生物工艺原理-绪论

生物工艺原理—绪论生物技术与生物工艺学：应用自然科学及工程学原理，依靠生物催化剂的作用将物料进行加工，以提供产品或为社会服务。Biotechnology归纳为三点：（1）生物技术是一门多学科、综合性的科学技术（2）过程中需生物催化剂(biologicalcatalyst)参与（3）目的是建立工业生产过程或进行社会服务。3、生物工艺组成从广义上讲由三部分组成：上游工程，中游工程，下游工程4、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的生产过程。5、一般生物反应过程可分为四个部分：（1）发酵原料的预处理：有些发酵原料工业微生物不能直接利用，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。（2）发酵过程的准备：发酵前必须进行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（高压蒸汽灭菌）（3）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。（4）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。6、生物反应过程的特点：（1）生产过程通常在常温下进行，操作条件温和，不需要考虑防爆问题，一种设备具有多种用途。原料以碳水化合物为主，并加入少量有机和无机氮源。不含有毒物质。（2）生产反应过程是以生命体的自动调节方式进行的，多个反应像一个反应一样，可在单一设备中进行；（3）易于进行复杂的高分子化合物的生产，如酶、光学活性体等（4）能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位的反应，如氧化、还原、官能团导入等；（5）生产产品的生物体本身也是产物，富含维生素、蛋白质、酶等；除特殊情况外，培养液一般不会对人和动物造成危害；（6）生产过程中需要注意防止杂菌污染，尤其是噬菌体的侵入，以免造成很大的危害。（7）通过改良生物体生产性能，可在不增加设备投资的条件下，利用原有的生产设备使生产能力飞跃上升。7、生物生产过程的共性（1）作为培养基成分有碳源、氮源、微量元素及生长因子等，并确定培养基中各成分的含量及比例;（2）合理设计一级、二级乃之三级种子培养系统，各级培养时间以及种子培养系统要与生产过程合理配套；（3）合理控制不同阶段的环境条件，保证细胞正常生长和所需产物的形成，以最低的消耗获得最大的得率；（4）生产过程需要防止杂菌污染，保证生产正常进行；（5）选择合适的分离方法，使之高效率、低成本地从细胞或培养液中提取、分离、纯化和精制所需产品；8、现代生物技术：以DNA重组为主要手段，依靠清洁、经济的生物反应器，利用可再生性资源加工人类所需产品的具有可持续发展特性的技术。包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程。基因工程在其中处于主导地位9、生产微生物细胞物质：以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的产品的生产过程，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。10、初级代谢产物（中间代谢产物）：对数生长期形成的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸等，是菌体自身生长繁殖所必须的，次级代谢产物：在生长的稳定期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子（plantgrowthfactor）等。它们与菌体生长繁殖无明显关系。11、微生物的生物转化：利用微生物细胞的一种或多种酶对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物。12、生物过程工程基本概念：尽管生物过程所生产的产品性质、加工方法、工艺流程以及设备型式等完全不同，甚至差异很大。但却有共同点，即从原料转变为产品，均包括一系列生物反应过程、化学反应过程和物理操作过程，按照不同方式串联或并联而成。生物反应过程是具有决定意义的一步。是生物生产过程的核心，其他过程是为生物反应过程服务的。13、四种工程理念：理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的安全性、经济上的合理性14、生物反应过程应关注的普遍性问题：（1）目的产物中心观点：为提高产物对原料的转化率，要求关注生物反应代谢过程和培养产物分离纯化两个方面。对于前者，要促进细胞对营养物质的吸收；减少与目的产物形成无关的代谢支流，使各个分支的物质相对集中流向目的产物；消除目的产物进一步代谢的途径。对于后者的单元操作，应根据质量守恒定律对目的产物进行物料衡算。（2）能量最小的观点：在细胞代谢和生产过程中均消耗一定能量，并以不同形式提供。对于生产过程，可根据能量守恒定律和能量系统集成技术进行衡算，减少生产过程中的能量消耗。（3）细胞经济与生产经济矛盾的观点：要获得细胞代谢产物的过量生产，一是要改变细胞基因型而改变代谢途径；另一种方法是通过改变培养条件改变控制代谢。过量表达代谢产物的细胞是“