生物工程設(shè)備-第一章-緒論精選課件

生物工程設(shè)備第一章緒論1ppt精選版生物工程設(shè)備1ppt精選版緒論一、有關(guān)生物工程及發(fā)酵的概念二、發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位三、生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)四、生物工藝過程的共性五、微生物工程產(chǎn)品類型六、本課程內(nèi)容概述2ppt精選版緒論2ppt精選版一、有關(guān)發(fā)酵工程的概念1.生物技術(shù)（又稱生物工藝學(xué)biotechnolog，有時(shí)又稱生物工程）

“應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠生物作用劑（biologicalagents)的作用，將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)”的技術(shù)(國際經(jīng)濟(jì)合作及發(fā)展組織1982年）生物作用劑也稱為生物催化劑

用載體，不溶于水、不易散失。多次使用3ppt精選版一、有關(guān)發(fā)酵工程的概念用載體，不溶于水、3ppt精選版生物技術(shù)與其他學(xué)科的關(guān)系4ppt精選版生物技術(shù)與其他學(xué)科的關(guān)系4ppt精選版2.生物技術(shù)的四大支柱5ppt精選版2.生物技術(shù)的四大支柱5ppt精選版3.發(fā)酵工程

又稱為“微生物工程”，是指利用微生物的特定性狀，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)有用物質(zhì)的一種技術(shù)。

現(xiàn)代微生物工程利用的發(fā)酵對(duì)象除包括傳統(tǒng)的天然微生物外，還包括動(dòng)物和植物細(xì)胞、重組細(xì)胞、基因工程菌等。6ppt精選版3.發(fā)酵工程又稱為“微生物工程”，是指利用微生物微生物發(fā)酵

目前人們把借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動(dòng)來制備微生物菌體本身，或其直接代謝產(chǎn)物或次級(jí)代謝產(chǎn)物的過程統(tǒng)稱為發(fā)酵。從耗氧情況分為：A厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、乳酸、甘油、丙酸、丁酸等。B通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、核苷酸、酶制劑等。7ppt精選版微生物發(fā)酵

目前人們把借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動(dòng)二、發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位

——與基因工程其主要原理——應(yīng)用人工方法把生物遺傳物質(zhì)，通常是脫氧核糖核酸（DNA)分離出來，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組。然后將重組了的DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞或個(gè)體，從而改變它們的遺傳品性；或使新的遺傳信息在新宿主細(xì)胞或個(gè)體中大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物（多肽或蛋白質(zhì)）。這種創(chuàng)造新生物并給予新生物以特殊功能的過程就稱為基因工程，也稱DNA重組技術(shù)。（基因水平上的遺傳工程）8ppt精選版二、發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位

——與基因工程其主要原理——9ppt精選版9ppt精選版在發(fā)酵工程應(yīng)用基因工程育種將外源基因?qū)氲轿⑸锛?xì)胞，使后者獲得前者的某些優(yōu)良性狀或者利用后者作為表達(dá)場所來生產(chǎn)目的產(chǎn)物。由于微生物多為單細(xì)胞，結(jié)構(gòu)簡單，是基因工程理想的表達(dá)載體。因此很多來自于不同界別的物種（人體、動(dòng)物、植物等）的基因都被成功地克隆到微生物細(xì)胞中并獲得表達(dá)。因此而發(fā)展的各種獲得異源基因并表達(dá)異源基因產(chǎn)物的微生物細(xì)胞（工程菌）都是新物種，都是微生物基因工程育種的產(chǎn)物。10ppt精選版在發(fā)酵工程應(yīng)用基因工程育種將外源基因?qū)氲轿⑸飸?yīng)用自1973年以來，世界上已用基因工程方法創(chuàng)造的各種工程菌多得難以計(jì)數(shù)，僅用工程菌表達(dá)并已獲批準(zhǔn)的新藥物就有40多種。如：胰島素、干擾素和乙肝疫苗等。具有很高的藥用價(jià)值。這些藥的生產(chǎn)一直是通過從人血或胚胎中提取，或從動(dòng)物組織中提取類似物。利用基因工程方法從人或動(dòng)物中分離出有關(guān)基因，通過體外重組再轉(zhuǎn)入到微生物細(xì)胞中，使微生物細(xì)胞獲得表達(dá)這些外源基因的能力，成為新的工程菌。通過工程菌的發(fā)酵來生產(chǎn)這些藥物，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。此為基因工程領(lǐng)域取得的最顯著的成果。11ppt精選版應(yīng)用11ppt精選版細(xì)胞工程與發(fā)酵工程細(xì)胞工程（cellengineering）是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法，借助工程學(xué)的試驗(yàn)方法或技術(shù)，在細(xì)胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學(xué)特性，以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的有關(guān)理論和技術(shù)方法的學(xué)科。根據(jù)研究對(duì)象不同，細(xì)胞工程可分為動(dòng)物細(xì)胞工程、植物細(xì)胞工程和微生物細(xì)胞工程12ppt精選版細(xì)胞工程與發(fā)酵工程細(xì)胞工程（cellengineering酶工程與發(fā)酵工程是利用酶、細(xì)胞器所具有的特異催化功能，或?qū)γ高M(jìn)行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和工藝過程來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)。酶工程與發(fā)酵：通過微生物發(fā)酵得到淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。例如：枯草桿菌發(fā)酵生產(chǎn)α-淀粉酶之前，酶是從動(dòng)物、植物、微生物細(xì)胞和組織中提取。

13ppt精選版酶工程與發(fā)酵工程是利用酶、細(xì)胞器所具有的特異催化功能，或?qū)γ赴l(fā)酵工程在生物工程中的地位基因工程酶工程細(xì)胞工程發(fā)酵工程產(chǎn)物產(chǎn)品產(chǎn)品14ppt精選版發(fā)酵工程在生物工程中的地位基因工程酶工程細(xì)胞工程發(fā)酵工程產(chǎn)物發(fā)酵工程在生物工程中的地位一般認(rèn)為生物工程包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程其中基因工程最引人入勝，它能夠依據(jù)人們的意愿創(chuàng)造新品種。細(xì)胞工程中的原生質(zhì)體融合技術(shù)也能有效的改良生物的性狀。然而成果或效益必須從成品來體現(xiàn)，基因重組和細(xì)胞融合獲得的微生物新品種，必須進(jìn)行微生物發(fā)酵和產(chǎn)物的分離純化過程，使之獲得產(chǎn)品和經(jīng)濟(jì)效益才能體現(xiàn)出生物工程的優(yōu)越性。可見基因工程和細(xì)胞工程部分成果離開發(fā)酵過程就無法最終體現(xiàn)出它的新的生命力。至于酶工程，目前多數(shù)具有工業(yè)化意義的酶基本上都是微生物發(fā)酵獲得的。離開發(fā)酵過程，酶工程將成為無本之木，因此，酶工程與發(fā)酵工程有著十分密切的依賴關(guān)系。所以，發(fā)酵工程是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)和歸宿，是生物工程四大支柱的核心，無論傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品，如抗生素、氨基酸等，還是現(xiàn)代基因工程產(chǎn)品，如疫苗、人體蛋白質(zhì)等，都需要通過發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。15ppt精選版發(fā)酵工程在生物工程中的地位15ppt精選版生物技術(shù)發(fā)酵工程16ppt精選版生物技術(shù)16ppt精選版三、生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)1.生物反應(yīng)過程其實(shí)質(zhì)就是利用生物催化劑從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程17ppt精選版三、生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)17ppt精選版組成部分：（1）原料的預(yù)處理及培養(yǎng)基的制備（2）生物催化劑的制備（3）生物反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇（4）產(chǎn)品的分離與純化輔助部分：生物催化劑：如果是酶，通常叫酶反應(yīng)過程如果是生物細(xì)胞，則叫做發(fā)酵過程18ppt精選版組成部分：18ppt精選版菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室過程19ppt精選版菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室過程19ppt精選版

發(fā)酵工程

──利用微生物進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)抗生素、生物制藥、氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸、飼料添加劑、微生態(tài)制劑、生物農(nóng)藥、生物肥料等醫(yī)藥、輕工、食品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源等行業(yè)基因工程藥物、疫苗及抗體產(chǎn)品化學(xué)工程生物化工生物加工行業(yè)傳統(tǒng)生物技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)基因工程菌發(fā)酵20ppt精選版發(fā)酵工程──利用微生物進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)醫(yī)藥、輕生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)：通常在常溫常壓下進(jìn)行，一種設(shè)備有多種用途；通常以糖蜜、淀粉為主要原料，無毒，不必精制；反應(yīng)以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行，因此數(shù)十個(gè)反應(yīng)過程就象單一反應(yīng)一樣，在發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行；容易得到復(fù)雜的高分子化合物；由于生命體特有的反應(yīng)機(jī)制，能夠高度選擇性的進(jìn)行復(fù)雜化合物在特定部位的氧化、還原及官能團(tuán)的導(dǎo)入等反應(yīng)；制造發(fā)酵產(chǎn)物的菌體本身就是發(fā)酵產(chǎn)品，富含維生素、氨基酸、酶等；發(fā)酵工業(yè)操作上必須防止雜菌污染；通過微生物的品種改良，能夠利用原有的設(shè)備及生產(chǎn)條件提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。21ppt精選版生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)：21ppt精選版四、生物工藝過程的共性（1）如何選擇作為培養(yǎng)基成分的碳源、氮源、微量元素及生長因子等。（2）如何確定發(fā)酵級(jí)數(shù)，各級(jí)的培養(yǎng)條件、過程控制的參數(shù)。（3）如何防止生產(chǎn)過程的雜菌污染，保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。（4）如何選擇合適的產(chǎn)品提取、分離、純化工藝。22ppt精選版四、生物工藝過程的共性22ppt精選版五、微生物工業(yè)產(chǎn)品類型

(發(fā)酵工程的應(yīng)用)1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)2、以微生物酶為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)3、以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)4、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物的發(fā)酵工業(yè)5、微生物特殊機(jī)能的利用23ppt精選版五、微生物工業(yè)產(chǎn)品類型

(發(fā)酵工程的應(yīng)用)23p1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)。包括單細(xì)胞的酵母和藻類、擔(dān)子菌，生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。特點(diǎn)：細(xì)胞的生長與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系，生長速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速率最高階段，生長穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。發(fā)酵食品：菌體蛋白（SCP）、乳酸菌、香菇類等生物藥品（農(nóng)藥）：蘇云金桿菌（目前世界上用途最廣、產(chǎn)量最大的微生物殺蟲劑）24ppt精選版1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體2、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。分類：胞內(nèi)酶和胞外酶生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或受阻遏、抑制等調(diào)控作用的影響，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予注意。產(chǎn)品：淀粉酶、果膠酶、纖維素酶、糖化酶、蛋白酶、脂酶、膽固醇氧化酶等25ppt精選版2、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。對(duì)數(shù)生長期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長所必需的，稱為初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物。各種次級(jí)代謝產(chǎn)物都是在微生物生長緩慢或停止生長時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的。初級(jí)代謝產(chǎn)物：蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)等生命必需物質(zhì)。

次級(jí)代謝產(chǎn)物：抗生素、生物堿、毒素、色素、生長因子等。26ppt精選版3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。26p4、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：是利用生物細(xì)胞對(duì)一些化合物某一特定部位（基團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對(duì)底物某一特定部位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。如：甾體轉(zhuǎn)化（羥基化反應(yīng)

）氫化可的松生產(chǎn)的生物轉(zhuǎn)化工藝蘭色梨頭霉（新月彎孢霉

）的11β-羥化能力將21-醋酸化合物S轉(zhuǎn)化成氫化可的松。27ppt精選版4、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：是利用生物細(xì)胞對(duì)一些化合物某一特定5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染（有毒廢棄物降解）

微生物對(duì)污染物的降解和轉(zhuǎn)化作用，以達(dá)到控制和消除環(huán)境污染的目的（假單孢菌屬降解腈綸廢水中的丙烯腈）?！獙?duì)水、氣、固廢物污染控制的微生物工程微生物濕法冶金（氧化亞鐵硫桿菌自氧細(xì)菌)利用氧化亞鐵硫桿菌自氧細(xì)菌，把亞鐵氧化為高鐵、把硫和低價(jià)硫化物氧化為硫酸的能力。將含硫金屬礦石中的金屬離子形成硫酸鹽而放出來。用此法浸出的金屬有：銅、鈷、鋅、鉛、鈾、金等28ppt精選版5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染（有毒廢棄物降發(fā)酵工業(yè)的范圍發(fā)酵工業(yè)涉及的范圍十分廣泛，而且越來越大，大致可分為下面14類：(1)釀酒工業(yè)(啤酒、葡萄酒、白酒等)(2)食品工業(yè)(醬油、食醋、酸乳、面包等)(3)有機(jī)溶劑發(fā)酵工業(yè)(酒精、丙酮、丁醇等)(4)抗生素發(fā)酵工業(yè)(青霉素、鏈霉素、土霉素等)(5)有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)(檸檬酸、乳酸、醋酸、葡萄糖酸)(6)酶制劑發(fā)酵工業(yè)(淀粉酶、蛋白酶等)(7)氨基酸發(fā)酵工業(yè)(谷氨酸、賴氨酸等)(8)核苷酸類物質(zhì)發(fā)酵工業(yè)(肌苷酸、肌苷等)29ppt精選版發(fā)酵工業(yè)的范圍發(fā)酵工業(yè)涉及的范圍十分廣泛，而且越來越大，大致(9)微生物發(fā)酵工業(yè)(維生素B2,Vc,VB12等)(10)生理活性物質(zhì)發(fā)酵(激素等)(11)微生物菌體蛋白發(fā)酵(酵母、單細(xì)胞蛋白)(12)微生物環(huán)境凈化工業(yè)(污水、廢水處理)(13)生物能工業(yè)(沼氣、發(fā)酵酒精、乙烯等能源物質(zhì))(14)微生物冶金工業(yè)(微生物探礦、冶金、石油脫硫等)30ppt精選版(9)微生物發(fā)酵工業(yè)(維生素B2,Vc,VB12等)30p本課程主要內(nèi)容31ppt精選版本課程主要內(nèi)容31ppt精選版

培養(yǎng)基配置滅菌設(shè)備發(fā)酵設(shè)備分離提純?cè)O(shè)備

空氣凈化原料預(yù)處理及固體物料輸送設(shè)備空氣凈化設(shè)備生物反應(yīng)器放大離心與過濾蒸發(fā)與結(jié)晶干燥蒸餾好氧反應(yīng)器嫌氣發(fā)酵罐動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器固體培養(yǎng)反應(yīng)器32ppt精選版培養(yǎng)基配置滅菌設(shè)備發(fā)酵分離（二）各工序所包含的基本設(shè)備：1、原料前處理設(shè)備：如除雜、粉碎、輸送、培養(yǎng)基制備（滅菌、液化、糖化）；2、生物反應(yīng)器：種子罐、發(fā)酵罐；3、后處理設(shè)備：過濾、濃縮、干燥、結(jié)晶、蒸餾、離交、脫色、萃取等；4、輔助生產(chǎn)設(shè)備：無菌空氣系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)；33ppt精選版（二）各工序所包含的基本設(shè)備：33ppt精選版（三）發(fā)酵設(shè)備分類1、專業(yè)設(shè)備：只用在生物工程專業(yè)上，如：、生物反應(yīng)器（發(fā)酵罐、種子罐）、液化、糖化設(shè)備、連消設(shè)備；2、通用設(shè)備：除在本專業(yè)上使用外，在其他工業(yè)上也使用，如：泵、風(fēng)機(jī)、粉碎機(jī)、管件、閥門、過濾、換熱設(shè)備。3、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：根據(jù)實(shí)際工藝需要定做的，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如：儲(chǔ)罐、計(jì)量罐等；34ppt精選版（三）發(fā)酵設(shè)備分類34ppt精選版（四）發(fā)酵工程設(shè)備的特點(diǎn)及要求1、設(shè)備特點(diǎn)：

a、在常溫、常壓或低壓下操作發(fā)酵溫度一般在25-45℃之間，滅菌一般在121-135℃，30分鐘。壓力：一般在3kg/m2b、無菌下操作，設(shè)備應(yīng)考慮死角的消除，保證不被污染。如：正壓操作、蒸汽密封、專用閥門等。c、設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足工藝的要求，如：通氣（攪拌）、PH調(diào)節(jié)、溫度、補(bǔ)料。（發(fā)酵罐）

d、制作材料應(yīng)保證它耐受酸堿的腐蝕。如：有機(jī)酸發(fā)酵罐可采用A3鋼內(nèi)襯不銹鋼或橡膠、陶瓷、涂料。（紫銅）35ppt精選版（四）發(fā)酵工程設(shè)備的特點(diǎn)及要求35ppt精選版2、基本要求在滿足工藝要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量和收得率的前提下，生產(chǎn)成本最低。

a、強(qiáng)度和剛度b、加工費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用（能耗、原料生產(chǎn)消耗、設(shè)備折舊）

c、生產(chǎn)能力：罐越大，投資越省、運(yùn)行越穩(wěn)定，但不能染菌，否則損失慘重。d、設(shè)備利用率：利用率高，設(shè)備投資越省、設(shè)備生產(chǎn)能力越大、生產(chǎn)成本越低。36ppt精選版2、基本要求36ppt精選版（五）生物工程設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)1、設(shè)備材料越用越好：地缸、木桶水泥池碳鋼、低合金鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼2、發(fā)酵設(shè)備容積逐漸增大：由傳統(tǒng)的木桶200-400L逐漸發(fā)展到現(xiàn)在:啤酒320m3、谷氨酸700m3、單細(xì)胞蛋白1500m3、廢水處理生化反應(yīng)器27000m3。噴霧干燥塔由蒸發(fā)能力50kg/h發(fā)展到5000kg/h。37ppt精選版（五）生物工程設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)37ppt精選版3、自動(dòng)化程度越來越高：由手動(dòng)及人工看罐，發(fā)展到溫度、攪拌、風(fēng)量、風(fēng)壓、PH、溶氧、消泡、補(bǔ)料全部可以進(jìn)行自控，應(yīng)用微機(jī)管理。4、設(shè)備趨于標(biāo)準(zhǔn)化：由自行設(shè)計(jì)、加工發(fā)展到廠家可提供標(biāo)準(zhǔn)圖紙及可訂購加工。5、工藝流程更簡單化：設(shè)備的整合使得單元操作合并，縮短了工藝流程；先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用，完全改變了原有復(fù)雜的工藝流程。38ppt精選版3、自動(dòng)化程度越來越高：38ppt精選版如：L-乳酸發(fā)酵后提取工藝流程：發(fā)酵液中和過濾濃縮結(jié)晶過濾酸解過濾離交濃縮脫色高真空蒸餾L-乳酸改進(jìn)后提取工藝流程：發(fā)酵液粗過濾微濾超濾

納濾分子蒸餾L-乳酸39ppt精選版如：39ppt精選版6、由分批生產(chǎn)向連續(xù)化生產(chǎn)過渡連續(xù)化生產(chǎn)同分批生產(chǎn)相比較，具有優(yōu)點(diǎn)操作簡單、生產(chǎn)能力大、

設(shè)備利用率高、（滅菌）生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化目前，液化、糖化、連消、發(fā)酵、濃縮、干燥、結(jié)晶等單元操作都可進(jìn)行連續(xù)操作。40ppt精選版6、由分批生產(chǎn)向連續(xù)化生產(chǎn)過渡40ppt精選版

（六）本課程中發(fā)酵設(shè)備部分的主要教學(xué)目的、內(nèi)容、及要求：

目的：了解整個(gè)生物反應(yīng)過程中各單元構(gòu)成；掌握各單元設(shè)備的組成，主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理；學(xué)習(xí)部分主要設(shè)備的有關(guān)計(jì)算；掌握生物反應(yīng)工程中部分帶有共性的工程技術(shù)原理。41ppt精選版（六）本課程中發(fā)酵設(shè)備部分的主要教學(xué)目的、內(nèi)容、及主要內(nèi)容：1、原料預(yù)處理及輸送設(shè)備；2、液體培養(yǎng)基制備及滅菌設(shè)備、滅菌原理；3、空氣除菌設(shè)備、過濾除菌原理；4、嫌氣發(fā)酵設(shè)備；5、好氧發(fā)酵設(shè)備；6、通氣發(fā)酵罐的比擬放大；7、離心與過濾設(shè)備8、蒸發(fā)與結(jié)晶；9、干燥設(shè)備10、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)42ppt精選版主要內(nèi)容：42ppt精選版參考書:1.《生物加工過程與設(shè)備》，鄭裕國等，化學(xué)工業(yè)出版社，2004

2.《生物反應(yīng)工程原理》，賈士儒編著，科學(xué)出版社，2003.

3.《生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)器》（第二版），戚以政等編，化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

4.《微生物工程》曹軍衛(wèi),馬輝文編著，科學(xué)出版社，2002

5.《發(fā)酵設(shè)備》高孔榮輕工業(yè)出版社.1999。43ppt精選版參考書:43ppt精選版生物工程設(shè)備第一章緒論44ppt精選版生物工程設(shè)備1ppt精選版緒論一、有關(guān)生物工程及發(fā)酵的概念二、發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位三、生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)四、生物工藝過程的共性五、微生物工程產(chǎn)品類型六、本課程內(nèi)容概述45ppt精選版緒論2ppt精選版一、有關(guān)發(fā)酵工程的概念1.生物技術(shù)（又稱生物工藝學(xué)biotechnolog，有時(shí)又稱生物工程）

“應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠生物作用劑（biologicalagents)的作用，將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)”的技術(shù)(國際經(jīng)濟(jì)合作及發(fā)展組織1982年）生物作用劑也稱為生物催化劑

用載體，不溶于水、不易散失。多次使用46ppt精選版一、有關(guān)發(fā)酵工程的概念用載體，不溶于水、3ppt精選版生物技術(shù)與其他學(xué)科的關(guān)系47ppt精選版生物技術(shù)與其他學(xué)科的關(guān)系4ppt精選版2.生物技術(shù)的四大支柱48ppt精選版2.生物技術(shù)的四大支柱5ppt精選版3.發(fā)酵工程

又稱為“微生物工程”，是指利用微生物的特定性狀，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)有用物質(zhì)的一種技術(shù)。

現(xiàn)代微生物工程利用的發(fā)酵對(duì)象除包括傳統(tǒng)的天然微生物外，還包括動(dòng)物和植物細(xì)胞、重組細(xì)胞、基因工程菌等。49ppt精選版3.發(fā)酵工程又稱為“微生物工程”，是指利用微生物微生物發(fā)酵

目前人們把借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動(dòng)來制備微生物菌體本身，或其直接代謝產(chǎn)物或次級(jí)代謝產(chǎn)物的過程統(tǒng)稱為發(fā)酵。從耗氧情況分為：A厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、乳酸、甘油、丙酸、丁酸等。B通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、核苷酸、酶制劑等。50ppt精選版微生物發(fā)酵

目前人們把借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動(dòng)二、發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位

——與基因工程其主要原理——應(yīng)用人工方法把生物遺傳物質(zhì)，通常是脫氧核糖核酸（DNA)分離出來，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組。然后將重組了的DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞或個(gè)體，從而改變它們的遺傳品性；或使新的遺傳信息在新宿主細(xì)胞或個(gè)體中大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物（多肽或蛋白質(zhì)）。這種創(chuàng)造新生物并給予新生物以特殊功能的過程就稱為基因工程，也稱DNA重組技術(shù)。（基因水平上的遺傳工程）51ppt精選版二、發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位

——與基因工程其主要原理——52ppt精選版9ppt精選版在發(fā)酵工程應(yīng)用基因工程育種將外源基因?qū)氲轿⑸锛?xì)胞，使后者獲得前者的某些優(yōu)良性狀或者利用后者作為表達(dá)場所來生產(chǎn)目的產(chǎn)物。由于微生物多為單細(xì)胞，結(jié)構(gòu)簡單，是基因工程理想的表達(dá)載體。因此很多來自于不同界別的物種（人體、動(dòng)物、植物等）的基因都被成功地克隆到微生物細(xì)胞中并獲得表達(dá)。因此而發(fā)展的各種獲得異源基因并表達(dá)異源基因產(chǎn)物的微生物細(xì)胞（工程菌）都是新物種，都是微生物基因工程育種的產(chǎn)物。53ppt精選版在發(fā)酵工程應(yīng)用基因工程育種將外源基因?qū)氲轿⑸飸?yīng)用自1973年以來，世界上已用基因工程方法創(chuàng)造的各種工程菌多得難以計(jì)數(shù)，僅用工程菌表達(dá)并已獲批準(zhǔn)的新藥物就有40多種。如：胰島素、干擾素和乙肝疫苗等。具有很高的藥用價(jià)值。這些藥的生產(chǎn)一直是通過從人血或胚胎中提取，或從動(dòng)物組織中提取類似物。利用基因工程方法從人或動(dòng)物中分離出有關(guān)基因，通過體外重組再轉(zhuǎn)入到微生物細(xì)胞中，使微生物細(xì)胞獲得表達(dá)這些外源基因的能力，成為新的工程菌。通過工程菌的發(fā)酵來生產(chǎn)這些藥物，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。此為基因工程領(lǐng)域取得的最顯著的成果。54ppt精選版應(yīng)用11ppt精選版細(xì)胞工程與發(fā)酵工程細(xì)胞工程（cellengineering）是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法，借助工程學(xué)的試驗(yàn)方法或技術(shù)，在細(xì)胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學(xué)特性，以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的有關(guān)理論和技術(shù)方法的學(xué)科。根據(jù)研究對(duì)象不同，細(xì)胞工程可分為動(dòng)物細(xì)胞工程、植物細(xì)胞工程和微生物細(xì)胞工程55ppt精選版細(xì)胞工程與發(fā)酵工程細(xì)胞工程（cellengineering酶工程與發(fā)酵工程是利用酶、細(xì)胞器所具有的特異催化功能，或?qū)γ高M(jìn)行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和工藝過程來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)。酶工程與發(fā)酵：通過微生物發(fā)酵得到淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。例如：枯草桿菌發(fā)酵生產(chǎn)α-淀粉酶之前，酶是從動(dòng)物、植物、微生物細(xì)胞和組織中提取。

56ppt精選版酶工程與發(fā)酵工程是利用酶、細(xì)胞器所具有的特異催化功能，或?qū)γ赴l(fā)酵工程在生物工程中的地位基因工程酶工程細(xì)胞工程發(fā)酵工程產(chǎn)物產(chǎn)品產(chǎn)品57ppt精選版發(fā)酵工程在生物工程中的地位基因工程酶工程細(xì)胞工程發(fā)酵工程產(chǎn)物發(fā)酵工程在生物工程中的地位一般認(rèn)為生物工程包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程其中基因工程最引人入勝，它能夠依據(jù)人們的意愿創(chuàng)造新品種。細(xì)胞工程中的原生質(zhì)體融合技術(shù)也能有效的改良生物的性狀。然而成果或效益必須從成品來體現(xiàn)，基因重組和細(xì)胞融合獲得的微生物新品種，必須進(jìn)行微生物發(fā)酵和產(chǎn)物的分離純化過程，使之獲得產(chǎn)品和經(jīng)濟(jì)效益才能體現(xiàn)出生物工程的優(yōu)越性。可見基因工程和細(xì)胞工程部分成果離開發(fā)酵過程就無法最終體現(xiàn)出它的新的生命力。至于酶工程，目前多數(shù)具有工業(yè)化意義的酶基本上都是微生物發(fā)酵獲得的。離開發(fā)酵過程，酶工程將成為無本之木，因此，酶工程與發(fā)酵工程有著十分密切的依賴關(guān)系。所以，發(fā)酵工程是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)和歸宿，是生物工程四大支柱的核心，無論傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品，如抗生素、氨基酸等，還是現(xiàn)代基因工程產(chǎn)品，如疫苗、人體蛋白質(zhì)等，都需要通過發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。58ppt精選版發(fā)酵工程在生物工程中的地位15ppt精選版生物技術(shù)發(fā)酵工程59ppt精選版生物技術(shù)16ppt精選版三、生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)1.生物反應(yīng)過程其實(shí)質(zhì)就是利用生物催化劑從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程60ppt精選版三、生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)17ppt精選版組成部分：（1）原料的預(yù)處理及培養(yǎng)基的制備（2）生物催化劑的制備（3）生物反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇（4）產(chǎn)品的分離與純化輔助部分：生物催化劑：如果是酶，通常叫酶反應(yīng)過程如果是生物細(xì)胞，則叫做發(fā)酵過程61ppt精選版組成部分：18ppt精選版菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室過程62ppt精選版菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室過程19ppt精選版

發(fā)酵工程

──利用微生物進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)抗生素、生物制藥、氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸、飼料添加劑、微生態(tài)制劑、生物農(nóng)藥、生物肥料等醫(yī)藥、輕工、食品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源等行業(yè)基因工程藥物、疫苗及抗體產(chǎn)品化學(xué)工程生物化工生物加工行業(yè)傳統(tǒng)生物技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)基因工程菌發(fā)酵63ppt精選版發(fā)酵工程──利用微生物進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)醫(yī)藥、輕生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)：通常在常溫常壓下進(jìn)行，一種設(shè)備有多種用途；通常以糖蜜、淀粉為主要原料，無毒，不必精制；反應(yīng)以生命體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行，因此數(shù)十個(gè)反應(yīng)過程就象單一反應(yīng)一樣，在發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行；容易得到復(fù)雜的高分子化合物；由于生命體特有的反應(yīng)機(jī)制，能夠高度選擇性的進(jìn)行復(fù)雜化合物在特定部位的氧化、還原及官能團(tuán)的導(dǎo)入等反應(yīng)；制造發(fā)酵產(chǎn)物的菌體本身就是發(fā)酵產(chǎn)品，富含維生素、氨基酸、酶等；發(fā)酵工業(yè)操作上必須防止雜菌污染；通過微生物的品種改良，能夠利用原有的設(shè)備及生產(chǎn)條件提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。64ppt精選版生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)：21ppt精選版四、生物工藝過程的共性（1）如何選擇作為培養(yǎng)基成分的碳源、氮源、微量元素及生長因子等。（2）如何確定發(fā)酵級(jí)數(shù)，各級(jí)的培養(yǎng)條件、過程控制的參數(shù)。（3）如何防止生產(chǎn)過程的雜菌污染，保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。（4）如何選擇合適的產(chǎn)品提取、分離、純化工藝。65ppt精選版四、生物工藝過程的共性22ppt精選版五、微生物工業(yè)產(chǎn)品類型

(發(fā)酵工程的應(yīng)用)1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)2、以微生物酶為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)3、以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)4、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物的發(fā)酵工業(yè)5、微生物特殊機(jī)能的利用66ppt精選版五、微生物工業(yè)產(chǎn)品類型

(發(fā)酵工程的應(yīng)用)23p1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)。包括單細(xì)胞的酵母和藻類、擔(dān)子菌，生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。特點(diǎn)：細(xì)胞的生長與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系，生長速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速率最高階段，生長穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。發(fā)酵食品：菌體蛋白（SCP）、乳酸菌、香菇類等生物藥品（農(nóng)藥）：蘇云金桿菌（目前世界上用途最廣、產(chǎn)量最大的微生物殺蟲劑）67ppt精選版1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體2、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。分類：胞內(nèi)酶和胞外酶生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或受阻遏、抑制等調(diào)控作用的影響，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予注意。產(chǎn)品：淀粉酶、果膠酶、纖維素酶、糖化酶、蛋白酶、脂酶、膽固醇氧化酶等68ppt精選版2、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。對(duì)數(shù)生長期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長所必需的，稱為初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物。各種次級(jí)代謝產(chǎn)物都是在微生物生長緩慢或停止生長時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的。初級(jí)代謝產(chǎn)物：蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)等生命必需物質(zhì)。

次級(jí)代謝產(chǎn)物：抗生素、生物堿、毒素、色素、生長因子等。69ppt精選版3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。26p4、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：是利用生物細(xì)胞對(duì)一些化合物某一特定部位（基團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對(duì)底物某一特定部位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。如：甾體轉(zhuǎn)化（羥基化反應(yīng)

）氫化可的松生產(chǎn)的生物轉(zhuǎn)化工藝蘭色梨頭霉（新月彎孢霉

）的11β-羥化能力將21-醋酸化合物S轉(zhuǎn)化成氫化可的松。70ppt精選版4、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：是利用生物細(xì)胞對(duì)一些化合物某一特定5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染（有毒廢棄物降解）

微生物對(duì)污染物的降解和轉(zhuǎn)化作用，以達(dá)到控制和消除環(huán)境污染的目的（假單孢菌屬降解腈綸廢水中的丙烯腈）?！獙?duì)水、氣、固廢物污染控制的微生物工程微生物濕法冶金（氧化亞鐵硫桿菌自氧細(xì)菌)利用氧化亞鐵硫桿菌自氧細(xì)菌，把亞鐵氧化為高鐵、把硫和低價(jià)硫化物氧化為硫酸的能力。將含硫金屬礦石中的金屬離子形成硫酸鹽而放出來。用此法浸出的金屬有：銅、鈷、鋅、鉛、鈾、金等71ppt精選版5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染（有毒廢棄物降發(fā)酵工業(yè)的范圍發(fā)酵工業(yè)涉及的范圍十分廣泛，而且越來越大，大致可分為下面14類：(1)釀酒工業(yè)(啤酒、葡萄酒、白酒等)(2)食品工業(yè)(醬油、食醋、酸乳、面包等)(3)有機(jī)溶劑發(fā)酵工業(yè)(酒精、丙酮、丁醇等)(4)抗生素發(fā)酵工業(yè)(青霉素、鏈霉素、土霉素等)(5)有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)(檸檬酸、乳酸、醋酸、葡萄糖酸)(6)酶制劑發(fā)酵工業(yè)(淀粉酶、蛋白酶等)(7)氨基酸發(fā)酵工業(yè)(谷氨酸、賴氨酸等)(8)核苷酸類物質(zhì)發(fā)酵工業(yè)(肌苷酸、肌苷等)72ppt精選版發(fā)酵工業(yè)的范圍發(fā)酵工業(yè)涉及的范圍十分廣泛，而且越來越大，大致(9)微生物發(fā)酵工業(yè)(維生素B2,Vc,VB12等)(10)生理活性物質(zhì)發(fā)酵(激素等)(11)微生物菌體蛋白發(fā)酵(酵母、單細(xì)胞蛋白)(12)微生物環(huán)境凈化工業(yè)(污水、廢水處理)(13)生物能工業(yè)(沼氣、發(fā)酵酒精、乙烯等能源物質(zhì))(14)微生物冶金工業(yè)(微生物探礦、冶金、石油脫硫等)73ppt精選版(9)微生物發(fā)酵工業(yè)(維生素B2,Vc,VB12等)30p本課程主要內(nèi)容74ppt精選版本課程主要內(nèi)容31ppt精選版

培養(yǎng)基配置滅菌設(shè)備發(fā)酵設(shè)備分離提純?cè)O(shè)備

空氣凈化原料預(yù)處理及固體物料輸送設(shè)備空氣凈化設(shè)備生物反應(yīng)器放大離心與過濾蒸發(fā)與結(jié)晶干燥蒸餾好氧反應(yīng)器嫌氣發(fā)酵罐動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器固體培養(yǎng)反應(yīng)器75ppt精選版培養(yǎng)基配置滅菌設(shè)備發(fā)酵分離（二）各工序所包含的基本設(shè)備：1、原料前處理設(shè)備：如除雜、粉碎、輸送、培養(yǎng)基制備（滅菌、液化、糖化）；2、生物反應(yīng)器：種子罐、發(fā)酵罐；3、后處理設(shè)備：過濾、濃縮、干燥、結(jié)晶、蒸餾、離交、脫色、萃取等；4、輔助生產(chǎn)設(shè)備：無菌空氣系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)；76ppt精選版（二）各工序所包含的基本設(shè)備：33ppt精選版（三）發(fā)酵設(shè)備分類1、專業(yè)設(shè)備：只用在生物工程專業(yè)上，如：、生物反應(yīng)器（發(fā)酵罐、種子罐）、液化、糖化設(shè)備、連消設(shè)備；2、通用設(shè)備：除在本專業(yè)上使用外，在其他工業(yè)上也使用，如：泵、風(fēng)機(jī)、粉碎機(jī)、管件、閥門、過濾、換熱設(shè)備。3、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：根據(jù)實(shí)際工藝需要定做的，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如：儲(chǔ)罐、計(jì)量罐等；77ppt精選版（三）發(fā)酵設(shè)備分類34ppt精選版（四）發(fā)酵工程設(shè)備的特點(diǎn)及要求1、設(shè)備特點(diǎn)：

a、在常溫、常壓或低壓下操作發(fā)酵溫度一般在25-45℃之間，滅菌一般在121-135℃，30分鐘。壓力：一般在3kg/m2b、無菌下操作，設(shè)備應(yīng)考慮死角的消除，保證不被污染。如：正壓操作、蒸汽密封、專用閥門等。c、設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足工藝的要求，如：通氣（攪拌）、PH調(diào)節(jié)、溫度、補(bǔ)料。（發(fā)酵罐）

d、制作材料應(yīng)保證它耐受酸堿的腐蝕。如：有機(jī)酸發(fā)酵罐可采用A3鋼內(nèi)襯不銹鋼或橡膠、陶瓷、涂料。（紫銅）78ppt精選版（四）發(fā)酵工程設(shè)備的特點(diǎn)及要求35ppt精選版2、基本要求在滿足工藝要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量和收得率的前提下，生產(chǎn)成本最低。

a、強(qiáng)度和剛度b、加工費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用（能耗、原料生產(chǎn)消耗、設(shè)備折舊）

c、生產(chǎn)能力：罐越大，投資越省、運(yùn)行越穩(wěn)定，但不能染菌，否則損失慘重。d、設(shè)備利用率：利用率高，設(shè)備投資越省、設(shè)備生產(chǎn)能力越大、生產(chǎn)成本越低。79ppt精選版2、基本要求36ppt精選版（五）生物工程設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)1、設(shè)備材料越用越好：地缸、木桶水泥池碳鋼、低合金鋼優(yōu)質(zhì)合