生物技术制药第七讲 发酵工程技术
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第七章 发酵工程技术
第一节
概 述
一、发酵工程 的概念
发酵工程又成为微生物工程，是利用微生物制造工业原料与工业产品
并提供服务的技术 微生物发酵工程是一个十分复杂的自催化工程，是生物技术的基础工程， 用于:如基因工程、细胞工程、酶工程都与发酵工程相关
二、发酵工程的发展历程
第一阶段 20C以前时期，利用传统的微生物发酵技术（酿造技术）生产酒、 醋、酱、奶酪等食品 1675年，荷兰人列文虎克发明了显微镜，并首次观察到了微生物体， 为人类对微生物的深入研究提供了可能 19C中叶，法国葡萄酒的酿造工艺出现问题，巴斯德经研究发现时由 于传统“酿造”技术环境中的杂菌（乳酸杆菌）干扰了酿酒的正常生化反 应过程；指出对酿造原料进行灭菌，可解决问题
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
（2）诱变剂及作用方式
①物理诱变剂：如200-300nm紫外线 ②化学诱变剂：P265
3.原生质体融合
是将两个亲株分别通过去除细胞壁，使菌体细胞在高渗环境中释 放出由原生质体包被着的球状体，在高渗条件下混合两个亲株的原生 质体，由 PEG作促融剂使它们相互凝集发生细胞融合，接着两细胞 基因组由接触到交换，从而实现遗传物质重组，在再生细胞中就有可 能挑选出较理想的重组子
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
①概念：即不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程 称为~ ②特点：可纯化菌种、防止菌种衰退、稳定生产水平、提高产物产量； 但效率低、进展慢（若能将此法于诱变育种交替使用，则效果较好）
第二阶段 1900—1940年，准“纯菌培养”阶段，规模增大，产品主 要有酵母、甘油、乳酸、柠檬酸、丁醇、丙酮（第一次世界大战弹 药制造原料）等 第三阶段 第二次世界大战爆发至1953年，本阶段是发酵工业的大发 展时期，青霉素实现工业化生产推动了发酵工业的发展；特点是： 纯菌培养、大规模、产品多为抗生素、氨基酸、核酸、甾体等次级 代谢产物 第四阶段 1953年至今，基因工程等高新技术应用阶段；如DNA双螺 旋结构模型的提出、质粒载体的发现及成功应用、分子杂交、克隆 技术等
提取过程：发酵液预处理 提取 精制
第四节 发酵方式
第六节 发酵产物的提取
吸附法、沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法
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
发酵的基本过程源自文库
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， 并置于0-4℃冰箱（库）中
三、发酵工程的研究内容
菌种的培养和选育、菌的代替与调节、培养基的灭菌、通气搅拌、
溶氧、发酵条件的优化、发酵过程各参数与动力学、发酵反应器的设计
和自动控制、产品的分离纯化与精制等 决定发酵工业生产水平的三要素：生产菌种、发酵工艺和发酵设备
第二节 优良菌种的选育
发酵工程产品开发的关键是筛选新的有用物质的产生菌
2.诱变育种
即用人工方法诱发突变；突变发生部位一般是在遗传物质DNA上，并可 稳定遗传
（1）诱变机制
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
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1-
2KW/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
四、产物提取
第一节
概 述
一、发酵工程 的概念
发酵工程又成为微生物工程，是利用微生物制造工业原料与工业产品
并提供服务的技术 微生物发酵工程是一个十分复杂的自催化工程，是生物技术的基础工程， 用于:如基因工程、细胞工程、酶工程都与发酵工程相关
二、发酵工程的发展历程
第一阶段 20C以前时期，利用传统的微生物发酵技术（酿造技术）生产酒、 醋、酱、奶酪等食品 1675年，荷兰人列文虎克发明了显微镜，并首次观察到了微生物体， 为人类对微生物的深入研究提供了可能 19C中叶，法国葡萄酒的酿造工艺出现问题，巴斯德经研究发现时由 于传统“酿造”技术环境中的杂菌（乳酸杆菌）干扰了酿酒的正常生化反 应过程；指出对酿造原料进行灭菌，可解决问题
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
（2）诱变剂及作用方式
①物理诱变剂：如200-300nm紫外线 ②化学诱变剂：P265
3.原生质体融合
是将两个亲株分别通过去除细胞壁，使菌体细胞在高渗环境中释 放出由原生质体包被着的球状体，在高渗条件下混合两个亲株的原生 质体，由 PEG作促融剂使它们相互凝集发生细胞融合，接着两细胞 基因组由接触到交换，从而实现遗传物质重组，在再生细胞中就有可 能挑选出较理想的重组子
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
①概念：即不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程 称为~ ②特点：可纯化菌种、防止菌种衰退、稳定生产水平、提高产物产量； 但效率低、进展慢（若能将此法于诱变育种交替使用，则效果较好）
第二阶段 1900—1940年，准“纯菌培养”阶段，规模增大，产品主 要有酵母、甘油、乳酸、柠檬酸、丁醇、丙酮（第一次世界大战弹 药制造原料）等 第三阶段 第二次世界大战爆发至1953年，本阶段是发酵工业的大发 展时期，青霉素实现工业化生产推动了发酵工业的发展；特点是： 纯菌培养、大规模、产品多为抗生素、氨基酸、核酸、甾体等次级 代谢产物 第四阶段 1953年至今，基因工程等高新技术应用阶段；如DNA双螺 旋结构模型的提出、质粒载体的发现及成功应用、分子杂交、克隆 技术等
提取过程：发酵液预处理 提取 精制
第四节 发酵方式
第六节 发酵产物的提取
吸附法、沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法
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
发酵的基本过程源自文库
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， 并置于0-4℃冰箱（库）中
三、发酵工程的研究内容
菌种的培养和选育、菌的代替与调节、培养基的灭菌、通气搅拌、
溶氧、发酵条件的优化、发酵过程各参数与动力学、发酵反应器的设计
和自动控制、产品的分离纯化与精制等 决定发酵工业生产水平的三要素：生产菌种、发酵工艺和发酵设备
第二节 优良菌种的选育
发酵工程产品开发的关键是筛选新的有用物质的产生菌
2.诱变育种
即用人工方法诱发突变；突变发生部位一般是在遗传物质DNA上，并可 稳定遗传
（1）诱变机制
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
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1-
2KW/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
四、产物提取