生物工艺学课件1章节
57页1、生物工艺学,教材 俞俊棠编新编生物工艺学,化学工业出版社,2002 教学参考书 1 贺小贤编.生物工艺原理, 化学工业出版社,2003 2 姚汝华主编. 微生物工程工艺原理,华南理工大学出版社,1996 3 熊宗贵发酵工艺原理,中国医药科学技术出版社,2000 4 梅乐和生化生产工艺学,科学出版社,2001 李艳 编著发酵概论,轻工出版社,1999 瞿礼嘉现代生物技术导论,高等教育出版社,1998 吴庆余. 基础生命科学,高等教育出版社,2002 8 宋思扬等编生物技术概论,科学技术出版社,2000,1 绪 论 1.1 生物工艺学的定义和特点 生物工艺学(biotechnology)一门既有悠久历史又有崭新内容的科学技术和生产工艺。 生物工艺学(biotechnology) (生物技术,生物工程) 应用自然科学和工程学的原理,依靠生物催化剂(biocatalyst)的作用将物料进行加工以提供产品或用以为社会服务的技术。,生物技术是带动世纪经济发展的关键技术之一,它在化工、医药卫生、农林牧渔、轻工食品、能源和环境等领域都将发挥重要作用。它促进了传统产业的改造和新兴产业的形成,将对人类社会
2、产生深远的影响。21世纪是生物技术世纪;科学家预言: 21世纪世界即将在生物技术上取得重大突破,新世纪之初,科学方面的主要将在生物学、遗传学和医学、新型生物材料、能源、环境保护上有所突破; 经济学家则认为:21世纪20年代,生物经济将由目前的形成阶段进入成长阶段,即工业生产与商业开发阶段。 在世界各国普遍重视高科技发展的今天,生物技术对经济建设和社会进步的深远影响,已越来越被人们认识。有关部门领导在思考着如何用生物技术去振兴部门、地区或国家的经济;工农业、企事业单位在估量着如何用生物技术去调整产业结构,提高产品质量与企业效益;科技人员在探索着如何从生物机能中获得发展生物技术的启发,又如何将生物技术的研究成果转化为生产力;社会公众在关注着生物技术可能给全社会同时带来的福利、问题和灾难。,但是,应该承认生物技术又是一种较难准确掌 握的知识。因为生物技术所涉及的学科和行业实在 太多。它是一个高度跨学科与跨行业的领域。从不 同的学科和行业去理解生物技术时,总难免带有不 同侧重点。所以强调准确理解生物技术就显得十分 必要。,1.2 一般生物反应过程 生物反应过程的实质是利用生物催化剂从事生物产品
3、的生产过程。 酶(enzyme) 游离酶/固定化酶-酶反应过程 生物催化剂 细胞(cell)固定化细胞/游离细胞-发酵过程 动、植物细胞(组织)培养过程 污水生化处理过程 生物反应过程 从天然物质中应用生物技术提取 有效成分,细胞(cell) 酶 (enzyme) 除菌 检测 空气 控制 生物催化剂 热能(heat) (biocatalyst) (bioreactor) 产品(product) 生物反应器 提取 副产品(by product) (raw material) (extract) 残渣(lee/residue) 原材料 底物 (substrate) 灭菌 (sterilizing) 营养物 (nutrient) 经加工的 培养基(medium) 原材料(processed material) 一般生物反应过程示意图,一般生物反应过程可分为四个部分: 发酵原料的预处理: 发酵原料是很丰富的,如薯类、谷类等,但许多工业微生物都不能直接利用这些发酵原料,通常需要将它们进行粉碎、蒸煮、水解成葡萄糖以供给微生物利用。还可以利用废糖蜜、工农业的下脚料。 发酵过程的准备: 发酵前必须进行
4、种子制备与无菌消毒。无菌消毒是种子制备与发酵的必要条件,一般在发酵前将发酵原料装入发酵罐中,通入98千帕的蒸汽高温灭菌,冷却后,在无菌条件下接入菌种。在发酵过程中要绝对保证无杂菌的污染,即没有目标微生物以外的微生物存在,这是发酵成功与否的关键,对于好氧性发酵,还需要通入无菌空气。, 生物反应器及反应条件的选择: 由于使用的微生物不同,其代谢规律不一样,因而有厌氧发酵和好氧发酵两种方法。厌氧发酵亦称静置发酵,如酒精(alcohol)、啤酒(beer)、丙酮(acetone)丁醇(butanol)及乳酸(lactic acid)等均为厌氧发酵产品,其发酵设备不需供氧,所以设备和工艺都较好氧发酵简单。好氧发酵,顾名思义,就是微生物发酵过程中需要消耗大量的氧气,以供代谢需要。味精、赤霉素、土霉素等的生产都属此类。 产品的分离与纯化(下游技术) 分离与纯化是从发酵液中制取符合质量指标的制品。 首先,将发酵液进行过滤、离心以除去固体杂质,然后采用吸附法、溶煤萃取法、离子交换法、沉淀法或蒸馏法等,对发酵液中的产品进行进一步的提炼,以得到符合要求的目标产品。,生物反应过程的特点: 1. 原料以碳水化合
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