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《发酵工程》课程教学大纲（Ferment Engineering）课程编号：1913022课程类别：专业课适用专业：生物技术先修课程：微生物生物学、生物化学、遗传学后续课程：生物工程下游技术总学分：2 其中实验学分：0总学时：32教学目的与要求：生物技术在21世纪会成为带动人类社会经济发展的关键技术之一，这是国内外各界人士得到的共识。
其中，微生物的生物技术由于其发展迅速，给人类带来巨大经济利益，以及对其他生物技术的重要影响，一直处于生物技术的领先地位。
随着微生物技术快速发展，微生物技术已走出了曾给其带来里程碑转折的发酵罐时期，广泛用于发酵罐以外形式的环境保护、细菌冶金、细菌勘探和能源开发等领域，特别是基因工程菌的大量产生和使用，因而用“发酵工程”一词更能准确地概括所有微生物的应用领域。
发酵工程的主体是利用微生物生长代谢活动产生的各种生理活性物质来生产商业产品。
这项工程需要微生物学、生物化学、化学工程学、遗传学和市场营销学等相关学科来共同营建。
面对21世纪市场经济发展的大潮，需要有更多交叉学科知识的人才来参加发酵工程的研究、开发、生产和市场营销。
在本科生的教学中，发酵工程课程起到掌握专业技能的作用，即把微生物学、生物化学、化学工程学、遗传学和市场营销学等相关学科的原理和方法综合运用到生命科学的研究上。
课程以课堂讲授为主，主要阐明发酵工程的基本原理、基本方法；阐明发酵工艺过程控制、发酵产物的提取与精制工程；阐明发酵工程常用设备；阐明发酵工程中的清洁生产与发酵工程废水净化。
通过该课程学习，力求使学生系统地掌握发酵工程的基本知识、基本原理和基本规律，并能运用这些知识和手段解决生产中的理论问题和实际问题，同时，为学好相关专业课程奠定必要的基础。
教学内容与学时安排导言（2学时）一、发酵工程概念与研究范围二、现代发酵工程与生物工程的关系三、发酵工程的产业领域四、发酵工程的未来教学基本要求：了解第一章发酵的基础知识（5学时）第一节发酵方法的类别与发酵流程一、方法的类别厌氧和有氧发酵。
基因工程菌的大规模培养及高密度发酵技术生物工程下游技术实验模块实验一：基因工程菌的大规模培养及高密度发酵技术创建人：时间：2013-04-17 【点击数： 482】实验一：基因工程菌的大规模培养及高密度发酵技术1．实验目的（1）掌握工程菌大规模培养及高密度发酵技术的原理。
（2）学习工程菌高密度发酵的技术方法。
2．实验原理重组大肠杆菌的高密度培养是增加重组蛋白产率的最有效的方法，高密度发酵在增加菌密度的同时提高蛋白的表达量，从而有利于简化下游的纯化操作。
重组大肠杆菌高密度培养受表达系统、培养基、培养方式、发酵条件控制等多种因素的影响，在实际操作中需要对各种因素进行优化，建立最佳的发酵工艺。
发酵工艺优化的研究可通过每次改变一个因素或同时改变几个参数来进行，然后运用统计学分析寻找它们之间的相互作用。
工程菌提高分裂速度的基本条件是必须满足其生长所需的营养物质，因此，培养基成分和浓度的选择就成为首要解决的问题，在成分选择上，要尽量选取容易被工程菌利用的营养物质，例如，普通培养基中一般是以葡萄糖为碳源，而葡萄糖需经过氧化和磷酸化作用，生成1，3-二磷酸甘油醛，才能被微生物利用，即用甘油作为培养基的碳源可缩短工程菌的利用时间，增加分裂增殖的速度。
目前，普遍采用6g/L的甘油作为高密度发酵培养基的碳源。
另外，高密度发酵培养基中各组分的浓度也要比普通培养基高2～3倍，才能满足高密度发酵中工程菌对营养物质的需求。
当然，培养基浓度也不可过高，因为过高会使渗透压增高，反而不利于工程菌的生长。
补料的流加方式直接影响着发酵的效果。
分批补料培养的特点是，在培养过程中不断补充培养基，使菌体在较长时间里保持稳定的生长速率，从而达到高密度生长。
但是在补料流加过程中既不能加入得过快，也不能加入得过慢。
过慢则无法满足逐渐增加的菌体生长需要，同时也使培养过程中产生的抑制性副产物大量积累；而过快则使携带目的蛋白的质粒没有充裕的时间复制，降低目的蛋白的表达量；而且快速的细菌生长还易引发质粒的不稳定性。
生物工程下游技术实验模块实验一：基因工程菌的大规模培养及高密度发酵技术创建人：时间：2013-04-17 【点击数： 482】实验一：基因工程菌的大规模培养及高密度发酵技术1．实验目的（1）掌握工程菌大规模培养及高密度发酵技术的原理。
（2）学习工程菌高密度发酵的技术方法。
2．实验原理重组大肠杆菌的高密度培养是增加重组蛋白产率的最有效的方法，高密度发酵在增加菌密度的同时提高蛋白的表达量，从而有利于简化下游的纯化操作。
重组大肠杆菌高密度培养受表达系统、培养基、培养方式、发酵条件控制等多种因素的影响，在实际操作中需要对各种因素进行优化，建立最佳的发酵工艺。
发酵工艺优化的研究可通过每次改变一个因素或同时改变几个参数来进行，然后运用统计学分析寻找它们之间的相互作用。
工程菌提高分裂速度的基本条件是必须满足其生长所需的营养物质，因此，培养基成分和浓度的选择就成为首要解决的问题，在成分选择上，要尽量选取容易被工程菌利用的营养物质，例如，普通培养基中一般是以葡萄糖为碳源，而葡萄糖需经过氧化和磷酸化作用，生成1，3-二磷酸甘油醛，才能被微生物利用，即用甘油作为培养基的碳源可缩短工程菌的利用时间，增加分裂增殖的速度。
目前，普遍采用6g/L的甘油作为高密度发酵培养基的碳源。
另外，高密度发酵培养基中各组分的浓度也要比普通培养基高2～3倍，才能满足高密度发酵中工程菌对营养物质的需求。
当然，培养基浓度也不可过高，因为过高会使渗透压增高，反而不利于工程菌的生长。
补料的流加方式直接影响着发酵的效果。
分批补料培养的特点是，在培养过程中不断补充培养基，使菌体在较长时间里保持稳定的生长速率，从而达到高密度生长。
但是在补料流加过程中既不能加入得过快，也不能加入得过慢。
过慢则无法满足逐渐增加的菌体生长需要，同时也使培养过程中产生的抑制性副产物大量积累；而过快则使携带目的蛋白的质粒没有充裕的时间复制，降低目的蛋白的表达量；而且快速的细菌生长还易引发质粒的不稳定性。
基因工程菌发酵操作流程1.检查发酵车间是否达到发酵要求(所以设备处于待用状态)。
2.通知蒸汽车间按时送符合要求蒸汽。
3.种子罐基础培养基的领料及定容配制。
4.种子罐的PH、DO电极的校正安装和补料口堵头更换。
5.种子罐进料，调PH。
6.种子罐基础培养基在位灭菌，同时灭移种管道上段。
7.种子罐冷却后可连接酸、碱、消泡剂补料瓶。
8.种子罐培养基温度、PH(需进一步校准)、罐压、消泡达到发酵条件。
通知菌种室准备菌种转接。
9.无菌操作将种子罐所需MgSO4、Amp转入菌种转换罐。
10.种子罐扩增培养发酵阶段需平稳控制罐压、PH、DO、温度、消泡。
11.大罐基础培养基领料及配制。
12.大罐PH、DO电极校正安装及补料口堵头的更换。
13.大罐进料、定容、调PH；碱罐碱液的配制。
14.大罐基础培养基在位灭菌，同时对移种管道、进料管道、补料管道、碱罐及碱管道上段的灭菌。
15.大罐基础培养基温度降至发酵温度后再次校准PH、DO。
连接补料瓶调节至发酵条件。
16.无菌操作将大罐所需MgSO4、Amp转入菌种转换罐并转入种子罐。
17.利用压力差将种子罐里的种子液移接到大罐。
18.补碱时，将管道上阀门打开。
程序设为自动，控制流量。
19.补料罐补料培养基的领料定容配制。
20.补料罐补料培养基在位灭菌，同时对管道上段灭菌。
21.补料时，将管道上阀门打开。
程序设为自动，设置流量。
22.诱导剂领料，在配料罐中加水配制定容。
23.将诱导剂打入种子罐，灭菌后保持罐压。
24.利用压力差将种子罐里的诱导剂移接到大罐。
25.一段时间后，大罐的PH、DO呈上升形态即为发酵结束，可放罐离心。
芽孢杆菌发酵操作流程1.检查发酵车间是否达到发酵要求(所以设备处于待用状态)。
2.通知蒸汽车间按时送符合要求蒸汽。
3.种子罐基础培养基的领料及定容配制。
4.种子罐的PH、DO电极的校正安装和补料口堵头更换。
5.种子罐进料，调PH。
6.种子罐基础培养基在位灭菌，同时灭移种管道上段。
基因工程菌发酵、表达与纯化
一、原理
基因工程菌是利用基因重组技术构建的生物工程菌，带外源基因的重组载体，通过生物工程菌的发酵获得大量的外源基因产物,并尽可能减少宿主细胞本身蛋白的污染，所以需要对影响外源基因表达的因素进行分析,探索出一套适于外源基因高效表达的发酵、表达和纯化工艺。
二、仪器
发酵罐、SDS-PAGE电泳仪
三、试剂
LB培养基（包括Yeast Extract、Polypeptone等）、琼脂、甘油
四、实验步骤
1. 在LB 培养基中加入细菌培养用琼脂(15 g/L ) 铺平皿, 用接种环划线接种甘油管基因工程菌菌种, 30℃培养过夜；
2. 挑取单菌落接种于含5 m l LB (含50ug/mL Amp ) 的试管中, 30℃、120 rpm摇菌培养到OD600 为0.2-0.8；
3. 取1 mL于另一试管中42℃培养3 小时, 离心收集菌体；
4. 以10%的接种量上发酵罐发酵培养；
5. 接种LB培养液诱导表达，采用SDS-PAGE电泳分析其表达量；
6. 据基因工程菌表达产物的不同采用不同的分离纯化方法，如盐析、层析、萃取等。
五、注意事项
在基因工程菌的发酵过程中，培养基的种类、pH值、培养的温度及接种量和发酵时间都会对其发酵效果及表达产物的分离纯化产生不同的影响，所以应多次试验进行全方面的优化。
基因工程大肠杆菌发酵的研究基因工程大肠杆菌发酵是一种高效的生物工程技术，广泛应用于医药、食品、化工等领域。
该技术利用基因工程手段，将外源基因导入大肠杆菌中，使其表达出所需的蛋白质或其他代谢产物。
本文旨在探讨基因工程大肠杆菌发酵的研究现状、实验方法、实验结果及分析，以期为相关领域的研究提供参考。
基因工程大肠杆菌发酵的研究已经取得了长足进展。
国内外研究者通过基因改造、代谢工程、细胞工程等手段，成功地实现了多种外源基因在大肠杆菌中的表达。
这些外源基因产物包括抗体、疫苗、胰岛素、生长因子等具有重要应用价值的蛋白质。
同时，基因工程大肠杆菌发酵在提高产量、优化发酵条件等方面也取得了显著成果。
基因工程大肠杆菌发酵的实验方法主要包括以下步骤：接种：将经过基因改造的大肠杆菌接种至含有适量营养物质的液体培养基中。
培养：在适宜的温度和pH条件下，进行静置培养或搅拌培养，以利于微生物的生长和繁殖。
提取：经过离心、过滤等手段，将大肠杆菌细胞分离出来，并将其中的目标蛋白质或代谢产物提取出来。
实验方法具有操作简单、易于大规模生产等优点。
然而，该方法也存在一定的局限性，如发酵过程中可能出现的杂菌污染、产物稳定性不足等问题，需进一步完善。
通过基因工程大肠杆菌发酵实验，我们成功地实现了目标蛋白质的表达能力提高，并优化了发酵条件，提高了产量。
经过对发酵液的成分进行分析，发现目标蛋白质的表达量占大肠杆菌总蛋白的30%以上，说明表达水平较高。
同时，我们发现经过基因改造的大肠杆菌在发酵过程中的生长速度和细胞密度均得到显著提高。
实验结果表明，基因改造的大肠杆菌在发酵过程中表现出优良的性能。
通过对比实验，我们发现经过基因改造的大肠杆菌比未经过改造的大肠杆菌的目标蛋白质表达量高出数倍。
我们发现基因改造的大肠杆菌在发酵过程中的生长速度和细胞密度也得到显著提高，这为提高目标产物的产量奠定了基础。
然而，实验结果也表明该方法存在一些不足之处。
虽然目标蛋白质的表达量较高，但仍有部分大肠杆菌细胞未表达目标蛋白质，这可能影响到产物的纯度和收率。
《生物工程进展》1997,V o l.17,N o.2基因工程菌的发酵研究李会成 李文辉 郭 军 刘利民(哈尔滨市医药工程技术研究开发中心 150020)摘要 本文对大肠杆菌表达的rhG M-CSF工程菌的发酵条件进行了详细的研究,探讨了发酵条件对工程菌表达外源蛋白量的影响,优化了影响发酵的各种条件,形成了一套工程菌发酵表达外源蛋白的工艺,并从工业化角度对工程菌的高密度高表达间的关系进行了探讨。
关键词 工程菌发酵 外源蛋白 高密度 高表达 利用基因重组技术构建的生物工程菌的发酵工艺不同于传统的发酵工艺,就其选用的生物材料而言,前者含有带外源基因的重组载体;而后者是单一的微生物细胞;从发酵工艺考虑,生物工程菌的发酵生产之目的是希望能获得大量的外源基因产物,尽可能减少宿主细胞本身蛋白的污染,外源基因的高水平表达,不仅涉及宿主,载体和克隆基因三者之间的相互关系,而且与其所处的环境条件息息相关,因此仅按传统的发酵工艺生产生物制品是远远不够的,需要对影响外源基因表达的因素进行分析,探索出一套适于外源基因高效表达的发酵工艺。
一、材料与方法111 材料重组工程菌系本所保存,宿主菌为E.co li DH5a。
Yeast Ex tract,Po lypep tone均为OX I OD 公司产品,其它所需试剂均为国产分析纯试剂。
112 方法11211 摇床条件下培养:30℃,120rpm培养到OD600达012-018时,水浴升温到42℃,继续培养3小时,取1m l离心收集菌体,做SD S2 PA GE分析。
11212 rh G M2CSF表达量测定用常规SD S-PA GE分析,用Phar m acia公司激光扫描仪扫描分析。
SD S2PA GE方法按文献(1)方法做。
11213 发酵采用美国NB S公司的40L发酵罐,按操作说明书操作。
11214 菌体测量采用称重法和浊度法。
11215 9501批发酵不添加任何营养物,9502批,高密度发酵都采用流加工艺,补加有机营养。
