微生物與發(fā)酵工程經典知識薈萃詳解演示文稿

微生物與發(fā)酵工程經典知識薈萃詳解演示文稿當前1頁，總共149頁。（優(yōu)選）微生物與發(fā)酵工程經典知識薈萃當前2頁，總共149頁。何謂發(fā)酵？

ferver：發(fā)泡、沸騰fermentation微生物的發(fā)酵現(xiàn)象－－請看下面現(xiàn)象/jpkc當前3頁，總共149頁。對發(fā)酵現(xiàn)象的不同理解

－－兩種角度（能量、產物）生物化學家/jpkc側重能量代謝：1、能夠在氧分子參與下進行有氧呼吸產生能量的生物可以進行：有氧呼吸、糖酵解、厭氧呼吸（兼性微生物）（1）有氧呼吸（氧供應充分、有機物氧化徹底、產生大量能量）（2）糖酵解（暫時缺氧、有機物氧化不徹底、產生少量能量）2、無氧呼吸：特指那些不需要氧的微生物所進行的能量代謝。指有機物經徹底或不徹底氧化，所脫下來的電子最后傳給外源的無機氧化物(個別是有機氧化物)并釋放較少能量。

根據最終電子受體不同，無氧呼吸分為：硝酸鹽呼吸、硫酸鹽呼吸、硫呼吸、碳酸鹽呼吸及延胡索酸呼吸等。當前4頁，總共149頁。對發(fā)酵現(xiàn)象的不同理解

－－兩種角度（能量、產物）發(fā)酵是指有機化合物進行無氧代謝釋放能量的過程厭氧發(fā)酵是厭氧菌借助氧化-還原反應釋放能量的過程

發(fā)酵是酵母無氧呼吸產生能量的過程需氧發(fā)酵是好氧生物在受到分子態(tài)氧短缺限制時的不完全氧化釋放能量的過程生物化學家/jpkc生物化學家看待微生物發(fā)酵過程：當前5頁，總共149頁。工業(yè)微生物學家利用生物細胞（包括動、植物細胞）培養(yǎng)來生產產物的所有過程？（需氧過程、細胞工程）發(fā)酵是利用微生物培養(yǎng)來生產產物的無氧或需氧的任何過程/jpkc側重產品的生產：當前6頁，總共149頁。發(fā)酵現(xiàn)象的本質顯微鏡觀察：微生物著名的巴斯德實驗：微生物作用著名的畢希納實驗：酵素（酶）的作用/jpkc當前7頁，總共149頁。2.發(fā)酵工程概念？

－－微生物細胞加工技術過程優(yōu)化與放大

傳統(tǒng)發(fā)酵工程：利用微生物的生長和代謝活動來大量生產人們所需產品的過程理論與工程技術體系。該技術體系主要包括菌種選育與保藏、菌種擴大生產、代謝產物的生物合成與分離純化制備等技術集成。/jpkc當前8頁，總共149頁。

現(xiàn)代發(fā)酵工程：是將DNA重組及細胞融合技術、酶工程技術、組學及代謝網絡調控技術、過程工程優(yōu)化與放大技術等新技術與傳統(tǒng)發(fā)酵工程融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術水平，拓展傳統(tǒng)發(fā)酵應用領域和產品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物技術體系（新一代工業(yè)生物技術）。強調現(xiàn)代生物技術、控制技術和裝備技術在傳統(tǒng)與現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)領域的集成應用。/jpkc當前9頁，總共149頁。傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)：釀造及食品業(yè)、抗生素、氨基酸、核苷酸、有機酸、飼料添加劑、微生態(tài)制劑、生物農藥、生物肥料等現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)：基因工程藥物、細胞工程藥物、疫苗；替代石油工業(yè)的大宗量的生物基化學品等，以及傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)升級。當前10頁，總共149頁。

傳統(tǒng)大型發(fā)酵工業(yè)的中央控制

現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的中央控制

當前11頁，總共149頁。3.發(fā)酵工程在生物技術中的地位

生物技術：應用自然科學和工程學的原理，依靠生物及其細胞的催化作用，將物料進行加工以提供產品或為社會服務的技術。發(fā)酵工程是生物技術的應用基礎，是生物技術產業(yè)的核心。/jpkc當前12頁，總共149頁。

分離和純化產品。包括固液分離技術、細胞破壁技術、產物純化技術，以及產品檢驗和包裝技術等下游技術發(fā)酵過程控制，主要包括發(fā)酵條件的調控，無菌環(huán)境的控制，過程分析和控制等

中游技術廣義發(fā)酵工程對生物學和工程學的要求

優(yōu)良種株的選育和保藏（包括菌種篩選、改造，菌種代謝路徑改造等），上游技術上中下游相互關聯(lián)！當前13頁，總共149頁。生物技術體系生化工程酶工程細胞工程發(fā)酵工程產物

產品

產品基因工程

產品強調過程優(yōu)化與控制/jpkc當前14頁，總共149頁。（一）發(fā)酵工程發(fā)展簡史1900以前自然發(fā)酵階段1900—1940純培養(yǎng)技術的建立1940—1950通氣攪拌純培養(yǎng)發(fā)酵技術的建立1950—1960誘變技術與代謝控制發(fā)酵技術的建立1960—1970開拓發(fā)酵原料時期（石油發(fā)酵時期）1970年以后進入基因工程菌發(fā)酵時期，以及細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術的全面發(fā)展。

近年來，以現(xiàn)代生物技術和過程工程技術為基礎的現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)突飛猛進。/jpkc當前15頁，總共149頁。自然發(fā)酵階段主要是釀造工業(yè)主要產品：酒、酒精、醋、啤酒、干酪、酸乳等17世紀，能在容量為1500桶（一桶約136升）的木質大桶中進行第一次真正的大規(guī)模釀造1757年應用溫度計；1801使用原始熱交換器

主要特點：嫌氣發(fā)酵，非純種培養(yǎng)，產品質量不穩(wěn)定/jpkc當前16頁，總共149頁。純培養(yǎng)技術的建立Koch首先發(fā)明固體培養(yǎng)基，建立細菌的純粹培養(yǎng)Petri創(chuàng)造一種培養(yǎng)皿(petridish)用于微生物平板分離Winograsky和Beijerink發(fā)明富集培養(yǎng)法，分離特定的微生物主要產品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等/jpkc當前17頁，總共149頁。

μ

ABS0基質濃度對A、B兩種菌的比生長速率（μ）的影響

當S<S0時，富集什么菌株？當S>S0時，富集什么菌株？/jpkcS當前18頁，總共149頁。第一次世界大戰(zhàn)，Weizmann發(fā)明了丙酮丁醇發(fā)酵，建立了真正的無雜菌發(fā)酵。在面包酵母的生產中首先采用了分批補料培養(yǎng)技術主要特點：純培養(yǎng)為主、嫌氧發(fā)酵，產品產量質量控制水平大大提高/jpkc純培養(yǎng)技術的建立當前19頁，總共149頁。通氣攪拌發(fā)酵技術的建立標志：純種培養(yǎng)深層發(fā)酵生產青霉素主要技術進展：通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)的供氧問題。無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設計解決了耗氧發(fā)酵中的雜菌污染問題。/jpkc當前20頁，總共149頁。主要特點：耗氧發(fā)酵實現(xiàn)規(guī)?；兣囵B(yǎng)發(fā)酵，一系列過程工程技術創(chuàng)新意義：推動抗生素工業(yè)乃至整個發(fā)酵工業(yè)快速發(fā)展建立了完整的好氧發(fā)酵放大技術及裝備奠定了現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的理論和實踐基礎/jpkc通氣攪拌發(fā)酵技術的建立當前21頁，總共149頁。代謝控制發(fā)酵技術的建立基于代謝途徑及其調控實現(xiàn)微生物菌種選育和控制發(fā)酵。代謝控制發(fā)酵技術：應用生物化學的代謝知識和遺傳學理論，選育微生物突變株，從而調控微生物代謝，大量積累目標發(fā)酵產物。主要應用：氨基酸及核苷酸等基于初生代謝產物的發(fā)酵生產，以及有機酸、抗生素等

/jpkc當前22頁，總共149頁。開拓新的發(fā)酵原料時期目的：以烴類為碳源生產微生物細胞作為飼料蛋白質的來源技術進步：發(fā)展了高壓噴射式、強制循環(huán)式等多種發(fā)酵罐及其發(fā)酵技術計算機和自動控制技術的運用：滅菌和發(fā)酵過程自動控制，促進發(fā)酵工業(yè)朝連續(xù)化、自動化方向發(fā)展

/jpkc當前23頁，總共149頁。特點：解決發(fā)酵原料及人畜爭糧問題；規(guī)模和自動化程度顯著提高，能耗過大。/jpkc開拓新的發(fā)酵原料時期當前24頁，總共149頁?；蚬こ屉A段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段）主要標志基因工程產品生產以及基因工程技術應用世界上已批準上市的基因工程藥物有幾十種，如：胰島素、人生長激素等。/jpkc當前25頁，總共149頁。主要特點基因工程技術、細胞工程技術、酶工程技術以及發(fā)酵過程優(yōu)化及放大技術的全面進步高產微生物代謝產物及非微生物代謝產物的基因工程菌構建及產品的發(fā)酵生產主導碳氧經濟發(fā)展，碳氫經濟的替代及生物煉制技術的興起/jpkc基因工程階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段）當前26頁，總共149頁。

人胰島素

人生長激素(GH)

表皮生長因子(EGF)

腫瘤壞死因子

白細胞介素-2(IL-2)

尿激酶原

豬生長激素(PGH)

牛生長激素(BGH)纖維素酶

,-干擾素

乙型肝炎疫苗

集落刺激因子(CSF)

促紅細胞生成素(EPO)

抗血友病因子

組織溶纖原激活劑(t-PA)部分利用基因工程技術研制的產品/jpkc當前27頁，總共149頁。發(fā)酵工程的主要前沿進展原料拓展：可再生資源的加工和綜合利用（如纖維素原料）過程優(yōu)化技術多尺度生物反應器優(yōu)化控制技術生物煉制/jpkc當前28頁，總共149頁。高產量：微生物生理、遺傳、營養(yǎng)及環(huán)境因素高轉化率：微生物代謝途徑和過程條件高效率：微生物反應動力學和系統(tǒng)優(yōu)化以高產量、高轉化率和高效率及低

成本為目標的發(fā)酵過程優(yōu)化技術

低成本：技術綜合及產業(yè)化技術集成/jpkc環(huán)境友好：開發(fā)清潔生產技術當前29頁，總共149頁。發(fā)酵過程優(yōu)化技術條件確定過程優(yōu)化初始條件過程分析過程強化1基于組學技術的高通量菌種改造和篩選2基于組學和生物信息學代謝途徑分析優(yōu)化菌種改造3基于實時代謝流分析、代謝途徑模型與自動控制技術的發(fā)酵過程優(yōu)化控制發(fā)酵工藝優(yōu)化4基于發(fā)酵液及產品特性的高收率、低成本、高質量和環(huán)境友好的提取精制技術集成發(fā)酵產物分離純化5基于源頭防治與過程監(jiān)控的資源節(jié)約與廢物資源化清潔生產技術集成綜合治理技術優(yōu)化當前30頁，總共149頁。發(fā)酵工程的基本過程

1、菌種的選育要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產量和質量等方面符合人們要求的產品，最重要的是要有優(yōu)良的菌種。怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？如果生產的是微生物直接合成的產物可以從自然界中先分離出相應的菌種，再用物理或化學的方法使菌種產生突變，從突變個體中篩選出符合生產要求的優(yōu)良菌種。如果生產的是一般微生物不能合成的產品

可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構建工程細胞或工程菌，從而達到生產相應產品的目的

當前31頁，總共149頁。培養(yǎng)基的配制原則

（1）目的要明確。（2）培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調（3）pH要適宜。2、培養(yǎng)基的配制當前32頁，總共149頁。成分酸堿度豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸二氫鉀、氧化鉀、硫酸鎂、生物素PH為7—8谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基（液體、天然）2、培養(yǎng)基的配制當前33頁，總共149頁。密閉式發(fā)酵罐當前34頁，總共149頁。發(fā)酵罐當前35頁，總共149頁。3、滅菌競爭關系例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解掉。當前36頁，總共149頁。3、滅菌用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢和孢子。

怎樣才算滅菌徹底呢？將培養(yǎng)液投放到發(fā)酵罐中，98kPa的蒸汽進行滅菌當前37頁，總共149頁。4、擴大培養(yǎng)和接種擴大培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)有何區(qū)別？當前38頁，總共149頁。5、發(fā)酵過程（中心階段）下圖表示發(fā)酵罐中各種因素對谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵產生谷氨酸的影響，其中不正確的是當前39頁，總共149頁。5、發(fā)酵過程（中心階段）控制因素作用機理控制方法溫度①影響酶的活性②影響生物合成途徑③影響培養(yǎng)基的理化性質以及菌種對營養(yǎng)物質的分解吸收④影響微生物生長通過控制產熱與散熱的平衡來控制培養(yǎng)基的溫度當前40頁，總共149頁?？刂埔蛩刈饔脵C理控制方法

pH①影響酶的活性②影響細胞膜的帶電情況，導致細胞膜通透性改變從而影響對營養(yǎng)物質的吸收和產物的排出③影響培養(yǎng)基營養(yǎng)物質的分解加入緩沖溶液，補加氨水、尿素、CaCO3、NH4HCO3等來控制pH當前41頁，總共149頁?？刂埔蛩刈饔脵C理控制方法溶解氧①促進需氧型微生物的呼吸②抑制厭氧型微生物代謝通過無菌空氣的通氣量和攪拌速度來控制當前42頁，總共149頁?？刂埔蛩刈饔脵C理控制方法泡沫①占據發(fā)酵罐的空間②影響通氣、攪拌③導致代謝異常安裝消泡沫擋板或用消泡沫劑營養(yǎng)濃度直接影響菌體的生長、影響代謝產物的積累、影響代謝途徑根據具體情況及時控制當前43頁，總共149頁。6、分離提純溫度30-37?C，pH7-8，經過28-32h，培養(yǎng)液中就會產生大量的谷氨酸——50-100g/L提取出谷氨酸用適量的Na2CO3溶液中和過濾濃縮離心→味精當前44頁，總共149頁。6、分離、提純菌體本身，如酵母菌和細菌等采用過濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來代謝產物采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進行提取。當前45頁，總共149頁。當前46頁，總共149頁。（一）發(fā)酵工業(yè)的特點

發(fā)酵過程一般是在常溫常壓下進行的生化反應，反應安全，要求條件較簡單。可用較廉價原料生產較高價值產品。反應專一性強。能夠專一性地和高度選擇性地對某些較為復雜的化合物進行特定部位的生物轉化修飾。

/jpkc當前47頁，總共149頁。發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關重要。菌種是關鍵。發(fā)酵生產不受地理、氣候、季節(jié)等自然條件限制。（一）發(fā)酵工業(yè)的特點/jpkc當前48頁，總共149頁。（二）發(fā)酵工業(yè)的范圍

微生物菌體酶制劑代謝產物生物轉化微生物特殊機能的利用

利用微生物消除環(huán)境污染

利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡微生物濕法冶金利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領域/jpkc當前49頁，總共149頁。微生物菌體傳統(tǒng)菌體發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代菌體發(fā)酵工業(yè)酵母發(fā)酵菌體蛋白（單細胞蛋白）發(fā)酵殺蟲劑：蘇云金桿菌，蠟樣芽孢桿菌，側孢芽孢桿菌；白僵菌、綠僵菌

疫苗/jpkc當前50頁，總共149頁。新的菌體發(fā)酵產品:藥用功能菌體茯苓菌→茯苓擔子真菌→靈芝、香菇類蟲草頭孢菌密環(huán)菌微生物菌體/jpkc當前51頁，總共149頁。面包酵母

藻類當前52頁，總共149頁。芽孢桿菌和伴孢晶體

/jpkc當前53頁，總共149頁。蟲草頭孢菌發(fā)酵生產蟲草

/jpkc當前54頁，總共149頁。酶制劑廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、食品和輕工業(yè)、石油化工酶試劑盒：醫(yī)用診斷試劑盒、工業(yè)分析試劑盒等藥用酶制劑：膽固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶等食品工業(yè)用酶制劑：果膠酶，淀粉酶等基因重組技術用酶制劑：核酸酶（nuclease），包括DNA、RNA的內切酶、外切酶，DNA限制性內切酶、DNA連接酶等。飼料酶制劑：木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶等

/jpkc當前55頁，總共149頁。/jpkc當前56頁，總共149頁。當前57頁，總共149頁。從初生代謝到次生代謝當前58頁，總共149頁。微生物轉化

/jpkc在用維生素C一步和二步發(fā)酵法生產中,起主要氧化作用的葡糖酸桿菌對作用底物(D-山梨醇或L-山梨糖)的分子結構進行特異性改變。當前59頁，總共149頁。當前60頁，總共149頁。（一）工業(yè)發(fā)酵的類型固體發(fā)酵

厭氧發(fā)酵需氧發(fā)酵兼性厭氧發(fā)酵

液體發(fā)酵（包括液體深層發(fā)酵）按培養(yǎng)基的物理性狀淺盤固體發(fā)酵深層固體發(fā)酵（機械通風制曲）

按微生物對氧的不同需求/jpkc當前61頁，總共149頁。按發(fā)酵工藝流程分批發(fā)酵補料分批發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵單級恒化器連續(xù)發(fā)酵多級恒化器連續(xù)發(fā)酵帶有細胞再循環(huán)的單級恒化器連續(xù)發(fā)酵（一）工業(yè)發(fā)酵的類型/jpkc按菌的種類單菌種發(fā)酵多菌種混合發(fā)酵（混合菌發(fā)酵）當前62頁，總共149頁。新發(fā)展的微生物培養(yǎng)方法載體培養(yǎng)兩步法液體深層培養(yǎng)/jpkc當前63頁，總共149頁。（二）發(fā)酵工業(yè)的基本生產過程1.用作種子擴大培養(yǎng)及發(fā)酵生產的各種培養(yǎng)基的配制；2.培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設備的消毒滅菌；3.

擴大培養(yǎng)出有活性的適量純種，以一定比例接種入發(fā)酵罐中；/jpkc當前64頁，總共149頁。4.控制最適發(fā)酵條件使微生物生長并形成大量的代謝產物；5.將產物提取并精制，以得到合格的產品；6.

回收或處理發(fā)酵過程中所產生的三廢物質。/jpkc（二）發(fā)酵工業(yè)的基本生產過程當前65頁，總共149頁。（二）發(fā)酵工業(yè)的典型過程－－深層發(fā)酵過程/jpkc當前66頁，總共149頁。/jpkc當前67頁，總共149頁。發(fā)酵工業(yè)發(fā)展趨向及應用前景基因工程的發(fā)展為發(fā)酵工程帶來新的活力。

采用發(fā)酵技術進行高等動植物細胞培養(yǎng)，具有誘人前景。不斷開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，計算機自動控制將成為發(fā)酵生產控制的主要手段。/jpkc當前68頁，總共149頁。強調代謝機理與調控研究，使微生物的機能得到進一步開發(fā)。生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起：清潔生產。再生資源的利用?；旌暇l(fā)酵強調微生物群落與功能研究，提高發(fā)酵效率。

/jpkc發(fā)酵工業(yè)發(fā)展趨向及應用前景當前69頁，總共149頁。武漢市武漢市中東化工公司污染狀況一墻之隔的鐵四局宿舍飽受廢氣困擾鐵四局宿舍里銹斷的鐵護欄

陽邏汽渡職工戴口罩上班

當前70頁，總共149頁。清潔生產按照聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）的定義：“清潔生產是一種新的創(chuàng)造性的思想，該思想將整體預防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應用于生產過程、產品和服務中，以增加生態(tài)效益和減少人類及環(huán)境的風險。對生產過程，要求節(jié)約原材料和能源，淘汰有毒原材料，減降所有廢棄物的數(shù)量和毒性；對產品，要求減少從原材料提煉到產品最終處置的全生命周期的不利影響；對服務，要求將環(huán)境因素納入設計和所提供的服務中?！?jpkc當前71頁，總共149頁?；旌暇l(fā)酵的應用傳統(tǒng)釀造和食品發(fā)酵工業(yè)：白酒，醬油、醋、豆豉有機廢棄物（工業(yè)、城市和農業(yè)）的發(fā)酵處理與轉化：生物能源：生物制氫、生物制沼氣生物飼料生物肥料/jpkc當前72頁，總共149頁。發(fā)酵工程是連接生物科學、生物技術和生物工程的橋梁，生物科學與技術成果的推廣應用離不開發(fā)酵工程！當前73頁，總共149頁。過量運動后肌肉會有酸痛感，就是因為肌體在缺氧狀態(tài)下進行糖酵解產生了乳酸等當前74頁，總共149頁。高等生物（動物、植物和好氣性微生物）長期進行糖酵解（發(fā)酵）危害很大：由于能量不足加速了底物的利用導致能量物質枯竭產生大量有毒的底物不完全氧化的中間體：酒精、乳酸等甚至導致局部細胞壞死或整體死亡人類腦缺氧非常危險、長期劇烈運動有損健康、提倡有氧運動當前75頁，總共149頁。微生物發(fā)酵制藥當前76頁，總共149頁。第一節(jié)概述當前77頁，總共149頁。利用微生物技術，通過高度工程化的新型綜合技術，以利用微生物反應過程為基礎，依賴于微生物機體在反應器內的生長繁殖及代謝過程來合成一定產物，通過分離純化進行提取精制，并最終制劑成型來實現(xiàn)藥物產品的生產。微生物發(fā)酵制藥的定義當前78頁，總共149頁。1、微生物菌體的發(fā)酵SCP、藥用真菌（冬蟲夏草、茯苓等）生物防治制劑（如蘇云金桿菌）活性乳制劑細胞的生長與產物的積累成平行關系，生長速率最大的時期也是產物合成最高階段微生物發(fā)酵類型當前79頁，總共149頁。2、微生物酶發(fā)酵各種酶制劑糖化酶、α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等天冬酰胺酶：抗癌納豆激酶、鏈激酶：治療血栓青霉素?；福呵嗝顾厣a需要誘導或遭受阻遏、抑制等調控作用，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需注意。當前80頁，總共149頁。3、微生物代謝產物發(fā)酵初級代謝產物：與菌體生長相伴隨的產物、對菌體生長、分化和繁殖是必須的氨基酸、核苷酸、維生素、糖類等菌體對其合成反饋控制嚴密，一般不過量積累次級代謝產物：與菌體生長不相伴隨，以初級代謝的中間產物為原料而合成抗生素、生物堿、毒素、色素、胞外多糖等結構常較復雜對環(huán)境條件敏感當前81頁，總共149頁。4、微生物轉化發(fā)酵利用微生物細胞的一種或幾種酶，對外源化合物的特定部位進行加工，如加入羥基、還原雙鍵、脫氧或切斷支鏈等。反應最顯著的特點是特異性強，包括反應特異性、結構位置特異性、立體特異性。如：甾體轉化：環(huán)戊烷多氫菲核的化合物當前82頁，總共149頁?？傻乃桑–ortisone）當前83頁，總共149頁。藥用發(fā)酵產品分類生物來源作用對象作用機制化學結構細菌真菌放線菌抗菌藥抗腫瘤藥抗病毒藥除草劑酶抑制劑免疫調節(jié)劑抑制細胞壁合成藥影響細胞膜功能藥干擾蛋白質合成藥抑制核酸合成藥抑制生物能量反應藥抗生素維生素氨基酸核苷酸甾體激素酶及酶抑制劑當前84頁，總共149頁。發(fā)酵工程制藥的特點微生物菌種選育獲得高產發(fā)酵的理論產量存在約10%的變量發(fā)酵過程常溫常壓，操作條件溫和純種培養(yǎng)、無菌條件生產過程是以生物體的自動調節(jié)方式進行的分子水平生產，定向發(fā)酵、突變、雜交等手段投資少、見效快當前85頁，總共149頁。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。紅細胞生成素

(治療貧血)

生長激素

(促進生長)胰島素

(治療糖尿病)

干擾素

(抗病毒、抗腫瘤)

當前86頁，總共149頁。第二節(jié)發(fā)酵制藥中的微生物當前87頁，總共149頁。常見的制藥用微生物細菌放線菌真菌當前88頁，總共149頁。細菌之大腸桿菌屬(Escherichiacoli)生產天冬氨酸、蘇氨酸、纈氨酸等氨基酸類藥物基因工程的載體當前89頁，總共149頁。細菌之短桿菌屬(Brevibacterium)維生素B12、氨基酸、核苷酸類藥物生產中常用的菌種，也是酶法合成生產輔酶A的菌種。當前90頁，總共149頁。細菌之棒狀桿菌屬(Corynebacterium)生產氨基酸、核苷酸類藥物，用于甾體轉化是谷氨酸和其他氨基酸的高產菌，如北京棒桿菌AS1.299鈍齒棒桿菌AS1.542當前91頁，總共149頁。細菌之芽孢桿菌屬(Bacillus)生產氨基酸、核苷酸、抗生素類、維生素B12、用于甾體轉化等。當前92頁，總共149頁。細菌之假單胞菌屬(Pseudomonas)生產維生素B12、氨基酸、核苷酸類；進行類固醇（甾體）轉化；有些菌株可利用烴類生產單細胞蛋白。當前93頁，總共149頁。細菌之乳酸桿菌屬(Lactobacillus)生產抗癌類藥物當前94頁，總共149頁。放線菌抗生素12000余種，60%左右來自放線菌，經濟價值大。當前95頁，總共149頁。放線菌之鏈霉菌屬(Streptomyces)灰色鏈霉菌(Streptomycesgriseus)

產鏈霉素金霉素鏈霉菌(Streptomycesaureofaciens)產金霉素紅霉素鏈霉菌(Streptomyceserythreus)

產紅霉素龜裂鏈霉菌(Streptomycesrimosus)產土霉素當前96頁，總共149頁。放線菌之諾卡氏菌屬(Norcadia)生產利福霉素、蚊霉素等當前97頁，總共149頁。放線菌之小單胞菌屬(Micromonospora)多種可產抗生素，如棘孢小單胞菌(M.echinospora)產慶大霉素。當前98頁，總共149頁。放線菌之游動放線菌屬（Actinoplanes）典型代表：濟南游動放線菌(Actinoplanestsinanesisn)產創(chuàng)新霉素(creatmycin；1964)當前99頁，總共149頁。真菌之根霉屬(Rhizopus)生產甾體激素、延胡索酸及酶制劑等。當前100頁，總共149頁。真菌之曲霉屬(Aspergillus)生產枸櫞酸、葡萄糖酸、有機酸類、抗生素，進行甾體轉化。當前101頁，總共149頁。真菌之青霉屬(Penicillum)產黃青霉(Penicillumchrysogenum)

生產青霉素，也可用來生產葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、檸檬酸和抗壞血酸當前102頁，總共149頁。真菌之頭孢霉菌屬(Cephalosporium)產黃頭孢霉(Cephalosporiumchrysogen)、頂孢頭孢霉菌(Cephalosporiumacremonium)

都生產頭孢菌素C當前103頁，總共149頁。真菌之酵母菌屬(Saccharomyces)啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)：生產啤酒、酒精、藥用酵母等；核酸、麥角固醇、細胞色素C、凝血質和輔酶A等。紅酵母(Rhodotorula)：β-胡蘿卜素棉病針孢酵母(Nematsporagossypii)：核黃素當前104頁，總共149頁。真菌之其它牛肝菌屬：含有人體必需的8種氨基酸，還含有腺膘呤、膽堿和腐胺等生物堿。靈芝屬：靈芝多糖、靈芝多肽、三萜類、16種氨基酸(其中含有七種人體必需氨基酸)、蛋白質、甾類、甘露醇、香豆精苷、生物堿、有機酸（主含延胡索酸），以及微量元素Ge、P、Fe、Ca、Mn、Zn等。當前105頁，總共149頁。發(fā)酵菌種的選育要求生產力：能在廉價的培養(yǎng)基上迅速生長，所需的代謝產物的產量高，其它類似代謝產物少操作性：培養(yǎng)條件簡單，發(fā)酵易控制，產品易分離穩(wěn)定性：抗噬菌體能力強，菌種純粹，遺傳性狀穩(wěn)定、不易變異退化安全性：非病源菌，不產有害生物活性物質或毒素當前106頁，總共149頁。發(fā)酵菌種的選育方法從自然界中獲得新菌種誘變育種雜交育種原生質體融合基因工程當前107頁，總共149頁。從自然界中獲得新菌種土壤、空氣、動植物等，嚴重污染的水域，極端環(huán)境等基本程序：采樣預處理富集培養(yǎng)篩選鑒定野生型菌株當前108頁，總共149頁。誘變育種物理或化學方法誘發(fā)突變物理誘變劑：紫外線、X-射線、γ-射線等化學誘變劑：氮芥、亞硝酸、5-氟尿嘧啶等當前109頁，總共149頁。雜交育種：借助有性重組，使不同菌株的遺傳物質得以交換

原生質體融合育種：借助原生質融合技術實現(xiàn)遺傳物質的交換

基因工程育種：DNA體外重組技術定向育種，技術含量高，應用面廣當前110頁，總共149頁。菌種保藏(Cultureconservation)目的：保證菌種經過較長時間后仍保持生活能力，防止被雜菌污染，形態(tài)特征和生理形狀盡可能不發(fā)生變異。當前111頁，總共149頁。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。當前112頁，總共149頁。菌種保藏的常用方法斜面低溫保藏法石蠟油封存法砂土管保藏法麩皮保藏法甘油懸液保藏法冷凍真空干燥保藏法液氮超低溫保藏法宿主保藏法當前113頁，總共149頁。方法名稱主要特點適用范圍保藏期斜面低溫保藏法傳代培養(yǎng)，4℃保藏各種微生物的短期保藏。1-6個月石蠟油封存法石蠟油隔絕空氣，室溫或4℃保藏各種微生物的中短期保藏，不適用某些能分解烴類的菌種。1-2年砂土管保藏法沙土管作載體，干燥器中抽真空，室溫或4℃保藏產孢子微生物和芽孢細菌的長期保藏，不適用對干燥敏感的微生物1-10年麩皮保藏法麩皮作載體，干燥，4℃保藏產孢子霉菌和某些放線菌，工廠多采用此法1年甘油懸液保藏法懸浮于10-15%甘油中，需低溫冰箱基因工程菌1年/10年冷凍真空干燥保藏法用保護劑制備懸液，快速凍結，減壓抽真空，需凍干機各類微生物5-15年液氮超低溫保藏法保護劑，超低溫（-196℃），需超低溫液氮設備各類微生物15年以上宿主保藏法與培養(yǎng)基混合直接低溫保存專性活細胞寄生微生物（如病毒）當前114頁，總共149頁。菌種保藏機構ＡＴＣＣＣＣＣＣＭＮＣＴＣ當前115頁，總共149頁。第三節(jié)發(fā)酵設備及消毒滅菌當前116頁，總共149頁。發(fā)酵的一般流程種子擴大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制空氣除菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產下游處理發(fā)酵設備當前117頁，總共149頁。發(fā)酵設備——發(fā)酵罐發(fā)酵罐的特點軸封嚴密，泄漏少能承受一定壓力、溫度攪拌通風裝置保證氣液充分混合具有足夠的冷卻面積死角少，滅菌徹底適宜的徑高比（高與直徑的比值為2.5—4）當前118頁，總共149頁。發(fā)酵罐的類型攪拌釜反應器鼓泡式反應器氣升式反應器當前119頁，總共149頁。當前120頁，總共149頁。發(fā)酵輔助設備無菌空氣系統(tǒng)無菌空氣的要求滅菌系統(tǒng)、管道、閥門當前121頁，總共149頁。培養(yǎng)基及其滅菌培養(yǎng)基（medium）培養(yǎng)基的成分碳源、氮源、無機鹽、前體物、促進劑、抑制劑當前122頁，總共149頁。培養(yǎng)基的類型按組成按狀態(tài)按用途當前123頁，總共149頁。培養(yǎng)基滅菌空罐滅菌實罐滅菌連續(xù)滅菌當前124頁，總共149頁。第四節(jié)發(fā)酵工程制藥的

過程與控制當前125頁，總共149頁。種子的擴大培養(yǎng)當前126頁，總共149頁。微生物發(fā)酵方式分批發(fā)酵補料分批發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵當前127頁，總共149頁。當前128頁，總共149頁。發(fā)酵過程中的中間分析項目產物產量pH糖氨基氮菌絲形態(tài)當前129頁，總共149頁。發(fā)酵過程的影響因素及控制菌體濃度營養(yǎng)物質溫度pH溶氧泡沫染菌發(fā)酵終點的判斷當前130頁，總共149頁。菌體濃度在適合的生長速率下，發(fā)酵產物的產率與菌體濃度成正比關系。特別是初級代謝產物。菌體濃度過低，產物產率下降。菌體濃度過高，產生其他影響。措施：調節(jié)培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質的濃度。當前131頁，總共149頁。營養(yǎng)物質碳源氮源磷酸鹽：生長亞適量濃度補料：半饑餓狀態(tài)當前132頁，總共149頁。溫度考慮菌種及生長階段綜合考慮其他培養(yǎng)條件考慮菌種生長情況發(fā)酵熱當前133頁，總共149頁。發(fā)酵終點的判斷提高產物的產量和經濟效益降低生產成本主要指標與中間分析項目雷同當前134頁，總共149頁。食用藥用菌的深層發(fā)酵

當前135頁，總共149頁。食用菌發(fā)酵生產是一門新興的技術，是借鑒現(xiàn)代抗生素液體發(fā)酵工藝生產的菌絲體或兼用發(fā)酵液，在很大程度上解決了食用菌野生資源不足和人工栽培難以形成子實體的問題；目前我國已建立起一些以發(fā)酵生產藥用真菌的專業(yè)化藥廠。

當前136頁，總共149頁。第一節(jié)食用菌固體發(fā)酵固體發(fā)酵是中國特有的藥用菌生產工藝，早在1500年前中國已經采用固體發(fā)酵工業(yè)制成著名中藥神曲，以健胃消食等功效沿用至今。