生化工程導言

1、會計學1生化工程導言生化工程導言一.生化工程概述:1.概念研究利用生物催化劑(酶或細胞)從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)的過程，即生化反應工程；生物反應工程是化學工程與生物技術(shù)的交叉。是應用化學工程的原理與方法將生物技術(shù)的實驗室成果進行工業(yè)開發(fā)。生化工程 第一章 導言生化工程 第一章 導言是為生物技術(shù)服務的化學工程。它是利用化學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)，使之成為生物反應過程，是生物化學與工程學相互滲透所形成的一門新學科。它應用工程學這一實踐技術(shù)，以生物體細胞（包括微生物、動植物細胞）作為研究的主角、生物化學作為理論基礎，從動態(tài)、定量、微觀的角度，廣泛而深刻地揭示生物工業(yè)的過程。

2、生化工程 第一章 導言生物學化學工程學生物反應工程生化工程 第一章 導言可以把生化工程看成是化學工程的一個分支，也可以認為是生物工程的一個重要組成部分。生化工程的任務就是要處理與生物學有關(guān)的工藝過程中的特殊性工程技術(shù)問題。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，以及如何將實驗室中新發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)和過程迅速而經(jīng)濟地推向工業(yè)生產(chǎn)。生化工程 第一章 導言2.特點綜合性學科反應過程使用生物催化劑采用可再生資源為主要原料生產(chǎn)設備比較簡單、能耗低生化工程 第一章 導言3.生化工程中反應過程分類酶催化反應細胞反應過程廢水生物處理過程生化工程 第一章 導言反應動力學反應器生化工程代謝動力學細胞

3、生長動力學生化反應器的流動模型工業(yè)化反應器生化工程 第一章 導言1.早期發(fā)酵生產(chǎn)2.近代發(fā)酵20世紀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。美國科學家蓋頓關(guān)于通風攪拌傳質(zhì)的論文，作為生化工程的誕生的標志。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Biochemical engineering。生化工程 第一章 導言早期的青霉素生產(chǎn)技術(shù)生化工程 第一章 導言40年代的青霉素工廠生化工程 第一章 導言青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的意義時間：20世紀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、罐內(nèi))無菌狀態(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：百噸至千噸級發(fā)酵罐生化工程 第一章 導言關(guān)于反應器 在線測量還未解決。僅有少量發(fā)表的關(guān)于細胞培養(yǎng)過程局部湍流、湍動尺度、功耗范圍等的在線測量的文獻。但這些還不能作為程序使用。非接觸的如激光、多普勒測速或超聲波測量則很有價值。就生產(chǎn)方式來看，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 導言間歇操作的缺點是：非生產(chǎn)的惰性時間長。(原料、加熱滅菌、冷卻)；由于頻繁的滅菌，檢測儀器的負擔較重；由于預備各種繼代培養(yǎng)以接種

5、的花費較高；生化工程 第一章 導言為了控制非穩(wěn)定過程而需要更多的人員或過程的計算機控制而花費較高；因此，間歇反應器適用于： 產(chǎn)品批量較小 一個反應器可用作多種產(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 導言連續(xù)操作的特點是培養(yǎng)液連續(xù)地加入生物反應器，如果系穩(wěn)定操作，整個過程恒定。加入的培養(yǎng)液經(jīng)過滅菌或含有使用的菌種。反應混合物連續(xù)從反應器中除去。所以反應變量的控制參數(shù)應不隨時間改變。生化工程 第一章 導言連續(xù)操作的優(yōu)點：更高的機械化與自動化程度；低的工資支出；反應器的體積因無非生產(chǎn)性階段(加料、反應器滅菌等)比較??；因操作條件是不變的故產(chǎn)品質(zhì)量恒定；由于機械化程度高，

6、減少了人員接觸致癌微生物和有毒物質(zhì)的危險；減少了滅菌時造成儀器的損傷。生化工程 第一章 導言連續(xù)操作的缺點是：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；設備投資高(主要是設備的控制與自動化、介質(zhì)的連續(xù)滅菌)；生化工程 第一章 導言連續(xù)除去不溶物(固體底物如稻草)是昂貴的；由于很長的培養(yǎng)時間，染菌的風險大；由于長期的培養(yǎng)、微生物突變的風險大。以上可見,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時可以實現(xiàn)半穩(wěn)定操作；收率高，

7、因為非常有限的培養(yǎng)時間(在半連續(xù)操作整個培養(yǎng)階段無細胞的加入或滲出。因此就微生物而言，反應器卻是間歇方式操作的)。微生物的環(huán)境條件可以優(yōu)化以適應生長期或生產(chǎn)期、以及培養(yǎng)階段。生化工程 第一章 導言半連續(xù)操作的缺點是：有非生產(chǎn)的惰性時間，即用于加料，加熱，滅菌，冷卻放空與清洗反應器；工資費用高。由于使用更多的人員，或過程中采用計算機，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)危險性較大；生化工程 第一章 導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)率指標時采用。與間歇操作反應器一樣，半連續(xù)操作反

8、應器也是非穩(wěn)定的。生化工程 第一章 導言小試中試工業(yè)化生產(chǎn)搖瓶試驗三、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 導言主要內(nèi)容生化工程是一門邊緣交叉學科，研究的內(nèi)容非常豐富。生化工程按所處理的對象分為微生物生化工程、植物生化工程、動物生化工程和酶生化工程等。生化工程 第一章 導言按對細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)酵動力學、發(fā)酵優(yōu)化控制和細胞培養(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 導言以上內(nèi)容包含了生化工程的4個主要的分支：即

9、生化反應工程、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 導言本課程以微生物為對象，從基本原理和應用技術(shù)兩個方面討論微生物代謝過程中所涉及的各種基本資料和技術(shù)參數(shù)，諸如代謝過程的化學計量、熱力學參數(shù)、生長過程的營養(yǎng)需求、發(fā)酵環(huán)境因素影響等。生化工程 第一章 導言研究方法：經(jīng)驗法數(shù)學模型法生化工程 第一章 導言數(shù)學模型法分為:機理模型半經(jīng)驗模型經(jīng)驗模型生化工程 第一章 導言四、學習、目的要求目的注意!了解生化工程的現(xiàn)狀；掌握運用生化工程基本原理解決生產(chǎn)實際問題的一般方法主要是運用；結(jié)論的近似性；注意經(jīng)驗的積累；生化工程 第一章 導言是為生物技術(shù)服務的化學工程。它是利用化學工程原理

10、和方法對實驗室所取得的生物技術(shù)成果加以開發(fā)，使之成為生物反應過程，是生物化學與工程學相互滲透所形成的一門新學科。它應用工程學這一實踐技術(shù)，以生物體細胞（包括微生物、動植物細胞）作為研究的主角、生物化學作為理論基礎，從動態(tài)、定量、微觀的角度，廣泛而深刻地揭示生物工業(yè)的過程。生化工程 第一章 導言1.早期發(fā)酵生產(chǎn)2.近代發(fā)酵20世紀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。美國科學家蓋頓關(guān)于通風攪拌傳質(zhì)的論文，作為生化工程的誕生的標志。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Biochemical engineering。生化工程 第一章 導言早期的青霉素生產(chǎn)技術(shù)生化工程 第一章 導言青霉素工業(yè)化生產(chǎn)的意義時間：20世紀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、罐內(nèi))無菌狀態(tài)(接種、采樣、隔離)控制裝置(溫度、pH、溶氧、消泡)流加