什么是生物工程

生物工程：以生物学的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，定向地改造生物或其功能，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物的一门新兴技术。

发酵工程：将发酵原理和工程学相结合，是研究由生物细胞参与的工艺过程的原理和科学，是研究利用生物材料生产有用产品，服务于人类的一门综合性科学技术。

发酵过程的特点：1.反应安全，要求条件也比较简单。

2.反应的专一性强，代谢产物较为单一。

3.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。

4.微生物菌种是进行发酵的根本因素。

5.投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。

发酵的类型（了解）

根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可以将发酵分成若干类型：

1、按发酵原料来区分：糖类物质发酵、烃类物质发酵及废水发酵等类型。

2、按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵

3、按发酵形式来区分，则有：固态发酵和液体发酵。

4、按发酵工艺流程区分则有：分批发酵、连续发酵和流加发酵。

5、按发酵过程中对氧的不同需求来分，一般可分为：厌氧发酵和通风发酵两大类型。

发酵的流程（了解）

发酵原料的预处理（了解）

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

微生物的特点（小、多、快、强、广）

1、体积小，面积大。

2、吸收多，转化快。

3、生长旺，繁殖快。

4、适应强，易变异。

5、分布广，种类多

巴斯德：（法国）

1、发现并证实发酵是由微生物引起的；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”

2、彻底否定了“自然发生”学说；著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。

3、免疫学——预防接种首次制成狂犬疫苗

4、其他贡献：巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物

柯赫：（德国）1、微生物学基本操作技术方面的贡献

a）细菌纯培养方法的建立：土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）。

b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养。

c）流动蒸汽灭菌。

d）染色观察和显微摄影

2、对病原细菌的研究作出了突出的贡献：

a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌

生物技术也称生物工程，是指人们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，按照预先的设计生物体或加工生物原料，为人类生产出需要产品或达到某种目的。先进的工程技术手段是指基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质和酶工程等新技术。

工业化菌种的要求：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性要强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.生产特性要符合工艺要求

菌株选育

目的：防止菌种退化、解决生产实际问题、提高生产能力、提高产品质量、开发新产品

方法：1、基因突变：自然选育、诱变育种

2、基因重组：杂交、原生质体融合、基因工程

诱变育种：用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变进行的筛选，称为诱变育种

诱变剂：能够提高生物体突变频率的物质称为诱变剂。

物理诱变剂：紫外，快中子；化学诱变剂：硫酸二乙酯，亚硝基胍

诱变步骤

培养基的类型和用途

1、天然培养基：化学成分不清楚或化学成分不恒定的各种植物和动物组织或微生物的浸出物、水解液等物质（例如牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨等）

2、合成培养基：使用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的。使用于实验室范围作有关营养、代谢、分类鉴定、生物测定及选育菌种、遗传分析定量研究工作。

3、半合成培养基：既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基。

4、固体培养基：外观呈固体的培养基。

5、半固体培养基：凝固剂量低于正常量

6、液体培养基：呈液体状态的培养基。

7、（生物）鉴别培养基：培养基中加入能与某一菌的无色代谢物发生显色反应的指示剂，从而用肉眼区别于该菌与其他菌。

8、选择培养基：根据某种微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。

9、孢子培养基：供制备孢子用的培养基。常用的有麸皮、大（小）米，无机盐、蛋白胨等配制的琼脂斜面培养基。

10、种子培养基：供孢子发芽和菌体生长用的培养基。

11、发酵培养基：供菌体生长和合成大量代谢产物用的培养基。

将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，制得的糖液叫淀粉水解糖。

液化：利用淀粉酶将淀粉转化为糊精及低聚糖的过程叫液化。

糖化：利用糖化酶将糊精及低聚糖进一步水解为葡萄糖，这个过程叫糖化。

酸解法：以酸(无机酸或有机酸)为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。

优点：生产方便、设备简单、水解时间短，设备生产能力大

缺点：高温高压、酸性条件、过程复杂、副反应多、损失大

酶解法：利用专一性很强的淀粉酶和糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下完成的，故酶解法又有双酶水解法(double-enzyme)之称。

优点：酶反应条件温和，不需要高温、高压和耐酸的设备；酶的作用专一性强，淀粉水解的副反应少，水解糖液纯；可在较高的淀粉乳浓度下水解；可用粗原料；糖液颜色浅，较纯净、无苦味、质量高。

缺点：酶解时间长、需要专门的设备，酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。

酸酶法：是先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。

优点：酸液化速度快，糖化时可采用较高的淀粉乳浓度。

酶酸法：是将淀粉乳先用淀粉酶液化到一定的程度，然后用酸水解成葡萄糖。

优点：可采用粗原料淀粉，淀粉浓度较酸法高，生产易控制。时间短，淀粉水解副反应少。

糊化是指淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，互相接触变成湖状液体，即使停止搅拌，淀粉也不会再沉淀的现象。

老化实际上是分子间已断裂的氢键、糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶的过程。灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。消灭杂菌和防止杂菌污染

除菌的方法：培养基的加热灭菌、空气的过滤除菌、紫外线或电离辐射、化学药物灭菌

培养基的湿热灭菌

起进行加热灭菌的过程，也称实罐灭菌。过程包括：升温、保温和冷却三阶段。

2、连续灭菌（又称连消）将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌。连续灭菌的流程与设备

（1）配料预热罐，将配制好的料液预热到60 70 °C ，以免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而