生化工程的形成和发展

化学工程中的生化反应工程化学工程是一门综合性的学科，它以化学反应为基础，涉及到物理学、数学、工程学等多个学科的知识。

其中，生化反应工程是化学工程的一个分支，也是现代工业中不可或缺的一部分。

本文将介绍生化反应工程的相关知识。

一、生化反应工程的定义生化反应是指生物体内对某些物质进行化学转化的过程。

而生化反应工程则是利用化学反应原理进行生物体外的工程生产，包括发酵、纯化、分离等过程。

生物化学工程是生化反应工程的重要组成部分，是指利用化学反应的方式研究生物体内的化学转化及其机制，参与化学反应的大部分为生物大分子，如蛋白质、多糖、核酸等。

二、生化反应工程的应用领域生化反应工程的应用领域非常广泛，主要涉及到以下几个方面：1、生物制药生物制药是生化反应工程最为重要的应用领域之一。

利用生物体内的化学反应原理和技术，可以生产出一系列的生物制品，如酶、抗体、疫苗等。

其中酶是生物制药中的核心产品之一，如著名的碱性磷酸酶和葡萄糖氧化酶等。

生物制药的生产过程较为复杂，需严格控制各个环节的操作，一旦出现失误，将会导致产品失去活性，浪费大量的时间和人力成本。

2、食品工业生化反应工程在食品工业中也拥有广泛的应用，可用于生产具有高营养价值、美味可口的食品，如乳制品、酿造类食品等。

其中，酿酒是最早应用生物反应工程技术的食品行业之一，其主要利用发酵反应原理进行酒的酿造。

随着食品科学和生物技术的不断发展，生化反应工程在食品工业中的应用将更加广泛。

3、环境保护生化反应工程在环境保护领域中也有很大的应用，如处理废水、煤气、固体废料等。

其中最常见的应用是生物法处理废水。

生物法利用生物反应器中的微生物菌群将有害废水中的有机物分解为CO2、水和其他无害的化合物，从而达到净化废水的目的。

三、生化反应工程的工艺流程生化反应工程的工艺流程大致分为三个步骤：发酵、分离和纯化。

1、发酵发酵是生化反应工程的第一步，主要包括物料筛选、微生物菌种筛选、场地规划以及发酵条件的调节等环节。

生化工程技术在工业上的应用与发展生化工程技术是近年来备受关注的一项技术，它的应用涉及到了许多领域，如医学、食品、能源等。

其中工业领域是生化工程技术的主要应用方向之一。

下面，我们将着重探讨生化工程技术在工业上的应用与发展。

一、生化工程技术在工业生产中的应用1. 生物反应器生物反应器是利用微生物进行转化或合成的反应器，是生化工程技术在工业上的经典应用之一。

生物反应器的应用范围涉及到生产中的很多领域，如食品、医药、化学等。

其中最为重要的应用是在食品加工中的酿造和发酵过程中。

比如，啤酒酿造就是利用了微生物发酵的原理，而生物反应器在生产过程中起到了至关重要的作用。

2. 酶催化技术酶催化技术可以利用天然或人工合成的酶催化剂，将废水、废气、废固等废弃物转化为有用的化学品，从而实现资源化利用。

例如催化酶可以转化糖类、蛋白质、脂肪等，这些转化后的产物被广泛用于制药、食品等领域。

同时，有些酶催化剂的运用还可以起到净化、增效等作用，对环境污染减少有很大的帮助。

3. 细胞培养技术细胞培养技术是基于体细胞培养原理，利用生物反应器进行细胞培养的技术。

该技术主要用于大规模生产人工合成的生物制品。

细胞培养技术的应用范围广泛，在生产中可以制造出很多有益的产品，如克隆人类胰岛素、血小板促进因子等。

二、生化工程技术在工业上的发展状况伴随着SCI论文、博士学位论文等文献的不断涌现，生化工程技术在工业上的研究也不断深入。

目前，生化工程技术在工业上的发展状况较为良好，其中的一些突破性进展为其未来的发展奠定了坚实的基础。

1. 环保型技术的引入在以前的生化工程技术中，废弃物比较难以处理，环境污染比较明显。

现在，环保型技术的引入，使得生化工程技术在工业领域得以更为广泛的应用。

比如生物膜技术，行业废水未经处理容易造成严重的污染，而将其放入生物膜反应器中进行加工处理，将废水中的有害物质转换为无毒、可降解的物质，避免了废水对环境的污染。

2. 产业化应用近年来，生化工程技术的技术水平不断提高，不少产业化项目把目光投向了生化工程技术，通过工程化的方法将实验室研究成果迅速转化成实际生产力。

生物化学和生物化学工程的发展和应用生物化学是研究生命机体的分子基础和化学反应过程的学科。

它通常包括从蛋白质结构到细胞信号传递的广泛范围，是一门非常复杂的学科。

生物化学研究了生物分子、生物物理化学和生物化学方面的研究，以及与生命相关的化学过程和生态学（癌症、免疫系统、心血管疾病等）。

生物化学的发展极大地促进了人们对生命的理解和治疗疾病的发展。

与此同时，生物化学工程的发展也使得生物化学的相关应用得到了广泛的推广。

一、生物化学的发展生物化学是综合了许多其他学科的科学，如生物学、化学等。

生物化学的发展得益于19世纪中后期微生物研究和理化学研究的进步，尤其是生化分析技术的发展和应用，为生物化学领域的研究提供了强有力的手段。

生物化学的发展经历了数个时代。

在早期，人们主要研究的是碳水化合物、脂肪和蛋白质等生物分子的基础结构和功能。

20世纪初，埃米尔·费希尔和欧文·北罗浦等人开始研究代谢过程，特别是糖代谢和酶动力学方面的研究，从而推动了生物化学史上的重要突破。

20世纪后，随着分子生物学的兴起和基因组学的崛起，生物化学领域更加注重对DNA、RNA和蛋白质结构和功能的理解。

通过试管先验和细胞水平的实验研究，我们经常能够更好地理解分子的机理和反应路径。

二、生物化学的应用生物化学的应用涉及很多领域，其中一些应用是基于对人类健康和身体状况的认识而进一步应用。

例如，研究癌症和免疫系统调节方面的生物化学，以及开发血制品和药物的生物化学，这些都是为改善人类健康和预防疾病而不断发展的应用领域。

此外，生物化学也与农业生产、食品科技和生化工业等领域密切相关。

1.制药生物化学在制药领域的应用主要涉及设计、生产和评估药物。

生物化学家通过研究药物与受体之间的相互作用，设计出具有治疗效果的新药物。

同时，生物技术的发展也为新药的创制提供了新的思路和实验手段。

2.农业生产生物化学在农业领域的应用主要涉及生物育种、农作物保护和肥料管理。

一、绪论一、生化工程的概念biochemical engineering生化工程的定义：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发，成为可供工业生产的工艺过程，常称为生化工程。

生物工程的重要组成部分，包括底物或营养液的准备、预处理、转化以及产品的分离、精制等工程和工艺问题。

一般把发酵工程、动植物细胞的大规模培养、酶工程、生化反应工程、生物分离工程（下游工程）、生物功能元件（如酶电极）以及生物过程中的控制和优化都包括在生化工程之内。

二、生化工程的由来20世纪40年代，第二次世界大战中青霉素大规模工业化生产而诞生了生化工程。

美国科学家盖顿关于通风搅拌传质的论文，作为生化工程的诞生标志。

1959年生化工程杂志Biotech&Bioengineering创刊。

1965年出现第一本生化工程的书Biochemical engineering。

三、生化工程的特点1.以生物活细胞或由细胞提取出来的酶为催化剂生物化学反应过程。

2.生物反应过程通常在温和的条件下进行，但影响因素多。

3.生化反应器复杂，控制参数众多。

四、生化工程研究的内容生化工程是一门边缘交叉学科，研究的内容非常丰富。

生化工程按所处理的对象分为微生物生化工程、植物生化工程、动物生化工程和酶生化工程。

生化工程内容按对细胞处理的方式大致分胞外控制部分和胞内控制部分两大部分。

胞外控制部分包括：培养基的灭菌、通气搅拌、固定化技术、空气除菌、比拟放大、产品分离和纯化、发酵动力学、发酵优化控制和细胞培养技术等。

胞内控制部分包括：遗传育种、代谢控制、培养基平衡等。

五、生化工程的发展两大跃变第一次跃变：20世纪40年代抗生素的深层发酵的实现。

第二次跃变：20世纪70年代后期分子生物学和遗传学的发展。

六、今后生化工程重点发展的四个方面1.新型生物反应器的研究开发，特别是针对基因工程产品和动、植物细胞培养的产品的投产研制新型生物反应器。

重点在于生物安全。

植物细胞对剪切力和环境敏感以及培养周期长而防止污染的问题。

生物化学工程技术的发展与应用随着科技的不断进步，生物化学工程技术逐渐成为了一个备受关注的领域。

本文将就生物化学工程技术的发展与应用进行探讨。

一、生物化学工程技术的概念和发展生物化学工程技术，简称生化工技术，是将基础的化学、生物学及工程学相结合，研究利用生物体系所进行的现代科技领域。

其主要任务是开发新的生物材料、生物药品和生物制品，同时也包括研制生物制品生产相关设备和技术。

生物化学工程技术的发展源于20世纪初期的“酵母发酵”研究。

50年代，生化工技术被应用于生物治疗的研究中，但是由于技术条件的限制，直到80年代末90年代初期，生物化学工程技术才开始快速发展，其利用微生物和细胞培养技术，开发出了大量的新型制品。

目前，生物技术又离不开生物化工技术的支持，那么，今后生物化学工程技术的未来又将走向何方呢？二、生物化学工程技术的应用领域生化工技术长期以来一直是生物技术的重要组成部分。

目前生化工技术已在各个领域有广泛的应用：1、医药领域由于生化工技术可以将人体内一些无法在人体内合成的高分子药物通过基因表达技术进行人体内合成，因此促使了更多药物研发；其中最常见的就是抗癌药物。

此外，利用生物技术加工和生产的人血白蛋白、血液净化器等，也被证明可以显著降低医药领域的成本。

2、食品领域生化工技术在食品加工、贮存和质量控制等领域也得到广泛应用。

例如，酸奶、酵母、面包、啤酒等食品都是在生化操作过程下制成的。

此外，还有酶制剂和增甜剂等产品。

3、环境领域生化工技术在环保领域的应用也非常广泛。

例如，可以将生物技术用于处理生活垃圾、污水和工业废物。

处理污水时，如果使用化学方法只能将其分离出来，而利用生化工技术则可以将其完全降解；而且，利用生化工技术可以制造出高附着性菌的载体，可以有效地去除环境中有害物质。

三、未来展望随着生物技术和生化工技术的不断发展，未来的生化工技术将面临着新的挑战和机遇。

下面是未来几年中，生化工技术的发展及应用展望：1、免疫治疗技术的发展随着人们对疾病认识的不断深入，对于罕见疾病或慢性疾病患者注射一次性的“病毒颗粒”，将成为生化工技术未来的一个重要研究方向。

一、生化工程的形成和发展1.生化工程的诞生在生物技术尚处于懵懂时期，人们凭借实践中积累的经验，制作某些原始的发酵产品。

在工业微生物的起始阶段，人们虽已懂得不同的发酵产品是由不同的微生物所形成的道理，但取得产品一般都属初级代谢产物，即产物的分子结构均较基质为简单。

发酵一般为厌气培养过程，加上对纯种培养的要求不高，因此采用一般的化学工程原理、方法和设备已能应付，尚不需解决更多的特殊的工程技术问题，也就是说，还不具备建立生化工程这一新学科的必要性和条件。

本世纪40年代初，第二次世界大战爆发。

战争造成为数众多的伤员和受伤的居民，医生们急需有一种比磺胺类药物更为有效而毒副作用更小的抗细菌感染的药物。

于是人们对1928年由英国人弗莱明（Fleming）发现而在1940年由弗洛里（Florey）及钱恩（Chain）等所提取并经临床证实具有卓越疗效和低毒的青霉素抱有极大的希望。

1941年美国和英国合作，一方面在美国用表面培养法小规模生产青霉素，但纯度仅20％左右，收率约35％，而且花费极大的劳力和空间，因此当时的青霉素价格非常昂贵（每10万单位即60mg为1美元，而今国产青霉素每40万单位约为人民币1元）。

另一方面，两国科学家与工程师通力合作，在1943年终于产生了崭新的青霉素沉浸培养工艺过程，加速产业化的进程，使青霉素的产量和质量大幅度提高，纯度为60％，收率为75％。

青霉素从实验室成果转向产业化的过程，同时酿成了新的交叉学科的建立。

生化工程就是环绕青霉素及随后其他抗生素这新一代生物技术产品的投产过程中诞生的。

2.生化工程的服务对象——生物生产过程生物技术以其应用范围分类，约可分为工业生物技术、农业生物技术和医学生物技术三大方面。

以生化工程而言，主要是为工业生物技术服务的。

工业生物技术主要是指利用生物催化剂（游离或固定化的细胞或酶）将原料转化为产物（包括医药、化工、轻工、食品等产品）的生产过程——生物生产过程（Bioprocess）或用于环保和能源的过程。

绪论1、重点1) 生化工程的定义（识记）将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发，成为可供工业生产的工艺过程，常称为生化工程2 )生化工程的研究内容（识记）１、培养基灭菌、空气除菌、通气搅拌、反应器及比拟放大２、微生物的连续培养３、生物反应动力学４、固定化酶技术及应用2、次重点生化工程的发展历程（识记）生化工程学诞生于上世纪40年代。

早期的发酵工业只有较少种类的产品，其中厌氧发酵产品居多。

如酒类、乳酸。

厌氧发酵由于不大量供应氧气，染杂菌导致生产失败的机会较少，故而深层液体厌氧发酵早就具有相当大的规模。

那时只有少数的好氧发酵产品采用了深层液体发酵生产法，如面包酵母，醋酸。

前者因为酵母的比生长速率较高，后者因为醋酸的生成导致发酵液中pH降低，不易污染杂菌。

40年代前期，正好是第二次世界大战期间，战场上有成千上万的伤员需要救治，急需药物（非磺胺类）防止伤口感染。

早在1928年英国的学者Fleming发现了青霉素，1940年分离出纯品，1941～1942年在临床上应用，证明有非常好的疗效，这时急待将青霉素投入工业化生产。

第二章培养基灭菌和空气除菌1、重点1）微生物的热死灭动力学（应用）2）空气过滤设计（应用）2、次重点1）分批灭菌的设计（应用）分批灭菌：就是将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，通常也称为实罐灭菌。

2）连续灭菌反应器的流体流动模型（理解）3）连续灭菌设计（应用）连续灭菌：培养基在发酵罐外经过一套连续灭菌设备，以比分批灭菌高的温度和较短的时间进行快速连续加热灭菌，并快速冷却，再立即输入预先经过空罐灭菌后的发酵罐中3 、一般1）空气除菌方法（理解）(加热灭菌,辐射灭菌,化学灭菌,静电除尘,介质过滤)2）典型空气除菌流程（识记）(高空采风—空压机—贮罐—冷却器—总过滤器—分过滤器—净化空气—进罐)(北方) (湿度大时,应该在冷却器后加上油水分离器和除雾器)3）新型过滤器（理解）(聚乙烯醇过滤器,折式过滤除菌器,高效烧结金属过滤器,绝对过滤器)第三章氧的供需1、重点（1）概念：比耗氧速率:单位质量的细胞（干重）在单位时间内消耗氧的量。

化学生物工程化学生物工程是一门交叉学科，综合了化学、生物学和工程学的知识与技术，旨在利用化学方法来研究和处理生物体系。

它在医药、食品、环境等领域具有广泛的应用前景。

本文将从化学生物工程的背景、应用领域、技术原理等方面进行探讨。

一、背景化学生物工程起源于20世纪50年代，当时科学家们意识到将化学方法应用于生物体系研究和工程处理的重要性。

通过对生物体系的化学分析和调控，可以实现对生物体系的精确控制和改良，从而提高产物的质量和产量。

随着生物技术的快速发展，化学生物工程逐渐成为一门独立的学科，并在实际应用中取得了显著的成果。

二、应用领域1. 医药领域：化学生物工程在医药领域的应用十分广泛。

通过基因工程技术，可以生产大量的重组蛋白，用于制备生物药物。

同时，化学生物工程还可以用于药物合成的优化，提高药物的疗效和安全性。

2. 食品工业：化学生物工程在食品工业中的应用主要集中在食品添加剂和酶制剂的生产领域。

通过使用微生物发酵和酶催化等技术，可以合成多种食品添加剂和改善食品品质，满足人们对食品的需求。

3. 环境保护：化学生物工程在环境保护领域中有着重要的应用。

通过利用微生物的代谢特性，可以对污水、固废等进行高效处理和资源化利用。

化学生物工程还可以用于生物燃料的合成，减少对化石燃料的依赖，降低二氧化碳排放。

三、技术原理1. 基因工程技术：基因工程技术是化学生物工程的核心技术之一。

通过对基因的分离、克隆和转移，可以改变生物体系的遗传信息，实现对生物体系的改造和优化。

例如，通过转基因技术，可以将外源基因导入微生物，使其产生特定的产物。

2. 发酵技术：发酵技术是化学生物工程中常用的生物转化方法。

通过合理设计发酵条件以及选择合适的微生物菌株，可以实现对废弃物和低价原料的高效转化。

发酵技术不仅可以用于生物药物的生产，还可以合成醇类、氨基酸等化学品。

3. 酶催化技术：酶催化技术是利用酶在特定条件下对底物进行选择性催化的一种方法。