生化工程導(dǎo)言

生化工程導(dǎo)言第一頁，共四十頁，2022年，8月28日第一章緒論第一節(jié)生化工程的定義及與其他學(xué)科的關(guān)系第二節(jié)生化工程的起源及發(fā)展概況第三節(jié)生化工程研究的主要內(nèi)容第四節(jié)生化工程在國民經(jīng)濟中的重要作用第二頁，共四十頁，2022年，8月28日第一節(jié)生化工程的定義及與其他學(xué)科的關(guān)系一、生化工程的定義二、生化工程與其他學(xué)科的關(guān)系第三頁，共四十頁，2022年，8月28日一、生化工程的定義生化工程全稱是生物化學(xué)工程（BiochemicalEngineering)，是為生物技術(shù)服務(wù)的化學(xué)工程。它是利用化學(xué)工程原理和方法對實驗室所取得的生物技術(shù)成果加以開發(fā)，使之成為生物反應(yīng)過程的一門學(xué)科，是生物化學(xué)與工程學(xué)相互滲透所形成的一門新學(xué)科。它應(yīng)用工程學(xué)這一實踐技術(shù)，以生物體細胞（包括微生物細胞、動物細胞、植物細胞）作為研究的主角、生物化學(xué)作為理論基礎(chǔ)，從動態(tài)、定量、微觀的角度，廣泛而深刻地揭示了生物工業(yè)的過程。所以生化工程是化學(xué)工程的一個分支，也是生物工程的一個重要組成部分。第四頁，共四十頁，2022年，8月28日二、生化工程與其他學(xué)科的關(guān)系生物學(xué)化學(xué)工程學(xué)生物化學(xué)生化工程化學(xué)工程生物工程第五頁，共四十頁，2022年，8月28日第二節(jié)生化工程的起源及發(fā)展概況一、生化工程的起源二、生化工程的形成及發(fā)展第六頁，共四十頁，2022年，8月28日一、生化工程的起源生化工程的雛形-----

可以追溯到幾千年前，人類開始有意識的利用生命體的生物活動，制備生活所需的產(chǎn)品。

釀酒面團發(fā)酵第七頁，共四十頁，2022年，8月28日釀酒釀酒：谷物釀酒的兩個先決條件是釀酒原料和釀酒容器。以下幾個典型的新石器文化時期的情況對釀酒的起源有一定的參考作用。

1.裴李崗（河南新鄭）文化時期（公元前5000-6000年）

第八頁，共四十頁，2022年，8月28日2.河姆渡（浙江余姚）文化時期（公元前5000-3000年）

上述兩個文化時期,均有陶器和農(nóng)作物遺存，均具備釀酒的物質(zhì)條件。第九頁，共四十頁，2022年，8月28日3.磁山（河北武安）文化時期

磁山文化時期距今7355-7235年，有發(fā)達的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計:在遺址中發(fā)現(xiàn)的“糧食堆積為100m3，折合重量5萬公斤”還發(fā)現(xiàn)了一些形制類似于后世酒器的陶器。有人認為磁山文化時期，谷物釀酒的可能性是很大的。

第十頁，共四十頁，2022年，8月28日4.三星堆遺址

該遺址地處四川省廣漢，埋藏物為公元前4800年至公元前2870年之間的遺物。該遺址中出土了大量的陶器和青銅酒器，其器形有杯，觚，壺等。其形狀之大也為史前文物所少見。第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日5.山東莒縣陵陰河大汶口文化墓葬

1979年，考古工作者在山東莒縣陵陰河大汶口文化墓葬中發(fā)掘到大量的酒器。其中有一組合酒器，包括釀造發(fā)酵所用的大陶尊，濾酒所用的漏缸，貯酒所用的陶甕，用于煮熟物料所用的炊具陶鼎。還有各種類型的飲酒器具100多件。據(jù)考古人員分析，墓主生前可能是一職業(yè)釀酒者。在發(fā)掘到的陶缸壁上還發(fā)現(xiàn)刻有一幅圖，據(jù)分析是濾酒圖。第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日6.龍山(山東濟南)文化時期在龍山文化時期，酒器就更多了。國內(nèi)學(xué)者普遍認為龍山文化時期釀酒是較為發(fā)達的行業(yè)。以上考古得到的資料都證實了古代傳說中的黃帝時期，夏禹時代確實存在著釀酒這一行業(yè)。第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日面團發(fā)酵

埃及人是發(fā)酵面包的發(fā)明者，在距今4600年前的古埃及金字塔中，發(fā)現(xiàn)了類似面包的遺跡。并且在大約公元前3000年，埃及人開發(fā)出能夠研磨的小麥，做成能夠從酵母中分離出二氧化碳的面團。作為引子的酵母經(jīng)常是殘余的發(fā)酵面團或酸面團，這是乳酸發(fā)酵的另一個例證。第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日最初的發(fā)酵方法可能是偶然發(fā)現(xiàn)的：和好的面團在溫暖處放久了，受到空氣中酵母菌的侵入，導(dǎo)致發(fā)酵、膨脹、變酸，再經(jīng)烤制便得到了遠比“烤餅”松軟的一種新面食，這便是世界上最早的面包。古埃及的面包師起初是用酸面團發(fā)酵，后來改進為使用經(jīng)過培養(yǎng)的酵母?，F(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的世界上最早的面包坊誕生于公元前2500多年前的古埃及。古埃及的面包第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日將水浸泡過的大麥堆積在平整的石板上，使其發(fā)芽，幾天后讓太陽曬干或用柴草烘干。把干麥搗成粉末，放入木桶中，加適量溫水，人在木桶中將麥芽粉踩踏成面團?？諝庵械慕湍妇姑鎴F發(fā)酵膨脹后，人工再將它捏成面包狀進行烘烤，使淀粉膠結(jié)、蛋白質(zhì)凝固。然后再搗碎，并摻入熱水混合，用篩子或無花果葉過濾，得到麥芽汁。將麥芽汁倒入陶罐中再進行發(fā)酵，兩天后便成為可口的啤酒。飲用時可用麥桿吸，也可倒在碗里喝。

這種陶罐啤酒在古埃及常常作為供奉神靈的祭品，也用作殉葬品。古埃及麥芽發(fā)酵制得啤酒第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日二、生化工程的形成及發(fā)展

1857年法國科學(xué)家L.巴斯德首先證明由活的酵母發(fā)酵可以得到酒精（乙醇），其他不同發(fā)酵產(chǎn)物是由不同的微生物的作用引起的。第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日第一代生物化工產(chǎn)品

從19世紀80年代起到20世紀30年代末為止，不少發(fā)酵產(chǎn)品，如乳酸、面包酵母、乙醇、甘油、丙酮、正丁醇、檸檬酸等相繼投入生產(chǎn)。這些都是屬于第一代的生物化工產(chǎn)品。

這一時期的特點：工業(yè)生產(chǎn)是實驗室規(guī)模的簡單放大，人們著重于工藝的研究，而尚未形成嚴格的工程學(xué)科。第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日第二代的生物化工產(chǎn)品

是在上世紀40年代隨著抗生素工業(yè)的興起而出現(xiàn)的。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時，急需一種高效治療劑以控制戰(zhàn)傷及其繼發(fā)感染。由英、美兩國聯(lián)合,加速對青霉素的研究和生產(chǎn)。當時參加研究的除有生物、化學(xué)的科學(xué)家外，還有一批化學(xué)工程師。第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日1943年，出現(xiàn)了在具有通氣攪拌裝置的發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)青霉素產(chǎn)生菌的方法，代替了原來用上萬個瓶子進行表面培養(yǎng)的生產(chǎn)方法。1944年，發(fā)現(xiàn)鏈霉素，并投于生產(chǎn)。1946年，發(fā)現(xiàn)氯霉素等，并都相繼順利地投產(chǎn)。這一時期主要的工作及進展第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日

化學(xué)工程師成功地解決了好氣性微生物的大規(guī)模培養(yǎng)中的氧的供應(yīng)、培養(yǎng)基和空氣的滅菌以及產(chǎn)品提取中的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備問題。建立了發(fā)酵過程中的攪拌通氣、培養(yǎng)基和空氣滅菌等單元操作，為生物化學(xué)工程的建立奠定了初步的理論基礎(chǔ)。

1947年7月美國麥克公司被授予“生物化學(xué)工程的專題研究”的麥格勞－希爾化學(xué)工程成就獎。生物化學(xué)工程由此得名并沿用至今。這一時期主要的工作及進展第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日

1974年以后，生物學(xué)出現(xiàn)了以重組DNA技術(shù)和細胞融合技術(shù)為代表的一系列新的成就，從而出現(xiàn)了第三代的生物化工產(chǎn)品。第三代的生物化工產(chǎn)品用DNA重組體菌種生產(chǎn)的胰島素、干擾素、疫苗以及用雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)的單克隆抗體等。第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日用DNA重組體菌種生產(chǎn)的胰島素第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)的單克隆抗體第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日第三代生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程具有許多新的特點：

DNA重組菌體的易于退化大量細胞需要培養(yǎng)等

促進生物化學(xué)工程開拓新的生物反應(yīng)器以及新的單元操作。極大豐富了原始的化學(xué)工程的內(nèi)容。第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日第三節(jié)生化工程研究的主要內(nèi)容一、生物反應(yīng)過程及其特點二、生化工程研究的主要內(nèi)容第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日一、生物反應(yīng)過程及其特點

生物反應(yīng)過程是利用生物催化劑，即游離或固定化的活細胞或酶以從事生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。生物催化劑原材料檢測控制系統(tǒng)生物反應(yīng)器空氣除菌機械能、熱能副產(chǎn)品產(chǎn)品廢棄物第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日思考題工業(yè)規(guī)模的培養(yǎng)基和空氣為什么需要滅菌？實驗室搖瓶培養(yǎng)方法適用于工業(yè)規(guī)模的好氧菌培養(yǎng)嗎？如果不行，如何解決這個問題？由實驗室研發(fā)階段進入工業(yè)化階段，如何為細胞提供相似的生長及生理生化環(huán)境？第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日

生物反應(yīng)工程主要課程內(nèi)容

１.培養(yǎng)基滅菌、空氣除菌、通氣攪拌、生物反應(yīng)器(發(fā)酵罐)的比擬放大

這幾章的內(nèi)容是生物反應(yīng)工程學(xué)研究的焦點之一。第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日以生物反應(yīng)器為中心，生化工程的內(nèi)容可分為上、中、下游技術(shù)。上游技術(shù)：原料預(yù)處理菌種的準備中游技術(shù)：生物反應(yīng)器的設(shè)計、放大與條件優(yōu)化下游技術(shù)：將目標產(chǎn)物從反應(yīng)液中提取、精制，以達到規(guī)定的質(zhì)量要求第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日第四節(jié)生化工程在國民經(jīng)濟中的重要作用一、生化工程在醫(yī)藥工業(yè)中的作用二、生化工程在食品工業(yè)中的作用三、生化工程在化工及冶金工業(yè)中的作用四、生化工程在能源及環(huán)保中的作用第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日一、生化工程在醫(yī)藥工業(yè)中的作用激素（胰島素、人生長激素）抗生素（青霉素、四環(huán)素、鏈霉素、阿霉素）干擾素（抑制病毒及腫瘤細胞生長）維生素其他有特效的藥物（TPA纖維蛋白溶解劑、果糖-1，6-二磷酸三鈉鹽FDP)生產(chǎn)人及動物體內(nèi)調(diào)節(jié)生理作用的藥物第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日二、生化工程在食品工業(yè)中的作用生產(chǎn)傳統(tǒng)的調(diào)味及發(fā)酵食品各種醇類飲料有機酸、氨基酸、單細胞蛋白、甜味劑（甜味肽、果葡糖漿）、鮮味劑保健食品第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日三、生化工程在化工及冶金工業(yè)中的作用化工：

利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)多種化工原料，如甲醇、乙醇、丁二醇、異丙醇、乙酸、乳酸、蘋果酸等。利用微生物合成高分子化合物，多糖、葡聚糖等。國外用微生物合成的聚羥基丁酸（PHB）塑料，可被微生物降解，而不會給環(huán)境帶來污染。冶金：

利用微生物將礦石中的金屬萃取出來，如萃取銅、金及其他一些稀有元素等。第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日四、生化工程在能源及環(huán)保中的作用微生物發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷、甲醇、乙醇都可直接作為能源。利用微生物處理污水。第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日微生物處理污水原理

第三十六頁，共四十頁，2022年，8月28日自然界分離人工誘變細胞融合基因重組微生物細胞大量培養(yǎng)固定化生物催化劑生物反應(yīng)器轉(zhuǎn)基因生物克隆醫(yī)藥臨床診斷農(nóng)藥農(nóng)牧業(yè)育種化工產(chǎn)品輕工、食品礦業(yè)能源環(huán)境計算機微生物工程細胞工程基因工程基因工程發(fā)酵工程酶工程第三十七頁，共四十頁，2022年，8月28日考核平時成績（作業(yè)、考勤等):40%結(jié)業(yè)閉卷考試成績：60%第三十八頁，共四十頁，2022年，8月28日參考資料《生化工程》（1993江南大學(xué)倫世儀）《生物反應(yīng)工程原理》（1990和2003天津科技大學(xué)賈士儒）《生物反應(yīng)工程》2005