微生物與發(fā)酵工程經(jīng)典知識薈萃

微生物與發(fā)酵工程經(jīng)典知識薈萃第一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日本章內(nèi)容

一、發(fā)酵工程定義及在生物技術(shù)中的地位二、發(fā)酵工程發(fā)展簡史三、發(fā)酵工業(yè)的特點及其應(yīng)用范圍四、工業(yè)發(fā)酵的類型與典型過程五、發(fā)酵工程前沿及應(yīng)用前景/jpkc第二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日何謂發(fā)酵？

ferver：發(fā)泡、沸騰fermentation微生物的發(fā)酵現(xiàn)象－－請看下面現(xiàn)象/jpkc第三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日對發(fā)酵現(xiàn)象的不同理解

－－兩種角度（能量、產(chǎn)物）生物化學(xué)家/jpkc側(cè)重能量代謝：1、能夠在氧分子參與下進行有氧呼吸產(chǎn)生能量的生物可以進行：有氧呼吸、糖酵解、厭氧呼吸（兼性微生物）（1）有氧呼吸（氧供應(yīng)充分、有機物氧化徹底、產(chǎn)生大量能量）（2）糖酵解（暫時缺氧、有機物氧化不徹底、產(chǎn)生少量能量）2、無氧呼吸：特指那些不需要氧的微生物所進行的能量代謝。指有機物經(jīng)徹底或不徹底氧化，所脫下來的電子最后傳給外源的無機氧化物(個別是有機氧化物)并釋放較少能量。

根據(jù)最終電子受體不同，無氧呼吸分為：硝酸鹽呼吸、硫酸鹽呼吸、硫呼吸、碳酸鹽呼吸及延胡索酸呼吸等。第四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日對發(fā)酵現(xiàn)象的不同理解

－－兩種角度（能量、產(chǎn)物）發(fā)酵是指有機化合物進行無氧代謝釋放能量的過程厭氧發(fā)酵是厭氧菌借助氧化-還原反應(yīng)釋放能量的過程

發(fā)酵是酵母無氧呼吸產(chǎn)生能量的過程需氧發(fā)酵是好氧生物在受到分子態(tài)氧短缺限制時的不完全氧化釋放能量的過程生物化學(xué)家/jpkc生物化學(xué)家看待微生物發(fā)酵過程：第五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日工業(yè)微生物學(xué)家利用生物細胞（包括動、植物細胞）培養(yǎng)來生產(chǎn)產(chǎn)物的所有過程？（需氧過程、細胞工程）發(fā)酵是利用微生物培養(yǎng)來生產(chǎn)產(chǎn)物的無氧或需氧的任何過程/jpkc側(cè)重產(chǎn)品的生產(chǎn)：第六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì)顯微鏡觀察：微生物著名的巴斯德實驗：微生物作用著名的畢希納實驗：酵素（酶）的作用/jpkc第七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日2.發(fā)酵工程概念？

－－微生物細胞加工技術(shù)過程優(yōu)化與放大

傳統(tǒng)發(fā)酵工程：利用微生物的生長和代謝活動來大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的過程理論與工程技術(shù)體系。該技術(shù)體系主要包括菌種選育與保藏、菌種擴大生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的生物合成與分離純化制備等技術(shù)集成。/jpkc第八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日

現(xiàn)代發(fā)酵工程：是將DNA重組及細胞融合技術(shù)、酶工程技術(shù)、組學(xué)及代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控技術(shù)、過程工程優(yōu)化與放大技術(shù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵工程融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)水平，拓展傳統(tǒng)發(fā)酵應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物技術(shù)體系（新一代工業(yè)生物技術(shù)）。強調(diào)現(xiàn)代生物技術(shù)、控制技術(shù)和裝備技術(shù)在傳統(tǒng)與現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)領(lǐng)域的集成應(yīng)用。/jpkc第九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)：釀造及食品業(yè)、抗生素、氨基酸、核苷酸、有機酸、飼料添加劑、微生態(tài)制劑、生物農(nóng)藥、生物肥料等現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)：基因工程藥物、細胞工程藥物、疫苗；替代石油工業(yè)的大宗量的生物基化學(xué)品等，以及傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)升級。第十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日

傳統(tǒng)大型發(fā)酵工業(yè)的中央控制

現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的中央控制

第十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日3.發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位

生物技術(shù)：應(yīng)用自然科學(xué)和工程學(xué)的原理，依靠生物及其細胞的催化作用，將物料進行加工以提供產(chǎn)品或為社會服務(wù)的技術(shù)。發(fā)酵工程是生物技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心。/jpkc第十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日

分離和純化產(chǎn)品。包括固液分離技術(shù)、細胞破壁技術(shù)、產(chǎn)物純化技術(shù)，以及產(chǎn)品檢驗和包裝技術(shù)等下游技術(shù)發(fā)酵過程控制，主要包括發(fā)酵條件的調(diào)控，無菌環(huán)境的控制，過程分析和控制等

中游技術(shù)廣義發(fā)酵工程對生物學(xué)和工程學(xué)的要求

優(yōu)良種株的選育和保藏（包括菌種篩選、改造，菌種代謝路徑改造等），上游技術(shù)上中下游相互關(guān)聯(lián)！第十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日生物技術(shù)體系生化工程酶工程細胞工程發(fā)酵工程產(chǎn)物

產(chǎn)品

產(chǎn)品基因工程

產(chǎn)品強調(diào)過程優(yōu)化與控制/jpkc第十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日（一）發(fā)酵工程發(fā)展簡史1900以前自然發(fā)酵階段1900—1940純培養(yǎng)技術(shù)的建立1940—1950通氣攪拌純培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)的建立1950—1960誘變技術(shù)與代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立1960—1970開拓發(fā)酵原料時期（石油發(fā)酵時期）1970年以后進入基因工程菌發(fā)酵時期，以及細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的全面發(fā)展。

近年來，以現(xiàn)代生物技術(shù)和過程工程技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)突飛猛進。/jpkc第十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日自然發(fā)酵階段主要是釀造工業(yè)主要產(chǎn)品：酒、酒精、醋、啤酒、干酪、酸乳等17世紀，能在容量為1500桶（一桶約136升）的木質(zhì)大桶中進行第一次真正的大規(guī)模釀造1757年應(yīng)用溫度計；1801使用原始熱交換器

主要特點：嫌氣發(fā)酵，非純種培養(yǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定/jpkc第十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日純培養(yǎng)技術(shù)的建立Koch首先發(fā)明固體培養(yǎng)基，建立細菌的純粹培養(yǎng)Petri創(chuàng)造一種培養(yǎng)皿(petridish)用于微生物平板分離Winograsky和Beijerink發(fā)明富集培養(yǎng)法，分離特定的微生物主要產(chǎn)品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等/jpkc第十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日

μ

ABS0基質(zhì)濃度對A、B兩種菌的比生長速率（μ）的影響

當S<S0時，富集什么菌株？當S>S0時，富集什么菌株？/jpkcS第十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第一次世界大戰(zhàn)，Weizmann發(fā)明了丙酮丁醇發(fā)酵，建立了真正的無雜菌發(fā)酵。在面包酵母的生產(chǎn)中首先采用了分批補料培養(yǎng)技術(shù)主要特點：純培養(yǎng)為主、嫌氧發(fā)酵，產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量控制水平大大提高/jpkc純培養(yǎng)技術(shù)的建立第十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立標志：純種培養(yǎng)深層發(fā)酵生產(chǎn)青霉素主要技術(shù)進展：通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)的供氧問題。無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計解決了耗氧發(fā)酵中的雜菌污染問題。/jpkc第二十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日主要特點：耗氧發(fā)酵實現(xiàn)規(guī)?；兣囵B(yǎng)發(fā)酵，一系列過程工程技術(shù)創(chuàng)新意義：推動抗生素工業(yè)乃至整個發(fā)酵工業(yè)快速發(fā)展建立了完整的好氧發(fā)酵放大技術(shù)及裝備奠定了現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的理論和實踐基礎(chǔ)/jpkc通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立第二十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立基于代謝途徑及其調(diào)控實現(xiàn)微生物菌種選育和控制發(fā)酵。代謝控制發(fā)酵技術(shù)：應(yīng)用生物化學(xué)的代謝知識和遺傳學(xué)理論，選育微生物突變株，從而調(diào)控微生物代謝，大量積累目標發(fā)酵產(chǎn)物。主要應(yīng)用：氨基酸及核苷酸等基于初生代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，以及有機酸、抗生素等

/jpkc第二十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日開拓新的發(fā)酵原料時期目的：以烴類為碳源生產(chǎn)微生物細胞作為飼料蛋白質(zhì)的來源技術(shù)進步：發(fā)展了高壓噴射式、強制循環(huán)式等多種發(fā)酵罐及其發(fā)酵技術(shù)計算機和自動控制技術(shù)的運用：滅菌和發(fā)酵過程自動控制，促進發(fā)酵工業(yè)朝連續(xù)化、自動化方向發(fā)展

/jpkc第二十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日特點：解決發(fā)酵原料及人畜爭糧問題；規(guī)模和自動化程度顯著提高，能耗過大。/jpkc開拓新的發(fā)酵原料時期第二十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日基因工程階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段）主要標志基因工程產(chǎn)品生產(chǎn)以及基因工程技術(shù)應(yīng)用世界上已批準上市的基因工程藥物有幾十種，如：胰島素、人生長激素等。/jpkc第二十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日主要特點基因工程技術(shù)、細胞工程技術(shù)、酶工程技術(shù)以及發(fā)酵過程優(yōu)化及放大技術(shù)的全面進步高產(chǎn)微生物代謝產(chǎn)物及非微生物代謝產(chǎn)物的基因工程菌構(gòu)建及產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)主導(dǎo)碳氧經(jīng)濟發(fā)展，碳氫經(jīng)濟的替代及生物煉制技術(shù)的興起/jpkc基因工程階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段）第二十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日

人胰島素

人生長激素(GH)

表皮生長因子(EGF)

腫瘤壞死因子

白細胞介素-2(IL-2)

尿激酶原

豬生長激素(PGH)

牛生長激素(BGH)纖維素酶

,-干擾素

乙型肝炎疫苗

集落刺激因子(CSF)

促紅細胞生成素(EPO)

抗血友病因子

組織溶纖原激活劑(t-PA)部分利用基因工程技術(shù)研制的產(chǎn)品/jpkc第二十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵工程的主要前沿進展原料拓展：可再生資源的加工和綜合利用（如纖維素原料）過程優(yōu)化技術(shù)多尺度生物反應(yīng)器優(yōu)化控制技術(shù)生物煉制/jpkc第二十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日高產(chǎn)量：微生物生理、遺傳、營養(yǎng)及環(huán)境因素高轉(zhuǎn)化率：微生物代謝途徑和過程條件高效率：微生物反應(yīng)動力學(xué)和系統(tǒng)優(yōu)化以高產(chǎn)量、高轉(zhuǎn)化率和高效率及低

成本為目標的發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)

低成本：技術(shù)綜合及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)集成/jpkc環(huán)境友好：開發(fā)清潔生產(chǎn)技術(shù)第二十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)條件確定過程優(yōu)化初始條件過程分析過程強化1基于組學(xué)技術(shù)的高通量菌種改造和篩選2基于組學(xué)和生物信息學(xué)代謝途徑分析優(yōu)化菌種改造3基于實時代謝流分析、代謝途徑模型與自動控制技術(shù)的發(fā)酵過程優(yōu)化控制發(fā)酵工藝優(yōu)化4基于發(fā)酵液及產(chǎn)品特性的高收率、低成本、高質(zhì)量和環(huán)境友好的提取精制技術(shù)集成發(fā)酵產(chǎn)物分離純化5基于源頭防治與過程監(jiān)控的資源節(jié)約與廢物資源化清潔生產(chǎn)技術(shù)集成綜合治理技術(shù)優(yōu)化第三十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵工程的基本過程

1、菌種的選育要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu)良的菌種。怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種，再用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品

可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構(gòu)建工程細胞或工程菌，從而達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的

第三十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日培養(yǎng)基的配制原則

（1）目的要明確。（2）培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào)（3）pH要適宜。2、培養(yǎng)基的配制第三十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日成分酸堿度豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸二氫鉀、氧化鉀、硫酸鎂、生物素PH為7—8谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基（液體、天然）2、培養(yǎng)基的配制第三十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日密閉式發(fā)酵罐第三十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵罐第三十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日3、滅菌競爭關(guān)系例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解掉。第三十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日3、滅菌用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢和孢子。

怎樣才算滅菌徹底呢？將培養(yǎng)液投放到發(fā)酵罐中，98kPa的蒸汽進行滅菌第三十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日4、擴大培養(yǎng)和接種擴大培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)有何區(qū)別？第三十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日5、發(fā)酵過程（中心階段）下圖表示發(fā)酵罐中各種因素對谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵產(chǎn)生谷氨酸的影響，其中不正確的是第三十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日5、發(fā)酵過程（中心階段）控制因素作用機理控制方法溫度①影響酶的活性②影響生物合成途徑③影響培養(yǎng)基的理化性質(zhì)以及菌種對營養(yǎng)物質(zhì)的分解吸收④影響微生物生長通過控制產(chǎn)熱與散熱的平衡來控制培養(yǎng)基的溫度第四十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日控制因素作用機理控制方法

pH①影響酶的活性②影響細胞膜的帶電情況，導(dǎo)致細胞膜通透性改變從而影響對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和產(chǎn)物的排出③影響培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)的分解加入緩沖溶液，補加氨水、尿素、CaCO3、NH4HCO3等來控制pH第四十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日控制因素作用機理控制方法溶解氧①促進需氧型微生物的呼吸②抑制厭氧型微生物代謝通過無菌空氣的通氣量和攪拌速度來控制第四十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日控制因素作用機理控制方法泡沫①占據(jù)發(fā)酵罐的空間②影響通氣、攪拌③導(dǎo)致代謝異常安裝消泡沫擋板或用消泡沫劑營養(yǎng)濃度直接影響菌體的生長、影響代謝產(chǎn)物的積累、影響代謝途徑根據(jù)具體情況及時控制第四十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日6、分離提純溫度30-37?C，pH7-8，經(jīng)過28-32h，培養(yǎng)液中就會產(chǎn)生大量的谷氨酸——50-100g/L提取出谷氨酸用適量的Na2CO3溶液中和過濾濃縮離心→味精第四十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日6、分離、提純菌體本身，如酵母菌和細菌等采用過濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來代謝產(chǎn)物采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進行提取。第四十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第四十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日（一）發(fā)酵工業(yè)的特點

發(fā)酵過程一般是在常溫常壓下進行的生化反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件較簡單?？捎幂^廉價原料生產(chǎn)較高價值產(chǎn)品。反應(yīng)專一性強。能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的化合物進行特定部位的生物轉(zhuǎn)化修飾。

/jpkc第四十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關(guān)重要。菌種是關(guān)鍵。發(fā)酵生產(chǎn)不受地理、氣候、季節(jié)等自然條件限制。（一）發(fā)酵工業(yè)的特點/jpkc第四十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日（二）發(fā)酵工業(yè)的范圍

微生物菌體酶制劑代謝產(chǎn)物生物轉(zhuǎn)化微生物特殊機能的利用

利用微生物消除環(huán)境污染

利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡微生物濕法冶金利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域/jpkc第四十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日微生物菌體傳統(tǒng)菌體發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代菌體發(fā)酵工業(yè)酵母發(fā)酵菌體蛋白（單細胞蛋白）發(fā)酵殺蟲劑：蘇云金桿菌，蠟樣芽孢桿菌，側(cè)孢芽孢桿菌；白僵菌、綠僵菌

疫苗/jpkc第五十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日新的菌體發(fā)酵產(chǎn)品:藥用功能菌體茯苓菌→茯苓擔子真菌→靈芝、香菇類蟲草頭孢菌密環(huán)菌微生物菌體/jpkc第五十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日面包酵母

藻類第五十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日芽孢桿菌和伴孢晶體

/jpkc第五十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日蟲草頭孢菌發(fā)酵生產(chǎn)蟲草

/jpkc第五十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日酶制劑廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、食品和輕工業(yè)、石油化工酶試劑盒：醫(yī)用診斷試劑盒、工業(yè)分析試劑盒等藥用酶制劑：膽固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶等食品工業(yè)用酶制劑：果膠酶，淀粉酶等基因重組技術(shù)用酶制劑：核酸酶（nuclease），包括DNA、RNA的內(nèi)切酶、外切酶，DNA限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶等。飼料酶制劑：木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶等

/jpkc第五十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日/jpkc第五十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第五十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日從初生代謝到次生代謝第五十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日微生物轉(zhuǎn)化

/jpkc在用維生素C一步和二步發(fā)酵法生產(chǎn)中,起主要氧化作用的葡糖酸桿菌對作用底物(D-山梨醇或L-山梨糖)的分子結(jié)構(gòu)進行特異性改變。第五十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第六十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日（一）工業(yè)發(fā)酵的類型固體發(fā)酵

厭氧發(fā)酵需氧發(fā)酵兼性厭氧發(fā)酵

液體發(fā)酵（包括液體深層發(fā)酵）按培養(yǎng)基的物理性狀淺盤固體發(fā)酵深層固體發(fā)酵（機械通風制曲）

按微生物對氧的不同需求/jpkc第六十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日按發(fā)酵工藝流程分批發(fā)酵補料分批發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵單級恒化器連續(xù)發(fā)酵多級恒化器連續(xù)發(fā)酵帶有細胞再循環(huán)的單級恒化器連續(xù)發(fā)酵（一）工業(yè)發(fā)酵的類型/jpkc按菌的種類單菌種發(fā)酵多菌種混合發(fā)酵（混合菌發(fā)酵）第六十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日新發(fā)展的微生物培養(yǎng)方法載體培養(yǎng)兩步法液體深層培養(yǎng)/jpkc第六十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日（二）發(fā)酵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程1.用作種子擴大培養(yǎng)及發(fā)酵生產(chǎn)的各種培養(yǎng)基的配制；2.培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的消毒滅菌；3.

擴大培養(yǎng)出有活性的適量純種，以一定比例接種入發(fā)酵罐中；/jpkc第六十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日4.控制最適發(fā)酵條件使微生物生長并形成大量的代謝產(chǎn)物；5.將產(chǎn)物提取并精制，以得到合格的產(chǎn)品；6.

回收或處理發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的三廢物質(zhì)。/jpkc（二）發(fā)酵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程第六十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日（二）發(fā)酵工業(yè)的典型過程－－深層發(fā)酵過程/jpkc第六十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日/jpkc第六十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵工業(yè)發(fā)展趨向及應(yīng)用前景基因工程的發(fā)展為發(fā)酵工程帶來新的活力。

采用發(fā)酵技術(shù)進行高等動植物細胞培養(yǎng)，具有誘人前景。不斷開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，計算機自動控制將成為發(fā)酵生產(chǎn)控制的主要手段。/jpkc第六十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日強調(diào)代謝機理與調(diào)控研究，使微生物的機能得到進一步開發(fā)。生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起：清潔生產(chǎn)。再生資源的利用?；旌暇l(fā)酵強調(diào)微生物群落與功能研究，提高發(fā)酵效率。

/jpkc發(fā)酵工業(yè)發(fā)展趨向及應(yīng)用前景第六十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日武漢市武漢市中東化工公司污染狀況一墻之隔的鐵四局宿舍飽受廢氣困擾鐵四局宿舍里銹斷的鐵護欄

陽邏汽渡職工戴口罩上班

第七十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日清潔生產(chǎn)按照聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）的定義：“清潔生產(chǎn)是一種新的創(chuàng)造性的思想，該思想將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程、產(chǎn)品和服務(wù)中，以增加生態(tài)效益和減少人類及環(huán)境的風險。對生產(chǎn)過程，要求節(jié)約原材料和能源，淘汰有毒原材料，減降所有廢棄物的數(shù)量和毒性；對產(chǎn)品，要求減少從原材料提煉到產(chǎn)品最終處置的全生命周期的不利影響；對服務(wù)，要求將環(huán)境因素納入設(shè)計和所提供的服務(wù)中。”/jpkc第七十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日混合菌發(fā)酵的應(yīng)用傳統(tǒng)釀造和食品發(fā)酵工業(yè)：白酒，醬油、醋、豆豉有機廢棄物（工業(yè)、城市和農(nóng)業(yè)）的發(fā)酵處理與轉(zhuǎn)化：生物能源：生物制氫、生物制沼氣生物飼料生物肥料/jpkc第七十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵工程是連接生物科學(xué)、生物技術(shù)和生物工程的橋梁，生物科學(xué)與技術(shù)成果的推廣應(yīng)用離不開發(fā)酵工程！第七十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日過量運動后肌肉會有酸痛感，就是因為肌體在缺氧狀態(tài)下進行糖酵解產(chǎn)生了乳酸等第七十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日高等生物（動物、植物和好氣性微生物）長期進行糖酵解（發(fā)酵）危害很大：由于能量不足加速了底物的利用導(dǎo)致能量物質(zhì)枯竭產(chǎn)生大量有毒的底物不完全氧化的中間體：酒精、乳酸等甚至導(dǎo)致局部細胞壞死或整體死亡人類腦缺氧非常危險、長期劇烈運動有損健康、提倡有氧運動第七十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日微生物發(fā)酵制藥第七十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述第七十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日利用微生物技術(shù)，通過高度工程化的新型綜合技術(shù)，以利用微生物反應(yīng)過程為基礎(chǔ)，依賴于微生物機體在反應(yīng)器內(nèi)的生長繁殖及代謝過程來合成一定產(chǎn)物，通過分離純化進行提取精制，并最終制劑成型來實現(xiàn)藥物產(chǎn)品的生產(chǎn)。微生物發(fā)酵制藥的定義第七十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日1、微生物菌體的發(fā)酵SCP、藥用真菌（冬蟲夏草、茯苓等）生物防治制劑（如蘇云金桿菌）活性乳制劑細胞的生長與產(chǎn)物的積累成平行關(guān)系，生長速率最大的時期也是產(chǎn)物合成最高階段微生物發(fā)酵類型第七十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日2、微生物酶發(fā)酵各種酶制劑糖化酶、α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等天冬酰胺酶：抗癌納豆激酶、鏈激酶：治療血栓青霉素?；福呵嗝顾厣a(chǎn)需要誘導(dǎo)或遭受阻遏、抑制等調(diào)控作用，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需注意。第八十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵初級代謝產(chǎn)物：與菌體生長相伴隨的產(chǎn)物、對菌體生長、分化和繁殖是必須的氨基酸、核苷酸、維生素、糖類等菌體對其合成反饋控制嚴密，一般不過量積累次級代謝產(chǎn)物：與菌體生長不相伴隨，以初級代謝的中間產(chǎn)物為原料而合成抗生素、生物堿、毒素、色素、胞外多糖等結(jié)構(gòu)常較復(fù)雜對環(huán)境條件敏感第八十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日4、微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵利用微生物細胞的一種或幾種酶，對外源化合物的特定部位進行加工，如加入羥基、還原雙鍵、脫氧或切斷支鏈等。反應(yīng)最顯著的特點是特異性強，包括反應(yīng)特異性、結(jié)構(gòu)位置特異性、立體特異性。如：甾體轉(zhuǎn)化：環(huán)戊烷多氫菲核的化合物第八十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日可的松（Cortisone）第八十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日藥用發(fā)酵產(chǎn)品分類生物來源作用對象作用機制化學(xué)結(jié)構(gòu)細菌真菌放線菌抗菌藥抗腫瘤藥抗病毒藥除草劑酶抑制劑免疫調(diào)節(jié)劑抑制細胞壁合成藥影響細胞膜功能藥干擾蛋白質(zhì)合成藥抑制核酸合成藥抑制生物能量反應(yīng)藥抗生素維生素氨基酸核苷酸甾體激素酶及酶抑制劑第八十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵工程制藥的特點微生物菌種選育獲得高產(chǎn)發(fā)酵的理論產(chǎn)量存在約10%的變量發(fā)酵過程常溫常壓，操作條件溫和純種培養(yǎng)、無菌條件生產(chǎn)過程是以生物體的自動調(diào)節(jié)方式進行的分子水平生產(chǎn)，定向發(fā)酵、突變、雜交等手段投資少、見效快第八十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)展趨勢利用DNA重組技術(shù)和細胞工程技術(shù)的發(fā)展、新的工程菌和新型微生物的開發(fā)新型的生理活性多肽和蛋白質(zhì)類藥物：干擾素、白介素促紅細胞生成素等；新型菌體制劑和疫苗。紅細胞生成素

(治療貧血)

生長激素

(促進生長)胰島素

(治療糖尿病)

干擾素

(抗病毒、抗腫瘤)

第八十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)發(fā)酵制藥中的微生物第八十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日常見的制藥用微生物細菌放線菌真菌第八十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日細菌之大腸桿菌屬(Escherichiacoli)生產(chǎn)天冬氨酸、蘇氨酸、纈氨酸等氨基酸類藥物基因工程的載體第八十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日細菌之短桿菌屬(Brevibacterium)維生素B12、氨基酸、核苷酸類藥物生產(chǎn)中常用的菌種，也是酶法合成生產(chǎn)輔酶A的菌種。第九十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日細菌之棒狀桿菌屬(Corynebacterium)生產(chǎn)氨基酸、核苷酸類藥物，用于甾體轉(zhuǎn)化是谷氨酸和其他氨基酸的高產(chǎn)菌，如北京棒桿菌AS1.299鈍齒棒桿菌AS1.542第九十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日細菌之芽孢桿菌屬(Bacillus)生產(chǎn)氨基酸、核苷酸、抗生素類、維生素B12、用于甾體轉(zhuǎn)化等。第九十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日細菌之假單胞菌屬(Pseudomonas)生產(chǎn)維生素B12、氨基酸、核苷酸類；進行類固醇（甾體）轉(zhuǎn)化；有些菌株可利用烴類生產(chǎn)單細胞蛋白。第九十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日細菌之乳酸桿菌屬(Lactobacillus)生產(chǎn)抗癌類藥物第九十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日放線菌抗生素12000余種，60%左右來自放線菌，經(jīng)濟價值大。第九十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日放線菌之鏈霉菌屬(Streptomyces)灰色鏈霉菌(Streptomycesgriseus)

產(chǎn)鏈霉素金霉素鏈霉菌(Streptomycesaureofaciens)產(chǎn)金霉素紅霉素鏈霉菌(Streptomyceserythreus)

產(chǎn)紅霉素龜裂鏈霉菌(Streptomycesrimosus)產(chǎn)土霉素第九十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日放線菌之諾卡氏菌屬(Norcadia)生產(chǎn)利福霉素、蚊霉素等第九十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日放線菌之小單胞菌屬(Micromonospora)多種可產(chǎn)抗生素，如棘孢小單胞菌(M.echinospora)產(chǎn)慶大霉素。第九十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日放線菌之游動放線菌屬（Actinoplanes）典型代表：濟南游動放線菌(Actinoplanestsinanesisn)產(chǎn)創(chuàng)新霉素(creatmycin；1964)第九十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日真菌之根霉屬(Rhizopus)生產(chǎn)甾體激素、延胡索酸及酶制劑等。第一百頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日真菌之曲霉屬(Aspergillus)生產(chǎn)枸櫞酸、葡萄糖酸、有機酸類、抗生素，進行甾體轉(zhuǎn)化。第一百零一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日真菌之青霉屬(Penicillum)產(chǎn)黃青霉(Penicillumchrysogenum)

生產(chǎn)青霉素，也可用來生產(chǎn)葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、檸檬酸和抗壞血酸第一百零二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日真菌之頭孢霉菌屬(Cephalosporium)產(chǎn)黃頭孢霉(Cephalosporiumchrysogen)、頂孢頭孢霉菌(Cephalosporiumacremonium)

都生產(chǎn)頭孢菌素C第一百零三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日真菌之酵母菌屬(Saccharomyces)啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)：生產(chǎn)啤酒、酒精、藥用酵母等；核酸、麥角固醇、細胞色素C、凝血質(zhì)和輔酶A等。紅酵母(Rhodotorula)：β-胡蘿卜素棉病針孢酵母(Nematsporagossypii)：核黃素第一百零四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日真菌之其它牛肝菌屬：含有人體必需的8種氨基酸，還含有腺膘呤、膽堿和腐胺等生物堿。靈芝屬：靈芝多糖、靈芝多肽、三萜類、16種氨基酸(其中含有七種人體必需氨基酸)、蛋白質(zhì)、甾類、甘露醇、香豆精苷、生物堿、有機酸（主含延胡索酸），以及微量元素Ge、P、Fe、Ca、Mn、Zn等。第一百零五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵菌種的選育要求生產(chǎn)力：能在廉價的培養(yǎng)基上迅速生長，所需的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量高，其它類似代謝產(chǎn)物少操作性：培養(yǎng)條件簡單，發(fā)酵易控制，產(chǎn)品易分離穩(wěn)定性：抗噬菌體能力強，菌種純粹，遺傳性狀穩(wěn)定、不易變異退化安全性：非病源菌，不產(chǎn)有害生物活性物質(zhì)或毒素第一百零六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵菌種的選育方法從自然界中獲得新菌種誘變育種雜交育種原生質(zhì)體融合基因工程第一百零七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日從自然界中獲得新菌種土壤、空氣、動植物等，嚴重污染的水域，極端環(huán)境等基本程序：采樣預(yù)處理富集培養(yǎng)篩選鑒定野生型菌株第一百零八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日誘變育種物理或化學(xué)方法誘發(fā)突變物理誘變劑：紫外線、X-射線、γ-射線等化學(xué)誘變劑：氮芥、亞硝酸、5-氟尿嘧啶等第一百零九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日雜交育種：借助有性重組，使不同菌株的遺傳物質(zhì)得以交換

原生質(zhì)體融合育種：借助原生質(zhì)融合技術(shù)實現(xiàn)遺傳物質(zhì)的交換

基因工程育種：DNA體外重組技術(shù)定向育種，技術(shù)含量高，應(yīng)用面廣第一百一十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日菌種保藏(Cultureconservation)目的：保證菌種經(jīng)過較長時間后仍保持生活能力，防止被雜菌污染，形態(tài)特征和生理形狀盡可能不發(fā)生變異。第一百一十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日菌種保藏三要素典型菌種的優(yōu)良純種的休眠體；創(chuàng)造有利于種子休眠的環(huán)境（低溫、干燥、缺氧、避光、缺少營養(yǎng)）；盡可能采用多種不同的手段保藏同一菌株。第一百一十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日菌種保藏的常用方法斜面低溫保藏法石蠟油封存法砂土管保藏法麩皮保藏法甘油懸液保藏法冷凍真空干燥保藏法液氮超低溫保藏法宿主保藏法第一百一十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日方法名稱主要特點適用范圍保藏期斜面低溫保藏法傳代培養(yǎng)，4℃保藏各種微生物的短期保藏。1-6個月石蠟油封存法石蠟油隔絕空氣，室溫或4℃保藏各種微生物的中短期保藏，不適用某些能分解烴類的菌種。1-2年砂土管保藏法沙土管作載體，干燥器中抽真空，室溫或4℃保藏產(chǎn)孢子微生物和芽孢細菌的長期保藏，不適用對干燥敏感的微生物1-10年麩皮保藏法麩皮作載體，干燥，4℃保藏產(chǎn)孢子霉菌和某些放線菌，工廠多采用此法1年甘油懸液保藏法懸浮于10-15%甘油中，需低溫冰箱基因工程菌1年/10年冷凍真空干燥保藏法用保護劑制備懸液，快速凍結(jié)，減壓抽真空，需凍干機各類微生物5-15年液氮超低溫保藏法保護劑，超低溫（-196℃），需超低溫液氮設(shè)備各類微生物15年以上宿主保藏法與培養(yǎng)基混合直接低溫保存專性活細胞寄生微生物（如病毒）第一百一十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日菌種保藏機構(gòu)ＡＴＣＣＣＣＣＣＭＮＣＴＣ第一百一十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第三節(jié)發(fā)酵設(shè)備及消毒滅菌第一百一十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵的一般流程種子擴大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制空氣除菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產(chǎn)下游處理發(fā)酵設(shè)備第一百一十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵設(shè)備——發(fā)酵罐發(fā)酵罐的特點軸封嚴密，泄漏少能承受一定壓力、溫度攪拌通風裝置保證氣液充分混合具有足夠的冷卻面積死角少，滅菌徹底適宜的徑高比（高與直徑的比值為2.5—4）第一百一十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵罐的類型攪拌釜反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器氣升式反應(yīng)器第一百一十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第一百二十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵輔助設(shè)備無菌空氣系統(tǒng)無菌空氣的要求滅菌系統(tǒng)、管道、閥門第一百二十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日培養(yǎng)基及其滅菌培養(yǎng)基（medium）培養(yǎng)基的成分碳源、氮源、無機鹽、前體物、促進劑、抑制劑第一百二十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日培養(yǎng)基的類型按組成按狀態(tài)按用途第一百二十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日培養(yǎng)基滅菌空罐滅菌實罐滅菌連續(xù)滅菌第一百二十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第四節(jié)發(fā)酵工程制藥的

過程與控制第一百二十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日種子的擴大培養(yǎng)第一百二十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日微生物發(fā)酵方式分批發(fā)酵補料分批發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵第一百二十七頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第一百二十八頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵過程中的中間分析項目產(chǎn)物產(chǎn)量pH糖氨基氮菌絲形態(tài)第一百二十九頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵過程的影響因素及控制菌體濃度營養(yǎng)物質(zhì)溫度pH溶氧泡沫染菌發(fā)酵終點的判斷第一百三十頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日菌體濃度在適合的生長速率下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率與菌體濃度成正比關(guān)系。特別是初級代謝產(chǎn)物。菌體濃度過低，產(chǎn)物產(chǎn)率下降。菌體濃度過高，產(chǎn)生其他影響。措施：調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)的濃度。第一百三十一頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日營養(yǎng)物質(zhì)碳源氮源磷酸鹽：生長亞適量濃度補料：半饑餓狀態(tài)第一百三十二頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日溫度考慮菌種及生長階段綜合考慮其他培養(yǎng)條件考慮菌種生長情況發(fā)酵熱第一百三十三頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日發(fā)酵終點的判斷提高產(chǎn)物的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益降低生產(chǎn)成本主要指標與中間分析項目雷同第一百三十四頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日食用藥用菌的深層發(fā)酵

第一百三十五頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日食用菌發(fā)酵生產(chǎn)是一門新興的技術(shù)，是借鑒現(xiàn)代抗生素液體發(fā)酵工藝生產(chǎn)的菌絲體或兼用發(fā)酵液，在很大程度上解決了食用菌野生資源不足和人工栽培難以形成子實體的問題；目前我國已建立起一些以發(fā)酵生產(chǎn)藥用真菌的專業(yè)化藥廠。

第一百三十六頁，共一百五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)食用菌固體發(fā)酵固體發(fā)酵是中國特有的藥用菌生產(chǎn)工藝，早在1500年前中國已經(jīng)采用固體發(fā)酵工業(yè)制成著名中藥神曲，以健胃消食等功效沿用至今。20世紀70年代亮菌、猴頭、安洛小皮傘、云芝等品種相繼采用了固體發(fā)酵生產(chǎn)工藝。固體發(fā)酵設(shè)備簡單、原料來源廣、方法簡便、經(jīng)濟有效，但機械化、自動化程度低，不能適應(yīng)工業(yè)化大生產(chǎn)的要求。

第一百三十七頁，共一