第1章 生物工艺学-绪论.ppt

生物工艺学 李昆太 江西农业大学生物科学与工程学院 第一章 绪论 第一部分 课程简介 生花生产工艺学是一门利用生物代谢过程并借助于对代谢过程的控制来获得生物产品的过程的共性为研究对象的学科。  授课教材：生化生产工艺学 科学出版社 梅乐和等编著参考教材：新编生物工艺学 化学工业出版社 俞俊棠等编著多尺度微生物过程优化 化工出版社 张嗣良 储炬 编著现代工业发酵调控学 化工出版社 储炬 李友荣 编著 微生物 培养 生物反应器 第二部分 本学科的发展趋势 发酵现象的早期认识 1680年制成显微镜 ─── 微生物的存在 1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵母发酵引起的 1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精 ─── 酶 发酵工程的早期阶段 人们的对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于厌氧发酵，如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发酵食品。 20世纪初期，1916年英国采用梭状芽孢杆菌生产丙酮丁醇，德国采用亚硫酸盐法生产甘油（第一次世界大战）──由食品工业向非食品工业发展。 好氧发酵技术：速酿法从乙醇生产醋酸，通气法大量繁殖酵母，用米曲霉的麸曲代替麦芽糖作糖化剂生产酒靖，用微小毛霉生产干酪。 1933年等人发明了摇瓶培养法代替了传统的静置培养法。生长均匀，增殖时间短。 发酵工程的重大转折点 二十世纪四十年代初，第二次世界大战爆发，青霉素的发现，迅速形成工业大规摸生产。 1928年由 Fleming发现青霉素 1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究 表面培养：1升扁瓶或锥形瓶，内装200mL麦麸培养基 ─── 40u/ml 1943年沉浸培养： 5m3 ─── 200u/ml 当今：100m3-200m3 ─── 5-7万u/ml 链霉素、金霉素、新霉索、红霉素 主要的技术进展： 通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。 抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养 基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。 意义： 抗生素工业的发展 建立了一套完整的好氧发酵技术，大型搅拌发酵罐培养方法 推动了整个发酵工业的深入发展 为现代发酵工程奠定了基础 大型发酵罐搅拌装置 发酵车间的空气过滤器 现代生物技术──分子生物学与发酵工程 氨基酸发酵工业──谷氨酸、赖氨酸 核酸发酵工业──肌苷酸、鸟苷酸 微生物变异株通过代谢调节──代谢控制发酵技术 切断支路代谢转折点: 酶的活力调控，酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏) →解除菌体自身的反馈调节，特殊调节控制的利用，突变株的应用，前体、终产物、副产物等 20世纪70年代 细胞融合技术、基因操作技术等生物技术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有用的微生物： 增加微生物体内控制代谢产物产量的基因拷贝数，可以大幅度地提高目标产物的产量 将动、植物或某些微生物特有产物的控制基因植入细胞中，快速经济地大量生产这些产物 将具有不同性能的多种质粒植入，使新菌株在清除污染或以非粮食物质为原料进行发酵生产或环境保护 动物细胞反应器 目前动植物生物反应器的主要研究和应用动向为：转基因方法改良动植物产品品质、转基因动植物用于人类遗传疾病研究、生物药和器官移植、生产国防产品等。 ? 人类基因组测序完成的后向功能基因组学转变 ── 功能基因及其表达产物的获得。 大规模基因测序 高通量蛋白生产 细胞大规模培养技术 细胞大规模培养 ── 微生物、动植物细胞、藻类细胞等 细胞代谢产物、生物转化、酶、基因表达产物和基因质粒等 占生物技术产品的40%以上，达1500亿美元。 世界生物医药产品的发展势态 以年均30％的速度增长，预计至2010年生物技术药物的销售额将达1500亿美元，占医药的市场的25%。 以基因工程为主要内容的现代生物医药工程以及用现代化技术改造传统生物技术产业化。 培养的细胞不仅只是微生物，还有动物细胞、植物细胞和藻类细胞大规模培养。 在人类今后发现的一切具有生物活性的物质都可以借助于细胞培养方法得到。 哺乳类动物细胞培养技术产品 近年来，应用哺乳动物工程细胞系统生产药用蛋白显示了越来越重要的地位，包括疫苗、干扰素、激素、生长因子和单克隆抗体等，是开发生物技术产品的重要环节，出现了以干细胞技术为核心的现代再生医学，显露出今人鼓舞的技术进展。 抗体药物居所有医药生物技术产品之首 1995年前美国市场上仅有OKT3一种治疗单抗 2002年：14种 2003年：20种 2004年以后：十几种进入临床后期