【正文】 1 生物化學(xué)工程 王雪青 2022914 2 一些與化學(xué)和生物技術(shù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源索引 html html Med Net, web 3 生物化學(xué)工程 第一章：緒論 第二章：工業(yè)微生物概論 第三章：滅菌技術(shù) 第四章：氧的供需與傳遞 第五章：生物反應(yīng)器 第六章：微生物培養(yǎng)技術(shù)與動(dòng)力學(xué) 第七章：動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù) 第八章：植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù) 第九章：生物物質(zhì)分離與純化 第十章：生化生產(chǎn)工藝實(shí)例 4 第一章 緒 論 ? 生化工程的定義及其與生物工程的關(guān)系 ? 生物化學(xué)工程簡(jiǎn)稱生化工程（ biochemical engineering)，是應(yīng)用化學(xué)工程的原理和方法將生物工程的實(shí)驗(yàn)室成果進(jìn)行工業(yè)開發(fā)的學(xué)科 。它即可視為化學(xué)工廠的一個(gè)分之，又可認(rèn)為是生物工程的一個(gè)組成部分。是以應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主，是走向產(chǎn)業(yè)化的必由之路。 ? 生物工程則是（ biotechnology， 又稱生物技術(shù)）是應(yīng)用生物體（包括微生物，動(dòng)物細(xì)胞，植物細(xì)胞）或其組成部分（細(xì)胞器和酶），在最適條件下，生產(chǎn)有價(jià)值的產(chǎn)物，或進(jìn)行有益的過程技術(shù)。以生命科學(xué)為基礎(chǔ)。 ? 現(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程，細(xì)胞工程，酶工程，蛋白質(zhì)工程和發(fā)酵工程 5 生物反應(yīng)器 檢測(cè)控制系統(tǒng) 細(xì)胞 酶 （ 游離或固定化 ） 空氣 生物催化劑 除菌 空氣 能量 提取精制 產(chǎn)品 副產(chǎn)品 廢物 原料 基質(zhì)或培養(yǎng)基 營養(yǎng)物 滅菌 生物反應(yīng)過程示意圖 下游過程 生物反應(yīng)過程(中游過程 ) 上游過程 6 7 8 生化工程發(fā)展簡(jiǎn)史 傳統(tǒng)的生物技術(shù)制品： 如傳統(tǒng)的發(fā)酵制品 , 生產(chǎn)技術(shù)帶有濃郁的地方性和經(jīng)驗(yàn)性的特點(diǎn) ,設(shè)備簡(jiǎn)單 . 20世紀(jì)初 , 微生物產(chǎn)品有所發(fā)展 ,但主要屬于初級(jí)代謝產(chǎn)物 , 厭氣發(fā)酵 , 設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單（乳酸，乙醇，丙酮）。 20世紀(jì) 40年代 ,抗生素的發(fā)展 ,使生化工程誕生 . 特點(diǎn)是好氣發(fā)酵 ,產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,次級(jí)代謝物 , 培養(yǎng)液含量低 ,無菌條件高 . 20世紀(jì) 50年代 , 氨基酸工業(yè) , 60年代 : 酶制劑 . 70 年代 : 干擾素 , 胰島素 , 生長(zhǎng)激素 , 乙肝疫苗 , 單克隆抗體 . 9 1985 年 1996 年 領(lǐng)域 銷售額 / 億元 占總銷售額 /% 銷售額 /億元 占總銷售額 /% 農(nóng)業(yè) 醫(yī)藥 輕化工 合計(jì) 1 . 4 0 . 2 1 2 . 6 54 8 38 100 15 2 1 . 2 7 7 . 9 1 1 4 . 1 1 3 . 1 1 8 . 6 6 8 . 3 100 我國現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品年銷售情況 10 11 生物化工產(chǎn)品的特定產(chǎn)物和反應(yīng)條件，決定了常規(guī)工業(yè)反應(yīng)裝置和分離純化設(shè)備必須經(jīng)過專門的設(shè)計(jì)和改進(jìn)后才能得以應(yīng)用，新型高性能的生化反應(yīng)器和高效分離純化設(shè)備、分離介質(zhì)以及反應(yīng)工藝及分離工藝的研制開發(fā)是生物化工產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。生物化工是化學(xué)工業(yè)的前沿領(lǐng)域之一，在生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的過程中起決定性的作用。在生物技術(shù)發(fā)展初期，生物化工的重要作用并沒有得到足夠的重視，隨著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和化學(xué)工業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，越來越多的生物技術(shù)產(chǎn)品極大地依賴生物化工技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，而且許多化學(xué)品的生產(chǎn)工藝有生物法取代，顯示了很大的優(yōu)勢(shì)。據(jù)美國和歐盟預(yù)測(cè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在未來 10年內(nèi)將增長(zhǎng) 1020倍，生物化工產(chǎn)品在化學(xué)工業(yè)中的比重也將提高一倍。 12 目前生物化工的發(fā)展速度顯然不能適應(yīng)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的飛速發(fā)展。生物化工面臨著改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展生物高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的雙重任務(wù)。加強(qiáng)生物技術(shù)的研究開發(fā)，大力發(fā)展生物化工不僅是化學(xué)工業(yè)自身發(fā)展的需要，也是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的保證。 13 生化工程的基本內(nèi)容 ◆ 新型生物反應(yīng)器的研究開發(fā)，特別是針對(duì)基因工程產(chǎn)品和動(dòng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)的產(chǎn)品的投產(chǎn)研制新型生物反應(yīng)器。重點(diǎn)在于生物安全。植物細(xì)胞對(duì)剪切力和環(huán)境敏感以及培養(yǎng)周期長(zhǎng)而防止污染的問題。動(dòng)物細(xì)胞的附壁生長(zhǎng)的特點(diǎn)。 ◆ 新型分離方法和設(shè)備的研發(fā) ， 特別是針對(duì)蛋白質(zhì) 、 多肽產(chǎn)品的分離 。 ◆ 各種描述生物反應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模型的建立 ， 將有利于過程的控制和優(yōu)化以及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 。 ◆ 生物反應(yīng)器內(nèi)重要參數(shù)的傳感器的研制和有關(guān)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件及軟件的建立和完善 。 14 第二章 工業(yè)微生物學(xué)概論 ? 工業(yè)生產(chǎn)中常見的微生物 ? （ bacteria） 分布廣，數(shù)量多，與人的關(guān)系密切。按其形態(tài)分為球菌、桿菌和螺旋菌 ? 其中發(fā)酵工業(yè)中常用的為桿菌 。 包括醋酸桿菌屬 （ Acetobacter） ,乳酸桿菌屬 （ Lactobacillus） ,芽孢桿菌屬 （ Bacillus） ,如枯草芽孢桿菌（ Bacillus subtilis） 可生產(chǎn) α 淀粉酶和蛋白酶和 5’ 核苷酸酶等 。梭菌屬 （ Clostridium） 如丙酮 — 丁醇的梭狀芽孢桿菌 （ Clostridium acetobutylium） 。 大腸桿菌 （ Escherichia coli） ： 判斷食品被動(dòng)物排泄物污染的可能 ， 公共衛(wèi)生的重要指標(biāo) 。 ， 在工業(yè)上利用大腸桿菌的谷氨酸脫羧酶進(jìn)行谷氨酸定量分析 。 利用大腸桿菌制取天冬氨酸 、 蘇氨酸和纈氨酸 。 醫(yī)藥方面用大腸桿菌制造治療白血病的天冬酰氨酶 ， 基因工程菌 。 產(chǎn)氨短桿菌 （ Brevibacterium ammoniagenes） ： 短桿菌屬 ，為氨基酸 、 核苷酸和酶法生產(chǎn)輔酶 A的菌種 。 15 Staphylococcus aureus 16 放線菌（ Actinomyces） 因 菌落呈放射狀而得名，大多數(shù)是腐生菌。介于細(xì)菌和霉菌呈長(zhǎng)的細(xì)絲，與霉菌相似，但寬度與細(xì)菌相似，無橫隔，為單細(xì)胞，菌絲無完整的核，為原核生物。土壤中含有 104106/g， 有特有的土腥味。它的一大貢獻(xiàn)是產(chǎn)生抗生素。不完全統(tǒng)計(jì)，目前，自然界發(fā)現(xiàn)和分離了 5500種以上的抗生素，其中放線菌產(chǎn)生的有 4400多種。其中鏈霉菌屬（ Streptomyces） 自 1942年， Waksman 發(fā)現(xiàn)灰色鏈霉菌（產(chǎn)鏈霉素）相繼發(fā)現(xiàn)了發(fā)酵工業(yè)中常用的有龜裂鏈霉菌（生產(chǎn)土霉素），紅鏈霉菌（產(chǎn)紅霉素），金黃色鏈霉菌（產(chǎn)金霉素），委內(nèi)瑞拉鏈霉菌（產(chǎn)氯霉素），卡那鏈霉菌（產(chǎn)卡那霉素）。小單孢菌屬（ Micromonospora） 不形成氣生菌絲體，在基內(nèi)菌絲體上長(zhǎng)出孢子梗，頂端著生一個(gè)球形、橢圓、或長(zhǎng)形的孢子。菌落常帶有顏色。此屬產(chǎn)抗生素的菌種有 30多種。如絳紅小單胞菌和棘孢小單孢菌屬都產(chǎn)（產(chǎn)慶大霉素） 17 單細(xì)胞 ， 卵圓形 ， 圓形或圓柱形