《生物制药技术教学课件》发酵工程.ppt

发酵工程(fermentation) 第一节 概 述 一、发酵（fermentation)的定义： 用生物催化剂（Biocatalyst)使培养物质转变成产品的生物化学反应。** 生物催化剂：细菌、放线菌、真菌或其解体产物（如酶）和动植物细胞等。 UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - media formulation sterilization - inoculation 上游工程 Fermentation engineering DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification assay - waste treatment byproduct recovery 下游工程 Fermentation engineering 发酵的范畴： 1、传统发酵 2、生化和生理学意义的发酵 3、工业上的发酵 传统发酵 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。 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。 工业上的发酵 泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程包括： 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。 产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。 发酵工程（微生物工程，发酵技术）: 指利用微生物的特定性状，通过现代工程技术，在生物的反应器中生产有用物质。 二、发酵工程的历史发展 19世纪末：厌氧发酵（酒精、乳酸、发酵食品） 1945年：通气搅拌发酵罐--好氧发酵（青霉素等抗生素） 20世纪50年代：代谢控制发酵（氨基酸、核酸等） 20世纪70年代：固定化酶连续发酵 20世纪80年代：现代发酵工程技术（与基因操作技术相结合） 现在 ： 与电子技术、基因技术等的紧密结合结合 三、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。 四、发酵工程的主要内容 生产菌种的选育。 发酵条件的优化和控制。 反应器的设计 产物的分离、提取、精制。 五、发酵的类型 1、微生物细胞为产物的发酵 2、微生物酶的发酵：青霉素酰化酶、淀粉酶等。 3、微生物代谢产物发酵：初级、次级代谢产物。 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业 5、微生物废水处理和其他 微生物产物：微生物细胞，酶，药物活性物质，特殊化学物质和食品添加剂 1、生产微生物细胞物质 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。如香菇、冬虫夏草、茯苓、灵芝等 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。 2、微生物酶发酵 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。 3、微生物代谢产物发酵 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。 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。 4、微生物的生物转化 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，使它转变成结构相类似但具有更大经济价值的化合物。 最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成的。 5、微生物特殊机能的利用 利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。 六、发酵工程制药的特点** 1、众多反应在发酵设备中一次完成。 2、反应条件温和，设备简单。 3、微生物需为纯种状态。 4、培养基和设备预先灭菌。 5、发酵过程保持无杂菌污染。 6、有生长期和生产期两个不同阶段。 7、易产生复杂的高分子化合物。 8、理论产量很难从物料平衡计算。 9、产生结构类似的组分或副产物，需提取、 分离、精制等。 补充说明： (1)发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。可以利用废水和废物