生物反應工程原理PPT課件

1、 一、生物反應工程的定義與特點一、生物反應工程的定義與特點 二、生物反應工程學科的形成與發(fā)展二、生物反應工程學科的形成與發(fā)展 三、生物反應工程研究的目的三、生物反應工程研究的目的 四、生物反應工程研究的內容與方法四、生物反應工程研究的內容與方法 五、舉例五、舉例 六、本課程參考書目及相關要求六、本課程參考書目及相關要求第一章第一章 緒論緒論Chapter 1. Introduction第1頁/共60頁 1、生物反應工程的定義、生物反應工程的定義 2、生物反應工程的基礎知識、生物反應工程的基礎知識 3、生物反應工程的特點、生物反應工程的特點一、生物反應工程的定義與特點一、生物反應工程的定義與特點

2、The Definition and Characteristics of Bioreaction Engineering第2頁/共60頁1 1、生物反應工程的定義、生物反應工程的定義Definition of Bioreaction Engineering 生物反應工程是一門以研究生物反應過程生物反應工程是一門以研究生物反應過程中帶有共性的工程技術問題的學科。中帶有共性的工程技術問題的學科。 是以生物學、化學、工程學、計算機與信是以生物學、化學、工程學、計算機與信息技術等多學科為基礎的交叉學科。息技術等多學科為基礎的交叉學科。第3頁/共60頁 以生物反應動力學為以生物反應動力學為基礎基礎，將

3、傳遞過，將傳遞過程原理、設備工程學、過程動態(tài)學及程原理、設備工程學、過程動態(tài)學及優(yōu)化原理等化學工程方法與生物反應優(yōu)化原理等化學工程方法與生物反應過程的反應特性方面的過程的反應特性方面的知識相結合知識相結合，進行生物反應過程分析與開發(fā)，以及進行生物反應過程分析與開發(fā)，以及生物反應器的設計、操作和控制等。生物反應器的設計、操作和控制等。 生物反應工程是工業(yè)生物技術的核心。生物反應工程是工業(yè)生物技術的核心。第4頁/共60頁Bioreaction EngineeringFrom Bio-appearance to Bioprocess Design From Bioprocess Design to

4、Systems Biology2 2、生物反應工程的基礎知識、生物反應工程的基礎知識Elementary Knowledge of Bioreaction Engineering第5頁/共60頁 代謝工程代謝工程是一門涉及利用基因工程的手段是一門涉及利用基因工程的手段對細胞屬性進行改造的工程，根據(jù)不同的生物過對細胞屬性進行改造的工程，根據(jù)不同的生物過程和所需目標，設計方案和引用的方法也不同程和所需目標，設計方案和引用的方法也不同.步驟：（步驟：（1 1）合成：構建重組菌株以提高細胞特性）合成：構建重組菌株以提高細胞特性; ;（2 2）分析：對重組）分析：對重組菌株進行分析，特別是對照出發(fā)菌株的

5、屬性進行分析菌株進行分析，特別是對照出發(fā)菌株的屬性進行分析; ;（3 3）設計：設）設計：設計代謝工程方案（計代謝工程方案（Nielsen 2001Nielsen 2001）。）。 第6頁/共60頁 “個別的學問個別的學問 knowledge of individuation”，解決怎樣做一件事情，技，解決怎樣做一件事情，技術會隨著時代變遷而變化。術會隨著時代變遷而變化。 具體的技術可以用記述的方法來表現(xiàn)。具體的技術可以用記述的方法來表現(xiàn)。Technology第7頁/共60頁 研究一般化方法的學問，具有超越時代的研究一般化方法的學問，具有超越時代的持續(xù)性和普遍性，內容是抽象的。持續(xù)性和普遍性，

6、內容是抽象的。 抽象的方法除表現(xiàn)為數(shù)學的使用外，更重抽象的方法除表現(xiàn)為數(shù)學的使用外，更重要的是掌握要的是掌握“工程思維工程思維”（engineering sense) )方法。方法。 工程本質上是具有價值取向的主體作用于工程本質上是具有價值取向的主體作用于客體、主觀思維物化為客觀實體的一種目客體、主觀思維物化為客觀實體的一種目標導向的活動和過程。標導向的活動和過程。Engineering第8頁/共60頁生物技術（工程）生物技術（工程）bioengineering/biotechnology ： 生物技術是應用自然科學及工程學的原生物技術是應用自然科學及工程學的原理，依靠生物催化劑（理，依靠生物

7、催化劑（biological agents)的作用將物料進行加工以提供的作用將物料進行加工以提供產品或為社會服務的技術。產品或為社會服務的技術。 1982年國際經濟合作及發(fā)展組織年國際經濟合作及發(fā)展組織 第9頁/共60頁 高技術：世界所擁有的先進技術構成的一個高技術：世界所擁有的先進技術構成的一個強大的、活躍的技術群體，叫做高技術。高強大的、活躍的技術群體，叫做高技術。高技術凝聚著人類早期的發(fā)明和近期的創(chuàng)造，技術凝聚著人類早期的發(fā)明和近期的創(chuàng)造，代表著當代的科技文明。代表著當代的科技文明。 我國正在實行的高技術：生物技術、信息技我國正在實行的高技術：生物技術、信息技術、新材料技術、新能源技術、

8、海洋技術、術、新材料技術、新能源技術、海洋技術、空間技術?？臻g技術。 生物技術（工程）的研究內容：基因工程；生物技術（工程）的研究內容：基因工程；酶工程；細胞工程；發(fā)酵工程；生物反應器；酶工程；細胞工程；發(fā)酵工程；生物反應器；生化分離工程；生化分離工程；第10頁/共60頁生物技術的特點生物技術的特點多學科、多技術的結合多學科、多技術的結合生物作用劑（生物催化劑）的參與生物作用劑（生物催化劑）的參與目的是建立工業(yè)生產過程或進行社會服務，這目的是建立工業(yè)生產過程或進行社會服務，這一過程稱為生物反應過程（一過程稱為生物反應過程（ bioprocess)bioprocess)第11頁/共60頁多學科性

9、多學科性:它是一門多學科、它是一門多學科、綜合性的科學技綜合性的科學技術。術。 第12頁/共60頁生物催化劑生物催化劑:第13頁/共60頁建立工業(yè)生產過程建立工業(yè)生產過程: 生物技術最后的目的是建立工業(yè)生產過程或進行社會服務，稱生物技術最后的目的是建立工業(yè)生產過程或進行社會服務，稱為生物反應過程（為生物反應過程（bioprocess）。）。第14頁/共60頁生物（生化）反應過程：生物（生化）反應過程：第15頁/共60頁從應用的觀點出發(fā)可將生物技術從應用的觀點出發(fā)可將生物技術進行如下分類：進行如下分類： 工業(yè)生物技術工業(yè)生物技術 農業(yè)生物技術農業(yè)生物技術 醫(yī)藥生物技術醫(yī)藥生物技術 環(huán)境生物技術環(huán)

10、境生物技術第16頁/共60頁生物現(xiàn)象生物現(xiàn)象Bio-appearance 從自然現(xiàn)象說起：從自然現(xiàn)象說起： 最初原始性的種植方式到現(xiàn)代化農業(yè)最初原始性的種植方式到現(xiàn)代化農業(yè); ; 由無序到計劃性由無序到計劃性。 從我們每一個人，即個體說起：從我們每一個人，即個體說起： 由上帝創(chuàng)造人類到生命起源的由上帝創(chuàng)造人類到生命起源的。 從現(xiàn)代化的生物工業(yè)生產而言：從現(xiàn)代化的生物工業(yè)生產而言： 由單一需求到協(xié)調發(fā)展由單一需求到協(xié)調發(fā)展。第17頁/共60頁如何從生物現(xiàn)象中抽象出共性的內如何從生物現(xiàn)象中抽象出共性的內容容 從宏觀看從宏觀看 以獲得生物量為目的：以獲得生物量為目的： 生物合成速率生物合成速率影響因

11、素（生物體、基質、環(huán)境影響因素（生物體、基質、環(huán)境 因素、操作條件等）因素、操作條件等） 以獲得目的產物為目的：以獲得目的產物為目的： 從微觀看從微觀看 轉錄與轉譯速率轉錄與轉譯速率= =（基因量、（基因量、. .等等) ) 調控速率調控速率= =（表達速率、酶活力、（表達速率、酶活力、等）等）第18頁/共60頁工程思維方法工程思維方法Engineering sense methodAdaptability 生物適應性生物適應性( (或可行性）或可行性）Continuity 可持續(xù)性可持續(xù)性Fixed quantity of process 過程的量過程的量化化Economy 經濟性經濟性Ef

12、ficiency 效率效率第19頁/共60頁 生物反應過程與化學反應過程本質的區(qū)別是有生物反應過程與化學反應過程本質的區(qū)別是有生物催化劑參與反應。特點：生物催化劑參與反應。特點： 1）反應在溫和的條件下進行；）反應在溫和的條件下進行； 2）反應速率比化學反應過程慢很多；）反應速率比化學反應過程慢很多； 3）反應的復雜性有時難于預計。）反應的復雜性有時難于預計。 共性的基本問題：共性的基本問題： 1）反應過程的定量；）反應過程的定量； 2）動力學研究；）動力學研究；3 3、生物反應工程的特點、生物反應工程的特點Characteristics of Bioreaction Engineering第

13、20頁/共60頁二、生物反應工程學科的形成與發(fā)展二、生物反應工程學科的形成與發(fā)展The Evolution of Bioreaction Engineering 史前時代史前時代，人們還不知道什么是酶或微生物時，就已利用它們進行有用物質生產了。，人們還不知道什么是酶或微生物時，就已利用它們進行有用物質生產了。第21頁/共60頁龍山文化龍山文化（距今（距今4000-42004000-4200年）已有酒具出現(xiàn)。公元前年）已有酒具出現(xiàn)。公元前200200年，作豆腐、醬油和釀醋。在我國最早的詩集年，作豆腐、醬油和釀醋。在我國最早的詩集詩經詩經中中就提出過采用厭氧進行亞麻浸漬處理。公元就提出過采用厭氧進

14、行亞麻浸漬處理。公元1010年有了天花年有了天花的活疫苗。的活疫苗。第22頁/共60頁 18571857年巴斯德年巴斯德（PasteurPasteur）證明酒精發(fā)酵是由）證明酒精發(fā)酵是由活酵母引起的?；罱湍敢鸬摹?8591859年，年，首次證明乙醇發(fā)酵機首次證明乙醇發(fā)酵機理。理。第23頁/共60頁 第一次第二次世界大戰(zhàn)：第一次第二次世界大戰(zhàn)：深層培養(yǎng)技術、深層培養(yǎng)技術、無菌空氣制備技術的建立無菌空氣制備技術的建立生物化學工生物化學工程誕生。程誕生。 19711971年，年，英國學者巴特金遜（英國學者巴特金遜（BatkinsonBatkinson）首次提出生化反應工程這一術語。首次提出生化反應

15、工程這一術語。第24頁/共60頁 19751975年，作為生化工程領域開創(chuàng)人之一的日本學者合葉修一出版了關于生化動力學年，作為生化工程領域開創(chuàng)人之一的日本學者合葉修一出版了關于生化動力學方面的專著生物化學工程方面的專著生物化學工程反應動力學；反應動力學； 19791979年，日本學者山根恒夫編著了生物反應工程一書；年，日本學者山根恒夫編著了生物反應工程一書；20062006年，清華大學邢新年，清華大學邢新會翻譯原著第三版。會翻譯原著第三版。 19851985年，德國學者許蓋得（年，德國學者許蓋得（SchugerlSchugerl）出版了生物反應工程專著；出版了生物反應工程專著； 1993199

16、3年，日本學者川瀨義矩出版了生物反應工程基礎一書；年，日本學者川瀨義矩出版了生物反應工程基礎一書； 19941994年，丹麥學者尼爾森（年，丹麥學者尼爾森（NielsenNielsen）等編著了生物反應工程原理一書；等編著了生物反應工程原理一書； 在此期間，我國學者也編著出版了生物反應工程原理（在此期間，我國學者也編著出版了生物反應工程原理（19901990）、生物工藝學）、生物工藝學（19921992）、生化工程（）、生化工程（19931993）和生化反應動力學與反應器（）和生化反應動力學與反應器（19961996和和19981998）等書籍。等書籍。第25頁/共60頁 2020世紀世紀90

17、90年代基因工程與生物反應工程不斷年代基因工程與生物反應工程不斷融合、發(fā)展。融合、發(fā)展。第26頁/共60頁 20002000年后人類基因組計劃的完成，后年后人類基因組計劃的完成，后基因組計劃的進行，特別是基因組計劃的進行，特別是Metabolic Engineering and Systems Biology的形的形成與發(fā)展，給生物反應工程技術帶來新成與發(fā)展，給生物反應工程技術帶來新的發(fā)展機遇。的發(fā)展機遇。第27頁/共60頁 如果生物反應現(xiàn)象僅是通過物理學家或化學家用機械的語言、化學的語言、物如果生物反應現(xiàn)象僅是通過物理學家或化學家用機械的語言、化學的語言、物理語言來描述，一定是將生物反應分解

18、至分子，或更小的單位，然后再以此為理語言來描述，一定是將生物反應分解至分子，或更小的單位，然后再以此為基礎把生物現(xiàn)象簡化為化學過程或物理過程，這種將生物現(xiàn)象簡化的方法，無基礎把生物現(xiàn)象簡化為化學過程或物理過程，這種將生物現(xiàn)象簡化的方法，無疑將拋棄生物反應的本質特征。疑將拋棄生物反應的本質特征。 另外，由于決定生物生命的最小單位是細胞，因此，細胞個體之間的相互影響另外，由于決定生物生命的最小單位是細胞，因此，細胞個體之間的相互影響也是利用生物過程獲得目的產物的技術人員不得回避的問題，但是，以往由于也是利用生物過程獲得目的產物的技術人員不得回避的問題，但是，以往由于多種原因，無法開展相關的研究。細

19、胞之間的相互影響與細胞內部反應的相互多種原因，無法開展相關的研究。細胞之間的相互影響與細胞內部反應的相互作用必然涉及影響強弱和時間的長短問題，而這必要需要一些工程學方法來解作用必然涉及影響強弱和時間的長短問題，而這必要需要一些工程學方法來解決，因此，也就給生物反應工程技術帶來新的機遇與挑戰(zhàn)。決，因此，也就給生物反應工程技術帶來新的機遇與挑戰(zhàn)。 分子生物學面臨的挑戰(zhàn)分子生物學面臨的挑戰(zhàn) ?。浚。康?8頁/共60頁三、生物反應工程研究的目的三、生物反應工程研究的目的Objective of Bioreaction engineering 1 1、生化反應過程（工程）：、生化反應過程（工程）： 廣義

20、概念：廣義概念：自然界中的生物現(xiàn)象千變萬化（如植物的生長、微生物的無處不在、自然界中的生物現(xiàn)象千變萬化（如植物的生長、微生物的無處不在、酶促反應所起的關鍵作用等），這些變化中起主導作用的是生物催化反應，或酶促反應所起的關鍵作用等），這些變化中起主導作用的是生物催化反應，或者說是生物的生長、繁殖、形成產物、某種物質的減少或增加的過程。者說是生物的生長、繁殖、形成產物、某種物質的減少或增加的過程。 狹義概念：狹義概念：生物反應工程是指將生物反應工程是指將實驗室的成果經放大而成為可供工業(yè)化生產的實驗室的成果經放大而成為可供工業(yè)化生產的工藝過程，包括實現(xiàn)工業(yè)化生產過程的高效率運轉，或者說提高生產過程效

21、率。工藝過程，包括實現(xiàn)工業(yè)化生產過程的高效率運轉，或者說提高生產過程效率。第29頁/共60頁生物反應過程效率生物反應過程效率: : 提高生物反應過程效率，即確保反應過程效提高生物反應過程效率，即確保反應過程效率最大化。率最大化。Rateproduct（timemassenergy）Example： Enzyme glucose gluconic acid rf（pH、temp、Si、P、DO）產物量生物反應過程效率生產時間 消耗的人財物等成本第30頁/共60頁（1）生物反應過程）生物反應過程-示意圖示意圖生物催化劑（酶、細胞、動植物）生物催化劑（酶、細胞、動植物）種子種子生化反應器生化反應器無

22、菌空氣無菌空氣產物提取與精制產物提取與精制副產物副產物產物產物廢棄物廢棄物檢測控制系統(tǒng)檢測控制系統(tǒng)培養(yǎng)基制備與滅菌培養(yǎng)基制備與滅菌原料及其處理原料及其處理第31頁/共60頁（2 2）生物反應過程的四個組成部）生物反應過程的四個組成部分分 原材料的預處理及培養(yǎng)基的制備；原材料的預處理及培養(yǎng)基的制備； 生物催化劑的制備；生物催化劑的制備； 生物反應器及反應條件的選擇與監(jiān)控；生物反應器及反應條件的選擇與監(jiān)控； 產物的分離純化工程；產物的分離純化工程；第32頁/共60頁（3 3）生物反應過程的特點）生物反應過程的特點 采用生物催化劑；采用生物催化劑； 采用可再生資源為主要原料；采用可再生資源為主要原料

23、； 反應器；反應器； 產物提取、純化較難、復雜產物提取、純化較難、復雜第33頁/共60頁生物反應的實質：生物反應的實質： 利用生物催化劑從事生物技術產品的生產過程。利用生物催化劑從事生物技術產品的生產過程。 溫和條件下（常溫、常壓、溫和條件下（常溫、常壓、pHpH接近中性等）進接近中性等）進行反應。行反應。 對反應過程進行定量的、動力學方面的研究是對反應過程進行定量的、動力學方面的研究是各自所要探討的最基本的問題。各自所要探討的最基本的問題。第34頁/共60頁2 2、生物反應過程研究的目的、生物反應過程研究的目的ObjectiveEnhance Productivity（1 1）提供適宜的動力

24、學速率方程，以描述微生）提供適宜的動力學速率方程，以描述微生物（或酶、動植物等）反應體系；物（或酶、動植物等）反應體系；（2 2）確定這些方程在設計方面的用途，規(guī)劃實）確定這些方程在設計方面的用途，規(guī)劃實驗室的實驗，決定動力學方程所需的速率常數(shù)。驗室的實驗，決定動力學方程所需的速率常數(shù)。（3 3）從生物反應器設計和操作的角度，研究生）從生物反應器設計和操作的角度，研究生物反應速率和與之相關影響因素之間的定量與物反應速率和與之相關影響因素之間的定量與定性的關系。定性的關系。第35頁/共60頁四、生物反應工程研究的內容與方法四、生物反應工程研究的內容與方法Content and Method 1

25、1、生物反應過程分類、生物反應過程分類 2 2、生物反應工程的研究內容、生物反應工程的研究內容 3 3、生物反應工程的研究方法、生物反應工程的研究方法第36頁/共60頁1 1、生物反應過程的分類、生物反應過程的分類Classification of Bioreaction Process 根據(jù)生物體的不同生物反應過程分為：根據(jù)生物體的不同生物反應過程分為： 酶催化反應過程酶催化反應過程 細胞反應過程（包括單一微生物細胞、多種細胞反應過程（包括單一微生物細胞、多種微生物細胞和混合反應、動植物細胞培養(yǎng)等）。微生物細胞和混合反應、動植物細胞培養(yǎng)等）。 廢水的生物處理過程廢水的生物處理過程 見見P4P

26、4表表1-11-1生物反應過程的分類及其特征生物反應過程的分類及其特征第37頁/共60頁 酶催化反應過程酶催化反應過程 采用游離或固定化酶為催化劑時的反應過程。采用游離或固定化酶為催化劑時的反應過程。 細胞反應過程細胞反應過程 采用活細胞為催化劑時的反應過程：采用活細胞為催化劑時的反應過程： 微生物細胞反應過程微生物細胞反應過程發(fā)酵工程；發(fā)酵工程； 固定化細胞反應過程和動、植物細胞反應過固定化細胞反應過程和動、植物細胞反應過程程細胞工程；細胞工程；第38頁/共60頁廢水的生物處理過程廢水的生物處理過程 利用微生物本身的分解和凈化能力，除去廢水中污濁物質的過利用微生物本身的分解和凈化能力，除去廢

27、水中污濁物質的過程。程。 特點：特點： （1）由細菌等菌類、原生動物、微小后生動物等各種微生物構）由細菌等菌類、原生動物、微小后生動物等各種微生物構成的混合培養(yǎng)系統(tǒng)；成的混合培養(yǎng)系統(tǒng)； （2）幾乎全部采用連續(xù)操作；）幾乎全部采用連續(xù)操作； （3）微生物所處的環(huán)境條件波動大；）微生物所處的環(huán)境條件波動大； （4）反應的目的是消除有害物質而不是生成代謝產物和微生物）反應的目的是消除有害物質而不是生成代謝產物和微生物細胞本身；細胞本身；第39頁/共60頁簡介其他分類方法簡介其他分類方法 按獲取能量的方式分按獲取能量的方式分好氧發(fā)酵，厭氧發(fā)好氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵酵 按產物類型分按產物類型分初級代謝產物發(fā)酵

28、，次級初級代謝產物發(fā)酵，次級代謝產物發(fā)酵；食品發(fā)酵，有機酸發(fā)酵，氨基代謝產物發(fā)酵；食品發(fā)酵，有機酸發(fā)酵，氨基酸發(fā)酵，維生素發(fā)酵，抗生素發(fā)酵酸發(fā)酵，維生素發(fā)酵，抗生素發(fā)酵 按操作類型分按操作類型分自然發(fā)酵，純種發(fā)酵，混自然發(fā)酵，純種發(fā)酵，混種發(fā)酵；分批發(fā)酵，半連續(xù)發(fā)酵，連續(xù)發(fā)酵；種發(fā)酵；分批發(fā)酵，半連續(xù)發(fā)酵，連續(xù)發(fā)酵；固態(tài)發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵 反應產物或服務的性質反應產物或服務的性質 按產物所屬國民經濟部門按產物所屬國民經濟部門第40頁/共60頁2 2、生物反應工程的研究內容、生物反應工程的研究內容Content of Bioreaction engineering 生物反應工程以工

29、業(yè)規(guī)模的生物反應過程為主要研究對生物反應工程以工業(yè)規(guī)模的生物反應過程為主要研究對象，具體研究中兼顧可操作性。象，具體研究中兼顧可操作性。 生物反應動力學生物反應動力學 生物反應器生物反應器 生物反應過程的放大與縮小生物反應過程的放大與縮小第41頁/共60頁生物反應動力學生物反應動力學 生物反應動力學主要研究生物反應速率和影響反生物反應動力學主要研究生物反應速率和影響反應速率的各種因素。應速率的各種因素。 基本內容：基本內容： 1 1）酶反應動力學的特點、均相和多相系統(tǒng)酶促）酶反應動力學的特點、均相和多相系統(tǒng)酶促反應動力學及酶的失活動力學；反應動力學及酶的失活動力學； 2 2）微生物反應過程的質

30、量與能量衡算、發(fā)酵動）微生物反應過程的質量與能量衡算、發(fā)酵動力學和微生物的培養(yǎng)操作技術；力學和微生物的培養(yǎng)操作技術； 3 3）影響動植物細胞反應的因素、動植物細胞反）影響動植物細胞反應的因素、動植物細胞反應及反應動力學。應及反應動力學。第42頁/共60頁生物反應器生物反應器 生物反應器是使生物技術轉化為產品和生生物反應器是使生物技術轉化為產品和生產力的關鍵設備。產力的關鍵設備。 1 1）生物反應體系中的流變學特性、氧的傳遞與）生物反應體系中的流變學特性、氧的傳遞與微生物呼吸、體積溶氧系數(shù)及相關因素、溶氧微生物呼吸、體積溶氧系數(shù)及相關因素、溶氧方程及溶氧速率調節(jié)；方程及溶氧速率調節(jié)； 2 2）酶

31、反應器及設計、機械攪拌式發(fā)酵罐及設計、）酶反應器及設計、機械攪拌式發(fā)酵罐及設計、氣升式生化反應器設計、生物廢水處理設備及氣升式生化反應器設計、生物廢水處理設備及動植物細胞培養(yǎng)用反應器等；動植物細胞培養(yǎng)用反應器等； 3 3）分批、流加和連續(xù)式操作，及動植物細胞培）分批、流加和連續(xù)式操作，及動植物細胞培養(yǎng)技術等。養(yǎng)技術等。第43頁/共60頁生物反應過程的放大與縮小生物反應過程的放大與縮小 1 1）探討各種類型生物反應的內在規(guī)律；）探討各種類型生物反應的內在規(guī)律； 2 2）從概念上注意與相關學科的區(qū)別；）從概念上注意與相關學科的區(qū)別； 3 3）要全面、深入地看待問題；）要全面、深入地看待問題； 4

32、4）確立評價生物反應過程的標準。）確立評價生物反應過程的標準。第44頁/共60頁Content內容內容 Foundation of Biology and Engineering Enzyme Kinetics Biochemical Reactions Design of Fermentaton Processes Mass Transfor Scale-Up of Bioprocesses Advance of Bioreaction EngineeringBioreaction Kinetics, Bioreactors and Scale-Up of Bioprocesses第45頁/

33、共60頁3 3、生物反應工程的研究方法、生物反應工程的研究方法Method of Bioreaction engineering 1 1）通過生物反應過程分析和生物反應器選型與設計，闡明酶促）通過生物反應過程分析和生物反應器選型與設計，闡明酶促反應過程的動力學規(guī)律。反應過程的動力學規(guī)律。 2 2）以基本生物反應器為基礎，通過例題，討論進行生物反應器）以基本生物反應器為基礎，通過例題，討論進行生物反應器設計與分析的基本原理和方法。設計與分析的基本原理和方法。 3 3）生物反應工程領域中新的拓展。）生物反應工程領域中新的拓展。第46頁/共60頁Method (or要注意的事項要注意的事項) 注重歸

34、納各類生物反應的內在規(guī)律。注重歸納各類生物反應的內在規(guī)律。 注重基本理論所包含的注重基本理論所包含的“工程含義工程含義”。 注重從多層次考察生物反應過程。注重從多層次考察生物反應過程。 注重生物反應過程的評價標準。注重生物反應過程的評價標準。第47頁/共60頁五、舉例五、舉例 Illustrate with Examples抗生素抗生素青霉素青霉素 羅 伯 茨 （羅 伯 茨 （ W. R o b e r t s ， 1 8 7 4 )1 8 7 4 ) 首 次 報 道 微 生 物 的 頡 頏 （首 次 報 道 微 生 物 的 頡 頏 （ x i e h a n gx i e h a n g ）

35、 現(xiàn) 象） 現(xiàn) 象（antagonism）灰綠青霉生長旺盛的液體會使人工感染細菌困難）灰綠青霉生長旺盛的液體會使人工感染細菌困難 廷德爾（廷德爾（J.Tyndall,1876）青霉菌與細菌液體培養(yǎng)中有頡頏現(xiàn)象青霉菌與細菌液體培養(yǎng)中有頡頏現(xiàn)象 巴斯德和朱伯特巴斯德和朱伯特（J.F.Joubert，1877) )用炭疽芽孢桿菌培養(yǎng)物感染動物用炭疽芽孢桿菌培養(yǎng)物感染動物 巴比斯和科尼爾（巴比斯和科尼爾（V.Babes & A.V.Cornil,1885) )細菌之間細菌之間 第48頁/共60頁弗萊明（弗萊明（19281928）發(fā)現(xiàn)青霉素并將青霉素培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)青霉素并將青霉素培養(yǎng)物的濾液中所含抗細

36、菌的物質稱為物的濾液中所含抗細菌的物質稱為“青霉素青霉素”第49頁/共60頁化學家錢恩化學家錢恩（E.Chain）獲得獲得精制品，精制品，19401940在美國產業(yè)化在美國產業(yè)化當前水平當前水平6000080000U/ml(150m3)牛津大學弗洛里牛津大學弗洛里（H.florey，1938 1939）第50頁/共60頁微生物學家和生物化學家賽爾曼微生物學家和生物化學家賽爾曼阿勃拉罕姆阿勃拉罕姆 瓦克斯曼發(fā)現(xiàn)鏈霉素瓦克斯曼發(fā)現(xiàn)鏈霉素“癆病癆病”有克星有克星 第51頁/共60頁第52頁/共60頁六、本課程參考書目及相關要求六、本課程參考書目及相關要求Referrence and Require教

37、材：教材：賈士儒編著，賈士儒編著，生物反應工程原理生物反應工程原理( (第三版第三版), ),科學出版社，科學出版社，普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”國國家級規(guī)劃教材，家級規(guī)劃教材，20082008年年7 7月；月；第53頁/共60頁 參考書（國外）：參考書（國外）： 1 1、19751975年日本，合葉修一等，生物化學工程年日本，合葉修一等，生物化學工程-反應動力學；反應動力學； 2 2、生物反應工程，（日）山根恒夫著，邢新會譯，化學工業(yè)出版社，、生物反應工程，（日）山根恒夫著，邢新會譯，化學工業(yè)出版社，20062006年（年（19791979年）原著第三版；年）原著第三版； 3 3

38、、19851985年德國，許蓋特（年德國，許蓋特（SchugerlSchugerl），生物反應工程；），生物反應工程； 4 4、19931993年日本學者川瀨義矩，生物反應工程基礎；年日本學者川瀨義矩，生物反應工程基礎； 5 5、19941994（0202）年丹麥學者）年丹麥學者Nielsen Nielsen ，生物反應工程原理，生物反應工程原理第54頁/共60頁 參考書（國內）：參考書（國內）： 1 1、發(fā)酵過程原理，葉勤編著，化學工業(yè)出版社，、發(fā)酵過程原理，葉勤編著，化學工業(yè)出版社，20052005年年 2 2、生化反應動力學與反應器，戚以政、汪叔雄編著，化學工業(yè)出版社，、生化反應動力學與反應器，戚以政、汪叔雄編著，化學工業(yè)出版社，19991999年年第二版；第二版； 3 3、生物反應器工程，張元興、許學書編，華東理工大學出版社；、生物反應器工程，張元興、許學書編，華東理工大學出版社； 4 4、生物工藝學，俞俊棠、唐孝宣主編（上、下冊），華東理工大學出版社；、生物工藝學，俞俊棠、唐孝宣主編（上、下冊），華東理工大學出版社； 5 5、發(fā)酵工程最優(yōu)化控制，錢銘鏞著，江蘇科學技術出版社；發(fā)酵工程最優(yōu)化控制，錢銘鏞著，江蘇科學技術出版社；