发酵工艺学 第一章:总论 第一节:生物技术总论 2学时 生物技术定义 (一)定义 生物技术( Biotechnology)也称生物工艺学,有时也叫生物工程( Bioengineering,这可 能强调这一领域源发于生命科学与工程技术的结合有关。 对于生物技术的含义和内容,各种说法不尽相同。从不同的学科和行业支理解生物技 术时,总难免带有不同的侧重点。“仁者见仁,智者见智” 定义1:应用自然科学及工程学的原理,依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供 产品或为社会服务 定义2:利用生物有机体(微生物直至高等动植物)或其组成部分(包括器官、组织、 细胞或细胞器)发展新产品或新工艺的一种技术体系。 定义3:运用现代生物科学、工程学和其他基础学科的知识,按照预先的设计,对生物 进行控制和改造或模拟生物机能,用来发展商业性加工、产品生产和社会服务的新兴技术领 归纳成三点 1):生物技术是一门多学科、综合性的科学技术(见分枝图) 2):反应中有生物催化剂参加 3)最后目的是建立工业生产过程或进行社会服务,这一过程可称为生物反应过程。 (二)生物催化剂(P5) 游离细胞、酶 ▲细胞(微生物、动物、植物){ 固定化 ▲酶{游离细胞、酶 固定化 二、生物技术的种类 生物技术的源流可以追溯到公元前的酿酒技术,这种原始的生物技术一直持续了四千
1 发酵工艺学 第一章：总论 第一节：生物技术总论 2 学时 一、 生物技术定义 （一） 定义 生物技术（Biotechnology）也称生物工艺学，有时也叫生物工程(Bioengineering),这可 能强调这一领域源发于生命科学与工程技术的结合有关。 对于生物技术的含义和内容，各种说法不尽相同。从不同的学科和行业支理解生物技 术时，总难免带有不同的侧重点。“仁者见仁，智者见智” 定义 1：应用自然科学及工程学的原理，依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供 产品或为社会服务。 定义 2：利用生物有机体（微生物直至高等动植物）或其组成部分（包括器官、组织、 细胞或细胞器）发展新产品或新工艺的一种技术体系。 定义 3：运用现代生物科学、工程学和其他基础学科的知识，按照预先的设计，对生物 进行控制和改造或模拟生物机能，用来发展商业性加工、产品生产和社会服务的新兴技术领 域。 归纳成三点： 1）：生物技术是一门多学科、综合性的科学技术（见分枝图） 2）：反应中有生物催化剂参加 3）最后目的是建立工业生产过程或进行社会服务，这一过程可称为生物反应过程。 （二） 生物催化剂（P5） ▲细胞（微生物、动物、植物）{ ▲酶{ 二、 生物技术的种类 生物技术的源流可以追溯到公元前的酿酒技术，这种原始的生物技术一直持续了四千 游离细胞、酶 固定化 游离细胞、酶 固定化
多年,但它之所以能以今天的面貌跻身于现代高科技行列,则完全归功于近二三十年来生命 科学的飞速发展与辉煌成就,其中特别与微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学和分子 生物学等领域在理论与方法以上的突飞猛进有关。 分子生物学的某些突破使人们能够分离基因,并在体外进行重组,创造新物种、新品 生物技术正在或即将使人们的梦想和希望变为现实。生物技术的新方法为解决生物学 和医学中的一些重大问题提供强有力的手段。当前,生物技术已在医药和化工等领域中崭露 头角。一些生物工程药物,例如人生长激素、胰岛素、干扰素和各类细胞生长因子和调节因 子等,已陆续投放市场,其意义远比抗生素的发现和应用更为深远。 生物技术的应用领域相当广泛,它将推动一系列新产业群的发展,且这些产业所需投 资较少,产值却非常高 它的最大用武之处是在农业领域,使用细胞融合和基因重组等技术,可以组建出不受 气候条件限制和抗病虫害的优质高产作物品种,从而极大提高农作物的劳动生产率。农业终 究有一天要成为“粮食工业”,从地球上消灭“饥饿“现象的日子也许会来到。 生物技术在不断发展之中,它的内容也在不断丰富和补充,现阶段的生物技术大致可 分为 1)基因工程(DNA重组技术):核酸的分离提取、体外剪切、拚接重组以及扩增与表达技 术。蛋白质工程补称为第二代基因工程,它利用蛋白质空间结构和活性之间的最新知识 借助计算机辅助设计和基因定位诱变与改造技术,以构建新的蛋白质 2)细胞工程(细胞融合和大量培养技术):包括细胞(有时也包括器官或组织)的离体培 养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器(线粒体、叶绿体等) 的移植与改建等操作 例1:采用显微镜操作技术,将供体细胞核移植到去核的卵细胞或受精卵中,可获得核 质杂交的重构卵,并发育成个体,该项技术使高等动物无性繁殖也成为可能,这将使濒临灭 绝的珍稀动物繁衍 例2:细胞大规模培养技术使动植物体内一些经济价值很高的微量成为能够用工业化方 式大量生产 1μg生长因子=1.5$ lg半导体元件=10$
2 多年，但它之所以能以今天的面貌跻身于现代高科技行列，则完全归功于近二三十年来生命 科学的飞速发展与辉煌成就，其中特别与微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学和分子 生物学等领域在理论与方法以上的突飞猛进有关。 分子生物学的某些突破使人们能够分离基因，并在体外进行重组，创造新物种、新品 系。 生物技术正在或即将使人们的梦想和希望变为现实。生物技术的新方法为解决生物学 和医学中的一些重大问题提供强有力的手段。当前，生物技术已在医药和化工等领域中崭露 头角。一些生物工程药物，例如人生长激素、胰岛素、干扰素和各类细胞生长因子和调节因 子等，已陆续投放市场，其意义远比抗生素的发现和应用更为深远。 生物技术的应用领域相当广泛，它将推动一系列新产业群的发展，且这些产业所需投 资较少，产值却非常高。 它的最大用武之处是在农业领域，使用细胞融合和基因重组等技术，可以组建出不受 气候条件限制和抗病虫害的优质高产作物品种，从而极大提高农作物的劳动生产率。农业终 究有一天要成为“粮食工业”，从地球上消灭“饥饿“现象的日子也许会来到。 生物技术在不断发展之中，它的内容也在不断丰富和补充，现阶段的生物技术大致可 分为： 1） 基因工程（DNA 重组技术）：核酸的分离提取、体外剪切、拚接重组以及扩增与表达技 术。蛋白质工程补称为第二代基因工程，它利用蛋白质空间结构和活性之间的最新知识， 借助计算机辅助设计和基因定位诱变与改造技术，以构建新的蛋白质 2） 细胞工程（细胞融合和大量培养技术）：包括细胞（有时也包括器官或组织）的离体培 养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器（线粒体、叶绿体等） 的移植与改建等操作。 例 1：采用显微镜操作技术，将供体细胞核移植到去核的卵细胞或受精卵中，可获得核 质杂交的重构卵，并发育成个体，该项技术使高等动物无性繁殖也成为可能，这将使濒临灭 绝的珍稀动物繁衍。 例 2：细胞大规模培养技术使动植物体内一些经济价值很高的微量成为能够用工业化方 式大量生产。 1μg 生长因子=1.5＄ 1g 半导体元件=10＄
3)酶工程(酶的修饰和利用技术):包括酶的修饰,固定化酶和固定化技术 4)发酵工程(微生物发酵技术):给微生物提供最适宜的发酵条件生产特定产品的一种技 术 5)生化工程:包括生物反应器和传感器的设计,生物反应器的程序控制,产品分离精制技 术。运用化学工程式的原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发,使之成为 生物反应过程的一门学科。简单地说:生化工程是为生物技术服务的化学工程 6)胚胎工程(胚胎操作和移植技术) 动物不能像植物细胞那样进行体细胞的无性繁殖,外源基因必须导入到生殖细胞可受精 卵中,才能将遗传性状传递给后代 三、生物技术的发展史 天然发酵阶段(混合发酵) 酿酒制醋 纯培养技术的建立 1928年弗莱明发现青霉素,1965年 通风搅拌发酵技术获诺贝尔医学生理学奖。50年代氨基 酸发酵,60年代酶制剂工业 基因工程阶段 四、生物技术的应用 第二节:发酵工业概论 发酵工程的定义 Fermentation~ fervor翻涌,CO2 发酵:利用特定的微生物,控制适宜的工艺条件,生产人们所需的产品或达到某些特些目的。 游离的整体微生物活细胞 二、发酵工业的特征 1、原料
3 3） 酶工程（酶的修饰和利用技术）：包括酶的修饰，固定化酶和固定化技术。 4） 发酵工程（微生物发酵技术）：给微生物提供最适宜的发酵条件生产特定产品的一种技 术。 5） 生化工程：包括生物反应器和传感器的设计，生物反应器的程序控制，产品分离精制技 术。运用化学工程式的原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成为 生物反应过程的一门学科。简单地说：生化工程是为生物技术服务的化学工程。 6） 胚胎工程（胚胎操作和移植技术） 动物不能像植物细胞那样进行体细胞的无性繁殖，外源基因必须导入到生殖细胞可受精 卵中，才能将遗传性状传递给后代。 三、 生物技术的发展史 天然发酵阶段（混合发酵） 纯培养技术的建立 通风搅拌发酵技术 基因工程阶段 四、 生物技术的应用 第二节：发酵工业概论 一、 发酵工程的定义 Fermentation ～ ferverl 翻涌，CO2 发酵：利用特定的微生物，控制适宜的工艺条件，生产人们所需的产品或达到某些特些目的。 游离的整体微生物活细胞 二、 发酵工业的特征 1、 原料 酿酒制醋 1928 年弗莱明发现青霉素，1965 年 获诺贝尔医学生理学奖。50 年代氨基 酸发酵，60 年代酶制剂工业
2、菌种 3、设备 一般发酵过程 (原料预处理 培养基 发酵一产物收 菌种 种子扩大 第二章:工业微生物及其培养 第一节:微生物菌种 发酵工业对生产菌种的要求 ★要求产率高 1)原料要易得、价廉 2)发酵条件粗放 3)菌种生长和发酵速度较快,发酵周期短。尽量诱变次数少,避免选择缺陷型 发酵周期短的优点:感染杂菌的机会减少 提高设备的利用率 4)菌种纯粹,稳定性好 菌种退化,生产性能下降是生产中常碰到的问题 5)抗杂菌能力强 如抗噬菌体 6)不是病原菌,不产生有害物质和毒素 使用新菌种时更应注意;应用食品领域更需经严格鉴定,早期酱油生产采用黄曲霉,现 已停止 常用的工业微生物(2学时) 要求复习微生物知识,掌握基本形态 )霉菌 黑曲霉( Aspergillus niger:柠檬酸,糖化酶、酸性蛋白酶、低聚果糖、果胶酶、单宁酶
4 2、 菌种 3、 设备 三、 一般发酵过程 （原料预处理） 培养基 菌种 种子扩大 第二章：工业微生物及其培养 第一节：微生物菌种 一、发酵工业对生产菌种的要求 ★要求产率高 1） 原料要易得、价廉 2） 发酵条件粗放 3） 菌种生长和发酵速度较快，发酵周期短。尽量诱变次数少，避免选择缺陷型 发酵周期短的优点：感染杂菌的机会减少 提高设备的利用率 4） 菌种纯粹，稳定性好 菌种退化，生产性能下降是生产中常碰到的问题。 5） 抗杂菌能力强 如抗噬菌体 6） 不是病原菌，不产生有害物质和毒素 使用新菌种时更应注意；应用食品领域更需经严格鉴定，早期酱油生产采用黄曲霉，现 已停止。 二、常用的工业微生物（2 学时） 要求复习微生物知识，掌握基本形态 （一） 霉菌 黑曲霉(Asprgillus niger)：柠檬酸，糖化酶、酸性蛋白酶、低聚果糖、果胶酶、单宁酶 发酵 产物提取
土曲霉:衣康酸 赤霉菌:赤霉素 青霉:青霉素 木霉:纤维素酶 毛霉( Mucor):产生蛋白酶,有分解大豆蛋白的能力。腐乳、酱油 转化甾族化合物。微小毛霉,米黑毛霉:凝乳酶,脂肪酶 根霉( Rhizopus):米酒、黄酒 米根霉( R oryzae)L-乳酸 红曲霉( Monascus:红曲色素,洛伐他汀 (二)细菌(按教材) 1、醋酸菌( Acetobacter) 2、假单胞菌( Pseudo 3、乳酸菌 4、大肠杆菌 5、芽孢杆菌 6、棒杆菌、短杆菌 三)酵母:酒精、各类酒、糖醇 (四)放线菌:抗生素 三、生产中菌种的分离、选育和保藏 第三节:种子扩大培养 、意义 、种子制备工艺 1、实验室(菌种室)※(带斜面、茄子瓶、克氏瓶) 斜面、固体培养或液体培养 △产孢子能力强、孢子发芽快、生长繁殖快的菌种可以采用固体培养基培养孢子,孢子可 以直接作为种子罐的种子,这样操作简便,不易染菌
5 土曲霉：衣康酸 赤霉菌：赤霉素 青霉：青霉素 木霉：纤维素酶 毛霉（Mucor）：产生蛋白酶，有分解大豆蛋白的能力。腐乳、酱油。 转化甾族化合物。微小毛霉，米黑毛霉：凝乳酶，脂肪酶 根霉（Rhizopus）：米酒、黄酒 米根霉（R.oryzae）L-乳酸 红曲霉 (Monascus): 红曲色素, 洛伐他汀 （二） 细菌(按教材) 1、 醋酸菌（Acetobacter） 2、 假单胞菌（Pseudomonas） 3、 乳酸菌 4、 大肠杆菌 5、 芽孢杆菌 6、 棒杆菌、短杆菌 （三） 酵母：酒精、各类酒、糖醇 （四） 放线菌：抗生素 三、 生产中菌种的分离、选育和保藏 第三节：种子扩大培养 一、 意义 二、 种子制备工艺 1、 实验室（菌种室） ※（带斜面、茄子瓶、克氏瓶） 斜面、固体培养或液体培养 △产孢子能力强、孢子发芽快、生长繁殖快的菌种可以采用固体培养基培养孢子，孢子可 以直接作为种子罐的种子，这样操作简便，不易染菌