生化工程導(dǎo)言

1、會(huì)計(jì)學(xué)1生化工程導(dǎo)言生化工程導(dǎo)言一.生化工程概述:1.概念研究利用生物催化劑(酶或細(xì)胞)從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)的過(guò)程，即生化反應(yīng)工程；生物反應(yīng)工程是化學(xué)工程與生物技術(shù)的交叉。是應(yīng)用化學(xué)工程的原理與方法將生物技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室成果進(jìn)行工業(yè)開(kāi)發(fā)。生化工程 第一章 導(dǎo)言生化工程 第一章 導(dǎo)言是為生物技術(shù)服務(wù)的化學(xué)工程。它是利用化學(xué)工程原理和方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室所取得的生物技術(shù)成果加以開(kāi)發(fā)，使之成為生物反應(yīng)過(guò)程，是生物化學(xué)與工程學(xué)相互滲透所形成的一門(mén)新學(xué)科。它應(yīng)用工程學(xué)這一實(shí)踐技術(shù)，以生物體細(xì)胞（包括微生物、動(dòng)植物細(xì)胞）作為研究的主角、生物化學(xué)作為理論基礎(chǔ)，從動(dòng)態(tài)、定量、微觀的角度，廣泛而深刻地揭示生物工業(yè)的過(guò)程。

2、生化工程 第一章 導(dǎo)言生物學(xué)化學(xué)工程學(xué)生物反應(yīng)工程生化工程 第一章 導(dǎo)言可以把生化工程看成是化學(xué)工程的一個(gè)分支，也可以認(rèn)為是生物工程的一個(gè)重要組成部分。生化工程的任務(wù)就是要處理與生物學(xué)有關(guān)的工藝過(guò)程中的特殊性工程技術(shù)問(wèn)題。在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中，如何以較少的原料和能量，高效率地獲得產(chǎn)物，以及如何將實(shí)驗(yàn)室中新發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)和過(guò)程迅速而經(jīng)濟(jì)地推向工業(yè)生產(chǎn)。生化工程 第一章 導(dǎo)言2.特點(diǎn)綜合性學(xué)科反應(yīng)過(guò)程使用生物催化劑采用可再生資源為主要原料生產(chǎn)設(shè)備比較簡(jiǎn)單、能耗低生化工程 第一章 導(dǎo)言3.生化工程中反應(yīng)過(guò)程分類酶催化反應(yīng)細(xì)胞反應(yīng)過(guò)程廢水生物處理過(guò)程生化工程 第一章 導(dǎo)言反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)器生化工程代謝動(dòng)力學(xué)細(xì)胞

3、生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)生化反應(yīng)器的流動(dòng)模型工業(yè)化反應(yīng)器生化工程 第一章 導(dǎo)言1.早期發(fā)酵生產(chǎn)2.近代發(fā)酵20世紀(jì)40年代，第二次大戰(zhàn)中青霉素大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)而誕生了生化工程。美國(guó)科學(xué)家蓋頓關(guān)于通風(fēng)攪拌傳質(zhì)的論文，作為生化工程的誕生的標(biāo)志。1959年生化工程雜志Biotech & Bioengineering創(chuàng)刊。1965年出現(xiàn)第一本生化工程的書(shū)B(niǎo)iochemical engineering。生化工程 第一章 導(dǎo)言早期的青霉素生產(chǎn)技術(shù)生化工程 第一章 導(dǎo)言40年代的青霉素工廠生化工程 第一章 導(dǎo)言青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的意義時(shí)間：20世紀(jì)4060年代大規(guī)模液體發(fā)酵罐相關(guān)技術(shù)突破：攪拌裝置(攪拌槳、軸封)通

4、氣裝置(空氣除菌、分散器)滅菌裝置(管路、閥門(mén)、罐內(nèi))無(wú)菌狀態(tài)(接種、采樣、隔離)控制裝置(溫度、pH、溶氧、消泡)流加裝置(堿、葡萄糖、前體)目前規(guī)模：百噸至千噸級(jí)發(fā)酵罐生化工程 第一章 導(dǎo)言關(guān)于反應(yīng)器 在線測(cè)量還未解決。僅有少量發(fā)表的關(guān)于細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程局部湍流、湍動(dòng)尺度、功耗范圍等的在線測(cè)量的文獻(xiàn)。但這些還不能作為程序使用。非接觸的如激光、多普勒測(cè)速或超聲波測(cè)量則很有價(jià)值。就生產(chǎn)方式來(lái)看，分為間隙操作、連續(xù)操作、半連續(xù)操作；現(xiàn)代生化工程基本情況：生化工程 第一章 導(dǎo)言間歇操作的缺點(diǎn)是：非生產(chǎn)的惰性時(shí)間長(zhǎng)。(原料、加熱滅菌、冷卻)；由于頻繁的滅菌，檢測(cè)儀器的負(fù)擔(dān)較重；由于預(yù)備各種繼代培養(yǎng)以接種

5、的花費(fèi)較高；生化工程 第一章 導(dǎo)言為了控制非穩(wěn)定過(guò)程而需要更多的人員或過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制而花費(fèi)較高；因此，間歇反應(yīng)器適用于： 產(chǎn)品批量較小 一個(gè)反應(yīng)器可用作多種產(chǎn)品的生產(chǎn) 易染茵 易突變 產(chǎn)品從培養(yǎng)液中間歇分離。生化工程 第一章 導(dǎo)言連續(xù)操作的特點(diǎn)是培養(yǎng)液連續(xù)地加入生物反應(yīng)器，如果系穩(wěn)定操作，整個(gè)過(guò)程恒定。加入的培養(yǎng)液經(jīng)過(guò)滅菌或含有使用的菌種。反應(yīng)混合物連續(xù)從反應(yīng)器中除去。所以反應(yīng)變量的控制參數(shù)應(yīng)不隨時(shí)間改變。生化工程 第一章 導(dǎo)言連續(xù)操作的優(yōu)點(diǎn)：更高的機(jī)械化與自動(dòng)化程度；低的工資支出；反應(yīng)器的體積因無(wú)非生產(chǎn)性階段(加料、反應(yīng)器滅菌等)比較?。灰虿僮鳁l件是不變的故產(chǎn)品質(zhì)量恒定；由于機(jī)械化程度高，

6、減少了人員接觸致癌微生物和有毒物質(zhì)的危險(xiǎn)；減少了滅菌時(shí)造成儀器的損傷。生化工程 第一章 導(dǎo)言連續(xù)操作的缺點(diǎn)是：操作彈性小，流量、介質(zhì)濃度、氧濃度、溫度等只能稍稍改變；原料質(zhì)量必須穩(wěn)定；設(shè)備投資高(主要是設(shè)備的控制與自動(dòng)化、介質(zhì)的連續(xù)滅菌)；生化工程 第一章 導(dǎo)言連續(xù)除去不溶物(固體底物如稻草)是昂貴的；由于很長(zhǎng)的培養(yǎng)時(shí)間，染菌的風(fēng)險(xiǎn)大；由于長(zhǎng)期的培養(yǎng)、微生物突變的風(fēng)險(xiǎn)大。以上可見(jiàn),連續(xù)操作適于生產(chǎn)能力大，微生物變異的穩(wěn)定性很高的系統(tǒng)。 生化工程 第一章 導(dǎo)言半連續(xù)操作可視為間歇與連續(xù)操作的組合。半連續(xù)操作的優(yōu)點(diǎn)是：操作彈性大。即使在稍有微生物變異以及可能有染茵危險(xiǎn)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)半穩(wěn)定操作；收率高，

7、因?yàn)榉浅Ｓ邢薜呐囵B(yǎng)時(shí)間(在半連續(xù)操作整個(gè)培養(yǎng)階段無(wú)細(xì)胞的加入或滲出。因此就微生物而言，反應(yīng)器卻是間歇方式操作的)。微生物的環(huán)境條件可以優(yōu)化以適應(yīng)生長(zhǎng)期或生產(chǎn)期、以及培養(yǎng)階段。生化工程 第一章 導(dǎo)言半連續(xù)操作的缺點(diǎn)是：有非生產(chǎn)的惰性時(shí)間，即用于加料，加熱，滅菌，冷卻放空與清洗反應(yīng)器；工資費(fèi)用高。由于使用更多的人員，或過(guò)程中采用計(jì)算機(jī)，以及重要昂貴的儀器(如維持底物濃度恒定)；人員接觸致癌微生物或有毒物質(zhì)危險(xiǎn)性較大；生化工程 第一章 導(dǎo)言由于頻繁滅菌造成儀器的損傷。半連續(xù)操作常在不能采用連續(xù)操作(由于生物一定程度的變異和染茵)以及間歇操作造成低的生產(chǎn)率指標(biāo)時(shí)采用。與間歇操作反應(yīng)器一樣，半連續(xù)操作反

8、應(yīng)器也是非穩(wěn)定的。生化工程 第一章 導(dǎo)言小試中試工業(yè)化生產(chǎn)搖瓶試驗(yàn)三、生化工程的研究方法生化工程的典型程序：生化工程 第一章 導(dǎo)言主要內(nèi)容生化工程是一門(mén)邊緣交叉學(xué)科，研究的內(nèi)容非常豐富。生化工程按所處理的對(duì)象分為微生物生化工程、植物生化工程、動(dòng)物生化工程和酶生化工程等。生化工程 第一章 導(dǎo)言按對(duì)細(xì)胞處理的方式大致分胞外控制部分和胞內(nèi)控制部分兩大部分。胞外控制部分包括：培養(yǎng)基的滅菌、通氣攪拌、固定化技術(shù)、空氣除菌、比擬放大、產(chǎn)品分離和純化、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、發(fā)酵優(yōu)化控制和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)等。胞內(nèi)控制部分包括：遺傳育種、代謝控制、培養(yǎng)基平衡等。生化工程 第一章 導(dǎo)言以上內(nèi)容包含了生化工程的4個(gè)主要的分支：即

9、生化反應(yīng)工程、生化控制工程、生化分離工程和生化系統(tǒng)工程；生化工程 第一章 導(dǎo)言本課程以微生物為對(duì)象，從基本原理和應(yīng)用技術(shù)兩個(gè)方面討論微生物代謝過(guò)程中所涉及的各種基本資料和技術(shù)參數(shù)，諸如代謝過(guò)程的化學(xué)計(jì)量、熱力學(xué)參數(shù)、生長(zhǎng)過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)需求、發(fā)酵環(huán)境因素影響等。生化工程 第一章 導(dǎo)言研究方法：經(jīng)驗(yàn)法數(shù)學(xué)模型法生化工程 第一章 導(dǎo)言數(shù)學(xué)模型法分為:機(jī)理模型半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕こ?第一章 導(dǎo)言四、學(xué)習(xí)、目的要求目的注意!了解生化工程的現(xiàn)狀；掌握運(yùn)用生化工程基本原理解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的一般方法主要是運(yùn)用；結(jié)論的近似性；注意經(jīng)驗(yàn)的積累；生化工程 第一章 導(dǎo)言是為生物技術(shù)服務(wù)的化學(xué)工程。它是利用化學(xué)工程原理

10、和方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室所取得的生物技術(shù)成果加以開(kāi)發(fā)，使之成為生物反應(yīng)過(guò)程，是生物化學(xué)與工程學(xué)相互滲透所形成的一門(mén)新學(xué)科。它應(yīng)用工程學(xué)這一實(shí)踐技術(shù)，以生物體細(xì)胞（包括微生物、動(dòng)植物細(xì)胞）作為研究的主角、生物化學(xué)作為理論基礎(chǔ)，從動(dòng)態(tài)、定量、微觀的角度，廣泛而深刻地揭示生物工業(yè)的過(guò)程。生化工程 第一章 導(dǎo)言1.早期發(fā)酵生產(chǎn)2.近代發(fā)酵20世紀(jì)40年代，第二次大戰(zhàn)中青霉素大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)而誕生了生化工程。美國(guó)科學(xué)家蓋頓關(guān)于通風(fēng)攪拌傳質(zhì)的論文，作為生化工程的誕生的標(biāo)志。1959年生化工程雜志Biotech & Bioengineering創(chuàng)刊。1965年出現(xiàn)第一本生化工程的書(shū)B(niǎo)iochemical engineering。生化工程 第一章 導(dǎo)言早期的青霉素生產(chǎn)技術(shù)生化工程 第一章 導(dǎo)言青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的意義時(shí)間：20世紀(jì)4060年代大規(guī)模液體發(fā)酵罐相關(guān)技術(shù)突破：攪拌裝置(攪拌槳、軸封)通氣裝置(空氣除菌、分散器)滅菌裝置(管路、閥門(mén)、罐內(nèi))無(wú)菌狀態(tài)(接種、采樣、隔離)控制裝置(溫度、pH、溶氧、消泡)流加