第11章 基因工程菌发酵——【发酵工程 精】
发酵工程的内容及其特点
-基因工程、细胞工程 -接种技术
- 培养基组成优化
- 灭菌技术
发酵过程控制
发酵工程组成
从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵工程、下游工程
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWROCESSES -产品指标测定 -产品提取分离及纯化 - 废弃液处理 -副产物综合利用
第二节 发酵工程的内容及其特点
发酵工程的内容：
发酵工程（Fermentation
Engineering）：应用微生物学等 相关的自然科学以及工程学原理上，游工程
利用微生物等生物细胞进行酶促PURPOSCTREESASEMS
转化，将原料转化成产品或U提PS供TREAM PROCESSES
社会性服务的一门科学。
二、 发酵生产的类型
发酵生产类型
1. 微生物菌体发酵——获得菌体细胞 2. 微生物酶发酵——获得微生物的酶 3. 微生物代谢产物发酵——获得微生物代谢产物 4. 微生物转化发酵——转化某一化合物结构 5. 生物工程细胞的发酵——利用基因工程菌发酵获
得产物
三、发酵工程的特点
1. 原料来源广泛易得。 2. 所需产品可通过微生物的复杂的代谢活动一次性获得。
第11章 基因工程菌发酵——【发酵工程 精】
（三）基因不稳定性
生产的目标是得到最大量的外源蛋白，但是大 量外源蛋白的形成对宿主细胞是有损害的，通常是 致死的，失去制造外源蛋白的能力的细胞一般生长 得快得多，从而能替代有生产能力的菌株，这就导 致基因的不稳定性。
基因的不稳定性原因： 分离丢失 结构不稳定性 宿主细胞调节突变
1、分离丢失
分离丢失示意图
2、质粒结构不稳定性
指外源基因从质粒上丢失或碱基重排、缺失所致工程菌性 能的改变。
如果质粒发生突变，仍保留了抗生素抗性基因，但不合成 外源蛋白，那么这些突变株仍能在含有抗生素的培养基中生 长。
而且由于不合成外源蛋白，生长得比原来的工程菌更快， 使得在这种培养物中带有突变质粒的菌占统治地位，这种培 养情况就是结构不稳定性。
2、通过控制环境参数（温度、PH、培养基组分和溶 解氧浓度），调节比 生长速率，使工程菌生长具有优势。有 些含质粒的菌对发酵环境的改变 比不含质粒的菌反应慢，因 而间歇改变培养条件以改变这两种菌的比 生长速率，可以改 善质粒的稳定性。
（四）表达的诱导
基因工程菌的产物表达需要诱导； 诱因主要有：温度诱导、乳糖或乳糖结构类似 物诱导、氧饥饿诱导、葡萄糖饥饿诱导、甲醇诱 导等。
重组菌GY2345(pBR325)则表现不同
■质粒在不同的宿主中，有不同的稳定性 质粒pBR325在不同的宿主大肠杆菌中： 限制性基质：葡萄糖、镁盐、磷酸盐 稳定性有很大差异 葡萄糖和磷酸盐限制时最易发生质粒不稳定性 可能是它们提供合成DNA的材料和能量
（2）比生长速率μ 重组菌的μ对质粒的稳定性有很大影响
在大的反应器中含有非常多的细胞，总会存在无质粒细 胞，例如1000L发酵液，每毫升有109个细胞，总共就有1015个 细胞，那么在这个反应器中就含有109个无质粒细胞。
【课堂笔记】《发酵工程》
【课堂笔记】《发酵⼯程》《发酵⼯程笔记》笔者：赵可⽬录第⼀章绪论（p1） (1)1.1概念 (1)1.2发酵⼯程的研究内容 (1)1.3发酵过程的特点 (2)1.4发酵过程的问题 (2)1.5发酵⼯程的发展简史 (2)1.6发酵⼯程⼯程的任务 (2)1.7发展⽅向 (3)第⼆章⽣物发酵的基本过程（p36） (3)2.1发酵的基本过程 (3)2.2发酵过程的⼀般过程和操作⽅式 (3)2.3微⽣物的发酵类型 (4)2.3.1液体发酵 (4)2.3.2固体发酵 (4)2.3.3好氧发酵 (5)2.3.4厌氧发酵 (5)第三章种⼦扩⼤配培养（p44） (5)3.1概念 (5)3.2种⼦扩⼤培养⼯艺 (6)3.2.1制备流程 (6)3.2.2优良种⼦具备的条件 (6)3.2.3影响种⼦的质量因素 (6)3.2.4种⼦质量控制措施 (6)第四章发酵培养基（p48） (6)4.1⼀般特点 (6)4.2发酵培养基的组成与制备 (6)4.2.1发酵培养基的组成 (6)4.2.2发酵培养基的制备要点 (7)4.3发酵培养基的设计和优化 (8)4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素： (8)4.3.2摇瓶实验： (8)4.3.3正交实验：多因素多⽔平 (8)第五章发酵过程产物分析（p53） (8)5.1分析项⽬按性质分可分三类： (8)5.2发酵终点的判断 (8)第六章发酵动⼒学（p59） (8)6.1发酵动⼒学概念 (8)6.2研究发酵动⼒学的⽬的 (9)6.3动⼒学 (9)6.3.1课程重点 (9)6.4⽣物反应类型 (9)6.5发酵的⽬的 (9)6.6发酵研究的关键问题 (9)6.7优化发酵过程达到⾼产⽬标的⽅法 (10)6.8发酵动⼒学研究的基本过程 (10)6.9分批发酵动⼒学 (10)6.9.1菌龄 (10)6.9.2分类 (10)6.9.3细胞⽣长动⼒学 (10)6.9.4分批发酵基质消耗动⼒学 (11)6.9.5分批发酵产物形成动⼒学 (11)6.9.6分批发酵的优缺点 (12)6.9.7重要截图（来⾃中国MOOC余龙江教授） (12)6.10讨论与问题 (13)第七章分批发酵、补料分批发酵和⾼密度发酵（p81） (14)7.1分批发酵 (14)7.1.1分批发酵的操作⼯艺 (15)7.1.2菌体⽣长规律 (15)7.1.3代谢变化 (15)7.2补料分批发酵 (16)7.2.1适⽤范围： (16)7.2.2物料流加⽅式 (16)7.2.3补料分批动⼒学 (16)7.3⾼密度发酵 (16)7.3.1影响⾼密度发酵⽣产的因素 (16)7.3.2⾼密度发酵存在的问题 (17)7.4讨论与问题 (17)7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别？ (17)7.4.2分批发酵的流程 (17)7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17)7.5课堂问题 (17)第⼋章连续发酵（p105） (19)8.1基本概念 (19)8.2连续发酵的优缺点 (19)8.3连续发酵的类型 (19)8.4连续发酵操作⽅式 (20)8.4.1开放式连续发酵 (20)8.4.2封闭式连续发酵 (20)8.5膜连续发酵 (21)8.6连续发酵的控制⽅式 (21)8.7连续发酵的实际应⽤ (22)8.7.1连续发酵 (22)8.7.2分批发酵 (22)8.7.3补料分批发酵 (22)8.7.4连续发酵在⼯业上的应⽤ (23)第九章微⽣物的现代固态发酵（p121） (23)9.1固态发酵 (23)9.1.1固态发酵的特点 (23)9.1.2固体培养的优点 (23)9.1.3固液发酵的⽐较 (23)9.1.4传统固态发酵与现代固态发酵 (24)9.1.5固态发酵分类 (25)9.1.6适合固态发酵的微⽣物 (25)9.1.7固态发酵的界⾯作⽤ (25)9.2固态发酵反应器 (25)9.2.1静态固态发酵反应器 (25)9.2.2动态固态发酵反应器 (26)9.2.3固态发酵反应器 (26)9.3固态发酵的应⽤ (26)第⼗章基因⼯程菌株发酵（p154） (27)10.1⼯业化⽣产的基因⼯程菌应具备的条件 (27)10.2基因⼯程菌的发酵 (27)10.2.1培养操作和发酵设备 (27)10.3讨论与问题 (27)10.3.1基因⼯程菌的不稳定性 (27)10.3.2改善措施： (27)10.3.3⽣产过程: (27)第⼗⼀章发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素（p167） (28)第⼗⼆章发酵控制⼯程（p183） (28)12.1讨论与问题 (28)第⼗三章空⽓除菌（p250） (29)13.1⼏个基本概念 (29)13.2染菌的危害 (29)13.3树⽴⽆菌概念，强调⽆菌操作 (29)13.4灭菌和除菌的基本原理 (30)13.5发酵⼯程的灭菌⼯程（p228） (30)13.5.1化学物质灭菌 (30)13.5.2⼲热灭菌法 (30)13.5.3湿热灭菌法 (31)13.5.4射线灭菌 (31)13.5.5过滤介质除菌 (31)13.5.6静电除菌 (31)13.5.7臭氧灭菌 (31)13.6名词概念 (32)13.7培养基和发酵设备的灭菌 (32)13.7.1温度和时间对培养基的影响 (32)13.7.2影响培养基灭菌的其他因素 (33)13.7.3培养基分批灭菌 (33)13.7.4发酵设备的灭菌 (34)13.8空⽓除菌 (34)13.8.1发酵⽤⽆菌空⽓的概念和质量标准 (34)第⼗四章发酵⼯程设备（p265） (35)14.1通⽓发酵罐 (35)14.1.1机械搅拌通⽓发酵罐 (35)14.1.2⾃吸式发酵罐 (35)14.2嫌⽓发酵罐 (36)14.2.1基本要求 (36)《发酵⼯程》1-14章节笔记第⼀章绪论（p1）1.1概念发酵⼯程利⽤微⽣物或动植细胞的⽣长繁殖和代谢活动以及特定功能，通过现代化⼯程技术⽣产有⽤物质或直接应⽤于⼯业化⽣产的技术体系；是将传统发酵与现代的DNA重组，细胞融合，分⼦修饰，和改造新技术结合并发展起来的现代发酵技术；它是渗透有⼯程学的微⽣物学和细胞⽣物学，是现代⽣物技术产业的基础与核⼼。
第十一章 现代发酵技术 —现代生物技术在发酵工业中应用(1)
3.市场竞争环境 国外：市场竞争激烈，但秩序较好，市场份额
多为大公司所垄断 国内：仿制与重复建设、重复生产现象非常严
3) 现代生物技术与发酵工程技术：
（1）现代生物技术70％以上的集中在生物制药 领 域 。 2000 年 全 世 界 生 物 技 术 药 物 产 值 达 1000亿美元。
（2）各国对生物技术的投资80%以上集中在医 学生物技术领域；
（3）生物技术研究开发的60～80%的力量主要 集中在医学领域
（4）总销售额超过10亿美元的生物技术产品主要 为医药生物制品；
重，出现了一哄而上的过热现象，市场恶性竞 争，无法实现规模效益。 4.产品信誉 国外：产品信誉较好 国内：产品信誉低，“出现信洋不信中，买洋 不买中”现象
5.创新与知识产权
国外：创新意识高，特别注重知识产权（主要是专 利、商标）保护
国内：创新意识低，严重缺乏自主知识产权产品， 当前，我国已产业化的几十种基因工程药物和疫 苗中只有几种拥有自主知识产权，其他均为仿制 产品。
中国生物技术药物
国产α－干扰素市场占有率已经超过进口 产品，我国首创的γ－干扰素已具备向国外 技术转让能力，新一代干扰素正在研制之中。
据有关部门预测，未来我国生物技术药物， 年增长率不低于25％，年总产值将超过30亿元 人民币以上，发展前景十分广阔。
中国生物技术药物存在的问题
1.研发投入 国外：2－3亿美元/基因药物 国内：10多年来，对生物制药的总投入仅有40 多亿元
二、现代生物技术（modern Biotechnology)
基因工程菌发酵培养的流程
基因工程菌发酵培养的流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!基因工程菌发酵培养流程。
1. 菌种复苏和激活，从菌种库中取出保藏的菌种，在无菌条件下培养，激活其生理活性。
高中生物《发酵工程及其应用》微课精讲+知识点+课件教案习题
↓重点知识：1.发酵工程:是根据生物学,化学和工程学的原理进行工业规划的经营和开发微生物,动植物细胞及其亚细胞组分,进而利用生物体所具有的功能元件来提供商品而服务于社会的一门综合性科学技术.2.发酵动力学:研究微生物生长,产物合成,底物消耗之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形成的过程.3.生物反应过程特点：①发酵原料的选择和预处理②菌种的选育和扩大培养③微生物发酵和控制④产品的分离和纯化发酵工程知识点：1、菌种培育由于从自然界分离的菌种不一定能满足生产的要求，因此必须对菌种进行改造，如何改造培育优良菌种呢？第一，生产微生物直接合成的产物，即微生物的天然产品，如抗生素、氨基酸等，先从自然界分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法进行诱变育种，从中筛选出产量高的菌株用于生产。
例如生产用青霉菌的培育过程。
第二，生产微生物不能合成的产物，如人的生长激素、胰岛素等产品，则用细胞工程、基因工程对微生物的遗传特性进行定向的改造，构建工程菌来达到生产相应产品的目的。
例如单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子的生产。
2、两次培养发酵工程的几个环节中有两次对微生物进行培养，第一次是对菌种的扩大培养，第二次是发酵生产产品过程时的培养。
它们有何区别呢？第一，两次培养的目的不同。
扩大培养是为了让菌种在短时间内快速繁殖，以便得到大量的菌种用于生产。
而发酵过程的培养是为了获得生物产品、单细胞蛋白或者是发酵产物。
第二，两次培养的条件不相同。
例如：酒精发酵，扩大培养要在有氧的条件下进行，让酵母菌进行有氧呼吸，获得的能量多，短时间内大量繁殖使自己在培养基中成为优势种群，发酵过程的培养要在厌氧的条件下进行才能产生酒精；又如谷氨酸发酵，谷氨酸棒状杆菌扩大培养要求C：N＝4：1，菌体大量繁殖，发酵过程的培养C：N＝3：1才能大量合成谷氨酸。
3、菌体生长规律研究微生物的生长规律是为发酵提供理论依据，是将少量的单一菌种接种到恒定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养并定期取样测定菌体的群体生长规律，由于营养物质有限，菌体生长有调整期、对数期、稳定期、衰亡期四个阶段。
第2讲 基因工程菌的发酵
二、基因工程菌发酵所用设备
基因工程菌的培养设备
（1）发酵罐的组成：发酵罐体、搅拌器、温控、灭
菌系统、空气无菌过滤系统、参数测量与控制系统、以 及培养液配制及连续操作装置等。
（2）基因工程菌对发酵设备的要求：
既要防止外部微生物侵入罐内，还要不使培养 物外漏。
机械搅拌式发酵罐
气升式发酵罐
三、基因工程菌的培养工艺
铵、硝酸铵、氯化铵等。 ③其他：无机盐、微量元素、维生素、生物素等，营养缺陷型菌 株还要补加相应的营养物质。
2 接种量的影响
① 什么是接种量?——移入的种子液体积和培养液体积之 比。 ② 接种量的大小对发酵有什么影响?
答：影响发酵的产量和发酵周期， （1）接种量小，菌体生长的延迟期长，不利于外源基因的表达； （2）接种量大，有利于对基质的利用，可以缩短生长延迟期，但
会使菌体生长过快，代谢产物累积过多，反而会抑制后期菌体的生长；
3
温度的影响
在复制水平上 在转录水平上 在其他方面
通过调控复制改变基因剂量来影响基因表达 通过影响RNA聚合酶作用来调控基因表达 在mRNA降解和翻译水平上影响基因表达
温度还影响蛋白质的活性和包含体的形成。
例如：大肠杆菌合成青霉素酰化酶不仅受苯乙酸诱导和葡萄 糖阻碍，还受温度调控。
16℃和18℃培养时，菌体生长较慢，从而影响翻译，即酶的合 成。
4 溶解氧的影响
溶解氧（Dissolved oxygen,DO2）：是工程菌发酵培养过
程中影响菌体代谢的一个重要参数，溶解氧浓度对菌体生长和 产物生成的影响很大。
发酵前期，随DO2的下降，细胞生长减慢，ST (surface tension) 值下降； 发酵后期，随DO2的下降，ST值下降幅度更大，外源基因高水平转录和翻
《生物工艺学》基因工程菌的发酵 ppt课件
（3）使质粒稳定的措施
ppt课件
17
3，表达效率及质粒拷贝数控制
• 在工程菌培养过程中，表达效率与质粒拷贝数有关。在质粒稳定基础上， 应尽可能提高细胞内质粒拷贝数。
• 在工业生产中易于操作的方法是在培养的不同阶段，采用不同培养温度达 到提高拷贝数目的，在前培养阶段采用低温，以减少细胞负荷，此时拷贝 数较低，而比生长速率升高，在主培养中途升高温度，质粒拷贝数增加， 目的基因产量提高。
四、工程菌的应用
ppt课件
6
2，其它发酵产品 • 酶制剂 • 氨基酸（苏氨酸、色氨酸） • 抗生素
ppt课件
7
第二节 工程菌的培养
• 就生产流程而言，从发酵到分离、纯化目标产物，工程菌和常规微生物并无太多的差异。但工程菌在保存 过程中及发酵生产过程中表现出不稳定性，以及安全性等问题，使得工程菌的培养有着自身所特有的特点。
ppt课件
4
三、工程菌应具备的条件
• 发酵产品是高浓度、高转化率和高产率的，同时是分泌型菌株。 • 菌株能利用常用的碳源，并可进行连续发酵。 • 菌株不是致病株，也不产内毒素。 • 代谢控制容易进行。 • 能进行适当的DNA重组，并且稳定，重组的DNA不易脱落。
ppt课件
5
1，基因药物 • 红细胞生成素 • 胰岛素 • 干扰素 • 乙肝疫苗 • 生长激素 • 粒细胞巨噬细胞集落刺激因子
• 这些准则参照了防止病原微生物污染的措施，以及根据对实验安全度的评定， 采用物理密封(P1~P4)和生物学密封(B1和B2)两种方法。
ppt课件
10
• 物理密封是将重组菌封闭于设备内，以防止传染给实验人员和向外界扩散。 实验规模在20L以下时，物理密封由密封设施、实验室设计和实验注意事项 组成。密封程度分为P1、P2、P3和P4级，数字越大，密封水平越高。
发酵工程简介高中生物省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
同分别有什么措施进行分离、提纯？
答：一类是代谢产物、另一类是菌体本身。
三、发酵工程旳应用 （一）在医药方面： 1．发酵工程能生产人们所需旳药物。例如：经过青
霉发酵能生产青霉素。 2．经过发酵工程能生产基因药物。例如：将合成旳
人旳胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成“工 程菌”，再经过培养“工程菌”即可取得人旳胰岛素。
第三节 发酵工程简介
学习目旳： 1、发酵工程旳概念和内容（A：懂得）。 2、发酵工程在医药工业和食品工业中旳 应用（A：懂得）。
学习要点：发酵工程旳概念和内容。
学习难点： 发酵过程中怎样确保菌种生长和代谢旳正常进行。
一、应用发酵工程旳生产实例
根据谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸旳途径，思索回答 下列问题：
8、在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产旳？
菌种 培养基
发酵罐
条件控制
谷氨酸
加工 提取
产品
二、发酵工程旳概念和内容
（一）、概念：
即采用当代工程技术手段，利用微生物旳某些 特定功能，为人类生产有用旳产品，或直接把微生 物应用于工业生产过程中旳一种新技术。
（二）、内容：
从自 诱变育种 生
接发
微
医
然界 中分 离旳 菌种
3．灭菌： 思索： 发酵工程所用旳菌种大多是单一旳纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。这是为何呢？那怎样预防杂 菌旳污染呢？怎样才算灭菌彻底呢？
答：在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系， 对发酵过程造成不良影响；要在发酵前对培养基和发酵设施进行 严格旳灭菌处理； 用高温、高压旳方式，杀死全部杂菌旳胞体、 芽孢和孢子
答：基因突变、基因工程、细胞工程
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。
发酵工程笔记
（来自讲义）1、致死温度杀死微生物的极限温度致死时间在致死温度下，杀死所有微生物所需的时间2、微生物的热阻微生物在某一特定条件（主假如温度和加热方式）下的致死时间3、实罐灭菌培养基置于发酵罐顶用蒸汽加热，达到预约灭菌温度后，保持一段时间，再冷却道发酵温度，而后接种发酵。
4、微生物的特色体积小、面积大，汲取快、转变快，生长旺、生殖快，易变异、适应性强，种类多、分布广等五大特征。
5、菌种分别的一般过程土样的采纳→ 预办理→ 培养→ 菌落的选择→ 产品的判定目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物6、生物热（ Q生物）在发酵过程中，菌体不停利用培养基中的营养物质，将其分解氧化而产生的能量，此中一部分用于合成高能化合物（如 ATP）供应细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的形式发散出来，这发散出来的热就叫生物热。
（来自 PPT）第一章绪论1、发酵工程：利用微生物的生命活动进行物质加工的过程。
第二章生产菌种的挑选1、新种分别挑选的步骤1)定方案：第一要查阅资料，认识所需菌种的生长培养特征。
2)采样：有针对性地采集样品，以采集土壤为主。
3)增殖：人为地经过控制养分或培养条件，使所需菌种增殖培养后，在数目上占优势。
4)分别：利用分别技术获取纯种。
5)发酵性能测定：进行生产性能测定。
这些特征包含形态、培养特色、营养要求、生理生化特征、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适 pH值、提取工艺等。
2、采土方式：在选好适合地址后，用小铲子除掉表土，取离地面5-15cm 处的土约 10g，盛入洁净的牛皮纸袋或塑料袋中，扎好，标志，记录采样时间、地址、环境条件等，以备查考。
为了使土样中微生物的数目和种类尽少变化，宜将样品逐渐分批寄回，以便实时分别。
3、采样注意事项1)采样时应尽可能保持相对无菌；2)所采集的样本一定拥有某种代表性；3)采好的样一定完好地标上样本的种类及采集日期、地址以及采集地址的地理、生态参数等；4)应充分考虑采样的季节性和时间因素，因为真实的原地菌群的出现可能是短暂的5)采好的样应实时办理，暂不可以办理的也应储存于 4℃下，但储存时间不宜过长。
现代生物技术导论-发酵工程
发酵工艺
• 发酵工艺流程 • 发酵工艺主要组成部分 • 微生物生长得数学模型
发 酵 工 艺 流 程
发酵工艺组成部分
培养基制备 ↓
“种子”培养→发酵罐→产物的提取精 制 ↑
无菌空气
微生物的营养
• 元素水平:C H O N P S Cl K… • 化合物水平 C:糖,脂,有机酸,醇,烃等 N:氨基酸,蛋白质,尿素等 O:溶解氧 P,S,Cl,K等:主要来自含该元素的无机盐.
积累赖氨酸的菌株特性
• 通过基因突变使酶3失 去活性,切断向苏氨酸 方向的代谢流
• 在培养液中加入限制量 的高丝氨酸(或苏氨酸 和蛋氨酸)
细胞膜通透性的改造
用能积累谷氨酸菌株做如下实验: • 生物素充足时,细胞内含大量谷氨酸,但培养液
里几乎不含谷氨酸. • 用溶菌酶消化细胞壁得到的原生质体仍不分泌
用
人 们 心 中 的 巴 斯 德
免疫学——预防接种 首次制成狂犬疫苗
近代发酵—纯培养技术的建立
• 布雷费尔德 (Brefeld)于1872年创立 了霉菌纯培养技术.
• 丹麦科学家汉逊(Hansen)1878年创 立了酵母纯培养技术
• 德国科学家科赫 (Robert Koch,18431910)于1881年创立了细菌纯培养技 术.
• C6H12O6+ 0.55NH3 + 2.39O2 → • 3.42CH1.92O0.61N0.16 + 2.58CO2 + 3.54H2O
微生物生长的数学模型
假设发酵微生物是细菌(分裂方式为一 分为二) ,发酵刚开始细胞浓度为X0, 在一小时内有部分细胞分裂.设分裂 细胞的分率为 µ,1h分裂的细胞数为 µX0.
【高中生物】发酵工程及其应用课件+高二下学期生物人教版选择性必修3
②乳酸菌：在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的 品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
新课讲解
4.在其他方面的应用
(1)解决资源短缺与环境污染问题 随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源 物质已取得成功。 (2)将极端微生物应用于生产实践 自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（如高温、 高压、高盐和低温等环境）中正常生活。 例如嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的 产量。
课堂训练
1.下列不是发酵过程中要完成的是（ B ）
A.随时取样检测培养液中的微生物数量及产物浓度
B.不断添加菌种
C.及时添加必需的营养组分
D.严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等条件
2.发酵过程中，不会直接引起pH变化的是（ C ）
A.营养物质的消耗 C.微生物细胞数目的增加
B.微生物释放出的CO2 D.代谢产物的积累
提示：传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分， 而是成分复杂的混合物，很多时候不 会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、 膜分离、吸附和离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵 工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。
实例：苏云金杆菌——防治80多种农林虫害。 白僵菌——防治玉米螟、松毛虫等虫害。 井冈霉素(一种放线菌产生的抗生素)——防治水稻枯纹病。
(3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的蛋白质，且生长繁殖速 度很快。
第十章_基因工程菌发酵
平均细胞近似
均衡生长 细胞之间不均一
离 散 模 型
不考虑细胞 结构，但各 种细胞均一
细胞内部多组分
非离散、非结构模型（均衡生长模型）
假设培养体系是均一的，忽略细胞间的差异和不同时期组 成及代谢特性的差异
适于研究细胞群体代谢生长代谢规律
离散非结构模型
培养体系中的细胞被区分成许多不同的状态和功
质粒的行为规律与宿主、质粒本身外界环 境等密切相关
工程菌培养过程中会发现质粒丢失现象，
严重影响外源基因产物的产量和质量
分配的不稳定性
原
结构不稳定性
因
质粒不同拷贝状态
分配不稳定：这是由于在细胞分裂过程中质 粒缺失分配到子细胞中而导致整个质粒丢失。
结构性不稳定：由于重组质粒DNA发生缺失、 插入或重排引起的质粒结构变化。
使用酚时应注意
1）使用注意
酚通常是透明无色的结晶，如果酚结晶呈现粉红色或
黄色，表明其中含有酚的氧化产物，例如醌、二酸等。
变色的酚不能用于核酸抽提实验，因为氧化物可破坏核
酸的磷酸二酯键。 2）安全操作 酚腐蚀性很强，并可引起严重的灼伤，操作时应戴手 套。
10.5 基因工程菌的不稳定性及对策
不稳定的表现 不稳定的原因及对策
能类型，对培养过程中细胞存在明显差异的系统
是适合的。
结构非离散模型
细胞被分散成多个不同功能的部分，各部分相 互协调作用，对分析胞内代谢调控有应用价值。
离散结构模型
细胞培养过程的实际情况，模拟单个细胞内 的生化反应体系，通过单细胞模型的不同组 合建立高层次的离散结构模型
10.1.2 基因工程菌培养过程中的动力学模型
《基因工程菌发酵》PPT课件
整理ppt
12
分批培养中选择不同的碳源，连 续培养中控制稀释速率等都能一定范 围内控制菌体的生长，从而控制乙酸 的产生，减少它的抑制作用。
加入蛋氨酸和酵母提取物都能减 少乙酸的产生。
整理ppt
13
大肠杆菌中克隆携带氧能力的 VHB蛋白的基因可提高菌体生长 速率。
采用磷酸乙酰化酶缺陷株作为 宿组主细胞，阻止乙酸产生，可提 高产量。
整理ppt
17
它的浓度增加会导致在合成mRNA和 rRNA时RNA聚合酶在模板上的移动产生 停顿，RNA链延长速度减慢，使游离的 RNA聚合酶浓度降低，严紧控制的启动 子如rrnA等的转录减少。
也可能ppGpp是通过干扰RNA聚合酶 与PL启动子专一识别反应。
整理ppt
18
第七节基因工程菌发酵
基因工程菌的培养过程包括: ⑴通过摇瓶操作基因工程菌生长的基 础条件,如温度、pH、培养基各种组分、 碳氧比，分析表达产物的合成、积累 对受体细胞的影响; ⑵通过培养罐操作确定培养参数和控 制方案以及顺序。
高拷贝质粒的工程菌（240拷贝） 中，生长速率和菌体总蛋白合成均减 少。这与工程菌大量前体被利用引起 前体不足，从而产生“严紧反应”有 关。
整理ppt
16
“严紧反应”是当氨酰tRNA不 足时,核糖体在密码子上停留,并合 成被称为魔点的ppGpp的结果。
ppGpp是一个重要的调控分子。 它通过影响RNA链的延深过程减少 转录。
对于好氧发酵,溶解氧浓度是重 要的参数。
好氧微生物利用溶解于培养液 中的氧气进行呼吸。
若能提高溶氧速度和氧的利用 率，则能提高发酵产率。
整理ppt
32
发酵时，随DO2浓度的下降， 细胞生长减慢，ST值下降，发酵后 期下降幅度更大。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
G+细菌 低等真核细胞 哺乳动物细胞
1、大肠杆菌
如产品翻译后不需修饰，最普遍选用大肠杆菌作为宿主。 优点： 生理学和遗传学背景了解得深入，有利于进行复杂的基 因操作。 有相当高的生长速率，并能长到高细胞浓度（50g/l）； 能生长在简单的便宜的培养基上。
三类主要基因工程表达体系的比较
表达体系 产物 产生部位 培养方式 产物活性 浅在危险
大肠杆菌 多肽、蛋白 菌内 部分可高产 对原核好 融合蛋白
酵 母 多肽、蛋白 菌内 可高产 真核接近 不大 糖基化蛋白 胞外 天然
不大
动物细胞 完整 胞外
几乎可为 可能有
糖基化蛋白
可高产 天然产物 致癌因素
二、基因工程菌发酵的特点
（三）基因不稳定性
生产的目标是得到最大量的外源蛋白，但是大 量外源蛋白的形成对宿主细胞是有损害的，通常是 致死的，失去制造外源蛋白的能力的细胞一般生长 得快得多，从而能替代有生产能力的菌株，这就导 致基因的不稳定性。
基因的不稳定性原因： 分离丢失 结构不稳定性 宿主细胞调节突变
1、分离丢失
基因工程菌生产的产品主要有二类：
蛋白质
非蛋白质
基因工程菌发酵水平取决于：
菌种遗传特性
发酵工艺及控制
发酵罐的性能与操作
——掌握工程菌的发酵特性、过程控 制和优化及放大特点，才能保证工程菌顺利实现 产业化
基因工程菌生产的产品 细胞因子、疫苗、酶
一、宿主-载体系统
构建基因工程菌，必须选择宿主和表达系统。 要求：翻译后的修饰要简单；如果用于食品要考虑宿主
白信号肽序列的下游。
2、G+ 细菌
枯草杆菌是G+菌，没有外膜，能把蛋白分泌（excretion） 到胞外。不能使蛋白质糖基化 缺陷:
枯草杆菌产生大量的蛋白酶，会很快降解产物。而且枯 草杆菌基因构建比大肠杆菌困难，质粒稳定性也比较差
其他G+ 细菌: 链霉菌：不致病、使用安全，分泌能力强，可
将表达产物直接分泌到培养液中，具有糖基化能力， 可做理想的受体菌。
到胞外也有限。 只能简单糖基化。 当产生的外源蛋白需要复杂的糖基化和翻译后修饰时，
要用动物细胞组织培养来达到。
丝状真菌： 很强的分泌能力；能正确进行翻译后加工，包括肽剪切
和糖基化；而且糖基化方式与高等真核生物相似；丝状真菌 （如曲霉）被确认是安全菌珠，有成熟的发酵和后处理工艺。
影响目的基因在酵母菌中表达的因素 （1）外源基因拷贝数：高度稳定、高拷贝 （2）外源基因的表达效率：启动子 （3）外源蛋白的糖基化： （4）宿主菌珠的影响：菌体生长力强；菌体内源蛋白
指工程菌分裂时出现一定比例不含质粒子代菌的现象。 为什么会出现质粒丢失呢？ 质粒可分为高拷贝质粒（>20拷贝/细胞）和低拷贝质粒 （有时低到每个细胞一至二个拷贝）。低拷贝质粒有专门的 机制保证在子代细胞中有相等的分配，高拷贝质粒通常很少 遵循二分法分配到子代细胞。对于高拷贝质粒，绝大多数子 细胞接受一些质粒，也有可能有的细胞没有接受质粒，出现 质粒丢失。虽然形成无质粒细胞的可能性是低的（每百万细 胞分裂中一个）。
酶要弱；菌株性能稳定；分泌能力强。
4、哺乳动物细胞
哺乳动物细胞在表达时有正确的氨基酸排列，而且所有转 译后处理（修饰）与在整个动物中相同，在某种情况下可能转 译后修饰有些不同，但它可提供最接近于天然副本的产物，此 外多数产物可以分泌到胞外。
但动物细胞生长缓慢，培养基价格昂贵，蛋白表达水平较 低。用于重组DNA 生产蛋白的最常用的宿主是CHO（中国仓 鼠卵巢细胞）。
（一）外源基因的多样性
基因工程菌带有外源基因，外源基因可能在质粒上也可能 整合到染色体上，这些基因可能不稳定。 丢失外源基因的菌往往比未丢失质粒的菌生长快得多，这 样就会大大降低产物的表达。 为了抑制基因丢失的菌的生长，一般在培养中加入选择压 力，如抗生素。
Hale Waihona Puke （二）培养过程分两个阶段基因工程菌的培养一般分两段。 前期是菌体生长，生长到某一阶段，加入诱 导因子，诱发产物表达。
3、低等真核细胞
酵母菌 酿酒酵母是第一个被人利用的生物，现在发展了其他的酵
母如甲醇营养型酵母等。 优点 生长快 最大生长速率是大肠杆菌的25% 个体大 酵母比最大的细菌大，容易从发酵液中回收。不产 内毒素 有简单糖基化能力和分泌蛋白的能力。
缺点 酵母达到高表达水平比大肠杆菌困难，外源蛋白分泌
第十一章 基因工程菌发酵
主要内容
第一节 概述 第二节 基因工程菌的稳定性 第三节 影响外源基因表达的因素 第四节 基因工程菌发酵过程的工艺控制 第五节 重组大肠杆菌的培养策略 第六节 甲醇营养型酵母的生长与表达 第七节 培养装置与产物的提取
第一节 概 述
近年来，重组DNA技术已由实验室研究走向生产应用。 它不仅提供了一种有效的菌种改良技术，也为攻克医学 上的疑难杂症 (癌、遗传病及艾滋病等) 的治愈提供了可能； 为农业的第三次革命提供了基础；为深入探索生命的奥秘提 供了有力的手段。 由工程菌产生的珍稀药物，如胰岛素、干扰素、人生长 激素、乙肝表面抗原等已先后面市。
在大的反应器中含有非常多的细胞，总会存在无质粒细 胞，例如1000L发酵液，每毫升有109个细胞，总共就有1015个 细胞，那么在这个反应器中就含有109个无质粒细胞。
真核基因在大肠杆菌中的表达方式 （1）以融合蛋白的形式表达药物基因：融合蛋白氨基端
是原核序列，羧基端是真核序列。 优点：操作简便，蛋白质在菌体内比较稳定；易高
效表达；但只能做抗原。 不做人体注射用药。 （2）以非融合蛋白的形式表达药物基因：易被蛋白酶破
坏；N端有甲硫氨酸，易引起免疫反应。 （3）分泌型表达蛋白药物基因：外源基因融合到原核蛋
大肠杆菌作为宿主的主要问题是
分泌(secretion)的蛋白通常在胞内，当这些蛋白达到高浓 度时，会被水解或形成不溶的包含体；包含体蛋白是不折叠的， 必须重新溶解并使它复性。
大量的外源蛋白会触发热冲击响应；增加蛋白水解酶的活 性；使蛋白的降解速率几乎等于产生的速率。
翻译常从甲硫氨酸的AUG密码子开始，故目的蛋白质N端 常多一个甲硫氨酸残基，引起免疫反应。