生化工程第一章

生化工程姚璐晔生化工程主要内容生化工程生化反应动力学生化反应器酶反应动力学细胞生长动力学理想流动生化反应器生化反应器的流动模型工业化反应器生化工程讲授内容

第一章绪论第二章培养基灭菌空气除菌第三章均相酶催化反应动力学第四章固定化酶第五章微生物反应动力学第六章理想流动反应器第七章传递过程第一章绪论一、青霉素、链霉素的发现及其工业化生产二、发酵工程的发展历程三、生化工程的研究进展和主要研究内容一、青霉素、链霉素的发现及其工业化生产TheStoryofPenicillinAlexanderFleming青霉素的生产是生物学家和化学工程师展开合作研究的范例：

1928年，英国的微生物学家亚历山大·弗莱明在分离金黄色葡萄球菌时，发现其中的一个平板不小心污染了霉菌。一般情况下，这种平板会被当作实验失败处理掉，但细心的弗莱明发现在霉菌菌落周围，金黄色葡萄球菌的生长受到了抑制，他敏感的意识到可能是霉菌产生了一种能杀死细菌的物质。弗莱明将这个霉菌分离出来进行培养，在霉菌培养液中分离得到这种能杀死细菌的物质——青霉素。

PenicillinInhibitstheBacterialGrowthWhatIsthePenicilliumLike?

弗莱明小心地保存着这株霉菌，但这个发现在很长的一段时间没有受到当时学术界的重视。在二次世界大战期间，人们开始重视弗莱明的发现，由于磺胺类药物的副作用较大并且作用范围较小而受到限制，迫切需要副作用小而且广谱的抗生素应用于治疗伤口感染。

牛津大学的HowardFlorey和ErnstChain决定对弗莱明的发现进行工程开放。通过几个月的努力，他们分离得到了一些青霉素用于治疗实验动物，取得较好的效果。不久之后，他们开始将青霉素应用于警察受伤后的血液感染。MorePenicillin=MoreLifeSurvived

青霉素在初期的疗效非常好。但遗憾的是，由于青霉素供应不足，常常导致伤员伤口复发而死亡。为了生产得到大量的青霉素，需要进行青霉素的工程开发，这需要微生物生理学家、生命科学家和化学工程师的共同参与。当时英国正处于战争状态，英国的工业将主要精力都投入到了战争状态。而美国当时还没有卷入战争，Florey和他的助手力图劝说美国的公司致力于青霉素的开发。因此当时的Merck，Pfizer，Squibb和USDA北部研究室等投入到青霉素的工程开发研究之中。早期青霉素生产技术EarlypenicillinculturefacilityattheSirWilliamDumnSchoolofPathology,Oxford,England.

ResearchrestrictedduetoWorldWarⅡ.Initiallyproducedinmilkbottles.ProductionshiftedtoAmericatoavoidGermanbombs.40年代的青霉素工厂

OneofthefirstPenicillinfactories,TerreHaute,IndianaJune1944青霉素工业化生产替代了低效的实验室生产方法，以满足军用需求和少量的民用需求。1945年诺贝尔医学奖（青霉素的发现及应用研究）1.英国的亚历山大·弗莱明（AlexanderFleming）2.澳大利亚病理学家弗洛里（HowardFlorey）和生物学家钱恩（ErnestBorisChain）

（奖励青霉素的发现及应用研究）青霉素分离流程图青霉素发酵液，过滤，溶剂萃取，活性炭处理，结晶，晶体过滤，晶体洗涤，晶体过滤和干燥青霉走素发寄酵——重大洲贡献时间隐：20世纪40饮-6循0年代大规局模液壮体发岩酵罐搅拌指装置钞（搅伞拌桨脾、轴突封）通气遣装置止（空拿气过党滤、疲分散催器）灭菌前装置敏（管够路、默阀门哀、罐房诚内）无菌若状态删（接迁种、采采样董、隔台离）控制义装置延（温蒸度、pH、溶烈氧、竟消泡改）流加耐装置用（碱币、葡抹萄糖皮、前灾体）目前朵规模档：百尤吨至摆千吨境发酵面罐链霉执素的柔发现——No痛be克l蛋Pr肾iz姐eWA腾KS股MA越N,想S低el输ma食n独(1换88浆8.随7.恨22描-1肃97百3.胡8.嫩16五)美国缘瑞微生者物学摄家。泄生于根乌克誓兰的恐普里冷鲁卡廉。在伙奥德驴赛读嗽完高停级中舞学，抬于19租10年赴础美，19灾15年毕炉业于Ru教tg但er恼s筹Co顽ll寒eg笨e19仿25年任揉该学西院副辈教授19湾31年升阶任教菌授19眠49桂-1损95贺8年任弃微生糟物学播研究槽所所吉长链霉秆素是中第一忘个能钉有效秃治疗敬结核纠病的类药物Wa烈ks榨ma扰n的发霸现开鹿启了菊一扇危创新下之门塑，上寸世纪50年代蒸，新谨抗生蹈素陆渠续出耗现，华弥补童了链龟霉素且的缺惜点二旦、发漫酵工贪程的德发展屯历程发酵多工程叨的过灵去——发展毯的年铜鉴第一鹿阶段19耳00年前白酒榴、醋尚、酒店精使用粱温度段计、申比重递计和裂热交肚换器分批艇培养使用件纯酵展母培糟养物饲（18肉96年）轮，用绞优质畜醋接电种发迎酵第二朋阶段19糕00吉-1腰94进0面包蜻酵母态、甘都油、所柠檬艇酸和炉丙酮祝丁醇pH离线还控制困、温丑度控揉制分批记和补揪料培啄养应用粒纯培乒养技怕术第三独阶段19歌40-目前青霉句素、爆氨基薪酸、选核苷喊酸、层酶可灭欺菌的pH和溶独氧电舒极，谦计算侄机控捡制分批绵和补雀料，递连续抽培养凝开始菌种撒筛选督程序鞠重要发酵匀工程跳的过墓去——发展够的年旗鉴第四约阶段19享60年-目前用烃看和别苏的贮嗽存物激生产糟单细鉴胞蛋集白计算桑机控点制连续康培养+培养捞基再箭循环生产球菌株亡的遗段传工达程技筝术第五挣阶段19搁79年-目前通常缓微生伤物不箭产生存的异寺质化然合物愧，如纲胰岛挽素、脆干扰泰素更先守进的饥控制驻手段杏和传纯感期分批逝，补革料-分批模或连迫续用基骗因工健程技劫术将肿外源掀基因酱引入峡微生仪物宿身主第六脾阶段19海90年-目前解决巧能源党、资匠源、警环境拖等问宪题的签工业侦应用基因间组学缸、蛋累白组能学、临代谢孙组学怪等技仅术紧咱密结窗合组学胃技术依与发路酵工膜程代谢各控制通发酵上技术发酵胶工程乐的现上在和皆未来——生物辜技术锤的三淹次浪散潮公司投数量生物穷医药转基岗因植熟物工业魂生物咳技术第一葱次浪虽潮第二你次浪邀潮第三泉次浪悬潮19盐80拨-1识99伟019偿91发-2暂00凤020功01缩慧-红色质生物丙技术绿色洗生物踢技术白色对生物拌技术三、妙生化见工程仍的研旦究进恼展和观主要斜研究树内容生化夫工程个的研要究进烈展20世纪40年代彻初抗感生素伏工业李的兴影起，萝标志先着发倒酵工雾业进执入了策一个影新阶油段40年代鼓末一品门反冷映生礼物和废化工临相交洪叉的屠学科——生化晌工程骑诞生19巴54年，Ha卖st启in结g指出卷，生凑化工盗程要瓦解决暴的十窃大问遭题是舌深层玻培养脏、通玩气、权空气壳除菌虏、搅通拌、翁结构捉材料伤、容讲器、亭冷却斧方式宴、设害备及赵培养功基除改菌、属过滤态、公西害19宝64年Ai遥ba等人奔认为慢通气农搅拌改与放阿大是毫生化孔工程帖学科咏的核垦心，芒其中币放大递是生症化工强程的辜焦点20世纪60年代钱中期舞，建句立了振无菌衔操作假的一哗整套榜技术19启73年Ai瞒ba等人寻进一连步指腾出，化在大惰规模愧研究蛮方面完，仅愤仅把水重点透放在班无菌崇操作绸、通驶气搅姓拌等才过程砌的物扩理现卖象解塑析和板设备话的开纱发上跪是不两够的茂，应轰当进芦一步挎开展怕微生染物反辱应本肺质的养研究19匪79年，姐日本傅学者宇山根消恒夫缩慧编著荐了《生物史反应蒸工程》一书砌，认姥为生得物反箱应工蛙程是落一门敲以速搅度为辆基础蜂，研孝究酶哪反应裹、微景生物岗反应氧及废昼水处员理过祥程的尝合理廊设计坡、操嫩作和们控制雄的工云程学19国85年，离德国巷学者某卡尔·许格橡尔提夜出生筐物反卵应工域程的粪研究璃应当翁包括诞两个按方面识的内间容：岛一是宏观牺动力放学，它恰涉及傍生物乞、化偶学、牌物理创之间矿的相河互关机系；兄二是生物掏反应锯器工谅程，它仁主要吼涉及球反应凡器本批身，缝特别贸是不誓同的加反应壳器对皆生物煌化学团和物烘理过某程的戚影响生化敏工程本的研垮究进均展生化斜工程举的定上义研究培“利狮用生尝物催逮化剂候（酶摘或细张胞）帆从事风生物助技术兴产品余的生随产过适程”裹的工氧程科酒学。将工锈程原滴理应奥用于吵开发黑和分肤析生匆物过西程的灾科学餐。生物波反应栋工程竭是化学偏工程与生物确技术的交忍叉学原科。属是应辣用化锡学工迹程的靠原理倡与方政法将滩生物杠技术特的实工验室跨成果些进行工业萌开发的一皆门学驼科。目前笨一般列认为生化奖工程是一巨门以歇生物父反应追动力夹学为地基础专，研阀究生型物反旅应过勾程优跃化和省控制斜以及差生物仿反应导器的离设计甩、放娇大与蛛操作真的学聚科。生化甚工程的研当究主零要采勿用化味学动膊力学惧、传稀递过洽程原山理、硬设备纤工程俊学、赵过程听动态顾学及常最优菜化原猎理等枝化学竞工程赚学原陵理，秃也涉挪及到悉生物弱化学惑、微砍生物友学、荡微生望物生蒙理学伤和遗山传学泻等许刑多学伙科领识域，色因此界是一还门综柳合性爽很强阁的学翠科。生化蚊工程的核金心是念生物念反应铲过程便的数锡量化外处理侄和动员力学蓝模型率的建痒立，加实现困发酵偏过程劈燕优化铁则是漠生物薄反应凝工程够的研疾究目奇标。生化剪工程片主要碎内容生化工程生化反应动力学生化反应器酶反应动力学细胞生长动力学理想流动生化反应器生化反应器的流动模型工业化反应器生化避反应竿动力栋学的肯研究奖内容均相理酶催阵化反吉应动聚力学固定卸化酶户催化坊反应荐动力援学游离想细胞莫培养验过程肯反应吵动力肢学固定俱化细义胞反嫌应动沸力学混合融培养未细胞与反应梨动力搅学生物揭反应滴工程竹的特贼点采用溜生物在催化谢剂原料巧为可糖再生长资源反应毒条件隙温和产物说浓度售较低生物弃学工程吸学化学生化蛮工程（生祥化反差应工碎程）数学胀模型经验拖模型半经企验模神型机理躺模型主要浪包括茄：细仁胞生固长、赠产物称合成追和基卖质消硬耗三画类动资力学立模型生物临反应列器生物仅反应如器的殃传递涨特性（传滔质、羽传热副、动边量传芽递）生物艺反应毫器的再设计查与放辈大生物傲反应软器工情程的槐研究税内容包括福：生批物反继应器亩的形绍式、话结构挎、操努作方旁式、尽物料喷的流孩动与族混合屑状况扑、传姜递过面程特系征等以上划因素狭是影茧响微葡生物盒反应拨宏观崭动力到学的枯重要保因素生物谱反应码器中吩复杂恭的相造互关渐系反应轿器的饼类型通气贸搅拌乔式反踪蝶应器气体括搅拌氏式反液应器梨（气币升式虫反应到器）管式惊反应牙器动、础植物抗细胞唱培养葱反应自器反应像器类巧型生物呜反应宗器的位优化尖与控薄制工程塑放大摇瓶位试验小试中试工业兵化生漆产现代巾生化吸工程蹈的主五要研