生物工艺学概论2节

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1、生物工艺学Biotechnology主讲：徐伟E-mail:xuwei@lcu.edu.cn1生物技术(又称生物工艺学)是21世纪高技术革命的核心内容。生物技术对解决当今人类面临的人口与健康、资源与环境、能源与可持续发展等问题具有重要而深远的战略意义。生物工业是生物技术领域中的重要分支之一，是以在受控条件下利用生命过程本身作为产品的生产和加工的手段，由此产生种类数以千万计的产品，形成新的现代工业。通过本课程的学习使学生能够深入了解生物产品生产过程的工艺原理，进一步深化和提高所学基本知识，从而使学生具有选育新菌种，探求新工艺、新设备和从事生物产品研发的能力

2、。并能够应用基本理论知识去分析和解决生产过程中的具体问题。2第一章绪论1生物技术的定义和特点2国内外生物技术产业的发展现状3生物工艺发展简史4生物技术的应用31.1生物技术（biotechnology）的概念生物技术这个名词首先是由匈牙利农业经济学家KarlEreky于1919年提出的，其含义为：凡以生物机体（livingorganisms)为原料，无论其用何种生产方法进行产品生产的技术。1生物技术的定义和特点4生物技术：它是应用自然科学及工程学原理，依靠生物作用剂(biologicalagents)的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的一门综合性科

3、学技术。(IECDO,1982)生物作用剂：酶、整体细胞或多细胞，一般称为生物催化剂。Biotechnology：theuseofmicroorganismsorbiologicalsubstancestoperformspecificindustrialormanufacturingprocesses.51.2生物技术的主要内容Ⅰ基因工程(DNA重组技术，geneengineering)分离目的基因体外切割、拼接、重组构建载体导入宿主(细胞或个体)特点：分子水平操作，细胞水平表达。获得基因表达产物改变遗传品性6Ⅱ细胞工程(cellengineering

4、)体外培养体外繁殖改变生物学特性改良品种创造品种加速繁育个体获得所需产物技术过程细胞技术手段：体外培养、细胞融合(细胞杂交)、细胞器移植7Ⅲ酶工程(enzymeengineering)酶细胞器细胞修饰酶催化功能+生物反应器产品技术过程技术手段：酶的固定化、细胞的固定化、酶修饰、酶反应器设计8Ⅳ发酵工程(fermentationengineering)反应器工程参数+有用菌株特定酶代谢产物转化产物(下游加工)或细胞工程菌培养基9Ⅴ蛋白质工程(proteinengineering)基因工程特定基因特定蛋白拼接改造修饰105种生物技术的关系基因工程蛋白质或酶蛋

5、白质工程/酶工程微生物工程菌发酵工程动植物个体或细胞细胞工程优良动植物品系产品111.2生物技术的特点多学科性、多技术的结合。反应中需有生物催化剂（biocatalyst）。应用大量高、精、尖设备。建立工业生产过程或进行社会服务，这一过程可称为生物反应过程（bioprocess）。生物学化学工程学生物化学生物工程生物技术化学工程121.2.1生物催化剂的特性生物催化剂细胞（微生物、动植物）游离固定化活细胞（增殖细胞）灭活细胞（休止细胞）酶游离固定化13生物催化剂特点优点：常温、常压下反应反应速率大催化作用专一价格低廉缺点：稳定性差控制条件严格易变异（细胞

6、）141.2.2生物反应过程及特点15常温条件下进行，操作条件温和。原料不含有毒物质。可在单一设备中进行，一种设备多种用途。容易进行复杂的高分子化合物的生产。能够高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的反应，如氧化、还原、官能团的导入等。生产产品的生物体本身也是产物。生产过程中需注意防止杂菌污染。通过改良生物体生产性能，利用原有的生产设备使生产能力大幅度提高。162国内外生物技术产业的发展现状2.1国外发展现状美国、日本、欧洲等主要的发达国家和地区竞相开展生物技术的研究和开发工作，并纷纷建立了独立的政府机构，成立了一系列的生物技术研究组织，2003年世界生

7、物工程产业市场份额894亿美元，2007年其市场份额达到1,296.5亿美元。172005年，全球转基因作物种植面积从1996年的6个国家170万hm2剧增到2005年的21个国家9000万hm2。随着转基因农业新时代的到来，全球转基因作物栽培面积将以更快的速度增长，2010年达到280亿美元。基因工程制药产业已成为当今世界医药市场上的新的增长点。到2020年，利用生物工程技术研制的新药可能达到3000种左右。2010年全球仅生物芯片的市场就达600亿美元。181978年，美国Genentech公司的科学家们成功地把编码人胰岛素的两条链的基因转到一个载体

8、上，并在大肠杆菌中获得表达。目前，美国有生物工程公司1473家，占世界总数的2/