第一章节发酵幻灯片.ppt

* * * * * * * 生 物 工 艺 学 生 命 科 技 学 院 学时：54 考试方式：考试，闭卷 联系方式：实验楼D311 参考书 发酵工业全书，中国医药出版社 微生物工程概论，南开大学出版社 生物工业下游技术 发酵设备，中国轻工业出版社 抗生素生产工艺学 食品工程原理 微生物与发酵工程 微生物工程 期刊杂志 食品与发酵工业 工业微生物 生物工程学报 微生物学报 第一章 绪 论 一、生物工艺学（biotechnology） 一般称为生物技术，当然现代生物技术和传统生物技术之间既有共同之处，又有很大差异和各自的特点。 不同的学术组织对其赋予各种定义。 目前能广泛接受的定义：是应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。 3. 归纳起来有三个特点：生物技术是一门多学科、综合性的科学技术；反应中需有生物催化剂的参与；其最后目的是建立工业生产过程或进行社会服务，这一过程可称为生物反应过程。 多学科性 主要涉及的基础学科为生物学、化学和工程学 摘自《综合生物技术》导言－Moo-Young主编 生物催化剂 生物催化剂 细胞（微生物、动物或植物细胞） 酶 游离 固定化 活细胞（增殖细胞） 灭活细胞（休止细胞） 游离 固定化 优点：常温、常压下反应；反应速率大；催化作用专一；价格较低廉。 缺点：易受热、某些理化条件和化学物质及杂菌的破坏而失活；稳定性较差；对于活细胞还存在个体差异、遗传特性变异等生物学上特有问题。 生物反应过程 生物反应器——供细胞增殖（或酶反应）产生代谢产物的设备，生物中指每一个细胞。 生物催化剂为游离的整体微生物活细胞 生物催化剂为游离或固定化酶 生物催化剂为游离的或固定化动、植物细胞 发酵过程 酶反应过程 细胞（组织）培养过程 1、反应过程在常温常压下进行，且可运用DNA重组技术及原生质体融合等现代生物技术组建或改造生物催化剂而赋予生物反应过程以现实和潜在的活力； 2、以可再生资源为主要原材料，来源丰富、价格低廉，过程废物的危害性较小，但原料成分往往难以控制，给产品质量带来一定影响； 3、与化工生产相比，生产设备较为简单，能量消耗一般也较少，反应液中的底物浓度不能过高，因此导致很大的反应器体积且要求在无杂菌污染情况下进行操作； 4、酶反应过程的专一性强，转化率高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液中杂质较多，给提取纯化带来困难。 生物反应过程的特点： 生物反应的不足之处： 产物浓度不是很高，需提纯； 产物与副产物混杂在一起，需精制； 微生物原料多为碳水化合物，与人类争夺粮食； 反应过程比化学反应缓慢。 生物工艺过程 上游工程 下游工程 对产生的产物进行提取、精制和包装，对于产品直接就是细胞的过程，还包括细胞的收集 利用细胞（或酶）产生代谢产物（或人们所需的任何物质）的过程，对于微生物细胞，还包括菌体的遗传改造 好氧发酵过程 空气加热器 油水分离器 冷却器 贮气罐 空气压缩机 空气 总过滤器 分过滤器 发酵液预处理 发酵罐 种子罐 三角瓶或茄子瓶 生产用斜面（多管） 纯化复壮 保存菌种（砂土管、冻干、液氮、斜面） 菌种 预处理 原料 过滤、离心、提取、精制、干燥 包装 补料 调节剂 消泡剂 冷却 灭菌 配料、调浆 灭菌 二、生物技术产品类型 1、发酵食品 2、以细胞为产物 3、以酶为产品 4、以代谢产物为产品 5、生物转化或修饰化合物 6、特殊机能的利用 包括发酵主食品：面包，馒头 发酵副食品：豆腐乳，泡菜 发酵调味品：醋，酱油 发酵乳制品：酸奶、奶酪 1、发酵食品 Cheese，芝士 2、细胞物质 定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定期产量最高。 3、酶 酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。 分类：胞内酶和胞外酶 生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。 例如：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、糖化酶等。 4、代谢产物发酵 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸等。 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。如抗生素、生物碱、细菌素、植物生长因子等。 5、生物转化 定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成