第一章生物工艺学概论

1、欢迎大家光临,欢迎,2005年1月,生物工艺学,Biotechnologh,生物工艺学教学大纲,第一章 绪论 2 第二章 生物工业菌种 1 第三章 厌氧发酵机制 1 第四章 好氧发酵机制 2 第五章 生物反应动力学 4 第六章 生物工艺过程控制 6,第一章 绪论,一、生物工艺学的定义和特点 生物工艺学的概念（又称生物技术，biotechnology） 生物技术这个名词首先是由匈牙利工程师Karl Ereky于1917年提出的，其含义为：用甜菜作为饲料进行大规模养猪,一）生物工艺学,是根据生物学、化学和工程学的原理进行工业规模的经营和开发微生物、动植物细胞及其亚细胞组分，进而利用生物体所具有的功

2、能元件（如基因、蛋白质等）来提供商品或社会服务的一门综合性科学技术,基因工程 细胞工程 发酵工程 酶工程 生化工程(仿生生物工程,产业化重点,计划攻关 的关键技术,生物工程技术 基因操作技术 生物信息技术 现代农业技术,二 生物工艺学的特点,多学科性 反应中需有生物催化剂（biocatalyst） 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、国内外生物技术产业的发展现状 美国、日本、欧洲等主要的发达国家和地区竞相开展生物技术的研究和开发工作，许多国家和机构纷纷建立了独立的政府机构，成立了一系列的生物技术,研究组织，制定了2010年或2020年的中长期计划。成功地开发了诸如

3、促红细胞生成素（EPO）、粒细胞集落刺激因子（G-CSF）等一批基因工程药物，取得了巨大的经济效益。 1978年，美国Genentech公司的科学家们成功地把编码人胰岛素的两条链的基因转到一个载体上，并在大肠杆菌中获得表达,1980年至1983年间，仅在美国就成立了约200家生物技术公司，到1985年，已发展到400多家，现已达1500多家；欧洲也有800多家；日本有300多家。 我国是最早利用生物技术的国家之一。现已成为世界发酵产品市场的重要竞争者。多种发酵产品的产量和出口量剧,增，其中柠檬酸（citricacid）的生产工艺和技术达世界先进水平，产量居世界首位。 未来，我国高技术将着眼于解

4、决事关国家长远发展和国家安全的战略性、前沿性和前瞻性问题，发展自主知识产权高技术，培育产业新的增长点，争取510年时间使生物,技术进入世界先进行列，成为国民经济的支柱产业之一,三、生物反应过程的特点 常温条件下进行，操作条件温和。 一种设备多种用途。原料不含有毒物质。 可在单一设备中进行 容易进行复杂的高分子化合物的生产,细胞（cell)-酶（enzyme,生物催化剂 （biocatalyst,生物反应器,检测 控制 （monitor,无菌 空气 （sterilized air,提取 （extract,产品（product） 副产品（by product） 残渣（residue,bioreac

5、tor,灭菌（sterilizing） 热（heat,经加工的原材料（processed material,原料 底物,培养基 (medium,营养物 （nutrient,能够高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的反应，如氧化、还原、官能团的导入等。 生产产品的生物体本身也是产物。 生产过程中需注意防止杂菌污染,通过改良生物体生产性能，利用原有的生产设备使生产能力大幅度提高,四、微生物产品类型,微生物菌体发酵 微生物酶发酵 微生物代谢产物发酵 微生物的生物转化：特异性强 微生物特殊机能的利用,以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的,特点：细胞的生长与产物的积累呈平行关系,初级代谢产物 次级代

6、谢产物：与菌体生长繁殖无明显关系，在菌体生长的稳定期合成,菌体生长所必需的产物 对数生长期产生的物质,五、生物技术发展简史,传统生物技术的追溯 最原始的啤酒出自居住于两河流域的苏美尔人之手, 距今至少已有9000 多年的历史. 我国古代的原始啤酒也有4000至5000年的历史了。 初期代谢产品的出现 荷兰的Leeuwenhoek制作了世界上,Antony van Leeuwenhock (1632-1723,第一台显微镜，人们认识了微生物。 19世纪60年代，法国科学家巴斯德首先证实酒精发酵是由酵母引起的，由此建立了纯种培养技术。 1897年，德国人毕希纳发现了酶,Louis Pasteur

7、(1822 1895,19世纪末到20世纪2030年代，发酵工业过程陆续出现。 近代生物产品的出现 出现于20世纪40年代的抗生素；50年代的氨基酸工业和60年代酶制剂工业、有机酸工业的发展，使产品多样化,现代生物技术产品的挑战 随着现代生物技术DNA重组技术 和原生质体融合技术的出现与发展现代生物技术产品应运而生。 十九世纪，人们就已经发现了蛋白质。到二十世纪初，组成蛋白质的20种氨基酸被相继发现。Fisher,二十世纪初，美国遗传学家Morgan提出了基因学说。他指出：种质必须由独立的要素组成，我们把这些要素称为遗传因子，或者简单地称为基因,还论证了连接相邻氨基酸的“肽键”的形成。细胞的其

8、他成分，如脂类、糖类和核酸也相继被认识和部分纯化。 1910年，德国科学家Kossel首先,1953年Watson和Crick提出DNA右手双螺旋模型（相关文章发表于Nature杂志），于1962年和Wilkins共享诺贝尔生理医学奖,分离得到了腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸,同年，Sanger首次阐明了胰岛素的一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河，他于1958年获诺贝尔化学奖。 1954年Crick提出遗传信息传递的中心法则,1955年,Sanger (英)确定牛胰岛素的一级结构 1958年，Meselson和Stahl提出了DNA的半保留复制。 1965年,首次人工合成结晶牛胰岛素-中国,1972年10月，保罗伯格（Paul Berg） Boyer等人创建了第一个重 组DNA分子（发表于美国国家科学院院报） 1973年,基因重组技术建立.(美,1985年12月，Mullis发明了PCR技术(发表于Science)。1993年Mullis与第一个设计定点突变的Smith共享了诺贝尔化学奖,1988年沃森（Waston）出任“人类基因组计划”首席科学家，举世瞩目的人类基因组测序工作开始启动,1996年，