第六章生化工程讲述.ppt

第六章 生化工程 第一节 绪论 生化工程的定义及与其他学科的关系 生化工程研究的主要内容 生化工程在国民经济中的重要作用 一、生化工程的定义 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，广泛而深刻地揭示了生物工业的过程。所以生化工程是化学工程的一个分支，也是生物工程的一个重要组成部分。 二、生化工程与其他学科的关系 生化工程是化学工程的一个前沿分支，它应用化学工程的原理和方法，研究解决有生物体或生物活性物质参与的生产过程即生物反应过程中的基础理论及工程技术问题。它作为生物化学、微生物学及化学工程学之间的边缘学科，是生物技术中将近代生物学的成就转变成生产力所必不可少的重要组成部分。 第二节 生化工程研究的主要内容 一、生物反应过程及其特点 二、生化工程研究的主要内容 一、生物反应过程及其特点 生物反应过程是利用生物催化剂，即游离或固定化的活细胞或酶以从事生物化工产品的生产过程。 当采用活细胞催化剂(主要是整体的微生物细胞)时，称为发酵过程。而利用从细胞中提取得到的酶为催化剂时，则称为酶反应过程。 动植物细胞大量培养也属于生物反应过程。 生物反应过程的特点 1.稳定性较差 由于采用生物催化剂，可在常温常压下进行反应，且可运用重组DNA技术及细胞融合技术改造生物催化剂，但生物催化剂易于失活，易受环境影响和污染，一般采用分批操作。 2.污染小 可采用再生性的生物资源为原料，来源丰富，价格较低，过程中产生的废料危害性较小，但往往形成原料成分不易控制，对生产控制和产品质量带来影响。 3.设备简单，能耗小 生物反应过程的生产设备较为简单，能量消耗较少，但由于过高的底物和产物会给酶带来抑制作用和微生物细胞不能耐受外界溶液过高的渗透压，反应液的底物和产物浓度不能太高，造成反应器体积很大； 4.反应机理复杂，产物提取困难 酶反应的专一性强，转化率高，但成本较高；发酵过程应用面广，成本较低，但反应机理复杂，难以进行控制，产物中常含有杂质，给提取带来困难。 二 具体的研究内容 1. 原料预处理　 即底物（酶催化反应中的作用物）或培养基(发酵过程中的底物及营养物，也称营养基质)的制备过程，包括原料的物理、化学加工和灭菌过程。　　 2. 生物催化剂的制备　 生物催化剂是指游离或固定化的活细胞或酶，微生物是最常用的活细胞催化剂，酶催化剂则从细胞中提取出来。　　 3. 生物反应的主体设备　 即生物反应器，凡反应中采用整体微生物细胞时，反应器则称发酵罐；凡采用酶催化剂时，则称为酶反应器。另还有适用于动植物细胞大量培养的装置。 4. 生物化工产品的分离和精制　 这一部分常称下游加工，是生化分离工程的主要内容。 主要探讨生化工业中生物制品分离和纯化的工程技术，以及生化分离过程中一些主要的分离单元操作和分离工程领域的新技术 1）、生产过程中培养基及生产设备——的灭菌问题； 2）、大量空气的—除菌问题； 3）、好氧培养过程中氧的需求及传递—通风搅拌问题； 4）、分批培养中的发酵动力学或酶动力学问题； 5）、生物反应器的设计放大问题； 6）、生物产品的大量提取问题； 7）、生化反应过程的参数检测及控制等问题。 这些问题的解决，对生物工程特别是基因工程、细胞工程及酶工程新成果的开发将起着保证的作用，同时对现有的发酵工业的技术改造也产生积极的作用。因此，生化工程的研究是整个生物工程技术开发及产业化中一个不可缺少的环节。是生物工程的一个重要组成部分。 生化工程的诞生和发展： 随着生物技术的发展，生化工程的研究将向以下四个方面发展： 一是新型生物反应器的研究开发及相应培养、发酵技术的研究； 二是新型分离方法和设备的研究开发； 三是各种描述生物反应过程的数学模型的建立； 四是生产过程在线检测和控制手段的完善。 生物技术根据应用范围不同，可分为工业生物技术，农业生物技术和医学生物技术三大方面。以生化工程来说，主要是为工业生物技术服务。 工业生物技术：主要是利用生物催化剂（游离或固定化的细胞的酶），将原料转化为产物（包括医药，化工、轻工、食品等产品）的生产过程—生物生产过程或用于环保和能源的过程。 在生产过程中，当过程 采用