发酵PPT

发酵工艺原理授课人：冯惠勇地址：生工楼二楼教学办公室E-mail:h_feng@hebust.edu.cn发酵工艺原理第一章绪论第一节生物工程概述第二节发酵工程概述第一节生物工程概述一．生物工程概念：二．生物工程的研究内容：三．生物操作的一般过程：基因工程基因工程是通过DNA重组技术,对生物材料进行改良,构建出新型的微生物菌株、培育出新的动植物品种,使其具有优良的符合人们意愿的性状，或获得所需要的产物。稀少珍贵的蛋白质药物1982年，美国食品与药物管理局批准了首例基因工程产品—人胰岛素投放市场——它标志了基因工程产品正式进入到商业化阶段。人生长激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子、a-干扰素、纤维素酶、抗血友病因子、红细胞生成素、尿激酶原、白细胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等畜牧业中的应用动物疫苗、生长激素等例：动物乳腺反应器蛋白质工程：通过对蛋白质分子结构的合理设计，利用基因工程的手段生产出具有更高生物活性或独特性质的蛋白质。蛋白质工程的主要步骤通常包括：（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；（2）测定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。高等植物细胞培养高等植物细胞具有全能性。从高等植物的幼胚、根、茎、叶、花和果实等不同器官的组织中分离的单个细胞，经过特殊培养形成愈伤组织，并可进一步诱导生成完整的植株。高等植物细胞培养动物细胞培养细胞重构技术细胞重组是把不同种类的细胞的部件重新组合装配。细胞融合是将不同种类的两种细胞经过特殊处理后放在一起，在某些促融因子作用下发生融合，形成杂种细胞。原生质体融合现代发酵工程主要指利用利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。现代发酵工程是生物代谢、微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、化工原理等密切结合和应用的结果。发酵工程离子交换的应用蒸发和结晶技术的应用过滤膜技术色层分离技术应用生物技术的基本内容（几大领域）：基因工程：用“剪刀+糨糊”创造新物种的工程。细胞工程：微观水平的嫁接技术酶工程：让工厂高效、安静、美丽如画的工程。发酵工程：把微生物或细胞造就成无数微型工厂，将神话变为现实的桥梁。蛋白质工程：巧夺天工的技术。第二节发酵工程概述一.什么叫发酵二．发酵工程的发展史三.发酵工业的特点四.发酵工业的范围一、发酵的定义（fermentation)1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵1、传统发酵fervere”发泡最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。2、生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。3、工业上的发酵利用微生物、植物、动物，在合适的条件下，经特定的代谢途径转变成所需产物的过程。包括：1.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。2.通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。发酵的分类1.  按获取能量的方式分——好氧发酵，厌氧发酵2.  按产物类型分——初级代谢物发酵，次级代谢物发酵；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生素发酵，抗生素发酵……3.  按操作类型分——自然发酵，纯种发酵，混种发酵；分批发酵，半连续发酵，连续发酵；固态发酵，液态发酵4.按发酵生物类型分——细菌发酵，真菌发酵，基因工程菌发酵，动植物细胞发酵SOLID-STATEFERMENTATIONPRODUCTION二．发酵工程的发展史1．发酵现象的发现与利用2.小生命体的发现3.发酵本质的阐明4.纯粹培养技术的开发5.发酵中酶催化反应的发现6.大规模液体沉没发酵技术的开发7.现代生物技术的应用三、发酵工业的特点优点1.产物结构复杂性和特异性：手性或光学活性2.过程安全性：水相、常温、常压、中性、不燃不爆3.主要原料可再生性：阳光和土地4.原料可替换性5.反应自控性6.设备通用性7.副产物可综合利用性8.生产能力可提高性：突变与基因扩赠9.产物类型可塑性：突变与转基因缺点1.副产物多，分离精制困难2.反应速度慢3.原料转化率低4.反应浓度低5.生产稳定性差6.设备庞大，辅助设备多，投资大7.废水、废渣排放量大，处理费用高8.生产过程容易受到其他微生物的污染9.通气、搅拌、冷却等能耗大四、发酵工业的范围1．发酵食品工业(FermentedFoods)：酱油，食醋，豆瓣酱，酸菜，活性酵母，活性乳酸菌，面包，酸奶，奶酪，酱豆腐，纳豆、白酒，黄酒，米酒，葡萄酒，啤酒，果酒。2．有机酸发酵工业OrganicAcids：醋酸，乳酸，柠檬酸，葡萄糖酸，苹果酸，衣康酸，琥珀酸，丙酮酸，反丁烯二酸等。3．氨基酸发酵工业AminoAcids：谷氨酸，赖氨酸，色氨酸，苏氨酸，精氨酸，酪氨酸，异亮氨酸，丙氨酸，苯丙氨酸等。四、发酵工业的范围4．低聚糖与多糖发酵工业oligosaccharidesandpolysaccharides：低聚果糖，香菇多糖，云芝多糖，葡聚糖，黄原胶等。5．核苷酸发酵工业Nucleotides：肌苷酸（IMP），鸟苷酸（GMP），黄苷酸（XMP）。6．药物发酵工业Pharmaceutical：抗生素:青霉素，头孢菌素，链霉素，红霉素，四环素，制霉菌素，丝裂霉素等。基因工程制药工业：促红细胞生成素（EPO），集落刺激因子（CSF），表皮生长因子（EGF），人生长激素，干扰素，白介素，各种疫苗，单克隆抗体等。药理活性物质发酵工业：免疫抑制剂，免疫激活剂，糖苷酶抑制剂，脂酶抑制剂，类固醇激素等四、发酵工业的范围四、发酵工业的范围7．维生素发酵工业vitamin：维生素C，维生素B2，维生素B12等。8．酶制剂发酵工业Enzymes：淀粉酶、蛋白酶、脂酶、青霉素酰化酶、葡萄糖氧化酶、海因酶等。9.发酵饲料工业Feedstuff：干酵母、单细胞蛋白、酵素菌、益生菌、青贮饲料、抗生素和维生素饲料添加剂等。10生物肥料与农药工业：biofertilizerandbiologicalpesticide细菌肥料、赤霉素、除草菌素、苏云金杆菌、白僵菌、绿僵菌、杀稻瘟菌素、有效霉素、春日霉素等。11.溶剂发酵工业：Solvent酒精、甘油、乙醇、丙酮、丁醇溶剂等。12..水的生物处理工业及环保：EnvironmentalApplication(WasteTreatment)活性污泥、沼气发酵、有毒物质降解等。四、发酵工业的范围WTO带来的机遇和挑战发酵工业的产业特点：1、技术中等复杂而又相对成熟（不属于高端技术）2、劳动中等密集、资源消耗较大，污染大。所以从国际产业分工格局的趋势看，理应由发达国家转移到优秀的发展中国家来。而中国是发展最快的发展中国家，有很好的产业基础和人力资源，进入WTO之后，中国可以更直接地参与国际产业分工，所以应当成为世界发酵第一大国和第一强国。　　　　WTO带来的机遇和挑战发酵产业在我省区域经济中是最具特色的，石家庄是全国发酵工业的中心，是医药原料抗生素、维生素的生产基地。“药都”的提出意味着石家庄市可能成为中国发酵产业的第一大市和第一强市。天时和地利都已齐备。菌种筛选摇瓶试验发酵罐中试由实验室研究到产业化的过程发酵生产发酵工程的基本技术过程Theessentialcomponentsofafermentor发酵的主体设备发酵工程生产产品的流程图《发酵工程工艺原理》课程的内容绪论培养基生产菌种的选育灭菌与无菌空气的制备生产菌种的制备发酵动力学发酵工艺过程控制染菌的防治主要参考书：《发酵工艺原理》中国医药科技出版社《新编生物工艺学》华东化工大学出版社《生物化学工程》上海科学技术出版社《微生物工程工艺原理》华南理工大学出版社《现代生物技术概论》北京师范大学出版社《微生物工程》科学出版社《发酵工业概论》中国轻工业出版社主要专业期刊微生物学报微生物学通报食品与发酵工业工业微生物生物工程学报生物工程进展食品与生物技术生物技术通报医药生物技术专业站点生物引擎：www.bio-engine.com美国化学网数据库群：　www.chemweb.com/databases美国国立医学图书馆Pubmed数据库　www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed中国生物工程网：bp.home.dhs.org生物桥：www.bio-bridge.com生物论坛：www.biooo.com中国发明专利技术信息网：jiansuo.com欧洲专利条约组织：ep.espacenet.com中国数字图书馆：http://202.206.73.85/