生物工程反应课件

1、生物工程反应1 生物工程反应 姜 梅 2013.9 联系方式： 生物工程反应2 生物工程反应3 生物工程反应4 n本章重点：生物反应工程 生物工程概念与内容； n本章难点：生物反应过程与 生物反应工程的区别区别。 生物工程反应5 1.1生物反应过程概述生物反应过程概述 1.1.1生物反应过程生物反应过程(bioprocess) n定义：将生物技术的实验室成果经工艺 及工程开发而成为可供工业生产的工艺 过程。 n实质：利用生物催化剂从事生物技术产 品的生产过程。 n青霉素青霉素的生产 生物工程反应6 抗生素抗生素青霉素青霉素 n罗伯茨（罗伯茨（W. Roberts，1874)1874)首次报道微

2、生物的首次报道微生物的 颉颃现象（颉颃现象（antagonism）灰绿青霉生长旺盛）灰绿青霉生长旺盛 的液体会使人工感染细菌困难的液体会使人工感染细菌困难 n廷德尔（廷德尔（J.Tyndall,1876）青霉菌与细菌液体培青霉菌与细菌液体培 养中有颉颃现象养中有颉颃现象 n巴斯德和朱伯特巴斯德和朱伯特（J.F.Joubert，1877) )用炭疽芽用炭疽芽 孢杆菌培养物感染动物孢杆菌培养物感染动物 n巴比斯和科尼尔（巴比斯和科尼尔（V.Babes 产物与底物的浓度仅沿半径r方向变化。 生物工程反应142 2.3.3内扩散对酶催化动力学影响内扩散对酶催化动力学影响 A数学模型：数学模型： 根据以

3、根据以 上假设建立方程：上假设建立方程： 对底物进行物料恒算对底物进行物料恒算 即即 流入量流入量-流出量流出量=反应量反应量 生物工程反应143 建 立 方 程 该微分方程无解析解，只能用数值法求解该微分方程无解析解，只能用数值法求解 生物工程反应144 2.3.4 西勒准数 n定义： n物理意义：是表面反应速率(即以固定化酶外表面处的 浓度为基准反应速率）与内扩散速率之比。 n应用：求内效率因子 生物工程反应145 2.3.5内效率因子in nin 是 与 的 函 数 生物工程反应146 SSm SS Rr Sr SSm SS Rr Sr o in in CK Cr dr dC De R

4、CK Cr R dr dC DeR r r maxmax 3 2 3 3 4 4 引入无因次参数，则引入无因次参数，则 1 1 3 2 1l X in dl dc in 无解析解，只有数值解。无解析解，只有数值解。 生物工程反应147 例分析下图in与和关系 n内扩散效率因子内扩散效率因子 in 是是 和和 的函数。的函数。 对对 in影响不大，影响影响不大，影响 in的的 主要参数是西勒准数主要参数是西勒准数 。 n 0.3，不随变化，近似等于1，也就是没有内部传质阻力。 n若 0.3，则有in 1，反应为 内传质所限制。 n为提高固定化酶内扩散效率，应设法减小为提高固定化酶内扩散效率，应设法减小 。 减小减小 的措施主要的措施主要 是适当降低固定化酶颗粒粒径。是适当降低固定化酶颗粒粒径。 生物工程反应148 外扩散过程外扩散过程内扩散过程内扩散过程 Da准数是决定外扩准数是决定外扩 散散 效率的唯一参数。效率的唯一参数。 准数是决定内扩准数是决定内扩 散效率的主要参数。散效率的主要参数。 Da准数定义：准数定义： 西勒准数定义：西勒准数定义： 外扩散效率因子定义：外扩散效率因子定义： 内扩散效率因子定义：内扩散效率因子定义： Da1，过程为外，过程为外 扩散控制扩散控制 0.3时，时， 过程