绪 论
绪 论
一、微生物工程的定义、特点和内容 ◼ 1、微生物工程的定义 ◼ 是利用微生物的特定性状和机能，通过现代化工程技术， 生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将 传统的发酵技术与现代的基因工程、细胞工程、代谢工程、 生物信息工程和计算机控制等技术结合并迅速发展的现代 发酵技术。 ◼ 是生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业 化的重要。它将微生物学、生物化学、化学工程的基本原 理有机结合起来，是一门利用微生物的生命活动来生产人 们所需要的有用物质的工程技术。也称发酵 （fermentation）工程
一、微生物工程的定义、特点和内容 ◼ 1、微生物工程的定义 ◼ 是利用微生物的特定性状和机能，通过现代化工程技术， 生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将 传统的发酵技术与现代的基因工程、细胞工程、代谢工程、 生物信息工程和计算机控制等技术结合并迅速发展的现代 发酵技术。 ◼ 是生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业 化的重要。它将微生物学、生物化学、化学工程的基本原 理有机结合起来，是一门利用微生物的生命活动来生产人 们所需要的有用物质的工程技术。也称发酵 （fermentation）工程
2、微生物工程的特点 ◼ 微生物工程的一般特点： ◼ ①生产所用的原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合 物为主，辅料包括一定的有机或无机氮源和少量 无机盐。 ◼ ②微生物反应过程以生命体的自动调节方式进行， 数十个生化反应过程能通过单一微生物的代谢活 动来完成，因而所需产品可在单一发酵设备中一 次合成
2、微生物工程的特点 ◼ 微生物工程的一般特点： ◼ ①生产所用的原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合 物为主，辅料包括一定的有机或无机氮源和少量 无机盐。 ◼ ②微生物反应过程以生命体的自动调节方式进行， 数十个生化反应过程能通过单一微生物的代谢活 动来完成，因而所需产品可在单一发酵设备中一 次合成
◼ ③微生物能利用简单的物质合成复杂的高 分子化合物。酶制剂、活性蛋白、活性肽 和多糖等生物产品的生产是微生物工业最 有发展前景的领域。 ◼ ④由于生命体特有的反应机制，微生物能 高度选择性地在复杂化合物的特定部位进 行氧化、还原、官能团导人等转化反应， 从而获得某些具有重大经济价值的物质
◼ ③微生物能利用简单的物质合成复杂的高 分子化合物。酶制剂、活性蛋白、活性肽 和多糖等生物产品的生产是微生物工业最 有发展前景的领域。 ◼ ④由于生命体特有的反应机制，微生物能 高度选择性地在复杂化合物的特定部位进 行氧化、还原、官能团导人等转化反应， 从而获得某些具有重大经济价值的物质
◼ ⑤微生物在自然界中分布很广，种类繁多。 人们可有目的地从自然界中筛选有用的微 生物菌种，并可通过物理和化学诱变、细 胞融合和基因重组等育种技术获得高产菌 株。从分子生物学的观点看，微生物的基 因组相对较小，调控系统相对简单，进行 基因操作比动、植物要容易得多。例如最 初从微生物生产青霉素时，其产率不到 0.01%，经过人们的不断改造，今天已达 5％以上，产率提高了500多倍
◼ ⑤微生物在自然界中分布很广，种类繁多。 人们可有目的地从自然界中筛选有用的微 生物菌种，并可通过物理和化学诱变、细 胞融合和基因重组等育种技术获得高产菌 株。从分子生物学的观点看，微生物的基 因组相对较小，调控系统相对简单，进行 基因操作比动、植物要容易得多。例如最 初从微生物生产青霉素时，其产率不到 0.01%，经过人们的不断改造，今天已达 5％以上，产率提高了500多倍
与化学工程相比，微生物工程的特 点为： ◼ ①作为生物化学反应，通常在常温常压下 进行，因此没有爆炸之类的危险，各种生 产设备一般不必考虑防爆问题。 ◼ ②微生物发酵过程需防止杂菌污染，生产 过程所需的设备、培养基和空气都需进行 严格的无菌处理，一旦杂菌人侵就有可能 导致发酵生产的失败
与化学工程相比，微生物工程的特 点为： ◼ ①作为生物化学反应，通常在常温常压下 进行，因此没有爆炸之类的危险，各种生 产设备一般不必考虑防爆问题。 ◼ ②微生物发酵过程需防止杂菌污染，生产 过程所需的设备、培养基和空气都需进行 严格的无菌处理，一旦杂菌人侵就有可能 导致发酵生产的失败
◼ ③微生物发酵液成分较复杂，大多为非牛 顿流体，其产品分离与纯化过程比化学反 应过程产品复杂得多。 ◼ ④制造发酵产物的微生物菌体也是发酵产 物，微生物细胞富含蛋白质、核酸、维生 素等有用物质。微生物发酵液一般不含对 生物体有害的物质
◼ ③微生物发酵液成分较复杂，大多为非牛 顿流体，其产品分离与纯化过程比化学反 应过程产品复杂得多。 ◼ ④制造发酵产物的微生物菌体也是发酵产 物，微生物细胞富含蛋白质、核酸、维生 素等有用物质。微生物发酵液一般不含对 生物体有害的物质
与生物工程的其他技术相比，微生 物工程的特点为： ◼ ①与酶工程相比，微生物工程的特点是 微生物的来源广、价格低，而且可以再生， 但发酵液中含有一定副产物，给产品提取 与纯化带来困难；而酶催化反应专一、无 副产物、转化率高，但原酶价格高，有些 酶来源受限制，且酶失活后不能再生。有 关微生物工程与酶工程的比较见表1－1
与生物工程的其他技术相比，微生 物工程的特点为： ◼ ①与酶工程相比，微生物工程的特点是 微生物的来源广、价格低，而且可以再生， 但发酵液中含有一定副产物，给产品提取 与纯化带来困难；而酶催化反应专一、无 副产物、转化率高，但原酶价格高，有些 酶来源受限制，且酶失活后不能再生。有 关微生物工程与酶工程的比较见表1－1
项目 微生物工程 酶工程 应用 系列串联反应，产物包括微生物代谢 产物、微生物细胞本身和细胞组 成部分（胞内产物） 单酶系统时，为单一反应；多酶 系统时，可用于若干串联反 应或多底物、多产物反应 来源与价格 来源广、价格低、菌种可传代，在发 酵开始时，接入少量种子液，即 可在过程中自行繁殖 从细胞中提取或通过微生物发酵 制得。除若干大宗工业酶制 剂外，大多价格昂贵 稳定性 较高，可通过多种途径保持其稳定性 较差，只有高稳定性或经稳定性 修饰的酶才能在工业上应用 辅酶再生 在微生物信陈代谢中自行解决 在需要辅酶再生的反应中，技术 和经济问题难以解决 原料要求 可用粗原料，但培养基中需提供菌体 生长和产物形成所必需的成分 简单，但要求纯度较高的化合物 作底物 反应时间 较长，1天左右至1周以上 较短，数分钟至几十小时 反应器 体积较大，但结构较简单 体积较小，但结构较复杂 操作方式 多为分批式，少量连续式，对于固定 化细胞，也可用固定床、流化床 反应器进行连续操作 对游离酶反应，分批式和连续式 无明显区别；对于固定化酶， 以连续固定化、流化床反应 器为主 过程控制 较复杂，过程常分为菌体生长和产物 形成两个阶段；物料成分及性质 复杂，代谢途径较难控制 简单 产品分离 较复杂，反应终了时，发酵液中含有 菌体、残余培养基和较多的副产 物 简单 工业生产 较多，有上千种工业产品 较少，目前常见的工业产品仅十 余种
项目 微生物工程 酶工程 应用 系列串联反应，产物包括微生物代谢 产物、微生物细胞本身和细胞组 成部分（胞内产物） 单酶系统时，为单一反应；多酶 系统时，可用于若干串联反 应或多底物、多产物反应 来源与价格 来源广、价格低、菌种可传代，在发 酵开始时，接入少量种子液，即 可在过程中自行繁殖 从细胞中提取或通过微生物发酵 制得。除若干大宗工业酶制 剂外，大多价格昂贵 稳定性 较高，可通过多种途径保持其稳定性 较差，只有高稳定性或经稳定性 修饰的酶才能在工业上应用 辅酶再生 在微生物信陈代谢中自行解决 在需要辅酶再生的反应中，技术 和经济问题难以解决 原料要求 可用粗原料，但培养基中需提供菌体 生长和产物形成所必需的成分 简单，但要求纯度较高的化合物 作底物 反应时间 较长，1天左右至1周以上 较短，数分钟至几十小时 反应器 体积较大，但结构较简单 体积较小，但结构较复杂 操作方式 多为分批式，少量连续式，对于固定 化细胞，也可用固定床、流化床 反应器进行连续操作 对游离酶反应，分批式和连续式 无明显区别；对于固定化酶， 以连续固定化、流化床反应 器为主 过程控制 较复杂，过程常分为菌体生长和产物 形成两个阶段；物料成分及性质 复杂，代谢途径较难控制 简单 产品分离 较复杂，反应终了时，发酵液中含有 菌体、残余培养基和较多的副产 物 简单 工业生产 较多，有上千种工业产品 较少，目前常见的工业产品仅十 余种
◼ ②与动、植物细胞培养比较，微生物具有 生产速度快、营养要求简单、对环境条件 要求低等特点。有关微生物培养与动、植 物细胞培养的差异见表1－2
◼ ②与动、植物细胞培养比较，微生物具有 生产速度快、营养要求简单、对环境条件 要求低等特点。有关微生物培养与动、植 物细胞培养的差异见表1－2