发酵工程的发展历史.DOC

课程名称： 现代生物技术概论 授课主题： 第四章 发酵工程 授课教师：生命科学系 王国霞 目的要求：掌握发酵工程的基本类型和基本原理，了解典型发酵产品的生产工艺，认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。 内容重点与难点：发酵设备、发酵过程、发酵条件的控制 第一节 发酵工程、定义 发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。它将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。又称为微生物工程。 目前，人们把利用生物细胞的生命活动来制备目的产物的过程统称为发酵。 发酵：利用微生物的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程． 发酵工程：指利用微生物的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的一种技术系统。 发酵工程是“研究利用微生物的工业，即微生物参与的工艺过程”。 、发酵工程的发展历史 1）自然发酵阶段。发酵技术有着悠久的历史，早在几千年前，人们就开始从事酿酒、制酱、制奶酪等生产。 2）纯培养技术的建立。 3）深层通风培养技术的建立。 4）代谢控制发酵技术的建立。 5）固定化酶技术、细胞工程技术、基因工程技术的建立。 纵观生物技术的发展历史，我们可以知道，生物技术在经历了漫长的以传统工艺技术为主体的时期以后，正向系统的理论和实际应用相结合的方向发展，即奠定了可靠的理论和实践基础，也为今天和今后相当长时期生物技术的产业化准备了条件。 3、发酵工程在现代生物技术中的地位和作用 发酵工程是生物技术产业化的基础和关键技术，是生物技术四大支柱的核心，无论传统发酵产品，如抗生素、氨基酸等，还是现代基因工程产品，如疫苗、人体蛋白质等，都需要发酵技术进行生产。在发达国家，发酵工业的产值占国民生产总值的5%。在医药产品中，发酵产品的产值占20%。在医药、食品、化工、冶金、资源、能源、环境等诸多领域有着广泛的应用。菌种的选育 发酵条件的优化与控制 反应器的设计 产物的分离、提取与精制 微生物代谢产物发酵： 初级代谢产物：在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。 次级代谢产物：在菌体生长静止期，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。 微生物的转化发酵 ：利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。 生物工程细胞的发酵：利用生物工程技术所获得的细胞，如DNA重组的工程菌进行的新型发酵。工程菌——胰岛素、干扰素等，杂交瘤细胞——单克隆抗体 6，发酵工程的应用 （1）医药工业。（2）食品工业，（3）能源工业，（4）化学工业，（5）冶金工业，（6）农业，（7）环境保护。 第二节 微生物发酵过程 一，发酵类型 微生物发酵过程即微生物反应过程，是指由微生物在生长繁殖过程中所引起的生化反应的过程。 （1）好氧性发酵：在发酵过程中需要不断地通入一定量的无菌空气。 （2）厌氧性发酵：在发酵时不需要供给空气。 （3）此外，还有兼性厌氧微生物，如酵母缺氧进行厌氧性发酵生产酒精，有氧通气条件下进行好氧性发酵，大量繁殖菌体细胞，因此称为兼性发酵。 根据培养基条件的不同，分为固体发酵和液体发酵。 按发酵设备分类，又可分为敞口发酵、密闭发酵、浅盘发酵和深层发酵。 敞口发酵：用于繁殖速度快的好氧发酵类型，酵母 密闭发酵：工艺复杂，要求严格 浅盘发酵：一薄层培养液以培养菌体，好氧 深层发酵：在液体培养基内部进行的微生物培养。是在青霉素等抗生素的生产中发展起来的技术。 优点： （1）液体悬浮状态是很多微生物的最适生长环境； （2）在液体中，菌体、营养物及产物均易于扩散，便于控制； （3）输送方便，便于机械化操作；占地面积小，生产效率高，产品质量稳定； （4）产品易于提取、精制等。 二、发酵工业中常用的微生物 发酵工业常用的微生物： 细菌放线菌酵母菌霉菌由于发酵工程本身的发展以及基因工程的介入，藻类、病毒等也正在逐步地变为工业生产用的微生物。 、培养基（一）培养基的配制原则 （1）目的要明确。 （2）培养基的营养要协调 （3）pH要适宜。 （二）分类 1，孢子培养基:制备孢子 基质浓度低，尤其是有机氮源。 常用的孢子培养基:麸皮培养基 、大（小）米培养基、琼脂斜面培养基 2，种子培养基:供孢子发芽和菌体生长繁殖 营养成分丰富完整，氮源和维生素的含量略高，总浓度稀薄 3，发酵培养基：提供菌体生长和合成代谢产物 组成丰富完整，营养成份浓度和粘度适中， 利于菌体的生长，便利合成大量的代谢产物 （三）培养基的基本成