生化工程整理

1、绪论海洋生化工程：以海洋生物学为基础，利用陆地生化工程和工程原理，将海洋生物技术实验室研究成果推向产业化的一门新兴的综合性学科。生化工程（生物分离）的对象: 1、胞外产品: 产物作为细胞的代谢产物被分泌于培养液中2. 胞内产品: 产物被留在细胞内部 a. 以包涵体(inclusion bodies)形式存在 b. 在细胞周质内或细胞的其它部位 3. 天然产物: 不需经过细胞培养或发酵的体系，包括固体物、固体的提取物以及各类溶液 分离分类：机械分离、输送分离、平衡分离微藻及微藻生物技术微藻生物技术:概念：以微藻生物学为基础，利用微藻生物体系和工程原理，提供商品和社会服务的综合性科学。本质：利用太

2、阳能大量生产生物量，用作人类的有机资源。微藻：概念:指在显微镜下才能辨别其形态的微小藻类类群。微藻的特点：具有叶绿素等光合器官；分裂式繁殖，周期短，易大规模培养；可用海水、咸水或半咸水培养；富含蛋白质、脂肪和碳水化合物等；能合成生物活性物质。光生物反应器：概念：指能用于光合微生物及具有光合能力的组织或细胞培养的一类装置，与一般的生物反应器有相似的结构，有光、温度、溶解氧、CO2、pH值和营养物质等培养条件的调节和控制系统。开放式光生物反应器优缺点：优点：构建简单、成本低廉、操作简便缺点：易受外界环境影响，难以保持较适宜的温度和光照会受到灰尘、昆虫及杂菌的污染，不易保持高质量的单藻培养光能及CO

3、2利用率不高，无法实现高密度培养密闭式光生物反应器的优点无污染，能实现单种、纯种培养培养条件容易控制培养密度高，易收获适合于所有微藻的光自养培养，尤其适合于微藻代谢产物的生产有较高的光照面积与培养体积之比，光能和CO2利用率高等微藻的生长动力学研究是实现高密度培养、降低生产成本的理论基础。微藻的生长动力学：1、微藻生长的特点：微藻是生化反应过程的主体2、微藻生长的本质：复杂的酶催化体系3、微藻的生长过程：复杂的反应过程微藻生物量产量的测量1、藻体细胞计数：血球计数板计数2、吸光度值：最适波长；藻细胞密度与吸光度值的关系曲线3、生物量干重的测量： 方法：取10ml培养液在4500r/min的转速

4、下离心15min后弃上清液，以pH=4的酸化水洗2遍后用PallA/B膜过滤，于105 烘至恒重后以精密分析天平称量。微藻大规模培养的三个关键因素：高效率地捕获和利用光能；高效率地吸收和利用营养；优化微藻的培养工艺条件微藻的最适培养密度在特定的培养环境下能使微藻细胞能以最大或最高的速率生产微藻细胞生物量或某种所期望的微藻产物时的培养密度。光反应光反应包括光能的吸收、传递和转换等过程。其最终电子供体是（H2O ），最终受体是（NADP+ ）。反应结果产生了固定和还原CO2所需的（ 能量ATP ）和（还原力NADPH2), 即光合同化力，同时产生（O2）。暗反应 暗反应实质上是一个酶化学反应过程，

5、这一过程主要受CO2浓度、温度和其他有关培养条件的影响和调控，是固定（CO2）的具体过程，其基本转化途径就是（ 磷酸戊糖还原途径或称卡尔文途径）。在一次循环中，必须动用光反应中合成的（ 12）分子NADPH和（18）分子ATP.Ic：光补偿点，指光合作用形成的物质与呼吸作用消耗的物质相互抵偿时的光强度，与微藻的种类、生态型有关；Ik：光饱和点，表示光合作用达到最大速度时的光强度，也是光反应最大速度和暗反应最大速度的比值。光抑制当光强达到饱和状态时，此时如果不设法改善暗反应的条件，而是仍然继续增加辐照，则会因为过强的光照导致光合色素的氧化和细胞中的某些酶受到氧化伤害而使光合速率开始下降。光衰减现

6、象定义：当光辐射通过培养液时，随着光子的被吸收、反射和散射等而造成的光子通量密度（Photon flux density, PFD）减少的现象。控制外来生物污染方法1、大量接种，利用数量优势使培养的微藻细胞快速达到最适培养密度从而有效地抑制外来生物的生长繁殖；2、控制培养温度或某些特殊培养成分的含量，调节pH值或者利用高浓度的盐分抵御外来生物的入侵；3、利用某些既不影响微藻细胞的生长又对外来生物具有杀灭作用的化学试剂。微藻毒素引发赤潮的微藻有300多种；甲藻 硅藻 针胞藻 蓝藻 定鞭藻等海洋生物活性物质海洋生物活性物质（Marine Bioactive Substances）指海洋生物体内所含

7、有的对生命现象具有影响的微量或少量物质，主要包括海洋药用物质、生物信息物质、海洋生物毒素和生物功能材料等海洋生物体内的天然产物。海洋生物活性物质的特点种类繁多、结构特异；活性高；资源有限，含量通常都很低；获得难 五碳糖六碳糖DL型五碳糖吡喃型糖，C4位（从不对称炭逆时针数）的羟基在上为L型，在下为D型，五碳糖呋喃型糖，C4位（从不对称炭逆时针数）的羟基在上为D型，在下为L型，六碳吡喃型，C4位（从不对称炭逆时针数）的羟基在上为D型，在下为L型，型五碳糖6元吡喃型糖，乳醇基和C4位羟基同面为型，异面为型五碳糖5元呋喃型糖，乳醇基和C4位R基同面为型，异面为型六碳糖6元吡喃型糖，乳醇基和C5位R基

8、同面为型，异面为型微藻活性物质不饱和脂肪酸（PUFA）：二十碳五烯酸（EPA）二十二碳六烯酸（DHA）花生四烯酸（AA）藻胆蛋白：藻红蛋白（PE）藻蓝蛋白(PC)藻红蓝蛋白(PC)别藻蓝蛋白(PEC)微藻色素：叶绿素（占干重）叶黄素 胡萝卜素 藻胆素（藻蓝素和藻红素）其他色素（血球藻含有虾青素）清除氧自由基抗氧化作用的物质虾青素、-胡萝卜素 ，维生素E，藻胆蛋白藻胆蛋白结构测定方法直接测定测定相应基因的核甘酸序列再反推其氨基酸序列藻蓝蛋白含量分析方法：紫外可见分光、滴定原理：基于螺旋藻中藻胆蛋白吸收光谱不同。藻胆蛋白的应用研究范畴用作天然色素；作为药物；作为荧光探针提取方法：反复冻熔、超声波、

9、溶菌酶等来破碎细胞；离心、过滤（粗提液）；盐析、透析、离心、层析等（纯化液）。通常采用的层析法是羟基磷灰石柱层析，所用的洗脱液为梯度浓度的磷酸盐缓冲液。抗氧化剂：胡萝卜素，虾青素，海藻硫酸多糖，褐藻多糖海洋生物毒素：1、内源性 2、外源性河豚毒素：胍胺类 西加毒素：醚类 海葵：肽类 箭毒蛙：甾体生物碱五大类生物毒素：麻痹性贝毒PSP 腹泻性DSP 神经性NSP 记忆性缺失ASP 西加毒素CFP特点：化学结构新颖，作用机制特殊，高生物活性DHA二十二碳六烯酸：1、降压、降脂、降胆固醇等，预防和治疗心血管疾病2、预防和治疗癌症、炎症、糖尿病等，提高人体的免疫调节机能；3、促进脑细胞的生长发育，改善

10、脑的机能。不饱和脂肪酸PUFA：传统上：鱼油；真正的生产者：微藻鱼油中提取的PUFA存在的问题：1、构成和含量随着鱼的种类、季节、地理位置变化；2、胆固醇含量高，并带有腥味；3、加工过程中的氢化处理降低了产量；4、复杂的处理过程，价格昂贵。利用微藻生产PUFA的优点：1、含量高；2、无腥味，不含胆固醇；3、种类单一，分离纯化容易；4、繁殖周期短，容易进行大规模培养；5、可进行基因改造，合成单一的PUFA第四章 海洋生物活性物质制备技术海洋生化制备概念从海洋生物材料中对各种化合物进行分离、提取、纯化，获得目的产物（主要是海洋生物活性物质）的方法与技术。海洋生化制备技术的特点成分组成非常复杂；含量

11、微；稳定性差；制约因素多；分离程序复杂；均一性或纯度的检验比较复杂海洋生化制备的一般过程发酵液或培养液或海洋生物材料（胞内产物细胞破碎）（胞外产物）固液分离浓缩初步纯化纯化精制产品预处理方法粉碎或匀浆；凝集与絮凝；加热；调节pH值；稀释；加入助滤剂对干燥固体行原料先粉碎，新鲜海洋生物原料则需匀浆处理，对植物类物料细胞破碎细胞破碎细胞破碎的阻力主要来自于细胞壁和细胞膜，细胞壁和细胞膜的结构决定了其破碎方法的选取；方法：:按照是否施加外力可分为机械法和非机械法两大类。细胞破碎的目的是释放出细胞内含物机械法：1、固体剪切作用：珠磨法、压榨2、液体剪切作用：高压匀浆、超声破碎非机械法1、干燥处理2、溶

12、胞作用：化学法、物理法、酶溶法离心机的种类低速离心机：细胞和细胞核；高速离心机：细胞器；超高速离心机：蛋白质离心分离法差速离心 (最常用于生化工业)：污染（小分子粘附在大分子上），分离精度有限（相似性质的分子难以分开），振动和对流的影响；密度梯度离心(常用于生化研究, 如蛋白质、核酸分离)；工业：管式-可以冷却 碟式-可以连续操作过滤利用薄片形多孔介质（如滤布）截留固体悬浮液中的固体颗粒；分为死端过滤和错流过滤膜的过滤操作有死端过滤（用于无菌过滤，污染严重，用于金贵药品提纯，一次性）和错流过滤（1、污染轻2、便于连续操作3、有效改善液体分离过程4、提高过滤速度）不同类型过滤装置的特点：管式：优

13、点 易清洗，无死角 缺点 保留体积大，单位体积过滤面积小中空纤维式：优点 保留体积小，单位体积过滤面积大 缺点 需要预处理，单根纤维损坏时，需调换整个膜件螺旋卷绕式：优点 过滤面积大，换新膜容易 缺点 需要预处理，易污染，清洗困难平板式：优点 保留体积小，能耗在管式和螺旋之间 缺点 死体积较大膜分离利用半透膜作为选择性隔离层，有选择性地允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离纯化的目的。膜分离的特点及主要问题不涉及相变，对能量要求较低；无化学变化，分离条件较温和；具有设备简单、操作方便、易于自动化、处理效率高等优点。问题：1、膜易受污染 2、耐受性有限 3、效果有限膜材料的基本要求膜材料为惰性，不吸附溶质（蛋白质、细胞、细胞碎片等），膜不易污染，膜孔不易堵塞； 起分离作用的有效膜厚度小，超滤和微滤膜的开孔率高，过滤阻力小