生物工艺学概论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第－章:绪论1.1、生物工艺学概论1.1.1生物工艺学定义和特点生物工艺学（biotechnology），普通也称为：发酵工程（FermentationEngineering）或微生物工程（MicroorganismsEngineering）.概念:利用微生物在有氧或无氧条件下生命(长代谢)活动,经过当代工程技术,来制备微生物菌体本身或其直接代谢产物或其次级代谢产物过程。发酵产品分为2类：生物工艺学定义和特点归纳起来可有三个特点：需具备条件:1.1.2生物催化剂特征生物催化剂是游离或固定化细胞或酶总称。它们在生物反应过程中起着催化剂作用。见表l—lA:与化学催化剂相比，生物催化剂含有能使反应物（底物或基质）在常温、常压下反应；反应速率快；催化作用专一；普通情况下价格较低廉等优点。B:缺点是易受环境条件、受一些化学物质及杂菌破坏而失活；因而稳定性较差；温度、pH等参数对反应相当敏感；要求严格控制。C:以活细胞讲，还存在着个体差异、遗传特征变异等生物学上特有问题，在生长过程中对营养、微量元素、渗透压等也有一定要求。D:活细胞尤其是微生物细胞易采取化学、物理以及生物方法加以诱变，以改变其遗传特征，使有利于生产。1.1.3.生物工艺学普通反应过程2、发酵流程通常生物反应过程有四个组成部分。A原材料预处理原材料预处理包含原材料选择，必要物理、化学方法加工，培养基（也称营养基质，指用于发酵过程中供给细胞生长和产物形成所需要各种基本物质和必要微量物质）和底物（酶反应过程中反应物）配制和灭菌等。B生物催化剂制备在发酵过程中，首先应在传统诱变选育或用当代生物技术伎俩进行菌种改造基础上选择高产、稳产、培养要求不甚苛刻菌种。在经过屡次扩大培养待到达足够数量和一定质量后即可作为“种子”接种至发酵罐中。在实际情况下，生物催化剂——微生物细胞增加和“成熟”在发酵过程前期以至中期仍在继续进行。在酶反应过程中，加入酶量及其纯度与底物量和产品要求相关。在采取固定化酶或固定化细胞时，应事先经过适当固定化技术将酶或细胞加以固定，然后装入酶反应器。C生物反应器及反应条件选择生物反应器是生物反应过程中主要设备，它应为活细胞或酶提供适宜反应环境以到达细胞增殖或产品形成目标。发酵过程周期普通很长，所以通常采取釜式反应器（发酵罐），实施间歇操作。个别情况（发酵周期短、菌种稳定性高、杂菌污染影响小）也有用多级串联发酵罐组进行连续操作。对酶反应过程，可选择反应器类型较多，可依据反应特征（米氏常数大小、是否存在底物或产物抑制等）来决定终究是采取连续釜式还是连续管式反应器。动、植物细胞培养反应器基本上进行间歇操作，在要求高密度培养时也能够采取灌注操作（连续注入营养液和排出不含细胞培养液）。反应条件选择对生化反应过程来说也是至为主要。为此应加强生化反应工程研究，完善相关参数检测及过程控制系统配置。D产物分离纯化这一部分工序也常称为下游加工过程，包含用适当方法和伎俩将含量甚少目标产物从反应液（指胞外产物）或细胞中（指胞内产物）初步提取出来，然后再用深入方法和伎俩加以精制使之到达最终产品要求。上述相关方法、伎俩包含：物理方法——研磨、高压匀桨（以上用于细胞破碎）、过滤、离心、蒸发、干燥等；物理化学方法——冻溶（用于细胞破碎）、透析、超滤反渗析、絮凝、萃取、吸附、层析、蒸馏、电泳、等电点沉淀、盐析、结晶等；化学方法——离子交换、化学沉淀等；生物方法——亲和层析、免疫层析等。1.1.3.2微生物工程要处理·问题1.2生物技术发展简史(五个历史阶段)l.2.1传统（古老）发酵技术—天然发酵商周青铜酒器───爵夏二里头文化时期铜制酒器在河北中山王墓里头（约公元前327—公元前3），出土过战国时期酒.特点:只知其然,不知其所以然.没有理论指导,全凭经验生产.1.2.2近代发酵技术建立(纯培养技术)1680年荷兰人列文霍克（Leenwenhoek）制成了能放大200-300倍显微镜，人们才知道微生物存在.1857年法国著名生物学家巴斯德（Pasteur）用试验证实了酒精发酵是由活酵母引发，其它不一样发酵产物则由不一样微生物作用而形成。并创造了巴氏灭菌法1897年德国科赫（R.Koch）创造了固体培养基分离微生物方法。同时丹麦人汉逊(Hansen)研究成功了啤酒酵母纯粹培养法。开创了人为控制微生物时代.从l9世纪末到20世纪30年代，不少工业发酵过程陆续出现，开创了工业微生物新世纪。特点:初步建立了人工控制环境条件发酵系统,使发酵生产由手工作坊向大型工业化生产转变1.2.3深层通气培养技术建立是微生物发酵技术第一次革命,产品开始出现于本世纪40年代。1928年由英国弗莱明发觉青霉素。在二战期间,在辉瑞(Phizer)率先采取深层液体通气培养技术生产出青霉素。很快，链霉素、金霉素、新霉素等相继问世。抗生