发酵过程优化与控制-原理部分 课件

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1、发酵过程优化与控制汪文俊博士中南民族大学生物科学学院国家民委生物制药工程中心TEL：62164736wangwenjun@mail.scuec.edu.cnQQ：4892648381课程内容与参考书内容发酵过程优化与控制(原理部分)发酵过程优化与控制(工艺部分)发酵过程优化与控制(控制部分)发酵过程优化与控制(实践部分)参考书目发酵过程优化原理与实践陈坚江南大学多尺度微生物过程优化张嗣良华东理工大学发酵过程原理叶勤华东理工大学2生物学化学工程工程学化学生物技术生物化学生物工程学科的交叉与渗透新兴、前沿学科往往在学科交叉中产生3生物技术医药生物技

2、术农业生物技术工业生物技术环境生物技术材料生物技术...用生物或生物分子机器生产产品和解决问题4工业生物技术含意：在工业规模的生产过程中使用或部分使用生物技术来实现产品的制造，这种技术是应用微生物和生物催化剂来提供产品和服务核心目标：大规模利用生物体系（如细胞或酶）作为催化剂实现物质转化工业生物技术是生物技术的重要组成部分5底物生物反应器检测控制仪表培养基（灭菌）经加工原料酶细胞生物催化剂（游离或固定化）机械能除菌空气产品提取纯化副产品产品废物热能原材料营养物典型工业生物技术过程6发酵工程──利用微生物进行产品生产抗生素、生物制药、氨基酸、核苷

3、酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业基因工程药物、疫苗及抗体产品传统生物技术化学工程生物化工生物加工行业现代生物技术基因工程菌发酵7生物技术产品生产的发展历程发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动植物生物反应器的名称、定义与范畴：植物生物反应器、动物生物反应器、微生物生物反应器、哺乳动物乳腺生物反应器、利用活体家蚕及动物细胞培养生产有用蛋白、微生物细胞

4、加工厂,….8细胞大规模培养技术细胞大规模培养──微生物、动植物细胞、藻类细胞等，传统技术或基因工程改造细胞代谢产物、生物转化、酶、蛋白质表达和基因质粒等占生物技术产品的40%以上，达1OOO亿美元。9发酵工程产业化发展目前，全球发酵产品的年销售额在1000亿美元左右，并以每年约7％～8％的速率增长。我国发酵行业生产企业有5000多家，主要发酵产品的年产值高达1300亿元。发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题10人类社会经济发展的危机随着人类社会经济发展，当前的能源

5、结构、资源结构、环境状态已不能支撑现有的发展模式。特别重要的是随着煤、石油等能源的耗竭以及环境保护的急需，如果没有基于科技进步的大力开发，能源和资源将难以支撑人类社会进一步发展的目标。传统的粗放型经济增长方式必定走到尽头，必需走资源节约型、环境友好型的道路11基于碳氢化合物的经济转变为基于碳水化合物的经济将工业革命世纪转变到生物技术世纪只有工业微生物才能将来源于太阳能的可再生资源碳水化合物转变为现代社会所需要的化工原料和能源。这种能源结构和资源结构的转变直接关系到我国经济的可持续发展，社会的稳定、和国家安全。12Idealizedbiorefi

6、neryconcept.(ImagecourtesyofOakRidgeNationalLaboratory,OakRidge,TN,USA.)13《细胞大规模培养》在生物技术产业发展中的作用21世纪的生物技术产业究竟是一个什么样的格局？作为生物技术产业的核心，以微生物为代表的过程研究，在已经开始的生物经济时代是处于一种什么状态？能起何种作用？面临怎样的课题?这是人们所关注的问题！14发酵工程的重大转折点二十世纪四十年代初，第二次世界大战爆发，青霉素的发现，迅速形成工业大规摸生产。1928年由Fleming发现青霉素1941年美国和英国合作对

7、青霉素进行生产研究表面培养：1升扁瓶或锥形瓶，内装200mL麦麸培养基───40u/ml1943年沉浸培养：5m3───200u/ml当今：100m3─200m3───5-7万u/ml链霉素、金霉素、新霉索、红霉素15主要的技术进展：通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。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。意义：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16大型发酵罐搅拌装置17现代发酵工程的主要研究内容发酵

8、过程的优化控制技术2.生化过程的模型化3.高密度培养技术4.代谢工程和代谢网络控制5.新型生化反应器的研究和开发6.新型发酵和产品分离技术18第一章绪