生化工程導(dǎo)言

1、整理課件,生 化 工 程,整理課件,第一章 緒論,第一節(jié) 生化工程的定義及與其他學(xué)科的關(guān)系 第二節(jié) 生化工程的起源及發(fā)展概況 第三節(jié) 生化工程研究的主要內(nèi)容 第四節(jié) 生化工程在國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用,整理課件,第一節(jié) 生化工程的定義及與其他學(xué)科的關(guān)系,一、生化工程的定義 二、生化工程與其他學(xué)科的關(guān)系,整理課件,一、生化工程的定義,生化工程全稱是生物化學(xué)工程（Biochemical Engineering)，是為生物技術(shù)服務(wù)的化學(xué)工程。它是利用化學(xué)工程原理和方法對實(shí)驗(yàn)室所取得的生物技術(shù)成果加以開發(fā)，使之成為生物反應(yīng)過程的一門學(xué)科，是生物化學(xué)與工程學(xué)相互滲透所形成的一門新學(xué)科。它應(yīng)用工程學(xué)這一實(shí)踐技

2、術(shù)，以生物體細(xì)胞（包括微生物細(xì)胞、動物細(xì)胞、植物細(xì)胞）作為研究的主角、生物化學(xué)作為理論基礎(chǔ)，從動態(tài)、定量、微觀的角度，廣泛而深刻地揭示了生物工業(yè)的過程。所以生化工程是化學(xué)工程的一個分支，也是生物工程的一個重要組成部分。,整理課件,二、生化工程與其他學(xué)科的關(guān)系,生物學(xué),化學(xué),工程學(xué),生物化學(xué),生化工程,化學(xué)工程,生物工程,整理課件,第二節(jié) 生化工程的起源及發(fā)展概況,一、生化工程的起源 二、生化工程的形成及發(fā)展,整理課件,一、生化工程的起源,生化工程的雛形- 可以追溯到幾千年前，人類開始有意識的利用生命體的生物活動，制備生活所需的產(chǎn)品。,釀酒,面團(tuán)發(fā)酵,整理課件,釀酒,釀酒：谷物釀酒的兩個先決條件

3、是釀酒原料和釀酒容器。以下幾個典型的新石器文化時(shí)期的情況對釀酒的起源有一定的參考作用。 1.裴李崗（河南新鄭）文化時(shí)期（公元前5000-6000年）,整理課件,2. 河姆渡（浙江余姚）文化時(shí)期（公元前5000-3000年）,上述兩個文化時(shí)期,均有陶器和農(nóng)作物遺存，均具備釀酒的物質(zhì)條件。,整理課件,3.磁山（河北武安）文化時(shí)期 磁山文化時(shí)期距今7355-7235年，有發(fā)達(dá)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計(jì):在遺址中發(fā)現(xiàn)的“糧食堆積為100m3，折合重量5萬公斤”還發(fā)現(xiàn)了一些形制類似于后世酒器的陶器。有人認(rèn)為磁山文化時(shí)期，谷物釀酒的可能性是很大的。,整理課件,4.三星堆遺址 該遺址地處四川省廣漢，埋藏物為

4、公元前4800年至公元前2870年之間的遺物。該遺址中出土了大量的陶器和青銅酒器，其器形有杯，觚，壺等。其形狀之大也為史前文物所少見。,整理課件,5.山東莒縣陵陰河大汶口文化墓葬 1979年，考古工作者在山東莒縣陵陰河大汶口文化墓葬中發(fā)掘到大量的酒器。其中有一組合酒器，包括釀造發(fā)酵所用的大陶尊，濾酒所用的漏缸，貯酒所用的陶甕，用于煮熟物料所用的炊具陶鼎。還有各種類型的飲酒器具100多件。據(jù)考古人員分析，墓主生前可能是一職業(yè)釀酒者。在發(fā)掘到的陶缸壁上還發(fā)現(xiàn)刻有一幅圖，據(jù)分析是濾酒圖。,整理課件,6. 龍山(山東濟(jì)南)文化時(shí)期 在龍山文化時(shí)期，酒器就更多了。國內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)為龍山文化時(shí)期釀酒是較為發(fā)

5、達(dá)的行業(yè)。以上考古得到的資料都證實(shí)了古代傳說中的黃帝時(shí)期，夏禹時(shí)代確實(shí)存在著釀酒這一行業(yè)。,整理課件,面團(tuán)發(fā)酵,埃及人是發(fā)酵面包的發(fā)明者，在距今4600年前的古埃及金字塔中，發(fā)現(xiàn)了類似面包的遺跡。 并且在大約公元前3000年，埃及人開發(fā)出能夠研磨的小麥，做成能夠從酵母中分離出二氧化碳的面團(tuán)。作為引子的酵母經(jīng)常是殘余的發(fā)酵面團(tuán)或酸面團(tuán)，這是乳酸發(fā)酵的另一個例證。,整理課件,最初的發(fā)酵方法可能是偶然發(fā)現(xiàn)的：和好的面團(tuán)在溫暖處放久了，受到空氣中酵母菌的侵入，導(dǎo)致發(fā)酵、膨脹、變酸，再經(jīng)烤制便得到了遠(yuǎn)比 “烤餅”松軟的一種新面食，這便是世界上最早的面包。 古埃及的面包師起初是用酸面團(tuán)發(fā)酵，后來改進(jìn)為使用

6、經(jīng)過培養(yǎng)的酵母?，F(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的世界上最早的面包坊誕生于公元前2500多年前的古埃及。,古埃及的面包,整理課件,將水浸泡過的大麥堆積在平整的石板上，使其發(fā)芽，幾天后讓太陽曬干或用柴草烘干。把干麥搗成粉末，放入木桶中，加適量溫水，人在木桶中將麥芽粉踩踏成面團(tuán)。空氣中的酵母菌使面團(tuán)發(fā)酵膨脹后，人工再將它捏成面包狀進(jìn)行烘烤，使淀粉膠結(jié)、蛋白質(zhì)凝固。然后再搗碎，并摻入熱水混合，用篩子或無花果葉過濾，得到麥芽汁。將麥芽汁倒入陶罐中再進(jìn)行發(fā)酵，兩天后便成為可口的啤酒。飲用時(shí)可用麥桿吸，也可倒在碗里喝。 這種陶罐啤酒在古埃及常常作為供奉神靈的祭品，也用作殉葬品。,古埃及麥芽發(fā)酵制得啤酒,整理課件,二、生化工程的形

7、成及發(fā)展,1857年法國科學(xué)家L.巴斯德首先證明由活的酵母發(fā)酵可以得到酒精（乙醇），其他不同發(fā)酵產(chǎn)物是由不同的微生物的作用引起的。,整理課件,第一代生物化工產(chǎn)品,從19世紀(jì)80年代起到20世紀(jì)30年代末為止，不少發(fā)酵產(chǎn)品，如乳酸、面包酵母、乙醇、甘油、丙酮、正丁醇、檸檬酸等相繼投入生產(chǎn)。這些都是屬于第一代的生物化工產(chǎn)品。,這一時(shí)期的特點(diǎn)：工業(yè)生產(chǎn)是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的簡單放大，人們著重于工藝的研究，而尚未形成嚴(yán)格的工程學(xué)科。,整理課件,第二代的生物化工產(chǎn)品,是在上世紀(jì)40年代隨著抗生素工業(yè)的興起而出現(xiàn)的。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時(shí)，急需一種高效治療劑以控制戰(zhàn)傷及其繼發(fā)感染。由英、美兩國聯(lián)合,加速對青霉素的研

8、究和生產(chǎn)。當(dāng)時(shí)參加研究的除有生物、化學(xué)的科學(xué)家外，還有一批化學(xué)工程師。,整理課件,1943年，出現(xiàn)了在具有通氣攪拌裝置的發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)青霉素產(chǎn)生菌的方法，代替了原來用上萬個瓶子進(jìn)行表面培養(yǎng)的生產(chǎn)方法。 1944年，發(fā)現(xiàn)鏈霉素，并投于生產(chǎn)。 1946年，發(fā)現(xiàn)氯霉素等，并都相繼順利地投產(chǎn)。,這一時(shí)期主要的工作及進(jìn)展,整理課件,化學(xué)工程師成功地解決了好氣性微生物的大規(guī)模培養(yǎng)中的氧的供應(yīng)、培養(yǎng)基和空氣的滅菌以及產(chǎn)品提取中的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備問題。 建立了發(fā)酵過程中的攪拌通氣、培養(yǎng)基和空氣滅菌等單元操作，為生物化學(xué)工程的建立奠定了初步的理論基礎(chǔ)。 1947年 7月美國麥克公司被授予“生物化學(xué)工程的專題研究

9、”的麥格勞希爾化學(xué)工程成就獎。生物化學(xué)工程 由此得名并沿用至今。,這一時(shí)期主要的工作及進(jìn)展,整理課件,1974年以后，生物學(xué)出現(xiàn)了以重組DNA技術(shù)和細(xì)胞融合技術(shù)為代表的一系列新的成就，從而出現(xiàn)了第三代的生物化工產(chǎn)品。,第三代的生物化工產(chǎn)品,用DNA重組體菌種生產(chǎn)的胰島素、干擾素、疫苗以及用雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)的單克隆抗體等。,整理課件,用DNA重組體菌種生產(chǎn)的胰島素,整理課件,雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)的單克隆抗體,整理課件,第三代生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程具有許多新的特點(diǎn)： DNA重組菌體的易于退化 大量細(xì)胞需要培養(yǎng)等,促進(jìn)生物化學(xué)工程開拓新的生物反應(yīng)器以及新的單元操作。極大豐富了原始的化學(xué)工程的內(nèi)容。,整理課件

10、,第三節(jié) 生化工程研究的主要內(nèi)容,一、生物反應(yīng)過程及其特點(diǎn) 二、生化工程研究的主要內(nèi)容,整理課件,一、生物反應(yīng)過程及其特點(diǎn),生物反應(yīng)過程是利用生物催化劑，即游離或固定化的活細(xì)胞或酶以從事生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。,生物催化劑,原材料,檢測控制系統(tǒng),生物反應(yīng)器,空氣,除菌,機(jī)械能、熱能,副產(chǎn)品,產(chǎn)品,廢棄物,整理課件,思考題,工業(yè)規(guī)模的培養(yǎng)基和空氣為什么需要滅菌？ 實(shí)驗(yàn)室搖瓶培養(yǎng)方法適用于工業(yè)規(guī)模的好氧菌培養(yǎng)嗎？如果不行，如何解決這個問題？ 由實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段進(jìn)入工業(yè)化階段，如何為細(xì)胞提供相似的生長及生理生化環(huán)境？,整理課件,生物反應(yīng)工程主要課程內(nèi)容,.培養(yǎng)基滅菌、空氣除菌、通氣攪拌、生物反應(yīng)器(發(fā)

11、酵罐)的比擬放大 這幾章的內(nèi)容是生物反應(yīng)工程學(xué)研究的焦點(diǎn)之一。,整理課件,以生物反應(yīng)器為中心，生化工程的內(nèi)容可分為上、中、下游技術(shù)。,上游技術(shù)：原料預(yù)處理 菌種的準(zhǔn)備,中游技術(shù)：生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、放大與條件優(yōu)化,下游技術(shù)：將目標(biāo)產(chǎn)物從反應(yīng)液中提取、精制，以達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求,整理課件,第四節(jié) 生化工程在國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用,一、生化工程在醫(yī)藥工業(yè)中的作用 二、生化工程在食品工業(yè)中的作用 三、生化工程在化工及冶金工業(yè)中的作用 四、生化工程在能源及環(huán)保中的作用,整理課件,一、生化工程在醫(yī)藥工業(yè)中的作用,激素（胰島素、人生長激素） 抗生素（青霉素、四環(huán)素、鏈霉素、阿霉素） 干擾素（抑制病毒及腫瘤細(xì)胞

12、生長） 維生素 其他有特效的藥物（TPA纖維蛋白溶解劑、果糖-1，6-二磷酸三鈉鹽FDP),生產(chǎn)人及動物體內(nèi)調(diào)節(jié)生理作用的藥物,整理課件,二、生化工程在食品工業(yè)中的作用,生產(chǎn)傳統(tǒng)的調(diào)味及發(fā)酵食品 各種醇類飲料 有機(jī)酸、氨基酸、單細(xì)胞蛋白、甜味劑（甜味肽、果葡糖漿）、鮮味劑 保健食品,整理課件,三、生化工程在化工及冶金工業(yè)中的作用,化工： 利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)多種化工原料，如甲醇、乙醇、丁二醇、異丙醇、乙酸、乳酸、蘋果酸等。 利用微生物合成高分子化合物，多糖、葡聚糖等。國外用微生物合成的聚羥基丁酸（PHB）塑料，可被微生物降解，而不會給環(huán)境帶來污染。,冶金： 利用微生物將礦石中的金屬萃取出來，如萃

13、取銅、金及其他一些稀有元素等。,整理課件,四、生化工程在能源及環(huán)保中的作用,微生物發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷、甲醇、乙醇都可直接作為能源。 利用微生物處理污水。,整理課件,微生物處理污水原理,整理課件,自然界分離,人工誘變,細(xì)胞融合,基因重組,微生物,細(xì)胞大量培養(yǎng),固定化生物催化劑,生物反應(yīng)器,轉(zhuǎn)基因生物克隆,醫(yī)藥 臨床診斷 農(nóng)藥 農(nóng)牧業(yè)育種 化工產(chǎn)品 輕工、食品 礦業(yè) 能源 環(huán)境 計(jì)算機(jī),微生物工程,細(xì)胞工程,基因工程,基因工程,發(fā)酵工程,酶工程,整理課件,考核,平時(shí)成績（作業(yè)、考勤等): 40% 結(jié)業(yè)閉卷考試成績：60%,整理課件,參考資料,生化工程（1993江南大學(xué)倫世儀） 生物反應(yīng)工程原理（1990和2003天津科技大學(xué)賈士儒） 生物反應(yīng)工程 2005浙