生物工程发酵工艺原理

供体细胞 载体
受体细胞
目的基因 重 组D N A分 子
转化细胞
基因治疗 基因诊断
多肽药物 疫苗、抗体
转基因动物
(畜 牧业、 渔业 生 物反应 器)
转基因植物 冶金、环保
(农 业、林 业 轻工 、食品 生 物反应 器)
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。
种植业中的应用
➢ 抗化学除草剂基因
➢ 转基因西红柿
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;
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。
➢ 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。
离子交换的应用
色层分离技术应用
蒸发和结晶技术的应用
过滤膜技术
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。
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
缺点
1.产物结构复杂性和特异性： 手性或光学活性
1.副产物多，分离精制困难 2.反应速度慢
2. 过程安全性：水相、常温、常压、 3.原料转化率低
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。
四 、发酵工业的范围
1．发酵食品工业(Fermented Foods) ：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Organic Acids ：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。
中性、不燃不爆
4.反应浓度低
3.主要原料可再Fra Baidu bibliotek性：阳光和土地 5.生产稳定性差
4.原料可替换性 5.反应自控性
6.设备庞大，辅助设备多，投资 大
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
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.产物类型可塑性：突变与转基因 9.通气、搅拌、冷却等能耗大
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……
（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。
➢ 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
种植业中的应用
➢ 用携带外源基因的农杆菌Ti质粒转化植物原生质体，使外源DNA与植 物染色体DNA整合，通过原生质体的培养分化成愈伤组织，最后发 育成具有新性状的完整植株—转基因植物
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。
原生质体融合
➢ 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。
发酵工程
➢ 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。
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-STATE FERMENTATION PRODUCTION
二．发酵工程的发展史
1．发酵现象的发现与利用