生物技術(shù)的四大支柱發(fā)酵工程WhatareMicroorganisms?Virus(病毒） Non-cellmicrobesBacteria(細(xì)菌） Archaea(遠(yuǎn)古細(xì)菌）Algae(藻類）Fungi(真菌:酵母、霉菌）Protozoa(原生動(dòng)物）Eukaryotes(真核生物）Prokaryotes(原核生物)Microorganismsarefree-livingcellsPlantsandAnimalsarecomposedofmanycells,thesearemulticellular.Microorganismsarefree-livingcells.WhatareProkaryotes?Prokaryotes:Bacteria(細(xì)菌)Archaea(遠(yuǎn)古細(xì)菌)Actinomycetes(放線菌)Mycoplasma(支原體)Rickettsia(立克氏體)Chlamydia(衣原體)Cyanobacteria(籃細(xì)菌)WhatareEukaryoticMicroorganisms?AlgaeFungiSlimemoldsProtozoaProkaryoticandeukatypticcellsVirus:Virus,ViroidsandPrionsIsMicrobiologyUseful?Yes!Asabasicbiologicalscience,themostaccessibleresearchtoolsforprobingthenatureoflifeprocessesAsanappliedbiologicalscience,manylargescaleindustrialprocessesaremicrobiallybased:BIOTECHNOLOGYProductsfromMicroorganismsGeneticallyEngineeredMicroorganismsManyhigh-value-addedpeptidedrugsareproducedbygeneticallyengineeredmicro-organisms:Bloodproteins(Erythropoietin,FactorsVII,VIII,IX)Humanhormones(Epidermalgrowthfactor,Humangrowthhormone,Insulin,Nervegrowthfactor)Immunemodulators(a-Interferon,b-Interferon)Vaccines(HepatitisB,Measles,Rabies)FiveCommonCharacteristicsofMicroorganisms1.Smallvolume,largesurfacearea2.Fastabsorptionandconversion3.Rapidduplicationandgrowth4.Strongadaptability5.WidespreaddistributionanddiversifiedspeciesFiveCommonCharacteristicsofMicroorganisms1.Smallvolume,largesurfacearea.Figureontheleft:Thesizeofavirusincomparisontoabacterialandanimalcell.FiveCommonCharacteristicsofMicroorganisms2.FastabsorptionandconversionForexample:5g/lofbacteria(celldryweight)AzotobactervinelandiiUWDcanconsumed10g/lofglucosetodoubleitsweightto10g/lwithinlessthan5h.Howaboutyou?FiveCommonCharacteristicsofMicroorganisms3.RapidduplicationandgrowthAnEcherischecoli(大腸桿菌））cellcandoubleitselfwithin15minutes,italsomeansitsweightincreasesonefoldwithin15minutes.Howfastcanyougrow??FiveCommonCharacteristicsofMicroorganisms4.Strongadaptability(Adapttoextremenvironment,suchashighsaltconcentration,hightemperature,antibioticresistant)FiveCommonCharacteristicsofMicroorganisms5.WidespreaddistributionanddiversifiedspeciesImportantPersonsinMicrobiologyHistory1684AntonievanLeeuwenhoek(discoveryofbacteria)1857-1864LouisPasteur(lacticacidfermentation,yeastalcoholfermentation,spontaneousgenerationtheory)1881-1884RobertKoch(pureculture,causeoftuberculosis,Koch’’spostulates,causeof(霍亂)cholera）1889MartinusBeijerinck(conceptofavirus)1929AlexanderFleming(discoveryofpenicilin)1953JamesWatson,FrancisCrick(DNAstructure)1983LucMontagnier(discoveryofHIV)MicroorganismsascellsAllcellscontain:proteins,nucleicacids,lipidsandpolysaccharides(forourlab:polyhydroxyalkanoatesorPHA)Thehallmarksofacell:1.Self-feedingornutrition2.Self-replicationorgrowth3.Differentiation4.Chemicalsignaling5.EvolutionAllcellscontainsixmajorelements::C,N,P,S,O,HHowaremicroorganismscultivated?PetriDisksShakeFlasksFermentorLaboratoryCultureofMicroorganismsC:Organic-Definedmedia:glucose,sucrose,acetate,pyruvate,malate,fattyacids,alkanesetal.Complexmedia:yeastextract,beefextract,peptone,manyothercomplexdigests.Inorganic-CO2,HCO3-N:Organic-Aminoacids,nitrogenousbases;Inorganic-NH4Cl,(NH4)2SO4,KNO3,N2.P:KH2PO4,Na2HPO4.S:NaSO4,H2S.K:KCl,K2HPO4Mg:MgCl2,MgSO41.5%AgarPetriDiskCultivationofaPureStrainTheimpactofmicroorganismsonhumanaffairsPilotBiostatUD50發(fā)酵工程發(fā)酵工程是是指利用微微生物的特特定性狀，，通過現(xiàn)代代工程技術(shù)術(shù)，在生物物的反應(yīng)器器中生產(chǎn)有有用物質(zhì)的的一種技術(shù)術(shù)系統(tǒng)。當(dāng)當(dāng)前的醫(yī)用用和農(nóng)用抗抗生素絕大大部分是發(fā)發(fā)酵的產(chǎn)品品，此外發(fā)發(fā)酵工程產(chǎn)產(chǎn)品還包括括氨基酸、、工業(yè)用酶酶等，人們們?nèi)粘Ｉ罨钪袕V泛使使用的味精精、維生素素B2等也是發(fā)酵酵工程的產(chǎn)產(chǎn)品。發(fā)酵工程的的定義發(fā)酵工程（（微生物工工程，發(fā)酵酵技術(shù)），，是指利用用微生物的的特定性狀狀，通過現(xiàn)現(xiàn)代工程技技術(shù)，在生生物的反應(yīng)應(yīng)器中生產(chǎn)產(chǎn)有用物質(zhì)質(zhì)的一種技技術(shù)系統(tǒng)。。發(fā)酵工程是是“研究利利用微生物物的工業(yè)，，即微生物物參與的工工藝過程””。發(fā)酵工程的的歷史發(fā)展展19世紀(jì)末末：厭氧發(fā)發(fā)酵（酒精精、乳酸、、發(fā)酵食品品）1945年年：通氣攪攪拌發(fā)酵罐罐--好氧氧發(fā)酵（青青霉素等抗抗生素）20世紀(jì)50年代：：代謝控制制發(fā)酵（氨氨基酸、核核酸等）20世紀(jì)70年代：：固定化酶酶連續(xù)發(fā)酵酵20世紀(jì)80年代：：現(xiàn)代發(fā)酵酵工程技術(shù)術(shù)（與基因因操作技術(shù)術(shù)相結(jié)合））20世紀(jì)末末：人類基基因組計(jì)劃劃發(fā)酵工程是是生物技術(shù)術(shù)產(chǎn)業(yè)化的的基礎(chǔ)和關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，，是生物物技術(shù)四大大支柱的核核心，無論論傳統(tǒng)發(fā)酵酵產(chǎn)品，如如抗生素、、氨基酸等等，還是現(xiàn)現(xiàn)代基因工工程產(chǎn)品，，如疫苗、、人體蛋白白質(zhì)等，都都需要發(fā)酵酵技術(shù)進(jìn)行行生產(chǎn)。發(fā)酵工程在在現(xiàn)代生物物技術(shù)中的的地位和作用用發(fā)酵工程關(guān)關(guān)鍵技術(shù)生物反應(yīng)器器：機(jī)機(jī)械攪拌式式

氣升升式過程參數(shù)檢檢測(cè)（實(shí)時(shí)時(shí)在線與離離線）：pH，溶氧，溫度度，攪拌菌菌體，，產(chǎn)物，，底物，RQ等發(fā)酵過程控控制：pH，溶氧，溫度度，底物流流加等發(fā)酵設(shè)備及及檢測(cè)控制制系統(tǒng)B|Braun公司發(fā)酵罐：Biostat系列參數(shù)檢測(cè)多級(jí)控制：：人人工DCUMFCSBiostatB2BiostatED10PilotBiostatUD50DCUMFCSFermentorDisplayHistoryPlot國(guó)內(nèi)、外發(fā)發(fā)酵設(shè)備公公司德國(guó)貝朗占中國(guó)80%以上的市場(chǎng)場(chǎng)瑞士比歐美國(guó)NBS韓國(guó)日本華東理工大大學(xué)江蘇理工大大學(xué)現(xiàn)代發(fā)酵工工程規(guī)模低值工業(yè)品品大型化以規(guī)模來取取勝（幾十十?dāng)?shù)百噸））。如味精精、氨基酸酸、有機(jī)酸酸、抗生素素、飼料、、食品工業(yè)業(yè)用產(chǎn)品等等；高價(jià)值轉(zhuǎn)基基因產(chǎn)品小小型化（幾十?dāng)?shù)百百升）?；蚬こ檀蟠竽c桿菌、、酵母菌高高密度培養(yǎng)養(yǎng)；動(dòng)物細(xì)細(xì)胞植物細(xì)細(xì)胞培養(yǎng)；；研究中心智智能化、全全能性?，F(xiàn)代發(fā)酵工工程對(duì)工藝控制制的需要規(guī)模生產(chǎn)GMP規(guī)范對(duì)過程程文檔化的的要求必必要的檢檢測(cè)手段準(zhǔn)準(zhǔn)確的的執(zhí)行成熟熟的工藝控控制策略實(shí)驗(yàn)室研究究完完善的檢測(cè)測(cè)手段全全能性的的過程控制制軟件發(fā)酵過程工工藝的后續(xù)改進(jìn)研研究青霉素（幾幾百倍的提提高）菌種改造要求新新工藝市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要要求成本降降低新的工藝控制策策略以以高密度培培養(yǎng)為例應(yīng)用實(shí)例GLN簡(jiǎn)介菌種改良工藝改造：：

搖瓶瓶BiostatB2BiostatED10BiostatUD505t罐中試發(fā)酵酵GLN發(fā)酵工藝優(yōu)優(yōu)化Gln簡(jiǎn)介介目前國(guó)內(nèi)生生產(chǎn)谷氨酰酰胺的專業(yè)業(yè)廠家只有有3--4家，其生產(chǎn)產(chǎn)能力低，，而且采用用的是化學(xué)學(xué)合成法，，其成本高高，質(zhì)量難難以控制，，不能滿足足市場(chǎng)需求求。谷氨酰胺是是一種功能能性食品添添加劑，可可廣泛用于于保健食品品、運(yùn)動(dòng)飲飲料、醫(yī)藥藥等領(lǐng)域，，在防治消消化器官潰