第一章緒論02(發(fā)酵工藝學(xué)夏煥章第三版)

1、第一章第一章 緒論緒論（2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 掌握發(fā)酵和發(fā)酵工程的的基本含義，發(fā)酵的重要技術(shù)2. 熟悉發(fā)酵生產(chǎn)的主要藥物類型3. 了解發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展歷史 3 3 一、 發(fā)酵的概念第二節(jié) 發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展史原始天然發(fā)酵階段發(fā)酵工業(yè)初創(chuàng)階段發(fā)酵工業(yè)全盛階段現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段 4 4 4特點(diǎn)手 工 業(yè) 生 產(chǎn)多數(shù)為厭氧發(fā)酵非 純 種 培 養(yǎng)憑經(jīng)驗(yàn)傳授技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定一、發(fā)展簡(jiǎn)史一、發(fā)展簡(jiǎn)史原始天然發(fā)酵階段 5 5 5一、發(fā)展簡(jiǎn)史一、發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)酵工業(yè)初創(chuàng)階段 19001940年期間，隨著微生物培養(yǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的發(fā)酵產(chǎn)品不斷問世。 新產(chǎn)品主要有酵母、甘油、乳酸、檸檬酸、丁醇和丙酮等。 6

2、6 6一、發(fā)展簡(jiǎn)史一、發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)酵工業(yè)全盛階段抗生素氨基酸生物轉(zhuǎn)化 7 7 7一、發(fā)展簡(jiǎn)史一、發(fā)展簡(jiǎn)史現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段 20世紀(jì)70年代以后，基因工程、細(xì)胞工程等生物工程技術(shù)的開發(fā)，使發(fā)酵工程進(jìn)入了定向育種的新階段，新產(chǎn)品層出不窮。 20世紀(jì)80年代以來，隨著學(xué)科之間的不斷交叉和滲透，微生物學(xué)家開始用數(shù)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化工工程原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行綜合研究，使得對(duì)發(fā)酵過程的控制更為合理。 8 8 8二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立純培養(yǎng)技術(shù) 純培養(yǎng)技術(shù)始于19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，主要特征為人類在顯微鏡的幫助下，把單一的微生物進(jìn)行純培養(yǎng)，在密閉容器中進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)酒精等工業(yè)產(chǎn)品

3、。 微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立是發(fā)酵技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)轉(zhuǎn)折時(shí)期，發(fā)酵工程技術(shù)得到改進(jìn)，發(fā)酵效率得到提高，生產(chǎn)過程中的腐敗現(xiàn)象大大減少，厭氣性發(fā)酵技術(shù)得以發(fā)展。 9 9 9二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立通氣攪拌發(fā)酵技術(shù) 1941年美國和英國合作對(duì)青霉素進(jìn)行生產(chǎn)研究，建立了深層 通氣培養(yǎng)技術(shù)深層培養(yǎng)，解決了深層培養(yǎng)的供氧問題。 成功建立起深層通氣培養(yǎng)法及整套工藝，包括向發(fā)酵罐內(nèi)通 入大量無菌空氣、通過攪拌使空氣分布均勻、培養(yǎng)基的滅菌 和無菌接種、通氧量、pH、培養(yǎng)物供給等均已解決，刺激了 有機(jī)酸、酶制劑、維生素、激素等的大規(guī)模生產(chǎn)。 10 10 10二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立二、重要發(fā)酵技術(shù)的

4、建立代謝調(diào)控發(fā)酵技術(shù)v 1957年以后，以動(dòng)態(tài)生物化學(xué)和遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，將微生物進(jìn)行人工誘變，選育高產(chǎn)菌株，實(shí)現(xiàn)有選擇地大量生產(chǎn)目的產(chǎn)物。v 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代，發(fā)酵罐的大型化、多樣化、連續(xù)化和自動(dòng)年代，發(fā)酵罐的大型化、多樣化、連續(xù)化和自動(dòng)化方面有了極大發(fā)展。發(fā)酵過程的基本參數(shù)包括化方面有了極大發(fā)展。發(fā)酵過程的基本參數(shù)包括T T、pHpH、罐壓、溶罐壓、溶O O2 2、空氣流量、泡沫、空氣流量、泡沫、COCO2 2含量等均可自動(dòng)記錄和含量等均可自動(dòng)記錄和控制?？刂?。 11 11 11二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立發(fā)酵放大技術(shù)v 20世紀(jì)60年代，發(fā)酵罐的大型化、多樣化、連

5、續(xù)化和自動(dòng)化方面有了極大發(fā)展。發(fā)酵過程的基本參數(shù)包括溫度、pH、罐壓、溶O2、空氣流量、泡沫、CO2含量等均可自動(dòng)記錄和控制。 12 12 12二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立二、重要發(fā)酵技術(shù)的建立基因工程等多種技術(shù)引入發(fā)酵 1979年以后，隨著基因重組技術(shù)的出現(xiàn)，促進(jìn)了重組微生物（工程菌）的產(chǎn)生，并打破了傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器的概念。 基因工程技術(shù)，簡(jiǎn)而言之，就是采用酶學(xué)的方法，將不同來源的 DNA 進(jìn)行體外重組，再把重組 DNA設(shè)法轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并進(jìn)行繁殖和遺傳下去。 13 13 菌菌 種種 選選 育育 生產(chǎn)用菌種培養(yǎng)生產(chǎn)用菌種培養(yǎng)種子制備發(fā) 酵發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液預(yù)處理提取和精制提取和精制成品檢定產(chǎn)品包

6、裝 培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基滅菌 原原 料料第三節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)過程和方式 14 14 四、 發(fā)酵工藝過程菌菌 種種斜面培養(yǎng)斜面培養(yǎng)種子制備種子制備發(fā)發(fā) 酵酵自然界分離選育、人為改造的優(yōu)良菌株，以冷藏形式保存。將休眠狀態(tài)的孢子經(jīng)過固體表面進(jìn)行擴(kuò)大繁殖再形成成熟孢子的過程。孢子或菌絲接入種子罐后，在種子罐中繁殖成大量菌絲或菌體的過程。在發(fā)酵罐中生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物。第三節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)過程和方式 15 15 發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液預(yù)處理提取和精制提取和精制成品檢查成品檢查成品包裝成品包裝改變發(fā)酵液的性質(zhì)，以利于固液分離。 從發(fā)酵液中分離、濃縮、精制目標(biāo)產(chǎn)物。按藥典規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)逐項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)分析。依產(chǎn)品的穩(wěn)定

7、性采用不同的包裝材料和包裝形式出廠。第三節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)過程和方式 16 16 一、 發(fā)酵的概念第四節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)的藥物抗生素 微生物產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物具有各種不同的生物活性，如抗生素就是人們熟悉的具有抗感染、抗腫瘤作用的微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物。 青霉素、頭孢菌素、紅霉素、兩性霉素B和阿霉素 17 17 一、 發(fā)酵的概念第四節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)的藥物酶抑制劑- 糖苷酶抑制劑HMG-CoA還原酶抑制劑-內(nèi)酰胺酶抑制劑洛伐他丁、辛伐他丁、普伐他丁阿卡波糖、米格列醇、伏格列波糖克拉維酸 18 18 一、 發(fā)酵的概念第四節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)的藥物免疫抑制劑 免疫抑制劑用于臨床抗器官移植排斥反應(yīng)，取得了驚人的效果，是臨床免疫抑制

8、療法的一場(chǎng)革命。 目前，在臨床應(yīng)用的免疫抑制劑中，來自于微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的微生物藥物起到了極其重要的作用。 已經(jīng)被應(yīng)用于臨床的這些藥物包括：西羅莫司（雷帕霉素）、他克莫司（FK-506）、霉酚酸。 19 19 一、 發(fā)酵的概念第四節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)的藥物維生素 維生素是人體生命活動(dòng)必需的要素，主要以輔酶或輔基的形式參與生物體各種化合反應(yīng)。維生素在醫(yī)療中發(fā)揮了重要作用。 目前維生素C、維生素B2、維生素B12、維生素D、-胡蘿卜素等維生素可完全或部分地利用微生物進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn) 20 20 一、 發(fā)酵的概念第四節(jié) 發(fā)酵生產(chǎn)的藥物氨基酸廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品及調(diào)味劑、動(dòng)物飼料、化妝品的制造。發(fā)酵生產(chǎn)的氨基酸： 谷氨酸、丙氨酸、精氨酸、瓜氨酸、組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸。 21 21 一、 發(fā)酵的概念第五節(jié) 發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展展望1基因工程的發(fā)展為發(fā)酵工程帶來新的活力2深入研究發(fā)酵過程3設(shè)計(jì)適合于合成目的產(chǎn)物的反應(yīng)器4發(fā)酵工程領(lǐng)域新技術(shù)5再生資源的利用給人們帶來了希望 22 22 緒論發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展史重要發(fā)酵技術(shù)原始天然發(fā)酵階段發(fā)酵工業(yè)初創(chuàng)階段發(fā)酵工業(yè)全盛階段現(xiàn)代發(fā)酵