生物工艺学绪论
生物工程下游技术思考题答案
⽣物⼯程下游技术思考题答案⼀．绪论1、从某⼀动物培养的细胞中分离某⼀抗体(⼀蛋⽩的代表）的⼀般⼯艺过程。
答：⽣物⼯程下游技术的⼀般⼯艺过程（p12）2、分离纯化某⼀酶制剂的主要步骤和结果如下表：（（2）亲和层析的原理是什么？3、产品的分离提取⼯艺应考虑那些因素？答：⽣物分离过纯化过程的选择准则（P16）①步聚少，成本低②次序合理③产品规格（注射，⾮注射）④⽣产规模⑤物料组成⑥产品形式固体：适当结晶，液体：适当浓缩⑦产品稳定性⑧物性溶解度，分⼦电荷，分⼦⼤⼩，功能团，稳定性，挥发性⑨危害性⑩废⽔处理第⼆章发酵液预处理1．沉降速度离⼼的原理。
（p15）答：沉降速度法：主要⽤于分离沉降系数不同的物质。
2．沉降平衡离⼼的原理。
（p15）答：沉降平衡法：⽤于分离密度不同的物质。
如梯度密度离⼼。
3．差速离⼼的概念。
（p15）答：采⽤不同的转速将沉降系数不同的物质分开的⽅法。
4． rpm与RCF的换算关系。
5.已知某⼀离⼼机的转⼦半径为25cm，转速为1200r/min，计算相对离⼼⼒为多⼤？第三章细胞破碎1除去发酵液杂蛋⽩质的常⽤⽅法有那些？答：杂蛋⽩质的除去（p6）(1) 沉淀法：蛋⽩质是两性物质，在酸性溶液中，能与⼀些阴离⼦（三氯⼄酸盐、⽔扬酸盐）形成沉淀；在碱性溶液中，能与⼀些阳离⼦（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。
(2) 变性法：使蛋⽩质变性的⽅法很多，如：加热，调节pH，有机溶剂，表⾯活性剂等。
其中最常⽤的是加热法。
(3) 吸附法：加⼊某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋⽩质⽽除去。
2产品的分离提取⼯艺应考虑那些因素？答：(1) 是胞内产物还是胞外产物；(2) 原料中产物和主要杂质浓度；(3) 产物和主要杂质的物理化学特性及差异；(4) 产品⽤途和质量标准；(5) 产品的市场价格；(6) 废液的处理⽅法等。
3发酵液过滤与分离的困难的原因及解决⽅法。
答：第⼀节发酵液过滤特性的改变微⽣物发酵液的特性可归纳为： (P3)①发酵产物浓度较低，⼤多为1％⼀10％，悬浮液中⼤部分是⽔；②悬浮物颗粒⼩，相对密度与液相相差不⼤；③固体粒⼦可压缩性⼤；④液相粘度⼤，⼤多为⾮⽜顿型流体；⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空⽓氧化、微⽣物污染、蛋⽩酶⽔解等作⽤的影响。
生物制药工艺学第二版各章习题_百度文库
《现代生物制药工艺学》配套习题班级：姓名：学号：第1章绪论习题一、名词解释：1、生物药物：2、生化药物3、生物制品二、填空题：1、按照药物的化学本质，把生物药物分为（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）七类。
2、生物药物的原料来源分为（）、（）、（）、（）、（）五大类。
3、肝素的化学成分属于一种（），其最常见的用途是（）。
4、SOD的中文全称是（），能专一性清除（）。
5、辅酶在人体内的酶促反应中起重要的递H、递e等作用，有药用价值，请任意列举4种人体生化反应中重要的辅酶：（）、（）、（）和（）。
6、前列腺素的成分是一大类含五元环的（），重要的天然前列腺素有（）、（）、（）等。
三、选择题1、复方氨基酸注射液临床最主要的用途是（）A，治疗肝脏疾病；B，为重症患者提供蛋白类原料；C，为病人提供能量；D，用做稀释抗生素类药物的载体。
2、某些氨基酸的衍生物具有特殊药效，例如（）是治疗帕金森病的最有效药物。
A，N-乙酰-Cys；B，S-甲基-Cys；C，S-氨基甲酰-Cys；D，L-多巴（L-二羟-Phe）3、下列药物其本质不属于多肽的为（）A，催产素；B，加压素；C，胰岛素；D，胰高血糖素4、细胞因子如EGF、EPO等对特定细胞有重要的调节作用，有重要医用价值，目前发现的细胞因子，其成分主要为（）类。
A，蛋白或多肽；B，多糖；C，固醇；D，核酸5、下列（）药品目前已主要使用基因工程方法制备。
（多选）A，乙肝疫苗；B，胰岛素；C，人生长素；D，抗蛇毒血清6、抗生素的成分大多为（）A，多糖；B，多肽；C，脂类；D，小分子化学物质7、cty C (细胞色素C)参与代谢的机制是（）A，参与细胞内的无氧酵解；B，参与细胞内的有氧呼吸，是呼吸链的组成部分； C，参与氨基酸的转氨基反应；D，参与核苷酸的合成8、胰岛组织中胰岛素的含量仅为（）A，0.5%；B，0.2%； C，0.02%； D，0.002%四、简答题1、请说明酶类药物主要有哪几类，并分别举例。
生物工艺学教学大纲
生物工艺学教学大纲
一、引言
A. 目的和背景
生物工艺学是一门研究利用生物体进行工业化生产的学科。
它结合了生物学和工程学的知识，用于开发和应用生物技术来生产药物、食品和其他生物制品。
本教学大纲旨在介绍生物工艺学的基本概念、原理和应用，培养学生的科学研究能力和工程实践能力。
B. 教学目标
1. 了解生物工艺学的定义和发展背景；
2. 掌握生物反应器设计与生物转化过程基础知识；
3. 理解生物工艺技术的应用领域和未来发展方向；
4. 培养学生的科学研究能力和工程实践能力。
二、课程内容
A. 生物工艺学基础
1. 生物工艺学的定义和历史发展
2. 生物工艺学与其他相关学科的关系
3. 生物工艺学发展的驱动因素
B. 生物反应器设计
1. 反应器种类和基本结构
2. 反应器运行参数的选择和优化
3. 反应器控制策略和操作技术
C. 生物转化过程
1. 酒精发酵过程
2. 生物降解过程
3. 生物合成过程
4. 生物转化过程的机理和控制
D. 生物工艺技术的应用
1. 药物生产与工艺优化
2. 食品生产与质量控制。
生物工艺学知识点
生物工艺学知识点第一章绪论1、生物工艺学biotechnology：又称为生物技术,它是应用自然科学及工程学原理,依靠生物作用剂biologicalagents的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术;特点：多学科和多技术的结合、生物作用剂生物催化剂的参与、应用大量高、精、尖设备;;2、生物催化剂是游离的或固定化的细胞或酶的总称;生物催化剂特点：优点：①常温、常压下反应②反应速率大③催化作用专一④价格低廉缺点：稳定性差控制条件严格易变异细胞生物反应过程实质是利用生物催化剂以从事生物技术产品的生产过程processengineering;3、生物技术研究的主要内容：基因工程DNA重组技术,geneengineering、细胞工程cellengineering、酶工程enzymeengineering、发酵工程fermentationengineering、蛋白质工程proteinengineering、第二章菌种的来源1、工业生产常用的微生物细菌、酵母菌、霉菌、放线菌、担子菌、藻类;2、分离微生物新种的过程大体可分为采样、增殖、纯化和性能测定;含微生物材料的预处理方法：物理方法加热；化学方法pH；诱饵法;诱饵技术：将固体基质加到待检的土壤或水中,待其菌落长成后再铺平板;分离的效率影响因素：1培养基的养分；2pH；3加入的选择性抑制剂;3、高产培养基成分的选择准则：制备一系列的培养基,其中有各种类型的养分成为生长限制因素C、N、P、O；使用一聚合或复合形式的生长限制养分；避免使用容易同化的碳葡萄糖或氮NH4+,它们可能引起分解代谢物阻遏；确定含有所需的辅因子Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+加入缓冲溶液以减小pH变化;4、代谢控制发酵MetabolicControlfermentation：用人工诱变的方法,有意识地改变微生物的代谢途径,最大限度地积累产物,这种发酵形象地称为代谢控制发酵,最早在氨基酸发酵中得到成功应用;5、菌种的衰退表观现象有哪些目的产物的产量下降营养物质代谢和生长繁殖能力下降发酵周期延长抗不良环境的性能减弱6、菌种的衰退的原因菌种保藏不当提供不了当的条件或不利的条件经诱变得到的新菌株发生回复突变7、菌种的复壮方法：纯种分离通过寄主体进行复壮淘汰已衰退的个体8、菌种的保藏的原理根据菌种的生理生化特点,人工创造条件,使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低,以减少其变异;一般可通过保持培养基营养成分在最低水平,缺氧状态,干燥和低温,使菌种处于“休眠”状态,抑制其繁殖能力;9、菌种的保藏方法：A斜面冰箱保藏法B沙土管保藏法C石蜡油封存法D真空冷冻干燥保藏法E液氮超低温保藏法第三章菌种选育1、常用菌种选育方法1自然选育:是指在生产过程中,不经过人工处理,利用菌种的自发突变spontaneousmutation而进行菌种筛选的过程;特点：自发突变的频率较低,变异程度不大;所以该法培育新菌种的过程十分缓慢; 2诱变育种:是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群,促进其突变率大幅度提高,然后采用简便、快速和高效的筛选方法,从中挑选少数符合育种目的的突变株,以供生产实践或科学研究使用;诱变育种的理论基础是基因突变;常用诱变剂：物理诱变剂、化学诱变剂碱基类似物、与碱基反应的物质、在DNA分子中插入或缺失一个或几个碱基物质、生物诱变剂3分子育种DNA重组、基因工程：用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质DNA分子提取出来,在离体条件下切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后导入某一受体细胞中,让外来的遗传物质在其中进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新的育种技术;4杂交育种Hybridization：常规杂交育种Hybridization：一般是指人为利用真核微生物的有性生殖或准性生殖或原核微生物的接合、F因子转移、转导和转化等过程,促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组,以获得性能优良的生产菌株;原生质体融合技术：通过人工方法,使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合,并产生重组子的过程,亦称为“细胞融合”cellfusion;原生质体融合的基本过程：原生质体形成、原生质体融合、原生质体的再生;3、工程菌的不稳定性表现质粒的不稳定质粒的丢失、重组质粒的DNA片段脱落、表达产物的不稳定第三章微生物的代谢调节1、微生物代谢调节方式代谢流向的调控分为代谢物的合成和代谢物的降解；通过快速启动蛋白质的合成和有关的代谢途径,平衡各代谢物流和反应速率来适应外界环境的变化;代谢速度的调控分为酶量粗调酶合成的诱导和酶合成的阻遏和酶活细调酶活性的激活、酶活性的抑制反馈阻遏是转录水平的调节,产生效应慢；影响催化一系列反应的多个酶反馈抑制是酶活性水平调节,产生效应快;只对是一系列反应中的第一个酶起作用底物对酶的影响称为前馈;产物对酶的影响称为反馈;2、微生物初级代谢调节包括酶活调节、酶合成调节、遗传控制1酶活性的调节细调：一定数量的酶,通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率;酶活调节的影响因素包括：底物和产物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、辅助因子以及其他酶的存在等等;特点是反应快速;酶活性的调节包括：酶活性的激活和酶活性的抑制反馈抑制2酶合成的调节：通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制;这类调节在基因转录水平上进行,对代谢活动的调节是间接的、缓慢的3酶合成的阻遏：在某代谢途径中,当末端产物过量时,微生物的调节体系就会阻止代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的合成,从而彻底地控制代谢,减少末端产物生成,这种现象称为酶合成的阻遏;末端代谢产物阻遏:由于某代谢途径末端产物的过量积累而引起酶合成的反馈阻遏;分解代谢物阻遏：当细胞内同时存在两种可利用底物碳源或氮源时,利用快的底物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成;这种阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的结果,而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的,所以称为分解代谢物阻遏过去被称为葡萄糖效应;3、改变细胞膜通透性的方法A限制培养基中生物素浓度在1～5mg/L,控制细胞膜中脂质的合成；B加入青霉素,抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；C加入表面活性剂如吐温80或阳离子表面活性剂如聚氧化乙酰硬脂酰胺,将脂类从细胞壁中溶解出来,使细胞壁疏松,通透性增加；D控制Mn2+、Zn2+的浓度,干扰细胞膜或细胞壁的形成；E可以通过诱变育种的方法,筛选细胞透性突变株;5、人工控制微生物代谢的两种手段：1生物合成途径的遗传控制2发酵条件的控制6.谷氨酸棒杆菌生物素缺陷型生产谷氨酸的调控第四章微生物次级代谢与调节1、次级代谢产物：某些微生物在生命循环的某一个阶段产生的物质,它们一般是在菌生长终止后合成的;其生物合成至少有一部分是与核内和核外的遗传物质有关,同时也与这类遗传信息产生的酶所控制的代谢途径有关;微生物产生的次级代谢物有抗生素、毒素、色素和生物碱等;2、初级与次级代谢途径相互连接次级代谢物通常是由初级代谢中间体经修饰后形成的修饰初级代谢中间体的三种生化过程生物氧化与还原、生物甲基化、生物卤化3、前体：指加入到发酵培养基中的某些化合物,它能被微生物直接结合到产物分子中去,而自身的结构无多大变化有些还具有促进产物合成的作用;中间体是指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质,他们均被进一步代谢,最终获得该途径的终产物;4、次级代谢物生物合成的原理①一旦前体被合成,在适当条件下它们便流向次级代谢物生物合成的专用途径;②在某些情况下单体结构单位被聚合,形成聚合物;这些特有的生物合成中间体产物需做后几步的结构修饰,修饰的程度取决于产生菌的生理条件;有些复杂抗生素是由几个来自不同生物合成途径组成的;第五章发酵培养基1、培养基通常指人工配制的供微生物生长、繁殖、代谢和合成所需产物的营养物质和原料,同时,培养基也为微生物等提供除营养外的其它生长所必需的环境条件2、发酵培养基的要求①培养基能够满足产物最经济地合成②发酵后所形成的副产物尽可能的少③培养基的原料应因地制宜,价格低廉；且性能稳定,资源丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的供应;④所用培养基应能满足总体工艺的要求,如不应影响通气、提取、纯化及废物处理等;3、工业上常用的碳源：葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖工业上常用的氮源：无机氮源：氨水,铵盐,硝酸盐等;有机氮源：玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、棉籽粉、鱼粉、酵母浸出液等;生理酸性物质,如硫酸铵;生理碱性物质,如硝酸钠;提供生长因子的农副产品原料：1玉米浆2麸皮水解液3糖蜜4酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉;产物促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂;4、发酵培养基的设计和优化方法正交试验设计、均匀设计、响应面分析正交试验设计：利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法;它是由试验因素的全部水平组合中,挑选部分有代表性的水平组合进行试验,通过对这部分试验结果的分析,了解全面试验的情况,找出最优的水平组合;正交实验数据分析,见教材P112-114例题,表4-16,同时确定因素的主次顺序、各因素的优水平、各因素水平的最优组合;小数点后保留一位;第六章发酵培养基灭菌和空气净化在发酵工业生产中,为了保证纯种培养,在生产菌种接种培养前,要对培养基、空气系统、消泡剂、流加物料、设备、管道等进行灭菌,还要对生产环境进行消毒,防止杂菌和噬菌体的大量繁殖;1.微生物热阻：微生物在某一特定条件下主要是温度和加热方式下的致死时间;2.对数残留定律中各符号的意义;3.理论灭菌时间的计算间歇实罐灭菌时间的计算连续灭菌的灭菌时间计算：4.灭菌温度的选择：随着温度升高,灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中营养成分的分解速率常数的增加倍数;即当灭菌温度升高时,微生物杀灭速度提高,培养基营养成分破坏的速度减慢;5.影响培养基灭菌的因素：所污染杂菌的种类、数量、灭菌温度和时间,培养基成分、pH值、培养基中颗粒、泡沫等对培养基灭菌也有影响;6.无菌空气：指通过除菌处理使空气中含菌量降低至一个极低的百分数,从而能控制发酵污染至极小机会;此种空气称为“无菌空气”;7.介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层,将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中,而达到除菌的目的;是大多数发酵厂广泛采用的方法;按除菌机制可分为：绝对表面过滤和深层介质过滤;介质过滤除菌的机理：空气流通过这种介质过滤层时,借助惯性碰撞、拦截滞流、静电吸附、扩散等作用,将其尘埃和微生物截留在介质层内,达到过滤除菌目的;第七章种子的扩大培养1、种子扩大培养：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后,再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程;这些纯种培养物称为种子2、种子扩大培养的目的与要求1种子扩培的目的①接种量的需要②菌种的驯化③缩短发酵时间、保证生产水平2种子的要求①菌种细胞的生长活力强,移种至发酵罐后能迅速生长,延迟期短②生理性状稳定③菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求④无杂菌污染⑤保持稳定的生产能力;3、种子罐级数：是指制备种子需逐级扩大培养的次数,取决于菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度、所采用发酵罐的容积;种子罐级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响;级数大,难控制、易染菌、易变异,管理困难,一般2～4级;4、种子制备分两个阶段：实验室种子制备阶段生产车间种子制备阶段5、种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间;接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例;通常接种量：细菌1-5%,酵母菌5-10%,霉菌7-15%,有时20-25%青霉素生产的种子制备过程：安瓿管→斜面孢子→大米孢子→一级种子→二级种子→发酵第八章发酵工艺控制1、微生物发酵的生产水平取决于生产菌种本身的性能和合适的环境条件;2、发酵过程的代谢变化从产物形成来说,代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化培养基和培养条件和产物形成速率这三者之间的关系;在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系,将微生物产物形成动力学分为①生长关联型和②非生长关联型;3、发酵方式1补料－分批发酵：指分批培养过程中,间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法;优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度;低基质浓度的优点：①可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②克服养分的不足,避免发酵过早结束;2半连续发酵：是指在补料－分批发酵的基础上,间歇地放掉部分发酵液的培养方法;优点：①可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②克服养分的不足,避免发酵过早结束；③缓解有害代谢产物的积累;3连续发酵：指培养基料液连续输入发酵罐,并同时放出含有产品的发酵液的培养方法;在这样的环境中培养,菌的生长就受到所提供基质的限制,培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态;与传统的分批发酵相比,连续培养有以下优点：①维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不至于加剧供氧的矛盾；②避免培养基积累有毒代谢物；③可以提高设备利用率和单位时间的产量,节省发酵罐的非生产时间；④便于自动控制;4、发酵控制参数按性质分类：物理参数、化学参数、生物参数按检测手段分类：①直接参数：⑴在线检测参数⑵离线检测参数②间接参数5、发酵热发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量;Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显-Q辐射生物热biologicalheat是菌体生长过程中直接释放到体外的热能,使发酵液温度升高;搅拌热agitationheat是搅拌器引起的液体之间和液体与设备之间的摩擦所产生的热量;6、发酵过程pH值的一般变化规律1生长阶段：菌体产生蛋白酶水解培养基中的蛋白质,生成铵离子,使pH上升至碱性；随着菌体量增多,铵离子的消耗也增多,另外糖利用过程中有机酸的积累使pH 值下降;2生产阶段：这个阶段pH值趋于稳定;3自溶阶段：随着养分的耗尽,菌体蛋白酶的活跃,培养液中氨基氮增加,致使pH又上升,此时菌体趋于自溶而代谢活动终止;7、引起发酵液pH值异常波动的因素pH值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件pH下降：①培养基中碳、氮比例不当;碳源过多,特别是葡萄糖过量,或者中间补糖过多加上溶氧不足,致使有机酸大量积累而pH下降；②消泡剂加得过多；③生理酸性物质的存在,铵被利用,pH下降;pH上升：①培养基中碳、氮比例不当;氮源过多,氨基氮释放,使pH上升；②生理碱性物质存在；③中间补料氨水或尿素等碱性物质加入过多;8、临界氧浓度criticalvalueofdissolvedoxygenconcentration：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度;如对产物形成而言便称为产物合成的临界氧浓度;呼吸强度又称氧比消耗速率,是指单位质量的干菌体在单位时间内所吸取的氧量,以QO2表示,单位为mmolO2／g干菌体·h;耗氧速率又称摄氧率,是指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量,以r表示,单位为mmolO2／L·h;9、引起溶氧异常下降,可能有下列几种原因：①污染好气性杂菌,大量的溶氧被消耗掉,可能使溶氧在较短时间内下降到零附近,如果杂菌本身耗氧能力不强,溶氧变化就可能不明显；②菌体代谢发生异常现象,需氧要求增加,使溶氧下降；③某些设备或工艺控制发生故障或变化,也可能引起溶氧下降,如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢,影响供氧能力,使溶氧降低;10、泡沫的形成及其对发酵的影响在大多数微生物发酵过程中,通气、搅拌以及代谢气体的逸出,再加上培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂的存在,培养液中就形成了泡沫;形成的泡沫有两种类型：一种是发酵液液面上的泡沫,气相所占的比例特别大,与液体有较明显的界限,如发酵前期的泡沫；另一种是发酵液中的泡沫,又称流态泡沫fluidfoam,分散在发酵液中,比较稳定,与液体之间无明显的界限大量的泡沫引起的负作用：发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小；增加了菌群的非均一性；造成大量逃液,增加染菌机会；严重时通气搅拌无法进行,菌体呼吸受到阻碍,导致代谢异常或菌体自溶；消泡剂的添加将给提取工序带来困难;泡沫的消除调整培养基中的成分如少加或缓加易起泡的原料或改变某些物理化学参数如pH 值、温度、通气和搅拌或者改变发酵工艺如采用分次投料来控制,以减少泡沫形成的机会;采用菌种选育的方法,筛选不产生流态泡沫的菌种,来消除起泡的内在因素;采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫;常用的消泡剂有4大类：天然油脂类、脂肪酸和酯类、聚醚类、硅酮类11、造成染菌的主要原因设备渗漏空气带菌种子带菌灭菌不彻底技术管理不善第十章下游加工过程概论1、下游技术工程downstreamprocessing：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料,经提取分离、加工并精制目的成分,最终使其成为产品的技术;2.发酵液的特点1含水多,产物含量低；2含菌体蛋白；3溶有原来培养基成分；4相当多的副产物和色素；5易被杂菌污染或使产物进一步分解；6易起泡,粘性物质多;3、整个下游加工过程应遵循下列四个原则1时间短；2温度低,选择在生物物质的温度范围内；3pH适中;4严格清洗消毒包括厂房、设备及管路,注意死角;4、一般下游加工过程可分为4个阶段1培养液发酵液的预处理和固液分离；2初步纯化提取；3高度纯化精制；4成品加工;5、下游加工过程的一般流程第十二章发酵液的预处理和固液分离方法1、改善发酵液过滤特性的物理化学方法：调酸等电点、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等;2、凝聚——指在电解质作用下,由于胶粒之间双电层电排斥作用降低,电位下降,而使胶体体系不稳定的现象；常用的凝聚剂电解质有：硫酸铝Al2SO4318H2O明矾；氯化铝AlCl36H2O;三氯化铁FeCl3;硫酸亚铁FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO3絮凝——指在某些高分子絮凝剂存在下,基于桥架作用,使胶粒形成较大絮凝团的过程;工业上使用的絮凝剂可分为三类：1有机高分子聚合物,如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物；2无机高分子聚合物,如聚合铝盐、聚合铁盐等；3天然有机高分子絮凝剂,如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等;目前最常见的高分子聚合物絮凝剂有机合成的聚丙烯酰胺polyacrylamide类衍生物3、杂蛋白的去除方法有沉淀法、变性法、吸附法4、固液分离的方法：重力沉降、浮选、旋液分离、介质过滤、离心;5、根据过滤机理,过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤;第十三章细胞破碎1、细胞破碎的阻力：细菌破碎的主要阻力:肽聚糖的网状结构,网状结构越致密,破碎的难度越大,革兰氏阴性细菌网状结构不及革兰氏阳性细菌的坚固；酵母细胞壁破碎的阻力:主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度；霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构,其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高;2、常用破碎方法机械法：珠磨法固体剪切作用、高压匀浆法液体剪切作用、超声破碎法液体剪切作用、X-press法固体剪切作用;非机械法：酶溶法酶分解作用、化学渗透法改变细胞膜的渗透性、渗透压法渗透压剧烈改变、冻结融化法反复冻结-融化、干燥法改变细胞膜渗透性3、破碎率的测定方法1直接测定法2目的产物测定法3导电率测定法第十四章沉淀法Precipitation1、固相析出技术：通过加入某种试剂或改变溶液条件,使生化产物溶解度降低,以固体形式沉淀和晶体从溶液中沉降析出的分离纯化技术;结晶法：在固相析出过程中,析出物为晶体称为结晶法;沉淀法：在固相析出过程中,析出物为无定形固体称为沉淀法;常用的沉淀法：盐析法、有机溶剂沉淀法和等电点沉淀法等;2、盐析Saltinducedprecipitation：在高浓度的中性盐存在下,蛋白质酶等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低,产生沉淀的过程;原因如下：1无机离子与蛋白质表面电荷中和,形成离子对,部分中和了蛋白质的电性,使蛋白质分子之间的排斥力减弱,从而能够相互靠拢；2中性盐的亲水性大,使蛋白质脱去水化膜,疏水区暴露,由于疏水区的相互作用导致沉淀；Ks盐析法：在一定pH和温度下,改变体系离子强度进行盐析的方法；β盐析法：在一定离子强度下,改变pH和温度进行盐析；常用的盐析用盐：硫酸铵、硫酸钠,磷酸盐,柠檬酸盐;3、有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂,降低溶质的溶解度,使其沉淀析出;原理：1降低了溶质的介电常数,使溶质之间的静电引力增加,从而出现聚集现象,导致沉淀;2有机溶剂的水合作用,降低了自由水的浓度,降低了亲水溶质表面水化层的厚度,降低了亲水性,导致脱水凝聚;常用的有机溶剂沉析剂：乙醇：沉析作用强,挥发性适中,无毒常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的沉析；丙酮：沉析作用更强,用量省,但毒性大,应用范围不广；4、等电点沉淀：调节体系pH值,使两性电解质的溶解度下降,析出的操作称为等电点沉淀;原理：蛋白质是两性电解质,当溶液pH值处于等电点时,分子表面净电荷为0,双电层和水化膜结构被破坏,由于分子间引力,形成蛋白质聚集体,进而产生沉淀;第十五章膜过滤法1、膜过滤法指以压力为推动力,依靠膜的选择性,将液体中的组分进行分离的方法;基本原理是筛孔分离过程;在压差的推动下,原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧,所得到的液体一般称为滤出液或透过液,而大的粒子组分被膜截留;包括微滤MF、超滤UF、纳滤NF和反渗透RO四种过程;在工业上用得最广的膜材料是醋酸纤维素和聚砜;浓差极化：当溶剂透过膜,而溶质留在膜上,使膜面浓度增大,并高于主体中浓度,这种浓度差导致溶质自膜面反扩散至主体中,这种现象称为浓差极化;在超滤中,为减少浓差极化,通常采用错流操作;膜的污染：膜在使用中,尽管操作条件保持不变,但通量仍逐渐降低的现象;污染原因：膜与料液中某一溶质的相互作用；吸附在膜上的溶质和其它溶质的相互作用;。
绪论生物工艺学剖析
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。
生物工厂工艺设计
3. 常减压蒸馏装置的火灾危险性
常减压蒸馏装置是原油加工的第一道工序Байду номын сангаас是石化企业的“龙头”装置, 它为后续的装置提供原料,在石化企业中占有举足轻重的位置。该装置主要 包括电脱盐、常压蒸馏、减压蒸馏。其工艺原理是利用原油中各组分沸点的 不同,
通过加热,使其全部或部分汽化,反复地通过冷凝与汽化,将各种烃类混合 物进行分离。
一、燃烧 燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光和(或)发烟 的现象。
燃烧必须同时具备三个条件:可燃物、助燃物、点火源。
二、火灾 在时间和空间上都失去控制的燃烧称为火灾。根据国家标准GB/T4968— 2008 《火灾分类》,将火灾分为六类。
三、爆炸与爆炸极限
爆炸极限是可燃气体(或蒸气、粉尘)在空气中能发生燃烧或爆炸的浓度范围。 如一氧化碳的爆炸极限(体积分数)为12.5%~74.5%,即一氧化碳在空气中的浓度 低于12.5%或高于74.5%都不能燃烧或爆炸。 可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越高时,其爆炸危 险性越大。这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会就多;爆炸下限越低则可燃 物稍有泄漏就会形成爆炸条件;爆炸上限越高则有少量空气渗入容器,就能与容器内的 可燃物混合形成爆炸条件。应当指出,可燃性混合物的浓度高于爆炸上限时,虽然不会 着火和爆炸,但当它从容器或管道里逸出,重新接触空气时却能燃烧,仍有发生着火的危 险。
五、石油化工火灾的特点
a.爆炸性火灾居多
b.大面积流淌性火灾多
c.立体性火灾多
d.火势发展速度快
e.火情复杂扑救困难
训练内容 对石油化工生产装置火灾危险性进行分析
1.石油化工生产中使用物料的火灾爆炸危险性 石油化工生产中,所用的物料绝大部分都具有火灾爆炸危险性,从防火防爆的角度, 这些物质可分为七大类。 ① 爆炸性物质,如硝化甘油等。 ② 氧化剂,如过氧化钠、亚硝酸钾等。 ③ 可燃气体,如苯蒸气等。 ④ 自燃性物质,如磺磷等。 ⑤ 遇水燃烧物质,如硫的金属化合物等。 ⑥ 易燃与可燃液体,如汽油、丁二烯等。 ⑦ 易燃与可燃固体,如硝基化合物等。
生物化学1.绪论PPT课件
1.3 研究新陈代谢规律及其调控是开发微生物发酵工业 的基础
氨基酸、酶（含遗传工程酶）、抗生素、植物生长激 素、维生素C等也可通过微生物发酵手段进行生产。发酵 产物的提炼和分离及下游加工技术也必须依赖于生物化学 理论和技术。此外，研究微生物新陈代谢过程及其调节控 制对于选育高产优质的菌株﹑筛选最佳发酵理化因子及提 高发酵效率具有指导意义。
蛋白质
该法则是生物体传递并表达遗传信息的基础。
生物体内的代谢网络非常复杂，而生物体的各种反 应却能有条不紊的进行，这是受到精密的调节机制调控 的，其中包括细胞或酶水平的调节以及激素和神经系统 的调节。
2）和 3）这部分内容反映生物体内物质能量转化的动态 过程，被称为动态生化。
2. 生物化学与药学科学
生物化学是一门重要的医药学基础课程，也 是现在发展最快的学科之一，它从分子水平阐明 生命现象本质，是学习、认识疾病，认识药物治 病原理不可缺少的基础。同时，生物化学基础研 究及其技术的发展与现代药学科学的发展具有越 来越来密切的联系，呈现了巨大的应用潜力。
生化往往是阐明机理，选择合理工艺途径， 提高产品质量，探索新工艺，研制新产品的理论 基础。
1.2 生物化学理论和方法促进生物药物研究与开发
生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物体分离、纯 化所得并用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本物质。这些 药物的特点是来自生物体，基本生化成份即氨基酸、肽、蛋 白质、酶与辅酶、多糖（粘多糖类）脂质、核酸及其降解产 物。这些物质成分均具有生物活性或生理功能，毒副作用极 小，药效高而被服用者接受。生化药物在制药行业和医药上 占有重要地位。如氨基酸、核苷酸（所谓基因营养物）、 SOD、 紫杉醇等已经应用于临床治疗。
生物化学(Biochemistry)
生物技术概论 绪论
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生物技术树
生物技术是一门多学 科互相渗透的综合性 学科 生物技术有广阔的应 用前景
各行业的财政支持
1% 4% 13% 8% 5% 农业（植物） 农业（动物） 化学/食品 健康 其他 能源/环境
69%
现代生物技术的应用（一）
1、在农业生产上的应用
转基因技术生产培育抗逆 作物：如抗寒、抗盐、抗 病虫害
杂交水稻
利用不育系，保持系和 恢复系培养出的高产水 稻
解决了全中国人的粮食 危机
转基因抗虫水稻
在水稻中转入抗虫基因如Bt 基因培育成抗虫水稻 Bt基因： 苏云金杆菌 (Bacillus thuringiensis,Bt)毒蛋 白是苏云金杆菌在形成芽孢 时产生的一种蛋白质，以结 晶出现，称为伴孢晶体 (parasporal protein crystal)。 这种毒蛋白对鳞翅目昆虫有 特异的毒性作用。
1、先进的工程技术手段：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工 程、蛋白质工程以及生物分离工程 2、改造生物体：获得优良质量的动物、植物或微生物品系 3、生物原料：指生物体的某一部分或生物生长过程中产生的能利 用的物质，如淀粉、糖蜜、纤维素等有机物，也包括一些无机化 学品，甚至某些矿石。 4、为人类生产出所需产品：粮食、医药、食品、化工原料、能源、 金属等。 5、达到某种目的：包括疾病的预防、诊断与治疗和食品的检验以 及环境污染的检测和治理等。
1、基因工程细胞（细菌）的构建 1） 目的基因的分离 2） 高效表达工程菌株/细胞株的构建 3） 表达产物的鉴定 4） 工程菌株/细胞株培养和遗传稳定性研究 2、实验室小量生产 1） 表达产物有效成分的纯化 2） 有效成分理化和生物学特性的鉴定 3） 产品制备工艺和质量检定的条件和方法 3、中试生产（培养规模、产率、纯化得率、纯度、效价） 1） 其表达量不能低于小试水平 2） 连续三批的产量要能够做临床前研究、质量检定和Ⅰ-Ⅱ期临床试验 用 3 ） 中试确定后不能再做大的变动，要有详细的操作规程和质量指标 （效价、纯度、理化特性）
生物制药工艺
生物制药工艺第一章绪论第二章微生物发酵制药工艺第三章基因工程制药工艺第四章动物细胞培养制药工艺生物制药工艺第一章绪论制药工艺学1.1.1 制药工艺学的研究对象制药工艺学是研究药物的工业生产过程共性规律及其应用，包括制备原理、工艺路线、质量控制。
现代制药的特点是技术含量高、智力密集，发展方向是全封闭自动化、全程质量控制，大规模反应器生产和新型分离技术综合利用。
制药工艺学的工程性和实用性较强，加之药品种类繁多，生产工艺流程多样，过程复杂。
即使进行仿制药物的生产，也必须要有自主知识产权的工艺。
制药工艺作为把药物产品化的一种技术过程，贯穿于药物研发的整个过程，是现代医药行业的关键技术领域。
制药工艺是药物产业化的桥梁与瓶颈，对工艺的研究是加速产业化的一个重要方面。
因此，学习掌握制药工艺学具有重要意义。
1.1.2 制药工艺学的内容制药工艺学是综合应用化学系列、生物系列、机械设备与工程单元操作等课程的专门知识，深化理解并掌握工艺原理，充分考虑药品的特殊性，针对生产条件、所需环境等的具体要求，研究药物制造原理、工艺路线与过程优化、中试放大、生产技术与质量控制，从而分析和解决生产过程的实际问题。
从工业生产角度，改造、设计和开发药物的生产工艺，制定相应的操作规程。
制药工艺学与其他基础课、专业课联系密切，而且与生产实践紧密相关。
通过设计、研究药物大规模生产的工艺条件与设备选型，从中选出最安全、最经济、最可行的工艺路线。
1.1.3 制药工艺的类别可根据典型的药物生产过程，把制药工艺过程分为4类，生物技术制药工艺学、化学制药工艺学、中药制药工艺学和制剂工艺学。
1.1.3.1 生物技术制药工艺以生物体和生物反应过程为基础，依赖于生物机体或细胞的生长繁殖及其代谢过程，利用工程学原理和方法对实验室所取得的药物研究成果进行开发放大，在反应器内进行生物反应合成，进而生产制造出商品化药物。
细胞生长和药物生产与培养条件之间的相互关系是过程优化的理论基础。
生物制药工艺导论—生物技术及其发展
事件 发现DNA双螺旋结构 破译遗传密码 发现限制性内切酶 首次完成DNA 的切割和连接 建立了DNA重组技术 杂交瘤技术创立 第一次在细菌中表达人类基因 在大肠杆菌中成功表达基因重组人胰岛素 胰岛素上市
小结
1、生物技术的发展分为三个阶段 2、三个阶段的特点
生物制药工艺绪论
生物技术及特点
01
03
生物制药技术的 发展
生物技术药物02源自04生物制药工艺的
研究内容
一、生物技术的概念
生物技术 又称为生物工程 以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按
照预先的设计改造生物体或加工生物原料，生产出所需产品或达到某种目的的技术。
二、生物技术的特点 1、生物技术的多学科性
生物学
1857年
巴斯德证明了酒精发酵是活酵母的作用
1897年
德国的毕希纳提出酶催化理论
从19世纪末到20世纪30年代
出现了许多发酵产品：乳酸、酒精、丙酮-丁 醇、柠檬酸、淀粉酶等（微生物的初级代谢 产物）
（二）近代生物技术阶段
时间
事件
1928年
青霉素的发现
1940年
青霉素的提取,临床试验证明高疗效、低毒性
小结
1、生物技术的概念 2、生物技术与其他学科的关系 3、生物技术的特点
生物制药工艺绪论
一、生物技术的发展历程
传统生物技术 01 现代生物技术 03
02 近代生物技术
（一）传统生物技术阶段
1.古老生物技术
公元前6000年古代巴比伦人酿造啤酒
公元前4000年埃及人发酵面包
周朝 制醋
特点:自然发酵、全凭经验
酒
奶酪
醋
酱
生物工程(新)-第一章绪论
传统的酶工程主要是指天然酶制剂在工业上的大规 模生产与应用。随着科学的发展，尤其是基因工程 技术的日趋完善，为酶工程赋予了新的内容，特别 是利用DNA操作技术，修饰改造酶分子的结构或活 性位点、酶与底物作用位点，重组酶的生产，模拟 酶的人工设计与合成等成为新的内容。
4 细胞工程
利用工程学原理进行细胞生物学的基础研究和制 造使用活细胞的产品，如组织工程和生物加工工程。 前者是利用移植的细胞、骨架、DNA、蛋白质或蛋 白质片段替代或修复已受伤或损坏的组织和器官； 后者是 利用活细胞生产生物医药产品。 细胞工程的核心技术：细胞培养与繁殖 目的：获得新性状、新个体、新物质
生物技术是指，人们运用现代生物科学、工程 学和其他基础学科的知识，按照预先的设计，对生 物进行控制和改造或模拟生物及其功能，用来发展 商业性加工、产品生产和社会服务的新兴技术领域。
特征： 21世纪最具潜力的高新技术 多学科、交叉、综合的技术 影响最为深远最广泛的技术
2 生物技术与生物工程的关系
生物化学 微生物学
四 分类
传统生物技术：酿酒、制醋、做酱
工业生物发酵技术：抗生素发酵、氨 基酸发酵等 现代生物技术：基因工程
生物工程的上中下游
上游：菌种，基因工程，分子生物学，遗传学
中游：微生物发酵工程，动植物细胞、 海洋生物培养
下游：生化分离工程
五 生物技术的应用领域
医药：
生物制药；基因治疗；人工器官
5
发酵工程
现代发酵工程主要指利用微 生物、包括利用DNA重组技术 改造的微生物在全自动发酵 罐或生物反应器中生产某种 商品的技术。 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。
生物工艺学教案及讲稿4
第1讲绪论教学内容：1. 绪论§1-1 生物技术的定义和性质§1-2 生物技术的发展及应用概况§1-3 生物技术的发展趋势目的要求：1. 掌握生物工艺学的定义，特点，生物技术概念的范畴2.了解生物技术的发展及应用概况3.了解生物技术在各个领域的应用及发展趋势教学重点和难点：1、生物技术的定义，内涵2、生物技术的发展及应用概况教学方法：课堂讲授为主，自学结合内容提要及课时分配：1、生物技术的定义和性质（20'）2、生物技术的发展及应用概况（60'）3、生物技术的发展趋势（20，）作业：1.由国际经济与发展组织（IECDO）提出的有关生物技术的定义有何特点？2. 教材中把生物技术的发展分为四个时期，它们各有哪些主要代表性技术和产品？主讲教师：授课班级：授课日期：2010.9.7导入新课：介绍生物工艺学的内涵，教材包括得主要内容，重点要学习的章节和内容，强调学习生物工艺学的重要意义。
1绪论1.1生物技术的定义⑴ 1919年匈牙利艾里基提出：“凡是以生物机体为原料，无论其用何种生产方法进行产品生产的生物技术”都属于生物技术；⑵ 20世纪70年代末，80年代初提出的定义倾向于：必须采用基因工程等一类具有现代生物技术内涵或以分子生物学为基础的技术；⑶ 国际经济合作与发展组织（IECDO）在1982年提出定义：应用自然科学和工程学的原理，依靠生物作用剂的作用，将物料进行加工以提供产品或用以为社会服务的技术；在国际经济合作与发展组织（IECDO）提出生物技术定义的特点：生物作用剂：指从活的或死的微生物、动物或植物的机体、组织、细胞、体液以致分泌物以及上组分中提取出来的生物催化剂——酶或其他生物活性物质；提供的产品：可以是工业、农业、医药、食品等产品；被作用的物料：可以是有关的生物机体或其中的有关器官，如细胞、体液以及极少量必须的无机物质；应用的自然科学：可以是生物学、化学、物理学等以及相关的分支学科，交叉学科；应用的工程学：可以是化学工程、机械工程、电气工程、电子工程；1.2生物技术的发展及应用概况生物技术的发展分为四个时期：经验生物技术时期；近代生物技术的形成和发展时期；近代生物技术的全盛时期，现代生物技术的建立和发展时期；1.2.1经验生物技术时期（人类出现到19世纪中期）生物技术的发展和利用可以追溯到1000多年（甚至4000多年）以前如酒类的酿造，豆粮轮作的方法等，主要产品有果酒、酸奶、啤酒、大豆酿酱油，多种植物配制剂——麻沸散等。
中药生物技术-绪论部分
发酵工程原理
微生物培养
利用微生物的生长和代谢活动生产各种有用的产品。
微生物选育
通过选择和培养具有优良性状的微生物菌株，提高产 品的产量和质量。
代谢调控
通过调节微生物的代谢途径和代谢产物，实现工业化 生产。
03
中药生物技术的实际应 用
药用植物细胞培养生产次生代谢产物
药用植物细胞培养是中药生物技术的重要应用之一，通过培养药用植物的细胞，可以生产次生代谢产 物，如黄酮类、生物碱类等。
微生物发酵技术具有成本低 、产量高、环保等优点，可 以用于生产一些难以从植物 中提取的活性成分，如黄酮
类、皂苷类等化合物。
在微生物发酵生产中药活性 成分时，需要选择适合的菌 种和发酵条件，以提高产物 的产量和品质。
04
中药生物技术的挑战与 前景
中药生物技术面临的挑战
技术瓶颈
尽管中药生物技术取得了一定的进展，但仍面临许多技术 瓶颈，如有效成分的分离纯化、药效物质基础的研究、生 产工艺的优化等。
有特定功能的蛋白质或细胞。
Байду номын сангаас
基因突变
03
通过改变基因序列，创造新的基因型或表现型，以改良生物性
状或提高生物体的抗逆性。
细胞工程原理
细胞培养
在体外培养细胞，模拟细胞在体 内的生长和分化过程，用于生产 细胞、组织或器官。
细胞融合
将两个或多个细胞融合成一个细 胞，用于生产单克隆抗体、制备 杂交瘤细胞等。
细胞核移植
通过动物细胞培养技术，可 以生产一些具有重要药用价 值的生物制品，如蛋白质类
药物、多肽类药物等。
动物生物技术在中药生物技术 中具有广阔的应用前景，例如 利用动物细胞生产抗癌药物、
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备
核酸酶的出现以及分子生物学的开始形成，为基因工程的建 立和新的生物技术时期的来临创造了条件。
25
1.2.4 现代生物技术建立和发展时期(从20 世纪70年代末开始)
以分子生物学的理论为先导，基因工程的技术开 始作为生物技术新产品的一种开发手段或关键技
5
主要内容
绪论/2 菌种选育/8 微生物代谢调节/6 微生物培养基/2 发酵工艺控制/8 生物反应动力学及过程分析/8
酶催化反应/4
动植物细胞培养/4 微藻培养技术/2
6
灭菌/3
种子扩大培养/1
1 绪论
生物技术的定义和性质 生物技术的发展及应用概况 生物技术的发展趋势
7
1.1 生物技术定义和性质
的学习打基础。
2
Screening of nature circumstances
Upstream Process
3
Mutation
Via chemical or physical, and biological means
Upstream Process
4
Downstream Process Development
工程学：化学工程、机械工程、电气工程、电子工程、自
动化工程等，还有派生出许多交叉分支学科如生物化学工 程、生物医学工程、生物药学工程、生物信息学 bioinformatics等。 – Bio-X
10
生物技术与生物工程
新编《辞海》(2000年版) ： 生物工程学：一门跨学科的应用技术学科。是20世纪70
生物工艺学
Biotechnology
课时 64学时，讲课 48，实验16
任课老师：周洪波 email: zhbzyz@ Tel: 8877216(O)
1
本课程学习目的
主要讲述生物技术产品在生产过程中工艺技 术的共性原理和实践为主，为其他专业课如《发
酵工程》、《酶工程》、《环境微生物工程》等
术。
26
（1）基因工程
基因工程(遗传工程、DNA重组技术)则着重于对不同生物 体的脱氧核糖核酸(DNA)在体外经酶切，连接构成重组 DNA分子后将其通过携带载体(也称克隆运载体，Vector)
转入受体细胞后，使外源基因得以在受休细胞中进行表达
的一种手段。
基因工程菌的特点：生长快、产物产量高；但是稳定性不
把未分化的细胞通过诱导分化成各种组织干细胞，可以解 决许多因组织病变引起的疾病(如脑细胞功能病变引起的帕 金森氏病、造血系统病变引起的白血病症等)
– 其后日本的千畑一郎在1969年开始用固定化L—氨基酸酰化酶拆分D， L—氨基酸并获得成功。
固定化酶或固定化细胞的另一优点连续化生产
酶传感器
21
生物转化
生物转化bioconversion)或微生物转化(microbial transformation)：在20世纪的30年代中期。 – 直接用产生相关酶的微生物细胞来作为催化剂，可以省
Biotechnology&Bioengineering.(生物技术和生物工 程)
国际上大多称为Biotechnology，我国翻译时使用 生物技术和生物工程（更为普遍）。
学科性质：学科设置
生物工程为工科 生物技术为理科
12
1.2 生物技术的发展及应用概况
经验生物技术时期 近代生物技术的形成和发展时期 近代生物技术的全盛时期
特点：知其然不知其所以然
14
中 国 古 代 的 酒 器
15
1.2.2 近代生物技术建立时期(19世纪50年 代至20世纪40年代)
发酵技术进步及其本质的认识：
– 1683年 Leenwenhoek制成了显微镜，发现微生物。 – 1857年Pasteur证明酒精发酵是由活酵母引起；葡萄酒的酸败是由 于醋酸菌的第二次发酵引起。发明低温杀菌法（pasteurization)， 挽救了法国的葡萄酒酿造业，被誉为“发酵之父”；
组织、细胞、体液以至分泌物以及从上述组分中提取出来的生物催化 剂(Biocatalyst)——酶或其他生物活性物质；
提供的产品可以是工业、农业、医药、食品等 被作用的“物料”可以是有关的生物机体或有关的器官、细胞、
体液或其经加工的组分以及少量必要的无机物质。
9
涉及的学科
自然科学：生物学、化学、物理学等以及它们的分支学科、 交叉学科，如微生物学、动物学、植物学、生物化学、分 子生物学等，以及医学、药学、农学等；
够、质粒容易脱落，产物的安全性容易受到质疑。
27
重组DNA技术
•获得外源基因
外源基因
•构建重组载体
•导入外源基因
•鉴定阳性克隆
导入目的菌株
•对基因工程菌生产性能的考
察
重组菌株鉴定
28
（2）单克隆抗体的发现和应用
属于细胞工程的杂交瘤(Hybridoma)技术。1975年由英国的耶那
(N.K.Jerne)、德国的科勒(G.Kohler)和阿根廷的米尔斯坦(stein)
– 脂肪酶、过氧化氢酶、葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶、天冬氨酸酶 – 医疗和诊断的酶 – 20世纪70年代初还出现一类核酸酶，可分内切酶和外切酶；DNA连接酶
24
技术特点
产品类型多：初级代谢产物、次级代谢产物、生物转化产物、酶反应
产品。
技术化要求高：纯种，无菌，好气发酵，
规模巨大：SCP发酵的气升式发酵罐容积超过2000m3
纯培养技术建立
– 1872年，Brefeld创建了霉菌的纯培养； – 1881年，Robert Koch建立细菌纯培养技术；
– 1878年，丹麦的Hansen建立啤酒酵母的纯培养。
16
近代生物技术建立时期
酶的发现
– 1897年，德国人毕希纳（Buchner) 发现磨碎了的酵母仍能使糖发酵产 生酒精，将该具有发酵能力的物质称为酶。产生生物化学学科。 – 1926年美国的生化学家萨姆纳(J.B. Summer)证实了从刀豆中获得的结 晶脲酶是一种蛋白质，其后分别在1930年和1937年获得了胃蛋白酶和 过氧化氢酶等晶体，说明酶是一类蛋白质；
所发明的。 原理
– 每一个B淋巴细胞(骨髓依赖淋巴细胞)的表面抗原受体仅能特异地
识别一种抗原决定簇而形成其独异性抗体的特性 – 骨髓瘤细胞能在体外大量繁殖和产生分泌性抗体的特性
– 把含有目的抗体的淋巴细胞(一般采用脾淋巴细胞)与骨髓瘤变种细
胞进行细胞融合（也称原生质体融合)后所获得的既能产生目的抗 体又能在体外连续培养的单克隆抗体(Monoclonal antibodies，
1.2.3 近末)
青霉素工业成功的开发：起始标志，带动了一批微生物次 级代谢和新的初级代谢物产品的开发，并激发了原有生物 技术产业的技术改造。 生物转化(bioconversion)：一批以酶为催化剂的过程生产 的产品问世 酶和细胞固定化技术的应用 近代生物技术产业达到了一个全盛时期
1945年，弗莱明、佛罗理和钱恩三人获得了诺贝尔生理学及医学奖金。
20世纪50年代，链霉素、金霉素等抗生素工业兴起，标志着工业微生物 的生产进入了一个新的阶段。
效价:指药物产生相等效应时所需剂量的大小,越小效价越高。
20
酶和细胞固定化
固定化细胞
– 1953年由格罗勃霍佛(N. Grubhofer)和希莱思(L. Schleith)所提出的。
19
抗生素工业兴起
1928年，英国弗莱明发现青霉素；1929年6月，论文发表。
1940年，在牛津大学的澳大利亚病理学家佛罗里组成了一个联合实验
组。德国生物化学家钱恩是最主要助手。
– 青霉素的工业生产：二战促使青霉素的研发加速。 – 1941年英美合作研发，进行表面培养(superficial culture)。 – 1943年开始液体深层培养（沉浸培养/submerged culture)。发酵效价由 40u/mL增加到200u/mL。
灭鼠)、杀稻瘟菌素、并岗霉素 (抗水稻纹枯病)。
氨基酸:谷氨酸等 核苷酸：肌苷酸(一磷酸肌苷，IMP)和鸟苷酸(一磷酸鸟苷，GMP) 、三磷酸腺
苷(ATP)。
维生素：VC,VB2 多糖：葡聚糖、糊精、黄原胶、微生物海藻酸、微生物几丁质等。
新的有机酸
新的多元醇：木糖醇、D—阿拉伯糖醇、甘露糖醇、赤藓醇等 新的酶制剂：
去复杂的从微生物细胞(指胞内酶)或培养物的滤液(指胞
外酶)中提取酶的过程。 乙醇 → 乙酸 维生素C 甾体激素的转化生产
22
醋酸杆菌 乙醇 → 乙酸
单细胞蛋白的生产
Single cell protein, SCP
藻类
细菌
真菌
23
主要产品开发情况
抗生素 农牧业的生物活性物质:乳链菌肽:牛奶和食品保鲜、放线菌酮(抗植物霉菌，
组织培养：器官培养、细胞培养。人造皮肤。
32
干细胞(stem cells)的培养
干细胞是人和哺乳类动物在胚胎发育初期出现的全能性的 尚未发育分化的原始细胞
– 随着胚胎的发育成长，胚胎干细胞就分化成各种组织干细胞，如血 液干细胞、肌肉干细胞、骨骼干细胞、器官干细胞、神经干细胞、 皮肤干细胞 – 各种器官中一些未分化的原始干细胞，具有全能性。 – 脐带血和外周血都是造血干细胞来源之一。
现代生物技术的建立和发展时期
13
1.2.1 经验生物技术时期(从人类出现到19 世纪中期)
酿酒和制醋为人类最早掌握的生物技术之一。 我国在仰韶文化（距今5000-7000年）、龙山文化（距今 4000—4200年）有酒器出现。
文献中有夏禹命令臣仪侠酿酒、杜少康（杜康）造书秫酒
的记载（公元前21-20世纪）。 古埃及、中亚两河流域在公元前40—30世纪开始酿酒。 酱、酱油、泡菜、奶酒、干酪的制作，面团发酵，粪便和 秸秆的沤制等也属于古老的发酵技术。