生化工程基本知識課件

生化工程基本知識生物工程發(fā)展史1、原始階段傳統(tǒng)發(fā)酵技術：酒、醬制品、腐乳、食醋、干酪等經(jīng)驗，作坊！生物工程發(fā)展史2、近代（1）純培養(yǎng)發(fā)酵列文虎克，巴斯德，赫克面包酵母發(fā)酵生產(chǎn)補料液體通風發(fā)酵丙酮丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌技術荷蘭人列文虎克（AntonivonLeeuwenhoek,1623-1723）用自磨鏡片做成顯微鏡第一次觀察了活的細菌和原生動物。細菌能否自然發(fā)生？1860--1890年：巴斯德,赫克等奠定了現(xiàn)代微生物學的基礎，提出引起各種腐敗、疾病的原因都是微生物。1881年固體培養(yǎng)基劃線分離純種法面包酵母發(fā)酵生產(chǎn)1850,液體通風發(fā)酵,Dutch丙酮丁醇發(fā)酵1914,培養(yǎng)基滅菌,Britch提出問題！工藝和設備滅菌生化工程的誕生（2）現(xiàn)代通風發(fā)酵技術生化工程學科的誕生：1946~1948，Gaden通風攪拌傳質1947年Merck公司獲“生化工程專題研究”成果1959年BiotechBioengineering創(chuàng)刊。1965年第一本生化工程書籍Biochemicalengineering?？股?、氨基酸、維生素、酶制劑等

通風攪拌生化工程定義生化工程：運用化學工程的原理與方法，將生物技術的實驗室成果進行工業(yè)開發(fā)，使之成為生物反應過程的一門學科。

生化工程是為生物技術服務的化學工程。（3）連續(xù)發(fā)酵二十世紀40年代末提出概念1950，Monod;NovickandSzilark各自獨立提出恒化器概念生化反應器類型：如，固體反應器，氣升式反應器容器大?。?000M3氣升式反應器500M3機械攪拌通風發(fā)酵罐3000M3乙醇發(fā)酵罐熱量、物質傳遞，功耗生化反應器生化反應動力學

——莫諾方程1942,Monod,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，均衡生長的細菌的生長曲線與酶催化動力學曲線類似

1949,發(fā)表公式

S限制性基質濃度μ比生長速率

Ks莫諾常數(shù)，微生物對基質的半飽和常數(shù)

μm最大比生長速率

蘇云金芽胞桿菌分批發(fā)酵動力學dX/dt：菌體生長速率

X:菌體濃度

G:底物葡萄糖濃度

B:Contois常數(shù)

T:培養(yǎng)時間

tL1:延遲期

計算機控制中心

自動控制

石家莊曙光制藥廠土霉素渣干燥系統(tǒng)

過濾設備

工程細胞基因工程蛋白質工程代謝工程細胞工程生化反應器天然細胞生物活性物質分離工程酶酶工程分離工程代謝工程細胞工程發(fā)酵工程生物工程發(fā)展史3、現(xiàn)代生物工程（1）基因工程：1973,Cohen等DNA體外重組以及E.coli轉化轉基因工程菌株的培養(yǎng)、質粒穩(wěn)定性，環(huán)境安全性基因工程藥物的提?。旱鞍准兓?，復性低壓層析系統(tǒng)（軸相分離）HPLC（徑向分離）膜分離技術高密度發(fā)酵和氧供應不足的矛盾透明顫菌血紅蛋白(VHb）氧調節(jié)、氧結合蛋白氧傳遞臨界氧濃度！KLa

（2）細胞工程：動植物細胞的大規(guī)模培養(yǎng)技術

CelliGenPlusBioFlo110攪拌，通氣，懸浮

Fibrous-BedBasket籠式通氣攪拌生物反應器

（3）酶工程：固定化酶和固定化細胞技術Diagramsofvariousimportantenzymereactortypes.（4）代謝工程代謝工程把量化代謝流及其控制的工程分析方法和用以精確制訂遺傳修飾方案并付之實施的分子生物學綜合技術結合起來，以上述“分析——綜合”反復交替操作、螺旋式逼近目標的方式，在較廣范圍內改善細胞性能，以滿足人類對生物的特定需求的生物工程。代謝通量分析:

是代謝工程中常用的定量分析方法，借助于胞內速率間的計量關系由胞外測得速率計算出胞內代謝反應速率分布，對從分子水平了解細胞內的變化過程很有幫助.

代謝控制分析:是指識別代謝路徑各控制步驟中的關鍵性酶和關鍵分支點，研究個體酶的動力學性質，分析酶促反應對代謝通量的敏感性，從而控制通量分布。dP/dt=αdX/dt+βX生化工程內容GENERALIZEDVIEWOFBIOPROCESSRAWMATERIALSUPSTREAMPROCESSESInoculumPreparationEquipmentSterilizationBIOREACTOR-FERMENTERReactionKineticsandBioactivityTransportPhenomenaandFluidPropertiesDOWNSTREAMPROCESSESSeparationRecoveryandPurificationTHEBOTTOMLINEREGULATIONECONOMICSHEALTHANDSAFETYWasteRecovery,ReuseandTreatmentInstrumentationandControlMediaFormulationandSterilization生化反應過程：1、原材料的預處理。2、生物催化劑的制備。3、生化反應器和反應條件的選擇與監(jiān)控。4、產(chǎn)物的分離純化。1、原材料的預處理原材料的物理和化學處理、培養(yǎng)基的配制和滅菌等：物料破碎、混合和輸送等多種化工單元操作以及熱量傳遞、滅菌動力學和設備等有關工程問題。2、生物催化劑的制備解決大規(guī)模種子培養(yǎng)、固定化生物催化劑的制備以及無菌接種等問題。3、生化反應器和反應條件的選擇與監(jiān)控生化反應器中存在物料混合與流動、傳質與傳熱、氧和基質的供需和傳遞以及生化反應器的設計與放大等問題，發(fā)酵動力學、酶以及固定化酶催化反應動力學，生化反應過程的參數(shù)檢測和控制等問題。動、植物細胞微生物細胞（不耐剪切體系，高粘度體系）固定化酶和固定化細胞4、產(chǎn)物的分離純化下游加工過程：萃取、吸附、蒸餾、蒸發(fā)、沉淀、結晶、干燥、離子交換、色譜分離、電泳、超濾、納濾、反滲透、電滲析、雙水相萃取、超臨界萃取等單元操作。物理方法——研磨、高壓勻槳（以上用于細胞破碎）、過濾、離心、蒸發(fā)、干燥等；物理化學方法——凍溶（用于細胞破碎）、透析、超濾反滲析、絮凝、萃取、吸附、層析、蒸餾、電泳、等電點沉淀、鹽析、結晶等；化學方法——離子交換、化學沉淀等；生物方法——親和層析、免疫層析等。生化工程是研究生化反應過程中帶有共性的工程技術問題的學科。主要研究內容：培養(yǎng)基滅菌，空氣除菌，通氣攪拌，生化反應器（比擬放大、縮小），生化反應動力學，生化過程優(yōu)化控制等。通氣攪拌比擬放大生化反應動力學教學計劃第一章緒論（2h）生化工程定義生化工程內容第二章氧的供需（7h）一、細胞對氧的需求二、培養(yǎng)過程中的氧傳遞三、影響供氧的因素四、溶解氧、攝氧率和kLa的測定方法第一次報告（1h）第三章機械攪拌軸功率計算（5h）一、機械攪拌通風發(fā)酵罐（簡介）二、攪拌器的型式及流型三、攪拌器軸功率計算四、非牛頓流體特性對攪拌功率計算的影響第四章發(fā)酵罐的比擬放大（6h）一、幾何尺寸放大二、空氣流量放大三、攪拌功率及攪拌轉速的放大四、周線速度五、混合時間六、攪拌液流速度壓頭（H）、攪拌液流循環(huán)量(Q)以及Q/H比值對比擬放大的意義第二次報告（1h）第五章細胞反應動力學（5h）一、概論二、細胞生長動力學三、基質消耗動力學模型四、產(chǎn)物生成動力學模型第六章連續(xù)培養(yǎng)動力學（5h）一、單級連續(xù)培養(yǎng)二、多級連續(xù)培養(yǎng)三、進行細胞回流的單級連續(xù)培養(yǎng)四、連續(xù)培養(yǎng)的應用第三次報告（2h）學習基本要素1.熟記：基本概念，基本原理，基本公式2.掌握基本問題的工程解決方法（方程推導和計算）高數(shù)基本方法，化工原理基本方法例題和習題（理解和計算）3.靈活運用：生化工程原理在生化過程實例中的應用概念，符號，方程，計算教材生物反應工程原理（賈士儒）主要參考書倫世儀主編的《生化工程》陳堅主編的《發(fā)酵過程優(yōu)化原理與實踐》生物反應工程原理（賈士儒）生物工藝學（俞俊棠唐孝宣主編）生化反應動力學與反應器（戚以政汪叔雄編著）生化生產(chǎn)工藝學(梅樂和，姚善涇，林東強編著)

BasicBiotechnology(ColinRatledge,Bj?rnKristiansen)期刊：BiotechnologyandBioengineeringBiochemicalEngineering

ChemicalandBiochemicalEngineering網(wǎng)址：Elsevier/SpringerLINK/app/home/main.asp?wasp=d62yfa1m390kqj8a0yb0WileyInterScience/cgi-bin/home?CRETRY=1&SRETRY=0中國學術期刊網(wǎng)CNKI

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