《生物反应器》课件.pptxVIP

第五章生物反应器目录第一节生物反应器的基本知识第二节培养基预处理设备第三节菌种制备设备全国高等学校高职高专药品类专业卫生部“十一五”规划教材《生物制药设备》第四节发酵设备第五节动植物细胞培养设备

学习目标学习目的学习生物反应器的结构和工作原理，培养生物反应器操作技能，为发酵操作、细胞培养操作打下知识和技能基础。知识要求掌握机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、鼓泡塔式发酵罐、膜反应器的结构；熟悉机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、常用动植物细胞培养器的工作原理；了解灭菌、无菌操作基本原理，了解生物反应器参数检测与自动控制原理；了解参数检测仪器的工作原理。能力要求熟练应用机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐的基本操作技术；学会培养基灭菌与无菌操作。

生物反应过程概述第一节生物反应基本知识生物反应生物反应在狭义上是指活细胞中的各种生物化学反应。广义的生物反应是指生物体的新陈代谢过程。

2019环境温度、酸碱度、营养物质浓度、012020氧气浓度、二氧化碳浓度、机械尺寸、022021流体湍流程度、细胞的生长浓度、产032022物的生成速度等042.影响生物反应的因素

3.生物药物的产生细胞在新陈代谢过程中不断地同化物质和能量，并异化自身物质。细胞的分解产物，部分能用于人类疾病的诊断、预防和治疗，称之为生物药物。

另外，细胞在生命活动过程中对环境物质进行了转化，部分转化产物也是生物药物；还有用酶工程技术转化后的部分产物也是生物药物。（二）分批培养中的细胞生长模式将培养基一次性投入反应器中，接入细胞并维持细胞生长的过程叫分批培养。在分批培养过程中，随着时间的延长，营养物逐渐被消耗，新的细胞不断增加，产物的数量在逐渐累积，细胞生长过程处于动态变化的环境中。

分批培养细胞生长的六个阶段减速生长期指数生长期停滞期加速生长期平衡生长期负生长期

并且部分细胞死亡，扩大繁殖速度减小，死亡速度增大，死亡与生长速度达到平衡。随后死亡速度不断加快，打破平衡后成为负增长，直至培养过程结束。接种后，细胞需要适应环境后才开始加速生长，随后增长速度不断加快，以指数的数量关系扩大繁殖。但随着时间的延长，容器内新生细胞增多，细胞的增长速度逐渐降低。

（三）生物反应过程的氧气供给1.氧气的传递过程空气被通入反应液后即分散成大量气泡，氧分子从气泡内穿过气液界面进入到反应液内成为溶解氧。（1）氧的气液传递过程溶解氧穿过液固界面进入细胞内的过程。（2）氧的液固传递过程

双膜理论气液界面上的传质阻力主要集中在气膜和液膜的滞流底层，滞流底层越厚阻力越大，液体的黏度越大，滞流底层越厚，传质阻力也越大2.提高氧气传递速度的途径

具体措施：（1）增强搅拌机械搅拌可以增加反应液的湍流程度，促使分散的气泡变得更小、分布更均匀，减少液膜厚度、降低传质阻力；增强搅拌还可增加气液接触面积，延长气泡在反应液中的停留时间。机械搅拌产生的剪切力会伤害细胞，可通过改变叶片减小剪切力。

No.3控制反应液体积通气量越大，反应液中的气泡就越多，溶解氧的浓度就越高。通气能起到一定的搅拌效果。通气量过大，则容易产生大量的泡沫，造成溢罐，产生气泡“过载”现象。在同样搅拌强度下，反应液体积增大，会降低搅拌的效果。No.2No.1（2）提高通气速率

改善反应液的性质反应液的黏度影响液膜的表面张力，进而影响液体中气泡合并的难易度。液体中气泡液膜的表面张力加剧气泡的合并倾向。随着生物反应的进行，反应液中细胞分泌物增加，黏度变大，小气泡合并成大气泡，出现起沫现象。加入消泡剂，可以降低液膜的表面张力，阻止气泡的合并。

二、生物反应器（一）生物反应器的分类进行生物化学反应的空间统称为生物反应器1.生物反应器

2.分类（1）按反应器内有机体种类微生物反应器植物细胞反应器动物细胞反应器酶反应器生物反应器

（2）按结构特征罐式反应器管式反应器塔式反应器膜式反应器生物反应器

生物反应器在生物制药过程中的作用

培养液一次性全部加入，接种培养一段时间后，将培养液一次性全部放出1.简单分批培养（二）生物反应器的操作类型

2.补料分批培养01开始培养时，培养液没有一次性加足，在培养一定时间后，根据培养液营养成分的消耗情况将部分营养成分连续加入反应器内（称之为补料），培养结束后一次性全部放出。3.反复分批培养02在简单分批培养即将结束时，放出大部分的培养液，余下少量作为种子液，补充新鲜培养液后再重新培养，如此反复直至培养不能再延续时，再将发酵液全部放出。

反复补料分批培养又称为半连续发酵，指在补料分批培养中进行