生物技术制药第七章 发酵工程技术
发酵工程技术概论
二、自然育种
※定义：不经人工处理，利用微生物的自然突变进
行菌种选育的过程。
自然状态下，碱基对发生自然突变的机率为10-8～ 10-9，一种是我们生产上所不希望看到的，表现为 菌株的衰退和生产质量的下降，这种突变成为负突 变。 另一种是我们生产上希望看到的，对生产有利，这 种突变成为正突变。
问题：高产菌株是正突变还是负突变？
第七章 发酵工程技术概 述
本章重点：优良菌种的选育 发酵工艺的控制
内容
第一节 概述 第二节 优良菌种的选育 第三节 发酵的基本过程 第四节 发酵方式 第五节 发酵工艺控制 第六节 发酵产物的提取 第七节 发酵设备 第八节 发酵工程产品的制造实例 第九节 基因工程在发酵中的应用 第十节 发酵工程的发展展望
融合子进一步试验、保藏。 （6）生产性能筛选。
2.影响因素 （1）菌龄：一般采用对数前期的菌体进行酶解。 （2）培养基组分：限制性培养基上比在完全培养
种保藏部门索取或购买； 从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
从自然界筛选
菌株选育、分子改造
目的
防止菌种退化 解决生产实际问题
提高生产能力
提高产品质 量 开发新产品
菌种选育方法有： 自然选育、诱变选育、杂交育种等，还包括控制
杂交育种、原生质体融合、基因工程育种等。
一 、菌种选育的物质基础
生素是链霉素。
青霉素工业化成功推动了发酵工业的发展，主 要标志有：深层发酵、生产大规模化、多种抗 生素、氨基酸、核酸发酵成功，甾体的微生物 转化。
谷氨酸发酵的生产实例
谷 氨 酸 钠 是 味 精 的
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途 径
在工厂里是 怎样应用谷氨酸 棒状杆菌来生产 谷氨酸的？
发酵工程技术制药课件
酶工程制药技术
酶工程制药技术是指利用酶的 催化作用，将原料转化为所需 的药物或中间体。
酶工程制药技术具有高效、专 一、条件温和等优点，广泛应 用于药物合成、手性药物制备 等领域。
酶工程制药技术可生产手性药 物、生物催化剂、药物中间体 等。
细胞工程制药技术是指利用细胞培养技术，生产具有生物活性的蛋白质药物或细胞 治疗剂。
细胞工程制药技术可生产细胞因子、生长因子、细胞疫苗等生物药物。
细胞工程制药技术具有生产效率高、安全性好等优点，是现代生物医药领域的重要 发展方向之一。
03
发酵工程制药工艺流程
微生物菌种的选育与培养
总结词
微生物菌种的选育与培养是发酵工程制药工艺流程的起始步骤，对后续发酵过程和产品质量具有重要影响。
在抗生素的发酵生产中，选育和改良微生物菌种 是关键，通过基因工程等手段不断优化微生物菌 种的抗生素合成能力，提高发酵产率。
目前，常见的抗生素发酵产品包括青霉素、头孢 菌素、红霉素等，这些抗生素在医疗领域广泛应 用，对于治疗各种感染性疾病具有重要作用。
维生素C的发酵生产
01
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维生素C即抗坏血酸，是人体 必需的水溶性维生素之一， 具有抗氧化、增强免疫力等
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基 因组、转录组和蛋白质组进行深入 研究，挖掘潜在的生物制药资源。
提高发酵产物的产量与质量
菌种选育
通过自然选育、诱变育种和基因工程手段，筛选出具有优良性状 的菌种，提高发酵产物的产量和质量。
优化发酵条件
通过优化培养基配方、发酵温度、pH值等发酵条件，提高发酵产 物的产量和质量。
生物技术制药第七 发酵工程技术 PPT课件
二、种子的制备
种子制备在在摇瓶或小罐内进行，种子要经过两次扩大培养才能进入 发酵罐
三、发酵
注意：通气（一般0.3-1m3/m3）、搅拌（一般搅拌消耗功率1-
2KW/m3）、温度（26-37℃）、罐压（一般0.3-0.5kg/cm3）；发酵
时间因不同品种而异，大多数微生物的发酵周期为2-8d
四、产物提取
提取过程：发酵液预处理 提取 精制
第四节 发酵方式
第六节 发酵产物的提取
吸附法、沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法
2.诱变育种
即用人工方法诱发突变；突变发生部位一般是在遗传物质DNA上，并可 稳定遗传
（1）诱变机制
①微小损伤突变 包括点突变（转换和颠换）和密码组移位 ②染色体畸变 包括移位（非同源连接）、倒位（同一染色体某一部位染色体以 颠倒的顺序出现在原来的位置）、缺失和重复（增加了原本存在的基 因（如控制目的物产量的基因）出现的频率） ③染色体组突变
第七章 发酵工程技术
第一节
概 述
一、发酵工程 的概念
发酵工程又成为微生物工程，是利用微生物制造工业原料与工业产品
并提供服务的技术 微生物发酵工程是一个十分复杂的自催化工程，是生物技术的基础工程， 用于:如基因工程、细胞工程、酶工程都与发酵工程相关
二、发酵工程的发展历程
第一阶段 20C以前时期，利用传统的微生物发酵技术（酿造技术）生产酒、 醋、酱、奶酪等食品 1675年，荷兰人列文虎克发明了显微镜，并首次观察到了微生物体， 为人类对微生物的深入研究提供了可能 19C中叶，法国葡萄酒的酿造工艺出现问题，巴斯德经研究发现时由 于传统“酿造”技术环境中的杂菌（乳酸杆菌）干扰了酿酒的正常生化反 应过程；指出对酿造原料进行灭菌，可解决问题
第七章 发酵染菌及防治
无菌试验要严格取样操作，力求减少误差。
应同时用肉汤和双碟作对照，以便迅速作出判断。
当发现染菌时，要通过分辨菌型来探索菌源，并对杂菌
做耐热试验考察。
如果怀疑种子罐染菌，则种子不能轻率进发酵罐。
《发酵工程》
第七章 发酵染菌及防治
3、 无菌检查与染菌的处理
为了防止在种子培养或发酵过程中污染杂菌，在接种前 后、种子培养及发酵过程中分别进行无菌检查，以便及时 （1）无菌检查 发现染菌，并在染菌后及时进行必要处理是很重要的。 染菌通常通过3个途径发现：无菌试验、发酵液直接镜 检、发酵液的生化分析。其中无菌试验是判断染菌的主要 依据。
废弃的发酵液处理不当可以成为难以对付的污
染源。
《发酵工程》 2、 噬菌体污染与发酵异常
第七章 发酵染菌及防治
噬菌体污染后的情况因发酵工业的种类、 污染的噬菌体特性、污染时间、感染复度（即培
养物内的噬菌体与细菌的比率）、培养基成分、
发酵罐内的物理和化学条件不同而异。即使同样 的噬菌体并不一定引起同样的异常发酵情况。
《发酵工程》
项目 百分率%
进罐前未做设备严密度检查
接种违反操作规程
25.8
25.8
检修质量缺乏验收制度
操作不熟练
19.35
19.35
配料违反工艺规程
调度不当
6.45
3.25
《发酵工程》
（4）染菌的处理
第七章 发酵染菌及防治
发现染菌后，应立即根据染菌的种类及产生菌的菌龄等 具体情况分别进行处理。除据染菌时间及危害程度对污染 种子罐染菌后，种子不能再接入发酵罐中，这时可用备用 罐进行挽救或处理外，对有关设备也应进行处理。 种子接种。如无备用种子，则可选一适当培养龄的发酵罐培 养物作种子，即生产上所说的“倒种”。 发酵罐前期染菌后，如培养基中C、N含量尚高，则可重新 灭菌，接种后再运转；若染的杂菌危害性较大，则放掉部分 料液，补入新料液，重新灭菌、接种。 发酵中后期染菌或前期染菌轻微而发现较晚时，可加入适 当的杀菌剂或抗生素；或把高单位的后期发酵液压一部分到染 菌罐中，抑制杂菌生长速度；或者降低罐温，减缓杂菌繁殖速 度。
生物制药-发酵工程
采用物理或化学方法破碎细胞，释放细胞内含物。
分离纯化
利用各种分离纯化技术，如离心、过滤、萃取、层析等，将目标产物从细胞破碎 液中分离出来并进行纯化。
04
生物制药的未来发展
新药研发与临床试验
创新药物研发
利用基因组学、蛋白质组学等技术， 发现和验证新药靶点，开发出针对特 定疾病的新药物。
临床试验
生物制药-发酵工程
• 生物制药概述 • 发酵工程在生物制药中的应用 • 发酵工程的关键技术 • 生物制药的未来发展 • 案例分析
01
生物制药概述
生物制药的定义与特点
生物制药的定义
生物制药是指利用生物技术手段，通过微生物发酵、细胞培 养、酶反应等过程，从生物体中提取、分离、纯化出具有药 用价值的生物活性物质或其衍生物，用于预防、诊断和治疗 人类疾病的一类药品。
02
发酵工程在生物制药中的应用
微生物发酵
微生物发酵是生物制药中常用的技术 手段，通过微生物发酵生产各种药物， 如抗生素、疫苗、生长因子等。
微生物发酵的过程需要经过菌种筛选、 培养基配制、发酵过程控制等环节， 这些环节都对最终产品的质量和产量 有着至关重要的影响。
微生物发酵具有高效率、低成本、大 规模生产等优点，能够满足市场需求， 同时也有利于提高药品质量和安全性。
详细描述
重组蛋白药物的生产涉及基因克隆、载体构 建、转化、表达及纯化等多个环节。目前市 场上已有多种重组蛋白药物，如胰岛素、人 生长激素、干扰素等。
案例三：基因工程疫苗的研发与生产
总结词
基因工程疫苗是利用基因工程技术制备的疫苗，通过将病原体的抗原基因导入微生物或 细胞中，实现病原体的抗原表达，从而激发人体免疫反应，达到预防和治疗疾病的目的。
发酵工程技术
发酵工程技术一、引言发酵工程技术是指利用微生物进行生物化学反应的技术，是现代生物工程领域中的重要分支之一。
随着人们对生命科学认识的不断深入，发酵工程技术在食品、医药、化工等领域的应用也越来越广泛。
本文将从发酵过程、微生物选育、发酵设备和控制等方面详细介绍发酵工程技术。
二、发酵过程发酵过程是指利用微生物进行代谢反应，产生有用产物的过程。
发酵过程一般包括以下几个步骤：1.微生物培养：选取适合的微生物菌株进行培养，使其达到最佳状态。
2.接种：将培养好的微生物菌株加入到合适的基质中。
3.发酵：在适宜的条件下进行反应，如温度、气体含量、pH值等。
4.收获：收集并处理有用产物。
三、微生物选育微生物选育是指通过筛选和改良微生物菌株，获得更优良的特性和功能的过程。
微生物选育可以通过以下几个方面来进行：1.筛选：从自然界中或已有菌株中筛选出具有所需特性的菌株。
2.改良：通过基因工程等手段对微生物进行改良，使其具有更优异的性能。
3.培育：对已筛选或改良好的微生物菌株进行培养和保存，以便后续使用。
四、发酵设备发酵设备是指用于进行发酵反应的设备。
发酵设备一般包括以下几个部分：1.发酵罐：用于容纳微生物和基质，并提供适宜的环境条件，如温度、气体含量、pH值等。
2.搅拌器：用于将微生物和基质充分混合，以加速反应速率。
3.通气系统：用于提供适宜的气体含量和流速，以保证反应过程中氧气充足。
4.控制系统：用于监测和控制反应过程中各项参数，如温度、pH值、搅拌速度等。
五、发酵控制发酵控制是指对发酵过程中各项参数进行监测和控制的过程。
发酵控制可以通过以下几个方面来进行：1.温度控制：保持适宜的温度，以保证微生物菌株处于最佳状态。
2.pH值控制：保持适宜的pH值，以维持反应环境的稳定。
3.气体含量控制：保持适宜的气体含量和流速，以保证反应过程中氧气充足。
4.搅拌速度控制：调节搅拌速度，以加速反应速率。
5.在线监测：通过在线监测各项参数，及时调整反应条件，以提高产物质量和产量。
生物技术制药第七章发酵工程技术ppt课件
第四节 发酵方式
第六节 发酵产物的提取
吸附法、沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法
第七章 发酵工程技术
第一节 概 述
一、发酵工程 的概念
发酵工程又成为微生物工程，是利用微生物制造工业原料与工业产品
并提供服务的技术 微生物发酵工程是一个十分复杂的自催化工程，是生物技术的基础工程，用
于:如基因工程、细胞工程、酶工程都与发酵工程相关
二、发酵工程的发展历程
第一阶段 20C以前时期，利用传统的微生物发酵技术（酿造技术）生产酒、 醋、酱、奶酪等食品
制造原料）等
第三阶段 第二次世界大战爆发至1953年，本阶段是发酵工业的大发 展时期，青霉素实现工业化生产推动了发酵工业的发展；特点是： 纯菌培养、大规模、产品多为抗生素、氨基酸、核酸、甾体等次级 代谢产物
第四阶段 1953年至今，基因工程等高新技术应用阶段；如DNA双螺 旋结构模型的提出、质粒载体的发现及成功应用、分子杂交、克隆 技术等
并置于0-4℃冰箱（库）中
二、种子的制备
种子制备在在摇瓶或小罐内进行，种子要经过两次扩大培养才能进入 发酵罐
三、发酵
注意：通气（一般0.3-1m3/m3）、搅拌（一般搅拌消耗功率12KW/m3）、温度（26-37℃）、罐压（一般0.3-0.5kg/cm3）；发酵 时间因不同品种而异，大多数微生物的发酵周期为2-8d
1675年，荷兰人列文虎克发明了显微镜，并首次观察到了微生物体， 为人类对微生物的深入研究提供了可能
19C中叶，法国葡萄酒的酿造工艺出现问题，巴斯德经研究发现时由 于传统“酿造”技术环境中的杂菌（乳酸杆菌）干扰了酿酒的正常生化反应 过程；指出对酿造原料进行灭菌，可解决问题
第二阶段 1900—1940年，准“纯菌培养”阶段，规模增大，产品主要 有酵母、甘油、乳酸、柠檬酸、丁醇、丙酮（第一次世界大战弹药
生物技术制药课后习题答案
第一章绪论1生物技术是以生命科学为基础，利用生物体（或生物组织、细胞及其组分）的特性和功能，设计构建有预期性状的新物种或新品系，并与工程相结合，进行加工生产，为社会提供商品和服务的一个综合性的技术体系。
2生物技术的主要内容：P1基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程蛋白质工程：运用基因工程全套技术改变蛋白质结构的技术。
染色体工程：探索基因在染色体上的定位，异源基因导入、染色体结构改变。
生化工程：生物反应器及产品的分离、提纯技术。
3生物技术制药采用现代生物技术人为创造条件，借助微生物、植物或动物来生产所需的医药品过程被称为4生物技术药物采用DNA重组技术或其它生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物才能被称为5生物药物生物技术药物与天然生化药物、微生物药物、海洋药物和生物制品一起归类为PPT复习题第二章基因工程制药1、简述基因工程制药的基本程序。
P162、说明基因工程技术用于制药的三个重要意义。
P15第一段第一行3、采用哪两种方法来确定目的cDNA克隆？P18（7目的基因c DN A的分离和鉴定）①核酸探针杂交法用层析法或高分辨率电泳技术(蛋白质双向电泳技术或质谱技术)分离出确定为药物的蛋白质，氨基酸测序，按照密码子对应原则合成出单链寡聚核苷酸，用做探针，与cDNA文库中的每一个克隆杂交。
这个方法的关键是分离目的蛋白，②免疫反应鉴定法（酶联免疫吸附检测）4、说明用大肠杆菌做宿主生产基因工程药物必须克服的6个困难。
①原核基因表达产物多为胞内产物，必须破胞分离，受胞内其它蛋白的干扰，纯化困难；②原核基因表达产物在细胞内多为不溶性(包含体, inclusi on body)，必须经过变性、复性处理以恢复药物蛋白的生物学活性，工艺复杂；③没有翻译后的加工机制，如糖基化，应用上受到限制；④产物的第一个氨基酸必然是甲酰甲硫氨酸，因无加工机制，常造成N-Met冗余，做为药物，容易引起免疫反应；⑤细菌的内毒素不容易清除；⑥细菌的蛋白酶常常把外源基因的表达产物消化；5、用蓝藻做宿主生产基因工程药物有什么优越性？蓝藻：很有前途的药物基因的宿主细胞①有内源质粒，美国Wolk实验室已构建1200种人工质粒，可用做基因载体。