绪论生物工艺学.doc

第一章 绪论 生物技术(biolechnology) 生物工程(bioengineering) 生物工艺学 一、生物工艺发展史 1．古代传统生物工艺 公元前6000年，苏美尔人和巴比伦人开始制作啤酒 公元前2000年，中国人已会酿造良酒 公元前221年，中国人已懂得制酱、酿醋，制作豆腐 公元10世纪，中国就有预防天花的活疫菌 2．中世纪后的生物工艺 1680年，刘文虎克（Leenvenhoek）制成显微镜，首先观察到了微生物 1860年代，巴斯德（pasteur）证实酒楼发酵是由酵母菌引起的，由此建立了纯种培养技术。 1897年，巴克莱（Buchner）发现磨碎的酵母仍能使糖发酵而形成酒精，并称有发酵能力的物质为酶。 19世纪末—20世纪20—30年代，出现发酵工业，产品有：丙酮丁醇、乳酸、酒精、柠檬酸、淀粉酶、蛋白酶等。 19世纪40年代，抗生素的生产发展起来，青霉素从浅层，低效到深层通气，高效的发展，大大提高了单位效价，纯度和产量。 随后链霉素，新霉素相继问世。 1950年代，氨基酸工业出现 1960年代，酶制剂工业出现，有机酸工业出现 3．现代生物技术 主要是以DNA重组技术和原生质体融合技术为代表的新兴技术。 1973年，S.Cohen小组开创了体外重组DNA并成功转化大肠杆菌的先例，随后基因工程问世，按人类的意志将外源基因在体外与截体DNA嵌合，导入宿主细胞，使之形成能复制和表达外源基因的克隆。 1975年，Kohler及Milstein发明了杂交瘤技术，用淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行原生质体融合，获得在体外培养能产生单一抗体的杂交细胞。 1982年，第一个基因工程产品——利用重组体微生物生产的人胰岛素终于问世。 二、生物反应过程 生物反应过程——利用生物催化剂从事生物技术产品的生产过程 见图 生物反应过程的四个组成部分： 1．原料的预处理及培养基的制备 原材料的粉碎、蒸煮、水解、高压、灭菌等 2．生物催化剂的制备 发酵过程——选择高产、稳产，培养要求不苛刻的菌种 酶反应过程——选择一定量的活力强的酶制剂 3．生物反应器及反应条件的选择 根据生物类型的不同，代谢规律的不一样，选择不同的生物反应器和反应条件。 厌氧发酵——静置发酵，如酒精、啤酒、丙酮、丁醇、乳酸等，无需通气，工???简单 好氧发酵——通气发酵，如氨基酸、抗生素、赤霉素等，需通入无菌空气，以供代谢需要，工艺较复杂。 4．产品的分离与纯化 培养出来的产品需经过分离与纯化，根据产品的类型、特点选择合适的下游技术来纯化产品，如吸附法、溶媒萃取法、离子交换法、沉淀法或蒸馏法等。 三、生物工艺过程的共性 1．如何选择培养基成份的碳、氮、微量元素及生长因子的比例。 2．如何合理确定发酵级数，各级的培养条件，过程控制的参数以及菌种的选择。 3．如何防止生产过程的杂菌污染。 4．如何选择合适的产品提取、分离，纯化工艺。 四、微生物工业产品类型 1．微生物菌体的发酵 这是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的产品的发酵工业。 面包，乳酸 香菇，冬虫夏草，灵芝等 苏云金杆菌，蜡样芽孢杆菌中的伴孢晶体 2．微生物酶发酵 目前工业应用的酶大多来自微生物发酵，微生物种类多，产酶品种多，生产容易，成本低。 微生物酶制剂有广泛的应用。 淀粉酶，糖化酶——葡萄糖 氨基酰化酶——DL氨基酸光学拆分 胆固醇氧化酶——检测血清中胆固醇含量 葡萄糖氧化酶——检测血清中葡萄糖的含量 3．微生物代谢产物发酵 这是以获得微生物代谢产物为产品的发酵工业，代谢产物可分为两类 初级代谢物——氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸等 次级代谢物——抗生素、生物碱、细菌素、植物生长因子等 第一种是菌体生长所必需，一般在对数期产生，第二种与菌体生长无关，一般在稳定期产生。 4．微生物的生物转化 这是利用微生物细胞的一种或多种酶，作用于一些化合物的特定部位（基因），使它转变成结构相似但有更大经济价值的化合物的一种生化反应。 该反应终产物不是细胞代谢产生，而是微生物细胞的酶系作用而形成，细胞的作用只是相当于生物催化剂。 如，甾体的转化 5．微生物的特殊机能的利用 1）消除环境污染 2）保持生态平衡 3）进行金属的浸沥回收 4）利用基因工程菌开拓发酵工程新领域 第二章 生物工业菌种与种子的扩大培养 第一节 工业生产常用的微生物及要求 一、工业生产常用的微生物 1．细菌（bacteria） 细菌是自然界分布最广，数量最多的一类微生物。属单细胞原核生物，以二分裂方式繁殖。 见图片 工业常用的细菌有： 枯草芽孢杆菌——淀粉酶 醋酸杆菌——醋酸 棒状杆菌——氨基酸 短杆菌——肌苷酸 2．酵母菌（yeast） 自然界中普遍存在，主要分布于含糖较多的酸性环境中，单细胞真核生物 见图片 工业常用的酶母菌有： 啤酒酵母——酿酒 假丝酵母—