生物工程设备[可修改版ppt]
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生物工程设备第十三章 空气供给工程设备
阀门泄露 搅拌轴封泄露 罐盖泄露 其他设备泄露 操作问题 原因不明
比例 /%
0.39
1.45 2.09 1.54 10.15 10.15 24.91
GMP
生物工程技术生产药品时，要符合《药品 生产和质量管理规范》（Good Manufacturing Practice，GMP )
洁净级别：根据国家药品生产质量管理规 范（GMP）的要求，生物制品、药品的 生产场地也需符合空气洁净度要求并有 相应的管理手段。
空气中微生物如何检测？
检测：培养法或光学法测定其近似值？
空气微生物采样器
2. 发酵对空气无菌程度的要求
好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要作 到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。
发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂质， 无水，无油，正压等几项指标；
发酵对无菌空气的无菌程度要求因菌种的生产能力 的强弱、生长速度的快慢、发酵周期的长短等的 不同而异而异，其要求为：只要在发酵过程中不 因无菌空气染菌，而造成损失即可。
第四篇 其他设备
第十三章 空气供给工程设备
内容
空气中微生物的分布 发酵工业对空气无菌程度的要求 空气除菌的方法 介质过滤除菌的机理 介质过滤除菌的工艺 介质过滤除菌的设备及计算 空气调节的方法 空气调节的工艺 设备及计算
概述
需氧微生物的纯培养：生长及代谢需要氧气的参 与
直接通空气会导致染菌，工业上通纯O2成本太高。 空气中微生物对发酵等具有很大破坏性
上来看不是很合理。
原理
空压机压缩后空气温度升高
T2
T1
(
p2 P1
)
m1 m
多变指数m=1.25
空气 2
34
生物工程设备
设备品牌：选择知名品牌保证设备的质量和售后服务。
设备价格：根据预算和设备性能选择合适的设备价格保证 性价比。
设备安装：选择专业的安装团队保证设备的正确安装和使 用。
设备维护：制定定期的维护计划保证设备的正常运行和使 用寿命。
设备性能参数
设备类型：生 物反应器、离 心机、过滤系
统等
容量：根据生 产规模选择合
发酵器：用于微生物发酵如酵 母、乳酸菌等
发酵床：用于微生物发酵如蘑 菇、木耳等
发酵箱：用于微生物发酵如面 包、蛋糕等
酶反应器
酶反应器是一种用于生物工程设备的重要类型 酶反应器主要用于酶催化反应如酶催化合成、酶催化降解等 酶反应器的主要组成部分包括反应器本体、搅拌系统、温度控制系统、压力控制系统等 酶反应器在生物工程领域具有广泛的应用如生物制药、生物燃料、生物材料等
膜分离设备
原理：利用膜 的渗透性差异 实现物质分离
应用：生物制 药、食品加工、 环境工程等领
域
特点：高效、 节能、环保、
操作简便
主要类型：微 滤、超滤、纳 滤、反渗透等
离心分离设备
离心转子：用于固定离心管 使其在离心过程中保持稳定
离心管：用于收集离心后的 液体和固体颗粒
离心机：用于分离液体和固 体颗粒如血液、细胞等
生物工程设备的生 产应用
在制药行业的应用
生物反应器：用 于生产疫苗、抗 体、酶等生物制 品
细胞培养系统： 用于细胞培养、 细胞工程、细胞 治疗等领域
生物分离技术： 用于分离、纯化 药物、蛋白质等 生物制品
生物检测技术： 用于药物质量控 制、药物安全性 评价等领域
在食品行业的应用
食品加工：生物工程设备可以用于食品的加工和生产如发酵、酶解等。
设备价格：根据预算和设备性能选择合适的设备价格保证 性价比。
设备安装：选择专业的安装团队保证设备的正确安装和使 用。
设备维护：制定定期的维护计划保证设备的正常运行和使 用寿命。
设备性能参数
设备类型：生 物反应器、离 心机、过滤系
统等
容量：根据生 产规模选择合
发酵器：用于微生物发酵如酵 母、乳酸菌等
发酵床：用于微生物发酵如蘑 菇、木耳等
发酵箱：用于微生物发酵如面 包、蛋糕等
酶反应器
酶反应器是一种用于生物工程设备的重要类型 酶反应器主要用于酶催化反应如酶催化合成、酶催化降解等 酶反应器的主要组成部分包括反应器本体、搅拌系统、温度控制系统、压力控制系统等 酶反应器在生物工程领域具有广泛的应用如生物制药、生物燃料、生物材料等
膜分离设备
原理：利用膜 的渗透性差异 实现物质分离
应用：生物制 药、食品加工、 环境工程等领
域
特点：高效、 节能、环保、
操作简便
主要类型：微 滤、超滤、纳 滤、反渗透等
离心分离设备
离心转子：用于固定离心管 使其在离心过程中保持稳定
离心管：用于收集离心后的 液体和固体颗粒
离心机：用于分离液体和固 体颗粒如血液、细胞等
生物工程设备的生 产应用
在制药行业的应用
生物反应器：用 于生产疫苗、抗 体、酶等生物制 品
细胞培养系统： 用于细胞培养、 细胞工程、细胞 治疗等领域
生物分离技术： 用于分离、纯化 药物、蛋白质等 生物制品
生物检测技术： 用于药物质量控 制、药物安全性 评价等领域
在食品行业的应用
食品加工：生物工程设备可以用于食品的加工和生产如发酵、酶解等。
生物工程设备第二章空气除菌
三、空气预处理过程设备
（一）空气预处理的作用与原理
空气预处理的主要目的：
1．提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷。 2．去除压缩后空气中所带的油水，以合适的空气湿度和温度进入空气过滤 器。
空气中微生物大多数依附于空气中的尘埃颗粒上。提高压缩前空气的洁 净度的主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤。一般认
空气出口
过滤网
净气 滤袋 含尘气流
高压水入口
空气入口
图4-7 机械振动袋式除尘器
图4-9 水雾除尘装置
空气压缩机
为什么要用空气压缩机？
涡轮式空气压缩机
往复式空气压缩机
2、空气压缩机
分为离心式空气压缩机和往复式空气压缩机两种。 空气除菌中除去水雾油雾的原因：
否则：（1）如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵塞过滤 介质的纤维
1、纤维状或颗粒状过滤介质
（1）棉花 （2）玻璃纤维 （3）活性炭 （4）烧结金属 （5）多孔陶瓷 （6）多孔塑料
2、过滤纸类介质
பைடு நூலகம்
主要是超细玻璃纤维纸。
3、微孔膜类过滤介质
上花板 纤维介质 出口
4、非织造布
（二）空气介质过滤器
活性炭颗粒 纤维介质
1．纤维状或颗粒介质过滤器
孔板→铁丝网→麻布→棉花
培养前
培养后
无菌空气：是指通过除菌处理使空气中的含菌量降低到某一
个水平，从而使污染的可能性降至极小。
根据生物产品的不同，可以按染菌概率10－3～10 －6来 表示无菌程度， 10－3染菌率表示1000次培养所用的无菌空气 只允许1次染菌。
2、除菌方法
空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。
生物工程设备 第一章 绪论ppt课件
精选ppt
18
实验室过程
菌种筛选
发酵罐试验
摇瓶试验
精选ppt
19
发 酵 工 程 ── 利用微生物进行产品生产
传统生物技术
抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、 有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、 生物农药、生物肥料等
现代生物技术 基因工程菌发酵
基因工程药物、疫苗及抗体产品
医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业
次级代谢产物：抗生素、生物碱、毒素、色素、生长因子 等。
精选ppt
26
4、微生物的生物转化
定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部 位（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具 有更大经济价值的化合物。
最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一 特定部位进行化学反应而形成的。
如：甾体转化（羟基化反应 ）氢化可的松生产的生物转化 工艺 兰色梨头霉（新月弯孢霉 ）的11β-羟化能力将 21-醋酸化合物S转化成氢化可的松。
化学工程 生物化工 精选ppt 生物加工行业
20
生物反应过程的特点：
通常在常温常压下进行，一种设备有多种用途； 通常以糖蜜、淀粉为主要原料，无毒，不必精制；
反应以生命体的自动调节方式进行，因此数十个反应 过程就象单一反应一样，在发酵罐内进行；容易得到 复杂的高分子化合物；
由于生命体特有的反应机制，能够高度选择性的进行 复杂化合物在特定部位的氧化、还原及官能团的导入 等反应；
产品：淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、糖化酶、蛋白酶、 脂酶、胆固醇氧化酶等
精选ppt
25
3、微生物代谢产物发酵
包括初级代谢产物和次级代谢产物。
对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需 的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。
生物工程设备
反应
生物反应器
生物反应器——大规模培养微生物、动物细胞、植 物细胞，获得其代谢产物或生物体的设备。 生物反应器要满足和调控微生物、动物细胞、植物 细胞的最适宜生长和合成的环境，是工业化大规模细胞 培养过程唯一一个把原料转化为产物的设备。 一个优良的生物反应器应具有良好的传质、传热和 混合的性能；结构严密，内壁光滑，易清洗，检修维护 方便；有可靠的检测和控制仪表；搅拌及通气所消耗的 动力要少；能获得最大的生产效率与最佳的经济效益。
生物工程设备
生物工程 基因工程 主要操作对象 基因及动物细胞、 植物细胞、微生物 工程目的 改造物种 与其它工程的关系 通过细胞工程、发 酵工程使目的基因 得以表达 可以为发酵工程提 改造物种 获得菌体及各 种代谢产物 供菌种、使基因工 程得以实现 为酶工程提供酶的 来源
细胞工程
动物细胞、植物细
胞、微生物细胞
2.减速期 • Monod方程：
• 二 ）产物形成动力学
（一）细胞代谢产物的生成的几种形式：
（二）代谢产物形成的动力学模型
• Gaden根据产物生成速率与细胞生长速率之间的关系，将其分为三种 类型。 • 1 类型Ⅰ称为相关模型，或称伴随生长的产物形成模型。 • 其动力学方程可表示为 • dP/dt=αdX/dt • π＝αμ • 式中 P——产物浓度 • α——系数 • π——产物形成比率即π= dP/dt/X
4）1960~1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80~150m3， 出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一些气体交换和热交 换问题，计算机广泛应用. 5）1979~今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基因工 程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展.
三、生物反应器的分类
生物工程设备第一章
1.1 培养基的灭菌设备
培养基的热灭菌动力学 在一定温度下，活的微生物杂菌细胞 （包括杂菌芽孢），受热死亡过程遵照 分子反应速度理论，与一级化学反应中 未反应分子的减少速度类似。杂菌是一 个复杂的高分子体系，其受热死亡是因 蛋白质高分子物质不活泼，结果导致蛋 白质变性，这种反应同属于一级反应。
辊式粉碎机 辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细 碎。常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊 式等。 （1）两辊式粉碎机 两辊式粉碎机如图所示，主要的工作构件为两 个直径相同，相向转动的钢辊，辊筒表面形状 有表面光滑的、表面有齿的和表面有凸棱或凹 槽的。粉碎机工作时，把放在钢辊间的物料夹 住拖入两辊之间，物料受到挤压而破碎。两个 辊子中，一个固定，一个辊筒轴承座可以前后 移动，用以调节两辊筒间距，控制粉碎度。
两辊式粉碎机
多辊式粉碎机 为了用一台粉碎机达到下一步生产要 求的粉碎度，同时提高生产能力，往往 使用四辊、五辊、六辊带筛分的辊式粉 碎机。如图所示。
四辊式粉碎机
五辊式粉碎机
六辊式粉碎机
湿式粉碎机 为了避免干法粉碎危害工人的身体健康，在某 些产品的生产过程中，采用湿法粉碎操作。所 使用的机器称为湿式粉碎机。湿式粉碎机主要 包括：输料装置、加料器、粉碎装置和加热器 等，粉碎可采用一级或二级粉碎（两台粉碎机 串联使用）。 砂磨机是湿法粉碎过程中常用的一种机器。工 业上用的砂磨机有盘式砂磨机、双轴立式砂磨 机等。图1-12是德国DRISWERKE公司生产的 PM-DCP型砂磨机，主要由转子、定子、分离 装置、传动装置、液压系统及控制系统组成。
薄板换热器连续灭菌流程
培养液在设备中同时完成预热、加热灭菌、维 持及冷却过程。 利用薄板换热器进行连续灭菌时，加热和冷却
生物制药设备与车间设计PPT课件
ppt精选版
生物反应器
• 生物反应器是生化反应发生的场所，是整 个生化工程的关键设备。
• 生物反应器是为特定的细胞或酶提供适宜 增殖或进行特定生化反应环境的设备。
• 生物反应器设计和放大是一个非常复杂的 问题。
ppt精选版
• 培养基灭菌设备 • 为生物反应提供无菌的培养基
• 空气除菌设备 • 为生物反应提供无菌空气
年龄分布与寿命分布
• 年龄分布：从进入反应器的瞬间开始算年 龄，不同年龄的物料粒子混在一起，形成 一定分布，称为年龄分布。
• 寿命分布：在出口物料中，不同寿命的粒 子混在一起，形成一定的分布，称为寿命 分布。
ppt精选版
返混
• 返混：不同年龄的物料粒子混在一起的现 象称为返混。
• 间歇反应器内不存在返混现象，返混是连 续操作反应器中特有的现象。
ppt精选版
生物催化剂
反应条件控制
空气
生物反应器
底物、培养基
检测控制
ppt精选版
产品
成品加工
副产品 回收
废物
无害处理
15
三、生物制药设备
• 大致可分为三类 • 一、生物反应核心设备：生物反应器 • 二、生物反应准备设备：培养基灭菌设备、
空气除菌设备 • 三、生物反应下游加工设备：生物药物分
离纯化设备
• 适合药品生产规模小，品种多，原料与工艺条件 多样的特点。
ppt精选版
连续操作的搅拌釜
• 釜内装有强烈搅拌器，反应器内各点温度、浓度 均匀一致，物料随进随出，连续流动，出口物料 中反应物浓度与釜内反应物浓度相同。
ppt精选版
连续操作的管式反应器
• 从反应器一端加入反应 物，从另一段引出产物， 反应物沿流动方向前进。
生物反应器
• 生物反应器是生化反应发生的场所，是整 个生化工程的关键设备。
• 生物反应器是为特定的细胞或酶提供适宜 增殖或进行特定生化反应环境的设备。
• 生物反应器设计和放大是一个非常复杂的 问题。
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• 培养基灭菌设备 • 为生物反应提供无菌的培养基
• 空气除菌设备 • 为生物反应提供无菌空气
年龄分布与寿命分布
• 年龄分布：从进入反应器的瞬间开始算年 龄，不同年龄的物料粒子混在一起，形成 一定分布，称为年龄分布。
• 寿命分布：在出口物料中，不同寿命的粒 子混在一起，形成一定的分布，称为寿命 分布。
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返混
• 返混：不同年龄的物料粒子混在一起的现 象称为返混。
• 间歇反应器内不存在返混现象，返混是连 续操作反应器中特有的现象。
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生物催化剂
反应条件控制
空气
生物反应器
底物、培养基
检测控制
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产品
成品加工
副产品 回收
废物
无害处理
15
三、生物制药设备
• 大致可分为三类 • 一、生物反应核心设备：生物反应器 • 二、生物反应准备设备：培养基灭菌设备、
空气除菌设备 • 三、生物反应下游加工设备：生物药物分
离纯化设备
• 适合药品生产规模小，品种多，原料与工艺条件 多样的特点。
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连续操作的搅拌釜
• 釜内装有强烈搅拌器，反应器内各点温度、浓度 均匀一致，物料随进随出，连续流动，出口物料 中反应物浓度与釜内反应物浓度相同。
ppt精选版
连续操作的管式反应器
• 从反应器一端加入反应 物，从另一段引出产物， 反应物沿流动方向前进。
《生物工程设备》生物反应器的检测及控制
9、冷却介质流量与温度
为保持反应器系统的温度在工艺规定的范围内，必须用水等冷却介质通 过交换器把发酵热移走。要维持工艺要求的发酵温度，对应不同的发酵时期 有不同的发酵热以及冷却介质的温度，需相应改变其流量。故必须测定冷却 介质的进出口温度与流量，据此也可间接推定发酵罐中的生物反应是否正常 进行。
2020/4/18
特别的，对气升内环流式反应器，由于导流筒应比液面低，适当高度才能 实现最佳的环流混合与气液传质，但在通气发酵过程中，排气会带出一定水 分，故反应器内培养液会蒸发减少，因此液面的检测监控更重要，必要时需 补加新鲜培养基或无菌水，以维持最佳液位。同理，连续发酵过程液位必须 维持恒定，液面的检测控制也十分重要。
2020/4/18
生物工程设备
10
生化过程主要检测的参变量
4、泡沫高度 液体生物发酵，不管是通气还是厌气发酵均有不同程度的泡沫产生。 有些生物发酵过程的泡沫不易控制，故对反应器内泡沫高度的检测是相当
重要的。
2020/4/18
生物工程设备
11
生化过程主要检测的参变量
5、培养基流加速度 对生物发酵的连续操作或流加操作过程，均需连续或间歇往反应器中加
量不存在死角，这样才能保证反应器的无菌操作。
2020/4/18
生物工程设备
28
主要参数检测原理及仪器
3、液面和泡沫高度的检测
液位的检测主要方法有压差法、电容法和电导法等。
2020/4/18
生物工程设备
29
主要参数检测原理及仪器
• 电容式液面计。其测定原理如下图所示。在反应器或其他容器中装设两根金 属电极，由于容器内液位不同就使得两导线间的电位发生改变，并通过与基 准点间的物料间的值进行比较，就可得知发酵罐或容器内的物料量或液位。 如罐内有泡沫，要测定泡沫高度，那必须注意基准位置的选定。
为保持反应器系统的温度在工艺规定的范围内，必须用水等冷却介质通 过交换器把发酵热移走。要维持工艺要求的发酵温度，对应不同的发酵时期 有不同的发酵热以及冷却介质的温度，需相应改变其流量。故必须测定冷却 介质的进出口温度与流量，据此也可间接推定发酵罐中的生物反应是否正常 进行。
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特别的，对气升内环流式反应器，由于导流筒应比液面低，适当高度才能 实现最佳的环流混合与气液传质，但在通气发酵过程中，排气会带出一定水 分，故反应器内培养液会蒸发减少，因此液面的检测监控更重要，必要时需 补加新鲜培养基或无菌水，以维持最佳液位。同理，连续发酵过程液位必须 维持恒定，液面的检测控制也十分重要。
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生物工程设备
10
生化过程主要检测的参变量
4、泡沫高度 液体生物发酵，不管是通气还是厌气发酵均有不同程度的泡沫产生。 有些生物发酵过程的泡沫不易控制，故对反应器内泡沫高度的检测是相当
重要的。
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生物工程设备
11
生化过程主要检测的参变量
5、培养基流加速度 对生物发酵的连续操作或流加操作过程，均需连续或间歇往反应器中加
量不存在死角，这样才能保证反应器的无菌操作。
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生物工程设备
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主要参数检测原理及仪器
3、液面和泡沫高度的检测
液位的检测主要方法有压差法、电容法和电导法等。
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生物工程设备
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主要参数检测原理及仪器
• 电容式液面计。其测定原理如下图所示。在反应器或其他容器中装设两根金 属电极，由于容器内液位不同就使得两导线间的电位发生改变，并通过与基 准点间的物料间的值进行比较，就可得知发酵罐或容器内的物料量或液位。 如罐内有泡沫，要测定泡沫高度，那必须注意基准位置的选定。
生物工程设备 第四章生物反应器(1)
按供氧：厌氧/好氧微生物细胞反应器（发酵罐）
按反应器所需的混合与能量输入方式：
过机械搅拌输入能量的搅拌型发酵罐 利用气体喷射动能的气升式发酵罐和 用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发酵 罐等。
按反应器的操作方式：间歇式生物反应器、连续式生 物反应器和半间歇式生物反应器。
按生物催化剂在反应器中的分布方式：可以 分为生物团块反应器和生物膜反应器。 按反应物系在反应器内的流动和混合状态： 全混流型生物反应器和活塞流型生物反应 器。 按发酵培养基质的物料状态：液态生物反应 器与固态生物反应器。
3、发酵罐的结构 （1）罐体：
材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力， 2.5kg/cm2。
罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接 种管和压力表接管。 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温 度计管和测控仪表接口。
小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，上设手孔用于 清洗和配料 材料为碳钢或不锈钢，可用衬不锈钢或复合不锈钢， 衬里不锈钢厚度2-3mm，耐压0.25MPa，壁厚取决 于罐径和罐压。 受内压壁厚计算：
通风量在0.02～0.5ml/s时，气泡直径与空气喷口 直径的1/3次方成正比，也就是喷口直径越小，气 泡直径越小，而氧气的传质系数也越大。但是生 产实际的通风量均超过上述范围，此时气泡直径
与风量有关，而与喷口直径无关，所以单管
的分布装臵的分布效果不低于环形管。
(7)轴封
防止染菌和泄漏。搅拌轴的密封为动密封，基本要
机械搅拌通风式生物反应器光照式生物反应器大型啤酒发酵罐内容第一节机械搅拌式生物反应器第二节气升式生物反应器第三节鼓泡塔生物反应器第四节膜生物反应器第五节动植物细胞培养装臵和酶反应器第六节微藻培养反应器第七节嫌气生物反应器第八节固态发酵生物反应器生物反应器的作用生物反应器是生物反应过程中的主要设备在生物反应过程中具有中心的作用是实现生物技术产品产业化的关键设备
生物工程进展PPT课件
工业领域
生物催化、生物质能源、生物 材料等。
环保领域
废水处理、固体废物处理、生 态修复等。
基因工程进展
02
基因工程技术
基因克隆技术
通过将外源基因插入到载体中，实现基因的体外复制 和表达。
基因转录技术
利用逆转录酶将RNA逆转录成cDNA，实现基因的克 隆和表达。
基因表达技术
通过构建基因表达载体，将目的基因导入受体细胞， 实现基因的表达和调控。
细胞工程进展
03
干细胞研究
01
02
03
胚胎干细胞
具有发育的全能性，可分 化为任何类型的细胞，为 疾病治疗和组织修复提供 无限可能。
成体干细胞
存在于人体某些组织中， 具有多向分化潜能，可修 复受损组织。
诱导多能干细胞
通过特定因子诱导成熟细 胞逆转为多能干细胞，为 疾病研究和治疗提供新的 途径。
细胞培养与细胞分化
要点二
生物材料的进展
随着科技的不断进步，新型生物材料不断涌现，如可降解 材料、纳米生物材料等，为生物工程领域的发展提供了更 多可能性。
生物反应器的设计与优化
生物反应器的设计
生物反应器是生物工程中的重要设备，其设计需要考 虑多种因素，如微生物或细胞的生长特性、反应条件 等。
生物反应器的优化
为了提高生物反应器的效率和稳定性，需要对其进行 优化，如改进反应器结构、优化操作参数等。
组织工程
组织工程的基本原理
利用生物材料、细胞和生物反应器等技术构建人体组织和器官。
组织工程的应用
用于修复和替换受损的组织和器官，如人工关节、皮肤等。
酶工程进展
04
酶的筛选与改造
酶的筛选
从微生物、动植物等生物资源中筛选具有特定催化功能的酶，是酶工程研究的重要基础。随着基因组 学和蛋白质组学的发展，高通量筛选技术为酶的筛选提供了有力支持，能够快速发现新的酶。
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（5）基因重组技术的成熟——现代生物技术阶段
该阶段的特点： ◆生物技术可生产动、植物和人类的多种生理活性蛋白，如
胰岛素、生长激素和多种单克隆抗体； ◆生物技术广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工食品和能
源和环境领域的发展； ◆生物工程设备得到发展，如针对大多基因工程菌的表达产
物在细胞内，研制超声细胞破碎和高压匀浆新技术，以及扩张床 层析等新方法不断涌出。
微生物培养基
• 在高温灭菌时，糖类物质容易被破坏且易 和有机氮发生美拉德反应，即氨基酸和还 原糖及还原糖的分解物反应，经过复杂的 历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物 质拟黑素。这些物质会对微生物产生毒性， 严重时抑制微生物的生长。
（2）纯种培养技术的成熟—初级代谢产物 生产阶段
该阶段的特点： ◆发酵产品属于初级代谢产物； ◆生产过程简单，生产规模小； ◆对发酵设备要求不高。
酱油固态发酵生产
（3）通气搅拌技术的成熟——好氧培养阶段
该阶段的特点：
◆生物和化工的交叉学科——生化工程 诞生。
◆发酵工程在微生物学、生物化学、生 化工程三大学科基础上迅速形成一个完整的体 系，促进抗生素工业、酶制剂工业和有机酸工 业迅速发展。
生物工程设备
绪论
三、教材和参考书
教学用书：
《生物工程设备 陈国豪 2007 化学工业出版社
教学参考书：
《生物工程设备》 梁世中 2002 中国轻工业出版社 《发酵工厂工艺设计》沈自法 1994 华东理工大学出版社 《新编生物工艺学》 俞俊棠 2003 化学工业出版社 《化工原理》 陈敏恒 1999 化学工业出版社 《生化生产工艺学》梅乐和 2007 化学工业出版社 《AutoCAD 2007 完全自学手册》2007 电子工业出版社
生物工程设备的发展历程 生物技术的发展过程是以某一个生物工程设备
成熟为标志的。由此，有以下五个发展阶段： （1）传统经验制造技术——天然发酵阶段 （2）纯种培养技术的成熟——初级代谢产物生产阶段 （3）通气搅拌技术的成熟—— 好氧培养阶段 （4）代谢控制发酵技术的成熟 （5）基因重组技术的成熟——现代生物技术阶段
生物工程设备包括的内容
- 生物反应器：通风发酵设备，厌氧发酵设 备，动植物细胞培养设备，反应器的设备、 控制和比拟放大…
- 生物反应物料处理及产物分离纯化设备： 培养基配制，过滤，萃取，蒸发，结晶，蒸 馏等等
- 辅助系统设备：空气净化，设备清洗，物 料输送等等
第一章 培养基准备和培养基灭菌的设备
微生物培养基
微生物培养基按用途分为孢子培养基（不产孢 子的称斜面培养基）、种子培养基和发酵培养基。
孢子培养基中的碳源和氮源（特别是有机氮源） 的浓度要低，多了会只长菌丝，少长或不长孢子。 通常把配制好的培养基装在扁瓶、三角瓶或试管中， 在高压灭菌锅中121℃，灭菌20~30min。
微生物培养基
种子培养基是指用于摇瓶种子培养或工业生产用 种子罐种子培养的营养组成。工业化生产中把配 制好的培养基装在种子罐中，采用高压蒸汽直接 灭菌，控制温度121℃，灭菌15~20min。 发酵培养基含有供菌丝体迅速生长繁殖和合成产 物需要的营养物质。工业化生产中发酵培养基灭 菌方法把配制好的培养基装在种子罐中，采用高 压蒸汽直接灭菌，控制温度121℃，灭菌15~20min。
绪论
四、考核办法
考核办法： 本课程为专业必修课，采用闭卷考试的形 式；成绩合成为平时成绩与期末考试成绩 的比例为40：60（30:70），平时成绩主要 是以到课率和作业情况作为考核标准。
生物工程设备的基本概念
• 生物工程设备的工作领域 为传统生物技术产业的改造和现代生物技术
产业提供高效率的生物反应器、现代分离纯化材 料和技术以及相关的工程装备，还提供单元化生 产设备、工艺过程优化、在线自动控制、系统集 成设计等。
◆研制出大型的带机械搅拌和无菌通气 装置的发酵罐。
大型发酵罐搅拌装置
180M3发酵罐车间
大型空气压缩机
发酵车间的空气过滤器
（4）代谢控制发酵技术的成熟 该阶段的特点： ◆对纯种发酵和无菌操作要求严格； ◆产品种类多，从初级代谢产物到次级代谢产物； ◆对机械搅拌发酵罐改进，研制出气升式生物反应 器；研制出多种新型分离介质，如新型树脂材 料、超滤等； ◆规模大，搅拌发酵罐已达500m3,气升式发酵罐为 3000m3。
第一节 培养基的准备与要求
• 培养基：供特定的微生物、动物细胞、植物细胞、 细胞组织、微藻生物等进行生长、繁殖、代谢和合 成产物需要的，按一定组成比例配制而成的营养物 质。
• 培养基按其配方成分可以分成天然培养基和合成培 养基。
天然培养基：一类具体成分不十分明确的天然 产品，大部分是农产品。
合成培养基：一类完全明确的化学成分物质配 制组成。
发酵培养基的要求
①培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能 稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储 藏，能保证生产上的供应。
②培养基能满足产物最经济的合成，最大限度地 利用原料,使原料全部转化成某种产物。
③发酵后所形成的副产物尽可能的少。例如酒精 发酵。
④所选用的培养基应满足总体工艺的要求，如不 影响通气、提取、纯化和废物处理。
生物工程设备的特点
生物工程设备的特点 生物工程设备与中下游技术密切相关。
生物技术的上、中下游技术 划分标志：生物反应器
上游生物技术：主要任务是构建或选育出社会需要的、 稳定的、优良的生产细胞菌株。
中下游生物技术：其主要任务就是设计经济上合理、技 术上可行、操作上安全的生物技术工艺过程与设备 系统。包括培养基制备与灭菌、无菌空气的制备、 细胞株种子扩大培养、生物反应器无菌操作与控制 培养、产物的提取、分离纯化等。
（1）传统经验制造技术—天然发酵阶段
该阶段的特点：
◆靠自然发酵，只知其然而不知道所以然；
◆历史悠久；
◆工艺独特；
◆经验丰富。
发酵期间的搅拌冷却，俗称“开耙”，其作用是调 节发酵醪的温度，补充新鲜空气，利于酵母生长繁殖。 它是整个酿酒工艺中较难控制的一项关键性技术，一般 由经验丰富的老师傅把关。开耙技术是酿好酒的关键， 开耙技工在酒厂享有崇高的地位，工人们习惯称开耙技 工为“头脑”，即酿酒的首要人物。