第一章緒論
生物反應過程概念
生物反應過程是指將生物技術的實驗室成果經工藝及工程開發而成為可供工業生產的工藝過程。
四個過程：(1) 原材料預處理；(2) 生物催化劑的製備；(3) 生物反應器；(4) 產物的分離純化。
一般的生化（物）反應工程由四個部分組成
原材料的預處理
包括原料的選擇,必要的物理與化學方法加工,培養基的配製和滅菌等。
生物催化劑的製備
包括菌種的選擇、擴大培養和接種，酶催化反應中酶的純化、酶的
固定化等。
生物反應器及反應條件的選擇與監控
生物反應器是進行生物反應的核心裝置，它應為細胞或酶提供適宜
的反應環境以達到反應較好進行的目的。因此，反應器的確結構、操作
方式和條件對反應原料的轉化率、產品的質量和成本有著密切關係。同
時反應引數的檢測和控制對反應的順利進行也是十分重要的。
產物的分離純化
用適當的方法和手段將一定含量的目的產物從反應液中提取出來並
加以精製以達到規定的質量要求。
生物反應器是整個生化過程的關鍵裝置
① 為特定的細胞或酶提供適宜的生長環境或進行特
定生化反應的裝置，它的結構、操作方式和操作條
件與產品的質量、產量和能耗有著密切的關係；
② 生物反應器中存在著物料的混合與流動、傳質與傳
熱等大量的化學工程問題；
③ 存在著氧和基質的供需和傳遞、發酵動力學、酶催
化反應動力學、發酵液的流變學和生化反應器的設
計與放大等一系列帶有共性的工程技術問題；
④ 還包括生化反應過程的引數和控制。
生物反應過程型別
生物反應過程：酶催化反應單菌反應體系多菌混合反應體系動植物細胞反應體系
當過程採用游離的整體微生物活細胞為生物催化劑時，一般稱此為發酵工程。
當生物催化劑為酶（游離＆固定化）時，此過程稱為酶反應工程。
另外還有動植物細胞培養工程。
常常也把汙水處理和從天然生物物質中提取有效成分也歸入生物反應工程範圍。
生物反應過程的特點
採用生物催化劑
採用可再生資源為主要原料
與一般化工產品生產相比，其生產裝置比較簡單、能耗低
生化工程概念
生化工程（biochemical engineering)：是應用化學工程的原理與方法將生物技術的實驗室成果進行工業開發的一門學科，它既可視為化學工程的乙個分支，又可認為是生物技術的乙個重要組成部分。簡言之，生化工程是為生物技術服務的化學工程。
生化工程與其他學科關係：
生化工程是生物技術產業化的核心，是多學科的交叉，是生物技術產業化過程中的關鍵技術
本課程所講的生物反應過程是指生物體在生物反應器中通過有效控制獲得目的產物的過程。
生化工程是建立在生物學、化學、工程學、計算機與資訊科技等學科為基礎的交叉學科。
工藝利用生產工具對原材料、半成品進行加工或處理，使之成為產品的方法叫工藝。
技術 「個別的學問」，解決怎樣做一件事情，技術會隨著時代變遷而變化。
廣義的技術包括根據生產實踐經驗和自然科學原理而發展成的各種工藝操作方法技能和裝備。
具體的技術可以用記述的方法來表現。如：育種技術。
工程 例如：航天工程、水利工程……
工程是研究一般化方法的學問，具有超越時代的持續性和普遍性，內容是抽象的。
抽象的方法除表現為使用數學外，更重要的是掌握「工程思維」（engineering sense)方法。
生化工程的研究內容
一、生物反應動力學
是研究生物反應過程的速率及其影響因素，是生化工程的理論基礎之一。包括二個層次的動力學。
本徵動力學(微觀動力學)：指在沒有傳遞等工程因素影響時，生化反應固有的速率。該反應速率除反應本身的特性外，只與各反應組分的濃度、溫度、催化劑及溶劑的性質有關，而傳遞因素無關。
巨集觀動力學(反應器動力學)：指在一定反應器內觀測所得的總反應速率及其影響因素，這些影響因素包括反應器的形式和結構、操作方式、物料的流動與混合、傳質與傳熱等。
以獲得生物量為目的：
生物合成速率≈影響因素（生物體、基質、環境因素、操作條件等）
以獲得目的產物為目的：
轉錄與轉譯速率=（基因量、…….等)
調控速率=（表達速率、酶活力、……等）
生物反應速率及其影響因素之間的關係
就是要學習運用生物學、化學、計算機與資訊科技等理論，利用生物（如微生物）
進行有用物質生產的原理與方法。
二、生物反應器
生物反應器中的傳遞特性
生物反應器的設計與放大
生物反應器的優化與控制
生化工程研究方法
目前仍以經驗方法為主
用數學模型對生化工程有關內容進行研究正常迅速發展
數學模型法：是應用數學語言來表示生物反應過程中各個變數之間
的關係。
數學模型法優點：(1) 可用幾個關鍵變數來代替複雜的反應過程；(2) 可將巨集觀現象與微觀現象相聯絡；(3) 可以用來**反應的結果；(4) 可用來檢測可能重要但尚未知或被忽略的變數和引數；(5) 可以幫助搞清反應機理
數學模型:
(1) 經驗模型：在不了解或不考慮過程機理的情況下，僅根據一定條件下的實驗資料而進行關聯所建立的模型
(2) 半經驗模型：在對過程機理有一定了解的基礎上，結合實驗資料而建立的模型
(3) 機理模型(結構模型)：從過程機理出發得到的
注意：數學模型法不能完全代替實驗，但能減少實驗次數
生化工程學科的形成與沿革
史前時代，人們還不知道什麼是酶或微生物時，就已利用它們進行有用物質生產了。
龍山文化（距今4000-2023年）已有酒具出現。西元前200年，作豆腐、醬油和釀醋。在我國最早的詩集《詩經》中就提出過採用厭氧進行亞麻浸漬處理。公元10年有了天花的活疫苗。
2023年巴斯德（pasteur）證明酒精發酵是由活酵母引起的。
舉例抗生素——青黴素
羅伯茨（w. roberts，1874)首次報道微生物的頡頏（xiehang）現象（antagonism）灰綠青黴生長旺盛的液體會使人工感染細菌困難
廷德爾（j.tyndall,1876）青黴菌與細菌液體培養中有頡頏現象
巴斯德和朱伯特（j.f.joubert，1877)用炭疽芽孢桿菌培養物感染動物
巴比斯和科尼爾（v.babes & 細菌之間
弗萊明（1928）發現青黴素並將青黴素培養物的濾液中所含抗細菌的物質稱為「青黴素」
化學家錢恩（e.chain）獲得精製品，1940在美國產業化
當前水平60000～80000u/ml(150m3)
20世紀中期前後生物化學工程學科的形成。
20世紀後期（1970～80年）生物反應工程學科的形成。英國學者阿特金遜（1971）首次提出生化反應工程……。
20世紀90年代基因工程與生物反應工程不斷融合、發展。
2023年後人類基因組計畫的完成，後基因組計畫的進行， 特別是metabolicvengineering and systems biology的形成與發展，給生物反應工程技術帶來新的發展機遇。
代謝工程是一門涉及利用基因工程的手段對細胞屬性進行改造的工程，根據不同的生物過程和所需目標，設計方案和引用的方法也不同.
步驟：（1）合成：構建重組菌株以提高細胞特性;（2）分析：對重組菌株進行分析，特別是對照出發菌株的屬性進行分析;（3）設計：設計代謝工程方案（nielsen 2001）。
生化工程未來發展
今後生化工程的研究內容隨著新一代生物技術產品的出現，預期會在下列個方面得到重點發展：
(1) 新型生物反應器的研究開發;
(2) 新型分離方法和裝置（特別是針對蛋白質、多肽產品的分離）的研究開發;
(3) 各種描述生物反應過程的數學模型的建立，將有利於過程的控制和優化以及計算機的應用。
(4) 生產過程控制手段的改進，重點是解決能**反映生物反應器內重要引數的感測器的研製和有關計算機控制系統硬體（檢測訊號的條件化和顯示系統、人機對話系統
、執行系統等）及軟體（自適應動態控制系統、專家系統等）的建立和完善。
總之，培養技術、自控技術、分離及精製技術、外圍技術、系統化技術都是今後若干年（特別是我國）生化工程開發的重大課題。
過去由於技術上的限制，在研究生物過程時，多將細胞內的反應作為暗箱處理，缺乏機理上的了解。
現研究細胞內代謝網路中流量分別特點的技術已比較成熟，將生物過程中巨集觀代謝特徵研究與細胞水平的代謝特徵研究相結合，對於認識生物過程機理，進行生物過程的優化和放大具有重要意義。
隨著分子生物學的發展，在分子水平上揭示了生物過程涉及的代謝調節機理
現在越來越多的關於過程研究與細胞水平及分子水平的研究結合起來，這樣可以從本質上認識生物過程的特點和規律，從而獲得更有效地控制生物過程
在生物過程的研究中，注意與基因組和生物資訊學的研究成果相結合，在分子水平上了解發酵過程所顯示規律的機理，有助於有效地進行發酵過程優化和放大
四、生化工程在國民經濟中的重要作用
生化工程是現代生物技術與傳統化工技術相結合而形成的新學科，它的快速發展已使發酵工業大大擴充套件了它的領域，超出了發酵本身的意義，國外稱之為生化工業(biochemical process industry)。據統計，世界上生物化學工業有250個產品和幾十億美元的年產值，涉及到醫藥工業、食品工業、化學工業和農產品加工工業等。目前已經成為生產力或正在成為較大生產力的生物
化學反應工程基礎知識回顧
化學工程(chemical engineering)是對變化進行定量研究的一門學科。
化學工程涉及的變化有物理變化、化學變化、生物學變化，變化的定量表徵是通過數學手段來實現的。
具體說，化學工程就是與化學工業和過程工業中各種操作的技術及其裝置與機械的設計製作的基礎相關的一門學問。包括：單元操作技術、傳遞現象理論、反應工程、過程與系統工程、生物化學工程、環境化學工程等領域。
化學工程有五大基礎概念
單元操作(unit operation)的概念
速率(rate)的概念
守恆(balance)的概念
平衡(equilibrium)的概念
生物化學複習總結
1 探針的分類 根據化學組成，可以將探針分為dna rna pna及寡核苷酸探針。dna探針這類探針應用最廣，可以通過化學合成 轉殖或pcr技術獲得。rna探針一般用rna聚合酶體外轉錄轉殖的dna序列獲得。rna rna雜交分子在所有可能的雜交分子中最穩定，但rna探針容易被rnase降解。肽核苷...
生物化學重點總結
1第一章蛋白質的結構與功能 1.20種基本氨基酸中,除甘氨酸外,其餘都是l 氨基酸.2.支鏈氨基酸 人體不能合成 從食物中攝取 纈氨酸亮氨酸異亮氨酸 3.兩個特殊的氨基酸 脯氨酸 唯一乙個亞氨基酸甘氨酸 分子量最小，c原子不是手性c原子，無旋光性.第一章蛋白質的結構與功能生物化學重點總結1第一章蛋白...
生物化學小結
m又稱公尺氏常數是反應速度達到最大速度一半時底物的濃度 變構酶 酶分子通過與專一性效應物的結合，使其空間結構發生變化，並進一步導致酶活性改變的一類調節酶類。同工酶 能夠催化同一種化學反應，但理化性質有所不同的一組酶。活性中心 又稱活性部位是指酶分子中參與和底物的結合，並與酶的催化作用密切相關的部位 ...