Chapter [2]生物工艺

第一章绪论生物技术(biolechnology)生物工程(bioengineering)生物工艺学一、生物工艺发展史1．古代传统生物工艺公元前6000年，苏美尔人和巴比伦人开始制作啤酒公元前2000年，中国人已会酿造良酒公元前221年，中国人已懂得制酱、酿醋，制作豆腐公元10世纪，中国就有预防天花的活疫菌2．中世纪后的生物工艺1680年，刘文虎克（Leenvenhoek）制成显微镜，首先观察到了微生物1860年代，巴斯德（pasteur）证实酒楼发酵是由酵母菌引起的，由此建立了纯种培养技术。

1897年，巴克莱（Buchner）发现磨碎的酵母仍能使糖发酵而形成酒精，并称有发酵能力的物质为酶。

19世纪末—20世纪20—30年代，出现发酵工业，产品有：丙酮丁醇、乳酸、酒精、柠檬酸、淀粉酶、蛋白酶等。

19世纪40年代，抗生素的生产发展起来，青霉素从浅层，低效到深层通气，高效的发展，大大提高了单位效价，纯度和产量。

随后链霉素，新霉素相继问世。

1950年代，氨基酸工业出现1960年代，酶制剂工业出现，有机酸工业出现3．现代生物技术主要是以DNA重组技术和原生质体融合技术为代表的新兴技术。

1973年，S.Cohen小组开创了体外重组DNA并成功转化大肠杆菌的先例，随后基因工程问世，按人类的意志将外源基因在体外与截体DNA嵌合，导入宿主细胞，使之形成能复制和表达外源基因的克隆。

1975年，Kohler及Milstein发明了杂交瘤技术，用淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行原生质体融合，获得在体外培养能产生单一抗体的杂交细胞。

1982年，第一个基因工程产品——利用重组体微生物生产的人胰岛素终于问世。

二、生物反应过程生物反应过程——利用生物催化剂从事生物技术产品的生产过程见图生物反应过程的四个组成部分：1．原料的预处理及培养基的制备原材料的粉碎、蒸煮、水解、高压、灭菌等2．生物催化剂的制备发酵过程——选择高产、稳产，培养要求不苛刻的菌种酶反应过程——选择一定量的活力强的酶制剂3．生物反应器及反应条件的选择根据生物类型的不同，代谢规律的不一样，选择不同的生物反应器和反应条件。

生物工艺试验方案1. 引言本试验方案旨在设计一个生物工艺试验，用于检测某种生物制品的生产效率。

通过该试验，我们希望能够掌握生物工艺过程中的关键参数，优化生产流程，并提高产品质量和产量。

2. 试验目标本试验的主要目标是评估和优化生物制品的生产效率。

具体目标包括：- 确定最佳的培养基成分和浓度- 确定最佳的培养温度和pH值- 确定最佳的培养时间和搅拌速度- 评估不同操作条件对产量和质量的影响3. 试验设计本试验将分为以下几个步骤进行：1. 准备工作：准备所需的培养基、试验设备和生物材料。

2. 变量设置：根据试验目标，设置不同的操作条件作为自变量，包括培养基成分和浓度、培养温度和pH值、培养时间和搅拌速度。

3. 试验操作：按照设定的操作条件进行培养，记录相关数据和观察结果。

4. 数据分析：根据试验结果，分析不同操作条件对产量和质量的影响。

5. 结果优化：根据数据分析结果，优化操作条件，提高生产效率。

4. 预期结果通过本试验，我们预期得到以下结果：1. 确定最佳的培养基成分和浓度，以提供适宜的营养条件。

2. 确定最佳的培养温度和pH值，以提供适宜的生长环境。

3. 确定最佳的培养时间和搅拌速度，以促进生物制品的生长和产量。

4. 评估不同操作条件对产量和质量的影响，为进一步的优化提供依据。

5. 计划和时间安排本试验计划于以下时间内完成：- 准备工作：2天- 试验操作：5天- 数据分析：2天- 结果优化：2天6. 风险评估与控制措施在进行生物工艺试验时，存在一定的风险，包括实验设备故障、生物材料受污染等。

为了降低风险，并确保试验的顺利进行，我们将采取以下控制措施：- 定期检查和维护实验设备，确保其正常运行。

- 严格按照无菌操作规范进行实验，确保生物材料不受污染。

- 做好试验记录，及时发现和解决问题。

7. 参考文献[请添加参考文献]以上为生物工艺试验方案的初稿，如有需要，可进一步完善和修改。

1共同研制成功的，1888菌。

2、提高杂核二倍体形成频率常用的方法有：3、将初级中间体转化为次级终产物有三个过程：生物氧化和还原、生物甲基化和生物卤化。

4、青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于30 μg/m L，发酵罐必须进行表面解决。

5、酶解法是用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。

6、工业发酵中往往要接入处在对数生长期(特别是中期)的菌体，以尽量缩短适应期。

为了获得代谢产物，菌体尚未达成衰退期即进行放罐解决解决。

P1767、种子罐的级数重要决定于菌株性质、菌丝生长速度、发酵设备的合理应用。

8、饵诱技术常用于水中真菌的富集。

9、亚硝基胍（NTG）和甲基磺酸乙酯（EMS）常被称为“超诱变剂”，后者是毒性最小的诱变剂之一。

10、在放线菌和细菌中，制备原生质体重要采用溶菌酶；酵母和霉菌一般可用蜗牛酶或纤维素酶等。

11、代谢控制机制分为两种重要类型：酶活的调节(活化或钝化)和酶合成的调节(诱导或阻遏)。

12、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。

13、一般工业发酵培养基的碳氮比为100:(0.2～2.0)。

14、从广义上讲，凡是微生物生长所不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。

15、发酵过程中溶氧异常下降也许是由于污染好气性杂菌大量溶氧被消耗、菌体代谢发生异常需氧规定增长、某些设备或工艺控制发生故障或变化。

16、发酵过程中产生大量泡沫带来的副作用涉及减少了发酵罐的装料系数，增长的机会，也许引起代谢异常和菌体自溶，招致产物的流失。

17、抗生素生产的工艺过程：菌种→孢子制备→种子制备→发酵→发酵液预解决→提取及精制→成品包装。

二、名词解释：原生质体融合：指通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。

生物工艺生物工艺学是应用自然科学及工程学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社会服务的技术。

他是广义的生物技术的分支，现代生物技术的核心是DNA重组技术，主要包括有：细胞工程、染色体工程、酶工程、基因工程和组织培养技术等。

细胞工程是把两种不同类型的细胞融合成一个细胞，创造出新的生物体。

他们形成杂交体，产生防治许多疾病抗体的特种有机体，能提供肿瘤、内脏功能障碍或具有致病微生物的早期信号。

人类不仅致力于动物细胞融合，也有植物间细胞杂交育种，把外源基因引入到农作物细胞中，使农作物具有对除草剂的免疫能力，以及抗严寒、抗病虫害的能力。

染色体工程使用增加或减少细胞里的一部分染色体来控制生物的遗传特性。

一般高等生物的核酸都同蛋白质相结合，以染色体的形式出现在细胞核中。

酶工程是改造生物技术的一种新技术，当制造葡萄酒、啤酒、面包和干酪时，其主要作用的是微生物和酵母细胞。

现在以生物信息识别理论为基础的生物工艺学，研究出为生产更便宜和有更多热量的食品，应用微生物酶的方法，既省时又省力。

组织培养技术称为植物学中的“激光技术”。

利用一小块组织在试管中进行继代培养得到成百上千株植物，这项技术具有繁殖快，无病毒，操作简便，可大规模工厂化生产的特点。

基因工艺使用人工方法，把不同生物的脱氧可苷酸提取出来，在体外切开，经过彼此重新组合，再放回到活细胞里去，使重新组合的遗传物质发挥功能，创造出新的生物类型。

随着生物的不断发展，将来生物工艺学会加深对人类基因组学的研究，逐步掌握人类生、老、病、死的自然规律，也会逐步深入的开展基因诊断和基因治疗研究，通过基因工程手段对生物体的基因组DNA片段及其转录产物进行定性和定量分析，对疾病作出诊断。

更加熟练的掌握重组激素、重组细胞因子、重组溶血栓物质和治疗性抗体这四种药物技术并积极开发更多的生物类药物免除人类的病痛。

生物工艺学资料----05932f8c-7162-11ec-9e55-7cb59b590d7d生物技术：是应用自然科学和工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物进行加工以提供产品或用以为社会服务的技术。

灭菌是指用物理或化学方法杀死所有微生物，包括致病性和非致病性微生物及孢子，以达到无菌保证水平1、菌种的扩大培养：菌种的扩大培养就是把保藏的菌种，即砂土管，冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化，再经过扁瓶或药瓶和种子罐，逐级扩大培养后达到一定的数量和质量的纯种培养过程。

这些纯种的培养物称为种子。

p1442.生长因子：从广义上讲，微生物生长所必需的所有微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶和维生素，都被称为生长因子。

并不是所有微生物都需要。

对于某些不能自行合成这些成分的微生物来说，它只是必需的营养素。

p1063、临界氧浓度：所谓临界氧是指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，如对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。

p1674.诱变育种：诱变育种的理论基础是基因突变，即利用各种理化因素人工诱导基因突变进行筛选。

突变是指由于染色体和基因本身的变化而引起的遗传性状的变异。

第37页5、培养基：广义上讲培养基是人工配制的提供微生物或动、植细胞的生长、繁殖、代谢和合成人们所需产物的营养物质和原料，同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。

p996.前体：前体是指在发酵培养基中添加一些化合物，微生物在生物合成过程中可以直接将其合成成产品分子，但其自身结构变化不大，但由于添加了前体，产品的收率大大提高。

p1077、反复补料培养：随着补料的进行,培养液体积不断增大,达到一定程度时,将部分培养液从反应器中放出,剩下部分继续进行补料分批培养,如此反复进行.当放出的培养液开始时浓度较高,随着带放操作的反复进行逐步减小成为定值.排放的发酵液大于反应器的体积,从而大大提高了反应器的利用率和生产效率.8.呼吸商：比二氧化碳产生率与呼吸强度之比称为呼吸商。

⽣物⼯艺学⽣物⼯艺学复习沙凤第⼀讲概论1、⾄今⽣物技术的发展史上经历了三个浪潮，分别是？医药⽣物技术、农业⽣物技术、⼯业⽣物技术农业⽣物技术是指运⽤基因⼯程、发酵⼯程、细胞⼯程、酶⼯程以及分⼦育种等⽣物技术，改良动植物及微⽣物品种⽣产性状、培育动植物及微⽣物新品种、⽣产⽣物农药、兽药与疫苗的新技术。

2、什么是⼯业⽣物技术？⼯业⽣物技术是利⽤⽣化反应进⾏⼯业品的⽣产加⼯技术，是⼈类模拟⽣物体系实现⾃⾝发展需求的⾼级⾃然过程。

以⽣物催化剂为核⼼内容的⼯业⽣物技术是继医药⽣物技术、农业⽣物技术之后，国际⽣物技术发展的“第三次浪潮”，其地位已经被提到空前的战略⾼度3、什么是⽣物炼制？⽣物炼制是利⽤农业废弃物、植物基淀粉和⽊质纤维素材料为原料，⽣产各种化学品、燃料和⽣物基材料。

⽣物炼制分为3种系列：①⽊质纤维素炼制：⽤⾃然界中⼲的原材料如含纤维素的⽣物质和废弃物作原料；②全⾕物炼制：⽤⾕类或⽟⽶作原料；③绿⾊炼制：⽤⾃然界中湿的⽣物质如青草、苜蓿、三叶草和未成熟⾕类作原料。

⽣物炼制⼤幅扩展可再⽣植物基原材料的应⽤，使其成为环境可持续发展的化学和能源经济转变的⼿段吧。

4、⼯业⽣物技术重⼤产品系列包括哪些？三类：⽣物化学品(透明质酸)、⽣物材料(PHA、PBS)、⽣物能源(⼄醇、甲烷)第⼆讲发酵概论1、发酵的定义原本指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径⽣成乳酸或⼄醇等的分解代谢过程。

现在从⼴义将发酵看作是微⽣物把⼀些原料养分在合适的发酵条件下经特定的代谢转变成所需产物的过程2、有氧发酵与厌氧发酵的区别？介绍的产品中哪些是有氧发酵？哪些是厌氧发酵？有氧发酵与厌氧发酵的区别在于，是否有氧参与发酵过程。

有氧代谢过程中，好氧微⽣物将底物分解产⽣中间代谢产物，在氧⽓的参与下，进⼀步氧化⽣成⽔和CO2，并释放⼤量的能量；厌氧代谢过程中，厌氧微⽣物将底物⼤部分的分解⽤于合成代谢产物，仅产⽣少量的能量。

有氧发酵：柠檬酸深层发酵、青霉素、抗⽣素、PHA氨基酸、有机酸、酶制剂、抗⽣素和单细胞蛋⽩SCP等的⽣产厌氧发酵：丁⼆酸发酵、⾁类⾷品发酵、酸奶⼄醇、啤酒、丙酮、丁醇3、发酵过程中菌体⽣长的阶段？延迟期对数期稳定期衰亡期4、分批发酵、补料分批发酵、连续发酵？a)分批发酵（may take days to months）是⼀种准封闭式系统，种⼦接种到培养基后，除了⽓体流通外发酵液始终留在⽣物反应器内。

生物工艺学实验课程教学大纲开课院系：食品科学与工程学院课程编号：0817********课程英文名称：Biotechnology Experiment课程总学时：2周总学分：2学分含实验或实践学时：2周学分：2学分推荐使用教材：自编讲义编者：管斌，齐祥明出版社：出版时间及版次：课程教学目标与基本要求：本实验是在应用微生物培养的基础知识上加深微生物培养及其扩大化，并熟悉其过程操作的一门课程。

这就需要学生不仅掌握微生物、生物化学、发酵工艺学等方面的理论知识，还要掌握发酵的一些基本实验技能。

通过实践，使学生进一步深化对生物化学、微生物、发酵工艺学的理论知识的掌握，进一步加强学生独立分析问题和解决问题的能力的培养，同时注重培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯，为今后工作打下良好基础。

本实验是以微生物培养为基础建立和发展起来的，其主要目的在于使同学们掌握摇瓶、5-10升小罐发酵的操作技术与方法是，并通过这一过程使学生巩固与掌握微生物培养的基本理论，熟练操作，并学习对发酵过程进行检测、控制、评价，对发酵产品进行评价和分离提纯，为他们以后在生物、食品、医药、仪器、农业等领域就业打下实践基础。

学生经过全面训练后，应达到下列要求：1、进一步巩固和加深对微生物发酵基本操作的理解，能运用所学知识解释实验过程中的各种现象。

具有一定的分析问题、解决问题的综合能力2、了解实验方案设计过程，掌握实验记录及实验报告撰写规范。

3、能正确使用发酵工艺操作中涉及的常用仪器设备。

考试形式：通过实验实际操作和实验记录、报告来对学生所形成的实验能力进行评价，并以百分制计分，最后不进行卷面考试。

授课内容教学目标授课模式学时分配实验一发酵工艺学基础实验操作1、学习并掌握灭菌、接种、培养基配制等发酵工艺常规操作2、了解湿热灭菌原理及其优越性教师指导学生实践2学时实验二双酶糖化淀粉实验1、学习并掌握淀粉水解糖的制备原理及其制备工艺2、了解双酶法制糖的操作工艺过程教师指导学生实践6学时实验三酒精摇瓶发酵实验1、通过实验进一步理解糖的无氧酵解途径2、掌握酵母酒精发酵能力的测定方法教师指导学生实践8学时实验四酒精度、残糖测定实验1、掌握酒精度以及发酵过程分析检测的方法。