《生物工艺学绪论》课件.pptVIP

*******************生物工艺学绪论生物工艺学是应用生物学原理和技术于生产过程中的一门学科。它涉及细菌学、生物化学、化学工程等多个领域,在医药、食品、化工等行业中扮演重要角色。本课程将全面介绍生物工艺学的基础知识和关键技术,为后续深入学习打下坚实基础。生物工艺学简介研究对象生物工艺学是研究利用生物体及其组分进行产品生产和过程优化的学科。主要方法包括发酵、酶催化、细胞培养等生物技术工艺在内的一系列生物化学过程。应用领域广泛应用于医药、化工、农业、能源等多个领域，是推动现代生物经济发展的基础。生物工艺学的研究对象和范畴研究对象生物工艺学的研究对象包括微生物、酶、动物细胞和植物细胞等生物体系,以及相关的代谢过程和生化反应。研究范畴生物工艺学的研究范畴涉及生产工艺和过程控制、生物反应器设计、分离纯化技术、发酵过程优化等诸多领域。应用领域生物工艺学在医药、化工、能源、环保等多个行业中都有广泛应用,为人类社会发展做出重要贡献。生物工艺学的由来和发展历程源于生物化学研究生物工艺学起源于19世纪末20世纪初的生物化学研究,关注生物体内的化学反应过程。应用于工业发酵20世纪初,生物工艺学被应用于工业发酵,生产酒精、抗生素等产品。经历持续发展随着生物技术的进步,生物工艺学涉及范围不断扩大,包括医药、化工、能源等多个领域。融合多学科知识现代生物工艺学需要整合微生物学、生物化学、化学工程等多学科知识。生物工艺学的研究方法实验研究方法通过设计合理的实验,采集数据,分析结果来认识和解决生物工艺学问题。包括批量发酵实验、生物反应器操作实验等。数学模型方法基于对生物过程的深入理解,建立描述性或预测性的数学模型,用以分析和优化生物工艺过程。计算模拟方法利用计算机软件对生物过程进行模拟分析,优化工艺参数,减少实验成本和时间。系统工程方法采用整体性思维,系统地分析生物工艺过程的各个环节,以达到最优化设计和运行的目标。生物工艺学的主要内容细胞培养与发酵研究细胞代谢调控、基因表达及发酵过程的动力学和工艺参数优化。分离纯化技术开发针对不同产物的高效分离纯化方法,提高提取收率和纯度。生物反应器理论设计优化生物反应器结构,模拟和控制反应过程,提高产品产量和质量。生物催化过程研究酶、微生物等生物催化剂的应用,提高反应活性和选择性。生物反应器的概念和作用生物反应器是用于生物工艺过程的一种装置,它提供了理想的环境条件,如pH值、温度、氧气供给等,使生物体能够高效地进行代谢活动,从而获得所需的产品。生物反应器是生物工艺学的核心设备,其设计和操作对整个工艺流程至关重要。生物反应器的分类和特点1按结构分类生物反应器可分为槽式反应器、管式反应器、流化床反应器等不同类型。每种类型在体积、混合方式、传质能力等方面有不同特点。2按操作条件分类生物反应器可分为好氧反应器、厌氧反应器、微需氧反应器等,根据反应环境的氧气浓度进行区分。3按生物体固定化分类生物反应器可分为悬浮细胞反应器、固定化细胞反应器等,根据生物体的不同固定化方式进行区分。4按连续性分类生物反应器可分为间歇式反应器、连续式反应器、半连续式反应器等,根据进料和出料的连续性进行区分。生物反应器的设计原理1反应器容积设计根据生产目标确定所需反应容积,考虑反应速度和物质传递等因素进行优化设计。2流程设计选择合适的连续、间歇或半连续操作模式,设计完整的进料、反应、分离等流程。3结构设计针对不同生物反应需求,设计合理的反应器形状、内部构件和材质,确保高效操作。4控制系统设计整合温度、pH、溶氧等关键参数的测量和自动调控,确保反应过程稳定可控。生物反应器的操作参数温度控制反应温度以优化生物化学过程并维持细胞活性pH值保持最佳pH值以促进酶活性和细菌代谢溶解氧浓度确保充足的溶解氧以满足细胞的呼吸需求搅拌速度调节搅拌强度以提高物质传递效率和防止细胞损伤进料策略根据反应动力学优化加料时间和量以控制生产过程生物反应器的规模放大1缩小模型研究小规模反应器的行为2数学建模建立反应器的数学模型3实验验证验证模型的准确性4循序放大逐步增大反应器规模5监测调控实时监控并控制关键参数生物反应器的规模放大是一个复杂的过程,需要经历多个关键步骤。首先要建立缩小模型,研究小规模反应器的行为,建立数学模型。然后通过实验验证模型的准确性,循序渐进地放大反应器规模。在放大过程中,还要实时监控并控制关键参数,确保放大过程的稳定性和可控性。生物反应器的监测和控制实时监测采用先进的传感器和监控系统,实时监测生物反应器内部的关键参数