第4章 发酵工程技术与发酵药物
生物制药发酵工程
发酵工程技术，即利用微生物的发酵现象（包括细胞培养过 程），通过现代工程技术手段进行规模化生产，获得各种特定 的有用物质。
化学工程的许多单元操作在发酵工程中都有广泛应用，两者 之间有很多的共性。
发酵工程制药工艺通常分为两个阶段：发酵和提取。 发酵是指菌种在一定培养条件下生长繁殖，合成产物的过程， 包括发酵原料的选择及预处理、微生物菌种的选育及扩大培养、 发酵设备选择及工艺条件控制等； 提取是指利用物理、化学方法，对发酵液中的产物进行提取 和精制的过程，包括发酵产物的分离提取、废弃物的处理等。
任何菌种，在生产和保藏的传代过程中，总会有不断的变异、 衰退现象。因此，生产过程中应不断改造菌种性能、培养优良 菌株的育种，必须做好菌种的保藏与复壮，恢复菌种优良性能。
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发酵工程制药的常用菌种
类别
菌种
产物
用途
枯草杆菌
淀粉酶、蛋白酶
制葡萄糖、糊精、糖浆
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细菌
大肠杆菌 短杆菌
酰胺酶 谷氨酸、肌苷酸
灰黄霉菌
灰黄霉素
医药
黄曲霉菌
淀粉酶
医药、化工
各类放线菌 放线 菌 小单孢菌
链霉素、金霉素、氯霉素、新生霉素 、卡那霉素、土霉素、红霉素
医药
庆大霉素
医药
球孢放线菌 甾体激素
医药
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培养基制备
培养基是人工配制的供微生物细胞生长、繁殖、代谢和合成 各种产物的营养物质和原料，提供生长所必需的环境条件。
现代发酵工程技术
现代发酵工程技术随着科技的进步和工业化的发展，发酵工程技术在许多领域发挥着重要的作用。
发酵工程技术利用微生物的代谢过程，将天然有机物转化为有用的产物，广泛应用于食品、制药、化工等行业。
本文将从发酵工程的基本原理、发酵工程技术的应用和发展趋势等方面进行介绍。
一、发酵工程的基本原理发酵工程是利用微生物在特定条件下生长繁殖和代谢产物的过程。
微生物通过代谢过程中的酶作用，将有机物质转化为其他有用的物质。
发酵过程需要控制温度、pH值、氧气供应等条件，以保证微生物的生长和代谢活动。
发酵工程中常用的微生物有酵母菌、细菌、真菌等。
发酵工程技术的发展主要集中在优化微生物的生长条件、提高产物的得率和纯度等方面。
二、发酵工程技术的应用1. 食品工业：发酵技术在食品工业中得到广泛应用。
例如，酵母菌发酵面团可以产生二氧化碳，使面包蓬松可口；乳酸菌发酵牛奶可以制成酸奶，具有益生菌功效；大豆发酵可以制成豆腐、豆浆等食品。
发酵技术不仅提高了食品的口感和品质，还增加了食品的营养价值。
2. 制药工业：发酵工程在制药工业中起到了关键的作用。
通过发酵技术，可以生产出许多重要的药物，如抗生素、酶类制剂和维生素等。
这些药物的生产通常需要大规模发酵罐和精确的控制系统，以保证微生物的生长和产物的纯度。
3. 化工工业：发酵工程技术在化工工业中也有广泛的应用。
例如，利用微生物发酵产生的有机酸可以用作化学合成的原料；利用微生物发酵产生的有机溶剂可以替代传统的化学溶剂，减少对环境的污染。
发酵工程技术的应用使得化工工业更加环保和可持续发展。
三、发酵工程技术的发展趋势1. 微生物基因工程：利用基因工程技术可以改造微生物的代谢途径，增加产物的得率和纯度。
通过改造微生物的基因组，可以实现对微生物的精确控制和调控，提高发酵过程的效率和产物的质量。
2. 发酵过程的在线监测与控制：发酵过程中的温度、pH值、氧气供应等参数对微生物的生长和产物的得率有着重要的影响。
通过在线监测和控制系统，可以实时调整这些参数，提高发酵过程的效率和稳定性。
发酵工程教学大纲
发酵工程教学大纲发酵工程教学大纲导言：发酵工程是应用微生物学和生物工程原理研究发酵过程的科学和技术。
它涉及微生物活性、生物传热和质量传递、筛选和改造微生物、发酵材料的预处理等方面的内容，是一门综合性强的学科。
本大纲旨在提供一种系统和全面的教学方式，使学生全面了解和掌握发酵工程的基本知识和技能。
一、教学目标1.了解和掌握发酵工程的基本概念和原理。
2.熟悉发酵过程中的微生物特性和工程参数。
3.掌握发酵工程的实验操作技能。
4.培养学生的团队协作能力和创新精神。
二、教学内容和课程安排1.发酵工程概论1.1 发酵工程的发展历程和应用领域1.2 发酵工程的基本概念和定义1.3 发酵工程与生物工程的关系2.微生物学基础2.1 微生物的分类和特性2.2 微生物的培养和繁殖2.3 微生物对环境的要求3.发酵过程和工程参数3.1 发酵过程的分析和优化3.2 发酵过程中的传热和质量传递3.3 发酵工程的参数控制和调节4.发酵工程的实验室操作技能4.1 发酵工程实验室设备的使用和维护4.2 发酵过程中的微生物培养和发酵操作4.3 实验结果的分析和处理5.发酵工程的创新应用5.1 新型发酵菌种的筛选和改造5.2 发酵工程在食品工业中的应用5.3 发酵工程在生物药物生产中的应用三、教学方法1.理论授课通过讲授基本概念、原理和实例，向学生介绍发酵工程的基本知识。
2.实验操作训练组织学生进行发酵过程中的微生物培养和发酵操作训练，培养其实验操作能力。
3.案例分析通过案例分析，引导学生进行发酵工程问题的分析和解决，培养其创新思维能力。
4.小组讨论组织学生进行小组讨论，让学生合作解决问题，培养其团队协作能力。
四、教学评价1.平时表现包括课堂参与度、实验报告撰写和小组讨论成果等。
2.期中考试对学生对基本概念和原理的理解进行测试。
3.实验成绩评价学生在实验操作中的理解和技能水平。
4.期末考试对学生对整个课程内容的掌握和理解进行综合测试。
第4章 发酵工程
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
3）产物促进剂
所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物， 又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
5、水
三 发酵的一般过程
配制
灭菌
培养基原料
接种
培养基
灭菌 灭菌 接种 发酵
菌种
摇瓶
扩大
种子罐
生产罐
培养液
分 离
产品抽提、精制
上清液
菌体
1 菌种 2.种子扩大培养 斜面菌种活化 →一级种子培养（摇瓶）
环境
环境
合成产物的前体
合成副产物
从检测手段分可分为：直接参数、间接参数
发酵过程变化的参数
直接参数:温度、 pH、溶解氧 浓度、压力、发酵液粘度等；
间接参数:细胞生长速率、产物 合成速率和呼吸熵等。
1 温度
(1) 温度对生长的影响
根据微生物对温度的要求大致可分为四类：
在最适温度下，微生物生长迅速；
• 1680年,荷兰的列文虎克(Anthony Leeuwenhoek)制成了 显微镜,并通过显微镜观察到了微生物.
•
19世纪中期，法国的巴斯德（Louis Pasteur)证明了酒 精发酵是由活酵母引起的，各种不同的发酵产物是由 不同的微生物产生的。
德国的柯赫（Robert Koch)发明了固体培养基，得到了 细菌的纯培养物，由此建立了微生物的纯培养技术。
（ 1 ）调节好基础料的 pH ，基础料中若含有 玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。 （2）在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ， 或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等 （3）通过补料调节pH 在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。 在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH （4）当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH
发酵工程教案(打印
发酵工程教案（打印）第一章：发酵工程的概述1.1 发酵的定义和意义1.2 发酵工程的起源和发展1.3 发酵工程的研究内容和应用领域第二章：发酵过程的基本原理2.1 微生物的生长与代谢2.2 发酵条件的控制2.3 发酵过程中的物质变化第三章：发酵设备及其设计3.1 发酵罐的设计与选择3.2 发酵过程的自动化控制3.3 发酵设备的清洗与消毒第四章：发酵条件的优化与控制4.1 发酵条件的优化方法4.2 发酵过程的监控与控制4.3 发酵过程中的问题与解决方法第五章：发酵工程的应用实例5.1 微生物肥料的生产与应用5.2 生物农药的发酵生产5.3 食品工业中的发酵应用第六章：发酵工程在药品生产中的应用6.1 抗生素的发酵生产6.2 维生素的发酵生产6.3 重组蛋白的发酵生产第七章：生物化工领域的发酵工程7.1 氨基酸的发酵生产7.2 有机酸的发酵生产7.3 生物酶的发酵生产第八章：发酵工程在环保领域的应用8.1 生物滤池技术8.2 生物脱硫技术8.3 生物降解技术第九章：发酵工程的产业化与发展9.1 发酵工程的产业化流程9.2 发酵工程的技术创新与挑战9.3 我国发酵工程产业的发展现状与趋势第十章：发酵工程的可持续发展10.1 发酵工程与资源利用10.2 发酵工程与环境保护10.3 发酵工程的循环经济模式第十一章：发酵工程在生物制药中的应用11.1 重组蛋白药物的发酵生产11.2 疫苗的发酵生产11.3 基因治疗的发酵工程应用第十二章：发酵工程技术在农业中的应用12.1 微生物肥料的发酵生产12.2 生物农药的发酵生产12.3 动物疫苗和生物兽药的发酵生产第十三章：发酵工程在生物能源中的应用13.1 燃料酒精的发酵生产13.2 生物柴油的发酵生产13.3 生物气体的发酵生产第十四章：发酵工程在生物材料中的应用14.1 发酵生产生物塑料14.2 发酵生产生物纤维14.3 发酵生产生物复合材料第十五章：发酵工程的案例分析与实践操作15.1 发酵工程案例分析15.2 发酵工程的实践操作技巧15.3 发酵工程的实验设计与数据分析重点和难点解析本文教案涵盖了发酵工程的概述、基本原理、设备设计、条件优化与控制、应用实例、药品生产、生物化工、环保领域应用、产业化发展、技术创新、可持续发展以及案例分析和实践操作等多个方面。
发酵工程电子版
发酵工程电子版(总53页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--发酵工艺原理（发酵工程）讲义适用生物工程、生物技术、制药工程及生物科学专业用王莘第一章绪论发酵工业应用：生物生物学一、发酵定义：从工业微生物角度的发酵：利用培养微生物来获得产物的有氧或厌氧的任何过程，现在有扩大到培养生物细胞（含有动物、植物和微生物）获得产物的所有过程。
从发酵工业角度的发酵：借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备微生物体本身，或共同直接代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。
传统发酵：酱油、醋、酒、长毛豆腐。
新兴发酵：有机酸、酶制剂、抗生素。
发酵工业的划分：食品工业（酿造工业）和非食品工业（发酵工业）发酵工业：利用生物的生命活动生产的酶对无机或有机原料进行酶加工获得产品的工业。
二、发酵工业具备的条件：①要有某种适宜的微生物。
②要保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧浓度，酸碱度等）。
③要有进行微生物发酵的设备。
④要有将菌体或代谢产物提取出来精制成产品的方法和设备。
三、发酵工业的改革1．天然发酵阶段特点：1）家庭作坊式生产；2）容易感染细菌； 3）厌氧发酵；4）非纯种培养；5）凭经验传授技术； 6）产品质量不稳定。
2．纯培养技术的建立阶段纯培养阶段特点：（1）．多为好氧产品；（2）、均为表面培养；（3）、产品生产过程简单；（4）、设备要求不高；（5）、生产规模不大。
3．通气搅拌发酵技术的建立阶段第二次世界大战爆发，1929年英国人费莱明发现青霉素，迅速形成工业大规摸生产。
1940年英国人费洛里精制分离青霉素医治战伤药物。
发酵工业新篇章：发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物。
发酵工程产业化发展：发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
现代生物技术——发酵技术
《现代生物技术概论》课程论文论文题目：现代生物技术——发酵技术学生姓名：贺猛学生学号：专业班级：粉体材料科学与工程1202班学院名称：粉末冶金研究院2014年4月20日现代生物技术——发酵技术摘要发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。
人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。
随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。
现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。
例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。
关键词：发酵技术；发酵方法；份额；生活应用；发展前景；目录一、绪论 (1)二、发酵方法的说明…………………………………………………………（一）发酵技术的基本介绍……………………………………………………（二）操作对象和操作者……………………………………………………（三）发酵技术的发展……………………………………………………三、发酵的过程……………………………………………………………………四、发酵技术与社会……………………………………………………………（一）发酵在生活中应用……………………………………………………（二）发酵技术的发展前景……………………………………………………五、总结…………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………一、绪论（一）论文研究背景目的发酵技术在我们生活中的应用越来越多，对于发酵产品，我们的态度应该是什么样子的。
我们对于这种对我们的生活有着很大的影响的技术应该有怎样的认识呢？对于现在食品安全的问题越发成为问题的现在，我们是不是应该去更加清楚的认识和了解这种技术以及这种技术以后的发展。
发酵工程的原理及应用
发酵工程的原理及应用1. 引言发酵工程是一门综合性学科，它研究微生物的生长、代谢和产品的制备过程。
发酵工程的原理和应用广泛，涉及到食品工业、制药工业、化妆品工业等多个领域。
本文将介绍发酵工程的原理以及其在各个领域的应用。
2. 发酵工程的原理发酵工程的原理主要包括以下几个方面：2.1 微生物的生长与代谢微生物是发酵过程的关键因素，它们可以利用有机物或无机物进行生长和代谢，产生各种有用的化合物。
微生物的生长与代谢过程中，受到营养物质、温度、pH 值、溶解氧等环境因素的影响。
2.2 发酵反应发酵反应是指微生物在特定环境条件下进行的生物转化过程。
具体来说，发酵反应涉及到底物的转化、生成产物、能量的产生等过程。
常见的发酵反应有乳酸发酵、醋酸发酵、酒精发酵等。
2.3 发酵过程的影响因素发酵过程中有很多因素会影响产品的产量和质量。
包括营养物质的浓度、pH值的调节、温度的控制、溶解氧的供应等。
合理地调节这些因素可以提高产品的产量和质量。
3. 发酵工程的应用发酵工程在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍几个常见的应用领域。
3.1 食品工业发酵工程在食品工业中起着重要的作用。
例如，酸奶的制作过程就是一种发酵工程。
通过添加乳酸菌，使牛奶中的乳糖转化为乳酸，从而制成酸奶。
此外，发酵工程还应用于面包、啤酒、酱汁等食品的生产过程。
3.2 制药工业在制药工业中，发酵工程常用于药物的生产。
例如，许多抗生素、激素等药物都是通过微生物发酵生产的。
发酵工程在制药工业中可以提高产量、减少成本，并且能够产生单一的化合物，提高药品的纯度。
3.3 化妆品工业发酵工程在化妆品工业中也有应用。
其中最常见的就是发酵液作为化妆品的活性成分。
发酵液中的微生物代谢产物具有一定的药理活性，能够改善肌肤的问题，因此被广泛应用于护肤品和彩妆产品中。
3.4 环境保护发酵工程在环境保护中也发挥着重要的作用。
例如，通过微生物发酵处理工业废水可以有效降解有机物，减少对环境的污染。
第四章-发酵工程制药技术(全)
大肠杆菌
细菌，可生产多种酶 类，一般属于胞内酶， 需要经过细胞破碎才 能分离得到。 作为基因工程的宿主 菌
枯草芽孢杆菌
细菌，是应用最广泛的 产酶微生物之一，可用 于生产α-淀粉酶、蛋白 酶、β-半乳糖苷酶、碱 性磷酸酶等；作为基因 工程的宿主菌
第四章 4.1 微生物细胞培养概述
第四章 4.1 微生物细胞培养概述
2、发酵培养基的组成。 （1）碳源：构成菌体及产物的碳架及能量 来源。 （2）氮源：构成菌体本身的含氮物及代谢 产物中的含氮物。 （3）无机盐：构成菌体原生质成分，酶的 组分或维持酶的活性，调节细胞渗透压， 参与产物生物合成等 。
第四章 4.1 微生物细胞培养概述
0.5～1％
0.05～0.5mol/L
10～30min， 孢子18～24h
10～60min， 孢子3～6h 15～60min， 90～120min 15～90min
pH值7.0，0.1mol/L 磷酸缓冲液
pH值7.0，0.1mol/L 磷酸缓冲液 pH值7.0，0.1mol/L 磷酸缓冲液或Tris缓 冲液 pH值6.0～7.0， 0.1mol/L磷酸缓冲剂 或Tris缓冲液
微生物菌体发酵：即以获得具有药用菌体为目的发酵。 如：帮助消化的酵母菌片和具有整肠作用的乳酸菌制剂等； 药用真菌，如香菇类、灵芝、金针菇、依赖虫蛹而生存的冬 虫夏草菌以及与天麻共生的密环菌等药用真菌；一些具有致 病能力的微生物菌体，经发酵培养，再减毒或灭活后，可以 制成用于自动免疫的生物制品。 微生物酶发酵：目前许多医药用酶制剂是通过微生物发酵制 得的，如用于抗癌的天冬酰胺酶和用于治疗血栓的纳豆激酶 和链激酶等。 微生物代谢产物发酵：微生物在其生产和代谢的过程中，产 生的各种初级代谢产物和次级代谢产物中许多是可以用于制 作药物的。 如初级代谢产物：氨基酸、蛋白质、核苷酸、类脂、糖类以 及维生素等；次级代谢产物：抗生素、生物碱、细菌素等。
发酵工程原理与技术
发酵产品及分离提纯工艺
固液分离技术、细胞破碎技术、浓缩分离技术、精制技术、结 晶技术等
四、发酵工程的发展历史
发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗 菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵） →基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规 模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物
发酵罐试验
摇瓶试验
三、发酵工业生产流程
发酵过程的操作方式
三种模式：间歇发酵、连续发酵和流加发酵 间歇发酵又称分批发酵，在发酵过程中，除气体进出外，与外
界没有其它的物料交换。分批发酵是一种操作简单并且广泛使 用的发酵方式。
连续发酵是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的体 积维持恒定，使微生物细胞处于近似恒定状态下生长的微生物 发酵方式。
一般采用无菌空气作为氧气来源，高空采风，经空 气压缩机加压后采用加热灭菌或过滤除菌。
微生物种子的制备
一般都是由保存于冷冻管及砂土管或冰箱中的斜面 菌种开始，在正式使用前要先转接到新鲜斜面培养 基上活化后，再用于种子扩大培养。
扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液体 培养两级不同方式。
菌种筛选
成品
三、发酵工业生产流程 发酵原料的预处理 原料不同处理方法也有所差异。 1.淀粉——利用前需变成糊精或葡萄糖。 方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法 2.糖蜜——加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处
理后再补充无机盐。 3.碳氢化合物：石油脱蜡——一定馏分的石油
经冷却脱蜡而获得的凝固点在-10℃的油，加 入适量无机盐进行接种发酵。
细菌是单细胞原核生物，具有环状DNA染 色体，以典型的二分分裂方式繁殖。 根据形态可分为三类：
《发酵工程技术与操作》课程标准
发酵工程技术与操作》课程标准课程名称：发酵工程技术与操作适用专业：生物制药技术、生物技术及应用一、课程性质和任务在整个课程体系中，与它密切相关的先行课程为《基础化学》、《有机化学》、《化工制图》、《专业英语及文献检索》、《化工单元操作技术》，它所服务的后续课程为《食品工艺技术与操作》、《制药工艺技术与操作》、《药物提取技术与操作》、《药物制剂技术与操作》等课程。
在课程体系中起到承上启下的作用。
《发酵工程技术与操作》是生物制药技术、生物技术及应用专业的核心课程，又是主干课程。
属于“教学做一体化”课程,为考试课，计划学时100 学时。
《发酵工程技术与操作》注重以工程观点揭示发酵工程技术与操作的本质及其变化规律。
把微生物与发酵原理、实训操作融会贯通，更强调的理论性和实践性的有机结合。
在教学内容上以“理论够用为度”为原则，以典型微生物与发酵过程为载体，以微生物发酵工国家职业标准为依据，突出微生物与发酵原理和操作技能的训练，如微生物的基础知识；卫生指标检测技能；发酵原理和发酵罐操作规程。
课程将理论教学和实训教学相互穿插，有机结合，实施“教学做一体化”的教学模式。
在实训中又将认识实训、计算机仿真模拟实训、现场操作实训和课程设计实训，按照学生的认知规律进行重组和排列，让学生掌握发酵工程技术与操作的基本知识和技能，并通过仿真模拟、现场操作等系统训练，使学生受到科学态度、创新精神的熏陶。
通过该课程各项实践技能的训练，使学生经历基本的工程技术工作过程，学会使用相关先进技术工具从事生产实践、形成尊重科学、实事求是、与时俱进、服务未来的科学态度。
充分体现高职教育人才培养模式的基本特征，吸收专业发展和教学改革的新成果，坚持以学生为主体，加强实践教学，突出学生实践能力、创新能力的培养和综合素质的提高。
也使学生更加关心相关技术的发展应用动态，关注其给生活和生产带来的进步和问题，树立正确的科学观。
以培养具有创新精神、创新能力、创业能力和实践能力，具有较强的社会适应能力和竞争能力的高技能人才。
发酵工程制药
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
按发酵过程中所处位置和作用分为：
斜面或平板固体培养基（solid medium） 种子培养基（seed medium） 发酵培养基(fermentation medium)
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对微生物进行培养，生产有用物 质的过程就是发酵。
采用微生物发酵生产药物就是微 生物发酵制药。
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第一节 概述
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一、微生物发酵制药的发展历史
微生物发酵制药的历史悠久。但直到第二 次世界大战初期，人们认识到抗生素特别是 青霉素重要性以后，才大大推动微生物制药 工业的发展。
（一）、培养基及其制备
1、培养基的成分 （1）、 碳源
凡是构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营 养物质均称为碳源。其主要作用是供给菌种生 命活动所需要的能量；构成菌体细胞成分和代 谢产物。
在药物发酵生产中常用的碳源有：糖类、醇类、脂 肪、有机酸等。
（2）、 氮源
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
凡是构成微生物细胞和代谢产物中氮素的营 养物质均称为氮源。其主要功能是构成微生物 细胞物质和含氮代谢物。可分为有机氮源和无 机氮源两类。
2、制药微生物菌种的选育
主要有：自然选育 、 诱变育种 、杂 交育种 、基因工程技术育种四种。
自然选育：
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在生产过程中，不经过人工诱变处理，根
据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程，叫自
然选育或自然分离。
发酵工程
发酵工程1、发酵是利用微生物培养来生产产物的无氧或需氧的任何过程。
2、现代发酵工程：是将现代DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术体系。
强调现代生物技术、控制技术和装备技术在发酵工业领域的集成应用。
3、部分利用基因工程技术研制的产品：人胰岛素、人生长激素(GH)、表皮生长因子(EGF）、肿瘤坏死因子、白细胞介素-2(IL-2)、尿激酶原、猪生长激素(PGH)、牛生长激素(BGH)、纤维素酶α，β-干扰素、乙型肝炎疫苗、集落刺激因子(CSF)、促红细胞生成素(EPO)、抗血友病因子、组织溶纤原激活剂(t-PA)4、发酵工程以高产量、高转化率和高效率及低成本为目标的发酵过程优化技术。
高产量：微生物生理、遗传、营养及环境因素高转化率：微生物代谢途径和过程条件高效率：微生物反应动力学和系统优化低成本：技术综合及产业化技术集成5、不同层次的优化技术6、微生物菌体药用功能菌体：茯苓菌→茯苓；担子真菌→灵芝、香菇类；虫草头孢菌；密环菌工业上常用种类：链霉菌属、小单孢菌、游动放线菌属、诺卡氏菌属、孢囊链霉菌、链轮丝菌属第二章7、发酵工业对菌种的要求：1.能在价廉原料制备的培养基上迅速生长并生成所需代谢产物,且产量高2.培养条件易于控制,3.生长迅速,发酵周期短,4.满足代谢控制的要求5.抗噬菌体和杂菌的能力强6.遗传性状稳定,菌种不易变异退化7.在发酵过程中产生的泡沫少,这对装料系数,提高单罐产量,降低成本有重要意义8.对需要添加的前体物质有耐受力,并且不能将这些前体物质作为一般碳源利用9.不是病原菌,同时在系统发育上与病原菌无关,不产生任何有害的生活物质,以保证安全8、工业上常见的种类：A.革兰氏阴性无芽孢杆菌（大肠杆菌、醋酸杆菌、假单胞菌、黄单胞菌）B.革兰氏阳性无芽孢杆菌（短杆菌、:棒状杆菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、丙酸杆菌）C.革兰氏阳性芽孢杆菌（枯草芽孢杆菌、芽孢梭菌、革兰氏阳性球菌、肠膜状串珠菌）9、微生物细胞工厂10、野生型的菌株通常不能被称之为细胞工厂。
生物工程技术在生物制药中的应用
生物工程技术在生物制药中的应用随着时代的发展，生物工程技术得到广泛应用，尤其是在生物制药领域中，其应用更是得到了不断的推广。
生物工程技术是指利用生物学原理和方法，进行研究、开发、设计和制造生物分子及其相关产物的一项科技。
它的应用已经带来了许多的好处，能够改变传统药物制剂的短板，大大提高药物的疗效和质量。
本文将着重介绍生物工程技术在生物制药中的应用。
一、基因重组技术基因重组技术在生物制药中的应用十分广泛。
通过改变生物体内部的某些基因结构，使得其能够产生预期的蛋白质生物制品，这是现代生物工程技术最主要的一种应用。
基因重组技术可以通过将具有特定功能的基因片段插入到宿主细胞中，使得宿主细胞能够表达目标基因，从而产生所需的蛋白生物制品。
例如，生产胰岛素、人生长激素、白细胞介素等。
同时，基于基因重组技术的蛋白质生物制品也能够显著的提高药物的质量和安全性，减少了因为使用动物组织源而可能出现的微生物感染的风险。
因此，在生物制药领域中，基因重组技术是至关重要的手段之一。
二、发酵工程技术发酵工程技术是生物制药生产中的重要手段，通过微生物在生产中的代谢活动，产生所需的目标物质。
这项技术大大提高了生物制药的产量及其质量，促进了生物制药行业的发展。
在发酵过程中，微生物菌株的筛选、发酵条件的控制以及菌体纯化等关键技术的创新，都为生物制药的生产提供了技术支持。
例如，曲霉素、青霉素等抗生素的制备、利用真菌生产免疫抑制剂等，发酵工程技术在其中都有重要的应用。
三、细胞培养技术细胞培养技术与基因重组技术紧密相连，是指将已重组的人工合成细胞系、细胞株在无菌条件下进行培养，继而得到细胞发酵产生所需要的目标生物分子。
通过不断的细胞培养，可获得体外细胞较大规格的生物制药生产，能够满足大规模生产的需求，并且减少了药物生产中由于使用人血源而可能带来的健康隐患。
目前，这项技术不仅能够对肿瘤细胞进行细胞培养，得到的重组蛋白生物制品品质高、稳定性好、副作用小。
发酵工程(1-13章)
《发酵工程》Fermentation engineering 授课教师：张书祥（Email：zhangshux578@）第一章绪论第一节发酵工程的定义、特点、内容第二节发酵工程的发展历史第三节发酵工业的应用第四节发酵工程的发展趋势第一节发酵工程的定义、特点、内容1、定义1.1发酵工程：利用微生物的性状和机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。
如抗生素、酒类、有机酸、基因工程药物等的生产。
发酵过程是以微生物反应为核心的，因此，发酵工程又被称为微生物工程。
1.2生物工程：生命科学应用于产业方面，称为生物工程学。
也就是利用生物体（生物作用剂：微生物、动物细胞、植物细胞等）的机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。
生物工程包括：发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程。
发酵工程与生物工程的关系发酵工程是生物工程的重要组成部分，在生物工程中处于中心地位。
无论是从微生物得到酶或用基因工程菌获得产品都必须依赖发酵工程技术。
发酵工程的发展直接影响生物工程的进一步发展。
2、发酵工业的一般特点：2.1生产所用原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合物（可再生资源）为主，辅料包括一定的无机或有机氮源和少量无机盐。
2.2微生物生化反应过程能通过单一微生物代谢活动完成，因而产品在发酵设备中一次合成。
2.3微生物能利用简单的物质合成复杂的高分子化合物。
2.4由于生命体特有的反应机制，微生物能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团导入等转化反应，从而获得某些具有一定经济价值的物质。
发酵工程与化学工程、生化工程的比较工业发酵的过程是依靠微生物细胞生命活动获得目的产物的过程，从根本上区别于化学合成工业和生化工业。
在工业化学过程中没有生物活性物质参与催化。
工业生化过程属于由酶催化的体外酶反应过程，酶具有生物活性。
当酶失活、辅酶耗尽，过程就停止了。
第三节、发酵工业的应用：发酵工程技术已给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，解决了人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
发酵工程原理与技术应用
发酵复习资料1, 发酵工程原理与技术应用：2, 发酵工业的特点：1．一步生产：微生物发酵是由一系列极其复杂的生化反应组成，反应所需的各种酶均包含在微生物细胞内。
2.反应条件温和3.原料纯度要求低：常以农副产品作原料，如薯干、麸皮等。
原料来源丰富，价格低廉。
4.设备的通用性高:对微生物发酵来说，无论好氧发酵还是厌氧发酵，它们的发酵设备都大同小异，即好氧的一般都用搅拌式发酵罐加空气过滤系统。
厌氧发酵都用密封式发酵罐。
5.对环境的污染相对较小：发酵所用的原料是农副产品，废水中虽然生物需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）较高，但有毒物质少。
6.生产受自然条件限制小3，工业发酵的类型：按微生物对氧的需求可分为需氧发酵、厌氧发酵以及兼性厌氧发酵。
按培养基物理性状可分为液体发酵和固体发酵。
按工艺流程分为分批发酵、连续发酵（又分为单级恒化器连续发酵、多级恒化器连续发酵及带有细胞再循环的单级恒化器连续发酵））和补料发酵。
4，发酵生产的工艺流程：○1用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制；○2培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌○3扩大培养有活性的适量纯种，以一定比例将菌种接入发酵罐中；○4控制量适的发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；○5将产物提取并精制，以得到合格的产品；○6回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
5，发酵工业菌种品种：细菌枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等放线菌链霉菌属、小单胞菌属酵母啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等霉菌根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉及青霉等未培养微生物6，发酵工业对菌种的要求：1，能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物2，有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作要强3，遗传性能要相对稳定4，不易感染它种微生物或噬菌体5，产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）6，生长快，发酵周期短，生产特性要符合工艺要求7，培养条件易于控制7，微生物菌种的分离筛选的步骤：定方案——采样：有针对性地采集样品——样品预处理富集培养——菌种分离——菌种的初筛和复筛——菌种发酵性能鉴定——菌种保存8，次级代谢：最初定义为由微生物合成，但对其自身的生长、繁殖和发育并没有影响的一类物质的过程。
食品生物技术--发酵工程
2021/1/27
三、发酵工程的特点
发酵工艺的批量发酵：
1、一次投料发酵； 2、流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础的代谢产物； 3、连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发酵液。
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总结发酵工艺过程：
在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小 发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型， 并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据 再设计更大规模生产的动力学模型。由于生物反应的复 杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中 会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。
规模工业生产的发酵过程，也是工业生产中首次采用大量纯培养技术的 ； ➢ 1929年Flemming爵士发现了青霉素，但无法提取精制 ； ➢ 1942年终于正式实现了青霉素的工业化生产，这是生物工程第一次划 时代的飞跃，生物技术核心的发酵技术已从昔日的以厌氧发酵为主的工 艺跃入深层通风发酵为主的工艺 ；
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二、发酵工程的发展历史
➢ 1000多年（甚至4000多年）以前酒类的酿造； ➢ 19世纪利用酵母进行大规模发酵生产。大规模生产的发酵产品有乳酸
、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等初级代谢产物； ➢ 19世纪中叶，发明巴斯德灭菌法，找到了乳酸杆菌的生物体 ； ➢ 20世纪初，发现某些梭菌能够引起丙酮丁醇的发酵。它是第一个进行大
在生物化学反应过程的上游加工中最重要的是生物催化剂（包 括菌株、酶及其固定化）的制备，因此必须掌握生物催化剂的生理 生化特性和培养特性，解决大规模种子培养或固定化生物催化剂的 制备以及如何将其在无菌状态下接入生物反应器中等问题。 上游加工中还包括原材料的物理和化学处理、培养基的配制和灭菌 等问题，这里包括有物料破碎、混合和输送等多种化工单元操作以 及热量传递、灭菌动力学和设备等有关工程问题。
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三、发酵工程制药的工艺流程
1、发酵菌种
因此，在生产过程中，应不断改造菌种性 能、培养优良菌株，同时还必须做好菌种 的保藏与复壮，恢复菌种的优良性能。
三、发酵工程制药的工艺流程
2，制备培养基
培养基是人工配制的供微生物细胞生长、 繁殖、代谢和合成各种产物的营养物质和 原料，提供生长所必需的环境条件。
（1）分批发酵
分批培养是常用的培养方法，广泛用于多 种发酵过程。
三、发酵工程制药的工艺流程
5·发酵操作
根据操作方式的不同，发酵过程主要有分 批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类 型。
（2）连续发酵
目前只应用于葡萄糖酸、酵母蛋白和酒精 等少数产品的生产。
三、发酵工程制药的工艺流程
5、发酵操作 根据操作方式的不同，发酵过程主要有分 批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类 型。 （3）补料分批发酵 • 单一补料分批发酵 • 反复补料分批发酵
碳源、氮源、无机盐及微量元素等，这些 称为基本营养源。
三、发酵工程制药的工艺流程
培养基的种类很多，依据在生产中的用途， 又可分为：孢子培养基（供制备孢子培养 用）、种子培养基（供孢子发芽和菌体生 长繁殖用）、发酵培养基（供菌体生长繁 殖和合成大量代谢产物用）
三、发酵工程制药的工艺流程
3，种子扩大培养
现代生物制药技术
发酵工程技术与发酵药物
学习目标
【学习目的】学习发酵工程技术的概念、发酵工程制药的一般工艺流程及技术特 点，认识主要的发酵技术药物，了解主要的发酵技术药物的生产工艺。
【知识要求】了解发酵工程技术的概念，掌握发酵工程制药的一般工艺流程及技 术特点.热悉主要的发酵技术药物及其生产工艺。
【能力要求】掌握发酵工程制药的一般工艺流程及技术特点，熟悉发酵工程技术 在制药领域中的应用。
三、发酵工程制药的工艺流程
4.灭菌
过滤灭菌法常用于发酵过程中空气的灭菌。 大多数的发酵都属于好氧发酵，少数也有 厌氧发酵。在好氧发酵中，一般是用空气 作为氧的来源通入发酵系统，空气必须经 过除菌以保证纯种培养。
三、发酵工程制药的工艺流程
5·发酵操作
根据操作方式的不同，发酵过程主要有分 批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类 型。
三、发酵工程制药的工艺流程
发酵工程制药工艺通常分为两个阶段：发 酵和提取；
发酵工程制药的一般工艺流程：菌种活化 →种子制备→发酵→发酵液预处理→提取 及精制→成品检验→成品包装（图4-1）。
三、发酵工程制药的工艺流程
1.发酵菌种
在发酵工程中，衡量其生产水 平的因素主要有生产用菌种、 发酵、提取工艺和生产设备。
第一节 发酵工程制药技术
一、发酵工程技术的概念
1，发酵工程的概念 “发酵”（fermentation）一词来源于酵母 菌作用于果汁或发芽谷物，获得洒精并产 生二氧化碳的现象。
一、发酵工程技术的概念
1，发酵工程的概念
现在，人们把利用微生物在有氧或无氧条件 下的生命活动来大量生产或积累微生物细胞 和各种代谢产物的过程统称为发酵。
发酵可以在无氧或有氧的条件下进行。前者 如酒精发酵、乳酸发酵和丙酮、丁醇发酵， 后者如抗生素发酵、醋酸发酵、氨基酸发酵 和维生素发酵等。
一、发酵工程技术的概念
1，发酵工程的概念
发酵工程技术，利用微生物的发酵现象，通 过现代工程技术手段（主要是发酵罐的自动 化、高效化、功能多样化和大型化）来生产 各种特定的有用物质。
菌种的扩大培养是发酵生产的第一道工序， 其过程一般包括孢子制备和种子制备。
孢子制备是种子制备的开始，种子制备是 将固体培养基上培养出的孢子或菌体转入 到液体培养基中培养，使其繁殖成大量菌 丝或菌体的过程。
三、发酵工程制药的工艺流程
4.灭菌 培养基和发酵设备的灭菌多数使用湿热灭菌法，工业生产常用连续灭菌，也称连消，同时，应事先向尚末装 入培养基的空发酵罐内通入蒸汽进行湿热灭菌，这种空罐灭菌也称为空消。空消是配合连消使用的。
一、发酵工程技术的概念
2，发酵工程的类型
③微生物代谢产物发酵
这种发酵类型的应用最多，目前已知的微 生物代谢产物中，大部分都属于药物，如 氨基酸、核苷酸、蛋白质、糖类等都是细 胞生长繁殖所必需的，称为初级代谢产物； 在微生物生长过程中，往往能产生一些与 细胞生长没有直接关系的产物，如抗生素、 生物碱、细菌毒素、植物生长因子等，称 为次级代谢产物。
（1）发酵液预处理和固-液分离－过滤、 离心
（2）提取－吸附、离子交换、萃取、超 滤
一、发酵工程技术的概念
2，发酵工程的类型 ①微生物菌体发酵 以获得微生物菌体为目的。如用于面包制作的酵母发酵、含灵芝多糖 的灵芝菌、虫草等药用真菌等。 通过发酵生产，可以获得与天然药用真菌具有同等疗效的药用产物。
一、发酵工程技术的概念
2，发酵工程的类型
②微生物酶发酵
酶普遍存在于各类生物体中。微生物具有 种类多、产酶面广、生产容易、成本低等 特点，在工业上有着越来越广泛的应用。 如果胶酶、糖化酶用于葡萄糖的生产，青 霉素酰化酶用来生产半合成青霉素的中间 体6-氨基青霉素等。
三、发酵工程制药的工艺流程
6、发酵工艺控制
（1）温度
最适温度，但菌体生长的最适温度不一定 就是产物合成的最适温度。
发酵过程中的温度可通过温度计或自动记 录仪表进行检测，通过向发酵罐的夹套或 蛇形管中通入冷水、热水或蒸汽进行调节。
三、发酵工程制药的工艺流程
6、发酵工艺控制 （2）pH • 细菌生长的最适pH为6.3~7.5 • 霉菌和酵母菌为pH 3~6 • 放线菌为pH 7-8 微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pH 往往不一样，这就需要在发酵过程中不断 地调节和控制pH。
三、发酵工程制药的工艺流程
6、发酵工艺控制
（3）溶在水中的溶解度很小，在培养基中的 溶解度更小，所以必须不断地通风与搅拌， 才能满足发酵需氧的要求。溶解氧可采用 溶氧电极来检测。
7·发酵液的下游加工
从发酵液中分离、精制有关产品的过程称 为发酵工程的下游加工过程。发酵液是含 有细胞、代谢产物和剩余培养基等多组分 的多相系统。