生化工程第一章绪论
生化工程第一
三 生化工程学的起点 青霉素的发现
• • •
1928年由 Fleming发现青霉素 1939年 弗洛里、钱恩研究临床效用 1941年 青霉素进行生产研究
弗莱明（1928 ）发现青霉素并将青霉素培养物 的滤液中所含抗细菌的物质称为“青霉素”
当前水平60000～80000U/ml(150m3)
牛津大学弗洛里 化学家钱恩（E.Chain）获得 （H.florey，1938 ～ 1939） 精制品，1940在美国产业化
• • • • 酿酒：BC 2100 古巴比伦； 中国商代“酒池肉林”，BC1300； 酿醋出现的时间几乎和酿酒同步； 制作面包,奶酪； 天花的活疫苗：公元10年
The Evolution of Biochemical Engineering
• 史前时代，人们还不知道什么是酶或微生物时，就已利用它 们进行有用物质生产了。
1.挽救法国的酿酒业 2.挽救法国的养蚕业 3.炭疽病和鸡霍乱病,狂犬病预防接种 • 成功源于坚持 四十六岁半身不遂，其后30年是其成就顶峰 • “告诉你使我达到目标的奥秘吧，我的唯一力量就是我的坚 持精神
发酵工程的早期阶段
人们的对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于
厌氧发酵: 利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发酵食品。 1916年英国采用梭状芽孢杆菌生产丙酮丁醇，德国采用亚硫酸 盐法生产甘油（第一次世界大战）──由食品工业向非食品工 业发展 好氧发酵: 速酿法从乙醇生产醋酸，通气法大量繁殖酵母，用米曲霉的麸 曲代替麦芽糖作糖化剂生产酒靖，用微小毛霉生产干酪。 1933年发明了摇瓶培养法代替了传统的静置培养法。生长均匀 ，增殖时间短。
核心：实现物质转化
发酵车间
发酵罐
酶反应器
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第一章 绪论1.什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2.生化反应工程研究的主要内容是什么？3.生化反应工程的研究方法有那些？4.解释生物反应工程在生物技术中的作用？5.为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6.何为系统生物学？7.简述生化反应工程的发展史。
8.如何理解加强“工程思维能力”的重要性。
9.为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？第二章生物反应工程的生物学与工程学基础1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。
生物工程与生物科学、发酵工程与生物工程、速率和速度、反应速率与传质速率2. 何为准数和雷诺准数？并解释后者的物理意义3. 工程思维的具体含义是什么？4. 简述酶的催化特性与调节功能。
5. 在一个实际的生物催化过程中如何确保生物催化剂（如酶）的稳定性，并提高催化效率？6. 酶在应用过程中有哪些不同于化学催化剂和微生物作为生物催化剂的地方？7. 微生物培养过程中微生物的世代时间与倍增时间是否是同一概念。
8. 在生物工业中，微生物细胞的量一般采用干重表示，为什么？9. 为什么要固定化酶或微生物细胞？10. 进行生物催化剂（酶或微生物细胞）催化机理研究时，采用固定化酶或微生物细胞是否更有利于清楚了解催化过程机理？11. 何为生物分子工程？ 12. 在微生物培养过程中，操作工人观察到发酵罐上的压力表中的读数为0.025MPa,罐中的发酵液深度为10米，试问在罐底处的微生物细胞承受多大压力？在发酵液表面呢？ 13. 如果在2小时完成生物反应器中70m 3的装液量，请计算物料输入管的管径。
如果要求50分钟将反应液排空，请计算物料输出管的管径。
第三章 酶促反应动力学1. 简述酶促反应的特征及其与化学反应的主要区别是什么？。
2 .应用直线作图法（Lineweaver —Burk 法；Haneswoolf 法；Eadie —Hofstee 法和积分法）求取米氏方程中的动力学参数K s 和r max ，并比较由各种方法所得结果的误差大小。
生物反应工程原理
各种微生物构成的混合培养系统； • （2）几乎全部采用连续操作； • （3）微生物所处的环境条件波动大； • （4）反应的目的是消除有害物质而不是生成代谢
产物和微生物细胞本身；
④简介其他分类方法
• 按获取能量的方式分——好氧发酵酵，次级代
• 高技术：世界所拥有的先进技术构成的一个强 大的、活跃的技术群体，叫做高技术。高技术 凝聚着人类早期的发明和近期的创造，代表着 当代的科技文明。
• 我国正在实行的高技术：生物技术、信息技术 、新材料技术、新能源技术、海洋技术、空间 技术。
• 生物技术（工程）的研究内容：基因工程；酶 工程；细胞工程；发酵工程；生物反应器；生 化分离工程；
生物（生化）反应过程：
从应用的观点出发可将生物技术 进行如下分类：
• 工业生物技术 • 农业生物技术 • 医药生物技术 • 环境生物技术
生物现象
Bio-appearance
• 从自然现象说起： 最初原始性的种植方式到现代化农业;
由无序到计划性……。 • 从我们每一个人，即个体说起：
由上帝创造人类到生命起源的……。 • 从现代化的生物工业生产而言：
• 工程本质上是具有价值取向的主体作用于 客体、主观思维物化为客观实体的一种目 标导向的活动和过程。
生物技术（工程） bioengineering/biotechnology ：
• 生物技术是应用自然科学及工程学的原 理，依靠生物催化剂（biological agents)的作用将物料进行加工以提供产 品或为社会服务的技术。 ——1982年国 际经济合作及发展组织
谢产物发酵；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸 发酵，维生素发酵，抗生素发酵…… • 按操作类型分——自然发酵，纯种发酵，混种 发酵；分批发酵，半连续发酵，连续发酵；固 态发酵，液态发酵 • 反应产物或服务的性质 • 按产物所属国民经济部门
第一章 生物化学绪论
生物化学不仅是一门对生命科学有着指导性的基础
理论学科，也是一门对国民经济有着重要意义之一的应用
学科，主要表现在以下几个方面：
（1）生物化学在工业上的应用
生物化学是食品发酵工业理论基础。
例如：食品工业制酱、酿酒、制醋；纺织工业上棉布浆化； 制革业上的毛皮毛脱脂；
（2）生物化学在农业上应用
生物化学也是农业的基础课。农作物的代谢都离不开生物 化学，以及农作物病虫防治等等。
Biochemistry 或 Biological Chemistry
现译为“生物化学”，简称“生化”。 实用文档
2、生物化学发展与起源
生物化学在18世纪开始萌芽，19世纪
初步发展，20世纪初才成为独立的学科。
首先，起源于法国，由法国传之于德
国，由德国而传到美国和英国。在20世纪
后，再由上述国家流传于其他各国。大约
生物化学
BIOCHEMISTRY
主讲：生物与制药工程学院 申 宁 实用文档
第一章 绪 论
生命与生物化学
实用文档
一 、生命的定义
具有复制的能力 具有催化的能力 具有突变的能力
实用文档
地球充满着生物，从最简单的病毒到菌 藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类， 千姿百态。不同的生物，其形态、生理 特征和对环境的适应能力各不相同，都 经历着生长、发育、衰老、死亡的变化， 都具有繁殖后代的能力。
真核细胞中含有被核膜包着的核
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真核细胞的结构
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植物细胞的结构
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原核生物：地球上数量最多、分 布最广。代谢系多样性能适应各种 环境。 真核生物：一般为原核细胞的上千 倍～上万倍，有核，其构造与机能 均比原核生物复杂。
《生化分离工程》思考题及答案
《生化分离工程》思量题及答案第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些内容？生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。
2、生化分离的普通步骤包括哪些环节及技术？普通说来，生化分离过程主要包括 4 个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调 PH、凝结和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。
3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？特点： 1、目的产物在初始物料(发酵液)中的含量低； 2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代谢物(几百上千种)、培养基成份、无机盐等； 3、生化产物的稳定性低，易变质、易失活、易变性，对温度、pH 值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感； 4、对最终产品的质量要求高重要性：生物技术产品普通存在于一个复杂的多相体系中。
惟有经过分离和纯化等下游加工过程，才干制得符合使用要求的产品。
因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。
在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的 50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部份占总成本的 40~80％；精细、药用产品的比例更高达 70~90％。
显然开辟新的分离和纯化工艺是提高经济效益或者减少投资的重要途径。
5、为何生物技术领域中往往浮现“丰产不丰收”的现象？第二章预处理、过滤和细胞破碎1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？目的：改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速率；出去大部份可溶性杂质，并尽可能使产物转入便于以后处理的相中(多数是液相)，以便于固液分离及后提取工序的顺利进行。
：①加热法。
升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用于粘度随温度变化较大的流体。
控制适当温度和受热时间，能使蛋白质凝结形成较大颗粒，进一步改善发酵液的过滤特性。
生物化学工程习题
6. 影响微生物生长的因素有哪些？其对发酵生产有何指导作用？
7. 何为分批培养？有何优劣？
8. 什么是连续培பைடு நூலகம்？有何优劣？
9. 连续培养中的稀释率是如何定义的？
10. 为什么在单级连续培养中有菌体循环比无菌体循环的发酵效率高？
11. 补料分批培养主要应用在哪些情况中？
12. 灭菌方法主要有哪几种？发酵工业中为何应用最广泛的是湿热灭菌？ HTST灭菌的理论基础是什么？
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生物化学工程习题
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/26
生物化学工程习题
基本特点如何？ 5. 简述酶在食品、轻工、化工和医疗业中的应用。 6. 在工业生产中，若要使某一酶催化的反应速度从最大反应速度的10%
提高到最大反应速度的90%、95%时，其底物浓度的改变分别是多 少？
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生物化学工程习题
第四章 基因工程概要
1. 什么是基因工程？DNA重组技术包括哪些步骤？ 其应用价值如何？
2. 什么是基因工程菌？其制造程序和应用前景如何？ 3. 什么是胚胎克隆、体细胞克隆及异种克隆？其理
论基础是什么？ 4. 什么是转基因动物？其有哪些方面的应用？
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生物化学工程习题
第五章 生化反应器
• 1. 什么是生化反应器？其有何特点？ • 2. 生化反应器的设计原则是什么？ • 3. 什么是连续式生化反应器，它包括哪两种理想模型？各
生物化学工程习题
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2020/11/26
生物化学工程习题
第一章 绪论
1. 什么是生化工程？其与生物技术及其他学科的 关系如何？
生化工程绪论
过滤设备
生物工程发展史
天然细胞
3、现代生物工程
基因工程 蛋白质工程 代谢工程 细胞工程
工程细胞
分离工程
酶
生化反应器
分离工程
代谢工程 细胞工程 发酵工程
酶工程 生物活性物质
（1）基因工程：
1973,Cohen等 DNA体外重组以及E. coli转化
转基因工程菌株的培养、 质粒稳定性，环境 安全性 基因工程药物的提取：蛋白纯化，复性 低压层析系统（轴相分离） HPLC （径向分离） 膜分离技术
生化工程定义
生化工程：运用化学工程的原理与方法， 将生物技术的实验室成果进行工业开发， 使之成为生物反应过程的一门学科。
生化工程是为生物技术服务的化学工程。
（3）连续发酵
二十世纪40年 代末提出概 念 1950，Monod; Novick and Szilark各自 独立提出恒 化器概念
生化反应器
生化工程
第一章 绪论
生化工程的概念 学科的诞生 学科的发展 和生物工程其他学科的关系 研究内容 教学计划和授课内容 学习方法，参考书和网站
生物工程发展史
1、原始阶段
传统发酵技术： 酒、酱制品、 腐乳、食醋、 干酪等
生物工程发展史
2、近代 （1）纯培养发酵 列文虎克 ，巴斯德 ，赫克 面包酵母发酵生产 补料液体通风发酵 丙酮丁醇发酵 培养基灭菌技术
Diagrams
of various important enzyme reactor types.
（4）代谢工程
生化分离工程_苏海佳_第一章绪论
2. 溶于水，稀醇，液氨和二甲基甲酰胺，而不溶 于醇，醚和丙酮。
3. 还原型谷胱甘肽具有生理活性。 4. 胞内产物
4
高产 酵母
35～38h
高密度谷发酵胱甘肽的生产95～100℃B，UC5mTin 离心弃上酵清母液 细胞鲜菌的体破碎热水抽提，破壁
离子交换柱
减压浓缩
萃取
谷胱甘肽的分离纯化
洗脱
乙醇沉淀
真空冻结干燥
谷胱甘肽的精制
成品
5
2.1 番茄红素的性质
BUCT
• 1、脂溶性色素，不溶于水，难溶于强极性溶 剂如甲醇、乙醇等；
• 2、溶于非极性溶剂，如乙醚、石油醚、己烷、 丙酮,易溶于氯仿、苯、二硫化碳等。
• 3、溶解度随着温度的上升而增大。 • 4、样品越纯时，溶解越困难。
4. 在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能 确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？
21
参考教材：
BUCT
1. 谭天伟主编《生物分离技术》 2.孙彦主编《生物分离工程》 3.严希康主编《生化分离工程》
22
评价分离效 率三个标准
目标产品的浓缩程度 分离纯化程度 回收率
浓缩程度一般用浓缩率(concentration factor)表达：是以 浓缩为目的分离过程的最重要指标
15
思考题？
BUCT
1. 生物分离工程在生物技术中的地位？
2. 生物分离工程的特点是什么？
3. 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单 元操作？
原理：利用亲脂性有机溶剂浸提。
• 工艺过程：
生化分离工程知识点总结归纳
生化分离工程知识点归纳第一章绪论1、生物物质分离工程：在工业规模上，通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现生物物质（产品）制备的过程，是生物产业的一个重要组成部分。
2、生物工程下游加工过程的特点：（1）成分复杂：固体成分、液体成分（2）悬液中的目标产物浓度低（3）稳定性差：化学（温度和pH值）或微生物引起的降解（4）生物产品质量要求高：纯度、卫生、生物活性3、下游加工过程的一般流程（4个阶段）：发酵液的预处理与固液分离、初步纯化（提取）、高度纯化（精制）、成品加工。
4、某一具体产品的分离提取工艺设计中应考虑的问题：①产物本身的性质；②是胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦不同分离方法的技术经济比较及废液的处理方法等。
第二章发酵液的预处理与过滤1、发酵液的预处理发酵液的预处理的方法：（1）加热：最简单、最经济的预处理方法是加热，降低料液黏度，也可以对其进行灭菌。
但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。
（2）调节料液的pH值：促进全细胞聚集。
（3）凝聚和絮凝：凝聚是指通过加入简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位，从而使得范德华引力起主导作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。
常用凝聚剂多为阳离子型如明矾、三氯化铁。
絮凝是指预处理时加入絮凝剂（通常指天然或合成的生物大分子聚电解质）既能降低排斥电位，又吸附了周围的微粒，形成桥架作用，促使胶粒形成粗大，密度低的絮凝团。
这些絮凝团很容易被过滤得到。
主要絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物。
（4）使用惰性助滤剂：硅藻土、珍珠岩。
2、真空过滤器的优点：连续自动操作,节省人力，生产能力大。
真空过滤器的缺点：附属设备多，投资费用高，推动力小适用于量大易过滤的料液。
3、压滤器的优点：过滤推动力大，过滤面积大。
压滤器的：缺点：板框压滤机劳动强度大，投资、维护费用高。
生物化学-第一章绪论
脂肪酸、甘油和胆碱
•它们是脂肪和类脂质的组 成成分。类脂质中磷脂是 组建生物膜双层脂质的基 本物质。
2.物质代谢及调控
生代谢物是体生的物基体与本外特界征的新物陈质交代换谢过。程，
是活细胞进行的复杂的系列酶促反应过 程。
第一阶段：消化吸收
第二阶段：中间代谢过程
合成代谢、分解代谢、
第三阶段：排泄阶物段质互变、代谢调控和
SOD
对后续课程的作用
病理学 本课程为炎症、肿瘤、肝性脑病、酸碱 平衡学习提供分子基础。
药理学
酶类、溶栓类、肿瘤化疗类、抗病毒类、部 分降压类、糖尿病治疗类、降脂类药物的学 习均需生物化学知识。
专业课
内、外、妇、儿等专业课程发病机理、诊断 、治疗的学习必需有生物化学知识。
❖ 对象：一切生物有机体。 ❖ 医学生物化学以人体为研究对象，利用微生物
及动物实验研究获得大量有关生物分子的知识， 也可通过临床医疗实践积累人体生物化学的资 料。 ❖ 应用：其理论和技术广泛应用于临床实践和研 究。又与其他医学基础课程联系广泛。
二、生物化学的研究内容
生化的研究范围涉及整个生物界， 其内容以介绍生物界普遍存在的化 学物质和共同遵循的基本代谢规律 为主，适当结合专业实际。 课程内容主要由四部分组成：
20种氨基酸
2种单糖
•氨基酸是组成所有蛋白质分 子的单体，也参与许多其他结 构物质和活性物质的组成。
D-葡萄糖是植物光合作用的主要 产物，也是多糖化合物的主要单 体分子。D-核糖是核苷酸的组成 成分。
5种芳香族碱基
2种嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）和 3种嘧啶（胞嘧啶、尿嘧啶、胸 腺嘧啶）分别参加核苷酸的组 成。核苷酸是DNA和RNA分子 的前体，也是核苷酸类辅酶和 高能磷酸化合物ATP等三磷酸核 苷酸的前体。
生化工程
古埃及麦芽发酵制得啤酒
将水浸泡过的大麦堆积在平整的石板上，使其发芽，几天 后让太阳晒干或用柴草烘干。把干麦捣成粉末，放入木桶中， 加适量温水，人在木桶中将麦芽粉踩踏成面团。空气中的酵 母菌使面团发酵膨胀后，人工再将它捏成面包状进行烘烤， 使淀粉胶结、蛋白质凝固。然后再捣碎，并掺入热水混合， 用筛子或无花果叶过滤，得到麦芽汁。将麦芽汁倒入陶罐中 再进行发酵，两天后便成为可口的啤酒。饮用时可用麦杆吸， 也可倒在碗里喝。
这种陶罐啤酒在古埃及常常作为供奉神灵的祭品，也用作 殉葬品。
二、生化工程的形成及发展
1857年法国科学家L.巴 斯德首先证明由活的酵母 发酵可以得到酒精（乙 醇），其他不同发酵产物 是由不同的微生物的作用 引起的。
4.三星堆遗址
该遗址地处四川省广汉，埋藏物为公元前4800年至公 元前2870年之间的遗物。该遗址中出土了大量的陶器和 青铜酒器，其器形有杯，觚，壶等。其形状之大也为史前 文物所少见。
5.山东莒县陵阴河大汶口文化墓葬
1979年，考古工作者在山东莒县陵阴河大汶口文化墓葬 中发掘到大量的酒器。其中有一组合酒器，包括酿造发酵所 用的大陶尊，滤酒所用的漏缸，贮酒所用的陶瓮，用于煮熟 物料所用的炊具陶鼎。还有各种类型的饮酒器具100多件。 据考古人员分析，墓主生前可能是一职业酿酒者。在发掘到 的陶缸壁上还发现刻有一幅图，据分析是滤酒图。
2. 河姆渡文化时期（公元前5000-3000年）
上述两个文化时期,均有陶器和农作物遗存，均具 备酿酒的物质条件。
3.磁山文化时期 磁山文化时期距今7355-7235年，有发达的农业经济。
据有关专家统计:在遗址中发现的“粮食堆积为100m3， 折合重量5万公斤”还发现了一些形制类似于后世酒器的 陶器。有人认为磁山文化时期，谷物酿酒的可能性是很大 的。
生物反应工程-化学反应工程
得率系数
研究细胞反应过程总物质和能量变化的规律， 常用得率系数对碳源等物质生成细胞或其他产物 的潜力进行定量评价。例如：
生成细胞的质量 X 细胞得率 Yx/c= 消耗基质的质量 S
生物反应器的设计、优化与放大
生物反应器是使生物技术转化为产品 生产力的关键设备，使用高效率生物反应 器的目的是提高产品生成速率，减少有关 辅助设备，降低生产成本，获得尽可能大 的经济效益。
2 反应工程的用途、作用
反应动力学
反应模式 速率方程 活化能
反应器的设计与分析
各因素（T, P, c）的变化规律 最佳工况
研究目的：
提供适宜的动力学方程，以描 述微生物（酶、动植物等）反应体 系，确定这些方程在设计方面的用 途，规划实验室的实验，决定动力 学方程所需的速率常数。
1.2生物反应工程的发展过程
21世纪高等院校 —生物工程类
生物反应工程
Bioreation Engineering
李敬
第一章 绪论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 生物反应工程的研究目的 生物反应工程的发展过程 生物反应工程的主要内容 生物反应工程的研究方法 思考题
1.1生物反应工程的研究目的
生物技术产品生产过程
生物催化剂 - enzyme - microbioass - animal and plant cell
1979年，日本山根恒夫《生物反应工 程》，生物反应工程是一门以速率为基础， 研究酶反应、微生物反应及废水处理过程 的合理设计、操作和控制的工程学。 1985年，德国学者卡尔.许格尔提出生 物反应工程的研究应当包括两个方面，一 是宏观动力学，它涉及生物、化学、物理 之间的相互关系；二是生物反应器工程， 它主要涉及不同的反应器对生物化学和物 理过程的影响。
生化工程知识点
生物反应工程知识点第一章绪论*生物反应过程：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程。
技术产品的生产过程。
生物反应过程最重要特征：有生物催化剂的参与*由四部分组成：原材料的预处理---生物催化剂的制备---生物反应器及反应条件的选择与监控---产品的分离纯化。
整个生物反应过程以生物反应器为核心把反应前与后称为上游加工和下游加工。
重点内容：1）建立生物反应过程动力学，以确定包括传质因素影响在内的生物反应过程的宏观速率；2）建立与设计生物反应器，以保证为生物反应过程提供适宜的物理和化学环境，实现反应过程的优化。
反应过程的特点：1）采用可再生资源为主要原料，来源丰富，价格低廉，原料成分难以控制。
2）反应条件温和。
3）生物催化剂易失活，难以长期使用。
4）生产设备较简单、能耗较低。
5）反应基质与产物浓度不能太高，生产效率较低。
6）反应机理复杂，较难检测与控制。
7）反应液杂质多，分离提纯困难1.2.2.1生物反应动力学①本征动力学：（微观动力学）它是指没有传递等工程因素影响时，生物反应固有的速率。
该速率除反应本身的特性外，只与反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关，而与传递因素无关。
②宏观动力学：（反应器动力学）它是指在一反应器内所观测得到的总反应速率及其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。
研究方法（细胞反应动力学模型--数学模型方法）：机理模型（结构模型）、半经验模型、经验模型生物技术的最终目的：建立工业生产过程，并且又以生化反应过程为核心。
第二章均相酶催化反应动力学酶催化作用的特点：高效的催化活性；高度的专一性；催化作用条件温和；酶活性的不稳定性（易变性失活）；常需要辅因子的参与（金属离子、辅酶、辅底物）；酶活性的可调节性（酶浓度调节、共价修饰调节、抑制调节、反馈调节、神经体液调节、别构调节）酶催化反应类型：氧化还原酶类；转移酶类；水解酶类；裂合酶类；异构酶类；合成酶类（连接酶类）酶的转化数Kcat:每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数，是酶催化效率的一个指标催化周期T=1/KcatKm 是酶的特征常数之一，一般只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关，可用于鉴定酶。
生化工程第一章导言
生物工程专业课程
生物工程专业课程
生物学
化学
工程学
生物反应工程
生化工程 第一章 导言
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可以把生化工程看成是化学工程的一个分支，也可以认为是生物工程的一个重要组成部分。生化工程的任务就是要处理与生物学有关的工艺过程中的特殊性工程技术问题。在工业规模生产中，如何以较少的原料和能量，高效率地获得产物，以及如何将实验室中新发现的物质和过程迅速而经济地推向工业生产。
以上可见,连续操作适于生产能力大，微生物变异的稳定性很高的系统。
生物工程专业课程
生物工程专业课程
半连续操作可视为间歇与连续操作的组合。半连续操作的优点是： ①操作弹性大。 ②即使在稍有微生物变异以及可能有染茵危险时可以实现半稳定操作； ③收率高，因为非常有限的培养时间(在半连续操作整个培养阶段无细胞的加入或渗出。因此就微生物而言，反应器却是间歇方式操作的)。 ④微生物的环境条件可以优化以适应生长期或生产期、以及培养阶段。
壹
贰
生化工程 第一章 导言
生物工程专业课程
01
生化工程 第一章 导言
03
经验法
02
研究方法：
04
数学模型法
生物工程专业课程
生化工程 第一章 导言
数学模型法分为:
半经验模型
经验模型
机理模型
生物工程专业课程
生物工程专业课程
四、学习、目的要求
目的
注意!
了解生化工程的现状；掌握运用生化工程基本原理解决生产实际问题的一般方法
2
生物工程专业课程
生化工程 第一章 导言
特点 综合性学科 反应过程使用生物催化剂 采用可再生资源为主要原料 生产设备比较简单、能耗低
4-生化工程.ppt
主讲人：尹亮
Tel: 8521-4009 E-mail: dguyinl@ Address: Life Science Building, Room #317
2020/8/21
1
第一章 绪 论
一.生化工程的概念 二. 生化工程的由来 三. 生化工程的特点 四. 生化工程研究的内容 五. 生化工程的发展 六. 生化工程的应用 七. 我国生化工程研究情况
11
2020/8/21
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一.生化工程的概念
生化工程全称是生物化学工程（Biochemical Engineering)是为生物技术服务的化学工程。 它是利用化学工程原理和方法对实验室所取得 的生物技术成果加以开发，使之成为生物反应 过程的一门学科，是生物化学与工程学相互渗 透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实 践技术，以生物体细胞（包括微生物细胞、动 物细胞、植物细胞）作为研究的主角、生物化 学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，
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二. 生化工程的由来
20世纪40年代，第二次大战中青霉素大规 模工业化生产而诞生了生化工程。美国科学家 盖顿关于通风搅拌传质的论文，作为生化工程 的 诞 生 的 标 志 。 1959 年 生 化 工 程 杂 志 Biotech&Bioengineering创刊。1965年出现第 一本生化工程的书Biochemical engineering。
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第八章 生化过程参数检测与控制 第九章 生化分离技术和生物化工产品
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参考书
伦世仪主编的《生化工程》 赵学明主编的《生物反应工程》 严希康主编的《生化分离工程》 姚汝华主编的《微生物工程工艺学原理》 陈坚主编的《发酵过程优化原理与实践》
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Level Sensor
Thermocouple
Exit Liquid Flow
生化反应系统模型
一、生化反应工程
Air heat
Raw materials
Evaluation only. Bioreactor Downstream process
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 Copyright 2004-2011 Aspose Produc Pty Ltd. Biocatalyst process control t
生化工程课程内容
１.培养基灭菌、空气除菌、通气搅 拌、反应器及比拟放大。
这几章的内容是生化工程学研究的 焦点之一。 Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 它涉及生物产品开发过程中的小试 放大到工业化生产以及保持发酵体系必 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 须的无杂菌状态的系统理论和技术。理 所应当是生物工程专业人员应当具备的 最基本的生化工程学知识。
将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发，成为 可供工业生产的工艺过程，称为生化工程。其实质 是利用生物催化剂从事生物技术产品的生产过程。
• 生化工程全称是生物化学工程是为生物技 术服务的化学工程。 • 它是利用化学工程原理和方法对实验室所 取得的生物技术成果加以开发，使之成为 Evaluation only. 生物反应过程的一门学科，是生物化学与 工程学相互渗透所形成的一门新学科。 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. • 它应用工程学这一实践技术，以生物体细 胞（包括微生物细胞、动物细胞、植物细 胞）作为研究的主角、生物化学作为理论 基础，从动态、定量、微观的角度，广泛 而深刻地揭示了生物工业的过程。
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４、产物的分离纯化（包括初提纯和精提纯）
这部分工序也常称为下游加工过程（down stream processing ）包括用适当的方法和手段将含量较低 的产物从反应液（胞外产物）或细胞中（胞内产物） 初步提取出来，然后再用进一步的方法和手段加工 精制，使之达到最好的产品的质量要求。 Evaluation only. 下游提取的有关方法和手段包括： ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 物理方法：研磨、高压匀浆、过滤、离心、蒸发、 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 干燥。 物理化学方法：冻溶、反渗透、絮凝、萃取、吸附、 透析、层析、蒸馏、电泳、等电点沉淀、盐析、结 晶。 化学方法：离子交换、化学沉淀。 生物方法：亲和层析、免疫层析。
• 目前一般认为生物反应工程是一门以生物反应 动力学为基础，研究生物反应过程优化和控制 以及生物反应器的设计、放大与操作的学科 • 生物反应工程的研究主要采用化学动力学、传 递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优 Evaluation only. 化原理等化学工程学原理，也涉及到生物化学、 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 微生物学、微生物生理学和遗传学等许多学科 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 领域，因此是一门综合性很强的边缘学科 • 生化反应工程的核心是生物反应过程的数量化 处理和动力学模型的建立，实现发酵过程优化 则是生物反应工程的研究目标
生化工程的研究进展
• 20世纪40年代初抗生素工业的兴起，标志着发酵工 业进入了一个新阶段 • 40年代末一门反映生物和化工相交叉的学科──生 Evaluation only. 化工程诞生 ted .NET 3.5 Client Profile 5.2 • with 1954Aspose.Slides 年, Hasting指出for , 生化工程要解决的十大问题 是深层培养、通气、空气除菌、搅拌、结构材料、 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 容器、冷却方式、设备及培养基除菌、过滤、公害 • 1964年Aiba等人认为通气搅拌与放大是生化工程学 科的核心，其中放大是生化工程的焦点 • 20世纪60年代中期，建立了无菌操作的一整套技术
• 所以可以把生化工程看成是化学工程的 一个分支，也可以认为是生物工程的一 个重要组成部分。 • 生化工程的任务就是要处理与生物学有 Evaluation only. 关的工艺过程中的特殊性工程技术问题。 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 • 在工业规模生产中，如何以较少的原料 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 和能量，高效率地获得产物，以及如何
２、生物催化剂的制备 包括菌种的选择，扩大培养和接种， 酶催化反应中酶的选择，固定化。 • 当过程采用游离的整体微生物活细胞为生 Evaluation only. 物催化剂时，一般称此为发酵工程。 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 • 当生物催化剂为酶（游离＆固定化）时， Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 此过程称为酶反应工程。 • 另外还有动植物细胞培养工程。 • 常常也把污水处理和从天然生物物质中提 取有效成分也归入生物反应工程范围。
2、微生物的连续培养
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３、生化反应器及反应条件的选择和监控
生化反应器是进行生化反应的核心 设备。 Evaluation only. 它应为细胞或酶提供适宜的反应环 境，以达到细胞生长和进行反应的目的。 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 反应器的结构、操作方式和操作条 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 件对反应、原料的转化率、产品的质量 和生产成本有密切的关系。同时反应参 数的检测与控制对生化反应过程的顺利 生化工程是生物化学工程的简称。 生化工程是运用化学工程的原理与 Evaluation only. 方法将生物技术的实验室成果进行工业 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 开发的一门学科。 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 学习、讨论、掌握生化反应工程 中带有共性的工程技术原理。
Inlet Air Flow Exit Gas Flow Fresh Media Feed
Antifoam
Agitator Evaluation only. pH Sensor ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Sparser Profile 5.2 Dissolve O Sensor Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
生化工程
Biochemical Engineering
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第一章
绪论
Chapter 1 Introduction to Biochemical Engineering
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Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 • 一、生化反应工程 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
• 二、生化工程的任务和内容 • 三、生化工程学诞生的背景
Acid/base
• 1973年Aiba等人进一步指出，在大规模研究方面， 仅仅把重点放在无菌操作、通气搅拌等过程的物理 现象解析和设备的开发上是不够的，应当进一步开 展对微生物反应本质的研究 • 1979年，日本学者山根恒夫编著了《生物反应工程》 一书，认为生物反应工程是一门以速度为基础，研 Evaluation only. 究酶反应、微生物反应及废水处理过程的合理设计、 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 操作和控制的工程学 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. • 1985 年，德国学者卡尔 许格尔提出生物反应工程的 研究应当包括两个方面的内容∶一是宏观动力学， 它涉及生物、化学、物理之间的相互关系；二是生 物反应器工程，它主要涉及反应器本身，特别是不 同的反应器对生物化学和物理过程的影响