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1、生化工程BiochemicalEngineering,姚焱生物工程系,1.生化工程学科的产生2.DefinitionofBioreactionEngineering定义3.Objective,ContentandMethod学习本课程的目的、内容与方法,Introduction,Chapter1.生化工程学科的产生一传统的发酵业-混沌时期酿酒：BC2100古巴比伦；中国商代“酒池肉林”，BC1300；酿醋出现的时间几乎和酿酒同步；制作面包,奶酪；天花的活疫苗：公元10年,TheEvolutionofBiochemicalEngineering,史前时代，人们还不知道什么是酶或微生物时，就已利用
2、它们进行有用物质生产了。,龙山文化（距今4000-4200年）已有酒具出现。公元前200年，作豆腐、酱油和酿醋。在我国最早的诗集诗经中就提出过采用厌氧进行亚麻浸渍处理。,“个别的学问knowledgeofindividuation”，解决怎样做一件事情，技术会随着时代变迁而变化。具体的技术可以用记述的方法来表现。,Technology,二发酵工业走向科学,1680年制成显微镜微生物的存在1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵母发酵引起的1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精酶,1857年巴斯德（Pasteur）证明酒精发酵是由活酵母引起的。,法兰西的英雄路易士巴斯德（LouisPast
3、eur，法国，1822年1895年）1.挽救法国的酿酒业2.挽救法国的养蚕业3.炭疽病和鸡霍乱病,狂犬病预防接种成功源于坚持四十六岁半身不遂，其后30年是其成就顶峰“告诉你使我达到目标的奥秘吧，我的唯一力量就是我的坚持精神,发酵工程的早期阶段,人们的对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于厌氧发酵:利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发酵食品。1916年英国采用梭状芽孢杆菌生产丙酮丁醇，德国采用亚硫酸盐法生产甘油（第一次世界大战）由食品工业向非食品工业发展好氧发酵:速酿法从乙醇生产醋酸，通气法大量繁殖酵母，用米曲霉的麸曲代替麦芽糖作糖化剂生产酒靖，用微小毛霉生产干酪。1933年发明了摇瓶
4、培养法代替了传统的静置培养法。生长均匀，增殖时间短。,三生化工程学的起点,青霉素的发现1928年由Fleming发现青霉素1939年弗洛里、钱恩研究临床效用1941年青霉素进行生产研究,弗莱明（1928）发现青霉素并将青霉素培养物的滤液中所含抗细菌的物质称为“青霉素”,化学家钱恩（E.Chain）获得精制品，1940在美国产业化,当前水平6000080000U/ml(150m3),牛津大学弗洛里（H.florey，19381939）,微生物学家和生物化学家赛尔曼阿勃拉罕姆瓦克斯曼发现链霉素“痨病”有克星,青霉素的生产规模化1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究表面培养：1升锥形瓶，内装2
5、00mL麦麸培养基产率：40u/ml1943年5m3产率：200u/ml19461948年：通风搅拌发酵罐设计标志生化工程学诞生当今：100m3200m3产率：5-7万u/ml链霉素、金霉素、新霉索、红霉素.,关键技术：1.通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。2.抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。奠定生化工程学科基础。意义：促进抗生素工业的发展，建立了一套完整的好氧发酵技术，大型搅拌发酵罐培养方法推动了整个发酵工业的深入发展为现代发酵工程奠定了基础,Chapter2.生物化学工程定义（BiochemicalEngineering）
6、运用化学工程学原理方法,将生物技术实验成果进行工程化、产业化开发的一门学科。实质：研究生物反应过程中的工程技术问题，是微生物学、生物化学与化学工程结合。,ElementaryKnowledge,BioreactionEngineeringFromBio-appearancetoBioprocessDesignFromBioprocessDesigntoSystemsBiology,一、生物化学工业的一般过程：,原料,预处理,化学反应,生物反应,后处理,产品,植物细胞培养反应器,发酵车间发酵罐酶反应器,核心：实现物质转化,一般生物反应过程示意图,菌种筛选,摇瓶试验,发酵罐试验,Fermentat
7、ionengineering,上游工程UPSTREAMPROCESSES,下游工程DOWNSTREAMPROCESSES,发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程,Chapter3.本课程的内容和要求,主要内容：第一章绪论(2)内容:本学科的研究内容、学科发展、其地位及发展前景第二章培养基灭菌(5)内容：加热灭菌的基本原理、分批灭菌的技术及计算重点：加热灭菌的基本原理（微生物热死灭动力学、营养物分解动力学）；分批灭菌的计算,第三章空气除菌(5)内容：过滤除菌机制，空气过滤器的计算（过滤效率和穿透率、对数穿透定律、过滤常数K的确定），过滤介质和流程选择重点：空气过滤器的
8、计算（对数穿透定律、过滤常数K的确定）第四章传氧与通气搅拌(6)内容：氧的传递，双膜理论，传氧速率方程，搅拌功率的计算重点：氧的传递，传氧速率方程，体积溶氧系数的测定，搅拌功率的计算。,第五章发酵罐的比拟放大(4)内容：比拟放大的方法，机械搅拌发酵罐的比拟放大重点：机械搅拌发酵罐的比拟放大及相关计算第六章微生物培养及发酵动力学(6)内容：微生物生长曲线及发酵动力学产物形成动力学重点：分批培养动力学,课程要求：要求学生掌握生化工程的主要理论、概念、研究方法，多加练习掌握工业化过程的相关技术。基本概念要清楚，基础理论要理解，主要公式要会用，研究方法要掌握。课堂讲授与现场练习课后作业成绩：平时作业考试成绩,参考书及文献,王岁楼主编，生化工程，中国医药科技出版社，2002伦世仪主编，生化工程，中国轻工业出版社2002贾士儒主编，生物反应工程原理（21世纪高等学校教材），科学出版社，2003,谢谢大家！,谢谢！,
