第一章 微生物工程概论

微生物工程MicrobeEngineering2007.2.29课程安排绪论生产菌种的来源优良菌种选育菌种保藏原理和方法微生物的代谢调节和代谢工程培养基发酵工艺控制发酵过程的参数检测和自动控制微生物反应动力学下游处理微生物工程下游加工工程微生物工程生产设备微生物工程生产举例抗生素氨基酸柠檬酸污水的生物处理参考书目微生物工程，曹军卫，科学出版社微生物工程工艺原理，姚汝华，华南理工大学出版社当代食品生产技术丛书，化学工业出版社生物制药工艺学，吴梧桐，中国医药科技出版社环境工程微生物学，周群英，高等教育出版社第一章微生物工程概论提纲微生物工程的概念微生物工程的发展简史微生物工程的应用微生物工程的概念利用微生物的生长和代谢活动产生的各种生理活性物质来生产商业产品的工程技术。利用生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物或动植物细胞积累所需产品的一门技术学科。是微生物学、生物化学和化学工程学等多学科相结合的交叉性学科。现代生物技术微生物工程(MicrologyEngineering)基因工程(GeneticEngineering)细胞工程(CellEngineering)酶工程(EnzymeEngineering)生化（蛋白质）工程(ProteinE)微生物工程的基本内容微生物工程基本上可分为发酵和提纯两大部分发酵部分：菌种的特性与选育，培养基的特性，灭菌理论，发酵机理，发酵动力学，连续发酵控制和自动化理论等；提纯部分（后处理）：细胞破碎，过滤，沉淀，色谱，萃取，蒸发，结晶，干燥，包装等。微生物工业生产的一般流程种子扩大培养培养基配制空气除菌培养基灭菌发酵生产下游处理发酵设备发酵机理发酵：厌氧或兼性厌氧微生物在厌氧条件(anaerobiccondition)下的主要产能方式，在这种方式中，有机物既是被氧化的基质又是最终的电子受体(electronacceptor)。葡萄糖丙酮酸乙醛乙醇微生物工程的发展阶段自然发酵时期【酿酒、酿醋、制酱等】“蓝色纪念碑”、裴李岗遗址、龙山文化纯培养技术的建立【发明显微镜（1667）、巴斯德消毒法、纯培养技术】通气搅拌的好气性发酵工程技术的建立【青霉素的发现（1929）和大量生产（1945）】人工诱变育种与代谢控制技术的建立【用发酵法制造谷氨酸（1956）等氨基酸】微生物工程的发展阶段DNA双螺旋结构的发现（1953）基因工程的介入发酵连续化、自动化技术的建立【结合数学、动力学、化学工程原理、计算机技术和自动控制理论】微生物酶反应生物合成和化学合成相结合的工程技术的建立【维生素C生产】【化学合成：适用于低分子有机物生产；发酵：适用于生产复杂物质和有立体特异性的物质，设备简单，通用性好，但周期长，浓度低】微生物工业的定义与特点微生物工业的定义：又称发酵工业，是利用微生物具有的化学活性进行物质转换，从事各种发酵产品生产的工业。微生物工业的特点：原料广泛，产品丰富在常温、常压下完成，设备简单，通用性好微生物发酵工业的范围1.酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒等）2.发酵食品工业（酱、酱油、酸乳等）3.有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮等）4.抗生素发酵工业（青霉素、链霉素等）5.有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等）6.酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）7.氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）微生物发酵工业的范围8.核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸等）9.维生素发酵工业（维生素B12等）10.生理活性物质发酵工业（生物农药等）11.微生物菌体蛋白发酵（单细胞蛋白等）12.微生物环境净化工业（污水处理）13.生物能工业（沼气、纤维素等的利用）14.微生物冶金工业（微生物探矿、冶金等）近代微生物工业的发展趋势简单化合物（酒精）—复杂物质（SCP）自然发酵—诱变与代谢控制—基因工程化学合成—生物合成—生物与化学合成相结合大型化、连续化和自动化的趋势石油、天然气、纤维素等新原料的采用微生物发酵工业的比拟放大问题比拟放大问题：实验室小型试验(Laboratory-scale)中间试验规模(Pilot-scale)大型生产规模(Production)（小试—中试—生产）本章知识结构1.★微生物工程的定义与内容2.微生物工程的发展阶段3.★微生物工业的定义与特点4.微生物工业的范围5.★近代微生物工业的发展趋势6.★微生物工业中的比拟放大问题预习内容—微生物工业菌种的来源生物物质产生菌的筛选过程菌种分离的方法