生物工程设备PPT课件
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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 第一章 绪论ppt课件
精选ppt
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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。
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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 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》课件
酶的稳定性
酶在一定的条件下可以保持 稳定，但在某些条件下可能 会失活。
酶工程的基本技术
01
酶的分离与纯化
通过物理、化学或生物的方法将 酶从原料中分离出来，并进行纯
化，得到高纯度的酶。
03
酶的修饰
通过化学或基因工程技术对酶进 行修饰，以提高其稳定性、改变 其催化特性或降低生产成本。
02
酶的固定化
将游离酶或细胞固定在一定载体 上，使其保持活性并可重复使用
总结词
细胞工程的应用包括制备单克隆抗体、干细胞治疗、 转基因动物和植物的培育等。
详细描述
制备单克隆抗体是细胞工程的重要应用之一，通过杂 交瘤技术将免疫细胞与肿瘤细胞融合，制备出能够产 生单一抗体的杂交瘤细胞。干细胞治疗是利用干细胞 的分化能力，将干细胞移植到病变组织中，以修复和 替代受损的细胞和组织。转基因动物和植物的培育是 通过基因转移技术，将外源基因导入动物或植物的受 精卵中，培育出具有新性状的转基因动物或植物。
资源环境问题
生物工程在生产过程中可能产生环境 污染和资源浪费问题。
如何应对生物工程的挑战
加强伦理道德规范
制定严格的伦理道德规范，确保生物工程技 术的合理应用。
加强技术监管
建立完善的技术监管体系，防止技术误用或 滥用。
完善知识产权制度
制定合理的知识产权制度，保护创新成果， 促进技术转移转化。
推动可持续发展
04
CATALOGUE
酶工程
酶工程的定义与原理
酶工程的定义
酶工程是利用酶的催化性质 ，通过生物技术手段将原料 转化为有用物质的一门技术 。
酶工程的基本原理
酶是一种具有高效催化能力 的蛋白质，能够在温和的条 件下催化化学反应，具有高 度的专一性和选择性。
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。
第08章-生物计算机ppt课件(全)
生物体能够通过各种精巧的机制控制基因表达的时间 和 数 量 ， Riboswitch 就 是 这 些 精 巧 机 制 中 的 一 种 。 Riboswitch主要是通过核糖核酸(RNA)构象的改变来实现 “开关”的功能，阻止或开启目的蛋白的生成。
8.2.3 双稳态开关
最早的基因开关模型是由Gardner等人在2000年构造 的 ， 主 要 由 两 个 启 动 子 （ Promoter ） 和 一 个 抑 制 子 （Repressor）构成，启动子可以诱导基因表达生成相应的 抑制子，抑制子通过结合对方基因的启动子而抑制它的表达。
DNA计算机的特点主要表现在6个方面。 （1）工作的并行性(最大优点) （2）极低的能耗 （3）极高的集成度 （4）运算速度快 （5）抗电磁干扰能力强 （6）成本低廉
8.4.2 DNA计算机的模型
（1）粘贴模型 粘贴模型是一种被证明具有计算完备性的DNA检索模
型，配对识别操作是按照DNA碱基互补特性完成的。该模 型的优势是运算过程不需要酶的参与。
初等细胞自动机是状态集S只有两个元素{s1，s2}，即 状态个数k=2，邻居半径r=1的一维细胞自动机。
图8.10 冯· 诺依曼的初等细胞自动机
（2）细胞自动机的基本组成
细胞自动机最基本的组成：细胞、细胞空间、邻居及规 则四部分。另外，还应包含状态和时间。可以视为由一个细 胞空间和定义于该空间的变换函数所组成。
图8.1 Gardner等构造的基因开关模型
该 数 学 模 型 由 一 组 微 分 方 程 组 成 ， 如 式 （ 8.1 ） 、
（8.2）。其中U、V分别表示两种阻遏蛋白的量；α1、α2为
两种启动子（包含核糖体结合位点共同作用）在没有阻遏蛋
白时的表达速率；-U、-V表示两种阻遏蛋白的自然降解速 率；而β、γ为启动子的抑制参数，数值越大，表示阻遏蛋白
8.2.3 双稳态开关
最早的基因开关模型是由Gardner等人在2000年构造 的 ， 主 要 由 两 个 启 动 子 （ Promoter ） 和 一 个 抑 制 子 （Repressor）构成，启动子可以诱导基因表达生成相应的 抑制子，抑制子通过结合对方基因的启动子而抑制它的表达。
DNA计算机的特点主要表现在6个方面。 （1）工作的并行性(最大优点) （2）极低的能耗 （3）极高的集成度 （4）运算速度快 （5）抗电磁干扰能力强 （6）成本低廉
8.4.2 DNA计算机的模型
（1）粘贴模型 粘贴模型是一种被证明具有计算完备性的DNA检索模
型，配对识别操作是按照DNA碱基互补特性完成的。该模 型的优势是运算过程不需要酶的参与。
初等细胞自动机是状态集S只有两个元素{s1，s2}，即 状态个数k=2，邻居半径r=1的一维细胞自动机。
图8.10 冯· 诺依曼的初等细胞自动机
（2）细胞自动机的基本组成
细胞自动机最基本的组成：细胞、细胞空间、邻居及规 则四部分。另外，还应包含状态和时间。可以视为由一个细 胞空间和定义于该空间的变换函数所组成。
图8.1 Gardner等构造的基因开关模型
该 数 学 模 型 由 一 组 微 分 方 程 组 成 ， 如 式 （ 8.1 ） 、
（8.2）。其中U、V分别表示两种阻遏蛋白的量；α1、α2为
两种启动子（包含核糖体结合位点共同作用）在没有阻遏蛋
白时的表达速率；-U、-V表示两种阻遏蛋白的自然降解速 率；而β、γ为启动子的抑制参数，数值越大，表示阻遏蛋白
Biotechnology-生物工程 PPT课件
DNA Sequencing: Determining the Order of Nucleotides
DNA sequence for gene from cress plant
Arrows show differences in DNA sequences related to inherited breast cancer
restriction enzyme
Each bacterial cell carries a different recombinant plasmid
Tools for Producing Recombinant DNA
Probe: sequence of DNA that is complementary to the gene of interest; Used to locate a copy of the gene by hybridization
AGCTTAGCGAT TCGAATCGCTA
Denature DNA by heating Add Probe Probe Binds to gene
AGCTTAGCGAT AATCGC TCGAATCGCTA
Using the Probe to Find the Gene of Interest
Applications of Biotechnology Transgenic Bacteria
Use of the Restriction Enzyme Bam H1
5’— G G A T C C — 3’ 3’— C C T A G G — 5’ Results in
sticky end
5’— G 3’— C C T A G
sticky end
DNA sequence for gene from cress plant
Arrows show differences in DNA sequences related to inherited breast cancer
restriction enzyme
Each bacterial cell carries a different recombinant plasmid
Tools for Producing Recombinant DNA
Probe: sequence of DNA that is complementary to the gene of interest; Used to locate a copy of the gene by hybridization
AGCTTAGCGAT TCGAATCGCTA
Denature DNA by heating Add Probe Probe Binds to gene
AGCTTAGCGAT AATCGC TCGAATCGCTA
Using the Probe to Find the Gene of Interest
Applications of Biotechnology Transgenic Bacteria
Use of the Restriction Enzyme Bam H1
5’— G G A T C C — 3’ 3’— C C T A G G — 5’ Results in
sticky end
5’— G 3’— C C T A G
sticky end
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Chapter 1. 生物反应器设计基础
生物反应器的设计必须以生物体为中心，设计者除了 要考虑反应器的传热、传质等性能以外，更需要了解 生物体的生长特性和要求。 温度、溶氧、PH等。
生物反应的目的： 1） 生产细胞 2） 收集细胞的代谢产物 3） 直接用酶催化得到所需产物
7
本资料由药智网收集整理
必须了解环境参数（如：pH、温度、化学成分等） 如何影响系统的动力学。
当获得这些参数之后，就可以建立各种生物模型， 从而知道生物反应器的设计。
14
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一、细胞数动力学
15
本资料由药智网收集整理
1.生物反应中存在活细胞，在反应中克将它看作催化剂； 2.活细胞有一定的营养要求，使得参与反应的成分很多； 3.生物反应途径通常不是单一的，反应过程往往伴随着
生成代谢产物的反应，它受到众多环境因素的影响。
10
本资料由药智网收集整理
大量的证据表明：
相对机质的得率取决于比生长速率μ。他是变 性蛋白的变换、保持最佳胞内pH、抗衡通过细胞 膜的泄漏的主动运输、无用循环及运动所需要的能 量。这相当于一个维持的过程，即它是保持细胞一 个有序状态、补偿系统中熵的产生、避免造成细胞 死亡的平衡状态中花费的能量。
Ks umax
特定基质下 最大比生长速率 饱和常数
当S >>Ks时，u=umax
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本资料由药智网收集整理
3. 当有毒性代谢物积累时
半经验逻辑方程：
rxkX (1XXma )x
k
rx
反应速率
常数
X
生物量浓度
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1. 指数生长期
在特定基质中，细胞数以最大比生长速率增长， 生物量（细胞数）可用倍增时间td来表示 。
dN dt
uN
ln(NN0)ut
td
ln
2 u
u 比生长速率
N
细胞数（生物量）
t 生长时间
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2. 由于基质耗尽出现减数生长期
Monod方程： uumaxS(KsS)
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原料
粉碎（也有产品的粉碎） 配料、选料 输送
灭菌
无菌空气（空压机）、动力、蒸汽（锅炉）
发酵（反应）
菌种接种
沉淀分离（过滤、离心、超滤、
提取（下游技术） 反渗透）等
干燥、蒸馏
产品（包装）
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市场
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第一节. 生物反应器的化学计量
质量守恒定律 能量守恒定律
CH m O 1aN H 3bC O 2 YbCHpO nN q(生物 ) YpCH rO sN t(产) 物 cH 2O dO C 2
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但生物反应与一般化学反应有着显著区别：
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维持的定义：
Y m 1
1 max
s
Y XS
XS
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Y XS
Y max XS
ms
生物量对机质的得率 得率最大值 维持系数 比生长速率
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m max s YXS
合成单位生物量的基质消耗速率
上述线性方程显示基质的消耗用于了两个独 立的反应， 表明相同的化学计量关系不可能在 整个生长过程中都有效。
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第二节. 生物反应器的生物学基础
为了完成生物反应器的设计和优化，必须首先确定 生物量、基质及产物浓度的变化速率、细胞生长、 细胞数分布、产物合成、基质消耗等数据对运行情 况的预报、控制及系统优化等。
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Chpter 0 绪论
生物技术是当今最活跃、发展最迅速的、最重 要的科学技术之一，在工农业生产、医药工业及环 境保护等国民经济领域有着举足轻重的作用。生物 技术的基因工程为先导，结合发酵工程、酶工程和 生化工程技术，构成了现代生物技术。生物工程设 备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合 体。
二、生长动力学
1. Monod方程：
在考虑到机质从液体流向细胞表面的限制因 素、细胞形体改变、基质浓度变化、细胞壁上基 质浓度与液体中基质浓度的差异等因素后，得到 公式：
KS
umax
6Y XSkL c
dc
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生物工程设备
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整体概述
概述一ห้องสมุดไป่ตู้
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概述二
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概述三
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主要参考书
１．高孔荣．发酵设备．北京：中国轻工出版社，1991 ２．李艳．发酵工业概论．北京：中国轻工业出版社,1999 ３．俞俊堂，唐孝宣．生物工艺学．上海：华东化工学院出版社，1992 ４．章克昌．酒精与蒸馏酒工艺学． 北京：中国轻工业出版社，1995 ５．顾国贤．酿造酒工艺学(第二版)．北京：中国轻工业出版社，1996 ６．姚玉英等．化工原理．北京：科学技术出版社，1992 ７．姚汝华．微生物工程工艺原理．广州：华南理工大学出版社,1996
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本课程将按各种设备的共性，密切结合发酵 生产的特征，重点阐述设备的结构、原理、特点、 设计计算、选型及保养。包括整个发酵生产过程 中所需要用到的物料的处理和输送设备，培养基 的制备设备，无菌空气系统、过滤、结晶、干燥、 蒸馏及冷却设备。
根据细胞或组织生长代谢要求和 生物反应的目的，生物反应器可 分为：
1） 厌气生物反应器： 酒精生物反应器、啤酒生物反应器、 沼气生物反应器（池）
2） 通气生物反应器： 搅拌式、气升式、自吸式等
3） 光照生物反应器： 4） 膜生物反应器：
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