华东理工大学：《发酵工程 Fermentation Engineering》课程教学资源（PPT课件讲稿）商品化生物反应器（生物过程工程理论的发展、过程生物技术的进展、以信息处理为基础的生物过程检测与控制）

5.一些重要的生物反应器 产品进展

5.一些重要的生物反应器 产品进展

大规模动物细胞生物反应器 ■由于细菌等原核细胞表达系统在转录及修饰方面的 缺陷 ■许多重要价值的蛋白质(基因工程药物、疫苗、抗 体等)糖基化的需要 哺乳类动物细胞表达系统 当前生产高附加值的糖基化活性蛋白医药产品的重 要发展趋势

大规模动物细胞生物反应器 由于细菌等原核细胞表达系统在转录及修饰方面的 缺陷 许多重要价值的蛋白质（基因工程药物、疫苗、抗 体等）糖基化的需要 哺乳类动物细胞表达系统 当前生产高附加值的糖基化活性蛋白医药产品的重 要发展趋势

动物细胞反应器

动物细胞反应器

二、生物过程工程理论的发展

二、生物过程工程理论的发展

发酵工程的主要问题 过程优化与放大 在已提供高产菌株的基础上,如何把这些高产菌种在培 养过程中进一步考察它的生理生化特性,稳定或改进微 生物反应工艺过程,这里要求对生物物性的动态有详尽 的了解,对生化反应做定量的和动力学方面的考察 发酵过程是以微生物反应为核心的,有很多过程环节参与 的综合结果,整个过程贯穿着以"速率"为内容的基础研究 与化学工程相结合形成了生化工程

发酵工程的主要问题 过程优化与放大 • 在已提供高产菌株的基础上，如何把这些高产菌种在培 养过程中进一步考察它的生理生化特性，稳定或改进微 生物反应工艺过程，这里要求对生物物性的动态有详尽 的了解，对生化反应做定量的和动力学方面的考察 •发酵过程是以微生物反应为核心的，有很多过程环节参与 的综合结果，整个过程贯穿着以"速率"为内容的基础研究 •与化学工程相结合形成了生化工程

动力学与反应器工程 本征动力学:即没有在生物反应器中各种形式的 传递过程等工程因素影响时的微生物反应的固有 反应速率。 宏观动力学:但是实际发酵过程是在生物反应器中进行,因 此,从实用意义出发,人们重视一定反应器内检测到的反应 速率即总反应速率及其影响因素,这就是宏观动力学研究。 ·生物反应工程:它涉及二方面的内容,即宏观微生物反应 动力学和生物反应器工程。其中反应器工程是指包括影响 微生物反应宏观动力学的生物反应器形式、结构、操作方 式、物料混和传递过程特性等 形成了经典的以动力学为基础的工程学概念

动力学与反应器工程 •本征动力学：即没有在生物反应器中各种形式的 传递过程等工程因素影响时的微生物反应的固有 反应速率。 ─── 形成了经典的以动力学为基础的工程学概念 •生物反应工程：它涉及二方面的内容，即宏观微生物反应 动力学和生物反应器工程。其中反应器工程是指包括影响 微生物反应宏观动力学的生物反应器形式、结构、操作方 式、物料混和传递过程特性等 •宏观动力学：但是实际发酵过程是在生物反应器中进行，因 此，从实用意义出发，人们重视一定反应器内检测到的反应 速率即总反应速率及其影响因素，这就是宏观动力学研究

微生物生长和反应过程研究 °必须从基质进入细胞,胞内反应,代谢产物的胞 内外分泌等全过程进行分析 要经过1000多步胞内反应才能转化为代谢产物和细胞成 分,我们不可能对这些反应进行一一定量的计算 从工程学角度研究对生长反应的影响。研究各类微生物代谢 平衡的理论、方法和实际有效的实验量化数据。例如胞内反 应中分解代谢、合成代谢和大分子物质合成之间的物质和能 量的关系。 形成了经典的以化学计量学和热力学研究为 基础的发酵工程生物学

微生物生长和反应过程研究 •必须从基质进入细胞，胞内反应，代谢产物的胞 内外分泌等全过程进行分析 ─── 形成了经典的以化学计量学和热力学研究为 基础的发酵工程生物学 •从工程学角度研究对生长反应的影响。研究各类微生物代谢 平衡的理论、方法和实际有效的实验量化数据。例如胞内反 应中分解代谢、合成代谢和大分子物质合成之间的物质和能 量的关系。 •要经过1000多步胞内反应才能转化为代谢产物和细胞成 分，我们不可能对这些反应进行一一定量的计算

☆经典的以动力学为基础的工程学概念 令经典的以化学计量学和热力学研究为基 础的发酵工程生物学 测量参数及其变化的意义缺乏理解 最佳工艺控制点为依据的静态操作方法 只是化学工程宏观动力学概念在发酵工 程上的简单延伸 缺乏以细胞代谢流分析与控制为核心的研究内容

•测量参数及其变化的意义缺乏理解 •最佳工艺控制点为依据的静态操作方法， 只是化学工程宏观动力学概念在发酵工 程上的简单延伸 缺乏以细胞代谢流分析与控制为核心的研究内容 ❖经典的以动力学为基础的工程学概念 ❖经典的以化学计量学和热力学研究为基 础的发酵工程生物学

代谢调控研究 发酵罐 代谢工程研究 过程数据采集发酵过程酶学 和处理的困难研究的困难 发酵工艺优化研究 的基本思路 单一生理调控制 缺乏全局性的概念 仍旧局限于寻求培养基配方和最佳的温度、pH、D0等 缺乏微观的实时的代谢调控

• 仍旧局限于寻求培养基配方和最佳的温度、pH、DO等 • 缺乏微观的实时的代谢调控 代谢调控研究 代谢工程研究 发酵过程酶学 研究的困难 过程数据采集 和处理的困难 发酵工艺优化研究 的基本思路 发酵罐 单一生理调控制， 缺乏全局性的概念

背景 发酵过程优化与放大仍是 个令人困惑的问题? 对于活体细胞调控来说,采用传统的 生物学方法或化学工程的调控方法,存在 很大的问题,国内外都没有很好解决

发酵过程优化与放大仍是 一个令人困惑的问题？ 对于活体细胞调控来说，采用传统的 生物学方法或化学工程的调控方法，存在 很大的问题，国内外都没有很好解决。 背景