南京工业大学生物工程认识实习报告.docx
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南京工业大学生物工程认识实习报告
认识实习报告
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姓名
起讫日期
认识实习报告
一、实习目的和意义
认识实习是高等学校培养方案的重要组成部分，也是本科基础理论教学和专业技术课程教育之间重要的连接和实践环节。
在学生基本完成基础理论课程学习的三年级，转入专业课程教育之前，带领学生进入专业相关的生产企业、研究单位进行认识实习，使学生对本专业相关技术、生产工艺、设备和分析仪器有初步感性认识，激发学生对专业技术的热爱和兴趣，有利于专业课程的学习和理解掌握。
二、实习时间和地点
时间：
2013.9.23-2012.10.11
地点：
南京工业大学国家生化工程技术研究中心
江苏天凯生物技术有限公司
南京圣诺科技实业有限公司
三、实习内容
3.1江苏天凯生物技术有限公司
3.1.1公司简介
天凯生物科技有限公司是一家集科研、开发、生产、销售于一体的现代化高新技术企业。
公司主要利用生物技术从事长链多不饱和脂肪酸的研发与生产，技术力量雄厚，生产工艺先进，检测手段完备，产品质量可靠。
主要产品包括DHA精油、DHA微胶囊粉、DHA胶囊，在研产品包括AA、GLA、EPA，公司依托江苏省工业生物技术创新中心，技术来源与南京工业大学代谢工程实验室，有雄厚的科研实力，是产学研结合的技术输出窗口和孵化基地。
公司现有厂房面积2358平米，设备总投资1500万元，拥有独立的技术研究中心和中试基地。
建立了从菌种发酵到成品的全套中试线，包括超净实验室、全自动控制发酵罐、产物后提取及精制、产品分析检测等中试系统，配备仪器优良精确，实验条件优越，拥有达世界先进水平的中试装备，能独立进行重大课题的研究与开发。
天凯与高校科研机构紧密合作，利用海洋微藻生产的DHA微藻油已进入产业化，利用真菌生产的AA（花生四烯酸）项目已进入中试阶段，目前公司正致力于开发微生物生产其他长链多不饱和脂肪酸（GLA、EPA、DPA等）产品，努力将公司建成国内外脂肪酸专业型生产企业。
3.1.2产品介绍
3.1.2.1海洋微藻DHA
3.1.2.1.1DHA背景介绍
DHA，又称二十二碳六烯酸，俗称“脑黄金”，属ω-3系列长链多不饱和脂肪酸。
国内外的众多研究已证明DHA是婴幼儿生长发育过程中不可缺少的成长因子，对婴幼儿脑部和视力发育具有显著功效。
DHA也是成年人的保健元素，具有多种功效：
降血脂、血压和胆固醇，预防动脉硬化；减少血栓形成，预防冠心病；预防老年痴呆；保护视网膜，改善视力；抗癌、抑制肿瘤；防治糖尿病、抗炎症、延缓衰老等。
DHA（docosahexaenoicacid,22碳6烯酸）几乎只能来源于海洋食物，如海洋微藻、海鱼、海洋动物、鱼油和鳕鱼肝油等。
DHA不是海洋鱼类自己合成的，而是通过食物链获取的，而海洋微藻才是DHA的真正合成者，有些微藻具有较高的富集能力，占其细胞干重的40%为脂肪，一些微藻粗脂肪的20~30%为不饱和脂肪酸。
3.1.2.1.2微藻DHA的前景及展望
DHA对不同年龄阶段的人群都有着积极的保健功效。
相对于鱼油DHA，微藻DHA不含鱼腥味、无海洋污染、不破坏生态环境，生物利用率高，因而有着更为广阔的市场应用前景。
微藻DHA功能性食品在推动人类健康的同时也带来理想的经济效益和社会效益，是保健品和食品行业未来的发展趋势，微藻DHA时代已经来临！
3.1.2.1.3DHA在国内的发展
中国微藻DHA的工业化生产始于2002年，经过近10年的发展，截止到2011年7月，国内共有15家活跃的微藻DHA生产商，总产能达到了1,475t/a，产量已从2007年的503吨增加到了2010年的946吨。
由于DHA行业毛利润超过75%，高利润的吸引，越来越多的公司计划扩大生产或进入该行业。
目前中国DHA的消费仍然有限，这是由于应用领域和高价格的限制。
2010年DHA总消费量2260吨，与此同时，DHA市场容量已达3700吨。
DHA主要用于配方食品和保健品两大消费领域。
配方食品占DHA总消费量的67%，其中婴幼儿配方奶粉中的应用最多，此外DHA还应用于婴儿米粉和孕妇奶粉，以及儿童乳饮料中。
食用油是一个新兴的终端用途。
由于微藻DHA较高的品质及良好的口味，受到的重视日益加深。
尽管中国的DHA行业发展迅速，但与一些发达国家相比，仍处于发展初期，因此中国的DHA的产业拥有足够的发展空间。
随着国内消费者健康意识的不断提升以及购买力的提高，国内DHA的需求将进一步增加，未来五年DHA行业将保持高速发展。
3．1.3生产工艺
3.1.3.1从微藻中获得DHA
目前从海洋微藻中提取多不饱和脂肪酸的工艺还处于实验室阶段，目前主要采取以下的步骤：
藻体收集——冷冻干燥——脂肪酸萃取——脂肪酸转酯化——分离——纯化。
3.1.3.2发酵过程的组成
除某些转化过程外，典型的发酵过程可以划分成六个基本组成部分：
（1）繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定；
（2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；
（3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产的容器中；
（4）微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；
（5）产物萃取和精制；
（6）过程中排出的废弃物的处理。
六个部分之间的关系如图所示。
研究和发展计划，总是围绕着就逐步改善发酵的全面效益而进行的。
在建立发酵过程以前，首先要分离出产生菌，并改良菌种，使所产生的产物符合工业要求。
然后测定培养的需求，设计包括提取过程在内的工厂。
以后的发展计划，包括连续不断的改良菌种、培养基和提取过程
3.1.3.3发酵过程示意图
3.1.3.4发酵生产的条件
（1）某种适宜的微生物
（2）保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧pH等）
（3）进行微生物发酵的设备
（4）提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备3.1.3.4发酵后期酒精回收
工业生产中常常采用下图所示的流程进行操作。
连续精馏装置主要包括精馏塔，蒸馏釜（或称再沸器）等。
精馏塔常采用板式塔，也可采用填料塔。
加料板以上的塔段，称为精馏段；加料板以下的塔段（包括加料板），称为提馏段。
连续精馏装置在操作过程中连续加料，塔顶塔底连续出料，故是一稳定操作过程。
图3简易回收塔
（1）塔板的作用
塔板的作用是提供气液分离的场所；每一块塔板是一个混合分离器，并且足够多的板数可使各组分较完全分离。
因此每一块塔板是一个混合分离器，经过若干块塔板上的传质后（塔板数足够多），即可达到对溶液中各组分进行较完全分离的目的。
（2）回流的作用
回流的主要作用就是提供不平衡的汽液两相，而构成汽液两相接触传质的必要条件。
注意：
工业用精馏塔内由于塔顶的液相回流和塔底的汽相回流，为每块塔板提供了汽、液来源。
3.1.4影响微藻培养生产DHA的理化因素
3.1.4.1物理因素
影响微藻生长生产DHA的物理因素有光照、温度、溶氧量、盐度、pH值等。
（1）光照：
脂肪酸的合成具有藻种的特异性。
（2）温度：
不同的温度对藻细胞的生长具有较大的影响。
随温度的升高，藻细胞的代谢和呼吸作用加快，生长速率增大。
而随温度的减低，藻细胞的代谢和呼吸作用降低。
细胞内的多不饱和脂肪酸累积量逐渐增大，DHA含量也逐渐增大。
（3）盐度：
盐度对微藻脂肪酸组成的影响因种而异。
一般来说，在高盐浓度下，多不饱和脂肪酸的含量下降。
而在适宜的盐度时，DHA含量随着盐度的升高而增大。
（4）溶氧量：
在脂肪酸的代谢途径中，分子氧参与脂肪酸的去饱和过程是多不饱和脂肪酸合成过程的限制因子，微藻发酵生产DHA的含量也受氧浓度的影响。
一般来说，高浓度的溶氧中生产的DHA含量大于低浓度中的DHA含量。
（5）pH值：
不同的微藻都有其适宜的pH值。
它不仅影响了微藻细胞内外的离子平衡，也影响了藻细胞膜的通透性。
此外，培养周期、培养密度、保存方式也对微藻生产DHA有影响。
3.1.4.2化学因素
（1）碳氮比：
培养基中的氮源组成主要影响微藻细胞内饱和及不饱和脂肪酸的比例，当培养基中C/N比升高时，Chlorellasorokiniana细胞内多不饱和脂肪酸的含量增大。
同时培养基的碳、氮源的选择也影响了微藻生产DHA的产量，这表现为不同的藻种对碳、氮源有不同的适应性。
（2）氯化钠：
在海洋藻类中，钠离子的作用主要是调节细胞生长中胞内外的渗透压。
在高盐浓度下，藻细胞的细胞膜的流动性和渗透压降低，多不饱和脂肪酸含量下降，DHA的含量也下降，而低盐度下时DHA的含量较高。
3.1.5微藻生产DHA的方式
（1）自养方式
对光合自养的微藻进行研究，发现一些光合自养微藻能产生DHA。
如光甲藻和隐甲藻中，DHA是磷脂酰胆碱的主要成分，特别是隐甲藻体内，将近总脂肪酸的50%的成分为DHA。
人们也已经从海藻中发现DHA，含量占总脂肪酸的12%~36%。
光合自养微藻的大规模培养多采用开放式池、封闭式池和封闭式光合生物反应器系统进行培养。
（2）异养方式
与自养培养方式相比，其具有培养过程无需光照，减少能量；可具有较大的培养密度，可提高底物的转化率，缩短了发酵周期;能控制温度、溶氧等培养参数。
目前，已经成功地进行了隐甲藻异养及混养的研究。
3.2南京圣诺实业有限公司
3.2.1公司简介
南京圣诺实业有限公司由国家生化工程技术研究中心、南京工业大学、奥索公司投资创办。
生产基地位于风景秀丽的南京工业大学江浦校区内，生产车间严格按照GMP标准建造，是国家生化中心在生物工程制药技术领域产品中试基地、南京工业大学生物与制药工程学院教学基地。
公司依托国家生化工程技术研究中心和南京工业大学雄厚的科研实力，致力于将国际尖端生物科学技术与医药工程技术相结合，以健康产业为主导，不断开发“三高”（高科技含量、高功效、高专业性）的产品，建设“科技航母”；并借助奥索集团公司在全国先进、丰富的市场营销经验和优秀的营销团队，在国家重点科研机构和广大消费者之间架起一座健康的桥梁；努力打造以科研为龙头的科研、生产、销售一体化的现代企业。
3.2.2GMP理论介绍
“GMP”是英文GoodManufacturingPractice的缩写，中文的意思是“良好作业规范”，或是“优良制造标准”，是一种特别注重在生产过程中实施对产品质量与卫生安全的自主性管理制度。
它是一套适用于制药、食品等行业的强制性标准，要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、包装运输、质量控制等方面按国家有关法规达到卫生质量要求，形成一套可操作的作业规范帮助企业改善企业卫生环境，及时发现生产过程中存在的问题，加以改善。
3.2.3产品介绍
3.2.3.1FDP（1，6-二磷酸果糖系列金属盐）
3.2.3.1.1FDP背景介绍
FDP是1,6-二磷酸果糖（英文名称Fructose1,6-diphosphate）的英文缩写，是生物体细胞内糖代谢的一种中间产物，纯FDP的性状呈白色或类白色的结晶性粉末，易溶于水。
研究发现它可作用于细胞膜，调节糖代谢中若干酶活性，尤其是激活磷酸果糖激酶（PFK），聚增细胞内高能磷酸池，产生大量的ATP，促进钾离子内流，恢复细胞极化状态，从而有益于休克、缺血、缺氧、损伤体外循环和输血等状态下的细胞能量代谢以及对葡萄糖的利用，以促进细胞修复和改善功能。
3.2.3.1.2FDP市场前景
上个世纪八十年代，意大利Foscama公司开发成功FDP静脉注射液，在临床上得到广泛运用，是治疗和急救新脑血管方面疾病的特效药之一。
近年来，随着制备工艺的不断改进，FDP的酶法合成及其应用受到受到世界上越来越多国家的关注。
因此，进一步开发新生产工艺，研制新盐类型、开发新剂型和新产品、开拓新应用领域具有十分重要和现实的意义。
可以预见，这种来自生物质的新型药物的生产及应用将会获得更大的发展，并且今后还能创造出巨大的经济效益和不可低估的社会价值。
3.2.3.1.3FDP的应用
动物实验和临床研究均表明，FDP对心肌梗塞、心肌缺血、冠心病等多种心脑血管疾病都有治疗作用，早期的临床应用也主要集中在这方面。
FDP韩还能有效改善梗死区脑组织的能量代谢及微循环，降低受损神经细胞的缺血、缺氧程度，改善其功能。
FDP能明显改善心脏病人的心电运动指标，显著减轻心悸怔肿、胸闷气短、头晕等症状，并对哮喘、心肌梗塞、脑损伤、脑卒中、心力衰竭、冠心病、心功能不全等有明显疗效。
常规的糖尿病药物主要用于降糖、缓解危象，但并不能影响细胞能量代谢中对葡萄糖的利用。
而FDP通过刺激PFK和PK的活性，强化细胞内部糖代谢过程，将血糖转化为细胞和组织需要的能量，将血糖“烧掉”，从而起到一定的降糖作用。
3.2.3.1.4FDP生产工艺介绍
该公司的生产工艺是在啤酒酵母的作用下，通过糖酵解（EMP）途径将葡萄糖和磷酸盐转化为1,6-二磷酸果糖，再经过过滤、离子交换、脱色、浓缩、结晶、干燥、成品包装等获得最终产品。
具体过程见下图：
具体糖酵解途径（EMP，部分）见下图：
3.2.3.1.5生产注意
3.2.3.1.5.1转化反应温度对酶活的影响
温度对酶反应速度的影响是多方面的。
总体来说，主要两个方面：
一方面酶作为一种生物催化剂，具有普通无杨催化剂的一般特性，即温度上升使底物能量增加，分子碰撞概率增加，从而使反应速度加快。
通常反应温度每升高10度，反应速度便增加1-2倍；另一方面，随着温度上升超过某一界限，酶蛋白开始变性，有活性的酶减少，从而降低了酶反应的速度。
反应的最适温度就是这两种效应平衡的结果。
结果见下图。
较好的生产温度应该控制在25～34°C
3.1.2.1.5.2pH对酶转化的影响
酶分子上有许多酸性、碱性氨基酸的侧链基团，pH值的改变底物分子（s）、中间产物（ES）甚至酶（E）分子活性部位催化基团的解离状态。
酶活性中心含有－COOH和－NH２基团，可分别解离为－COO－和－NH３＋。
当将OH－或H+加入有活性的酶液中时，pH值的变化必然会些起一个或两个基团的解离形式变化，从而影响酶的活性，其机理如图。
在不同pH条件下测定酶的活力，可发现在某一pH值时，酶的活力最大，这特定PH值称为最适pH值，偏离此值则酶活力显著下降。
3.1.2.1.5.2搅拌对酶转化反应的影响
反应初期，提高搅拌转速可以加快底物转化，但到反应中后期过高的搅拌速度反而使转化率降低，这是由于搅拌的剪切力对酶产生了机械损伤，便酶活下降，转化减慢，而静置反应由于酶与底物无法充分接触，转化率也较低，而采用间歇搅拌方式，即保证了酶和底物的良好接触，又可以减少由于搅拌导致的机械损伤，是一种比较适合的生产方式。
3.1.2.1.5.3底物浓度对酶的稳定性的影响
对酵母转化FDP中底物葡萄糖和磷酸盐浓度的影响进行了研究，结果见下图。
从以上结果可以看出：
磷酸盐在一定浓度范围内，FDP的生成速率随其浓度的增加而增大。
但是在磷酸盐加入量大于5.0g后，FDP生成速率在前期却随着磷酸盐浓度的增加而减少，这是因为磷酸盐在较高的浓度下对FDP的生成产生一定抑制作用，但随着磷酸盐的转化，这种抑制现象逐渐减弱，在经过足够长的时间后，最终的培养液中FDP含量仍高于较低浓度的培养液，但对于生产来说，无机磷酸盐的加入量在5.0g以上是有利的，因为反应时间较短,降低了产品的成本。
在反应中当葡萄糖的加入量达到8.0g/L时，4h内FDP的生成量最高。
同时从磷酸盐的转化率来看，此时无机磷的转化率也是最高的。
当进一步增加葡萄糖用量，FDP的产量及无机磷的转化率均呈下降趋势，此时葡萄糖对酵母生成FDP产生抑制作用。
3.2.3.1.6分离提取FDP工艺
在FPD提取过程中需要采用过滤、离子交换、浓缩结晶、膜过滤（可选）、脱色、结晶、干燥等工艺获得最后产品
3.2.3.2核苷酸
3.2.3.2.1核苷酸背景介绍
核苷酸在农业、食品和医药行业有着广泛的用途。
尤其是在婴儿食品和医药领域的应用中，有着不可替代的功能。
在婴儿食品中，作为婴儿食品的添加剂其可以明显提高婴儿的免疫能力，促进肠道的成熟，促进脂蛋白和多不饱和脂肪酸的合成，减少婴儿感冒和腹泻等疾病的发生，有利于婴儿的正常生长和发育。
在医药领域，临床实验表明，核苷酸参与人体代谢，促进内脏器官改进和恢复，改善骨髓造血功能，可作为治疗癌症病毒的辅助药物，是一种非常重要的医药原料。
核苷酸可使白细胞过量增生，对于各种放射性物质或药物引起的白细胞下降、非特异性血小板减少等症状有良好的疗效，也可用于急、慢性肝炎的治疗。
工业上和实验室已经有多种。
3.2.3.2.1核苷酸生产工艺介绍
酶解法生产核苷酸是历史最长、技术最成熟的生产方法。
在日本，有近40%的核苷酸是以RNA为底物酶解得到的。
利用桔青霉发酵生产出的核酸酶,3与从酵母中提取的RNA反应即可得到四种核苷酸的混合物，将该混合物经离子交换树脂分离纯化可以得到四种核苷酸的纯品。
其流程见下图：
四、实习心得总结
在此之前的两个礼拜中，我们参加了生工专业的认识实习。
这短短三周的认识实习，却让我受益匪浅。
通过认识实习，我们可以走出书本，走出实验室，真正地走进工业产品的生产一线，可以更加直观、更系统地了解产品生产的整个流程。
一方面，我们需要有扎实的理论知识作为基础，另一方面，我们也要学会在实践中去应用所学到的理论知识。
认识实习分为资料查阅、相关理论课程学习、参观实习三个阶段。
在前期的资料查阅和理论学习阶段，我查阅了许多关于FDP、核苷酸、海洋微藻DHA等方面的生产工艺的文献，同时通过搜索引擎搜索到了圣诺实业以及天凯公司的介绍。
这也为我接下来进入到工厂的参观打好了扎实的理论基础。
而接下来的实际参观实习阶段，更让我受益良多。
我们实习的第一站，是江苏天凯生物技术有限公司，天凯生物科技有限公司是一家集科研、开发、生产、销售于一体的现代化高新技术企业。
公司依托江苏省工业生物技术创新中心，技术来源与南京工业大学代谢工程实验室，有雄厚的科研实力，是产学研结合的技术输出窗口和孵化基地。
在那里我们看到了大型的发酵罐。
与实验室的差别较小。
但是操作的困难大，在参观时空气中也充斥着并不让人舒服的气味，更加体现了校园与工厂的差异性，让自己知道了自身相关经验的缺乏，仍然需要很多锻炼。
我们实习的第二站是是位于国家生化中心的圣诺实业有限公司，他是国家生化工程技术研究中心的产学研示范基地，也是国家级生物化学工程实验教学中心的重要实训基地，经过多年快速发展，已成为了一家集研究开发和生产为一体的生物高科技公司。
在圣诺的工厂中，我看到了工厂的离心机和阴阳离子交换柱，和我原来想象的和实验室中的完全不一样，是大规格并且适用于工业生产的。
还有板框式压滤机，这个也不同于在实验中接触到的，它有较大的尺寸，在一些细节设计上也不同于实验室中的设备，更适用于工业生产。
我很庆幸自己参加了这次实习，因为在实习中我所获得的都是学校课本上不能教给我们的。
这次实习过后，我们了解到生物工程的未来发展还很广泛，熟悉了生工方面的工厂，以及相关的工艺流程和工艺技术。
看到在工厂中，每个部门分工明确，相互协作，学会了无论在学习工作中，都要懂得如何与同学、团队更好地合作。
这次实习的经历会一直在我未来的道路上指引着我前行，时刻告诉我，我们专业需要的是什么，而我还缺乏什么，鼓励着我不断提升、完善自己。
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