绪论生物工艺学.pptx

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1、参考书目参考书目v使用教材：使用教材：现代食品发酵技术现代食品发酵技术主编主编 王复源王复源 中国轻工业出版社中国轻工业出版社v参考书目：参考书目：生生物物工工艺艺学学 作作者者:俞俞俊俊裳裳、唐唐孝孝萱萱,华华东东理理工工大大学学出出版版社社，2004-11-02 Fundamentals of Food Biotechnology（食品生（食品生物工艺学基础）物工艺学基础）Byond H.Lee，1996，VCH Publishers,Inc.（美国）出版（美国）出版微生物工程工艺原理微生物工程工艺原理，姚淑华：华南理工大学出版社姚淑华：华南理工大学出版社微生物工程概论微生物工程概论，刘如

2、林：南开大学出版社刘如林：南开大学出版社氨基酸工艺学氨基酸工艺学，张克旭：轻工业出版社张克旭：轻工业出版社代谢控制发酵代谢控制发酵，陈宁陈宁:轻工业出版社轻工业出版社 v参考杂志：参考杂志：工业微生物工业微生物食品与发酵食品与发酵第1页/共107页 课程内容包括两个方课程内容包括两个方面面课堂教学部分课堂教学部分主要讲授：主要讲授：（1 1）初级和次级代谢）初级和次级代谢产物的生物合成机理产物的生物合成机理与工业微生物菌种选与工业微生物菌种选育；育；（2 2）工业发酵过程中）工业发酵过程中的基本原理和参数控的基本原理和参数控制；制；（3 3）具体介绍一些发）具体介绍一些发酵产品的生产工艺。酵产

3、品的生产工艺。实践教学部分实践教学部分包括：包括：（1 1）参观实习或借助一些工厂实际生产）参观实习或借助一些工厂实际生产流程的资料（由于客观条件限制）使学流程的资料（由于客观条件限制）使学生对发酵工艺流程、设备有一个感性认生对发酵工艺流程、设备有一个感性认识；识；（2 2）生物工艺学实验；）生物工艺学实验；第2页/共107页教学内容组织方式与目的：教学内容组织方式与目的：在课堂教学内容上强调工业微生物菌种选育和发在课堂教学内容上强调工业微生物菌种选育和发酵过程中各类参数的控制等一些共性技术的部分，酵过程中各类参数的控制等一些共性技术的部分，同时辅之以有代表性的产品的发酵工艺和方法的同时辅之以

4、有代表性的产品的发酵工艺和方法的介绍，通过点面结合促进学生理解；另外课程进介绍，通过点面结合促进学生理解；另外课程进一步强化实践教学，借助一些工厂实际生产流程一步强化实践教学，借助一些工厂实际生产流程的资料（由于客观条件限制）结合实验室条件开的资料（由于客观条件限制）结合实验室条件开展一些实验，进一步促进学生对于课程的理解和展一些实验，进一步促进学生对于课程的理解和掌握。通过课堂教学与实践教学有机结合，促使掌握。通过课堂教学与实践教学有机结合，促使学生掌握发酵工艺的基本原理、技术和方法，为学生掌握发酵工艺的基本原理、技术和方法，为学生将来进入研究生阶段的课题研究、进入发酵学生将来进入研究生阶段

5、的课题研究、进入发酵及相关行业工作及新产品开发打下基础。及相关行业工作及新产品开发打下基础。第3页/共107页实践性教学的设计思想与效果实践性教学的设计思想与效果实践性教学的设计主要围绕课程的核心即发实践性教学的设计主要围绕课程的核心即发酵过程中的基本原理和参数控制展开，课堂酵过程中的基本原理和参数控制展开，课堂教学与发酵工艺学实验穿插进行，加深学生教学与发酵工艺学实验穿插进行，加深学生对课堂知识的掌握；训练学生从原料到产品对课堂知识的掌握；训练学生从原料到产品的完整发酵过程，对于质量和经济技术指标的完整发酵过程，对于质量和经济技术指标的控制等，培养学生利用已学的基本原理来的控制等，培养学生利

6、用已学的基本原理来解决实际问题的能力。通过实践性环节的实解决实际问题的能力。通过实践性环节的实施，学生能够良好地掌握书本上的理论知识，施，学生能够良好地掌握书本上的理论知识，同时将这些理论进行应用。同时将这些理论进行应用。第4页/共107页 1.1.注重课程内容知识性与实践性相结合，注重课程内容知识性与实践性相结合，使学生在对基本理论知识掌握的基础上提使学生在对基本理论知识掌握的基础上提高实践动手能力和解决实际问题的能力。高实践动手能力和解决实际问题的能力。2.2.在介绍了一般微生物发酵工艺的基础上，在介绍了一般微生物发酵工艺的基础上，还具体介绍一些产品的发酵。还具体介绍一些产品的发酵。第5页

7、/共107页 二十一世纪是生命科学时代，生物技术是一颗最二十一世纪是生命科学时代，生物技术是一颗最耀眼的明珠。在生物技术的几大工程中，无论是耀眼的明珠。在生物技术的几大工程中，无论是基因工程，还是细胞工程、酶工程等，最终要实基因工程，还是细胞工程、酶工程等，最终要实现产品的工业化生产，都离不开发酵工程。人们现产品的工业化生产，都离不开发酵工程。人们因此说：因此说：生物技术中，基因工程是热点，发酵工生物技术中，基因工程是热点，发酵工程是根本。程是根本。目前国内外的知名院校如上海华东理工大学、清目前国内外的知名院校如上海华东理工大学、清华大学、沈阳药科大学等学校的相关专业均把华大学、沈阳药科大学等

8、学校的相关专业均把发发酵工艺学酵工艺学这门课程设置为专业的必修课程，本课这门课程设置为专业的必修课程，本课程在同类课程中占据相当重要的地位。程在同类课程中占据相当重要的地位。第6页/共107页第7页/共107页我国的发酵技术有着非我国的发酵技术有着非常悠久的历史。近年来，常悠久的历史。近年来，在发酵生产中除采用传在发酵生产中除采用传统的工艺外，又引进很统的工艺外，又引进很多新的生物技术。多新的生物技术。介绍发酵饮料（酸奶、介绍发酵饮料（酸奶、酸豆奶等）、酒（黄酒、酸豆奶等）、酒（黄酒、葡萄酒、啤酒）、调味葡萄酒、啤酒）、调味剂（味精、酱油、食醋、剂（味精、酱油、食醋、柠檬酸、苹果酸）和黄柠檬酸

9、、苹果酸）和黄原胶的发酵技术，以及原胶的发酵技术，以及目的产物的提取分离技目的产物的提取分离技术。术。第8页/共107页科学方法科学方法第9页/共107页绪论Introduction第10页/共107页工工 艺艺?/?/工工 艺艺 学学?第11页/共107页工艺工艺是将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等。是将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等。技术技术是在劳动生产方面的经验、知识和技巧，也泛指其他操作方面的技巧，是在劳动生产方面的经验、知识和技巧，也泛指其他操作方面的技巧，方法方法是现指为达到某种目的而采取的途径、步骤、手段等。是现指为达到某种目的而采取的途径、步骤、手段等。工艺是生产

10、过程中的程序、方法和技巧，它体现了生产活动中的技术等；是工艺是生产过程中的程序、方法和技巧，它体现了生产活动中的技术等；是生产的艺术。生产的艺术。最古老的工艺最古老的工艺:原始的石器制作工艺。原始的石器制作工艺。第12页/共107页通常通常工艺工艺定义定义如下：劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行如下：劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工和处理，改变它们的几何形状、外形尺寸、表面状态、内部组织、加工和处理，改变它们的几何形状、外形尺寸、表面状态、内部组织、物理和化学性能以及相互关系，最后使之成为预期产品的方法及过程。物理和化学性能以及相互关系，最后使之成为预期产品的方法及过程。

11、第13页/共107页工艺学工艺学 technologytechnology是一门工业科学。尤其在采用先进的机器设备代替手工劳动方面发挥作用。是一门工业科学。尤其在采用先进的机器设备代替手工劳动方面发挥作用。工艺学工艺学是在解决现实难点及问题过程中，在新产品和新加工工艺的开发研是在解决现实难点及问题过程中，在新产品和新加工工艺的开发研制过程中，在现有技术发生重大转变过程中所使用的一门实用的科学知识。制过程中，在现有技术发生重大转变过程中所使用的一门实用的科学知识。第14页/共107页一、什么是技术？对技术的本质和意义进行考察研究，始于古希腊。亚里士多德把技术看作是制作的智慧。17世纪，培根（15

12、61-1626）曾提出要把技术作为操作性学问来研究。第15页/共107页18世纪，法国科学家狄德罗（1713-1784）在他主编的百科全书条目中开始列入“技术”条目，他指出“技术是为某一目的共同协作组成的各种工具和规划体系”。现代，许多辞书上的“技术”定义，基本上没有超出狄德罗的概念范畴。第16页/共107页狄德罗的“技术”概念：把技术与科学区别开，技术是“有目的”的。强调技术的实现是通过广泛“社会协调”完成的。指明技术的首要表现是生产“工具”，是设备、硬件。第17页/共107页指出技术的另一重要表现形式“规划”，即生产使用的工艺、方法、制度等知识，是软件。和科学一样，把定义的落脚点放在“知识

13、体系”上，即技术是成套的知识系统。第18页/共107页1.1.基本概念基本概念科学科学-探讨是什么？发现自然规律、认识自然探讨是什么？发现自然规律、认识自然技术技术-解决如何做？解决如何做？工工程程-根根据据科科学学原原理理和和有有关关技技术术，组组合合出出高高效效、合合理的一定结构的技术系统理的一定结构的技术系统工程概念工程概念理解理解第19页/共107页2.2.工程学家的角色工程学家的角色 科学科学-粘合剂粘合剂 技术技术-各种材料各种材料 工程学家象艺术家一样工程学家象艺术家一样 -如何利用好它们雕塑成一副工艺品如何利用好它们雕塑成一副工艺品 工程学家也类似于音乐家一样工程学家也类似于音

14、乐家一样 -把七个音符组合出优美的乐曲把七个音符组合出优美的乐曲 工艺品或乐曲工艺品或乐曲-必须具有必须具有市场市场 -产生产生经济价值经济价值 -要有要有经济学家的头脑经济学家的头脑 要把科学原理、技术和经济综合考虑要把科学原理、技术和经济综合考虑 -也有也有哲学家的思维哲学家的思维 工程学家工程学家-组合艺术组合艺术第20页/共107页 总之总之-工程学家工程学家 -即要具有艺术家的眼光即要具有艺术家的眼光 -又要有哲学家的思维又要有哲学家的思维 -还要有经济学家的头脑还要有经济学家的头脑 -同时具有科学家的知识同时具有科学家的知识 说明工程学家说明工程学家-重要性重要性 不容易不容易第2

15、1页/共107页3.3.名家的理解名家的理解 著名的科学家著名的科学家叶渚沛叶渚沛对工程科学的是这样理解的对工程科学的是这样理解的 “自自然然科科学学家家主主要要把把兴兴趣趣集集中中在在自自然然现现象象，而而工工程程科学家则把兴趣集中于解决实际的问题上科学家则把兴趣集中于解决实际的问题上”。“自自然然科科学学和和工工程程学学的的结结亲亲产产生生应应用用科科学学乃乃是是逻逻辑辑的的发发展展，但但工工程程学学家家却却常常常常受受到到双双重重的的埋埋怨怨，自自然然科科学学家家认认为为这这是是有有降降低低科科学学水水平平的的趋趋势势，而而职职业业应应用用工工程程师师则则认认为为是是对对一一些些在在长长

16、期期实实践践中中积积累累的的经经验验和和价价值值有有不不信信任任的的趋趋势势。但但是是，工工程程学学家家用用新新的的方方式式把把这这些些学学科科结结合合起起来来，就就能能产产生生足足以以构构成成新新发发明明或或新新发发现现，这这些些发发现现或或发发明明又又带带动动它它本本身身的的发发展，而且对科学有很大贡献。展，而且对科学有很大贡献。”第22页/共107页4.4.科学与工程发展历程科学与工程发展历程 科学最早由哲学家提出科学最早由哲学家提出 -进行研究进行研究 -得出规律得出规律-成为科学。成为科学。目前国外科学方面博士仍称为目前国外科学方面博士仍称为“哲学博士哲学博士”而工程学是慢慢的发展而

17、来的而工程学是慢慢的发展而来的 -获得工学博士比获哲学博士更难获得工学博士比获哲学博士更难第23页/共107页5.5.自然科学家与工程科学家的比较自然科学家与工程科学家的比较 科学家按学科分类，根据结果分析、严格理论推导科学家按学科分类，根据结果分析、严格理论推导 -分解的观点分解的观点 工程师面对实际问题的综合性的、多学科工程师面对实际问题的综合性的、多学科 -靠工程技术经验，半理论、半经验性的靠工程技术经验，半理论、半经验性的 -系统性、整体性的观点系统性、整体性的观点第24页/共107页二、生命科学的研究对象与内容生物学(Biology)是研究生物体的生命现象和生命活动规律的科学，即：研

18、究自然界所有生物的起源、演化、生长发育、遗传变异等生命活动的规律和生命现象的本质，以及各种生物之间、生物与环境之间的相互联系。生物学又称生命科学(LifeScience)，它是自然科学的基础学科之一。广义的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。第25页/共107页20世纪生命科学发展的概况1866年，孟德尔发表植物杂交实验，奠定了现代遗传学基础。第一阶段：19001953实验生物学阶段两个阶段第二阶段：19532005分子生物学阶段第26页/共107页生命现象的本质？生命现象的本质？生命活动的规律？生命活动的规律？19191919世纪：世纪：世纪：世纪：细胞是生命细胞

19、是生命的基本单位的基本单位细胞学说：细胞学说：细胞学说：细胞学说：细细细细胞胞胞胞是是是是动动动动植植植植物物物物结结结结构构构构和和和和功能的基本单位，功能的基本单位，功能的基本单位，功能的基本单位，一一一一切切切切生生生生命命命命现现现现象象象象都都都都是是是是以以以以细胞为基础表达的细胞为基础表达的细胞为基础表达的细胞为基础表达的实验生物学阶段实验生物学阶段第27页/共107页遗传密码蛋白质三维结构基因转录线性多肽链（无功能活性）翻译生命活动的分子基础生命活动的分子基础生命活动的分子基础生命活动的分子基础以核酸和蛋白质为中心的生物大分子是生命现象以核酸和蛋白质为中心的生物大分子是生命现象

20、的共同物质基础，细胞和有机体所有生命活动都的共同物质基础，细胞和有机体所有生命活动都是以这些生物大分子及其复合物的结构、运动和是以这些生物大分子及其复合物的结构、运动和相互作用来实现的。相互作用来实现的。结构与功能结构与功能分子生物学：分子生物学：2020世纪生物学的主流世纪生物学的主流第28页/共107页21世纪是生物技术世纪未来学家说：21世纪是生物技术世纪；科学家预言：21世纪世界即将在生物技术上取得重大突破，新世纪之初，科学方面的主要将在生物学、遗传学和医学、新型生物材料、能源、环境保护上有所突破；经济学家则认为：21世纪20年代，生物经济将由目前的形成阶段进入成长阶段，即工业生产与商

21、业开发阶段。第29页/共107页21世纪生命科学发展的热点1、基因组计划2、发育生物学3、脑科学4、生物技术5、环境生物学第30页/共107页生物技术作为生物技术作为2121世纪高新技术的世纪高新技术的核心，对人类面临的食品、资源、核心，对人类面临的食品、资源、健康、环境等重大问题发挥越来健康、环境等重大问题发挥越来越大的作用。大力发展生物技术越大的作用。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点。展的战略重点。第31页/共107页三、生物技术是以现代生命科学理论为基础，利用生物体及其细胞的、亚细胞的和分子的组成部分，结合工程学、信息学等手段开展研究及

22、制造产品，或改造动物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品质、特性，从而为社会提供商品和服务的综合性技术体系。第32页/共107页生物科学成为当今世界自然科学的热点和重生物科学成为当今世界自然科学的热点和重点，主要由于两方面的原因：点，主要由于两方面的原因：（1 1）二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破）二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了革命性的变化；革命性的变化；（2 2）建立在实验室研究基础上的生物技术的发展）建立在实验室研究基础上的生物技术的发展为人类带来了巨大的利益和财富。为人类带来了巨大的利益和

23、财富。生物技术将是未来经济发展的新动力生物技术将是未来经济发展的新动力第一次技术革命第一次技术革命工业革命工业革命解放人的双手解放人的双手第二次技术革命第二次技术革命信息技术信息技术扩展人的大脑扩展人的大脑第三次技术革命第三次技术革命生物技术生物技术改造生命本身改造生命本身第33页/共107页生物技术需要生物技术需要 实验室大量复杂的基础研究工作实验室大量复杂的基础研究工作 多学科交叉多学科交叉生物技术的显著特点生物技术的显著特点 高技术高技术（精细和（精细和 密集的复杂技术）密集的复杂技术）高投入高投入（尤其是（尤其是 前期科研投入高）前期科研投入高）高利润高利润 利用生物技术的生产线利用生

24、物技术的生产线利用生物技术的生产线利用生物技术的生产线第34页/共107页生物技术生物技术又称又称生物工艺学生物工艺学，最初是由一位匈牙利工程师，最初是由一位匈牙利工程师Karl.ErekyKarl.Ereky于于19171917年提出的。年提出的。当时他提出的生物技术这一名词的涵义是指当时他提出的生物技术这一名词的涵义是指甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物将原料转化为产品物将原料转化为产品。现在的生物技术的现在的生物技术的定义定义为：为：生物技术生物技术是应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的是应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加

25、工以提供产品或社会服务的技术。作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。因此，生物技术是一门综合性多学科技术，他涉及的基础学科有生物学、化学和工程因此，生物技术是一门综合性多学科技术，他涉及的基础学科有生物学、化学和工程学。学。第35页/共107页第36页/共107页生物工艺学的定义和特点生物工艺学生物工艺学(biotechnology)(biotechnology)，一般称为生物技术，一般称为生物技术(以下将两者视为同义以下将两者视为同义词可相互通用词可相互通用)，是一门既有悠久历史又有崭新内容的科学技术和生产工艺。，是一门既有悠久历史又有崭新内容的科学技术和生产工艺。当然，现代生物技术

26、和传统生物技术之间既有共同之处，又有很大差异和当然，现代生物技术和传统生物技术之间既有共同之处，又有很大差异和各自的特点各自的特点 第37页/共107页曾有不少学者或学术组织对生物技术赋以各种定义。目前能广泛接受的定义是由曾有不少学者或学术组织对生物技术赋以各种定义。目前能广泛接受的定义是由国际经济合作及发展组织国际经济合作及发展组织在在19821982年提出的。年提出的。生物技术生物技术是是“应用自然科学应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂及工程学的原理，依靠生物作用剂(biological agents)(biological agents)的作用将物料进行加工的作用将物料进行加工以

27、提供产品或为社会服务以提供产品或为社会服务”的技术。这里所谓的生物作用剂可以是酶、整体细胞的技术。这里所谓的生物作用剂可以是酶、整体细胞或多细胞生物体或多细胞生物体,一般也称为生物催化剂。一般也称为生物催化剂。第38页/共107页国际纯粹及应用化学联合会在国际纯粹及应用化学联合会在19811981年对生物技术作年对生物技术作了如下定义：生物技术是了如下定义：生物技术是“将生物化学、生物学、将生物化学、生物学、微生物学和化学工程应用于工业生产过程微生物学和化学工程应用于工业生产过程(包括医药包括医药卫生、能源及农业的产品卫生、能源及农业的产品)及环境保护的技术及环境保护的技术”。由由Moo-Yo

28、ungMoo-Young主编的主编的综合生物技术综合生物技术(共四卷，共四卷，19851985出版出版)一书中提出：生物技术是一书中提出：生物技术是“对生物作用和对生物作用和生物物料加以评价和应用，并进行工业产品生产生物物料加以评价和应用，并进行工业产品生产”的技术。的技术。由由HigginsHiggins等编写的等编写的生物技术的原理及应用生物技术的原理及应用一一书中认为书中认为“生物技术是生物系统或生物过程的工业生物技术是生物系统或生物过程的工业利用，它在很大程度上取决于对生物系统及其催化利用，它在很大程度上取决于对生物系统及其催化作用专门知识的认识作用专门知识的认识”。第39页/共107

29、页以上定义及其它各种有关定义的内容基本上是一致的。以上定义及其它各种有关定义的内容基本上是一致的。归纳起来可有归纳起来可有三个特点三个特点1)1)生物技术是一门多学科、综合性的科学技术；生物技术是一门多学科、综合性的科学技术；2)2)反应中需有生物催化剂的参与；反应中需有生物催化剂的参与；3)3)其最后目的是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其最后目的是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)(bioprocess)。第40页/共107页 生物技术生物技术的定义的定义美美国国政政府府技技术术顾顾问问 委委 员员 会会(OAT)(

30、OAT)的的定定义义：应应用用生生物物或或来来自自生生物物体体的的物物质质制制造造或或改改进进一一种种商商品品的的技技术术，其其还还包包括括改改良良有有重重要要经经济济价价值值的的植植物物与与动动物物和和利利用用微微生生物物改改良环境的技术。良环境的技术。该该定定义义强强调调了了生生物物技技术术的的商商品属性。品属性。克隆羊克隆羊“多莉多莉”永远的多莉永远的多莉第41页/共107页WhatIsBiotechnology?Biotechnologyisabranchofsciencewherelivingthingsareusedforthecreationofproductsortoperfo

31、rmsometasksforhumanbeings.Plants,animalsandevenmicro-organismslikebacteriaareusedtoproducesomebenefittomankind.Inthemedicineandagriculturefieldindustry,biotechnologyhelpsinproducingfoods,testfordiseasesandtoremovewaste.Biotechnologycanalsobeusedtosolveproblemsandtohelpinresearch.Biotechnologyisgener

32、allydividedintothreesubfields-red,whiteandgreenbiotechnology.Redbiotechnologydealswithgeneticallyalteredmicroorganismsthatareusedforproducingproductslikeinsulinandvaccineformedicaluse.Whitebiotechnologyinvolvesthecreationofusefulchemicalsfortheindustrialsectorthroughorganismslikemouldsoryeast.Thisfo

33、rmofbiotechnologyisalsoreferredtoasgreybiotechnology.Greenbiotechnology,alsoknownasagriculturalbiotechnology,dealswithapplicationsrelatedtoagriculture.Itisthroughredbiotechnologybasedresearchthatantibioticsfordifferentinfectionshavebeendevelopedandvaccinesforboostingtheimmunesystemagainstdiseaseandt

34、odetectandtreatanygeneticdisordersanddiseasehavebeenproduced.Redbiotechnologyalsohelpsinreproductivetechnologieslikeinvitrofertilization,DNAprofiling,forensicsandintechnologiesoftransplantations.Itiswiththehelpofwhitebiotechnologythattheenvironmentishelpedinthecontrolofpestanimalsandplants.Biotechno

35、logyhashelpedincleaningupoilspills,protectingendangeredspeciesbystoringDNAsamplestobeusedforfutureresearchandtohelpremoveanyexcessnutrientstheremaybeinthesoilandwater.Researchinbiotechnologyalsoaimsatleachingmetalsfromthesoiltoprovideforcleanmining,inthedetectionoflandminesandinthecleaningofarsenica

36、ndothermetalcontamination.Greenbiotechnologyinvolvesthemanipulationofplantsandanimalstoproducespeciesthataremoreenvironmentfriendlyandproductive.Developmentofvarietiesofwheatthatarediseaseresistantbycrossbreedingdifferenttypesofwheatisanexampleofgreenbiotechnology./Biotechnologyisgenerallydividedint

37、othreesubfields-red,whiteandgreenbiotechnology.Redbiotechnologydealswithgeneticallyalteredmicroorganismsthatareusedforproducingproductslikeinsulinandvaccineformedicaluse.Whitebiotechnologyinvolvesthecreationofusefulchemicalsfortheindustrialsectorthroughorganismslikemouldsoryeast.Thisformofbiotechnol

38、ogyisalsoreferredtoasgreybiotechnology.Greenbiotechnology,alsoknownasagriculturalbiotechnology,dealswithapplicationsrelatedtoagriculture.第42页/共107页现代生物技术生物技术又称生物工程，是利用生物有机体（从微生物到高等动物）或其组成部分（包含器官、组织、细胞和细胞器等）开发新产品或新工艺的一种技术体系。生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生化工程五大组成部分。第43页/共107页生物工程基因工程酶工程酶工程细胞工程细胞工程发酵工程发酵工

39、程产物产品产品产品产品生化工程生化工程第44页/共107页生物工程生物工程商品生产商品生产改造物种改造物种常规菌常规菌(或常规细胞株或常规细胞株)遗传工程遗传工程细胞工程细胞工程“工程菌工程菌”（或（或“工程细胞株工程细胞株”）微生物工程微生物工程酶工程酶工程生物反应器工程生物反应器工程经济效益经济效益大量产品大量产品社会效益社会效益生态效益生态效益第45页/共107页四、微生物工程（发酵工程）四、微生物工程（发酵工程）现代发酵工程现代发酵工程现代发酵工程现代发酵工程主要指利用主要指利用主要指利用主要指利用微生物、包括利用微生物、包括利用微生物、包括利用微生物、包括利用DNADNADNADNA

40、重重重重组技术改造的微生物在全组技术改造的微生物在全组技术改造的微生物在全组技术改造的微生物在全自动发酵罐或生物反应器自动发酵罐或生物反应器自动发酵罐或生物反应器自动发酵罐或生物反应器中生产某种商品的技术。中生产某种商品的技术。中生产某种商品的技术。中生产某种商品的技术。现代发酵工程现代发酵工程现代发酵工程现代发酵工程是生物代谢、是生物代谢、是生物代谢、是生物代谢、微生物生长动力学、大型微生物生长动力学、大型微生物生长动力学、大型微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、发酵罐或生物反应器研制、发酵罐或生物反应器研制、发酵罐或生物反应器研制、化工原理等密切结合和应化工原理等密切结合和应化工

41、原理等密切结合和应化工原理等密切结合和应用的结果。用的结果。用的结果。用的结果。第46页/共107页一般发酵工程包括以下一般发酵工程包括以下一般发酵工程包括以下一般发酵工程包括以下基本步骤基本步骤基本步骤基本步骤：（1）菌种选育；）菌种选育；（通过细胞诱变或基因工程技术改造等）（通过细胞诱变或基因工程技术改造等）（2）细胞大规模培养即发酵过程；）细胞大规模培养即发酵过程；（3）生产活性的诱导；）生产活性的诱导；（在发酵特定阶段，用化学或物理法）（在发酵特定阶段，用化学或物理法）（4）菌体及产物的收获）菌体及产物的收获（利用浓缩、吸附、过滤、离心、（利用浓缩、吸附、过滤、离心、萃取、干燥、重结晶

42、等手段）萃取、干燥、重结晶等手段）n发酵工程发酵工程的产品范围非常广泛。发酵工程的产品范围非常广泛。发酵工程的产品范围非常广泛。发酵工程的产品范围非常广泛。从从食食品品、药药品品、精精细细化化工工产产品品到到许许多多工工业业用用原原料料等等，还有生物可降解塑料还有生物可降解塑料PHB（聚（聚羟基丁酸脂羟基丁酸脂Biopol)Biopol)等等第47页/共107页 发发 酵酵 工工 程程 利用微生物进行产品利用微生物进行产品生产生产抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业基因工程药物、疫苗及抗体产品 化学工程化

43、学工程化学工程化学工程生物化工生物化工生物化工生物化工生物加工行业生物加工行业生物加工行业生物加工行业传统生物技术传统生物技术传统生物技术传统生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术基因工程菌发酵基因工程菌发酵第48页/共107页 随着生物化学、细胞生物学、应用分子生物学、遗传工程和代谢工程随着生物化学、细胞生物学、应用分子生物学、遗传工程和代谢工程等学科的发展，以及分析、检测技术的成熟，工业发酵正在从技艺走向科等学科的发展，以及分析、检测技术的成熟，工业发酵正在从技艺走向科学，我国大学的发酵工程专业正在融入生物工程专业。学，我国大学的发酵工程专业正在融入生物工程专业。发酵工程

44、作为生物发酵工程作为生物工程的最贴近生产的组成部分愈来愈受到科学界和工程技术界的广泛重视。工程的最贴近生产的组成部分愈来愈受到科学界和工程技术界的广泛重视。第49页/共107页百思不解：1.为什么同样的设备可以生产不同的产品？2.为什么有些发酵食品也可在家里制作？第50页/共107页五、细胞机器走进现代发酵工厂，最引人注意的是，在排列整齐、纵横交叉的彩色管道的映衬下，一排排的银灰色的庞然大物，它们的名字叫发酵罐。在庄重而祥和的发酵罐里亿万微生物小兄弟正在为人类，也为自己的生存欢快地忙碌着。面对此情此景人们不禁要问，工业发酵生产线上关键的生产机器是发酵罐，还是微生物？第51页/共107页“机器机

45、器”最初定义为由电或蒸汽甚至人力推动的、由各具一定功能的几个部分组最初定义为由电或蒸汽甚至人力推动的、由各具一定功能的几个部分组成的用于生产的装置，如纺纱机、织布机、缝纫机等。因此成的用于生产的装置，如纺纱机、织布机、缝纫机等。因此“机器机器”应该是属于应该是属于工程学工程学的概念。的概念。“动物、植物、微生物动物、植物、微生物”应该是属于应该是属于生物学生物学的概念，它们的生命的概念，它们的生命活动是由代谢能来驱动的。活动是由代谢能来驱动的。在人的组织下，如果动物、植物、微生物作为生产的在人的组织下，如果动物、植物、微生物作为生产的“装置装置”使用，就可纳入使用，就可纳入“机器机器”的范畴，

46、这就是的范畴，这就是生物机器生物机器。第52页/共107页生物机器是从机器衍生的新概念，生物机器是指由代谢能驱动的机器。在这个意义上牛奶工厂的奶牛，水果原料基地的果树，发酵工厂的菌种微生物分别称作为动物生物机器、植物生物机器和微生物生物机器。微生物细胞能自主生活和独立存在，因此微生物生物机器也就是微生物细胞机器，简称细胞机器。第53页/共107页现代发酵工程依靠微生物活细胞来完成发酵工厂生产线上不可缺少的加工（或转化）步骤，在这个意义上，微生物活细胞就是工业发酵生产线上不可缺少的微生物生物机器（或称细胞机器），是发酵工厂里关键的生产机器。第54页/共107页微生物细胞微生物细胞是发酵工厂最重要

47、的机是发酵工厂最重要的机器器第55页/共107页现代发酵工程依靠微生物来完成发酵工厂生产线上的必不可少的加工（或转化）步骤，在这个意义上，微生物细胞就是工业发酵生产线上特殊机器细胞机器。细胞机器与普通意义上的机器不同，细胞机器必须由代谢能直接驱动。在发酵工厂的生产线上，微生物细胞机器必须完成“在线制造”和“生产运行”的双重任务。第56页/共107页“微生物细胞”是生物学的概念；“微生物细胞机器”是工程学的概念。菌种微生物细胞是对应的发酵产物的细胞机器，因此是有工业生产个性的微生物细胞。微生物细胞机器是从天然的微生物细胞改造成的，因此天然的微生物具有成为微生物细胞机器的潜在能力。第57页/共10

48、7页微生物细胞在发酵工业上以细胞机器的身份出现时，必须体现人的意志。然而，“微生物细胞机器”的微生物属性决定了它必须按微生物细胞固有的经济管理原则运行。如果两者不一致怎么办？第58页/共107页人和微生物同是地球上的居民，在理论上处于平等的地位，微生物没有为人类服务的义务。人贵有自知之明，因为人有思想。第59页/共107页 千千万万年的物竞天择早已决定了微生物的价值取向；在工业发酵中，人控制下的微生物细胞机器与微生物自身的价值取向不一定一致，为了引导微生物为我们服务，人必须发挥主观能动作用，遵循并灵活应用这些原则，正确处理工业发酵生产中人与微生物的对立统一关系，促成微生物与人的合作。第60页/

49、共107页百思不解：1.为什么同样的设备可以生产不同的产品？2.为什么有些发酵食品也可在家里制作？第61页/共107页微生物的发酵途径，因不同的微生物物种、不同的能源化合物、不同的环境条件而五花八门，体现了微生物生命活动的多样性。第62页/共107页六、微生物的营养类型按同化作用（生物合成）方式的不同，可以把微生物分为自养型和异养型；按异化作用（生物氧化）方式的不同，可把微生物分为需氧型和厌氧型。第63页/共107页微生物的营养类型，是按微生物的营养类型，是按微生微生物对其从环境中吸收的营养进物对其从环境中吸收的营养进行不同方式的代谢行不同方式的代谢而划分的代而划分的代谢类型。根据微生物代谢中

50、使谢类型。根据微生物代谢中使用的能源和碳源可将微生物原用的能源和碳源可将微生物原则地划为则地划为 4 4 个营养类型。个营养类型。第64页/共107页微微生生物物按能源分化学能源光能源化能营养型化能营养型光能营养型光能营养型化能有机异养型化能有机异养型化能无机自养型化能无机自养型光能无机自养型光能无机自养型光能有机异养型光能有机异养型按主要碳源分按主要碳源分有机物有机物CO2CO2第65页/共107页微生物的营养类型微生物的营养类型根据生长所需要的营养物质的性质（碳源），可将生物分成两种基本的营养类型异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为