生物反应器原理..ppt

生物反应器这一术语出现的时间并不长，但人们利用生物反应器进行有用物质的生产却有着悠久的历史。古代欧洲用牛胃盛牛奶，牛胃中的活性物质把牛奶转化成乳酪。这是传统的乳酪生产方法，而牛胃便是原始状态的生物反应器 。活性物质是凝乳酶，它催化牛奶中的蛋白质的限制性水解，促使凝聚为乳酪 20世纪70年代，Atkinson提出了生化反应器(biochemical reactor)一词，其含义除包括原有的发酵罐外，还包括酶反应器，处理废水用反应器等。同一时期ollis提出了另一术语—生物反应器(biological reactor). 20世纪80年代。生物反应器（bioreactor)一词开始在专业期刊与书籍中大量出现。 由于生物反应的多样性，生物反应器的型式也是多样的，但由于生物反应的复杂性，加上外界的影响及相关理论的不完善。目前生物反应器的型式还不能完全适应生物反应过程多样性的需要。 本课程，通过生物反应过程分析和生物反应器的选型与设计,阐明细胞反应过程的动力学规律。同时以基本生物反应器为基础，通过例题,讨论了生物反应器设计与分析的基本原理和方法。 5.在降低设备投资方面，近年来对连续过程更加重视。 6.生物过程中的单元操作是相互联系的，上游过程必然影响到下游过程。把生物反应器和后面的产物回收过程联系起来。考虑整个过程的合理性才显得有意义。 4.除生产产物外,菌体自身也可是一种产物,如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时,可用于提取这些物质; 5.通过菌种改良,有可能使统一生产设备的生产能力大大提高. 2.微生物反应是利用活的生物体进行目的产物生产的反应,因此,产物的获得除受环境因素影响外,也受细胞内因素的影响,并且微生物菌体会发生遗传变异,因此,实际控制有一定难度. 如果将微生物反应看成是生成产物的复合反应,那么,从概念上讲可写成如下形式: 碳源+氮源+氧=菌体+有机产物+CO2+H2O 如果碳源由C,H,O组成,氮源为NH3,细胞的分子式定义为 CHxOyNz,忽略其它微量元素P,S和灰分等, 所以上述反应的计量关系式为 C6H12O6+3O2+0.48NH3→0.48C6H10NO3+4.32H2O +3.12CO2 配平微生物反应方程式时，一部分系数是由实验测得的，另一部分系数需计算获得。一般基质和产物的分子式是已知的。微生物细胞的元素组成可通过元素分析方法测定。 微生物细胞的生长速率rx的定义式为: rx =dx/dt=μX 式中X—微生物的浓度 μ为微生物的比生长速率,其除受细胞自身遗传信息支配外,还受环境因素所影响. 许多胞内酶需要辅酶活化剂，他们是一些小分子物质或离子，具有较大的通过细胞膜的能力。当细胞转移到新环境中，这些物质可因扩散作用而从细胞中向外流失。 延迟期的长短与种子的种龄及接种量的大小有关。年轻的种子产生的延迟期较短，而种龄较老的种子需要较长的延迟期。 C减速期 随着细胞的大量繁殖，培养基中的营养物质迅速消耗，加之有害代谢物的积累，细胞的生长速率逐渐下降，进入减速期。 D 静止期 因营养物质耗尽或有害物质的大量积累，使细胞浓度不再增大，这一阶段为静止期，细胞的浓度达到最大值。 E：衰亡期 由于环境恶化，细胞开始死亡，活细胞浓度不断下降，这一阶段为衰亡期。有关衰亡期的研究不多，因多数分批培养在衰亡期前结束。 恒化培养：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生长速率恒定的方法。 原理：通过控制某一种营养物浓度（如碳、氮源、生长因子等） ，使其始终成为生长限制因子，而达到控制培养液流速保持不变。 发酵罐： 进行微生物深层培养的设备统称为发酵罐。 按照能量输入的方式，发酵罐可以分为三类： 植物细胞培养 植物细胞工程:根据生物学原理及工程学原理,定向改变细胞遗传性,利用植物细胞为人类生产名贵药品及提供服务的技术. 植物细胞培养特点: 1.植物细胞较微生物细胞大得多,有纤维素细胞壁,细胞耐拉不耐扭,抵抗剪切力差 2.培养过程生长缓慢,易受微生物污染,需用抗生素 如果发酵过程中受到杂菌污染，会产生各种不良后果，具体包括： 1杂菌将会和生产菌竞争营养物质，造成原料的损失和产量的下降； 2杂菌产生的代谢产物会增加产物的种类，增加分离的难度，降低得率或使产品质量下降； 5若发生噬菌体污染，生产菌细胞受到破坏，严重的会使培养过程彻底失败导致“倒罐”，浪费大量原材料，造成严重的经济损失，而且会扰乱生产秩序，破坏生产计划。 1. 分批灭菌 分批灭菌又称为间歇灭菌，就是将配制好的培养基全部输入到发酵罐内或其它装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，再冷却到接种温度，这一工艺过程也称为实罐灭菌。分批灭菌过程包括升温、保温和冷却等3个阶段。 固定化后酶的