发酵工程制药Fermentation-Engineering课件 (一)
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《发酵工程总论》ppt课件
一、发酵的定义
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
• 最初发酵是用来描画酵母菌作用于果汁 或麦芽汁产生气泡的景象，或者是指酒 的消费过程。
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，或者更严厉地说，发酵是 以有机物作为电子受体的氧化复原产能反响。
History of applied microbiology
• 1973 rec DNA technology (Boyer & Cohen) • 1982 rec human insulin〔胰岛素〕 • post recombinant DNA area • since 1982 rec therapeutic agents〔治疗剂〕 • 1990 rec bakers yeast • 1992 rec chymosine 〔凝乳酶〕(from yeast)
定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机 或有机原料进展酶加工，获得产品的工业。
2.获得发酵产品的条件
• 适宜的微生物 • 保证或控制微生物进展代谢的各种条件 • 进展微生物发酵的设备 • 精制成产品的方法的设备
三、发酵工业的开展历史
• 天然发酵阶段
• 纯培育技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地 控制微生物的发酵进程。
(8) 除利用微生物外，还可以用动植物细胞 和酶，也可以用人工构建的遗传工程菌进 展反响。
六、发酵方法的类别与流程
• 1、类别： • 根据对氧的需求区分： • 厌氧和有氧发酵 • 根据培育基物理性状区分： • 液体和固体发酵 • 根据从微生物生长特性区分： • 分零售酵和延续发酵
2、发酵的流程
发酵工艺学课件
烯等，能源物质) 14.微生物冶金工业(利用微生物探矿、冶金、石油脱硫等)
按产品类型分
1、以微生物细胞为产品的发酵工业 2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业 3、以微生物酶为产品的发酵工业 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业 5、微生物废水处理和其他
六、发酵工业特征
发酵过程中离不开微生物的作用 1、发酵原料的选择及预处理
4.易受污染：由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物 都很容易生长，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
5.代谢多样：由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样 化，以及生物体化学反应的高度选择性，能够专一性地和 高度选择性地对复杂的化合物进行特定部位的氧化、还原 等反应；也能容易地产生比较复杂的高分子化合物（如酶 等）。
➢ 利用微生物消除环境污染 ➢ 利用微生物发酵保持生态平衡，如生物固氮肥料，生物杀
虫剂等。 ➢ 微生物湿法冶金，如细菌浸矿，即利用细菌对矿物或矿石
中有用的金属浸出回收的过程。细菌浸出的金属有Cu、U 、Co、Ni、Mn、Zn、Pb等10余种，但大规模生产的只有 铜和铀。 ➢ 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
Protein engineering) 基因工程 ( Genetic engineering) 细胞工程 ( Cell engineering ) 2. 生物工程中其他技术产业化表达的重要手段 基因工程菌 动植物细胞培养 3. 生命科学研究的对象或载体
自相 成互 体渗 系透
➢ 基因工程 ➢ 细胞工程 ➢ 酶工程 ➢ 发酵工程
在化学工业和环境保护等方面，发酵工程能发挥独持的作用
如：利用微生物来处理工业废水或含毒废液，乃至构建超级细菌，处理大 面积的海面石油污染等。
喷洒工程菌清除石油污染
按产品类型分
1、以微生物细胞为产品的发酵工业 2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业 3、以微生物酶为产品的发酵工业 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业 5、微生物废水处理和其他
六、发酵工业特征
发酵过程中离不开微生物的作用 1、发酵原料的选择及预处理
4.易受污染：由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物 都很容易生长，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
5.代谢多样：由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样 化，以及生物体化学反应的高度选择性，能够专一性地和 高度选择性地对复杂的化合物进行特定部位的氧化、还原 等反应；也能容易地产生比较复杂的高分子化合物（如酶 等）。
➢ 利用微生物消除环境污染 ➢ 利用微生物发酵保持生态平衡，如生物固氮肥料，生物杀
虫剂等。 ➢ 微生物湿法冶金，如细菌浸矿，即利用细菌对矿物或矿石
中有用的金属浸出回收的过程。细菌浸出的金属有Cu、U 、Co、Ni、Mn、Zn、Pb等10余种，但大规模生产的只有 铜和铀。 ➢ 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
Protein engineering) 基因工程 ( Genetic engineering) 细胞工程 ( Cell engineering ) 2. 生物工程中其他技术产业化表达的重要手段 基因工程菌 动植物细胞培养 3. 生命科学研究的对象或载体
自相 成互 体渗 系透
➢ 基因工程 ➢ 细胞工程 ➢ 酶工程 ➢ 发酵工程
在化学工业和环境保护等方面，发酵工程能发挥独持的作用
如：利用微生物来处理工业废水或含毒废液，乃至构建超级细菌，处理大 面积的海面石油污染等。
喷洒工程菌清除石油污染
发酵工程技术制药课件
微生物发酵制药技术可生产抗生素、 维生素、氨基酸、酶制剂等各类药物 。
酶工程制药技术
酶工程制药技术是指利用酶的 催化作用，将原料转化为所需 的药物或中间体。
酶工程制药技术具有高效、专 一、条件温和等优点，广泛应 用于药物合成、手性药物制备 等领域。
酶工程制药技术可生产手性药 物、生物催化剂、药物中间体 等。
细胞工程制药技术是指利用细胞培养技术，生产具有生物活性的蛋白质药物或细胞 治疗剂。
细胞工程制药技术可生产细胞因子、生长因子、细胞疫苗等生物药物。
细胞工程制药技术具有生产效率高、安全性好等优点，是现代生物医药领域的重要 发展方向之一。
03
发酵工程制药工艺流程
微生物菌种的选育与培养
总结词
微生物菌种的选育与培养是发酵工程制药工艺流程的起始步骤，对后续发酵过程和产品质量具有重要影响。
在抗生素的发酵生产中，选育和改良微生物菌种 是关键，通过基因工程等手段不断优化微生物菌 种的抗生素合成能力，提高发酵产率。
目前，常见的抗生素发酵产品包括青霉素、头孢 菌素、红霉素等，这些抗生素在医疗领域广泛应 用，对于治疗各种感染性疾病具有重要作用。
维生素C的发酵生产
01
02
03
04
维生素C即抗坏血酸，是人体 必需的水溶性维生素之一， 具有抗氧化、增强免疫力等
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基 因组、转录组和蛋白质组进行深入 研究，挖掘潜在的生物制药资源。
提高发酵产物的产量与质量
菌种选育
通过自然选育、诱变育种和基因工程手段，筛选出具有优良性状 的菌种，提高发酵产物的产量和质量。
优化发酵条件
通过优化培养基配方、发酵温度、pH值等发酵条件，提高发酵产 物的产量和质量。
酶工程制药技术
酶工程制药技术是指利用酶的 催化作用，将原料转化为所需 的药物或中间体。
酶工程制药技术具有高效、专 一、条件温和等优点，广泛应 用于药物合成、手性药物制备 等领域。
酶工程制药技术可生产手性药 物、生物催化剂、药物中间体 等。
细胞工程制药技术是指利用细胞培养技术，生产具有生物活性的蛋白质药物或细胞 治疗剂。
细胞工程制药技术可生产细胞因子、生长因子、细胞疫苗等生物药物。
细胞工程制药技术具有生产效率高、安全性好等优点，是现代生物医药领域的重要 发展方向之一。
03
发酵工程制药工艺流程
微生物菌种的选育与培养
总结词
微生物菌种的选育与培养是发酵工程制药工艺流程的起始步骤，对后续发酵过程和产品质量具有重要影响。
在抗生素的发酵生产中，选育和改良微生物菌种 是关键，通过基因工程等手段不断优化微生物菌 种的抗生素合成能力，提高发酵产率。
目前，常见的抗生素发酵产品包括青霉素、头孢 菌素、红霉素等，这些抗生素在医疗领域广泛应 用，对于治疗各种感染性疾病具有重要作用。
维生素C的发酵生产
01
02
03
04
维生素C即抗坏血酸，是人体 必需的水溶性维生素之一， 具有抗氧化、增强免疫力等
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基 因组、转录组和蛋白质组进行深入 研究，挖掘潜在的生物制药资源。
提高发酵产物的产量与质量
菌种选育
通过自然选育、诱变育种和基因工程手段，筛选出具有优良性状 的菌种，提高发酵产物的产量和质量。
优化发酵条件
通过优化培养基配方、发酵温度、pH值等发酵条件，提高发酵产 物的产量和质量。
生物技术制药 第二章 发酵工程 ppt课件
甘油悬液法：基因工程菌
ppt课件
50
冻干保藏 ：最广泛使用的方法。大部分菌种可以 在冻干状态下保藏10年之久。且经冻干后的菌株 无需进行冷冻保藏，便于运输
液氮法：最为有效，保藏15年以上， 宿主保藏法：活细胞内寄生的微生物
ppt课件
51
第三节、发酵设备及消毒灭菌
一、发酵设备
ppt课件
ppt课件
43
ppt课件
44
错位PCR
ppt课件
45
基本步骤
(1)用DNase I消化功能 相同的一组基因片段(A)， 从而产生随机小片段(B)。
(2)经提纯后，用无引物(经变 性后可互为引物)的类似PCR反 应重新装配这些小片段成完整 长度的重组基因片段(C)，在 装记过程中被证明有低水平点 突变产生。
ppt课件
27
（二）放线菌
产抗生素最多的一类微生物 另外生产B12,酶，甾体转化 抗生素是次级代谢产物，需要生物体进行复杂的
代谢，目前发现的生物来源如下：
放线菌（链霉素；四 环素；红霉素等）
真菌（青霉素、头孢等）
一些产芽孢的细菌
植物或动物来源
链霉菌
ppt课件
28
（三）真菌
抗生素 维生素 酶制剂 有机酸等 药用真菌（大型真菌）
5
(二)发酵工业
定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无 机或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。
ppt课件
6
(1)传统生物技术
发酵食品 有机酸 氨基酸 核酸类物质 酶制剂 医药工业（抗生素…） 饲料工业（单细胞蛋白 环境工程（废物处理） 其它 （冶金工业…）
ppt课件
发酵工程--ppt课件(2024版)
罐，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没 有物料交换。 ➢ 传统的生物产品发酵多用此过程。
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的 培养基、接种、发酵过程、放罐和洗 罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的 培养基、接种、发酵过程、放罐和洗 罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
发酵工程 ppt课件
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的 发酵产品。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
发酵工程制药
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冷冻保藏种类
一、普通冷冻保藏技术(-20℃) 二、超低温冷冻保藏技术(-60 -80℃) 三、液氮冷冻保藏技术
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普通冷冻保藏技术(-20℃)
将液体培养物或从琼脂斜面培养物收获的细胞分接 到试管，然后贮藏于一冰箱的冷藏室中，或于温度 范围在-5～-20℃的普通冰箱(-20℃)中。或者，将 菌种培养在小的试管或培养瓶斜面上，待生长适度 后，将试管或瓶口用橡胶塞严格封好，同上置于冰 箱中保存。 用此方法可以维持若干微生物的活力1—2年
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如果待保藏菌种生长在斜面上，则可用含10％甘油的 新配制液体培养基洗涤收获。超低温冰箱的冷冻速度 一般控制在1-2℃／min。若干细菌和真菌菌种可通过 此保藏方法保藏5年而活力不受影响。
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三、液氮冷冻保藏技术
(一)冷冻保护剂
在液氮冷冻保藏中，最常用的冷冻保护剂是二甲亚砜 和甘油，最终使用浓度一般为甘油 10％、二甲亚砜5 ％。所使用的甘油—般用高压蒸汽灭菌，而二甲亚砜 最好为过滤灭菌。
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(5)细胞冻结后，将致冷速度降为1℃/min，直到温度达50℃； (6) 将安瓿迅速移入液氮罐中于液相 (-196℃) 或 气相 (156℃)中保存。 如果无控速冷冻机，则一般可将安瓿或液氮瓶置于一 70℃冰箱中冷冻4h，然后迅速移入液氮罐中保存。
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(三)复苏 1．从液氮罐中取出所需的安瓿，立即置于冰浴中； 2．迅速将安瓿置于37-40℃水浴中，并轻轻摇动以加速解； 3．用巴氏吸管将安瓿中贮存培养物移接入含有2m1无菌液 体培养基的试管中，用同一支吸管反复抽吸数次，然后 取0.1-0.2ml (约4、8滴)转接入琼脂斜面上。
13
菌种筛选
发酵罐试验
发酵工程制药(Fermentation Engineering)PPT课件
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下 了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后 能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺， 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生 理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对 稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
pH
酶活
4.25
120分钟
5.45
30分钟
4.62
75分钟
4、生长因子、前体和产物促进剂
凡是缺少合成生长素类物质的微生物(即缺少 了合成生长素过程中的某种酶)，统称为营养缺陷 型。
（2）前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生 物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结 构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大 的提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
常见放线菌：
产生抗生素最多 的一类微生物
连霉菌属
链霉素、金霉素、四环素
诺卡氏菌属 利福霉素
小单孢菌属 庆大霉素
游动放线菌属 创新霉素
3、真菌
伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素， 无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按 有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛， 以寄生或腐生方式存在。
代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、 酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱 直接入药：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝 等
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下 了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后 能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺， 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生 理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对 稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
pH
酶活
4.25
120分钟
5.45
30分钟
4.62
75分钟
4、生长因子、前体和产物促进剂
凡是缺少合成生长素类物质的微生物(即缺少 了合成生长素过程中的某种酶)，统称为营养缺陷 型。
（2）前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生 物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结 构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大 的提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
常见放线菌：
产生抗生素最多 的一类微生物
连霉菌属
链霉素、金霉素、四环素
诺卡氏菌属 利福霉素
小单孢菌属 庆大霉素
游动放线菌属 创新霉素
3、真菌
伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素， 无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按 有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛， 以寄生或腐生方式存在。
代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、 酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱 直接入药：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝 等
最新生物技术制药第七讲--发酵工程技术(1)幻灯片
原生质体融合的一半程序
溶壁 促融 培养
挑选融合重组子
溶壁：细菌用溶菌酶；酵母用蜗牛酶；霉菌用纤维素酶和蜗牛酶
第三节 发酵的基本过程
发酵的基本过程
菌种 种子制备 发酵 发酵液预处理 提取精制
一、菌种
1.要求 产量高、生长快、性能稳定、容易培养
2.储存 为防止菌种衰退，菌种必须以休眠状态保存于砂土管或 冷冻干燥管中，
发酵工程产品开发的关键是筛选新的有用物质的产生菌
从自然界分离得到的野生菌种均不符合工业生产要求，必须通 过人工选育；优良菌种的选育，可为发酵工业提供高产菌株和各种类 型的突变菌株
菌种选育方法
经验育种法：自然选育、诱变育种、杂交育种等 定向育种法：控制杂交育种、原生质体融合、基因工程等
1.自然选育
并置于0-4℃冰箱（库）中
二、种子的制备
种子制备在在摇瓶或小罐内进行，种子要经过两次扩大培养才能进入 发酵罐
三、发酵
注意：通气（一般0.3-1m3/m3）、搅拌（一般搅拌消耗功率12KW/m3）、温度（26-37℃）、罐压（一般0.3-0.5kg/cm3）；发酵 时间因不同品种而异，大多数微生物的发酵周期为2-8d
①微小损伤突变 包括点突变（转换和颠换）和密码组移位
②染色体畸变 包括移位（非同源连接）、倒位（同一染色体某一部位染色体以
颠倒的顺序出现在原来的位置）、缺失和重复（增加了原本存在的基 因（如控制目的物产量的基因）出现的频率） ③染色体组突变
指由有丝分裂或减数分裂异常导致染色体数目或组数的变化；如 由单被体突变成二倍体或多倍体等
考查知识点
指数幂与立方根计算 平行线的基本性质 二次方程的判别式
列举法求概率 求二次函数的解析式和顶点 圆中的计算（不规则阴影）
发酵工程制药(Fermentation Engineering)PPT
发酵工程 （Fermentation Engineering）
1
医学ppt
第一节 概 述
发酵的相关概念 发酵工程的发展简史 发酵类型 微生物发酵生产的药物
2
医学ppt
一、发酵的相关概念
发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵
传统发酵：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。
发酵工程：利用微生物的特定性状，通过现代 工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技 术体系。
4
医学ppt
二、发酵工程的发展简史
19世纪或更早:酿酒、酒变质 20世纪初：一战--丙酮丁醇的发酵
第一个 大规 模工业生产的
发酵过程
1929年—1942：青霉素的发现及生产 20 世纪40 年代：抗生素工业
医学ppt
22
2、放线菌
介于细菌和真菌之间的一类微生物 放线菌的形态 ：
23
医学ppt
放线菌的结构
丝气 生 菌
丝孢 子
孢子
培养基
基内菌丝
医学ppt
24
放线菌的分布 放线菌在自然界分布很广，在土壤、堆肥
和湖底、河底的淤泥等处，尤其在土壤中种 类和数量很多。 放线菌的繁殖
放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性 抱子形式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或 孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的菌丝体。
厌氧发酵 →有氧发酵
20 世纪50 年代：氨基酸发酵工业
20世纪60年代：酶制剂工业
70年代 ：非碳水化合物代替碳水化合物的发酵
5
80 年代以来：重组DNA 技术
医学ppt
三、发酵类型及微生物发酵生产的药物
1. 微生物菌体发酵 2. 微生物的酶 3. 微生物代谢产物发酵 4. 微生物转化发酵 5. 微生物特殊机能的利用
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第一节 概 述
发酵的相关概念 发酵工程的发展简史 发酵类型 微生物发酵生产的药物
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一、发酵的相关概念
发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵
传统发酵：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。
发酵工程：利用微生物的特定性状，通过现代 工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技 术体系。
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二、发酵工程的发展简史
19世纪或更早:酿酒、酒变质 20世纪初：一战--丙酮丁醇的发酵
第一个 大规 模工业生产的
发酵过程
1929年—1942：青霉素的发现及生产 20 世纪40 年代：抗生素工业
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2、放线菌
介于细菌和真菌之间的一类微生物 放线菌的形态 ：
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放线菌的结构
丝气 生 菌
丝孢 子
孢子
培养基
基内菌丝
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放线菌的分布 放线菌在自然界分布很广，在土壤、堆肥
和湖底、河底的淤泥等处，尤其在土壤中种 类和数量很多。 放线菌的繁殖
放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性 抱子形式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或 孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的菌丝体。
厌氧发酵 →有氧发酵
20 世纪50 年代：氨基酸发酵工业
20世纪60年代：酶制剂工业
70年代 ：非碳水化合物代替碳水化合物的发酵
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80 年代以来：重组DNA 技术
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三、发酵类型及微生物发酵生产的药物
1. 微生物菌体发酵 2. 微生物的酶 3. 微生物代谢产物发酵 4. 微生物转化发酵 5. 微生物特殊机能的利用
10微生物发酵制药工艺1幻灯片
成品工段
提炼车间
包装车间
包装
原料药
10.2 微生物的生长特征
1、微生物发酵基本过程特征/菌体生长与产物生成的特
征，三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
菌体生长期
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（分泌）期
发酵后期(fermentation anaphase)
量没有明显增加的一段时间。延迟期是菌体适应环境的过程。
延迟期时间长短不一，与遗传和环境因素有关，由菌体与环
境相互作用的程度决定的。因不同接种量、不同菌种和菌龄
等而表现不同。工业上希望延迟期越短越好，常采用如种子
罐与发酵罐培养基尽量接近，对数期的菌体作为种子、加大
接种量等方法进行放大培养和发酵生产。
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初级代谢与产物形成是完全分开的，如抗生素、生物碱、微生物毒素的
发酵。对于诱导型基因工程菌，往往在静止期，加入诱导物，基因转录
和产物表达，所以产物生成速率和比速率分别为：
比
生
长
或
比
生
长
速
率
p
生
物
量
或
产
量
时间t
时间t
5、代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。
有代谢不稳定性。
(2)次级代谢产物的构建单位
❖
微生物合成的次级代谢产物是由微生物代谢产生的一些中间产物，如由
碳水化合物降解生成的五碳（C5）、四碳（C4）、三碳（C3）、二碳
（C2）化合物和初级代谢产物合成。
提炼车间
包装车间
包装
原料药
10.2 微生物的生长特征
1、微生物发酵基本过程特征/菌体生长与产物生成的特
征，三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
菌体生长期
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（分泌）期
发酵后期(fermentation anaphase)
量没有明显增加的一段时间。延迟期是菌体适应环境的过程。
延迟期时间长短不一，与遗传和环境因素有关，由菌体与环
境相互作用的程度决定的。因不同接种量、不同菌种和菌龄
等而表现不同。工业上希望延迟期越短越好，常采用如种子
罐与发酵罐培养基尽量接近，对数期的菌体作为种子、加大
接种量等方法进行放大培养和发酵生产。
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初级代谢与产物形成是完全分开的，如抗生素、生物碱、微生物毒素的
发酵。对于诱导型基因工程菌，往往在静止期，加入诱导物，基因转录
和产物表达，所以产物生成速率和比速率分别为：
比
生
长
或
比
生
长
速
率
p
生
物
量
或
产
量
时间t
时间t
5、代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。
有代谢不稳定性。
(2)次级代谢产物的构建单位
❖
微生物合成的次级代谢产物是由微生物代谢产生的一些中间产物，如由
碳水化合物降解生成的五碳（C5）、四碳（C4）、三碳（C3）、二碳
（C2）化合物和初级代谢产物合成。
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。
发酵工程学课件
– Pathogens – Spoilage
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发酵的定义
• 传统发酵 • 生化和生理学意义的发酵 • 工业上的发酵
11
传统发酵
• 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。
• Fermentation最初来自拉丁语“发泡” （fervere）
12
13
8
获得发酵产品的条件
• 适宜的微生物 • 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 • 进行微生物发酵的设备 • 精制成产品的方法和设备
9
Use of Microorganisms
• Positive（益处）
– Biomass – Production – Conversion
• Negative（危害）
FERMENTATION Process Control
7
Fermentation engineering
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery
灭菌
杀灭杂菌
扩大培养和接种
23
四部分组成
1. 菌种选育及扩大培养 2. 原料预处理及培养基的制备 3. 发酵设备及反应条件的选择 4. 4.产品的分离与纯化
24
三、 微生物工业产品的类型
1. 微生物菌体的发酵 2. 以获得具有某种用途的菌体为目的
的发酵工业。 3. 2. 微生物酶发酵
目前应用的酶大多来自微生物发酵。
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发酵的定义
• 传统发酵 • 生化和生理学意义的发酵 • 工业上的发酵
11
传统发酵
• 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。
• Fermentation最初来自拉丁语“发泡” （fervere）
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8
获得发酵产品的条件
• 适宜的微生物 • 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 • 进行微生物发酵的设备 • 精制成产品的方法和设备
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Use of Microorganisms
• Positive（益处）
– Biomass – Production – Conversion
• Negative（危害）
FERMENTATION Process Control
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Fermentation engineering
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery
灭菌
杀灭杂菌
扩大培养和接种
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四部分组成
1. 菌种选育及扩大培养 2. 原料预处理及培养基的制备 3. 发酵设备及反应条件的选择 4. 4.产品的分离与纯化
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三、 微生物工业产品的类型
1. 微生物菌体的发酵 2. 以获得具有某种用途的菌体为目的
的发酵工业。 3. 2. 微生物酶发酵
目前应用的酶大多来自微生物发酵。
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发酵工程制药Fermentation-Engineering课
件 (一)
随着科技的不断发展，发酵工程制药越来越成为一种十分重要的生物
技术。
而作为这种技术中的核心环节，Fermentation-Engineering的
课件也逐渐成为人们学习发酵工程制药的必要工具之一。
一、Fermentation-Engineering的概念及特点
Fermentation-Engineering指的是利用微生物及其代谢产物进行生产
及其他方面的工程应用。
这种技术不仅适用于传统的食品工业、医药
工业等，还广泛应用于能源产业、环保治理等各个领域。
其特点主要体现在以下方面：
1.以微生物为研究对象
2.非常注重产品质量及生产效益
3.较强的现代化和自动化程度
4.涉及多学科的交叉
二、Fermentation-Engineering课件的重要性
Fermentation-Engineering课件作为一种教学工具，其重要性不言而喻。
在学习发酵工程制药的过程中，我们必须掌握一定的知识及经验，而Fermentation-Engineering的课件可以很好地帮助我们做到这一点。
其作用主要有以下几点：
1.帮助学员了解发酵工艺原理及应用领域
2.提高学员的掌握能力和应用能力
3.优化学习的效果及效率
4.促进学生自主学习和创新
三、Fermentation-Engineering课件的内容及重点
Fermentation-Engineering的课件内容非常丰富，但其重点主要在以下几个方面：
1.发酵反应器及其设计
2.微生物培养及调控
3.代谢途径及其调控
4.发酵产物分离及纯化
五、Fermentation-Engineering课件的应用
Fermentation-Engineering课件对于学生来说，是一种非常实用的教育资源。
如今，越来越多的高校和研究机构开始采用Fermentation-Engineering课件，以此来提高学生的学习效率和教学既定目标的达成率。
同时，Fermentation-Engineering课件也成为了许多学生开展研究项目的辅助工具。
通过这种工具的运用，他们可以更好地了解发酵工程制药领域的一些重要概念和技术，能够提高自己的研究水平和进展速度。
总的来说，Fermentation-Engineering课件不仅对于学习发酵工程制药有着十分显著的作用，同时它也对相关领域的发展和进步起到了积极的推动作用。