生物化学工程课件.pptx

生物化学工程课件

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目录

壹

生物化学工程概述

贰

基础理论知识

叁

生物化学工程过程

肆

生物化学工程设备

伍

生物化学工程实践

陆

生物化学工程前沿

生物化学工程概述

章节副标题

壹

定义与重要性

生物化学工程是应用工程原理于生物化学过程，以生产有用的产品，如药物和食品添加剂。

生物化学工程的定义

通过生物转化和生物催化，生物化学工程有助于实现资源的可持续利用和环境的保护。

在可持续发展中的作用

生物化学工程推动了制药、食品和环保等行业的发展，是现代工业不可或缺的一部分。

对现代工业的影响

01

02

03

发展历程

早期发酵技术

19世纪末，发酵技术的初步应用标志着生物化学工程的诞生，如啤酒和葡萄酒的生产。

工业酶的开发

20世纪中叶，随着工业酶的开发和应用，生物化学工程进入快速发展阶段，推动了制药和食品工业。

发展历程

20世纪70年代，基因工程的兴起极大地扩展了生物化学工程的应用范围，如重组DNA技术。

基因工程的兴起

01

21世纪初，生物反应器技术的创新使得大规模生物制品的生产成为可能，如单克隆抗体的生产。

生物反应器的创新

02

应用领域

医药行业

生物化学工程在医药行业中的应用包括药物的生产、新药的研发以及生物制药技术的创新。

食品工业

利用生物化学工程原理，食品工业可以进行发酵食品的生产、食品添加剂的开发和食品质量的提升。

环境保护

生物化学工程在环境保护领域中用于废水处理、废气净化以及生物修复等技术的开发和应用。

基础理论知识

章节副标题

贰

生物化学基础

酶是生物化学反应的催化剂，能够加速反应速率，如淀粉酶分解淀粉为糖类。

酶的催化作用

01

细胞代谢途径包括糖酵解、三羧酸循环等，是生物体能量转换和物质合成的基础。

细胞代谢途径

02

DNA和RNA的双螺旋结构及其携带遗传信息的功能是生物化学研究的核心内容。

核酸的结构与功能

03

蛋白质的四级结构决定了其在生物体内的多种功能，如酶活性、信号传导等。

蛋白质的结构与功能

04

工程原理

酶作为生物催化剂，通过降低反应活化能，加速化学反应速率，广泛应用于生物化学工程。

酶催化原理

利用层析、离心、萃取等技术，从复杂的生物反应混合物中分离和纯化目标产物。

分离纯化技术

通过调节温度、pH值、氧气供应等参数，控制微生物的发酵过程，以提高产物的产量和质量。

发酵过程控制

反应动力学

反应速率方程描述了反应物浓度随时间变化的速率，是反应动力学的核心内容。

反应速率方程

活化能是指反应物转化为产物所需克服的能量障碍，对反应速率有重要影响。

活化能概念

根据阿伦尼乌斯方程，温度升高通常会增加反应速率，因为活化分子数量增多。

温度对反应速率的影响

催化剂通过提供一个能量较低的反应路径来加速化学反应，但本身不参与反应。

催化剂的作用

生物化学工程过程

章节副标题

叁

发酵过程

01

微生物的选择与培养

选择合适的微生物菌株并优化培养条件，是发酵过程成功的关键，如抗生素生产中使用的链霉菌。

03

代谢产物的提取与纯化

从发酵液中提取目标产物，如乙醇或氨基酸，通常涉及离心、过滤和层析等纯化技术。

02

发酵罐的设计与操作

发酵罐的设计需考虑通气、搅拌和温度控制等因素，以确保微生物生长和代谢产物的生成。

04

发酵过程的监控与控制

实时监控发酵过程中的pH值、溶解氧等参数，通过自动控制系统调节以维持最佳发酵条件。

酶工程

通过微生物发酵或植物提取等方法，获得所需的酶制剂，为工业应用提供基础。

酶的生产与提取

固定化酶技术可以提高酶的稳定性和重复使用性，广泛应用于食品、医药等行业。

酶的固定化技术

通过基因工程技术对酶分子进行改造，以提高其催化效率和适应不同的工业条件。

酶的分子改造

生物分离技术

离心分离技术

电泳分离技术

膜分离技术

层析技术

利用离心力将混合物中的不同密度组分分离，广泛应用于细胞和颗粒的分离。

通过物质在固定相和流动相中的不同迁移速率实现分离，如气相层析和液相层析。

使用半透膜根据分子大小或性质差异进行分离，如超滤、纳滤和反渗透。

利用带电粒子在电场中迁移速率的差异进行分离，常用于蛋白质和核酸的分析。

生物化学工程设备

章节副标题

肆

反应器设计

设计高效的搅拌系统以确保反应物充分混合，提高反应效率，如使用磁力搅拌器。

搅拌系统优化

精确控制反应器内的温度，以维持最佳反应条件，例如使用夹套式反应器进行温度调节。

温度控制系统

确保反应器在安全压力范围内运行，防止过压或负压导致的设备损坏，如采用安全阀。

压力管理机制

设计合理的物料进出系统，以实现连续或批量生产，例如使用底部排放阀进行物料排放。

物料进出方式

分离设备

膜分离技术

离心机

01

03

膜分离技术利用半透膜的选择透过性，实现大小分子或不同物质的分离，如超滤和反渗