生物化工课件.ppt

《生物化工课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化工课件.ppt（81页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第8章生物化工p生物化工的特点与发展概况p生物化工的应用领域p生物化工的生产工艺技术p典型生物化工生产化工产品举例p生物化工发展趋势1PPT学习交流8.18.1生物化工的特点与发展概况生物化工的特点与发展概况 生物技术是在生物学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等基础上发展起来的，是由基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大先进技术组成的新技术群。生物化工是生物学技术和化学工程技术相互融合的新型学科，它以生物来源的物质为原料，通过生物活性物质为催化剂使其转化，或用其他生物技术进行制备、纯化，从而得到我们预期的产品。 定义：2PPT学习交流生物化工特点生物化工特点（1 1）以生物为对象，常以有生

2、命的活细胞或酶为催化剂，创造必）以生物为对象，常以有生命的活细胞或酶为催化剂，创造必要的生化反应条件，不依靠地球上的有限资源，着眼于再生资要的生化反应条件，不依靠地球上的有限资源，着眼于再生资源的利用。源的利用。（2 2）由于细菌不耐高温，需在常温常压下连续化生产，工艺简单，）由于细菌不耐高温，需在常温常压下连续化生产，工艺简单，并可节约能源，减少环境污染。并可节约能源，减少环境污染。（3 3）定向地按人们的需要创造新物种、新产品和有经济价值的生）定向地按人们的需要创造新物种、新产品和有经济价值的生命类物质，开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的命类物质，开辟了生产高纯度、优质、安全可靠

3、的生物制品的新途径。新途径。（4 4）生物化工为生物技术提供了高效率的反应器、新型分离介质、）生物化工为生物技术提供了高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术，扩大了生物技术的应用范围。工艺控制技术和后处理技术，扩大了生物技术的应用范围。3PPT学习交流世界生物化工行业的现状世界生物化工行业的现状 生物化工发展至今已经历了半个多世纪，最早主要是生生物化工发展至今已经历了半个多世纪，最早主要是生产抗生素；随后，是为氨基酸发酵、舀体激素的生物转产抗生素；随后，是为氨基酸发酵、舀体激素的生物转化、维生素的生物法生产、单细胞蛋白生产及淀粉糖生化、维生素的生物法生产、单细胞蛋白生产及淀粉糖

4、生产等工业化服务。随着生物化工上游技术产等工业化服务。随着生物化工上游技术生物工程生物工程技术的进步以及化学工程、信息技术技术的进步以及化学工程、信息技术(IT)(IT)和生物信息学和生物信息学等学科技术的发展，生物化工将迎来又一个崭新的发展等学科技术的发展，生物化工将迎来又一个崭新的发展时期。时期。 9O9O年代中期，美国生物化工企业有：年代中期，美国生物化工企业有：20002000多家，西欧有多家，西欧有580580多家，日本有多家，日本有300300多家。多家。 世界大公司正把注意力向生命科学部分转移世界大公司正把注意力向生命科学部分转移生物化工的发展生物化工的发展4PPT学习交流我国生

5、物化工行业的现状及存在的问题我国生物化工行业的现状及存在的问题 生物化工产品也涉及医药、保健、农药、食品与饲生物化工产品也涉及医药、保健、农药、食品与饲料、有机酸等各个方面。料、有机酸等各个方面。 但是与发达国家相比，我国生物化工行业存在着许但是与发达国家相比，我国生物化工行业存在着许多问题：多问题：一是我国的生物化工产业主要以医药、轻工、食品一是我国的生物化工产业主要以医药、轻工、食品业为主业为主; ;二是产品结构不合理，品种单一，低档次产品重复二是产品结构不合理，品种单一，低档次产品重复生产，不能适应需求。在我国高档的医药生化产品生产，不能适应需求。在我国高档的医药生化产品如激素、生长因子

6、、干扰素、药用多肽等，有的产如激素、生长因子、干扰素、药用多肽等，有的产量很小，有的没有生产，因此每年都需进口。量很小，有的没有生产，因此每年都需进口。5PPT学习交流三是在生产技术上，工艺、设备不配套，上下游三是在生产技术上，工艺、设备不配套，上下游技术不配套，产物的收得率低。我国虽然某些产技术不配套，产物的收得率低。我国虽然某些产品如柠檬酸、乳酸等发酵水平较高，但大多数产品如柠檬酸、乳酸等发酵水平较高，但大多数产品的收率都低于国外，酶制剂的活力也明显低于品的收率都低于国外，酶制剂的活力也明显低于国外，生化反应器和分离纯化技术更是落后国外国外，生化反应器和分离纯化技术更是落后国外15-201

7、5-20年。每年都要花费大量资金从国外进口生年。每年都要花费大量资金从国外进口生物反应器、细胞破碎机、分离纯化设备及分离介物反应器、细胞破碎机、分离纯化设备及分离介质、生物传感器和计算机监控设备。质、生物传感器和计算机监控设备。四是有些产品投入产出比达四是有些产品投入产出比达15 15 以上，造成严重的以上，造成严重的资源浪费和环境污染。资源浪费和环境污染。五是基础研究薄弱，技术创新能力不强，企业的五是基础研究薄弱，技术创新能力不强，企业的技术开发、技术吸收能力差，生产发展多数依靠技术开发、技术吸收能力差，生产发展多数依靠传统的夕蜒型、粗放型扩大投资的增长模式，效传统的夕蜒型、粗放型扩大投资的

8、增长模式，效益低、市场竞争力低。益低、市场竞争力低。6PPT学习交流8.28.2生物化工的应用领域生物化工的应用领域 把生物工程技术应用到药物制造的过程称之为生把生物工程技术应用到药物制造的过程称之为生物制药。生物药品是以微生物、寄生虫、动物毒物制药。生物药品是以微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织为原材料，采用生物学工艺和分离、素、生物组织为原材料，采用生物学工艺和分离、纯化技术，并以生物学的分析技术控制中间产物纯化技术，并以生物学的分析技术控制中间产物和成品质量制成的生物活化制剂，包括菌苗、疫和成品质量制成的生物活化制剂，包括菌苗、疫苗、毒素、类毒素、血清、血液制品、免疫制剂、苗、毒素、类毒

9、素、血清、血液制品、免疫制剂、细胞因子、抗原、单克隆抗体及基因工程产品等。细胞因子、抗原、单克隆抗体及基因工程产品等。 现代生物制药现代生物制药7PPT学习交流 基本制造方基本制造方法法发酵法（发酵法（ ZymotechnicsZymotechnics）化学合成（化学合成（Chemical synthesizeChemical synthesize）组织培养法（组织培养法（Tissue cultureTissue culture）现代生物技术现代生物技术(Modern Biotechnics)(Modern Biotechnics)现代生物制药现代生物制药8PPT学习交流生化制药的六个阶段生化

10、制药的六个阶段 原料的选择和预处理原料的选择和预处理 原料的粉碎原料的粉碎 提取提取 纯化纯化 浓缩浓缩 制剂制剂现代生物制药现代生物制药9PPT学习交流 基因工程是在体外对生物的遗传物质基因进行剪基因工程是在体外对生物的遗传物质基因进行剪切、拼接、重新组合，与适宜的载体连接，构成切、拼接、重新组合，与适宜的载体连接，构成完整的基因表达系统，然后导入宿主生物细胞内，完整的基因表达系统，然后导入宿主生物细胞内，与原有遗传物质整合或以质粒形式单独在细胞中与原有遗传物质整合或以质粒形式单独在细胞中繁殖，编码产生人类所需的物质或创造新的物种，繁殖，编码产生人类所需的物质或创造新的物种，也可对疾病进行基

11、因治疗。也可对疾病进行基因治疗。基因工程基因工程现代生物制药现代生物制药10PPT学习交流u19731973年重组年重组DNADNA技术的建立为标志，是科学技术史上技术的建立为标志，是科学技术史上的里程碑。应用于农业、医药、轻工、化工、环境等的里程碑。应用于农业、医药、轻工、化工、环境等领域，成为人类解决粮食、能源、环境、制药的主要领域，成为人类解决粮食、能源、环境、制药的主要手段。手段。u19761976年世界上第一家基因工程技术开发药物的公司年世界上第一家基因工程技术开发药物的公司（GenentechGenentech公司）建立，开始了现代生物技术产业公司）建立，开始了现代生物技术产业发展

12、的新纪元。发展的新纪元。19821982年世界上第一个基因工程药物重年世界上第一个基因工程药物重组人胰岛素获得组人胰岛素获得FDAFDA批准，由批准，由Eli LillyEli Lilly公司正式生公司正式生产，推向市场。产，推向市场。u基因工程技术首先在医药领域实现产业化，到现在基因工程技术首先在医药领域实现产业化，到现在仍有仍有60608080集中在医药领域，占主要地位的是基集中在医药领域，占主要地位的是基因工程药物的研究和商品化。因工程药物的研究和商品化。u研究开发的治疗药物是癌症、心脑血管疾病、艾滋研究开发的治疗药物是癌症、心脑血管疾病、艾滋病、遗传病等重大病而用常规方法又难以获得的药

13、物。病、遗传病等重大病而用常规方法又难以获得的药物。11PPT学习交流年代年代技术技术贡献者贡献者5353DNADNA双螺旋模型双螺旋模型Watson Watson 和和CrickCrick5858DNADNA半保留复制和中心法则半保留复制和中心法则CrickCrick6161遗传密码的碱基三联体遗传密码的碱基三联体CrickCrick和和NirenbergNirenberg6767破译遗传密码破译遗传密码KhoranaKhorana和和NirenbergNirenberg7171首家生物技术制药公司成立首家生物技术制药公司成立CetusCetus公司公司7272体外重组体外重组DNADNAJ

14、acksonJackson和和BergBerg7373重组质粒在大肠杆菌中表达重组质粒在大肠杆菌中表达Boyer Boyer 和和CohenCohen7575细胞融合，单克隆抗体技术细胞融合，单克隆抗体技术KohlerKohler和和MilsteinMilstein7676首家基因工程技术制药公司成立首家基因工程技术制药公司成立GenentechGenentech公司公司7878大肠杆菌中表达出胰岛素大肠杆菌中表达出胰岛素GenentechGenentech公司公司12PPT学习交流8080转基因小鼠转基因小鼠GordonGordon等等8282基因工程人胰岛素在美国基因工程人胰岛素在美国上市

15、上市Eli LillyEli Lilly公司公司8282转基因超级小鼠转基因超级小鼠PalmiterPalmiter等等8383基因扩增的基因扩增的PCRPCR技术技术MullisMullis8585植物转基因技术植物转基因技术HorschHorsch等等8686基因工程重组乙肝疫苗上基因工程重组乙肝疫苗上市市MerckMerck公司公司8787转基因鼠乳腺表达药物转基因鼠乳腺表达药物tPAtPAGordonGordon等等13PPT学习交流9090人类基因组计划开始人类基因组计划开始美国美国9797克隆动物绵羊多利，克隆动物绵羊多利，转凝血因子转凝血因子IXIX基因绵羊波利基因绵羊波利Wil

16、mutWilmut等等9999中国加入人类基因组计划中国加入人类基因组计划20002000绘制出人类基因组绘制出人类基因组“工作框工作框架图架图”中、美、英、日、法、德等中、美、英、日、法、德等6 6国国20012001完成人类基因组完成人类基因组“中国卷中国卷” 中国中国20032003绘制出人类基因组绘制出人类基因组“序列图序列图” 中、美、英、日、法、德等中、美、英、日、法、德等6 6国国14PPT学习交流 基因工程主要包括三大类：基因工程药物、生基因工程主要包括三大类：基因工程药物、生物疫苗和生物诊断试剂。这些药品在诊断、预防、物疫苗和生物诊断试剂。这些药品在诊断、预防、控制及消灭传染

17、病，保护人类健康，延长寿命中控制及消灭传染病，保护人类健康，延长寿命中发挥着越来越重要的作用。发挥着越来越重要的作用。 15PPT学习交流国外生物制药国外生物制药全世界生物技术公司全世界生物技术公司36003600多家，主要集中在欧美，多家，主要集中在欧美，美国美国14501450家，欧洲家，欧洲700700家，加拿大家，加拿大330330家，日本也有家，日本也有几百家。年产值超过几百家。年产值超过1010亿美元的生物技术公司有亿美元的生物技术公司有2020余家。余家。美国是现代生物技术的发源地，又是应用现代生美国是现代生物技术的发源地，又是应用现代生物技术研制新型药物的第一个国家，多数基因工

18、程物技术研制新型药物的第一个国家，多数基因工程药物都首创于美国。年研究经费药物都首创于美国。年研究经费7070亿美元以上。亿美元以上。19801980年美国的生物技术产品的销额还是零增长，年美国的生物技术产品的销额还是零增长，1991:591991:59亿亿USDUSD，1996:1011996:101亿亿USDUSD，基因工程药物为，基因工程药物为8080亿亿USDUSD，1997:1301997:130亿亿USDUSD，2001:2702001:270亿亿USDUSD。16PPT学习交流生物药物批准情况生物药物批准情况17PPT学习交流国内生物制药国内生物制药2020世纪世纪8080年代是

19、我国生物制药的起步阶段，年代是我国生物制药的起步阶段，19831983年成年成立生物工程开发中心，立生物工程开发中心，“七五七五”期间投资成立了基因工期间投资成立了基因工程药物、生物制品、疫苗三个研究开发中心。项目主要程药物、生物制品、疫苗三个研究开发中心。项目主要集中在肝炎、疫苗、血液制品等产品，企业数目极少。集中在肝炎、疫苗、血液制品等产品，企业数目极少。 19861986年我国生物技术尚处于研发初期，仅有单克隆抗年我国生物技术尚处于研发初期，仅有单克隆抗体诊断试剂盒、微生物农药等少数、少量产品，医药产体诊断试剂盒、微生物农药等少数、少量产品，医药产品产值约为品产值约为0.20.2亿元，占

20、生物技术产品销售额的亿元，占生物技术产品销售额的8 8。 2020世纪世纪9090年代，企事业单位齐头并进，大发展。国外年代，企事业单位齐头并进，大发展。国外主要的基因工程药物及疫苗，都能生产主要的基因工程药物及疫苗，都能生产. .18PPT学习交流我国生产的生物药品主要是基因乙肝疫苗、干扰我国生产的生物药品主要是基因乙肝疫苗、干扰素、白细胞介素素、白细胞介素-2-2、增白细胞、重组链激酶、重、增白细胞、重组链激酶、重组表皮生长因子等组表皮生长因子等1515种基因工程药物，已进入市种基因工程药物，已进入市场。重组凝乳酶等场。重组凝乳酶等4040多种基因工程新药正在进行多种基因工程新药正在进行研

21、究。单克隆抗体的研制已由实验进入临床，研究。单克隆抗体的研制已由实验进入临床，B B型型血友病基因治疗初步获得临床疗效，组织溶纤原血友病基因治疗初步获得临床疗效，组织溶纤原激活剂、白介素激活剂、白介素-3-3、重组人工胰岛素、尿激酶等、重组人工胰岛素、尿激酶等十几种多肽药品在临床实验中。十几种多肽药品在临床实验中。 19PPT学习交流 我国正在研制的创新性基因工程药物我国正在研制的创新性基因工程药物 肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子(TNF) (TNF) 神经营养因子神经营养因子 激素激素 酶酶 其他基因重组蛋白质、多肽其他基因重组蛋白质、多肽 重组毒素及蛇毒成分重组毒素及蛇毒成分 单克隆抗体及受体单

22、克隆抗体及受体 重组基因融合蛋白重组基因融合蛋白 20PPT学习交流生物制药发展的几大重点领域：生物制药发展的几大重点领域： 诊断与检测试剂、新型基因工程疫苗、基因工程诊断与检测试剂、新型基因工程疫苗、基因工程活性肽和蛋白质、治疗功能基因药物、转基因动活性肽和蛋白质、治疗功能基因药物、转基因动植物反应器。植物反应器。生物制药发展方向生物制药发展方向21PPT学习交流 生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是：玉米、通过遗传工程获得而进入市场的作物是：玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉大豆和棉花。它们经转基因后具

23、有抗除草剂和棉铃虫的能力。利用铃虫的能力。利用BtBt细菌获得经遗传改良的作物细菌获得经遗传改良的作物的商业潜力是相当大的。例如：美国有的商业潜力是相当大的。例如：美国有200200万万m2m2的的BtBt棉花，澳大利亚有棉花，澳大利亚有4040万万m2m2，两者各相当于，两者各相当于2.52.5亿亿美元价值。如果将美元价值。如果将BtBt玉米引种在美国玉米引种在美国10001000万万m2m2的的土地上，只要增产土地上，只要增产5%5%，就意味着能增加，就意味着能增加3.53.5亿美元亿美元收入。收入。农业生物技术与生物农药农业生物技术与生物农药 8.2 8.2 生物化工的应用领域生物化工的

24、应用领域22PPT学习交流农业生物技术应用国际服务组织(ISAAA)23PPT学习交流 生物技术在畜牧业上应用所获得的益处生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面，生物技术有助于提与在农作物上相似。一方面，生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。如利用鼠类基高畜禽的生命力以及消灭竞争者。如利用鼠类基因（该基因能促进角蛋白的形成）获得了经遗传因（该基因能促进角蛋白的形成）获得了经遗传改良的绵羊，这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高改良的绵羊，这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6%6%左右。另一方面，生物技术在提高农作物产量、左右。另一方面，生物技术在提高农作物产量、质量的同时，有助

25、于提高畜牧业的生产力发展水质量的同时，有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如，通过控制饲料作物体内碳水化合物含平。例如，通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力；利用基因调控技术可以量可提高畜牧业生产力；利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量，提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量，减少饲料作物中难消化的木质素含量等。减少饲料作物中难消化的木质素含量等。 农业生物技术与生物农药农业生物技术与生物农药 24PPT学习交流农业生物技术与生物农药农业生物技术与生物农药 我国的两系法杂交水稻育种研究已深入到我国的两系法杂交水稻育种研究已深入到基因层的研究，跃居世界领

26、先水平。在水稻无融基因层的研究，跃居世界领先水平。在水稻无融合生殖育种新技术研究上取得了重大突破，成功合生殖育种新技术研究上取得了重大突破，成功地培育出无融合杂交水稻。经过数千亩大田的试地培育出无融合杂交水稻。经过数千亩大田的试验示范，表现出丰产、米质量佳、抗性强、适应验示范，表现出丰产、米质量佳、抗性强、适应性广等优点，克服了杂交水稻需要年年制种和杂性广等优点，克服了杂交水稻需要年年制种和杂种只能用一次的缺点，为水稻育种开辟了新途径。种只能用一次的缺点，为水稻育种开辟了新途径。25PPT学习交流 我国进行了动物胚胎的工程研究，掌握了我国进行了动物胚胎的工程研究，掌握了实用化的胚胎分割和移植技

27、术，获得了一批胚胎实用化的胚胎分割和移植技术，获得了一批胚胎移植良种牛，并已建立了良种奶牛的胚胎移植和移植良种牛，并已建立了良种奶牛的胚胎移植和繁殖中心。在动物细胞工程研究上，也已成功地繁殖中心。在动物细胞工程研究上，也已成功地选育出选育出“四倍体复合银鲫鱼四倍体复合银鲫鱼”和和“人工复合三倍人工复合三倍体鲤鱼体鲤鱼”，经大面积饲养试验，显示了快速生长，经大面积饲养试验，显示了快速生长的特性。的特性。 农业生物技术与生物农药农业生物技术与生物农药 26PPT学习交流 我国在抗病抗虫方面的转基因植物的研究我国在抗病抗虫方面的转基因植物的研究取得了实质性进展。目前已经获得了抗病毒的转取得了实质性进

28、展。目前已经获得了抗病毒的转基因烟草、番茄、马铃薯、小麦、玉米等植物，基因烟草、番茄、马铃薯、小麦、玉米等植物，并成功地竟苏云金芽抱杆菌杀虫基因导入棉花和并成功地竟苏云金芽抱杆菌杀虫基因导入棉花和水稻种，获得了抗虫棉和抗虫水稻。抗烟草花叶水稻种，获得了抗虫棉和抗虫水稻。抗烟草花叶病毒、黄瓜花叶病毒的转基因烟草，在大田试验病毒、黄瓜花叶病毒的转基因烟草，在大田试验表现了较强的抗病性。表现了较强的抗病性。 农业生物技术与生物农药农业生物技术与生物农药 27PPT学习交流 生物农药是利用微生物本身或代谢物防治生物农药是利用微生物本身或代谢物防治虫、草等的制剂。包括农用抗生素、细菌农药、虫、草等的制剂

29、。包括农用抗生素、细菌农药、真菌农药和病毒农药，具有选择性高、易于降解、真菌农药和病毒农药，具有选择性高、易于降解、用量少、污染小、对人畜毒性小、保护环境、病用量少、污染小、对人畜毒性小、保护环境、病虫害不易产生抗性等优点。因而发展生物农药，虫害不易产生抗性等优点。因而发展生物农药，减少化学合成农药的使用，已成为全球农药产业减少化学合成农药的使用，已成为全球农药产业发展的新趋势。发展的新趋势。农业生物技术与生物农药农业生物技术与生物农药 28PPT学习交流生物技术可能引发的问题生物技术可能引发的问题u人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时，

30、也导致生物多样性遭受严重破坏，甚作物同时，也导致生物多样性遭受严重破坏，甚至导致一些物种灭绝。至导致一些物种灭绝。 u转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害，可能引起如下危害：统所造成的危害，可能引起如下危害：转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题；转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题；转基因作物通过杂交后产生杂种；转基因作物通过杂交后产生杂种；转基因作物影响食物安全。转基因作物影响食物安全。 29PPT学习交流精细化工中的生物技术精细化工中的生物技术 生物有机酸的应用生物有机酸的应用 采用发酵法生产的有机酸已在食品、医药、采用发酵

31、法生产的有机酸已在食品、医药、塑料、香料等行业得到应用。柠檬酸用途很广，塑料、香料等行业得到应用。柠檬酸用途很广，其中用于食品和饮料行业的为其中用于食品和饮料行业的为50%50%，医药行业为，医药行业为20%20%，化学工业为，化学工业为20%20%，化妆品为，化妆品为2%2%，其他，其他8%8%。柠。柠檬酸是我国最大的出口发酵产品。檬酸是我国最大的出口发酵产品。L-L-苹果酸主要苹果酸主要用于食品业、保健品、化妆品及饮料的酸味剂和用于食品业、保健品、化妆品及饮料的酸味剂和防腐剂。防腐剂。30PPT学习交流酶制剂的应用酶制剂的应用 酶是细胞原生质合成的一种高活性的生物酶是细胞原生质合成的一种高

32、活性的生物催化剂，由许多氨基酸组成，其催化性能具有高催化剂，由许多氨基酸组成，其催化性能具有高效和专一性。酶普遍存在于动物、植物、微生物效和专一性。酶普遍存在于动物、植物、微生物中，通过采取适当的理化方法，将酶从生物组织中，通过采取适当的理化方法，将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来，加工成具有一定或细胞以及发酵液中提取出来，加工成具有一定纯度标准的生化制品，成为酶制剂。酶制剂主要纯度标准的生化制品，成为酶制剂。酶制剂主要有有-（-）淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、纤维素酶、）淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、纤维素酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶等。碱性蛋白酶和中性蛋白酶等。精细化工中的生物技术精细化工中的生物技术

33、 31PPT学习交流生物催化在精细化工中的应用实例生物催化在精细化工中的应用实例由由DL-氨基己内酰胺生产氨基己内酰胺生产L-赖氨酸的过程如下：赖氨酸的过程如下：NHCH2NOH2O隐球酵母COOH(CH2)4NH2H2NHL-赖氨酸DL-氨基己内酰胺+NHCNH2OD-氨基己内酰胺H无色杆菌NHCHOH2NL-氨基己内酰胺隐球酵母H2OCOOH(CH2)4NH2H2NHL-赖氨酸32PPT学习交流采用青霉素酰化酶的基因工程菌合成采用青霉素酰化酶的基因工程菌合成6-氨基青霉烷酸即氨基青霉烷酸即6-APANSCH3CH3COOHOHNCOH2C+H2O青霉素酰化酶NSCH3CH3COOHOH2N

34、+COOH6-APA33PPT学习交流生物石油化工生物石油化工 石油微生物炼制石油微生物炼制（1 1）石油脱蜡：利用解脂假丝酵母、拟圆酵母、）石油脱蜡：利用解脂假丝酵母、拟圆酵母、粉孢霉菌、诺卡氏菌等进行发酵法脱蜡可出去石粉孢霉菌、诺卡氏菌等进行发酵法脱蜡可出去石油及其馏分产物的蜡质，获得高质量、低凝固点油及其馏分产物的蜡质，获得高质量、低凝固点的航空汽油、高级柴油、变压器油和多种机油。的航空汽油、高级柴油、变压器油和多种机油。（2 2）石油脱硫：许多地区的原油中含硫量高，这）石油脱硫：许多地区的原油中含硫量高，这些硫化物腐蚀设备，影响产品质量，而且石油产些硫化物腐蚀设备，影响产品质量，而且石

35、油产品燃烧时，还生成品燃烧时，还生成SOSOX X 污染环境，因此石油脱硫污染环境，因此石油脱硫十分重要。十分重要。34PPT学习交流（3 3）石油脱氮：利用土壤中培养出的微生物，通过）石油脱氮：利用土壤中培养出的微生物，通过环羟基化和断裂机理，使吡啶降解成环羟基化和断裂机理，使吡啶降解成NHNH3 3、COCO2 2和和H H2 2O O。这些微生物能对含氮杂环化合物分子的氧化。这些微生物能对含氮杂环化合物分子的氧化有专一性，并能把油中的含氮杂环化合物氧化。有专一性，并能把油中的含氮杂环化合物氧化。生物石油化工生物石油化工 35PPT学习交流8.3.1原料原料选择与预处理选择与预处理原料选择

36、的基本准则原料选择的基本准则：u 在大量的信息资料和实践经验的基础上，选择目标原料在大量的信息资料和实践经验的基础上，选择目标原料u 选择有效成分含量高的新鲜材料；选择有效成分含量高的新鲜材料；u 来源丰富易得；来源丰富易得；u 制造工艺简单易行；制造工艺简单易行；u 成本比较低；成本比较低；u 原料的采集不破坏生态环境原料的采集不破坏生态环境, , 选择对环境友好的原材料选择对环境友好的原材料资资 源，防止生物入侵。源，防止生物入侵。8.3 8.3 生物化工品的生产工艺技术生物化工品的生产工艺技术 36PPT学习交流预处理方法预处理方法： 动物组织先要剔除结缔组织、脂肪组织等非活动物组织先要

37、剔除结缔组织、脂肪组织等非活性部分；植物种子去壳除脂；微生物要进行菌性部分；植物种子去壳除脂；微生物要进行菌体与发酵液分离等基本操作。便于贮存和运输。体与发酵液分离等基本操作。便于贮存和运输。 冷冻法预处理以抑制微生物和酶的作用。冷冻法预处理以抑制微生物和酶的作用。 有机溶剂除去部分水分有机溶剂除去部分水分37PPT学习交流原料的粉碎原料的粉碎：l动物脏器组织：常用绞肉机机械法粉碎；动物脏器组织：常用绞肉机机械法粉碎；l植物肉质组织：常用磨碎法；植物肉质组织：常用磨碎法；l微生物：常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超微生物：常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声、加压等处理方法。声、加压等处理方法。

38、38PPT学习交流1.1.机械法机械法：组织捣碎机、匀浆器、研钵、球磨机、万能粉组织捣碎机、匀浆器、研钵、球磨机、万能粉碎机、绞肉机、击碎机、刨片机。碎机、绞肉机、击碎机、刨片机。 动物组织多在冰冻状态绞碎、溶浆。动物组织多在冰冻状态绞碎、溶浆。2.2.物理法物理法: : A A、反复冻融法、反复冻融法 B B、冷热交替法、冷热交替法 C、超声波处理法超声波处理法 D、加压破碎法、加压破碎法3. 生化及化学法：生化及化学法： A. 自溶法自溶法 B.溶菌酶处理法溶菌酶处理法 C. 表面活性剂处理法表面活性剂处理法39PPT学习交流8.3.28.3.2工业用微生物的培养工业用微生物的培养 （1

39、1）细菌）细菌醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌等不生孢子的需氧菌。醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌等不生孢子的需氧菌。乳杆菌属的德氏乳杆菌；链球菌属；片球菌属、串珠菌属等。乳杆菌属的德氏乳杆菌；链球菌属；片球菌属、串珠菌属等。芽孢杆菌属的枯草杆菌是本属最主要的菌种。芽孢杆菌属的枯草杆菌是本属最主要的菌种。梭菌属的丙酮丁醇梭菌，可生产丙酮和丁醇，是工业发酵的梭菌属的丙酮丁醇梭菌，可生产丙酮和丁醇，是工业发酵的重要菌种。重要菌种。大肠杆菌和产气气杆菌为革兰氏阴性、无孢子的杆菌，在动大肠杆菌和产气气杆菌为革兰氏阴性、无孢子的杆菌，在动物肠中形成细菌群。物肠中形成细菌群。常用工业微生物常用工业微生

40、物 40PPT学习交流（2 2）放线菌）放线菌 链霉菌属包括金霉素、氯霉素、卡那霉素、红霉素等，这链霉菌属包括金霉素、氯霉素、卡那霉素、红霉素等，这些链霉菌可以生产葡萄糖异构酶，是很好的葡萄糖异构酶产些链霉菌可以生产葡萄糖异构酶，是很好的葡萄糖异构酶产生菌。生菌。（3 3）霉菌）霉菌 工业上最常用的霉菌以曲霉菌和青霉菌为主，根霉属和红工业上最常用的霉菌以曲霉菌和青霉菌为主，根霉属和红曲霉属也较常用。曲霉属也较常用。（4 4）酵母）酵母 酵母有酵母属、裂殖酵母属、假丝酵母属、毕赤酵母属和酵母有酵母属、裂殖酵母属、假丝酵母属、毕赤酵母属和汉逊酵母属。汉逊酵母属。常用工业微生物常用工业微生物 41P

41、PT学习交流（1 1）培养基的组成）培养基的组成 培养基一般由碳源、氮源、无机盐和微量生培养基一般由碳源、氮源、无机盐和微量生长因子等组成。碳源一般是蔗糖、葡萄糖等。工长因子等组成。碳源一般是蔗糖、葡萄糖等。工业上常用淀粉水解液和糖蜜等。氮源有硫酸铵、业上常用淀粉水解液和糖蜜等。氮源有硫酸铵、尿素、豆饼水解液等。无机盐有磷酸二氢钾、磷尿素、豆饼水解液等。无机盐有磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、七水硫酸镁等。微量生长因子有生物酸氢二钾、七水硫酸镁等。微量生长因子有生物素、硫铵素等。素、硫铵素等。 酵母和霉菌用培养基以曲汁酵母和霉菌用培养基以曲汁或麦芽汁最常用。或麦芽汁最常用。 微生物的培养方法：微生物的

42、培养方法：42PPT学习交流（2 2）培养方法）培养方法 按培养基的培养过程分为国体培养和液体培养。按培养基的培养过程分为国体培养和液体培养。按操作方式分为分批培养、连续培养和半连续培按操作方式分为分批培养、连续培养和半连续培养，按是否需要氧气可分为需氧培养和厌氧培养，养，按是否需要氧气可分为需氧培养和厌氧培养，需氧培养用设备又分为浅盘培养、厚层通风培养需氧培养用设备又分为浅盘培养、厚层通风培养和液体通风深层培养。和液体通风深层培养。 培养条件主要由糖浓度、温度、培养条件主要由糖浓度、温度、PHPH值、氧气、氮值、氧气、氮源和微量因子决定。源和微量因子决定。微生物的培养方法：微生物的培养方法：

43、43PPT学习交流母菌最适宜的母菌最适宜的PHPH值为值为4-64-6，细菌为，细菌为6-7.56-7.5。对于氧气，微生物有需氧菌、厌氧菌和兼性厌氧对于氧气，微生物有需氧菌、厌氧菌和兼性厌氧菌三种。菌三种。氮源，一般使用尿素，使培养液维持恒定的氮源，一般使用尿素，使培养液维持恒定的PHPH值，值，同时又可供给氮源。同时又可供给氮源。微量因子是指维生素，它是生物体生长不可缺少微量因子是指维生素，它是生物体生长不可缺少的一种或数种极微量的有机物质，但微生物生长的一种或数种极微量的有机物质，但微生物生长时，自身往往又缺少合成这种有机物的能力，因时，自身往往又缺少合成这种有机物的能力，因此必须由外界

44、提供。此必须由外界提供。44PPT学习交流 生物催化剂是指由常规选育或经现代生物生物催化剂是指由常规选育或经现代生物工程方法获得的菌株、细胞系或从中提取的酶。工程方法获得的菌株、细胞系或从中提取的酶。它的作用相当于化学反应中的催化剂，是生化反它的作用相当于化学反应中的催化剂，是生化反应中不可缺少的。从自然界得到的菌种要进行筛应中不可缺少的。从自然界得到的菌种要进行筛选、分离、遗传育种，有的还要经过菌种变异才选、分离、遗传育种，有的还要经过菌种变异才能使用。能使用。8.3.3 8.3.3 生物催化剂生物催化剂 45PPT学习交流 生物反应器是整个生物反应过程的关键生物反应器是整个生物反应过程的关

45、键设备，为特定的细胞或酶提供适宜的增殖环境，设备，为特定的细胞或酶提供适宜的增殖环境，也可在反应器中进行特定的生化反应。它的结构、也可在反应器中进行特定的生化反应。它的结构、操作方式和操作条件与产品的质量、转化率和能操作方式和操作条件与产品的质量、转化率和能耗有着密切的关系。根据反应器的操作方式，可耗有着密切的关系。根据反应器的操作方式，可分为间歇操作、连续操作和半间歇操作。根据生分为间歇操作、连续操作和半间歇操作。根据生物催化剂在反应器中的分布方式进行分类，可分物催化剂在反应器中的分布方式进行分类，可分为生物团块（包括细胞、絮凝物、菌丝体）反应为生物团块（包括细胞、絮凝物、菌丝体）反应器和生

46、物膜反应器两大类。器和生物膜反应器两大类。 8.3.48.3.4生物反应器生物反应器 46PPT学习交流生物反应器的分类生物反应器的分类47PPT学习交流 从生物反应器中排出的反应产物是一种混合物，从生物反应器中排出的反应产物是一种混合物，里面除含有目的产品外，还含有未转化的基质、里面除含有目的产品外，还含有未转化的基质、不能转化的物质、大量的水、微生物体及各种微不能转化的物质、大量的水、微生物体及各种微量杂质。为了获得合格的生化产品，并且不浪费量杂质。为了获得合格的生化产品，并且不浪费其他有用的物质，必须对需要的生化产品进行分其他有用的物质，必须对需要的生化产品进行分离或提纯。这一过程称之为

47、离或提纯。这一过程称之为“下游加工下游加工”，这样，这样可以使其他物质循环使用或再进行综合利用，既可以使其他物质循环使用或再进行综合利用，既降低了成本又保护了环境。降低了成本又保护了环境。8.3.5 8.3.5 生物化工品的分离与提纯生物化工品的分离与提纯 分离与提纯分离与提纯48PPT学习交流1 1固体物质的去除固体物质的去除 分离生化反应液的细胞或其他固体物质，是提取生化产品的重要一步。分离过程是基于它们的粒度、密度、溶解度和扩散度等的不同实现的，分离的粒度范围为0.310m。为了提高分离效率要进行预处理，以促进细胞的絮凝。常用的去除固体的分离方法是过滤、离心分离、沉降及倾析等。49PPT

48、学习交流2 2初步分离初步分离 当从反应器出来的反应液除去了不需要的固体颗当从反应器出来的反应液除去了不需要的固体颗粒后，一般要进一步把溶液浓缩，以提高目的产品在溶液粒后，一般要进一步把溶液浓缩，以提高目的产品在溶液中的浓度。为了实现这一过程，可以使用蒸发、萃取、沉中的浓度。为了实现这一过程，可以使用蒸发、萃取、沉淀和膜分离等单元操作。如膜分离技术是一种新型的分离淀和膜分离等单元操作。如膜分离技术是一种新型的分离技术，近年来发展很快。它是用一种半透明的薄膜，使溶技术，近年来发展很快。它是用一种半透明的薄膜，使溶液中的某些组分通过，其他组分被阻止或截留，从而达到液中的某些组分通过，其他组分被阻止

49、或截留，从而达到分离的目的。它包括反渗透法和超滤法。膜分离法不同于分离的目的。它包括反渗透法和超滤法。膜分离法不同于萃取和沉淀法那样，需要加入溶剂或盐类等其他物质，也萃取和沉淀法那样，需要加入溶剂或盐类等其他物质，也不同于蒸发操作，需要加入热量，膜分离法只是根据物质不同于蒸发操作，需要加入热量，膜分离法只是根据物质粒度的大小这一几何特性的差异，来分离物质，因此产品粒度的大小这一几何特性的差异，来分离物质，因此产品的损失很少，产率和质量较高。的损失很少，产率和质量较高。50PPT学习交流3 3产品提纯产品提纯 产品提纯的目的主要是去除溶液中的各种微量杂质，进一步提高产物的纯度。常用的方法有沉淀法

50、、层析法和吸附法。但是生物产品的提纯，更多用的是层析法。层析法有吸附层析法、离子交换层析法、分子筛层析法和亲和层析法等，根据不同被分离物的特性，选择不同的层析分离方法。51PPT学习交流4 4产品的最终分离产品的最终分离 最后一步必须使产品达到规定的质量指标，最后一步必须使产品达到规定的质量指标，以适合销售市场的要求。主要的单元操作是先离以适合销售市场的要求。主要的单元操作是先离心分离，然后进行干燥或冷冻干燥等。干燥操作心分离，然后进行干燥或冷冻干燥等。干燥操作往往是生物产品的最后工序，其目的是除去物料往往是生物产品的最后工序，其目的是除去物料中的水分，便于产品的保藏和运输。由于很多的中的水分