拆合技术也称为细胞核（包括细胞器）移植技术，是将细胞核和细胞质用某种方法拆开，然后再把分离的不同细胞的细胞核和胞质体重新组合成一个新细胞。
细胞工程的类型•⑶细胞培养技术是将生物体内的某一组织分散成单个细胞，接种在人工配制的培养基上，然后在适当的条件下（如一定的光照、温度和pH值等）进行培养技术。
由于单个细胞的培养难度大一些，目前多采用组织培养技术。
如通过植物胚胎或器官（根尖、茎尖、花药等）的离体培养，生成新植株（试管苗）。
从而快速、大量繁殖一些有价值的植物。
单克隆抗体与组织培养
试管婴儿与克隆动物：细胞工程的应用•３、试管婴儿是指将精子和卵子从人体内取出来，在人工提供的生活条件下（通常是试管内）进行受精，并让其发育到一定的阶段形成早期胚胎，再将其移植到“代理母亲”的子宫内继续发育，直至诞生。
４、克隆动物克隆即无性繁殖系，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的ＤＮＡ分子、细胞或个体。
克隆动物一般是指通过无性繁殖形成动物后代。如1997年英国生物学家首次用成年羊的（乳腺细胞）体细胞，成功地克隆出一只小母羊“多莉”。（如下图）
多莉羊培育过程：多莉羊的培育过程1、谁是“多莉”的母亲？2、“多莉羊”是雄还是雌？
3、是否符合孟德尔遗传？问题卵细胞C母绵羊子宫Ａ母绵羊Ｂ母绵羊乳腺细胞细胞质细胞核细胞核移植胚胎移植早期胚胎多莉羊分娩卵裂融合后的卵细胞细胞拆合技术妊娠
五大工程关系总览
三、五项工程关系
生物反应过程分类：1.3 一般生物反应过程生物反应过程的实质是利用生物催化剂从事生物产品的生产过程。
酶（enzyme）游离酶/固定化酶---酶反应过程生物催化剂细胞（cell）固定化细胞/游离细胞--发酵过程动、植物细胞（组织）培养过程污水生化处理过程生物反应过程从天然物质(biomass)中提取有效成分
生物反应过程四部分：一般生物反应过程可分为四个部分：１发酵原料的预处理：淀粉类物质微生物都不能直接利用，通常需要将它们进行粉碎、蒸煮、水解成葡萄糖以供给微生物利用。
还可以利用废糖蜜、工农业的下脚料。２发酵过程的准备：发酵前必须进行种子制备与无菌消毒。
没有目标微生物以外的微生物存在，这是发酵成功与否的关键，对于好氧性发酵，还需要通入无菌空气。
生物反应器与反应条件：３生物反应器及反应条件的选择微生物不同，其代谢规律不同厌氧发酵（静置发酵）好氧发酵（需要氧气）。
产物的分离与纯化：４产品的分离与纯化（下游技术)分离与纯化是从发酵液中制取符合质量指标的制品。
发酵液进行过滤、离心以除去固体杂质，然后采用吸附法、溶煤萃取法、离子交换法、沉淀法或蒸馏法等，对发酵液中的产品进行进一步的提炼，以得到符合要求的目标产品
传统生物技术的追溯：1.4 生物工艺学发展简史1.4.1传统生物技术的追溯在石器时代后期，我国人民利用谷物酿酒，明代广泛种植痘苗预防天花，有疫苗（vaccine).公元前6000年，西方就已开始酿啤酒(beer)。
公元前4000年埃及人开始制面包(bread)。在公元前221年（周代后期），作豆腐(bean curd)、酱(sauce)和醋(vinegar)，另外还有泡菜(pickled vegetables)、奶酒(milk liquor)、干酪(cheese)等制作以及面团发酵(dough fermentation )、粪便(excrement and urine)和秸杆(straw)的沤制等。
发酵工业的六个阶段
发酵工业的沿革
国内外生物工艺现状
1.2 国内外生物工艺发展的现状
发酵工业沿革概览
发酵工业的沿革
第一代生物技术产品：第一代（初期）生物技术产品的出现1680年，荷兰人吕霍克（leeuwenhoek）制成显微镜，首先观察到了微生物(Microbe)。
19世纪60年代，法国科学家巴斯德L.Pasteur首先证实酒精发酵是由酵母菌引起的，1897年，德国的毕希纳（Buchner）进一步发现磨碎了酵母仍能使糖发酵而形成酒精，并将此具有发酵能力的物质称为酶。
第一代发酵产品：19世纪末到20世纪20-30年代，不少工业过程陆续出现，这时期的发酵产品有丙酮-丁醇（acetone-butanol）、乳酸（lactic acid）、酒精（alcohol）、面包酵母（bread yeast）、柠檬酸（citric acid）、淀粉酶（amylase）、蛋白酶（proteinase）等。
产品的特点大多是嫌气发酵过程的产物，大多属于初级代谢产物（primary metabolite）。
第二代近代生物技术产品：第二代（近代）生物技术产品近代生物技术产品出现于20世纪40年代。
最初采用表面培养生产，以麸皮为培养基，后发展到深层培养不久其他抗生素如链霉、新霉素相继问世。
很快发展了其他发酵产品，如氨基酸、酶制剂、有机酸。
产品种类多，既有初级产物又有次级产物，还有生物转化，酶反应等。
大多为好气发酵，规模大，技术要求高。
第三代现代生物技术产品：第三代（现代）生物技术产品的挑战这一代生物技术产品的特点是运用了现代生物技术－ＤＮＡ重组技术（recombinant DNA technology）和原生质体融合技术（protoplast fusion）等的成果进行生产的产品。
ＤＮＡ双螺旋结构的发现和在实验室中基因转移的实现，为基因工程启开了通向现实的的大门，而使人们有可能在实验室按人们意志设计出来的新的生命体。
杂交瘤细胞与单克隆抗体：1975年英国的科勒及米尔斯坦发明了杂交瘤技术，fu细胞融合技术，而获得既能在体外培养有能产生单一抗体的杂交细胞---特称杂交瘤细胞，它们的产品是单克隆抗体，可用作临床诊断试剂或生化治疗剂。
这是一大类现代生物技术产品。B淋巴细胞(B-lymph) (hybridoma)原生质体融合杂交瘤细胞MAB骨髓瘤细胞(myeloma)
单克隆抗体的应用：单克隆抗体的应用鉴定微生物病原体：包括细菌性、病毒性、寄生虫性传染病的临床诊断以及食品、环境等可能污染物的病原体检验。
“早早孕诊断试剂盒”：评价内分泌的功能以及妊娠试验。
检测肿瘤相关的蛋白质：通过检测与肿瘤相关的蛋白质，如癌胚抗原、甲胎蛋白等，对肿瘤进行早期诊断以及治疗后的疗效评价。
检测血液中的药物含量：包括检测违禁药物，检测治疗药物如庆大霉素、环孢素等的浓度以确定最佳用药量。
“生物导弹”：将肿瘤治疗药物结合到抗肿瘤的特异单克隆抗体上，制成所谓的“生物导弹”，利用抗体与肿瘤的特特异性结合能力，使药物集中到肿瘤部位，减少药物的副作用。。其他领域的应用：包括动植物病原体的检测：分离某些贵重的生物活性物质等。
固定化酶的应用：1969年，日本首先将固定化酶用于DL-氨基酸的光学拆分。
目前，最广的是用固定化异构酶，生产果葡糖浆(fructose -glucose syrap)和固定化酰化酶(immobilization of acylase)生产6-氨基青霉烷酸(6-amino penicillanic acid)。
固定化酶在临床诊断和治疗上有一定的用途。也可用于生物传感器（biosensor）以测定酶的底物浓度。
基因工程药物的问世：1977年波依耳首先用基因操纵(gene manipulation)手段获得了生长激素抑制因子(growth hormone inhibitor)的克隆。
1978年吉尔勃脱（Gilbert）接着获得了鼠胰岛素（mouse insulin）的克隆。
1982年第一个基因工程产品----利用重组体微生物生产的人胰岛素(human insulin)终于问世了。
用基因工程，以大肠杆菌来表达(E.coli)生产人类胰脏(pancreas)才能分泌的人胰岛素。
基因工程产品投产难点
基因工程的宿主细胞：基因工程的宿主(acceptor)：E．coliB ．subtilisyeast animal cell微生物为宿主而获得的目标产物，虽然氨基酸的顺序是正确的，但常因蛋白质的立体结构有误而不具活性，需要通过重叠后才能获得目标产物。
而动物细胞进行表达时，所获得的目标产物不存在上述缺点。
因此，基因工程的发展推动了动物细胞培养技术的发展。
植物细胞的大规模培养历史早于动物细胞，利用植物细胞培养可以生产某些稀有植物次生代谢产物。
如生物碱（alkaloid）、甾体化合物（steroid）
DNA重组技术产品：DNA重组技术产品干扰素(interferons)胰岛素(insulin)生长激素(growth hormone)疫苗(vaccines)白蛋白(albumin)氨基酸(amino acid)单细胞蛋白(single cell protein)生物杀虫剂(biopestcide)现代生物技术与传统生物技术的不同？
微生物菌体发酵：1.5 微生物发酵及范围1.5.１微生物发酵及范围1.5.１.1 微生物菌体的发酵传统的菌体发酵工业：面包制作酵母菌体蛋白(人类或动物)食品藻类
药用真菌与生物防治剂：新的菌体发酵：１药用真菌（香菇类，冬虫夏草，与天麻共生的密环菌，以及从多孔菌科的茯苓菌获得的名贵中药茯苓和担子菌的灵芝等药用菌）２生物防治剂（如苏云金杆菌，蜡样芽孢杆菌，其细胞中的伴孢晶体可毒杀鳞翅目，双翅目的害虫．丝状真菌的白僵菌，绿僵菌可防止松毛虫菌．特点：细胞的生长与产物的积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定期细胞物质浓度最大，同时也是产量最高的收获时期。
微生物酶发酵：1.5.１.2 微生物酶发酵酶普遍存在于动物、植物和微生物中。
最初都是从动植物组质中提取酶，但目前工业应用的大多来自微生物发酵因为微生物种类多、产酶种类多、生产容易和成本低等特点。
微生物酶制剂有广泛的用途，多用于食品和轻工业中，如淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖，氨基酰化酶用于DL氨基酸等。
酶也用于医药生产和医疗检测中。如胆固醇氧化酶用于检测学清中胆固醇的含量，葡萄糖氧化酶用于检测血中葡萄糖的含量等等。
Sugar enzyme ,amylase，sacchariflyingenzyme，sucrase，cellulase，proteinase, pectinase，lipase，catalase，pharmaceuticals enzyme。。胞内酶endoenzyme 胞外酶exoenzyme(Chinese spirit,rice wine ,soy sauce ,vineger ) qu
初级与次级代谢产物：1.5.１.3微生物代谢产物发酵微生物代谢产物为产品是发酵工业中种类最多,产量最大，也是最重要的部分。
菌体在对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸等，是菌体生长繁殖所必须的。
这些产物叫做初级代谢产物（primary metabolite），受许多调节机制的控制。
许多初级代谢产物在经济上具有相当的重要性，分别形成了各种不同的发酵工业。
在生长的稳定期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子（plant growth factor）等。。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物（secondary metabolite），它也受许多调节机制的控制，如诱导调节、分解代谢物的阻遏和反馈调节等。
次级代谢产物的类型：次级代谢产物其化学结构类型多种多样，据不完全统计多达47类，其中抗生素的结构类型，按相似性来分，也有14类。
由于抗生素不仅具有广泛的抗菌作用，而且还有抗病毒、抗癌和其他生理活性，因而得到了大力发展，已成为发酵工业的重要支柱。
微生物代谢产物的类型：致酸剂、生物碱、氨基酸、动物植物生长促进剂、抗生素、驱虫剂、抗代谢剂、抗氧剂、抗肿瘤剂、辅酶、乳化剂、酶、酶抑制剂、脂肪酸、鲜味增强剂、除草剂、杀虫剂、脂类、核酸、核苷酸、有机酸、药理活性物质、色素、多糖类、蛋白质、溶煤、发酵剂、糖、表面活性剂、维生素。
微生物的生物转化：1.5.１.4微生物的生物转化微生物的生物转化物发酵是利用微生物细胞的一种或多种酶，作用于一些化合物的特定部位（基团），使它转变成结构相类似但具有更大经济价值的化合物的生化反应。
生物转化的最终产物并不是微生物细胞利用营养物质经细胞代谢产生，而是微生物细胞的酶或酶系作用于底物某一特定部位，进行化学反应而形成。
细胞的作用仅仅相当于生物催化剂，反应最显著的特点是特异性强（反应特异性强、结构位置特异性和立体特异性。
能进行生物转化的生物：生长细胞静止的营养细胞孢子干细胞*
干细胞与全能性：干细胞* ：干细胞的“干”，取“主干”的意思。英文是Stem Cell，顾名思义也就是在生命成长和发育中起主要作用的细胞。
干细胞还有能力分化成其它种类的细胞。干细胞分为三类：全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。
全能干细胞分化形成各种多能干细胞，多能干细胞进一步分化形成专能干细胞。
干细胞是人类所有不同种类细胞的前身。受精卵就是一个最初始的干细胞。
它分化出的细胞构成胚胎的各种组织和器官，最终发育成一个完整的人。。因此，科学家们一旦解析了胚胎干细胞分裂的过程，就可以制造不同的细胞，替代病人坏死的细胞，这将为治疗神经系统退化的病症如糖尿病、帕金森综合征带来了希望。。但同时也引来了非议，因为干细胞研究是生物复制，也就是克隆的基础。。干细胞研究的每一个进步，就意味人类向克隆人又走进了一步。
生物转化的典型实例：固定化细胞或固定化酶进行生物转化，可提高转化效率，降低成本。
最古老的生物转化，就是利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。
生物转化还可用于将甘油转化成二羟基丙酮、葡萄糖转化成葡萄糖酸，将山梨醇转化成L-山梨糖等。
此外，微生物转化发酵还包括甾类转化和抗生素的生物转化。
微生物发酵的应用领域
1.5. 2应用
生物生产过程的共性
生产过程的控制与分离
课程的定义内容与任务
1.7 生物工艺原理课的定义、内容和任务
本章重点掌握内容
重点掌握内容
绪论思考题
生物工程包括哪些内容它们的相互关系是怎样的？
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