09 第一章 绪论.doc

第1页：绪论教学基本内容

1 绪论

教学基本内容

本课程的学科性质、研究内容及学科的形成与发展。

授课重点

1. 生物反应工程的定义
2. 生物反应过程的概念及分类
3. 生物反应器的概念及分类
4. 本课程与其他相关课程的联系与区别
5. 本课程的研究内容
6. 学科的形成与沿革

本章节主要教学要求

通过本章学习，学生应了解本课程的学科性质、研究内容和学习方法。

第2页：生物反应工程的定义与过程分类

生物反应工程

是一门以生物学、化学、工程学、计算机及信息技术等多学科为基础的交叉学科，以生物反应动力学为基础，将传递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学工程学方法与生物反应过程的反应特性知识相结合，进行生物反应过程分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制。

生物反应过程

与化学反应相比反应条件温和，通常为常温、常压、中性 pH 值；广义上一切动植物、微生物的生长繁殖都可看作生物反应过程，狭义上指能够应用于生物工业中的过程。

表 1-1 生物反应过程的分类

注：原表中各列在源文件文字提取时顺序倒置（废水处理过程在前），此处按「酶促—微生物—动植物细胞—废水处理」的常规列序还原，建议对照原课件图片核对。

第3页：生物反应器与相关学科的联系

生物反应器

是进行生物反应的设备通称。生物反应过程的多样性决定了生物反应器型式的多样性，如酶反应器、发酵罐、光合生物反应器与动物细胞培养反应器。

学科任务分工

应用微生物学家负责确定微生物品种、菌株及培养基组成；生化工程学家负责设计经济上合理的过程，包括培养基配制与灭菌、无菌空气制备、菌种扩大培养、过程与反应器设计控制及产品回收分离。

第4页：研究内容与学科形成沿革

体系），为生物工艺过程设计和生物反应器设计提供理论依据。1.3生物反应工程的研究内容生物反应工程是以工业规模的生物反应过程为主要研究对象，具体研究中要兼顾可操作性。生物反应工程的研究内容主要可分为生物反应动力学、生物反应器和生物反应过程的放大和缩小三个部分。1生物反应动力学生物反应动力学主要是研究生物反应速率及各种因素对生物反应速率的影响。2生物反应器生物反应器是生物技术转化为产品、生产力的关键设备，其在生物过程中处于中心地位。使用高效率的生物反应器的目的是提高产品生成速率，减小辅助设备，降低生产成本，获得尽可能大的经济效益。3生物反应过程的放大和缩小一个生物工艺过程的开发总是先从实验室规模开始的，然后经小试、中试、生产性试验几个阶段才可真正进行工业规模生产，这就是生物反应过程的放大。工业生物反应器中，总存在一定程度的物料返混，并且生物反应器体积越大，返混越严重。因此生物反应过程放大时，不可简单地将实验室研究中反应动力学参数照搬到工业生产中，而要采用适宜的放大方法。工业生产中出现了问题，不可能简单地在生产上使用工业生物反应器进行研究，因为这样的研究成本太昂贵了。而应在实验室中使用小型生物反应器来模拟生产过程，来进行研究，这就是生物反应过程的缩小。无论是放大，还是缩小，都需要生物反应工程理论的指导。1.4生物反应工程学科的形成与沿革生物反应工程学科是随着生物技术的发展而逐步形成的。史前时代，人们还不知道什么是酶或微生物时，就已经利用它们进行有用物质的生产了。但这些产品种类很少，生产规模不大。40年代前期，为了适应二次世界大战救治伤员的迫切要求，急待将1928所早就发明的青霉素投入工业化生产。可是遇到了空前的难题。青霉素生产菌比生长速率很低，致使生产周期长达100h。这种形势下，许多化学工作者介入了难题攻关。这样生化工程学诞生了。而生物反应工程作为生化工程领域的一个分支，它的产生是在70年代。1971年英国学者巴特金逊首次提出了生化反应工程这一术语。1975年日本学者合叶修一出版了生化动力学专著《生物化学工程－反应动力学》。1979年日本学者山根恒夫编著了《生物反应工程》一书。我国最早出版的有关书籍是贾士儒教授编著的《生物反应工程原

第5页：教材与参考书目

教材

《生物反应工程原理》（第二版）贾士儒编著，科学出版社，2003

参考书

1. 《Bioreaction Engineering Principles》（Second Edition），Jens Nielsen，John Villadsen，Gunnar Liden，化学工业出版社，2004
2. Biological Reaction Engineering (Second Edition). I. J. Dunn, E. Heinzle, J. Ingham, J. E. Prenosil. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 2003
3. 《生物反应工程》（第三版），山根恒夫著，邢新会译，化学工业出版社，2006
4. 《生物反应工程》，岑沛林等编著，高等教育出版社，2005
5. 《生物反应工程》，戚以政等编著，化学工业出版社，2004
6. 《生化工程》伦世仪主编，中国轻工业出版社，1993