生物工程设备2011ppt课件

第一节 培养基的准备与要求
• 培养基：供特定的微生物、动物细胞、植物细胞、 细胞组织、微藻生物等进行生长、繁殖、代谢和合 成产物需要的，按一定组成比例配制而成的营养物 质。 • 培养基按其配方成分可以分成天然培养基和合成培 养基。 天然培养基：一类具体成分不十分明确的天然 产品，大部分是农产品。 合成培养基：一类完全明确的化学成分物质配 制组成。
（2）纯种培养技术的成熟—初级代谢产物 生产阶段 该阶段的特点： ◆发酵产品属于初级代谢产物； ◆生产过程简单，生产规模小； ◆对发酵设备要求不高。
酱油固态发酵生产
（3）通气搅拌技术的成熟——好氧培养阶段 该阶段的特点： ◆生物和化工的交叉学科——生化工程 诞生。 ◆发酵工程在微生物学、生物化学、生 化工程三大学科基础上迅速形成一个完整的体 系，促进抗生素工业、酶制剂工业和有机酸工 业迅速发展。 ◆研制出大型的带机械搅拌和无菌通气 装置的发酵罐。
（5）基因重组技术的成熟——现代生物技术阶段
该阶段的特点： ◆生物技术可生产动、植物和人类的多种生理活性蛋白，如 胰岛素、生长激素和多种单克隆抗体； ◆生物技术广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工食品和能 源和环境领域的发展； ◆生物工程设备得到发展，如针对大多基因工程菌的表达产 物在细胞内，研制超声细胞破碎和高压匀浆新技术，以及扩张床 层析等新方法不断涌出。
生物工程设备的特点
生物工程设备的特点 生物工程设备与中下游技术密切相关。 生物技术的上、中下游技术 划分标志：生物反应器 上游生物技术：主要任务是构建或选育出社会需要的、 稳定的、优良的生产细胞菌株。 中下游生物技术：其主要任务就是设计经济上合理、技 术上可行、操作上安全的生物技术工艺过程与设备 系统。包括培养基制备与灭菌、无菌空气的制备、 细胞株种子扩大培养、生物反应器无菌操作与控制 培养、产物的提取、分离纯化等。
生物工程设备包括的内容
- 生物反应器：通风发酵设备，厌氧发酵设 备，动植物细胞培养设备，反应器的设备、 控制和比拟放大… - 生物反应物料处理及产物分离纯化设备： 培养基配制，过滤，萃取，蒸发，结晶，蒸 馏等等 - 辅助系统设备：空气净化，设备清洗，物 料输送等等
第一章 一、相关课程
生物化学、微生物、化工原理、物理化学、生物 工艺学、 机械制图、AutoCAD
二、本课程要求、目的 1、要求：掌握设备结构、工作原理、设备类 型、用途、特点、影响设备性能的因素、参数 计算 2、达到的目的：标准设备选型组成生产线、 非标准设备设计、分析设备结构与产品质量的 关系并改进、分析故障原因并排除故障。
绪 论
三、教材和参考书
教学用书：
《生物工程设备》 陈国豪 2007 化学工业出版社
教学参考书：
《生物工程设备》 梁世中 2002 中国轻工业出版社 《发酵工厂工艺设计》沈自法 1994 华东理工大学出版社 《新编生物工艺学》 俞俊棠 2003 化学工业出版社 《化工原理》 陈敏恒 1999 化学工业出版社 《生化生产工艺学》梅乐和 2007 化学工业出版社 《AutoCAD 2007 完全自学手册》2007 电子工业出版社
微生物培养基
微生物培养基按用途分为孢子培养基（不产孢 子的称斜面培养基）、种子培养基和发酵培养基。
孢子培养基中的碳源和氮源（特别是有机氮源） 的浓度要低，多了会只长菌丝，少长或不长孢子。 通常把配制好的培养基装在扁瓶、三角瓶或试管中， 在高压灭菌锅中121℃，灭菌20~30min。
微生物培养基
种子培养基是指用于摇瓶种子培养或工业生产用 种子罐种子培养的营养组成。工业化生产中把配 制好的培养基装在种子罐中，采用高压蒸汽直接 灭菌，控制温度121℃，灭菌15~20min。 发酵培养基含有供菌丝体迅速生长繁殖和合成产 物需要的营养物质。工业化生产中发酵培养基灭 菌方法把配制好的培养基装在种子罐中，采用高 压蒸汽直接灭菌，控制温度121℃，灭菌15~20min。
发酵培养基的要求
①培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能 稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储 藏，能保证生产上的供应。 ②培养基能满足产物最经济的合成，最大限度地 利用原料,使原料全部转化成某种产物。 ③发酵后所形成的副产物尽可能的少。例如酒精 发酵。 ④所选用的培养基应满足总体工艺的要求，如不 影响通气、提取、纯化和废物处理。
（1）传统经验制造技术—天然发酵阶段 该阶段的特点： ◆靠自然发酵，只知其然而不知道所以然； ◆历史悠久； ◆工艺独特； ◆经验丰富。 发酵期间的搅拌冷却，俗称“开耙”，其作用是调 节发酵醪的温度，补充新鲜空气，利于酵母生长繁殖。 它是整个酿酒工艺中较难控制的一项关键性技术，一般 由经验丰富的老师傅把关。开耙技术是酿好酒的关键， 开耙技工在酒厂享有崇高的地位，工人们习惯称开耙技 工为“头脑”，即酿酒的首要人物。
绪 论
四、考核办法
考核办法： 本课程为专业必修课，采用闭卷考试的形 式；成绩合成为平时成绩与期末考试成绩 的比例为40：60（30:70），平时成绩主要 是以到课率和作业情况作为考核标准。
生物工程设备的基本概念
• 生物工程设备的工作领域 为传统生物技术产业的改造和现代生物技术 产业提供高效率的生物反应器、现代分离纯化材 料和技术以及相关的工程装备，还提供单元化生 产设备、工艺过程优化、在线自动控制、系统集 成设计等。
生物工程设备的发展历程
生物技术的发展过程是以某一个生物工程设备 成熟为标志的。由此，有以下五个发展阶段： （1）传统经验制造技术——天然发酵阶段
（2）纯种培养技术的成熟——初级代谢产物生产阶段
（3）通气搅拌技术的成熟—— 好氧培养阶段
（4）代谢控制发酵技术的成熟
（5）基因重组技术的成熟——现代生物技术阶段
大型发酵罐搅拌装置
180M3发酵罐车间
大型空气压缩机
发酵车间的空气过滤器
（4）代谢控制发酵技术的成熟 该阶段的特点： ◆对纯种发酵和无菌操作要求严格； ◆产品种类多，从初级代谢产物到次级代谢产物；
◆对机械搅拌发酵罐改进，研制出气升式生物反应
器；研制出多种新型分离介质，如新型树脂材 料、超滤等； ◆规模大，搅拌发酵罐已达500m3,气升式发酵罐为 3000m3。