华东理工大学：《发酵工程 Fermentation Engineering》课程教学资源（PPT课件讲稿）第九章 发酵过程优化与放大概论

华真理工大“宝曲工裎嚼院 发酵工程精品课程 ② http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc

发酵工程精品课程 http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 华东理工大学·生物工程学院

发冠程化与大论 发酵过程优化与放大概论 华东理工大学 国家生化工程技术研究中心(上海) 庄英萍 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵过程优化与放大概论 华东理工大学 国家生化工程技术研究中心（上海） 庄英萍 发酵过程优化与放大概论

发冠程化与大论 本章提要 ●生物反应器过程的多尺度理论—发酵过 程优化与放大基础 ●发酵过程优化控制中的方法和手段 ●发酵过程优化控制举例 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵过程优化与放大概论 本章提要 ⚫生物反应器过程的多尺度理论──发酵过 程优化与放大基础 ⚫发酵过程优化控制中的方法和手段 ⚫发酵过程优化控制举例

发冠程化与大论 令生物反应器过程的尺理论—一发酵。些 与方法基础 第一部分 生物反应器过程的多尺度理论—发酵 过程优化与放大基础 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵过程优化与放大概论 ❖生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础 第一部分 生物反应器过程的多尺度理论──发酵 过程优化与放大基础

发冠程化与大论 令生物反器过程的多尺理论—一发酵些 代谢调控研究 代谢工程研究 发酵罐 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 单一生理调控机制 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 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc • 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 单一生理调控机制， 缺乏全局性的概念 发酵过程优化与放大概论 ❖生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础

发冠程化与大论 令蜚物反应过程的尺度理论—一发礴/。 与方法基础 和原理 ●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 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵过程优化与放大概论 ❖生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础 背景和原理 ⚫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

发冠程化与大论 令物反应器过程的多尺理论—一发酵些 与方法基础 区比消耗率 基因尺 比生长速率 不同尺度的网络状态 DNA猜录,种录法名, 比消耗率司 DNA. RNA,需自因稳 □H物 关系 L生物细}[然比 比呼极率 细胞尺度 性,代谢途径,代控剩,传 生命所特有的信息流、物 得比调耗率 课台届界+形态种生 一产物比主产率 数处理 质流、能量流 检洲量 理比调耗率 具有“变化着的结构” 反应器尺度 第理比调耗率 氧比吸率 不仅是线性或动力学因素 跨尺度测量与控制 生物反应霪 LEo h 往往以各自研究的技术背 景从单一尺度去理解和分二排 [比生长连 析研究生物过程的特点 [该 加着体 转速 了 操作量 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵过程优化与放大概论 ❖生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础 不同尺度的网络状态 关系 生命所特有的信息流、物 质流、能量流 具有“变化着的结构” 不仅是线性或动力学因素 跨尺度测量与控制 往往以各自研究的技术背 景从单一尺度去理解和分 析研究生物过程的特点

发冠程化与大论 令生物反应器过程的多尺理论—一发酵。些 与方法基础 呈网络多输入多输出关系 ●不是简单的统计热力学关系 ●网络结构表现在不同尺度的网络状态的互动关系 多输入多输出关系 ●信息流、物质流和能量流, ●生命属性所特有的时空串联反应关系 ●微生物代谢流——网络研究的的核心问题 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵过程优化与放大概论 ❖生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础 呈网络多输入多输出关系 ⚫不是简单的统计热力学关系 ⚫网络结构表现在不同尺度的网络状态的互动关系 ─── 多输入多输出关系 ⚫信息流、物质流和能量流， ⚫生命属性所特有的时空串联反应关系 ⚫微生物代谢流─── 网络研究的的核心问题

发冠程化与大论 令生物反应器过程的多尺理论—一发酵。些 与方法基础 具有“变化着的结 当生物反应器尺寸或操作条件变 发生 的结果变化不是简单的用线性关系或平均统 计方法所能描述的物质状态的变化。 导致过程变化的原因除了线性或动力学因 素之外,往往还发生在系统结构性的突变。 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵过程优化与放大概论 ❖生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础 具有“变化着的结 当生物反应器尺寸或操作条件变化时，发生 构” 的结果变化不是简单的用线性关系或平均统 计方法所能描述的物质状态的变化。 导致过程变化的原因除了线性或动力学因 素之外，往往还发生在系统结构性的突变

发冠程化与大论 令生物反应器过程的多尺理论—一发酵。些 与方法基础 跨尺度观察与操作 ●工业规模的生物过程只能在反应器尺度上进行测量与 操作 ●可以从低一尺度层次的规律或性质,来预测研究另 尺度层次的规律或性质 ●多尺度综合与各子过程的相互量化关系,澄清不同尺 度间相互作用和耦合的原则和条件 ●跨尺度操作是难题,分析跨尺度问题往往需要纳入跨 学科和跨技术的手段 http://biotech.ecust.educn/jpkc/figc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 发酵过程优化与放大概论 ❖生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础 跨尺度观察与操作 ⚫工业规模的生物过程只能在反应器尺度上进行测量与 操作 ⚫可以从低一尺度层次的规律或性质，来预测研究另一 尺度层次的规律或性质 ⚫多尺度综合与各子过程的相互量化关系，澄清不同尺 度间相互作用和耦合的原则和条件 ⚫跨尺度操作是难题，分析跨尺度问题往往需要纳入跨 学科和跨技术的手段