生物工艺原理 第1章（新）.ppt

停课时间：3，4周 补课时间：3.30 一大节（周三） 4.6 二大节（周三） 4.7 二大节（周四） 4.13 一大节（周三） 4.20 一大节（周三） 5.5 二大节（周四） 本课程主要内容 国际纯粹及应用化学联合会在1981年对生物技术作定义：生物技术是将生物化学、生物学、微生物学和化学工程应用于工业生产过程（包括医药卫生、能源和农业的产品）及环境保护的技术。 Moo-young主编《综合生物技术》（1985年）：生物技术是“对生物作用和生物物料加以评价和应用，并进行工业产品生产”的技术。 Higgina主编《生物技术的原理及应用》：生物技术是“生物系统或者生物过程的工业利用，他在很大程度上取决于对生物系统及其催化作用专门知识的认识”。 生物工艺学归纳起来有三个特点： 1. 生物工艺学是一门多学科、综合性的科学技术； 2. 生物反应过程中需要有生物催化剂的参与； 3. 目的是建立工业生产过程或进行社会服务。 1.1.1 生物工艺学的多学科性 生物工艺学涉及到的学科有生物学、化学和工程学三门科学。 生物学：生物化学、分子生物学、微生物学、细胞学、遗传学等。 工程学：化学工程、机械工程、电子工程等。 化学：医学，药学，农学。 1.1.2 生物催化剂的特性 与化学催化剂相比生物催化剂具有如下特点： 优点： 能使反应物在常温，常压下反应； 反应速率大，催化作用专一； 一般情况下价格低廉。 缺点: 易受热、化学物质及杂菌破坏而失活，稳定性差； 温度、pH值等参数对反应相当敏感, 要严格控制； 活细胞存在个体差异，遗传特性变异等问题。 1.1.3 生物反应过程的特点 将生物技术的成果经工艺工程开发，成为可供工业生产的工艺过程统称为生物反应过程，实质上利用生物催化剂从事生物技术产品的生产过程。 发酵过程，酶反应过程. 动植物细胞（组织）培养过程，污水生化处理和天然产物物质提取。 组成部分：1. 原材料的预处理；2. 生物催化剂的制备；3. 生物反应器反应条件的选择；4. 产物分离纯化。 生物反应过程具有以下特点： （1） 采用生物催化剂，能在常温常压下进行。可以运用生物技术组建或改造生物催化剂，赋予生物反应以现实和潜在的活力。但生物催化剂易失活，易受环境的影响和杂菌污染，不能长时间使用。 （2） 以可再生资源为主要原材料，来源丰富，价格低，危害性小。但原料往往难以控制，给产品质量带来一定影响。 （3）生产设备较为简单，能量消耗一般较少。但过高的底物或者产品浓度常导致酶的抑制，活细胞不能耐受高的渗透压而失活。 （4）酶反应专一性强，转化率高，但成本较高。发酵过程成本低，应用广，但是反应机理复杂，较难控制，反应液杂质较多，提取纯化困难。 1. 2 生物技术的发展简史 一、传统（古老）生物技术 利用微生物的实践可追溯到远古时代。 古埃及人在公元前40世纪时用发酵的面团制作面包， 公元前20世纪用裸麦制作啤酒技术； 公元前25世纪古巴尔干人开始制作酸奶； 公元前20世纪古亚述人已会用葡萄酿酒； 公元前17世纪古西班牙人曾用类似目前细菌浸取铜矿的方法获取铜。 夏代的初期用黏高粱（秫）造酒。 商代开始了用粪便和秸秆、杂草等沤制堆肥； 商代后期，人们发现用发了霉的豆腐可以治外伤； 汉武帝时代，开始有了葡萄酒； 白酒的起源，当在元朝以前。 二、近代生物技术的建立（纯培养技术的建立） 1590年荷兰人詹生制作了显微镜（无法观察到微生物的活动）。 1665年胡克制作的显微镜观察到了霉菌和植物细胞。 1680年荷兰人列文霍克制成了能放大200~300倍的显微镜，看到了微小生物，对杆菌、球菌、螺旋菌作了准确描述，奠定了近代发酵技术基础。 巴斯德1857年指出酒精是酵母细胞生命活动的产物，在1863年进一步指出所有的发酵都是微生物作用的结果。提出巴斯德消毒法。 19世纪末，科赫应用固体培养基分离微生物。