發(fā)酵工程第一章緒論課件

發(fā)酵工程

FermentationEngineering

課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)時數(shù)：講授32學(xué)時實(shí)驗(yàn)32學(xué)時主講教師：袁洪水(生命科學(xué)學(xué)院制藥工程系)1/12/20231?發(fā)酵工程?課程的內(nèi)容第一章緒論第二章菌種選育理論與技術(shù)(微生物遺傳育種單獨(dú)設(shè)課)第三章培養(yǎng)基第四章滅菌與除菌第五章生產(chǎn)菌種的制備與保藏第六章發(fā)酵過程中的供氧第七章發(fā)酵過程的控制第八章次級代謝產(chǎn)物的生物合成第九章次級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)控第十章抗生素工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)第十一章維生素工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)第十二章氨基酸工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)1/12/20232?發(fā)酵工藝學(xué)?何建勇主編中國醫(yī)藥科技出版社?發(fā)酵工藝原理?熊宗貴主編中國醫(yī)藥科技出版社?發(fā)酵工藝學(xué)?白秀峰主編中國醫(yī)藥科技出版社?微生物工程?曹軍衛(wèi)主編科學(xué)出版社?發(fā)酵工程?李玉英主編中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社?發(fā)酵工程?韋革宏主編科學(xué)技術(shù)出版社?發(fā)酵工程?課程教材及參考書1/12/20233?發(fā)酵工程?學(xué)習(xí)方法要求各章的內(nèi)容有所增加，應(yīng)作好筆記；帶著問題聽課，可以在課上向老師提問題；我只講重點(diǎn)、難點(diǎn)，能看懂的要求自學(xué)；要求掌握的內(nèi)容精講，考試占70%；要求熟悉的內(nèi)容泛講，考試占20%；了解的內(nèi)容只列題目，要求自學(xué)，考試占10%；1/12/20234平時成績：20%〔作業(yè)和小測，輔以點(diǎn)名〕期末考試：50%〔閉卷，不劃范圍，課后思考題即是范圍〕實(shí)驗(yàn)成績：30%?發(fā)酵工程?課程考核方式1/12/20235第一章緒論

第一節(jié)發(fā)酵與發(fā)酵工程的概念一、發(fā)酵的概念二、發(fā)酵工程的概念第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史第三節(jié)發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品的類型一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍第四節(jié)發(fā)酵的根本方法和過程一、廣義發(fā)酵工程組成二、發(fā)酵工程的類型三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程四、發(fā)酵工程的研究內(nèi)容五、發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn)第五節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展趨勢1/12/20236第一節(jié)發(fā)酵和發(fā)酵工程的概念1/12/20237帶著問題來聽課：什么是發(fā)酵？什么是發(fā)酵工程？發(fā)酵工程研究內(nèi)容和發(fā)酵工藝、發(fā)酵原理有何區(qū)別？發(fā)酵工程對我們有什么用？1/12/20238一、發(fā)酵的概念1.發(fā)酵〔fermentation〕的傳統(tǒng)概念拉丁語：Fervere中文：“發(fā)泡〞或“翻涌〞，是指酵母菌作用于果汁或發(fā)芽谷物汁時產(chǎn)生碳酸氣泡并引起翻動的現(xiàn)象。1/12/202392.生理學(xué)和生物化學(xué)意義巴斯德：研究了酒精發(fā)酵的過程，發(fā)泡是由浸出液中的糖降解而產(chǎn)生的CO2所引起的。這個過程是在無氧條件下，糖在酵母菌等生物細(xì)胞的作用下進(jìn)行分解代謝，得到產(chǎn)物酒精和CO2，并向菌體提供能量的過程。生理意義認(rèn)為：發(fā)酵是酵母在無氧條件下的呼吸過程，是“生物獲得能量的一種形式〞。一、發(fā)酵的概念1/12/202310一、發(fā)酵的概念生物化學(xué)家研究了多種微生物的厭氧、需氧發(fā)酵過程，說明：厭氧發(fā)酵是微生物體內(nèi)產(chǎn)生能量的氧化復(fù)原反響，同時也是形成多種代謝產(chǎn)物的生物化學(xué)過程。需氧發(fā)酵時，微生物體內(nèi)進(jìn)行了厭氧發(fā)酵和需氧呼吸兩種生化代謝過程，其氧化復(fù)原反響需要分子氧的參與，同時產(chǎn)生了一系列的微生物代謝產(chǎn)物。生物化學(xué)定義：發(fā)酵是指微生物在無氧條件下以有機(jī)物作為電子受體的氧化復(fù)原產(chǎn)能反響。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出CO2，同時獲得能量；丙酮酸被復(fù)原為乳酸而獲得能量等。1/12/2023113.微生物工業(yè)角度通過微生物的生長和代謝活動，產(chǎn)生和積累人們所需代謝產(chǎn)物的一切微生物培養(yǎng)過程(即生物反響過程)通稱為發(fā)酵。包括：厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等。有氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、維生素、酶制劑等。產(chǎn)品即有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞。一、發(fā)酵的概念1/12/2023124.發(fā)酵的現(xiàn)代概念培養(yǎng)生物細(xì)胞〔除微生物外還有動、植物細(xì)胞〕經(jīng)特定的代謝途徑來產(chǎn)生或轉(zhuǎn)化形成目標(biāo)產(chǎn)物的過程。又包括了：做為發(fā)酵主體除微生物外，還有動、植物細(xì)胞；除天然生物體外，還有人工修飾的生物體。除利用生物細(xì)胞合成產(chǎn)物外，還包括用生物轉(zhuǎn)化生成有用物質(zhì)，或轉(zhuǎn)化毒、害物質(zhì)成無毒、無害物質(zhì)。也把固定化(細(xì)胞或菌)發(fā)酵包含其中。一、發(fā)酵的概念1/12/202313二、發(fā)酵工程的概念1.概念：發(fā)酵工程是指利用微生物的生長繁殖和代謝活動，通過工程技術(shù)手段進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)有用物質(zhì)或進(jìn)行有益活動的理論和工程技術(shù)體系。最初：是微生物學(xué)與工程學(xué)(工程技術(shù))相互滲透、有機(jī)結(jié)合形成的，也稱之為滲透有工程學(xué)的微生物學(xué)，是微生物技術(shù)的工程化開展，又稱為微生物工程。發(fā)酵工程從20世紀(jì)40年代隨著抗生素發(fā)酵工業(yè)的建立而產(chǎn)生和開展起來。發(fā)酵工程技術(shù)體系主要包括：1/12/202314二、發(fā)酵工程的概念微生物菌種選育和保藏；培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌技術(shù)；空氣凈化除菌技術(shù)；菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)；微生物代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)；產(chǎn)品別離純化技術(shù)；發(fā)酵過程中的補(bǔ)料技術(shù)；發(fā)酵過程的參數(shù)檢測、分析與控制技術(shù)?，F(xiàn)代發(fā)酵工程是以天然生物體和人工修飾的生物體為對象，將傳統(tǒng)的發(fā)酵與現(xiàn)代的DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等新技術(shù)結(jié)合并開展起來的生產(chǎn)產(chǎn)品或效勞于人類社會的一種工程技術(shù)，是現(xiàn)代生物工程的重要分支科學(xué)技術(shù)。發(fā)酵工程技術(shù)體系主要包括：1/12/202315二、發(fā)酵工程的概念2.發(fā)酵工藝與發(fā)酵工程、發(fā)酵原理的聯(lián)系和區(qū)別發(fā)酵用于工業(yè)生產(chǎn)，是通過微生物群體的生命活動來加工或制造產(chǎn)品，其對應(yīng)的加工或制造方法與過程被稱為“發(fā)酵工藝〞。——解決產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)路線問題。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，就必須解決實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備和過程控制參數(shù)等的工程學(xué)的問題，即發(fā)酵工程——解決按發(fā)酵工藝進(jìn)行產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的工程學(xué)問題。對于發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)識愈益明朗化，從生物學(xué)的角度審視發(fā)酵工程，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵工程最根本的原理是其生物學(xué)原理，發(fā)酵工程原理必須建立在發(fā)酵工程的生物學(xué)原理的根底上?！鉀Q發(fā)酵過程參數(shù)控制與生物學(xué)特性的內(nèi)在規(guī)律問題。1/12/202316二、發(fā)酵工程的概念3.發(fā)酵工程在生物工程中的地位21世紀(jì)的工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，究竟是一個什么樣的格局？作為工業(yè)生物技術(shù)核心的發(fā)酵工程，在已經(jīng)開始的生物經(jīng)濟(jì)時代，是處于一種什么狀態(tài)？能起何種作用？又面臨那些課題？這是人們所關(guān)注的問題！1/12/202317二、發(fā)酵工程的概念生物工程，是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)的理論和技術(shù)為根底，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其他根底學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體，或依靠生物反響器為人類生產(chǎn)所需產(chǎn)品，或到達(dá)某種目的技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)包含五大工程技術(shù)體系：基因工程：用“剪刀+糨糊〞創(chuàng)造新物種的工程。細(xì)胞工程：微觀水平的嫁接技術(shù)酶工程：讓工廠高效、安靜、美麗如畫的工程。蛋白質(zhì)工程：巧奪天工的修剪和搭建新物質(zhì)技術(shù)。發(fā)酵工程：把微生物或細(xì)胞造就成無數(shù)微型工廠，將神話變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的橋梁。1/12/202318二、發(fā)酵工程的概念基因工程酶工程細(xì)胞工程發(fā)酵工程產(chǎn)物產(chǎn)品微生物或細(xì)胞改進(jìn)或創(chuàng)立生物新品種蛋白質(zhì)工程作為一種應(yīng)用性工程技術(shù)體系，采用了生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)相結(jié)合的方法，依靠微生物生命活動生產(chǎn)人類需要的產(chǎn)品，或保護(hù)人類及其生活環(huán)境。發(fā)酵工程不僅涉及單純的野生型微生物的天然發(fā)酵，而且包括微生物突變株、人工組建的“工程菌〞、動植物細(xì)胞的培養(yǎng)過程等。發(fā)酵工程包括菌種篩選與改造、微生物培養(yǎng)及發(fā)酵過程的優(yōu)化、微生物細(xì)胞機(jī)能的利用等整個生物工藝過程。發(fā)酵工程依靠生物體的生命活動而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，發(fā)酵工程是生物工程的根底和關(guān)鍵技術(shù)，是生物工程的開路先鋒。發(fā)酵工程是生物工程中最接近工業(yè)生產(chǎn)前沿的組成局部，它是生物工程的其他組成局部〔基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程和酶工程〕的科學(xué)技術(shù)成果實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)并取得經(jīng)濟(jì)效益的可靠支柱，是生物工程的核心技術(shù)的用武之地。1/12/202319第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202320一、發(fā)酵本質(zhì)的認(rèn)識發(fā)酵現(xiàn)象是與地球上生命活動同時誕生的，發(fā)酵產(chǎn)物與人類生活的關(guān)系十分密切。人類對發(fā)酵現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)知是近300年的事。1675年荷蘭人呂文虎克創(chuàng)造了顯微鏡，只是用肉眼通過顯微鏡直接觀察到了細(xì)菌和酵母等微生物(時稱微動體)。巴斯德對當(dāng)時的乙醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、葡萄酒釀造、食醋制造等多種發(fā)酵現(xiàn)象進(jìn)行了仔細(xì)的研究，明確提出這些不同類型的發(fā)酵是由形態(tài)上可以區(qū)別的微生物所引起的，即各種微生物在各自的發(fā)酵過程中表現(xiàn)出不同的化學(xué)反響過程。如：釀酒是發(fā)酵，是微生物在起作用；酒變質(zhì)也是發(fā)酵，是另一類微生物在作祟；巴斯德的多項(xiàng)研究結(jié)果證實(shí)了微生物與發(fā)酵的關(guān)系：“一切發(fā)酵過程都是微生物作用的結(jié)果。〞至此，對天然發(fā)酵的生理學(xué)意義有了認(rèn)知。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202321后來，布雷菲爾德建立了霉菌的別離與純培養(yǎng)技術(shù)，柯赫等創(chuàng)立了細(xì)菌的別離與純培養(yǎng)技術(shù)，漢遜等創(chuàng)立了酵母菌的別離與純培養(yǎng)技術(shù)，從此，人類可以控制某種微生物的生命活動，并可進(jìn)行單一微生物的發(fā)酵。1897年巴克納(Buchner)說明了微生物發(fā)酵中的化學(xué)反響本質(zhì)，他用磨碎的酵母細(xì)胞制成酵母汁，參加大量的糖，發(fā)現(xiàn)有CO2和乙醇的形成，說明酵母汁中含有具備發(fā)酵能力的物質(zhì)，后來證明了乙醇發(fā)酵是酵母細(xì)胞中的酶(當(dāng)時稱為酒化酶)催化了一系列化學(xué)反響的結(jié)果。其后相繼對多種微生物體內(nèi)的酶學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了深入研究。這些研究成果為后來的發(fā)酵工藝研究和發(fā)酵機(jī)制的探討奠定了堅(jiān)實(shí)根底。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202322二、發(fā)酵工業(yè)的開展二戰(zhàn)之前，發(fā)酵主要產(chǎn)品是酵母菌體、乳酸、檸檬酸、乙醇、甘油、丙酮、丁醇等。酵母菌體和有機(jī)溶劑發(fā)酵研究的較多，進(jìn)展很大。面包酵母發(fā)酵是個需氧過程，在豐富麥芽汁培養(yǎng)基中，酵母菌生長迅速，培養(yǎng)液中的溶解氧很快被消耗盡，導(dǎo)致菌體生長停滯而產(chǎn)生乙醇。如果限制發(fā)酵開始時的麥芽汁濃度，可以降低酵母菌的生長速度，在發(fā)酵過程中少量屢次地補(bǔ)入麥芽汁可控制菌體生長速度，從而解決了因菌體生長速度過快造成的溶解氧缺乏的難題。由此建立了補(bǔ)料分批發(fā)酵的工藝。此種發(fā)酵工藝已在多種發(fā)酵工業(yè)中得到應(yīng)用，獲得了良好的效果。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202323在丙酮、丁醇的厭氧發(fā)酵中，發(fā)酵前期較易受到需氧菌的污染，而在發(fā)酵后期又易受到厭氧菌的污染。第一次世界大戰(zhàn)期間，由于制備炸藥需要大量的丙酮，而丙酮又被用于制造人造橡膠，所以英國、加拿大、美國等研究其發(fā)酵技術(shù)，建造低碳鋼的圓柱形發(fā)酵罐；生產(chǎn)中采用加壓蒸汽滅菌技術(shù)；建立起了純種培養(yǎng)技術(shù)、無菌接種技術(shù)。解決了丙酮、丁醇發(fā)酵過程的雜菌污染問題。這不僅滿足了當(dāng)時市場上對丙酮、丁醇的商業(yè)需求，更重要的是為以后的需氧純種發(fā)酵工藝的研究奠定了根底。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202324二戰(zhàn)期間，需要大量的青霉素。最初青霉素生產(chǎn)采用固體外表培養(yǎng)法，生產(chǎn)水平很低，易受雜菌污染。1941年成功研究出青霉素的深層培養(yǎng)發(fā)酵工藝，建造了帶有攪拌和通風(fēng)裝置的鋼制發(fā)酵罐，采用了培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌技術(shù)，空氣的凈化除菌工藝、無菌接種技術(shù)，制訂和完善了發(fā)酵過程中的pH、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等參數(shù)的監(jiān)測與控制技術(shù)。這是微生物發(fā)酵上業(yè)史上的重大變革和成就，也是微生物發(fā)酵工業(yè)興旺興旺的開端。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202325為了提高青霉素菌種的生產(chǎn)能力，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，建立了改造微生物遺傳特性的菌種選育技術(shù)。1940年，希特利等人對青霉素的提取純化進(jìn)行了深入研究，從酸化后的發(fā)酵液中將青霉素提取到有機(jī)溶劑相中，再在中性條件下將青霉素轉(zhuǎn)移至水相中。試驗(yàn)證明，這種簡單的提取方法是一系列純化工作的關(guān)鍵，為工業(yè)生產(chǎn)提供了技術(shù)保證。青霉素的液體深層發(fā)酵技術(shù)和提取純化技術(shù)，為后來發(fā)現(xiàn)的許多種抗生素的工業(yè)化生產(chǎn)建立了一套完整的好氧發(fā)酵技術(shù)，大型通氣攪拌發(fā)酵罐培養(yǎng)方法推動了整個發(fā)酵工業(yè)的深入開展，為現(xiàn)代發(fā)酵工程奠定了根底。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202326第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史三、抗生素發(fā)現(xiàn)的黃金時代青霉素治療感染性疾病的神奇療效和鏈霉素用于結(jié)核病的治療取得了令人震驚的效果，激發(fā)了世界各國微生物學(xué)家、化學(xué)家及相關(guān)學(xué)者從土壤微生物代謝產(chǎn)物中尋找抗生素的研究熱情。1929年弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素；1943年美國科學(xué)家瓦克斯曼發(fā)現(xiàn)鏈霉素；1948年Dugger發(fā)現(xiàn)第一個可口服的抗生素金霉素；1949年Finlay發(fā)現(xiàn)了土霉素；1952年McGuire發(fā)現(xiàn)第一個有臨床應(yīng)用價值的紅霉素；1953年Doothe發(fā)現(xiàn)了四環(huán)素，這類抗生素對革蘭陽性菌、革蘭陰性菌和某此大病毒等有抑殺作用，稱為廣譜抗生素。1/12/202327第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1957年梅澤濱夫發(fā)現(xiàn)了對耐藥菌有效的卡那霉素；同年Sens發(fā)現(xiàn)了第一個安莎類抗生素利福霉素，對其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)改造獲得了利福平等一系列衍生物，成為治療肺結(jié)核、麻風(fēng)病的有效藥物。1957年以后相繼發(fā)現(xiàn)了柱晶白霉素、麥迪霉素、螺旋霉素等大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，均在臨床上取得了很好的效果。1963年Weinstein發(fā)現(xiàn)了毒性較低的慶大霉素；1967年美國禮萊公司發(fā)現(xiàn)了對銅綠假單胞菌作用強(qiáng)且毒性低的妥布霉素。由微生物產(chǎn)生的醫(yī)藥用抗生素超過了1,000個。1/12/202328第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史20世紀(jì)60年代以來，人們又開發(fā)出許多，抗腫瘤抗生素：如絲裂霉素、柔紅霉素、博來霉素。抗病毒抗生素：如阿糖腺苷、他利霉素?？瓜x抗生素：鹽霉素、莫能菌素、阿維菌素等農(nóng)牧業(yè)用抗生素：春雷霉素、有效霉素、井崗霉素、安普霉素等。這些抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)和應(yīng)用極大地促進(jìn)了世界發(fā)酵工業(yè)的進(jìn)步和開展。1/12/202329技術(shù)特點(diǎn)和意義：通氣、攪拌解決了液體深層培養(yǎng)和高粘度培養(yǎng)液的供氧問題。無菌空氣技術(shù)、培養(yǎng)基滅菌、大型發(fā)酵罐的密封設(shè)計(jì)制造實(shí)現(xiàn)了抗雜菌污染的純種培養(yǎng)。分批補(bǔ)料培養(yǎng)法、連續(xù)培養(yǎng)法等培養(yǎng)方式的使用、以及新型發(fā)酵罐設(shè)計(jì)，使發(fā)酵工業(yè)規(guī)模得以增大，菌種生產(chǎn)能力大幅度提高。人工誘變育種和代謝調(diào)節(jié)控制技術(shù)應(yīng)用，使初級代謝產(chǎn)物產(chǎn)量大幅度提高。發(fā)酵動力學(xué)、發(fā)酵設(shè)備的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用，生物合成和化學(xué)合成相結(jié)合工程技術(shù)建立，非碳水化合物(石油)代替碳水化合物的發(fā)酵，培養(yǎng)單細(xì)胞蛋白，發(fā)酵生產(chǎn)向大型化、多樣化、連續(xù)化、自動化方向開展。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202330四、其他微生物代謝產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)1949年開始采用深層通風(fēng)培養(yǎng)法進(jìn)行細(xì)菌淀粉酶的生產(chǎn)，并用細(xì)菌淀粉酶和糖化酶進(jìn)行淀粉的水解糖化，確立了酶法制備葡萄糖的生產(chǎn)工藝；后來一些國家不僅用細(xì)菌發(fā)酵法生產(chǎn)大量的α-淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶；還創(chuàng)立了微生物發(fā)酵法直接生產(chǎn)蛋白酶、纖維素酶、果酸酶、轉(zhuǎn)化酶、凝乳酶、脂肪酶、青霉素?；?、門冬酰胺酶等品種的深層發(fā)酵技術(shù)。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/2023311950S后，維生素、氨基酸、酶制劑、有機(jī)酸等微生物代謝產(chǎn)物的發(fā)酵技術(shù)進(jìn)入迅速開展的時期。用棉病囊霉、阿氏假囊酵母深層發(fā)酵生產(chǎn)維生素B2(核黃素)的發(fā)酵工業(yè)進(jìn)一步完善，產(chǎn)量顯著提高。用丙酸菌發(fā)酵生產(chǎn)維生素B12的發(fā)酵工藝已投人生產(chǎn)。自從細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸在日本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化后，其他國家的微生物學(xué)工作者對各種氨基酸產(chǎn)生菌的尋找和生物合成機(jī)制的研究日益深入。至目前為止，賴氨酸、蘇氨酸等18種氨基酸均可用微生物發(fā)酵法進(jìn)行生產(chǎn)。以微生物深層發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸等有機(jī)酸；生產(chǎn)肌苷、肌苷酸、ATP、輔酶A等核酸類醫(yī)藥產(chǎn)品的技術(shù)口益完善，為人類的健康事業(yè)作出了奉獻(xiàn)。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202332氨基酸：氨基酸雖然是一類初級代謝產(chǎn)物，但它充分利用青霉素等開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和成果，獲得很快地開展，從1955年發(fā)酵獲得谷氨酸，目前幾乎所有的氨基酸還包括L-多巴(二羥基苯丙氨酸等)都可用發(fā)酵法生產(chǎn)。核苷酸：最早的產(chǎn)品是肌苷酸和鳥苷酸。此后又開發(fā)出三磷酸腺苷(ATP)，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)等。多糖：主要用于食品和其他用途的增稠劑，有葡聚糖、黃原膠、糊精、微生物海藻酸、微生物幾丁質(zhì)等。新的有機(jī)酸：己酸、水楊酸、蘋果酸、赤蘚酸等。新的酶制劑：出現(xiàn)了多種用于工業(yè)生產(chǎn)和食品醫(yī)藥的酶。尤其是一系列核酸酶，為基因重組技術(shù)的開展奠定了根底。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202333五、現(xiàn)代生物技術(shù)與發(fā)酵工程的相互促進(jìn)細(xì)胞融合技術(shù)、重組DNA技術(shù)的開展，打破了生物種間障礙，能定向地制造出新的有用的微生物，可按人們的意愿定向地改變生物性狀，創(chuàng)立新功能的物種，發(fā)酵生產(chǎn)出人們所希望的各種產(chǎn)品。增加控制代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的基因拷貝數(shù)，大幅度地提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量；重組DNA技術(shù)獲得的“工程菌〞、“工程細(xì)胞〞，使發(fā)酵工業(yè)的范疇突破了利用天然微生物的傳統(tǒng)發(fā)酵，固定化細(xì)胞技術(shù)，逐步建立起新型的發(fā)酵體系。生物反響器也不再局限于鋼鐵設(shè)備，昆蟲、動物乳腺、植物的根莖果實(shí)都可能成為新型生物反響器。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202334主要產(chǎn)品：基因工程的應(yīng)用首先集中在多肽或蛋白質(zhì)的生化藥物。人胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素-2(IL-2)、人生長激素(GH)、促紅細(xì)胞生成素(EPO)、集落刺激因子(CSF)、表皮生長因子(EGF)、腫瘤壞死因子、凝血因子、抗血友病因子、尿激酶原、組織溶纖原激活劑(t-PA)、疫苗有：乙型肝炎疫苗、腺病毒疫苗、流感疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗等。第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史1/12/202335第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史六、我國發(fā)酵工業(yè)的開展新中國建立之后，我國的發(fā)酵工業(yè)得到了迅速的開展。原有酒精廠、啤酒廠、酵母廠：改造和擴(kuò)建；建立了以抗生素生產(chǎn)為主體的醫(yī)藥發(fā)酵工業(yè)。1953年在原上海第三制藥廠的根底上，建立了我國第一個青霉素生產(chǎn)企業(yè)；1958年我國最大的抗生素生產(chǎn)基地華北制藥廠建成投產(chǎn)，同時我同各地區(qū)相繼建立起了一批抗生素生產(chǎn)廠。實(shí)現(xiàn)了主要抗生素品種的國產(chǎn)化，其產(chǎn)量不僅能滿足國內(nèi)醫(yī)藥市場的需要，還有一定量的出口。1/12/202336第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)的開展歷史以淀粉酶、堿性蛋白酶等為代表的酶制劑發(fā)酵工業(yè)，以檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)為代表的有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)，以谷氨酸和賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)為代表的氨基酸發(fā)酵工業(yè)，以肌苷發(fā)酵生產(chǎn)為代表的核酸發(fā)酵工業(yè)，以維生素B2、維生素C為代表的維生素發(fā)酵工業(yè)均得到了空前的開展。尤其是20世紀(jì)70年代我國研究成功的維生素C“二步發(fā)酵法〞處于國際領(lǐng)先地位，其發(fā)酵技術(shù)已轉(zhuǎn)讓到國外多個生產(chǎn)廠家。1/12/202337第三節(jié)發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品的類型帶著問題來聽課？發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)品類型有哪些？各個領(lǐng)域是如何應(yīng)用發(fā)酵工程的？1/12/202338微生物發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品種類繁多，但就其發(fā)酵類型而言可分為以下幾類：1、微生物菌體細(xì)胞為產(chǎn)品；2、微生物代謝產(chǎn)物(包括初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物)為產(chǎn)品；3、酶制劑和酶調(diào)節(jié)劑為產(chǎn)品；4、微生物轉(zhuǎn)化或修飾的產(chǎn)物；5、工程菌發(fā)酵代謝產(chǎn)物；6、動植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的代謝產(chǎn)物；一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/202339一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1、微生物菌體細(xì)胞

根據(jù)用途不同，有：活性干酵母：面包酵母和啤酒酵母、釀酒酵母；活性乳酸菌：調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡的微生態(tài)制劑、酸奶發(fā)酵劑；藥用菌：富(鋅/硒/鐵)酵母、藻類、人工冬蟲夏草菌、靈芝菌、蜜環(huán)菌(原天麻共生)、茯苓菌、香菇、…；飼用單細(xì)胞蛋白：藻類、酵母、細(xì)菌、真菌制備；生物防治：蘇云金桿菌、白僵菌、綠僵菌；飼用添加劑：乳酸菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌；1/12/2023402、微生物代謝產(chǎn)物初級代謝產(chǎn)物：在微生物生長過程中產(chǎn)生的，供菌體生長繁殖所必需的，如酶、有機(jī)酸、維生素、多糖、氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷酸、核酸、脂類等；次級代謝產(chǎn)物：在菌體生長的后期，菌體產(chǎn)生的一些具有特性的、與菌體生長無明確關(guān)系的產(chǎn)物，如抗生素、生物堿、毒素、酶的生長抑制劑、激素類物質(zhì)(生長因子)等。在次級代謝產(chǎn)物中數(shù)量最多的是抗生素，它也是最大一類由發(fā)酵生產(chǎn)的微生物次級代謝產(chǎn)物，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)其結(jié)構(gòu)類型有14類?？股夭粌H有廣泛的抗菌作用，而且還有抗癌、抗病毒、抗蟲及其他生物活性，已成為發(fā)酵工業(yè)的最重要局部。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/202341初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物的異同一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/2023423、微生物酶制劑與酶調(diào)節(jié)劑酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的生物催化劑，普遍存在于動物、植物和微生物細(xì)胞中。很早以前人類是從動物和植物組織中提取某些酶用于治病，如從動物胃膜和胰腺中提取蛋白酶，從植物麥芽中提取淀粉酶。隨著酶制劑的應(yīng)用日益廣泛，需求量迅速擴(kuò)大，用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)酶制劑得到了極大的開展。越來越多的酶制劑均可用發(fā)酵法生產(chǎn)，形成了酶發(fā)酵工業(yè)。微生物酶制劑與酶調(diào)節(jié)劑在醫(yī)藥、食品和輕工業(yè)、石油化工等行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用和開展；一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/202343青霉素?；福河糜谇嗝顾氐乃?，制備半合成青霉素的前體6-氨基青霉烷酸(6-APA)；葡萄糖氧化酶：檢驗(yàn)血液中葡萄糖含量等。20世紀(jì)60年代梅澤濱夫從鏈霉菌代謝產(chǎn)物中別離出二肽化合物貝他定對氨肽酶B及亮氨酸氨肽酶有特異性抑制作用，該活性物質(zhì)還可以刺激細(xì)胞免疫，增加巨噬細(xì)胞和脾細(xì)胞對白細(xì)胞介素I、Ⅱ的釋放。血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACE)用于治療高血壓；糖苷酶抑制劑治療肥胖病、糖尿病和高脂蛋白血癥；一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/202344磷脂酶抑制劑治療胰腺炎；3-羥-3-甲基戊二酰輔酶A復(fù)原酶(HMG-CoA復(fù)原酶)抑制劑以及乙酰輔酶A-膽固醇乙酰轉(zhuǎn)移酶(ACAT)抑制劑治療高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化等。有的酶抑制劑是免疫增強(qiáng)劑，如氨肽酶抑制劑有治療癌癥的作用；有的酶抑制劑是免疫抑制劑，如環(huán)孢素A專門抑制T淋巴細(xì)胞的功能，它的臨床應(yīng)用使器官移植發(fā)生了一場“革命〞，大幅度提高了器官移植的成功率。醫(yī)藥用酶制劑和酶調(diào)節(jié)劑的臨床應(yīng)用，加速了新品種的研究開發(fā)，同時促進(jìn)了酶發(fā)酵工業(yè)的開展、生產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵過程的自動控制以及酶制品的別離純化技術(shù)。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/2023454、微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物微生物轉(zhuǎn)化就是利用微生物代謝過程中的某一種酶或酶系將一種化合物轉(zhuǎn)化成含有特殊功能基團(tuán)產(chǎn)物的生物化學(xué)反響。1880s巴斯德發(fā)現(xiàn)乙酸桿菌能將乙醇氧化為乙酸，后來又相繼發(fā)現(xiàn)用微生物可將異丙醇轉(zhuǎn)化為丙醇，甘油轉(zhuǎn)化成二羥基丙酮，L-酪氨酸轉(zhuǎn)化成L-多巴胺；葡萄糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖酸進(jìn)而轉(zhuǎn)化成為2-酮基葡萄糖酸或5-酮基葡萄糖酸；山梨醇轉(zhuǎn)化成山梨糖等。微生物轉(zhuǎn)化方法有分批培養(yǎng)轉(zhuǎn)化法(生長細(xì)胞轉(zhuǎn)化)、靜止細(xì)胞轉(zhuǎn)化法，干細(xì)胞轉(zhuǎn)化法、孢子轉(zhuǎn)化法、滲透細(xì)胞轉(zhuǎn)化法、固定化細(xì)胞轉(zhuǎn)化法。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/202346微生物轉(zhuǎn)化反響在藥物合成中應(yīng)用愈來愈廣，其特點(diǎn)：在立體結(jié)構(gòu)合成上具有高度的專一性；轉(zhuǎn)化反響條件溫和，無污染。微生物轉(zhuǎn)化反響的生化反響類型主要有：氧化、復(fù)原、水解、縮合、胺化、?；?、降解、脫水等反響。能夠進(jìn)行上述各種轉(zhuǎn)化的微生物主要有：霉菌、酵母、細(xì)菌和放線菌。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/202347微生物轉(zhuǎn)化反響在藥物研制中的應(yīng)用始于1930s，1950s形成大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)?，F(xiàn)已廣泛用于激素、維生素、抗生素和生物堿等多種藥物的生產(chǎn)中。在維生素C生產(chǎn)中，山梨醇山梨糖2-酮基-L-古龍酸該方法不僅簡化了“萊氏法〞生產(chǎn)工藝，防止了使用有毒化學(xué)藥品所造成的污染，而且該工藝易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)化、自動化，大大提高了維生素C的產(chǎn)量。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型乙酸桿菌氧化葡萄糖酸桿菌巨大芽孢桿菌組合1/12/202348甾體激素類藥物的工業(yè)生產(chǎn)主要是改造天然的甾體化合物。膽固醇雌酚酮一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型乙酸可的松皮質(zhì)激素(C-11位上導(dǎo)人一個氧原子)天然甾體母核單純化學(xué)方法要37步反響收率2/10萬黑根霉轉(zhuǎn)化，一步就能在C-11位上導(dǎo)人一個羥基，其后合成步驟減少到11步，收率達(dá)90%。化學(xué)合成要進(jìn)行6步反響

生物轉(zhuǎn)化法可省去3步1/12/202349利用微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)過程中所進(jìn)行的酶反響不需要把酶從微生物中提取出來，而是直接用產(chǎn)生相關(guān)酶的微生物細(xì)胞來作為催化劑，即把底物直接投入細(xì)胞培養(yǎng)液中或?qū)⒌孜锶芤和ㄟ^裝有固定化細(xì)胞或固定化酶的柱中進(jìn)行酶促反響。除了可以省去提取酶的復(fù)雜過程，還十分適合于多酶反響或需要輔酶、輔因子參與的催化過程。生物轉(zhuǎn)化反響的特點(diǎn)：反響條件溫和(30-40℃，常壓，水相反響)；反響特異性強(qiáng)〔具有反響特異性、結(jié)構(gòu)位置特異性、立體特異性強(qiáng)的特點(diǎn)〕；反響產(chǎn)物純度高〔包括光學(xué)純〕；工藝簡單、操作方便、環(huán)境污染??；反響收率主要取決于菌種的性能。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/2023505、工程菌發(fā)酵產(chǎn)物通過重組DNA技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)等創(chuàng)造具有特殊功能的“工程菌〞，用發(fā)酵技術(shù)能夠生產(chǎn)大量所需要的產(chǎn)物。如基因工程藥物：胰島素、促紅細(xì)胞生成素(EPO)、集落刺激因子(CSF)、表皮生長因子(EGF)、人生長激素、干擾素、白介素、各種疫苗、單克隆抗體等。迄今累計(jì)已有40余種基因工程藥物投放市場。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/2023516、動植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的代謝產(chǎn)物動、植物細(xì)胞雖小，但其生理生化功能卻非常精密、復(fù)雜，并有較高的繁殖能力，可以生產(chǎn)許多種醫(yī)藥產(chǎn)物。隨著基因工程技術(shù)的開展，人們逐漸認(rèn)識到許多基因產(chǎn)物不能在原核細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，它們需要經(jīng)過真核細(xì)胞所特有的翻譯后修飾及正確的切割、折疊，才能具有與自然產(chǎn)物分子一樣的生物功能。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/202352人們采用細(xì)胞操作技術(shù)，對原代細(xì)胞、轉(zhuǎn)化細(xì)胞系等進(jìn)行融合和重組構(gòu)建出工程細(xì)胞系。利用上述的各種細(xì)胞系在特制的動、植物細(xì)胞反響器中，在適宜的培養(yǎng)條件下進(jìn)行組織培養(yǎng)，獲取含有不同代謝產(chǎn)物的細(xì)胞群體。再用適當(dāng)?shù)姆椒◤募?xì)胞群體中提取、純化所需的代謝產(chǎn)物。對木瓜細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)獲得木瓜蛋白酶；用雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)用于治療和診斷的各種單克隆抗體等。一、發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1/12/202353二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍發(fā)酵工程在基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程等現(xiàn)代生物技術(shù)的支持下，可以產(chǎn)生眾多新的產(chǎn)品，應(yīng)用的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，已深入到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療保健、環(huán)境保護(hù)，甚至微電子領(lǐng)域。發(fā)酵工程促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和新興產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生，對人類社會生活將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，同時也具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益潛力。1/12/202354二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍1、發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用：食品工業(yè)是世界上最大的工業(yè)之一，食品是人們的必需和享受，也是微生物技術(shù)最早開發(fā)應(yīng)用的領(lǐng)域，至今其產(chǎn)量和產(chǎn)值仍占據(jù)發(fā)酵工程的首位。食品加工：以各種原料生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白，包括細(xì)菌、酵母、真菌、藻類(螺旋藻)等。含醇飲料：以糖類物質(zhì)(水果汁、樹汁、蜂蜜等)和淀粉類物質(zhì)(谷物或根類等)為主要原料釀造或加工的葡萄酒、果酒、黃酒、白酒、啤酒、白蘭地、威士忌、伏特加、香檳酒、朗姆酒等。發(fā)酵乳制品：奶酒、乳酪、酸奶等。1/12/202355二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍調(diào)味品：味精、肌苷酸、鳥苷酸。發(fā)酵食品：以豆類和谷物等生產(chǎn)的面包、醬、醬油、醋、豆豉、豆腐乳、飴糖、泡菜等。甜味劑：葡萄糖、麥芽糖、果葡糖漿、甘露糖醇、甜味肽、甜蛋白等。食品添加劑：面包酵母、賴氨酸、葡萄糖酸、蘋果酸、檸檬酸、黃原膠、海藻糖、高果糖漿、色素、右旋糖酐葡聚糖和茁霉多糖(增稠劑)、葡萄糖氧化酶和維生素C(食品保鮮劑)、乳鏈菌肽(Nisin食品防腐劑)、匹馬霉素(食品保護(hù)劑)等。功能食品：低聚糖、真菌多糖、活性肽、功能性不飽和脂肪酸等。1/12/202356二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍2、發(fā)酵工程在醫(yī)藥衛(wèi)生中的應(yīng)用：醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域是發(fā)酵工程應(yīng)用最廣泛，成績最顯著，開展最迅速，潛力也最大的領(lǐng)域。這是因?yàn)榭梢岳梦⑸锕こ虖母鞣矫娓倪M(jìn)醫(yī)藥的生產(chǎn)，開發(fā)新的藥品，改善醫(yī)療手段，從而提高人類的醫(yī)療水平，并且也可以從中獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益?？股兀含F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的抗生素有6000余種，其中絕大多數(shù)是由微生物產(chǎn)生的，已形成產(chǎn)品的醫(yī)用和獸用的(包括半合成抗生素)有百余種?？辜?xì)菌抗生素：桿菌肽、青霉素、頭孢菌素、金霉素、環(huán)絲氨酸、紅霉素、慶大霉素、卡那霉素、青紫霉素等?？拐婢股兀簝尚悦顾谺、殺假絲菌素、灰黃霉素、制霉菌素等。1/12/202357二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍抗原蟲抗生素：煙古霉素、古曲霉素等?？鼓[瘤抗生素：放線菌素、阿德里亞(阿)霉素、博來霉素、光神霉素、絲裂霉素等。起免疫抑制作用的抗生素：如環(huán)孢菌素A等。半合成抗生素：某些天然抗生素在長期的使用中，會誘使一些病原菌產(chǎn)生抗藥性。為了解決抗藥性，同時也為了擴(kuò)大抗菌譜，采用半合成的方法，將天然抗生素的側(cè)鏈去掉，再用化學(xué)法加上新的側(cè)鏈，如此產(chǎn)生的抗生素被稱為半合成抗生素。研究最多的為青霉素型和頭孢菌素型半合成抗生素。1/12/202358二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍青霉素型半合成抗生素：如對青霉素酶穩(wěn)定的甲氧苯青霉素、乙氧萘青霉素、苯唑青霉素、鄰氯苯唑青霉素，廣譜的氨芐青霉素、羥氨芐青霉素，抗綠膿桿菌的羧芐青霉素、磺芐青霉素等。頭孢菌素型半合成抗生素：噻唑霉素、頭孢利定、頭孢甘氨酸、頭孢力新、唑啉頭孢菌素、環(huán)己烯胺頭孢菌素、吡硫頭孢菌素、氰甲基頭孢菌素。其他半合成抗生素：丁胺卡那霉素、甲烯土霉素、強(qiáng)力霉素(去氧土霉素)、二甲胺四環(huán)素、四氫吡咯甲基四環(huán)素、去甲基金霉素、利福平、氯林肯霉素、去甲基林肯霉素、乙酰螺旋霉素等。1/12/202359二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍氨基酸：氨基酸在醫(yī)藥中除用作大輸液外，還廣泛地用于臨床治療，高氨血癥、肝機(jī)能障礙：精氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸、天門冬氨酸、谷氨酸；恢復(fù)疲勞，治療心臟病、肝病、糖尿?。禾扉T冬氨酸鉀鹽和鎂鹽癌細(xì)胞抑制劑：S-氨甲?；?半胱氨酸(天門冬酰氨的類似物)、N-乙酰-L-苯丙氨酸、N-乙酰-L-纈氨酸。經(jīng)發(fā)酵獲得的氨基酸：谷氨酸、賴氨酸、丙氨酸、精氨酸、組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、蘇氨酸、色氨酸、酪氨酸、纈氨酸、瓜氨酸、鳥氨酸等。酶法獲得的氨基酸：天門冬氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、賴氨酸、酪氨酸、半胱氨酸等。1/12/202360二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍維生素：發(fā)酵獲得的維生素或合成維生素的中間產(chǎn)物有維生素B2(核黃素)，維生素B12(氰鈷氨素)，2-酮基-古龍酸(維生素C-抗壞血酸的前體)，β類胡蘿卜素(維生素A的前體)，麥角甾醇(維生素D2的前體)等。甾體激素：甾體激素是由化學(xué)法合成的，但工序復(fù)雜且得率極低，本錢也很高。用微生物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，那么操作工序大為減少，得率高，而本錢低，并且可在甾體核的許多位碳原子上進(jìn)行轉(zhuǎn)化(如7和11位碳原子)。如可的松(17-羥基-脫氧皮質(zhì)酮)、氫化可的松、潑尼松(脫氫可的松或強(qiáng)的松)、氫化潑尼松(強(qiáng)的松龍)、膚輕松(氟氫可的松)、地塞米松(9-氟-16-甲基脫氫皮質(zhì)醇)、確氨舒松(氟羥脫氫皮質(zhì)醇)等，均用微生物進(jìn)行轉(zhuǎn)化產(chǎn)生。1/12/202361二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍生物制品：生物制品通常是指含抗原制品。它們可用于預(yù)防、診斷或治療相關(guān)疾病。包括減毒或死的病毒和立克次氏體制造的疫苗，如牛痘和斑疹傷寒疫苗；減毒或死的病原菌制造的菌苗，如卡介苗和傷寒菌苗；類毒素如白喉類毒素，以及含抗體的制品?；蚬こ碳夹g(shù)制造的生物制品，包括亞單位疫苗(如單純皰疹病毒疫苗、口蹄疫病毒疫苗、肽疫苗等)、活體重組疫苗(如流感病毒載體疫苗、乙肝病毒載體疫苗等)、避孕疫苗、腫瘤疫苗、DNA疫苗等。1/12/202362二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍治療用酶：蛋白酶和核酸酶可用于加速壞死組織、膿汁、分泌物、血腫的去除；胃蛋白酶、脂肪酶、蛋白酶可幫助消化；尿激酶、鏈激酶可溶化血栓；胰蛋白酶可釋放激肽；天門冬酰氨酶是抗腫瘤藥物；超氧化物歧化酶可治療因O2-的毒性引起的炎癥等。酶抑制劑：棒酸可抑制細(xì)菌產(chǎn)生的β-內(nèi)酰胺酶對青霉素的破壞；α-淀粉酶的抑制劑可治療糖尿??；膽固醇抑制劑作為治療高血壓、高血脂的藥物；抑肽酶素用于治療胃潰瘍；抑氨肽酶素作為免疫活性物質(zhì)用在腫瘤放療中；多巴丁有降血壓作用等。1/12/202363二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍核苷酸類藥物：肌苷、輔酶A可治療心臟病、白血病、血小板下降、肝病等；5‘-腺苷酸(AMP)用于治療循環(huán)系統(tǒng)紊亂、風(fēng)濕??；三磷酸腺苷(ATP)可治療代謝紊亂、肌肉萎縮、心臟病、肝??；黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)可治療維生素B缺乏癥、肝病、腎??；輔酶I(NAD)可治療糙皮癥、肝病、腎??；胞苷二磷酸(CDP)膽堿可治療頭部外傷或大腦外傷引起的意識模糊。1/12/202364二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍其他發(fā)酵藥物：如麥角新堿可促進(jìn)產(chǎn)后子宮復(fù)原，麥角胺可治療偏頭痛；真菌多糖：可提高免疫力；靈芝多糖、云芝多糖、灰樹花多糖、香菇多糖、低聚糖可幫助建立腸道益生菌的微生態(tài)平衡；酵母菌助消化等。藥用真菌：冬蟲夏草、蜜環(huán)菌。1/12/202365二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍基因工程藥物：很多蛋白質(zhì)是生理活性物質(zhì)，因此它們的缺乏與人類的各種疾病密切相關(guān)。如侏儒癥與病人缺乏生長激素有關(guān)，有些糖尿病是由于胰島素合成缺乏引起，出血不止的血友病那么是因缺少凝血因子Ⅷ或Ⅸ的基因突變，而造成這些因子的嚴(yán)重缺乏?；蚬こ碳夹g(shù)提供了大量獲得人源蛋白藥物的基因工程菌，使原來需要由人或動物中制取的蛋白藥物，可以從微生物的發(fā)酵中獲得。并且可通過對蛋白質(zhì)基因結(jié)構(gòu)的修飾改造，使蛋白藥物的性質(zhì)更穩(wěn)定，活性更高，副作用更小。自1980年世界上第一個基因工程藥物——人胰島素正式批準(zhǔn)上市以來，現(xiàn)有幾十種已獲準(zhǔn)上市。1/12/202366二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍B-細(xì)胞生長因子降血鈣素Α-胰蛋白酶抑制劑粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)人絨毛膜促性腺激素(HCG)表皮生長因子(EGF)紅細(xì)胞生成素(EPO)凝血因子Ⅷ生長激素生長激素釋放因子胰島素干擾素(IFN)白細(xì)胞介素(IL)腫瘤壞死因子(TNF)淋巴細(xì)胞毒素巨噬細(xì)胞激活因子(MAF)內(nèi)啡肽和腦啡肽血小板衍生因子血清白蛋白組織血纖維蛋白溶酶原激活因子(TPA)鏈激酶(SK)尿激酶(UK)促性腺激素釋放激素(GnRH)促腎上腺皮質(zhì)激素各種疫苗等1/12/202367二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍3、發(fā)酵工程在輕工業(yè)中的應(yīng)用由微生物生產(chǎn)出許多種可用于輕工業(yè)加工的酶，如糖酶：α-淀粉酶(淀粉液化生成糊精及少量麥芽糖和葡萄糖)、β-淀粉酶(淀粉水解為麥芽糖)、葡萄糖苷酶即糖化酶(水解淀粉、糊精、麥芽糖為葡萄糖)、

支鏈(異)淀粉酶(水解支鏈淀粉)、轉(zhuǎn)化酶(蔗糖酶，能將蔗糖和棉子糖水解為葡萄糖及果糖)、

異構(gòu)酶(葡萄糖異構(gòu)為果糖)、半乳糖酶(水解乳糖為葡萄糖和半乳糖)、纖維素酶類(水解纖維素為葡萄糖)等。1/12/202368二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍蛋白酶：堿性蛋白酶(用于洗滌劑、皮革鞣化、膠片銀的回收、啤酒去濁)、酸性蛋白酶(用于飲料、食品的冷藏，制作蛋白水解物)、中性蛋白酶(用于皮革脫毛、蠶絲脫膠、蛋白胨制備)。果膠酶：水解果膠物質(zhì)，用于果汁、果酒的澄清，苧麻脫膠等。脂肪酶：分解脂肪為脂肪酸和甘油。凝乳酶：凝固蛋白質(zhì)制作干酪。氨基?；福河糜诓鸱只瘜W(xué)合成的DL-氨基酸，獲得L-氨基酸。甘露聚糖酶：水解甘露聚糖為甘露糖，生產(chǎn)山梨糖醇。過氧化氫酶：將H2O2水解為H2O和O2。1/12/202369二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍4、發(fā)酵工程在化工能源產(chǎn)品中的應(yīng)用醇及溶劑：乙醇、甘油、異丙醇、丙酮、二羥丙酮、丁醇、丁二醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、赤蘚糖醇等。有機(jī)酸：醋酸、丙酸、乳酸、丁酸、琥珀酸、延胡索酸、蘋果酸、酒石酸、衣康酸、環(huán)氧琥珀酸、檸檬酸羥基羧基戊二酸己二烯二酸、葡萄糖酸、酮葡萄糖酸、槽酸、曲酸、水楊酸、長鏈二元酸等。多糖：右旋糖酐、黃原膠、茁霉多糖、海藻酸等。烷烴：甲烷。清潔能源：氫氣、微生物燃料電池。此外還有藻類產(chǎn)油等。1/12/202370二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍5、發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用農(nóng)業(yè)是世界上規(guī)模最大和最重要的產(chǎn)業(yè)，興旺的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)很大程度上依賴于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，微生物工程技術(shù)和產(chǎn)品為農(nóng)業(yè)的開展提供了有利的支持。生物農(nóng)藥微生物殺蟲劑：包括病毒殺蟲劑，如核型多角體病毒、質(zhì)型多角體病毒、顆粒體病毒、重組桿狀病毒；細(xì)菌殺蟲劑：如蘇云金桿菌、重組蘇云金桿菌；真菌殺蟲劑：如蟲霉菌殺蟲劑、造成“僵病〞的白僵菌殺蟲劑；動物殺蟲劑：如原生動物微孢子蟲殺蟲劑，線蟲如新線蟲和索線蟲動物殺蟲劑等。1/12/202371二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍防治植物病害微生物：如細(xì)菌(假單胞菌屬、土壤桿菌屬等)、放線菌(細(xì)黃鏈菌)、真菌(木霉)、病毒(各種弱病毒)，農(nóng)用抗生素：殺稻瘟菌素、滅瘟素s、春日霉素、赤霉素、慶豐霉素等。生物除草劑：主要是利用雜草的病原微生物，包括真菌(如銹菌、鏈刀菌、炭疽病菌等)、線蟲、病毒等。生物增產(chǎn)劑：共生固氮菌、藍(lán)細(xì)菌、聯(lián)合固氮菌、鉀細(xì)菌(如硅酸鹽菌)、磷細(xì)菌等。發(fā)酵飼料：干酵母、單細(xì)胞蛋白、酵素菌、益生菌、青貯飼料。1/12/202372二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍6、發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用工業(yè)和生活產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣對江河湖海、大氣和我們生活的環(huán)境造成了不同程度的污染，全球環(huán)境正在急劇惡化。過去人們通常采用燃燒和化學(xué)處理法來處理廢棄物。但這些方法本錢很高，并且會產(chǎn)生新的污染。20世紀(jì)60年代中期，人們發(fā)現(xiàn)一些土壤微生物可以降解非生物源物質(zhì)，如除草劑、殺蟲劑、制冷劑等。它們大多數(shù)屬于假單胞菌屬，可分解100多種有毒廢棄物。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，與有毒廢棄物降解有關(guān)的酶有多種，編碼這些酶的基因大多數(shù)存在于微生物細(xì)胞內(nèi)的質(zhì)粒上，也有的存在于染色體上，有的同時存在于質(zhì)粒和染色體上。于是創(chuàng)造了有毒廢棄物的微生物處理技術(shù)，這包括：1/12/202373二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍厭氣發(fā)酵法：如專性厭氣微生物梭菌、擬桿菌、瘤胃球菌、丁酸弧菌、乙酸菌、甲烷菌等，兼性厭氣微生物大腸桿菌、芽孢桿菌等。多用于沼氣、肥料、飼料發(fā)酵。好氣發(fā)酵法：在有氧條件下，用某些產(chǎn)生菌膠的細(xì)菌和某些原蟲的混合物處理工業(yè)和生活污水以及廢氣?，F(xiàn)在已有屬于懸浮生物體系和固定生物體系兩大類的各種處理技術(shù)。如曝氣池發(fā)酵和活性污泥發(fā)酵處理廢水。1/12/202374二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍7、發(fā)酵工程生物能源中的應(yīng)用利用秸桿、木屑、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等發(fā)酵生產(chǎn)沼氣、乙醇、乙烯、甲烷等。8、發(fā)酵工程在細(xì)菌冶金中的應(yīng)用利用氧化亞鐵硫桿菌等自養(yǎng)細(xì)菌有把亞鐵氧化為高鐵、把硫和低價硫化物氧化為硫酸的能力，將含硫金屬礦石(主要是尾礦、貧礦)中的金屬離子形成硫酸鹽而釋放出來。用此法浸出的金屬有銅、鈷、鋅、鉛、鈾、金等。還有石油發(fā)酵脫硫等。1/12/202375二、發(fā)酵工程/發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用范圍9、發(fā)酵工程在高新技術(shù)研究中的應(yīng)用如為基因工程研究提供的質(zhì)粒、黏粒和病毒載體，限制性內(nèi)切酶、連接酶、磷酸酶、磷酸激酶等。醫(yī)學(xué)診斷和工業(yè)過程檢驗(yàn)用的生物傳感器(酶、微生物電極、DNA芯片)，以及可能會用于微電子中的生物芯片等。1/12/202376第四節(jié)發(fā)酵的根本方法和過程1/12/202377帶著問題來聽課？發(fā)酵工程是怎樣生產(chǎn)出產(chǎn)品的？發(fā)酵工程研究哪些應(yīng)用技術(shù)？發(fā)酵工程對所用微生物有要求嗎？為什么要用發(fā)酵工程而不是化學(xué)工程生產(chǎn)某些產(chǎn)品？發(fā)酵工程有哪些特點(diǎn)？1/12/202378一、廣義發(fā)酵工程組成中游工程FERMENTATIONProcessControl上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES-genetics,cell…-inoculumdevelopment-mediaformulation-sterilization-inoculation-productextraction,-purification&assay-wastetreatment-byproductrecovery從工程學(xué)的角度把實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝的發(fā)酵工程分為菌種、發(fā)酵和提煉(包括廢水處理)三個階段，這三個階段都有各自的工程學(xué)原理、工藝原理和設(shè)備及過程控制原理，它們一起構(gòu)成發(fā)酵工程原理。1/12/202379一、廣義發(fā)酵工程組成上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES-genetics,cell…-inoculumdevelopment-mediaformulation-sterilization-inoculation-

ProcessControl-productextraction,-purification&assay-wastetreatment-byproductrecovery輔助工程AidedPROCESSES-AirPurification

-WaterTreatment

-Heatingandcooling發(fā)酵工程也可分為發(fā)酵和提取兩局部，發(fā)酵局部是生物反響過程，提取也稱后處理或下游加工過程。1/12/202380二、發(fā)酵工程的類型

發(fā)酵技術(shù)多種多樣，人為分類：好氧發(fā)酵√厭氧發(fā)酵液體發(fā)酵固體發(fā)酵外表發(fā)酵深層發(fā)酵√分批發(fā)酵√半連續(xù)發(fā)酵√連續(xù)發(fā)酵游離發(fā)酵√固定化發(fā)酵純種發(fā)酵√混菌發(fā)酵依據(jù)發(fā)酵過程氧的需要培養(yǎng)基物理狀態(tài)微生物生長區(qū)域發(fā)酵過程是否間斷菌種是否被固定所用菌種的數(shù)量在微生物發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，各種發(fā)酵方式往往是結(jié)合進(jìn)行的，選擇哪些方式結(jié)合，取決于菌種特性、原料特點(diǎn)、產(chǎn)物特色、設(shè)備狀況、技術(shù)可行性、本錢核算等各方面因素。主流方式是1/12/202381三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程(一)外表培養(yǎng)發(fā)酵法此種方法指的是將微生物接種于滅過菌的固體、半固體或液體培養(yǎng)基表層上，在一定的培養(yǎng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)。多數(shù)情況下需氧菌在固體或液體培養(yǎng)基外表上形成微生物膜，而霉菌或放線菌又容易長入到固體基質(zhì)中去。經(jīng)過一定的培養(yǎng)時間，菌體代謝產(chǎn)物或擴(kuò)散到培養(yǎng)基中，或滯留于細(xì)胞內(nèi)，或兩者均有，依產(chǎn)生菌和產(chǎn)物的特性而定。液體外表(淺層)培養(yǎng)法曾用于青霉素生產(chǎn)初期和某些酶的生產(chǎn)，因其產(chǎn)量低，易污染，勞動強(qiáng)度大，因此已被深層發(fā)酵培養(yǎng)所代替。1/12/202382三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程固體外表發(fā)酵培養(yǎng)至今仍在某些品種的生產(chǎn)中采用，如農(nóng)用赤霉素的生產(chǎn)，采用穩(wěn)定的生產(chǎn)菌種(如藤倉赤霉P-3)，以麥麩作為固體發(fā)酵載體進(jìn)行發(fā)酵，糖的轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)量均較高，生產(chǎn)本錢低，其發(fā)酵結(jié)果優(yōu)于液體深層發(fā)酵的結(jié)果。纖維素酶、某些糖化酶的工業(yè)化生產(chǎn)仍采用固體發(fā)酵培養(yǎng)法。冬蟲夏草的固體栽培技術(shù)是人工生產(chǎn)冬蟲夏草的方法之一。固體發(fā)酵培養(yǎng)法具有投資小，所需生產(chǎn)設(shè)備少，簡便易行，適于小品種小生產(chǎn)等特點(diǎn)。1/12/202383菌種擴(kuò)大培養(yǎng)微生物菌體代謝產(chǎn)物(二)液體深層培養(yǎng)發(fā)酵法

凈化處理自然分離經(jīng)育種誘變育種基因工程細(xì)胞工程或活化斜面培養(yǎng)搖瓶/茄瓶進(jìn)一步擴(kuò)大培養(yǎng)搖瓶種子罐選、除、碎水解、加工發(fā)酵原料培養(yǎng)基配制/滅菌測量控制各個參數(shù)蒸汽空氣產(chǎn)物別離/純化成品下游工程上游工程輔助工程過濾、離心、沉淀；蒸餾、萃取、離子交換、層析、結(jié)晶、枯燥預(yù)處理碳源、氮源、無機(jī)鹽、前體、…發(fā)酵水1/12/202384三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程1.菌種菌種是從自然界土壤樣品中別離獲得的、能產(chǎn)生發(fā)酵代謝產(chǎn)物或具備某種轉(zhuǎn)化能力的微生物，再經(jīng)過別離純化和菌種選育等工作得到的。優(yōu)良的菌種具有較強(qiáng)的自身生長繁殖能力，并能大量地生物合成目的產(chǎn)物，其發(fā)酵過程易于控制。菌種在多代的繁殖過程后會發(fā)生變異而退化，故在生產(chǎn)過程中必須經(jīng)常進(jìn)行菌種的選育工作，采用自然別離和誘變育種或基因工程等手段保持和提高菌種的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。此外還需要在低溫、枯燥、真空的條件下保藏菌種，以減少菌種的變異。1/12/202385三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程2．斜面培養(yǎng)這是發(fā)酵生產(chǎn)開始的一個重要環(huán)節(jié)，將處在休眠狀態(tài)的菌種接種到斜面培養(yǎng)基上，經(jīng)過培養(yǎng)，使其從長期的休眠狀態(tài)蘇醒過來，并開始生長繁殖，這是斜面培養(yǎng)的主要目的。如果僅僅經(jīng)過一代斜面的培養(yǎng)，菌種還不能完全恢復(fù)其活力，菌體的數(shù)量也較少，就要將第一代長好后的斜面，再接種到第二代斜面上。人們將第一代斜面稱為母斜面，而將第二代斜面稱為子斜面。子斜面長好后可將斜面培養(yǎng)物接入下一道工序。母斜面可以在4℃保存起來，在一定時間內(nèi)再接種子斜面。1/12/202386三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程3.種子制備種子的制備可以直接在種子罐中進(jìn)行，也可以先在玻璃搖瓶中進(jìn)行，待菌體長到一定數(shù)量后再移種到種子罐中。采用哪種方法取決于菌種的生長速度和繁殖能力，對于生長速度快、繁殖能力強(qiáng)的菌種，可以將斜面培養(yǎng)物直接接種到種子罐中進(jìn)行培養(yǎng)；而對于生長速度慢、繁殖能力弱的菌種可以先接入到較小的玻璃搖瓶中進(jìn)行培養(yǎng)，待菌體長到一定數(shù)量后再接入種子罐中。玻璃搖瓶就相當(dāng)于一個小的種子罐，這樣可以節(jié)省動力消耗、減少種子罐的占用時間。1/12/202387三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程種子的培養(yǎng)可以采用一級種子罐，待種子長好后直接接入到發(fā)酵罐中。也可以采用二級種子罐，即一級種子長好后不接入發(fā)酵罐中，而是接入放大了的二級種子罐中，待二級種子長好后再接入發(fā)酵罐中。必要時還可采用三級種子罐培養(yǎng)種子，這取決于生產(chǎn)的規(guī)模和菌種的生長速度。種子制備過程中要定時取樣做無菌檢查、菌濃測定、菌絲形態(tài)觀察和生化指標(biāo)分析，以確保種子的質(zhì)量。1/12/202388三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程4.發(fā)酵發(fā)酵過程在發(fā)酵罐中進(jìn)行，這一過程的主要目的是使微生物積累大量的代謝產(chǎn)物。發(fā)酵開始前，所用的培養(yǎng)基和相應(yīng)設(shè)備必須先經(jīng)過滅菌，然后將種子罐種子接入到發(fā)酵罐中進(jìn)行培養(yǎng)。發(fā)酵過程中需要通人無菌空氣并進(jìn)行攪拌。發(fā)酵過程中要對發(fā)酵的各種參數(shù)進(jìn)行控制，如控制菌體濃度、各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、溶解氧濃度、發(fā)酵液的pH、發(fā)酵液黏度、培養(yǎng)溫度、通氣量等。為了延長發(fā)酵周期，增加代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，在發(fā)酵過程中還要補(bǔ)入適當(dāng)?shù)男迈r料液。1/12/202389三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程5．發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液預(yù)處理目的：改變發(fā)酵液的性質(zhì)，利于固液別離。根據(jù)代謝產(chǎn)物性質(zhì)的不同，采用預(yù)處理的方法也不同。為了釋放胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物或?yàn)榱顺恋砜扇苄缘牡鞍踪|(zhì)，防止它們對提取過程的影響，可在發(fā)酵液中參加草酸、硫酸鋅、黃血鹽等；或參加絮凝劑，使細(xì)胞或溶解的大分子聚結(jié)成較大的顆粒。對化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的代謝產(chǎn)物還可以通過短時間加熱的方法使蛋白質(zhì)變性沉淀。為了加快過濾的速度，還可以在發(fā)酵液中參加硅藻土、珍珠石等助濾劑。1/12/202390三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程6．提取和精制為了提取代謝產(chǎn)物，一般采用板框過濾和鼓式真空過濾機(jī)或離心別離的方法，將菌體和發(fā)酵上清液分開。假設(shè)產(chǎn)物在濾液中就要將濾液進(jìn)一步進(jìn)行處理，除掉局部雜質(zhì)，以利于后步的提??；假設(shè)產(chǎn)物在菌體內(nèi)，需經(jīng)細(xì)胞破碎、碎片別離等；在液相中的產(chǎn)物，要進(jìn)行提取和初步純化，方法有：有機(jī)溶劑萃取法、大孔樹脂吸附法、離子交換法、沉淀法。為了制成符合?中國藥典?規(guī)定純度的藥品，還要將粗品進(jìn)行精制(高度純化)，精制的方法常采用：色譜別離、結(jié)晶、重結(jié)晶等方法。1/12/202391三、發(fā)酵工程產(chǎn)品生產(chǎn)根本流程7.成品檢查發(fā)酵產(chǎn)品為醫(yī)藥品時，就要按?中國藥典?的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)逐項(xiàng)對產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)分析，包括產(chǎn)品的外觀性狀檢查、產(chǎn)品的鑒別、有關(guān)物質(zhì)的檢查、含量檢定、毒性試驗(yàn)、熱原試驗(yàn)、無菌檢查、升降壓物質(zhì)試驗(yàn)等。非醫(yī)藥用的微生物產(chǎn)物按各行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)逐項(xiàng)進(jìn)行產(chǎn)品的質(zhì)量分析。8.成品包裝依產(chǎn)品的穩(wěn)定性采用不同的包裝材料和包裝形式，如產(chǎn)品的吸濕性強(qiáng)，要采用防濕包裝材料。1/12/202392四、發(fā)酵工程的研究內(nèi)容發(fā)酵工程作為現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的支撐技術(shù)體系，正在接受分子生物學(xué)、微生物基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、生物催化和人工智能控制學(xué)等多種前沿學(xué)科的密切介入，發(fā)酵工程的研究領(lǐng)域迅速拓展。二十世紀(jì)末代謝工程的異軍突起，正是因?yàn)榘l(fā)酵工程從工程學(xué)方面的“分析〞與基因工程從基因操作方面的“綜合〞，成功地實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。發(fā)酵工程正在成為人與微生物合作解決人類面臨的能源、資源和環(huán)境等等持續(xù)開展問題的重要研究領(lǐng)域。1/12/202393四、發(fā)酵工程的研究內(nèi)容現(xiàn)代發(fā)酵工程強(qiáng)調(diào)人與微生物的合作和整體論，提倡社會的可持續(xù)開展，堅(jiān)持科學(xué)開展觀。當(dāng)前發(fā)酵工程的主要研究領(lǐng)域包括：現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵理論的建立與完善；應(yīng)用微生物學(xué)的理論研究；微生物資源開發(fā)利用與工業(yè)微生物菌種選育；發(fā)酵工藝技術(shù)；生物催化和生物轉(zhuǎn)化；生物反響器設(shè)計(jì)、發(fā)酵過程工程與自動化控制；生物煉制過程工程等。1/12/202394四、發(fā)酵工程的研究內(nèi)容上游工程①菌種的選育、保藏、復(fù)壯和擴(kuò)大培養(yǎng)；②培養(yǎng)基的選擇、制備；③培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備滅菌；④發(fā)酵過程動力學(xué)；⑤氧的傳遞、溶解和吸收；⑥發(fā)酵設(shè)備的設(shè)計(jì)、選型和計(jì)算；⑦發(fā)酵過程的工藝參數(shù)測量和控制技術(shù)。輔助工程①空氣凈化除菌和調(diào)節(jié)；②水處理和供水系統(tǒng)；③蒸汽系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。1/12/202395四、發(fā)酵工程的研究內(nèi)容下游工程①發(fā)酵液的固液別離；②發(fā)酵產(chǎn)物提??；③發(fā)酵產(chǎn)物純化；過濾、離心、沉淀；蒸餾、萃取、離子交換、層析、結(jié)晶、枯燥雖然發(fā)酵工程的生產(chǎn)是以發(fā)酵為主，發(fā)酵的好壞是整個生產(chǎn)的關(guān)鍵，后處理在發(fā)酵生產(chǎn)中也占有重要的地位，往往會有這樣的情況，發(fā)酵產(chǎn)率很高，但因?yàn)楹筇幚聿僮骱驮O(shè)備選用不當(dāng)而大大降低了總收率，所以發(fā)酵過程的完成并不等于工作的結(jié)束。完整的發(fā)酵過程應(yīng)該包括從投入原料到獲得最終產(chǎn)品的整個過程，發(fā)酵工程就是要研究和解決整個過程的工藝和設(shè)備問題，將實(shí)驗(yàn)室和中試成果迅速擴(kuò)大到工業(yè)化生產(chǎn)中去。1/12/202396菌種的選育要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu)良的菌種。怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物可以從自然界中先別離出相應(yīng)的菌種，再用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品

可用基因工程、細(xì)胞工程的方法對菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造，以構(gòu)建工程細(xì)胞或工程菌，從而到達(dá)生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的1/12/202397培養(yǎng)基的配制要進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，有了優(yōu)良的菌種還需要有與菌種相適應(yīng)的培養(yǎng)基。在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意哪些事情呢？目的要明確。根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機(jī)鹽等方面的營養(yǎng)要求。培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成。pH要適宜。1/12/202398滅菌發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響。例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，那么放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌那么會分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解掉。要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理。怎樣才算滅菌徹底呢？用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的繁殖體、芽孢和孢子。1/12/202399發(fā)酵過程哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、pH、溶氧量、轉(zhuǎn)速等對發(fā)酵過程有重大影響?！材男┯绊?？〕想一想：發(fā)酵過程中溫度升高的熱量來源？哪些因素會影響pH值？溶氧量的控制？1/12/2023100菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐中試由實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化的過程發(fā)酵生產(chǎn)1/12/2023101五、發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn)1、發(fā)酵工程主體微生物的要求/特點(diǎn)發(fā)酵工程應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)人們需要的產(chǎn)品，稱為發(fā)酵工業(yè)。發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生長和代謝活動生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的現(xiàn)代工業(yè)，用于發(fā)酵生產(chǎn)的微生物稱為工業(yè)微生物。工業(yè)微生物菌種是發(fā)酵工業(yè)