生物过程工程—第一章绪论1

1、生物过程工程Bioprocess Engineering，第一章绪论，1，生物过程工程概念的提出2，生物过程工程的研究内容和构成单元针织面料3，工程的概念，第一节，为了说明什么是生物过程工程，首先看到两个实例。 2 .紫杉醇生产工艺，1、发酵法核黄素生产工艺，2、紫杉醇生产工艺有着完全不同的对象和工艺，但有着相同的特点： 1， 由多个用户针织面料操作构成一个完整的生产流程2 .特定的对象是其生产流程不是唯一的3 .扩大生产必须考虑流程的优化4 .扩大生产相关设备的问题5 .排放和环境问题生物科技研究成果的扩大生产面临上述问题。 一、生物科技和生物科技成果产业化：一、生物科技定义：生物科技应用自

2、然科学和工程科学原理，依靠微生物、动物、植物加工材料，为社会服务提供产品技术。 国际合作发展组织(1982年)利用分子生物学、细胞生物学、生化、生物物理学、信息科学等手段，研究、修订、改造生命系统，定义生物改良，创造新的生物物种，或结合生物系统和工程科学手段，生产为人类所需要的产品和人类服务的高新技术。 是以分子生物学、细胞生物学等基础科学研究成果为基础发展起来的以生产应用为主的综合技术。 国家科技部生物技术产业发展战略研究报告(1999年11月)定义了应用生物或生物来源物质制造或改良商品的技术，其中包括改良有经济价值的植物和动物，利用微生物改善环境的技术。 美国政府技术顾问委员会(OAT )

3、定义了三个定义，虽然各种定义在文字的记述上有差异，但一点是一致的，在利用生物体的某些特性进行的加工过程中，最终获得产品(商品)，为社会提供服务。 因此，单靠实验室的研究不能达到这个目的。 2、生物科技内容主要涉及基因工程、细胞工程、发酵工程科学、酶催化剂工程科学、蛋白质工程科学，其他基因诊断与基因治疗、克隆技术、生物材料、生物芯片、生物能量、生物降解环境中利用有毒有害化合物的相关技术。 与生物科技相关的学科主要是对人类和社会生活影响最大的生物科技领域有分子生物学、微生物学、生化、遗传学、细胞生物学、化学工程学、压电石英药学等。 农业生物技术、压电石英药物生物技术、环境生物技术、海洋生物技术。

4、基因工程在分子水平上基于分子生物学和遗传学的原理，将一个生物体内的遗传信息(DNA )转移到另一个生物体内，使后者获得新的必要遗传性状，或表达出必要的产物，最终实现这一技术的商业价值。 生产稀有蛋白质药物的人生长荷尔蒙激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子、干燥挠曲素、纤维素酶、抗血友病因子、红紫素、尿激酶原、白细胞介素2、乙肝疫苗等。 对遗传病罹患癌症的基因治疗。基因工程应用领域、基因工程应用领域、农业、畜牧业、种植业转基因植物，如大豆、玉米、番茄等动物疫苗动物生长荷尔蒙激素抗化学除草剂基因、固氮酶基因； 为发酵工程菌种选育与改造提供技术保障的细胞工程、细胞工程，是通过在细胞球水平上的筛选与改造，

5、获得有商业价值的细胞球株与细胞系，进而通过规模培养，获得特殊商品的技术与过程。 细胞工程包括动物细胞工程和植物细胞工程，分别以动物细胞球和植物细胞球为主要生产对象，以细胞球培养为主要过程和内容。动物细胞培养、转瓶培养装置、一些单细胞球低等植物如单细胞球藻类的大规模培养成为细胞工程的重要组成部分。 获得蛋白质资源、营养食品、精细化工产品等。 如营养食品螺旋藻的生产(图)。 单细胞球藻类培养，高等植物细胞球具有万能性。 从高等植物根、茎、叶、花、果实等不同器官的组织中分离得到的单一细胞球，经过特殊培养形成愈伤组织，可诱导更完整的植株生成。植物细胞培养和试管苗、植物细胞球的大规模培养生产代谢产物，细

6、胞融合特殊处理不同种类的两种细胞球合在一起，在某些促融因子的作用下融合形成杂种细胞球。 细胞球重组将不同种类的细胞球零配件重新组合，如细胞核移植、叶绿体移植、核糖体重建、腺粒体组装等。 杂交瘤技术通过细胞融合产生特异性的杂交瘤细胞细胞球。 所谓的细胞融合、细胞球重组、杂交瘤技术、发酵工序、发酵工序，是指利用微生物，包括利用DNA重组技术改造的微生物在内，在全自动发酵罐和生物反应器中生产某些产品的技术。 现代发酵工程微生物生长动力学、大型发酵罐和生物反应器的研制，以及一系列化工尤针织面料的操作紧密结合应用的结果。 小型发酵槽、发酵槽系统、一般发酵工序包括以下基本步骤： (1)菌种的选育；(2)细

7、胞球的大规模培养即发酵过程；(3)代谢过程的指导性控制；(4)菌体及产物的收获发酵工序的应用与产品领域从非常广泛的食品、压电石英药品、精细化工产品到许多化学工业原材料生产、生物农药、降解塑料酶催化剂工程科学、酶催化剂工程科学是将酶催化剂、微生物和动植物细胞球等在一定的生物反应器中，利用酶催化剂具有的生物催化剂功能，并通过工程手段将相应原料转化为有用的物质，应用于社会生活的科学技术。 包括酶制剂的制备、酶催化剂的固定化、酶催化剂的修饰和改造、酶促反应器等。 酶催化剂工程科学的应用，主要集中在食品工业、轻工业和压电石英药品工业。 一些将蛋白质工程科学分类到酶催化剂工程科学。 实际上，酶催化剂工程科

8、学与蛋白质工程科学相关，有区别。 蛋白质工程科学是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助修订和蛋白质化学等多学科基础知识，通过基因人造的定向改造等阶段，进行蛋白质修饰、改造、结合，创造出满足人类需求的新技术。 蛋白质工程科学、生物科技各领域的相互关系、生物科技各领域的相互关系、这些个5项技术并非各自独立，它们相互连接、相互渗透。 其中的基因工程技术是核心技术，可以发展其他技术。 例如，利用基因工程改造细菌和细胞球得到的“工程菌”和“工程细胞球”，必须分别利用发酵工序和细胞工程生产有用的物质，利用基因工程技术改造酶催化剂，增加酶催化剂的产量、酶催化剂的稳定性、酶的催化效率的提高等。

9、3、生物科技成果产业化：生物科技和生物技术产业是节约型社会永续发展过程中具有先进性、战略性的产业。 其发展有可能解决人类社会目前面临的食品短缺、资源短缺、能源危机、环境污染加剧、疑难病治疗等诸多问题。 因此，生物科技产业是支撑中华民族伟大复兴的战略产业中国加快贯彻落实科学发展观，全面建设小康社会的必然选择生物科技产业快速发展是保障国家安全的战略措施。 不同版本的生物科技定义，虽然文字表达多少有些差异，但最终成为产品、商品，以服务于人类为目的，因此，生物科技实验室的成果最终实现产业化是真正的价值。从生物科技各领域的相互关系的印象可以看出，无论以什么样的方法，最终的目的也是产品。 从实验室到产品的

10、过程，需要其他学科的理论和技术的辅助通讯端口，需要相应的设备的辅助通讯端口，构成完整的过程或过程。 什么是过程科学？ 什么是过程工程？ 过程科学的产生是科学发展到一定阶段的。 各学科研究的对象都是客观存在的不同学科的不同不是研究对象不同，而是研究角度不同，研究侧重点。 二、生物过程工程科学概念的提出：1、过程科学到过程工程科学：如研究对象学科临床医学、预防医学、运动医学、人体生理学、运动生理学、人们在科学研究过程中逐渐发现这样的规律，表面上看似是两个完全无关的对象，但研究思路、研究方法、 一旦建立了与研究计程仪或过程中的相似性相关的不同研究对象之间的联系和研究方法的相似性，学科分类就被重新分类

11、。 对于不同对象的不同方面，可以看出方法相同，按“方法”分别进行分类。 某个研究使用方法1、方法2、方法3的方法n，而这些个的方法顺序相连的是“进程”。 过程科学是怎样形成的呢？ 过程科学起源于工业生产实践。 对工业生产的分类，比较科学的是根据生产方式、扩大生产的方法以及生产时材料经过的主要变化进行分类，将工业生产分为“工艺工业”和“产品工业”。 工艺工业的特点，(1)使用的原料主要是自然资源；(2)生产过程是连续生产；(3)原料在生产过程中经过了多次化学变化和物理变化；(4)生产的扩大主要是通过“生产规模的扩大”来实现；(5)其产品主要作为“产品工业”的原料；(6) 此类工业环境污染严重，产

12、品工业的特点，(1)使用的原料大部分是“工艺工业”生产的产品，(2)产品基本上为人类直接使用，(3)生产过程基本不连续，(4)在生产中只对原料进行物理加工或机械加工，(5) 扩大生产主要通过“增加生产流水线”实现的生产是“离散”方式(6)随着对“工艺工业”污染越来越轻的工业分为“工艺工业”和“产品工业”，工艺工业需要建立自各儿的技术理论基础，从原理上提高生产效率，投资费用和操作可从原理上研究开发新的工艺流程、设备改进和新设备开发，极力排除环境效应和污染，使之符合永续发展的基本原则。 这就是过程科学产生和发展的社会需要。 过程科学的产生源于过程工业的社会需要，过程科学的产生脱胎和化学工程学的“三

13、传一反”，化学工程学是化学加工技术的科学基础，以物质和能量转化和传递过程的共性规律为主要研究内容，是将物质和能量转化和传递过程的实验室研究成果转化为现实生产力的有力工具。 由于化学工程学的核心是“三传一反”，即三传：动量传递过程、热传递过程、质量传递过程一反：化学反应过程，或四传一反、“三传一反”理论体系的建立，化学工程学已成为更全面的工程科学学科。 三传含有一些优针织面料操作，这些个的优针织面料操作不仅在化工生产过程中得到普遍使用，而且在冶金、能源、建材等工业生产中也构成优针织面料操作过程，特别是现代生化工业的兴起，利用了其与化学工程学的理论和技术基础。 “三传一反”已成为其他“过程工业”的

14、理论基础。 结果，过程科学诞生，过程科学的意义，过程被定义为将一系列输入转换为输出的活动，产品是过程的结果。广义：研究以过程为对象的科学时间相关科学系统输入与输出的本质因果关系的科学狭义：以物质与能量转化和传递过程的共性规则为主要研究内容，将物质、能量、信息转化和传递过程的实验室研究成果转化为现实生产力科学的本质仍然是技术(工程科学)科学。 什么是过程工程？ “工艺项目工程”源于化学项目工程的发展和持续的化学工程学在发展过程中，其技术和方法不断用于其他行业产品的研究和开发。 工艺技术通过一系列化学反应和物理、化学分离操作来改变原料的状态、微观结构(和/或)化学组成，它们的组合的工程应用统称为“工艺工序”(Process Engineering )。