《發(fā)酵制藥學》課程教學大綱

1、PAGE PAGE 3發(fā)酵制藥學課程實施大綱目 錄1教學理念12課程介紹32.1課程的性質(zhì)2.2課程在學科專業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位、作用2.3課程的歷史與文化傳統(tǒng)2.4課程的前沿及發(fā)展趨勢2.5課程與經(jīng)濟社會發(fā)展的關系2.6學習本課程的必要性3教師簡介64先修課程65課程目標76課程內(nèi)容76.1課程的內(nèi)容概要6.2教學重點、難點6.3學時安排7.課程實施97.1教學單元一7.1.1教學日期7.1.2教學目標7.1.3教學內(nèi)容（含重點、難點）7.1.4教學過程7.1.5教學方法7.1.6作業(yè)安排及課后反思7.1.7課前準備情況及其他相關特殊要求7.1.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）7.2教學單元二7

2、.2.1教學日期7.2.2教學目標7.2.3教學內(nèi)容（含重點、難點）7.2.4教學過程7.2.5教學方法7.2.6作業(yè)安排及課后反思7.2.7課前準備情況及其他相關特殊要求7.2.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）8課程要求1138.1學生自學要求8.2課外閱讀要求8.3課堂討論要求8.4課程實踐要求9課程考核1149.1出勤（遲到、早退等）、作業(yè)、報告等的要求9.2成績的構(gòu)成與評分規(guī)則說明9.3考試形式及說明10學術誠信.11510.1考試違規(guī)與作弊處理10.2杜撰數(shù)據(jù)、信息處理等10.3學術剽竊處理等11課堂規(guī)范11511.1課堂紀律11.2課堂禮儀12課程資源11612.1教材與參考書1

3、2.2專業(yè)學術著作12.3網(wǎng)絡課程資源13教學合約11713.1教師作出師德師風承諾13.2閱讀課程實施大綱，理解其內(nèi)容13.3同意遵守課程實施大綱中闡述的標準和期望14其他說明117PAGE 1391教學理念1.1以學生為本學生始終是教學過程的主體。在課堂教學的過程中，教師需關注學生的全面發(fā)展，將學生的個人職業(yè)發(fā)展作為教學的重中之重。作為生物制藥專業(yè)的本科畢業(yè)生，經(jīng)過4年的大學本科教育后，大多數(shù)將會進入制藥相關的行業(yè)，成為我國醫(yī)藥事業(yè)建設中的一員，因此學生的全面發(fā)展不僅與其自身的職業(yè)發(fā)展密切相關，而且會影響整個醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展。作為大學教師，需要給予學生的不僅僅是專業(yè)知識和技能，培養(yǎng)其綜合分析

4、能力，使其在畢業(yè)后能夠在相關領域有所建樹，成就個人的同時，更好地為社會服務。1.2注重教學效果發(fā)酵制藥學是生物制藥專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，是在學習了微生物學、生物化學、化工原理和分析化學等基礎知識后開設的一門專業(yè)必修課程。由于發(fā)酵工程是整個生物技術的核心，是工業(yè)微生物實現(xiàn)實驗室與工廠化生產(chǎn)的具體操作，是生物技術在生產(chǎn)實踐中應用的原理及方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物制藥技術工業(yè)化的過程與方法。通過對發(fā)酵制藥學的學習，不僅掌握發(fā)酵制藥工程原理及發(fā)酵優(yōu)化控制過程，而且對系統(tǒng)了解生物技術及其工業(yè)化應用都具有深遠的意義。通過本課程的教學，使學生全面掌握發(fā)酵制藥的原理與應用，熟悉現(xiàn)代發(fā)酵制藥的發(fā)展

5、方向，為學生今后從事與發(fā)酵制藥工業(yè)相關的生產(chǎn)、研究和開發(fā)打下良好的理論與技術基礎。在課堂上，教師除了傳授專業(yè)知識外，還有更重要的一環(huán)，那就是要培養(yǎng)學生的綜合學習能力、分析問題能力、解決問題能力等。從長遠來看，大學本科畢業(yè)的學生在專業(yè)道路上明顯要比?？飘厴I(yè)的學生走得更遠，這必然與大學本科教育注重綜合能力的培養(yǎng)密切相關。針對這一問題，作為專業(yè)課的教師，除了在授課過程中向?qū)W生傳授理論知識，對學生的綜合能力產(chǎn)生潛移默化的影響外；還應有針對性地設計一些相應的教學環(huán)節(jié)，例如：增加當今研究熱點或發(fā)酵制藥實踐中具體案例的分析；引導學生針對具體應用中遇到的問題，查閱資料，分析問題產(chǎn)生的原因并提出解決方案；鼓勵學

6、生針對授課過程中感興趣的點進行資料查閱并制作PPT進行匯報，擴充知識面；增加相配套的實驗課程的比重，尤其是其中的綜合設計類型的比重等，使大學教育真正給予學生一種能力，擴充知識面，促進學生綜合能力的培養(yǎng)和提升。1.3教學方法的多樣性采用合理的教學方法對于教學的有效性起著至關重要的作用。在發(fā)酵制藥學課程的講授中，課堂教學仍然以教師的講授為主，應把一些重點知識、難點知識，尤其是與現(xiàn)代研究熱點或?qū)嶋H生產(chǎn)相關的知識點講透。結(jié)合本人科研實際，對于具體的應用可以多列舉一些案例來加深學生的印象；也可采用啟發(fā)式的教學，組織學生查閱相關的資料后進行分組討論，從而提高學生的課堂參與性，激發(fā)學生的學習熱情和興趣，增長

7、學生的見識。另外，除了課程理論教學外，本門課程還需配套實驗教學環(huán)節(jié)，讓學生通過相關的實驗設計和操作，能夠?qū)φn堂講授的內(nèi)容有更直觀、深刻的認識，從而提高學生的實踐動手能力。2課程介紹2.1課程的性質(zhì)“二十一世紀是生命科學世紀”，而發(fā)酵制藥學作為生命科學最前沿的應用學科之一，是生物制藥專業(yè)通向生物高新技術的必修課程之一。具體來講，發(fā)酵工程是整個生物技術的核心，是工業(yè)微生物實現(xiàn)實驗室與工廠化生產(chǎn)的具體操作，是生物技術在生產(chǎn)實踐中應用的原理及方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物制藥技術工業(yè)化的過程與方法。本課程以微生物學、生物化學、化工原理和分析化學為基礎，重點論述發(fā)酵制藥工程的基礎理論和技術，以發(fā)

8、酵工程為主線，緊密聯(lián)系生產(chǎn)實踐。通過本課程的教學，使學生全面掌握發(fā)酵制藥的原理與應用，熟悉現(xiàn)代發(fā)酵制藥的發(fā)展方向，為學生今后從事與發(fā)酵制藥工業(yè)相關的生產(chǎn)、研究和開發(fā)打下良好的理論與技術基礎。它既是現(xiàn)代生物科學、生物制藥、生物技術等相關學科的重要基礎技術，又是處于生命科學前沿的極具潛力的獨立學科，是生物科學、生物制藥、生物技術等相關專業(yè)的專業(yè)必修課。2.2課程在學科專業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位、作用四川輕化工大學開設的生物制藥專業(yè)旨在培養(yǎng)具有扎實的生物技術和藥學基礎理論、基本知識，熟練掌握現(xiàn)代生物制藥生產(chǎn)的原理、技術和方法，了解生物制藥企業(yè)設備、生產(chǎn)、儲存、銷售和管理等環(huán)節(jié)的基本知識和技能，具有良好的開拓精

9、神、創(chuàng)新意識和實踐能力，能夠勝任現(xiàn)代生物制藥企業(yè)及其相關的科研院所崗位基本要求的德、智、體、美全面發(fā)展的應用型高級專業(yè)人才。而發(fā)酵制藥學作為生物技術和制藥領域技術性很強的一門學科，在生物制藥專業(yè)學生的整個發(fā)展中起到了至關重要的作用。一方面，發(fā)酵制藥學與人類健康生活息息相關，作為應用技術性很強學科能夠充分地調(diào)動學生的學習積極性，起到較好的承上啟下作用；另一方面，發(fā)酵制藥學是細胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程課程的下游技術與延申，與其緊密相連，并與其一起構(gòu)成了生物制藥專業(yè)完整的專業(yè)課程體系。2.3課程的歷史與文化傳統(tǒng)微生物發(fā)酵制藥的歷史悠久。免疫學方面，我國宋朝真宗年間（公元998-1022年）就開始利

10、用接種人痘的免疫技術預防天花病。1796年英國醫(yī)生E.Jenner利用接種牛痘苗預防天花并獲得成功。到19世紀末，陸續(xù)發(fā)明了預防或治療各種細菌性傳染病的疫苗和類毒素。1928年，英國細菌學家Fleming B發(fā)現(xiàn)抗菌物質(zhì)青霉素。10年后，通過動物實驗，把青霉素從細菌學家好奇的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)獒t(yī)學上具有活力的物質(zhì)。1941年Florry利用發(fā)酵技術大規(guī)模制備青霉素獲得成功。在20世紀40年代，一共發(fā)現(xiàn)了14種抗生素，50年代發(fā)現(xiàn)了20余種，60年代開始了化學結(jié)構(gòu)改造的合成和半合成抗生素階段。目前發(fā)現(xiàn)并分離到約9000種抗生素，半合成抗生素約1000種。此后，利用微生物生產(chǎn)疫苗的研究獲得了蓬勃的發(fā)展。隨

11、著細胞融合技術和基因工程的問世，為微生物制藥來源菌的獲得提供了一種有效的手段。工程菌和融合子經(jīng)發(fā)酵后能生產(chǎn)原微生物所不能產(chǎn)生的藥物或提高其生產(chǎn)效率。同時近年來發(fā)酵工藝及其控制研究也得到了發(fā)展，利用計算機在線控制以及固定化細胞技術為微生物發(fā)酵制藥工藝帶來了新的發(fā)展空間。2.4課程的前沿及發(fā)展趨勢發(fā)酵制藥學是二十一世紀生物制藥相關領域技術性很強的一門學科。隨著微生物應用技術、分子生物學、基因工程等新技術的不斷出現(xiàn)，對微生物學的研究迅速向縱深發(fā)展，已經(jīng)從細胞水平、酶學水平逐漸進入到基因水平、分子水平和后基因組水平。例如，DNA重組技術的出現(xiàn)即為構(gòu)建具有特殊功能的基因工程菌提供了令人興奮的成果和良好的

12、前景，已實現(xiàn)了利用基因工程微生物大量生產(chǎn)人工胰島素、干擾素和生長素等貴重藥品，并形成了一個嶄新的生物制藥產(chǎn)業(yè)。2.5課程與經(jīng)濟社會發(fā)展的關系發(fā)酵制藥的主要產(chǎn)品是為社會提供大量優(yōu)質(zhì)生物藥物產(chǎn)品，為人類提供臨床診斷、 HYPERLINK /doc/5441445.html t _blank 治療和保健等社會服務。一些困擾人類健康的主要疾病，例如 HYPERLINK /doc/5379105.html t _blank 心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等都與基因有關。依據(jù)已經(jīng)破譯的基因序列和功能，找出這些基因并針對相應的病變區(qū)位進行藥物篩選，發(fā)酵生產(chǎn)基因工程藥物，甚至基于已有的基因知識來設計新藥，就

13、能“有的放矢”地修補或替換這些病變的基因，從而根治頑癥。發(fā)酵制藥將成為21世紀醫(yī)藥中的耀眼明星。目前世界各國可用發(fā)酵法生產(chǎn)的抗生素約400種，其中廣泛應用的大約120種。2017年世界總產(chǎn)量約為28000噸。僅青、四、紅和頭孢四類抗生素的產(chǎn)值就達126億美元，最大的發(fā)酵罐為400立方米。全球范圍內(nèi)使用最為普遍的是VA、VC 和VE，三者每年市場銷售額近20億美元，其中VE超過10億美元，其余為VB族，每個品種都有0.5-1.5億美元的市值。在各種用途中，維生素作為動物飼料的市場正以每年2-3速度增長，在藥用和食品領域都以4-5的速度增長。目前國際上正在研究中的除干擾素以外、還有口蹄疫疫苗，狂犬

14、病疫苗等十余種。今后幾年內(nèi)，隨著重組DNA的工作逐步深入并應用，定會對人類健康引起實質(zhì)性的改善。2.6學習本課程的必要性發(fā)酵制藥是從20世紀40年代初發(fā)展起來的是一門理論性與實踐性較強的學科，經(jīng)過多年來的進步與發(fā)展，其方法與技術已經(jīng)滲透到現(xiàn)代生物制藥的各個分支領域，成為生物制藥的一門核心技術。許多科學家預言生物學將成為21世紀最重要的學科，發(fā)酵制藥工程及相關領域的產(chǎn)業(yè)將成為21世紀的主導產(chǎn)業(yè)之一。發(fā)酵制藥包含許多獨特的實驗方法和技術，不僅內(nèi)容豐富，涉及面廣，實用性也強。因此，發(fā)酵制藥學作為生物制藥專業(yè)的專業(yè)必修課程之一，使學生通過本門課程的學習，能夠熟悉發(fā)酵制藥工程操作原理，掌握發(fā)酵制藥工程實

15、驗方法和技術，并進一步運用這些知識和技能去進行藥物研發(fā)和生產(chǎn)，從而造福人類和推動社會的進步。3教師簡介 3.3研究興趣（方向）生物制藥、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能研究、功能基因的資源挖掘4先修課程微生物學、生物化學、細胞生物學、基因工程等課程是本門課程的基礎。要學習并掌握好本門課程，需要提前復習這些相關知識。5課程目標發(fā)酵制藥學是生物制藥專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，是在學習了微生物學、生物化學、化工原理和分析化學等基礎知識后開設的一門專業(yè)必修課程。由于發(fā)酵工程是整個生物技術的核心，是工業(yè)微生物實現(xiàn)實驗室與工廠化生產(chǎn)的具體操作，是生物技術在生產(chǎn)實踐中應用的原理及方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物制藥技術

16、工業(yè)化的過程與方法。因此，通過對發(fā)酵制藥學的學習，不僅掌握發(fā)酵制藥工程原理及發(fā)酵優(yōu)化控制過程，而且對系統(tǒng)了解生物技術及其工業(yè)化應用都具有深遠的意義。本課程系統(tǒng)的介紹發(fā)酵制藥工程的基礎理論和技術，它以發(fā)酵工程為主線，緊密聯(lián)系生產(chǎn)實踐。通過本課程的教學，使學生全面掌握發(fā)酵制藥的原理與應用，熟悉現(xiàn)代發(fā)酵制藥的發(fā)展方向，為學生今后從事與發(fā)酵制藥工業(yè)相關的生產(chǎn)、研究和開發(fā)打下良好的理論與技術基礎。6課程內(nèi)容6.1課程的內(nèi)容概要掌握發(fā)酵制藥反應過程基本原理，熟悉產(chǎn)物分離和純化的一般過程與常規(guī)方法，了解發(fā)酵制藥工程基本設備，掌握抗生素、氨基酸等幾種典型發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，使學生初步具備選育新菌種、探求新工藝

17、、新設備和從事微生物發(fā)酵制藥生產(chǎn)研究的能力。6.2教學重點、難點教學重點：制藥微生物菌種選育常用方法及過程、發(fā)酵過程中優(yōu)化控制的理論和方法、發(fā)酵工藝的控制過程、青霉素及氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn)等。教學難點：確定發(fā)酵制藥工藝的參數(shù)，優(yōu)化發(fā)酵生產(chǎn)工藝條件。6.3學時安排 周次及日期講課（教學大綱分章和題目的名稱）講課學時第1周(1/10)第1章 緒論（概述、主要內(nèi)容和發(fā)展趨勢）2第1周(1/12)第2章 發(fā)酵制藥微生物菌種（菌種篩選）2第2周(1/17)第2章 發(fā)酵制藥微生物菌種（篩選及保藏）2第2周(1/19)第3章 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化（發(fā)酵培養(yǎng)基設計與優(yōu)化）2第3周(3/7)第3章 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

18、（種子擴大原理與技術）2第3周(3/9)第4章 發(fā)酵動力學（分批發(fā)酵動力學）2第4周(3/14)第4章 發(fā)酵動力學（連續(xù)發(fā)酵動力學）2第4周(3/16)第5章 發(fā)酵制藥的滅菌工藝（培養(yǎng)基滅菌）2第5周(3/21)第5章 發(fā)酵制藥的滅菌工藝（空氣除菌）2第5周(3/23)第6章 發(fā)酵制藥工藝控制2第6周(3/28)第6章 發(fā)酵制藥工藝控制（發(fā)酵過程放大）2第6周(3/30)第7章 發(fā)酵生產(chǎn)的設備及產(chǎn)物分離純化（發(fā)酵生產(chǎn)的設備）2第7周(4/4)第7章 發(fā)酵生產(chǎn)的設備及產(chǎn)物分離純化 （分離純化）2第7周(4/6)第8章 抗生素發(fā)酵生產(chǎn)工藝2第8周(4/11)學生專題報告：胰島素發(fā)酵生產(chǎn)工藝2第8周

19、(4/13)學生專題報告： 酒精發(fā)酵生產(chǎn)工藝27.課程實施7.1教學單元一 第1章 緒論（2學時）7.1.1教學日期第一周 第一講7.1.2教學目標掌握發(fā)酵制藥工程的基本知識；了解微生物發(fā)酵制藥的發(fā)展簡史、發(fā)酵制藥工程的一般工藝過程和工藝發(fā)展趨勢。7.1.3教學內(nèi)容（含重點、難點）重點：發(fā)酵制藥的概念、研究內(nèi)容和任務 難點：發(fā)酵制藥的研究內(nèi)容；發(fā)酵制藥的理論基礎主要知識點：發(fā)酵制藥的概念與基本步驟、發(fā)酵工程制藥的特點、發(fā)酵制藥種類、發(fā)酵制藥中的微生物。7.1.4教學過程生物制藥產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)酵制藥的技術路線簡介發(fā)酵的概念概念：通過微生物培養(yǎng)而獲得產(chǎn)物的過程。種類：用產(chǎn)品說明，冠以產(chǎn)物名而成，如青霉素

20、發(fā)酵，維生素發(fā)酵；發(fā)酵工程按需氧分為好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵。 初級代謝產(chǎn)物：在初級代謝過程中形成的產(chǎn)物，包括各種小分子前體、單體和多糖、蛋白質(zhì)、脂肪、核酸等。生長所必須的。幾乎所有生物初級代謝基本相同。氨基酸，核苷酸，有機酸。次級代謝產(chǎn)物：比較復雜的化合物，不是細胞生長必需的，對生命活動有意義?？股?，毒素，色素。發(fā)酵工程發(fā)展可以根據(jù)發(fā)酵工業(yè)的技術進步劃分為六階段發(fā)酵本質(zhì)的認識純培養(yǎng)技術的建立通氣攪拌純培養(yǎng)發(fā)酵技術的建立誘變技術與代謝調(diào)控發(fā)酵技術的建立石油作為原料的發(fā)酵技術體系的建立基因工程菌的應用發(fā)酵制藥概念利用制藥微生物的生長繁殖，通過發(fā)酵，代謝合成藥物，然后從中分離提取、精制純化，獲得藥品的

21、過程?？股氐陌l(fā)現(xiàn) 1928年，英國細菌學家Fleming B發(fā)現(xiàn)抗菌物質(zhì)青霉素。在20世紀40年代，一共發(fā)現(xiàn)了14種抗生素，50年代發(fā)現(xiàn)了20余種，60年代開始了化學結(jié)構(gòu)改造的合成和半合成抗生素階段。目前發(fā)現(xiàn)并分離到約9000種抗生素，半合成抗生素約1000種，共萬種以上。但實際生產(chǎn)和應用的只有100余種。微生物發(fā)酵制藥的發(fā)展簡史微生物發(fā)酵制藥的歷史悠久。免疫學方面，我國宋朝真宗年間（公元998-1022年）就開始利用接種人痘的免疫技術預防天花病。1796年英國醫(yī)生E.Jenner利用接種牛痘苗預防天花并獲得成功。到19世紀末，陸續(xù)發(fā)明了預防或治療各種細菌性傳染病的疫苗和類毒素。此后，利用微

22、生物生產(chǎn)疫苗的研究獲得了蓬勃的發(fā)展。 第二次世界大戰(zhàn)初期，隨著人們對抗生素，尤其是對青霉素重要事件的認識，才大大推動了微生物發(fā)酵制藥的發(fā)展。1929年Fleming在研究金黃色葡萄糖球菌時偶然發(fā)現(xiàn)了青霉素，但是當時人們認為動物實驗的結(jié)果不能指導人的醫(yī)學實踐。10年后，通過動物實驗，把青霉素從細菌學家好奇的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)獒t(yī)學上具有活力的物質(zhì)。1941年Florry利用發(fā)酵技術制備大規(guī)模青霉素獲得成功。 隨著細胞融合技術和基因工程的問世，為微生物制藥來源菌的獲得提供了一種有效的手段。工程菌和融合子經(jīng)發(fā)酵后生產(chǎn)原料微生物所不能產(chǎn)生的藥物或提高生產(chǎn)效率。同時近年來發(fā)酵工藝及其控制研究也得到了發(fā)展，利用計算

23、機在線控制以及固定化細胞技術為微生物發(fā)酵制藥工藝帶來了新的發(fā)展空間。 發(fā)酵制藥種類微生物菌體發(fā)酵微生物菌體發(fā)酵是以獲得微生物菌體為目的，如：面包的酵母發(fā)酵、單細胞蛋白發(fā)酵（利用各種碳源）、真菌類（各種蘑菇、冬蟲夏草）、生物防治劑（蘇云金桿菌，伴孢晶體可以毒殺鱗翅目、雙翅目害蟲）。微生物酶發(fā)酵微生物酶發(fā)酵是以獲得酶為目的的發(fā)酵，如青霉素?；福糜诎牒铣汕嗝顾貢r，制備中間體6氨基青霉烷酸。微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵初級代謝產(chǎn)物：氨基酸，核苷酸，維生素，有機酸。次級代謝產(chǎn)物：最主要的是抗生素。微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵利用微生物的一種或多種酶把一種化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)相關的更有價值的產(chǎn)物的生化反應為轉(zhuǎn)化發(fā)酵。 發(fā)酵制藥的

24、基本過程發(fā)酵工程制藥的特點微生物菌種選育獲得高產(chǎn)發(fā)酵的理論產(chǎn)量存在約10%的變量發(fā)酵過程常溫常壓，操作條件溫和純種培養(yǎng)、無菌條件生產(chǎn)過程是以生物體的自動調(diào)節(jié)方式進行的分子水平生產(chǎn)，定向發(fā)酵、突變、雜交等手段投資少、見效快發(fā)展趨勢利用DNA重組技術和細胞工程技術的發(fā)展、新的工程菌和新型微生物的開發(fā)新型的生理活性多肽和蛋白質(zhì)類藥物：干擾素、白介素促紅細胞生成素等；新型菌體制劑和疫苗。制藥微生物的種類細菌、放線菌和絲狀真菌細菌主要生產(chǎn)環(huán)狀或鏈狀多肽類抗生素，如芽孢桿菌(Bacillus)產(chǎn)生桿菌肽（bacitracin）。細菌還可以產(chǎn)生氨基酸和維生素，如黃色短桿菌（Brevibacterium fl

25、arum）產(chǎn)生谷氨酸，大小菌生產(chǎn)維生素C。放線菌主要產(chǎn)生各類抗生素，以鏈霉菌屬最多，諾卡菌屬較少，還有小單孢菌屬。生產(chǎn)的抗生素主要有氨基糖苷類（鏈霉素、新霉素、卡那霉素等）、四環(huán)類（四環(huán)素、金霉素、土霉素等）、放線菌素類（放線菌素D）大環(huán)內(nèi)酯類（紅霉素、螺旋霉素、柱晶白霉素）和多烯大環(huán)內(nèi)酯類（制霉菌素、抗滴蟲霉素等）。真菌的曲菌屬產(chǎn)生桔霉素，青霉素菌屬產(chǎn)生青霉素和灰黃霉素等，頭孢菌屬產(chǎn)生頭孢霉素等。我國微生物發(fā)酵制藥工業(yè)起步較晚。 1949年 上海建立了青霉素實驗所； 1953年 5月1日上海第三制藥廠正式投產(chǎn)青霉素； 1957年 我國開始氨基酸發(fā)酵的研究， 1958年 建成華北制藥廠，投產(chǎn)了

26、青霉素、鏈霉素、土霉素和紅霉素等品種； 1964年谷氨酸發(fā)酵成功； 50年代 開始核酸發(fā)酵生產(chǎn)； 70年代 成功研究出“二步發(fā)酵法”生產(chǎn)維生素C技術。 目前 基因工程藥物已經(jīng)成為研究熱點。7.1.5教學方法一單元的教學方法主要采用課堂講授的形式展開，為了提高同學們對發(fā)酵制藥學課程的興趣。主要從與同學們生活息息相關的方面入手；講解生物制藥領域的重大事件；并進一步講解當今發(fā)酵制藥在各個領域的研究熱點和難點，以充分調(diào)動同學們的學習熱情。7.1.6作業(yè)安排及課后反思思考身邊與發(fā)酵制藥相關的事情，如抗生素、胰島素等；了解發(fā)酵制藥的應用情況。7.1.7課前準備情況及其他相關特殊要求教師認真?zhèn)湔n；學生上課前

27、對參考教材進行預習。對生物化學、基因工程和微生物學的基礎有一定要求。7.1.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）發(fā)酵過程原理與技術，余龍江主編，緒論（p1-p10）7.2教學單元二 第2章 發(fā)酵制藥微生物菌種 （2學時）7.2.1教學日期第一周 第二講7.2.2教學目標掌握微生物分離篩選的基本概念、原理與技術應用；掌握菌種選育的基本原理、技術方法及其應用；掌握菌種保藏的基本原理、技術方法及其應用。7.2.3教學內(nèi)容（含重點、難點）重點：菌種高效篩選方法難點：優(yōu)良菌種選育的原理、技術方法及其應用7.2.4教學過程工業(yè)化菌種的要求1.遺傳穩(wěn)定性：能長期繁殖，不易變異和退化。純種，無雜菌及噬菌體。2.

28、易生長性：生長旺盛、迅速；4.容易培養(yǎng)性：條件易控，利用價廉易得的原料。3.抗污染性：自身保護機制，抵抗雜菌污染能力強。4.經(jīng)濟性：發(fā)酵周期短，產(chǎn)量高，良好經(jīng)濟能力。5.突變敏感性：對各種誘變較敏感，提高的潛力大。6.生產(chǎn)特性要符合工藝要求，對放大設備的適應性強。7.菌種不是病原菌，不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質(zhì)和毒素。采樣的注意事項1. 采樣時應盡可能保持相對無菌；2. 所采集的樣本必須具有某種代表性；3. 采好的樣必須標上樣本的種類及采集日期、地點以及采集地點的地理、生態(tài)參數(shù)等；4. 應充分考慮采樣的季節(jié)性和時間因素；5. 采好的樣應及時處理，暫不能處理的應貯存于4，貯存時間不宜過。 因為試

29、樣中的微生物群體脫離了原來的生態(tài)環(huán)境，其內(nèi)部生態(tài)環(huán)境會發(fā)生變化。2.4 菌種的選育通過各種手段突破固有的反饋調(diào)節(jié)機制或引入新的代謝途徑來獲得高產(chǎn)菌株，促使目標產(chǎn)物的過量積累。菌種選育改良的目標提高目標產(chǎn)物的產(chǎn)量縮短發(fā)酵周期適應較廣的原料提高目標產(chǎn)物的含量或濃度改良菌種性狀，改善發(fā)酵過程改變生物合成途徑，以獲得高產(chǎn)的新產(chǎn)品常見的菌種改良方法自然選育 誘變育種 細胞工程育種 基因工程育種7.2.5教學方法本單元的教學方法主要采用課堂講授的形式，形象舉例，介紹菌種篩選的方法。7.2.6作業(yè)安排及課后反思 思考發(fā)酵制藥菌種篩選思路。7.2.7課前準備情況及其他相關特殊要求教師認真?zhèn)湔n；學生上課前對參考

30、教材進行預習。7.2.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）發(fā)酵過程原理與技術，余龍江主編，發(fā)酵工業(yè)菌種（p12-p18）7.3教學單元三 第2章 發(fā)酵制藥微生物菌種（菌種篩選及保藏）（2學時）7.3.1教學日期第二周 第三講7.3.2教學目標常用工業(yè)菌種育種的方法；誘變、基因轉(zhuǎn)移、基因重組的原理及操作方法；不同微生物菌種保藏原理、方法及各自的應用優(yōu)缺點。本章重點掌握菌種的保藏方式。7.3.3教學內(nèi)容（含重點、難點）重點：菌種的保藏方式。難點：常用工業(yè)菌種育種的方法。主要知識點：誘變、基因轉(zhuǎn)移、基因重組的原理及操作方法、菌種保藏原理、方法及各自的應用優(yōu)缺點。7.3.4教學過程自然選育不經(jīng)過人工誘變

31、處理，根據(jù)菌種的自然突變而進行的菌種篩選過程。誘變育種人為創(chuàng)造條件（誘變劑處理），使菌種發(fā)生變異，篩選優(yōu)良個體，淘汰劣質(zhì)個體。物理誘變 化學誘變 生物誘變特點：速度快、收效大、方法簡便，但缺乏定向性原生質(zhì)體融合育種通過生物學、化學或物理學的方法，使兩個不同種類的體細胞融合在一起，從而產(chǎn)生具有兩個親本遺傳性狀的新細胞.用去壁酶處理將微生物細胞壁除去，制成原生質(zhì)體，在高滲條件下，用聚乙二醇（PEG）促進原生質(zhì)體發(fā)生融合，再生細胞壁，從而獲得異核體或重組子，這一技術叫原生質(zhì)體融合。 基因工程育種 第一代基因工程育種蛋白質(zhì)工程育種代謝工程育種基因組工程育種全局轉(zhuǎn)錄機器工程育種合成生物學育種菌種保藏原因

32、：菌種經(jīng)過多次傳代，會發(fā)生遺傳變異，導致退化，從而喪失生產(chǎn)能力甚至菌株死亡。目的：保持菌種原有優(yōu)良特性，延長生命時限，長期存活、不退化，不污染，隨時為生產(chǎn)供菌。原理：使菌種代謝處于不活躍狀態(tài)，即生長繁殖受抑制的休眠狀態(tài)。措施：物理和化學方法（溫度：低溫；水分：干燥；氧氣：缺氧；營養(yǎng)；缺乏）理想的菌種保藏方法應具備的條件(1)經(jīng)長期保藏后菌種存活健在；(2)保證高產(chǎn)突變株不改變表型和基因型，特別是不改變初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的高產(chǎn)能力。(3)菌種保藏的基本措施是低溫、干燥、真空。冷凍保藏冷凍保藏為保藏微生物菌種的最簡單而有效的方法。通過冷凍，使微生物代謝活動停止。一般而言，冷凍溫度愈低，

33、效果愈好。為了獲得滿意的冷凍結(jié)果，通常應在培養(yǎng)物中加入一定的冷凍保護劑。冷凍保藏時溫度要求在-20以下，同時應認真掌握好冷凍速度和解凍速變。冷凍深藏的缺點之一是培養(yǎng)物運輸較困難。普通冷凍保藏技術(-20)將液體培養(yǎng)物或從瓊脂斜面培養(yǎng)物收獲的細胞分接到試管或指管肉，然后貯藏于一冰箱的冷藏室中，或于溫度范圍在-5-20的普通冰箱(-20)中?；蛘?，將菌種培養(yǎng)在小的試管或培養(yǎng)瓶斜面上，待生長適度后，將試管或瓶口用橡膠塞嚴格封好，同上置于冰箱中保存。用此方法可以維持若干微生物的活力12年。超低溫冷凍保藏技術(-60一-80)要求長期保藏的微生物菌種，一般都要求在-60以下進行保藏。在超低溫冷藏柜中保藏

34、菌種的一般方法是： 1離心收獲對數(shù)生長中期至后期的微生物細胞； 2用新鮮培養(yǎng)基重新懸浮所收獲的細胞； 3加入等體積的20甘油或10二甲亞砜； 4混勻后分裝入冷凍指管或安瓿中，于-70超低溫冰箱中保藏。液氮冷凍保藏技術冷凍保護劑在液氮冷凍保藏中，最常用的冷凍保護劑是二甲亞砜和甘油，最終使用濃度一般為甘油10、二甲亞砜5。所使用的甘油般用高壓蒸汽滅菌，而二甲亞砜最好為過濾滅菌。凍干保藏冷凍干燥的基本方法：是通過在減壓條件下使凍結(jié)的細胞懸液中的水分升華，使培養(yǎng)物干燥。此法是微生物菌種長期保藏的最為有效的方法之一。冷凍干燥過程中必須使用冷凍保護劑，目前國內(nèi)常用脫脂乳和蔗糖，國外尚有運用動物血清等的。大

35、部分微生物菌種可以在凍干狀態(tài)下保藏10年之久而不喪失活力。而且經(jīng)凍干后的菌株無需進行冷凍保藏，便于運輸。菌種保藏三要素典型菌種的優(yōu)良純種的休眠體；創(chuàng)造有利于種子休眠的環(huán)境（低溫、干燥、缺氧、避光、缺少營養(yǎng)）；盡可能采用多種不同的手段保藏同一菌株。保藏機構(gòu)中國中國典型培養(yǎng)物保藏中心:China Center for Type Culture Collection (CCTCC)。中國科學院典型培養(yǎng)物保藏委員會,下設9個庫中國普通微生物菌種保藏管理中心：China General Microbiological Culture Collection Center (CGMCC)，微生物所（真菌和細

36、菌）；武漢所（病毒）抗生素菌種保藏管理中心（CACC）：中國醫(yī)學科學院抗生素所，四川抗生素所，華北制藥集團抗生素所保藏機構(gòu)國外WFCC：World federation for culture collections, HYPERLINK http:/www.wdcm.riken.go.jp/wfcc.thml http:/www.wdcm.riken.go.jp/wfcc.thml 美國的典型菌種保藏中心ATCC: American Type Culture Collection, HYPERLINK / /日本發(fā)酵研究所IFO: Institute for Fermentation, Os

37、aka, Japan英國國家典型菌種保藏所NCTC: National Collection of Type Culture, London, UK 7.3.5教學方法本單元的教學方法主要采用課堂講授和舉例分析的形式進行。7.3.6作業(yè)安排及課后反思 菌種保存的方法。7.3.7課前準備情況及其他相關特殊要求 教師認真?zhèn)湔n；學生上課前對參考教材進行預習。7.3.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）發(fā)酵過程原理與技術，余龍江主編，發(fā)酵工業(yè)菌種（p18-p30）7.4教學單元四 第3章 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化（2學時） 7.4.1教學日期第二周 第四講7.4.2教學目標掌握常用培養(yǎng)基的基本要求，培養(yǎng)基的組

38、成成分及其來源、培養(yǎng)基的種類。本章重點學習發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇。7.4.3教學內(nèi)容（含重點、難點）重點：培養(yǎng)基的選擇和確定。難點：發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇。主要知識點：碳源、氮源、無機鹽、水、生長因子、前體與促進劑和消泡劑、培養(yǎng)基的種類、固體培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基。7.4.4教學過程培養(yǎng)基的選擇和確定培養(yǎng)基概念（medium）供微生物生長繁殖和合成各種代謝產(chǎn)物所需要的按一定比例配制的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。培養(yǎng)基的組成和比例是否恰當，直接影響微生物的生長、生產(chǎn)和工藝選擇、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量種子培養(yǎng)基概念：（Seed medium）供孢子發(fā)芽和菌體生長繁殖，搖瓶和種子罐培養(yǎng)基，為液體。作用：使種子擴大培養(yǎng)

39、，增加細胞數(shù)目，生長形成強壯、健康和高活性的種子。種子培養(yǎng)基特點（1）必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長因子。（2）種子培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度不必太高。供孢子發(fā)芽生長用的種子培養(yǎng)基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。（3）種子培養(yǎng)基成分還應考慮與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。發(fā)酵培養(yǎng)基是發(fā)酵生產(chǎn)中最主要的培養(yǎng)基，它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發(fā)酵生產(chǎn)成功與否的重要因素。判斷是否滿足發(fā)酵培養(yǎng)基的要求1.原料要合適原料本身不能抑制菌體生長或產(chǎn)物合成原料應來源廣泛、價格低廉原料應便于采購、運輸和大規(guī)模儲藏保證每批次原料質(zhì)量的穩(wěn)定性2. 應有利于產(chǎn)物合成能力的提高用于維持能

40、耗的營養(yǎng)物質(zhì)越多，底物利用率越低用于產(chǎn)物合成的營養(yǎng)物質(zhì)越多，底物轉(zhuǎn)化率越高，產(chǎn)物合成能力越高在保證菌體產(chǎn)物合成的同時，保證菌體生物量的積累有利于提高產(chǎn)物的合成速率，縮短發(fā)酵周期，提高發(fā)酵效率3. 應有利于發(fā)酵過程的進行好氧發(fā)酵設計的培養(yǎng)基要有利于提高發(fā)酵液中氧的溶解度有利于產(chǎn)品的分離純化，減少副產(chǎn)物的生成盡可能規(guī)避“三廢”物質(zhì)的產(chǎn)生培養(yǎng)基的成分碳源氮源無機鹽水生長因子前體與促進劑和消泡劑碳源(carbon sources)概念：構(gòu)成微生物細胞和代謝產(chǎn)物中碳素的營養(yǎng)物質(zhì)。作用：為正常生理活動和過程提供能量來源，為細胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的合成提供碳骨架。種類：糖類：葡萄糖、淀粉、糊精和糖蜜脂肪：豆油、

41、棉籽油和豬油醇類：甘油、乙醇、甘露醇、山梨醇、肌醇蛋白類：蛋白胨、酵母膏速效碳源：糖類、有機酸遲效碳源：酪蛋白水解產(chǎn)生的脂肪酸氮源（nitrogen sources）概念：構(gòu)成微生物細胞和代謝產(chǎn)物中氮素的營養(yǎng)物質(zhì)。作用：為生長和代謝主要提供氮素來源。種類：無機氮源、有機氮源無機鹽和微量元素概念：組成生理活性物質(zhì)或具有生理調(diào)節(jié)作用礦物質(zhì)作用方式：低濃度起促進作用，高濃度起抑制作用。種類：鹽離子磷、硫、鉀、鈉、鎂、鈣，常常添加鐵、鋅、銅、鉬、鈷、錳、氯，一般不加。水菌體細胞的主要成分。營養(yǎng)傳遞的介質(zhì)。良好導體，調(diào)節(jié)細胞生長環(huán)境溫度。培養(yǎng)基的主要成分之一。生長因子（growth factor）概念：

42、 廣義說，凡是微生物生長不可缺少的微量有機物質(zhì)都稱為生長因子(又稱生長素)，包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等；狹義說，生長素僅指維生素。 與微生物有關維生素主要是B族維生素，這些維生素是各種酶的活性基的組成部分，沒有它們，酶就不能活動。天然成分中含有：一般無需添加。營養(yǎng)缺陷型菌株：必需添加。 凡是缺少合成生長素類物質(zhì)的微生物(即缺少了合成生長素過程中的某種酶)，統(tǒng)稱為營養(yǎng)缺陷型。 產(chǎn)物促進劑 所謂產(chǎn)物促進劑是指那些非細胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。 促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，原因是多方面的 有些促進劑本身是酶的誘導物； 有些促進劑是表面活性劑，可改善細胞

43、的透性，改善 細胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)， 也有人認為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用； 有些促進劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。消泡劑（defoaming agent）概念：降低泡沫的液膜強度和表面黏度，使泡沫破裂的化合物。種類：表面活性劑，低表面張力。天然動植物油脂類、高分子化合物（高碳醇脂肪酸和酯類、聚醚類、硅酮類）。作用：消除泡沫，防止逃液和染菌。7.4.5教學方法本單元的教學方法主要采用課堂講授、結(jié)合實驗室常用培養(yǎng)基介紹分析。7.4.6作業(yè)安排及課后反思思考如何選擇發(fā)酵培養(yǎng)基。7.4.7課前準備情況及其他相關特殊要求教師認真?zhèn)湔n；學生上課前對參考教材進行預習。7.4

44、.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）發(fā)酵過程原理與技術，余龍江主編，發(fā)酵培養(yǎng)基設計與優(yōu)化（p33-p38）7.5教學單元五 第3章 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化（種子擴大培養(yǎng)）（2學時）7.5.1教學日期第三周 第五講7.5.2教學目標通過對本單元的學習，掌握生產(chǎn)用培養(yǎng)基設計一般原則，學習培養(yǎng)條件的確定，掌握發(fā)酵培養(yǎng)技術，掌握種子擴大培養(yǎng)的原理及方法。7.5.3教學內(nèi)容（含重點、難點）重點：培養(yǎng)條件的確定。難點：影響種子質(zhì)量的因素及其控制措施，微生物種子擴大培養(yǎng)的特點。主要知識點： 培養(yǎng)基設計一般原則、培養(yǎng)基設計基本思路、培養(yǎng)條件的確定、溫度、pH值、氧氣、發(fā)酵培養(yǎng)技術、種子制備，發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇、發(fā)酵

45、培養(yǎng)基的設計和注意事項、發(fā)酵類型的定義、培養(yǎng)技術、發(fā)酵培養(yǎng)的操作方式。7.5.4教學過程生產(chǎn)用培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基設計原則1.選擇合適的底物 （1）考慮菌種的同化能力 （2）考慮菌種的底物轉(zhuǎn)化率：菌種將底物轉(zhuǎn)化為自身生長繁殖所需的能力 （3）判斷微生物利用底物能力的高低：親和常數(shù)Ks （4）代謝中的固有反饋作用：速效碳氮源和遲效碳氮源的配合使用，在積累生物量的同時消除反饋作用。2.確定培養(yǎng)基的碳氮比氮源豐富，有利于菌體的生長；碳源豐富，有利于產(chǎn)物的合成；碳源不足，會引起菌體的衰老和自溶培養(yǎng)基的優(yōu)化方法（多因素）正交實驗響應面分析法均勻設計法遺傳算法神經(jīng)算法發(fā)酵培養(yǎng)技術選擇合適的培養(yǎng)基；提供適宜的

46、環(huán)境條件微生物發(fā)酵工藝過程的三個工段：種子制備 接種 發(fā)酵培養(yǎng)獲得高質(zhì)量種子的關鍵因素：接種齡，接種量接種齡：在種子罐中培養(yǎng)的菌種自接入該種子罐培養(yǎng)到轉(zhuǎn)入下一級種子罐或發(fā)酵罐時所經(jīng)歷的時間。種齡：微生物接種培養(yǎng)后所經(jīng)歷的培養(yǎng)時間接種量：移入到發(fā)酵罐中的種子液體積與接種后培養(yǎng)液總體積的比例大量地接入培養(yǎng)成熟的菌種的優(yōu)點：1.可以縮短生長過程的延緩期，因而縮短了發(fā)酵周期，提高了設備利用率，2.節(jié)約了發(fā)酵培養(yǎng)的動力消耗，3.并有利于減少染菌機會，一般都將菌種擴大培養(yǎng)，進行兩級發(fā)酵或三級發(fā)酵。接種量和培養(yǎng)物的生長過程的延緩期長短呈反比。接種量過多也無必要。因培養(yǎng)種子費時，而且過多地移人代謝廢物，反而會

47、影響正常發(fā)酵。 孢子制備種子活化：將保存菌種接種在固體培養(yǎng)基上，在適宜條件下培養(yǎng)，恢復其固有生物特性。放線菌孢子：采用瓊脂斜面培養(yǎng)基。霉菌孢子：大米、小米、玉米、麩皮、麥粒等天然農(nóng)產(chǎn)品為培養(yǎng)基。細菌：采用碳源有限而氮源豐富的配方。生產(chǎn)種子制備搖瓶種子制備：母瓶、子瓶。 種子罐種子制備：一級、二級、三級種子。種子罐級數(shù)：制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)確定種子級數(shù)的因素:菌種生長特性及菌體繁殖速度：生長快，少發(fā)酵罐的容積：越大，多產(chǎn)物的品種及生產(chǎn)規(guī)模：越大，多所選用工藝條件：有利于生長的工藝，少發(fā)酵類型的定義:一級發(fā)酵：將孢子或菌絲接入直接發(fā)酵罐二級發(fā)酵：經(jīng)過一級種子罐，再到發(fā)酵罐；谷氨酸生產(chǎn)三級發(fā)

48、酵：二級種子擴大培養(yǎng)，經(jīng)過二次種子罐，再接入發(fā)酵罐。青霉素生產(chǎn)四級發(fā)酵：三級種子擴大培養(yǎng)，經(jīng)過三級種子罐，再到發(fā)酵罐。鏈霉素生產(chǎn)菌接種方式單種法：一個種子罐的種子接種一只發(fā)酵罐。雙種法：兩個種子罐的種子接種一只發(fā)酵罐。倒種法：從發(fā)酵罐中取出一定量發(fā)酵液，接種到另一個發(fā)酵罐。2 培養(yǎng)技術A 固體表面培養(yǎng)技術：Solid surface culture原始，最早采用。B 液體深層培養(yǎng)：Liquid submerged culture主要的發(fā)酵培養(yǎng)技術C 高密度培養(yǎng)（high cell density culture）概念：菌體濃度（干重）至少達到50g/L以上的一種理想培養(yǎng)，發(fā)酵工藝目標和方向。優(yōu)

49、點: 縮小發(fā)酵體積增加表達量成本低，生產(chǎn)率高。3 發(fā)酵培養(yǎng)的操作方式A 分批式操作；間歇式操作；不連續(xù)操作B 流加式操作，補料分批式操作C 半連續(xù)式操作，反復分批式或換液培養(yǎng)D 連續(xù)式操作，衡態(tài)操作E 灌流式操作A 分批式操作概念：培養(yǎng)液一次性裝入發(fā)酵罐，一次性接種，經(jīng)過一段時間培養(yǎng)，一次性卸出全部培養(yǎng)物。特點：非衡態(tài)過程發(fā)酵體系的組成（基質(zhì)、產(chǎn)物及細胞濃度）都隨發(fā)酵時間而變化。缺點：開始時基質(zhì)濃度很高，到中后期，營養(yǎng)物濃度很低，產(chǎn)物濃度很高，對發(fā)酵不利。輔助時間：清洗罐，裝料、滅菌，時間長。B 流加式操作概念：裝入大部分培養(yǎng)液，一次性接種，在培養(yǎng)過程中連續(xù)不斷補充新培養(yǎng)基，但不取出培養(yǎng)液。特

50、點：流加能源和碳源物質(zhì)及氨水等。克服了批式的缺點，使生長和生產(chǎn)保持適宜水平。缺點：整個發(fā)酵體積不斷增加。C 半連續(xù)式操作概念：培養(yǎng)液一起裝入發(fā)酵罐，一次性接種。間歇取出部分發(fā)酵培養(yǎng)物（帶放），同時補充同等數(shù)量的新培養(yǎng)基；然后繼續(xù)培養(yǎng)，直至發(fā)酵結(jié)束。特點：發(fā)酵罐內(nèi)的培養(yǎng)液總體積保持不變使生長和生產(chǎn)保持適宜水平。缺點：喪失部分前體，喪失部分菌體，利于非生產(chǎn)菌突變株的生長D 連續(xù)式操作概念：培養(yǎng)液一起裝入發(fā)酵罐，接種后培養(yǎng)過程中，不斷補充新培養(yǎng)基,同時取出包括培養(yǎng)液和菌體在內(nèi)的發(fā)酵液，直至發(fā)酵結(jié)束。特點：恒定狀態(tài)的發(fā)酵，發(fā)酵罐內(nèi)體積及其物系的組成將不隨時間而變。培養(yǎng)基連續(xù)穩(wěn)定流加；產(chǎn)物連續(xù)穩(wěn)定收獲；

51、提高菌體密度；自動化。缺點：時間長，雜菌污染、突變機會增多。E 灌流（注）式操作概念：培養(yǎng)液與菌體一起裝入發(fā)酵罐，菌體培養(yǎng)過程中，不斷補充新培養(yǎng)基，取出部分條件培養(yǎng)基，菌體仍然滯留罐內(nèi)。特點：除去有毒害的代謝物，補充營養(yǎng)物質(zhì)。7.5.5教學方法本單元的教學方法主要采用課堂講授、舉例和討論的形式進行。7.5.6作業(yè)安排及課后反思 查閱資料，了解培養(yǎng)條件的確定、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇。7.5.7課前準備情況及其他相關特殊要求（教師、學生）教師認真?zhèn)湔n；學生上課前對參考教材進行預習。7.5.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）發(fā)酵過程原理與技術，余龍江主編，發(fā)酵培養(yǎng)基設計與優(yōu)化（p39-p43）種子擴大原理

52、與技術（p75-p84）7.6教學單元六 第4章 發(fā)酵動力學 （分批發(fā)酵動力學）（2學時） 7.6.1教學日期第三周 第六講7.6.2教學目標掌握發(fā)酵動力學主要研究內(nèi)容及相關參數(shù)概念，掌握細胞生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物形成的質(zhì)量衡算方法，掌握Monod方程的生物學意義及參數(shù)求解，掌握分批發(fā)酵的動力學特征。7.6.3教學內(nèi)容（含重點、難點）重點：微生物細胞生長、基質(zhì)消耗以及產(chǎn)物合成的質(zhì)量衡算，Monod方程應用及發(fā)酵動力學參數(shù)求解。 難點：分批發(fā)酵動力學方程的生物學意義及其應用。7.6.4教學過程發(fā)酵動力學是研究發(fā)酵過程中菌體生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成的動態(tài)平衡及其內(nèi)在規(guī)律，定量描述微生物生長和產(chǎn)物形成

53、過程。包括細胞生長動力學，基質(zhì)消耗動力學，產(chǎn)物合成動力學。發(fā)酵動力學的內(nèi)容：1.發(fā)酵動力學參數(shù)特征：微生物生長速率、發(fā)酵產(chǎn)物合成速率、底物消耗速率及其轉(zhuǎn)化率、效率等；2.影響發(fā)酵動力學參數(shù)的各種理化因子；3.發(fā)酵動力學的數(shù)學模型。發(fā)酵動力學的意義：確定最佳發(fā)酵工藝條件，建立工藝參數(shù)控制方案。模擬使生產(chǎn)控制達到最優(yōu)化。 如何研究發(fā)酵動力學？了解發(fā)酵動力學參數(shù)本征動力學參數(shù)反映某種微生物在特定培養(yǎng)條件下所特有的生長、產(chǎn)物合成、基質(zhì)消耗等代謝過程變化的特征參數(shù)，如微生物對底物的親和常數(shù)Ks、最大比生長速率m等；表觀動力學特征參數(shù)反映的是微生物細胞群體代謝的宏觀特征，如微生物比生長速率、底物消耗速率-

54、dSdt等；構(gòu)建發(fā)酵動力學的數(shù)學模型 表征微生物生長、底物消耗與產(chǎn)物合成之間定量關系。4.2 分批發(fā)酵動力學分批發(fā)酵：一次性投料、接種直到發(fā)酵結(jié)束的過程。微生物發(fā)酵階段發(fā)酵前期(fermentation prophase)：菌體生長期發(fā)酵中期(fermentation metaphase)：產(chǎn)物合成（分泌）期發(fā)酵后期(fermentation anaphase)：菌體自溶期(1)延遲期 延滯期（lag phase）或適應期是指接種后，菌體的生物量沒有明顯增加的一段時間。延遲期是菌體適應環(huán)境的過程。延遲期時間長短不一，與遺傳和環(huán)境因素有關，由菌體與環(huán)境相互作用的程度決定的。因不同接種量、不同菌種

55、和菌齡等而表現(xiàn)不同。工業(yè)上希望延遲期越短越好，常采用如種子罐與發(fā)酵罐培養(yǎng)基盡量接近，對數(shù)期的菌體作為種子、加大接種量等方法進行放大培養(yǎng)和發(fā)酵生產(chǎn)。(2)對數(shù)生長期 對數(shù)生長期（log phase）是菌體快速繁殖，生物量的增加呈現(xiàn)對數(shù)速度增長的過程。特點是生長速率達到最大值，并保持不變。細胞的化學組成與生理學性質(zhì)穩(wěn)定。菌體生長不受限制，細胞分裂繁殖和代謝極其旺盛?？梢哉J為細胞組分恒定，菌體細胞的生長速率與生物量是一級動力學關系。（3） 減速期 減速期(decline phase)是指菌體生長速率下降的一段時間。由培養(yǎng)基中基質(zhì)濃度下降，有害物質(zhì)積累等不利因素引起。在減速期內(nèi)，生長速率與菌體濃度仍符

56、合一級動力學關系，但受基質(zhì)濃度限制。一般生物的減速期較短。4） 靜止期 靜止期(decline phase)是指菌體凈生長速率為零的一段時間。分裂與死亡同步進行，生長和死亡速率相等。（5） 衰亡期 衰亡期(decline phase)是指菌體死亡速率大于生長速率的一段時間，這時，細胞自溶，死亡加速，細胞濃度迅速下降。菌體死亡速率也符合一級動力學：產(chǎn)物合成動力學根據(jù)發(fā)酵時間過程分析，微生物生長與產(chǎn)物合成存在以下三種關系：與生長相關生長偶聯(lián)型與生長部分相關生長部分偶聯(lián)型與生長不相關無關聯(lián)I型：菌體生長與產(chǎn)物生成偶聯(lián)型(coupling model) 菌體的生長與產(chǎn)物生成直接關聯(lián)，生長期與生產(chǎn)期是一

57、致的。細胞生長、基質(zhì)消耗、能源利用和產(chǎn)物生成動力學曲線幾乎平行，變化趨勢同步，都有最大值，出現(xiàn)的時間接近。II型：菌體生長與產(chǎn)物生成半偶聯(lián)型（semi-coupling model）該模型介于偶聯(lián)和非偶聯(lián)模型之間，產(chǎn)物生成與基質(zhì)消耗、能量利用之間存在間接關系。產(chǎn)物來自能量代謝所用的基質(zhì)，但是在次級代謝與初級代謝分開的。在細胞生長期內(nèi)，基本無產(chǎn)物生成，在生長的中后期生成大量的產(chǎn)物而進入產(chǎn)物形成期。分批發(fā)酵出現(xiàn)兩個高峰，先是基質(zhì)消耗和菌體生長的高峰，然后是產(chǎn)物形成的高峰。 III型：菌體生長與產(chǎn)物生成非偶聯(lián)型（non-coupling model）菌體生長期與產(chǎn)物生成期為獨立的兩個階段，先形成物質(zhì)

58、消耗和菌體生長高峰，幾乎沒有或很少有產(chǎn)物生成，然后進入菌體生長靜止期，產(chǎn)物大量生成，并出現(xiàn)產(chǎn)物高峰。 產(chǎn)物可能來自于中間代謝途徑，而不是分解代謝過程，物質(zhì)消耗和菌體生長之后，菌體利用中間代謝途徑，初級代謝與產(chǎn)物形成是完全分開的。分批發(fā)酵的優(yōu)缺點優(yōu)點：操作簡單、投資少運行周期短染菌機會減少生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量較易控制缺點：不利于測定過程動力學，存在底物限制或抑制問題，會出現(xiàn)底物分解阻遏效應及二次生長現(xiàn)象。對底物類型及初始高濃度敏感的次級代謝物如一些抗生素等就不適合用分批發(fā)酵（生長與合成條件差別大）養(yǎng)分會耗竭快，無法維持微生物繼續(xù)生長和生產(chǎn)非生產(chǎn)時間長，生產(chǎn)率較低 7.6.5教學方法本單元的教學方法

59、采用課堂講授發(fā)酵動力學基本參數(shù)及求解。7.6.6作業(yè)安排及課后反思查閱資料，了解微生物的發(fā)酵動力學及其應用。7.6.7課前準備情況及其他相關特殊要求（教師、學生）教師認真?zhèn)湔n；學生上課前對參考教材進行預習。7.6.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）發(fā)酵過程原理與技術，余龍江主編，發(fā)酵動力學（p86-p96）7.7教學單元七 第4章 發(fā)酵動力學 （連續(xù)發(fā)酵動力學等）（2學時）7.7.1教學日期第四周 第七講7.7.2教學目標掌握連續(xù)發(fā)酵動力學及補料分批發(fā)酵的動力學特征。7.7.3教學內(nèi)容（含重點、難點）重點： 連續(xù)發(fā)酵動力學及補料分批發(fā)酵的動力學特征。難點： 連續(xù)發(fā)酵動力學方程的生物學意義及其應

60、用。7.7.4教學過程連續(xù)發(fā)酵 概念：在發(fā)酵過程中，連續(xù)向發(fā)酵罐流加培養(yǎng)基，同時以相同流量從發(fā)酵罐中取出培養(yǎng)液。連續(xù)發(fā)酵特點：添加培養(yǎng)基的同時，放出等體積發(fā)酵液，形成連續(xù)生產(chǎn)過程，獲得相對穩(wěn)定的連續(xù)發(fā)酵狀態(tài)。連續(xù)發(fā)酵類型：單級 和 多級連續(xù)發(fā)酵多級恒化器連續(xù)發(fā)酵假設兩級發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)體積相同，即V1=V2；且第二級不加入新鮮培養(yǎng)基，則對于第一級動力學模型（方程）與單級相同。穩(wěn)態(tài)時連續(xù)發(fā)酵動力學的優(yōu)缺點添加新鮮培養(yǎng)基，克服養(yǎng)分不足所導致的發(fā)酵過程過早結(jié)束，延長對數(shù)生長期，增加生物量等；在長時間發(fā)酵中，菌種易于發(fā)生變異，并容易染上雜菌；如果操作不當，新加入的培養(yǎng)基與原有培養(yǎng)基不易完全混合。7.7.5