第一章_生物反應(yīng)器ppt課件

.,第一章生物反應(yīng)器Bioreactor,.,第一節(jié)概述各種細(xì)胞及其代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)過(guò)程都要通過(guò)細(xì)胞的培養(yǎng)，而細(xì)胞培養(yǎng)所用的裝置就是反應(yīng)器。生物反應(yīng)器的作用：就是要為細(xì)胞代謝提供一個(gè)優(yōu)化的物理及化學(xué)環(huán)境，使細(xì)胞能更快更好地生長(zhǎng)，得到更多的需要的生物量或代謝產(chǎn)物。生物反應(yīng)器：生物反應(yīng)器是利用酶或生物體（如微生物）所具有的生物功能，在體外進(jìn)行生化反應(yīng)的裝置系統(tǒng)，是一種生物功能模擬機(jī)，如發(fā)酵罐、固定化酶或固定化細(xì)胞反應(yīng)器等。,.,如何使細(xì)胞生長(zhǎng)的更快更好？,一、好的細(xì)胞株系二、良好的環(huán)境條件1、良好的物理環(huán)境：最主要的有溫度、pH、溶氧量、合適的混合強(qiáng)度以保證細(xì)胞與營(yíng)養(yǎng)物的接觸及細(xì)胞的懸浮等。2、合適的化學(xué)環(huán)境：要求有合適的各種營(yíng)養(yǎng)物的濃度，并限制各種妨礙生長(zhǎng)代謝的有毒物質(zhì)的濃度。,.,研究生物反應(yīng)器的目的,1、確定為達(dá)到一定的生產(chǎn)目的需要多大的生物反應(yīng)器，什么樣的結(jié)構(gòu)更好。2、對(duì)已有的生物反應(yīng)器進(jìn)行分析，達(dá)到優(yōu)化的目的。3、分析各種生物反應(yīng)器的數(shù)據(jù)，從而對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、代謝等過(guò)程有更加深入的理解。（生物反應(yīng)器是工程學(xué)的一部分也是化學(xué)工程的一個(gè)分支）,.,化學(xué)工程還包括下面幾個(gè)重要的內(nèi)容,1、流體的輸送及混合。核心問(wèn)題是流體之間動(dòng)量的傳遞、機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。2、熱量的傳遞。生物反應(yīng)器要考慮發(fā)酵熱的傳出以及發(fā)酵罐溫度的控制。3、物質(zhì)的傳遞。生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行著各種物質(zhì)傳遞過(guò)程，這些傳遞過(guò)程的強(qiáng)度主要由濃度差以及擴(kuò)散的面積決定。,.,第二節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)及代謝過(guò)程動(dòng)力學(xué),一、細(xì)胞生長(zhǎng)的特點(diǎn)、描述方法的分類二、細(xì)胞的濃度及其測(cè)量三、均衡生長(zhǎng)模型四、其它模型,.,一、細(xì)胞生長(zhǎng)的特點(diǎn),（一）細(xì)胞培養(yǎng)1、細(xì)胞培養(yǎng)的一般條件溫度pH滲透壓營(yíng)養(yǎng)物水無(wú)菌條件光氣體,.,2、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的特殊條件,(1)血清：動(dòng)物細(xì)胞離體培養(yǎng)常常需要血清。最常用的是小牛血清。血清提供生長(zhǎng)必需因子，如激素、微量元素、礦物質(zhì)和脂肪。(2)支持物：大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞有貼壁生長(zhǎng)的習(xí)慣。離體培養(yǎng)常用玻璃，塑料等作為支持物。(3)氣體交換：二氧化碳和氧氣的比例要在細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)，不斷維持所需要的氣體條件。,.,3、植物細(xì)胞培養(yǎng)的特殊條件,(1)光照：離體培養(yǎng)的植物細(xì)胞對(duì)光照條件不嚴(yán)格，因?yàn)榧?xì)胞生長(zhǎng)所需要的物質(zhì)主要是靠培養(yǎng)基供給，但光照不但與光合作用有關(guān)，而且與細(xì)胞分化有關(guān)。(2)激素：植物細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)特別需要植物激素的調(diào)節(jié)，促進(jìn)生長(zhǎng)的生長(zhǎng)素和促進(jìn)細(xì)胞分裂的分裂素是最基本的激素。,.,4、微生物細(xì)胞培養(yǎng)的特殊條件,微生物多為單細(xì)胞生物，野生生存條件比較簡(jiǎn)單。所以微生物人工培養(yǎng)的條件比動(dòng)植物細(xì)胞簡(jiǎn)單得多。其中厭氧微生物培養(yǎng)比好氧微生物復(fù)雜。微生物對(duì)培養(yǎng)條件要求不如動(dòng)植物細(xì)胞那樣苛刻，玉米漿、蛋白胨、麥芽汁、酵母膏等成為良好的微生物天然培養(yǎng)基。,.,（二）描述方法,動(dòng)力學(xué)的研究目的是定量地描述過(guò)程的速率以及影響過(guò)程速率的諸多因素。生物過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究的主要問(wèn)題是生物反應(yīng)的速率，特別是細(xì)胞生長(zhǎng)的速率、各種基質(zhì)組分的消耗速率、代謝產(chǎn)物的生成速率。,.,常用的有：,反應(yīng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間物質(zhì)濃度的變化量。如：細(xì)胞的生長(zhǎng)速率、代謝產(chǎn)物的生成速率等。得率系數(shù)：兩種物質(zhì)得失之間的計(jì)量比。如：菌體的生成量對(duì)基質(zhì)消耗量的得率系數(shù)。比速率：?jiǎn)挝粷舛鹊木w、單位時(shí)間引起某物質(zhì)濃度的變化量。如：菌體的比生長(zhǎng)速率、基質(zhì)的比消耗速率、產(chǎn)物的比生成速率。,.,理想流動(dòng)和非理想流動(dòng),兩種理想流動(dòng)模式全混式，即反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)濃度及其它條件均一?；钊魇?，即反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)沿一定方向流動(dòng)，完全沒(méi)有反向混合。實(shí)際反應(yīng)裝置常常介于兩者之間。,.,細(xì)胞生長(zhǎng)的特點(diǎn)及細(xì)胞群體的描述,細(xì)胞的生長(zhǎng)、代謝是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程與一般的化學(xué)過(guò)程不同，這個(gè)反應(yīng)體系的特點(diǎn)是，它是一種多相、多組分、非線性的體系。細(xì)胞的培養(yǎng)和代謝還是一個(gè)復(fù)雜的群體的生命活動(dòng)，通常每毫升培養(yǎng)液中含104-108個(gè)細(xì)胞。而且，像任何有生命的東西一樣，細(xì)胞也經(jīng)歷著新生、成長(zhǎng)、成熟直至衰老的過(guò)程，在其生命的循環(huán)中，也存在退化與變異的問(wèn)題。,.,細(xì)胞群體進(jìn)行簡(jiǎn)化假設(shè),是否考慮細(xì)胞內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是否考慮細(xì)胞之間的差別,.,4種模型,.,非離散的結(jié)構(gòu)模型,文獻(xiàn)上簡(jiǎn)稱結(jié)構(gòu)模型。這種模型把細(xì)胞分為具有不同生理功能的組分。這種模型考慮到胞內(nèi)不同的結(jié)構(gòu)單元，對(duì)更精細(xì)地分析細(xì)胞的代謝調(diào)控是很重要的，其分析結(jié)果對(duì)于過(guò)程的優(yōu)化往往具有指導(dǎo)作用。結(jié)構(gòu)模型考慮了胞內(nèi)各結(jié)構(gòu)單元的代謝及相互作用，因此列出的方程參數(shù)多、復(fù)雜，不容易解，即使用計(jì)算機(jī)求解也要花費(fèi)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，因此在過(guò)程控制中較少用這種模型。,.,離散型非結(jié)構(gòu)模型,把細(xì)胞分為幾種不同形態(tài)或功能的類別?？偟募?xì)胞量是各類細(xì)胞量的和，各類細(xì)胞有不同的生理功能。對(duì)于培養(yǎng)中細(xì)胞有明顯差別（形態(tài)、功能）的過(guò)程用此種離散模型最好。缺點(diǎn)：分別測(cè)出各類細(xì)胞量是有困難的。,.,離散型結(jié)構(gòu)模型,細(xì)胞培養(yǎng)的實(shí)際情況。細(xì)胞之間不均一，細(xì)胞內(nèi)部多組分。在求解和分析中最繁雜，應(yīng)用較少。,.,非結(jié)構(gòu)非離散模型,簡(jiǎn)稱均衡生長(zhǎng)模型。這種模型沒(méi)有考慮細(xì)胞內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，又不考慮細(xì)胞之間有任何差異。因此，可以把細(xì)胞用“濃度”這一個(gè)量來(lái)描述，即把細(xì)胞看成一種“溶質(zhì)”，從而簡(jiǎn)化了胞內(nèi)外的傳遞過(guò)程分析，也簡(jiǎn)化了過(guò)程的數(shù)學(xué)描述。對(duì)于相當(dāng)多的微生物過(guò)程分析，特別是過(guò)程控制來(lái)說(shuō)，均衡生長(zhǎng)模型是可以滿足要求的。,.,二、細(xì)胞濃度及其測(cè)量,細(xì)胞濃度在培養(yǎng)過(guò)程中是一個(gè)十分重要的參數(shù)。在定量研究生物反應(yīng)之前，首先需要說(shuō)明微生物的濃度即菌體濃度的表示方法。（g/l,kg/m3),.,細(xì)胞干重法：測(cè)量細(xì)胞濃度的最基本方法。顯微計(jì)數(shù)法：顯微鏡和血球計(jì)數(shù)器。平板計(jì)數(shù)法：生理鹽水稀釋，記錄菌斑。濁度法：波長(zhǎng)600-700nm范圍測(cè)量。,直接測(cè)定法,.,間接測(cè)定法：測(cè)定構(gòu)成細(xì)胞的大分子物質(zhì)來(lái)確定細(xì)胞濃度。,.,三、均衡生長(zhǎng)模型,1、細(xì)胞生長(zhǎng)模型：均衡生長(zhǎng)模型只用一個(gè)量來(lái)描述細(xì)胞的量，即生物量或細(xì)胞的濃度。通常用每毫升培養(yǎng)液中菌體個(gè)數(shù)或干菌重來(lái)描述。,.,（1）細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線：將微生物在一個(gè)封閉體系中培養(yǎng)，測(cè)定培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞濃度的變化，可得到細(xì)胞生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)曲線。以間歇培養(yǎng)微生物為例，在培養(yǎng)過(guò)程中動(dòng)力學(xué)曲線包括延遲期、指數(shù)生長(zhǎng)期、禁止期、自溶期等階段。,.,（2）細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)描述：細(xì)胞生長(zhǎng)速率的一個(gè)重要參數(shù)是比生長(zhǎng)速率。比生長(zhǎng)速率：比生長(zhǎng)速率表示在單位體積內(nèi)單位量細(xì)胞經(jīng)過(guò)單位時(shí)間增加的細(xì)胞量。這種增加包括生長(zhǎng)和繁殖兩個(gè)部分。比生長(zhǎng)速率表示菌體增長(zhǎng)的能力，它也受菌株及各種物理化學(xué)環(huán)境因素的影響。,.,2、基質(zhì)消耗的模型基質(zhì)包括細(xì)胞生長(zhǎng)所需各種營(yíng)養(yǎng)成分，其消耗主要有三個(gè)方面：一.是細(xì)胞的生長(zhǎng)，合成新的細(xì)胞；二.是細(xì)胞維持生命要消耗的能源物質(zhì)；三.是合成次級(jí)代謝產(chǎn)物。,.,3、產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型產(chǎn)物主要指的是細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中代謝生成的除細(xì)胞量以外的產(chǎn)品。按照其生成特點(diǎn)，產(chǎn)物可分為兩類：生長(zhǎng)偶聯(lián)型及非生長(zhǎng)偶聯(lián)型。這兩者的區(qū)別在于前者的生成只是在細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)才能生成，而后者則只要有細(xì)胞存在就能生成。,.,4、均衡生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)用實(shí)例,青霉素球狀菌發(fā)酵（P6頁(yè)）實(shí)際在生物培養(yǎng)過(guò)程中，菌體的生長(zhǎng)、基質(zhì)的消耗及產(chǎn)物的生成三個(gè)方面是交織在一起的。菌體的生長(zhǎng)消耗了基質(zhì)，而基質(zhì)濃度的變化又影響菌體的生長(zhǎng)速度，對(duì)于產(chǎn)物也是這樣。因此，細(xì)胞培養(yǎng)整體的動(dòng)力學(xué)模型是上述幾個(gè)微分方程聯(lián)立的結(jié)果。已知初始條件即可以應(yīng)用合適的數(shù)學(xué)方法對(duì)過(guò)程求解及分析。,.,四、其它模型,均衡生長(zhǎng)模型把細(xì)胞看成一個(gè)溶質(zhì)，沒(méi)有考慮胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞之間的差別。在分析胞內(nèi)的誘導(dǎo)作用、對(duì)工程菌進(jìn)行動(dòng)力學(xué)描述以及細(xì)胞的形態(tài)和功能有較大差異時(shí)，應(yīng)用這個(gè)模型是不合適的。在實(shí)際過(guò)程中，有時(shí)還需使用其它模型。比如，離散模型、結(jié)構(gòu)模型等。,.,第三節(jié)生物反應(yīng)器的基本類型及其設(shè)計(jì),一、生物反應(yīng)器的特點(diǎn)及其分類二、批式反應(yīng)器三、連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器-衡化器四、生物反應(yīng)器的強(qiáng)化,.,一、生物反應(yīng)器的特點(diǎn)及其分類,微生物的種類很多，特點(diǎn)各異，生物反應(yīng)器也五花八門，各以不同的方式提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)涉及采用的工藝、攪拌和通氣系統(tǒng)及主要基質(zhì)的狀態(tài)。通氣系統(tǒng)的基本形式有浸沒(méi)式鼓泡器（有或沒(méi)有機(jī)械攪拌）、表面通氣裝置和膜反應(yīng)器。,.,在常溫常壓下操作，但要求能耐受蒸汽滅菌，制作嚴(yán)密無(wú)隙以防染菌，且用對(duì)微生物或酶無(wú)毒害的材質(zhì)制作；當(dāng)用微生物為催化劑時(shí)，催化劑本身是在發(fā)酵罐中產(chǎn)生的（開(kāi)始時(shí)需接入菌種），為防止雜菌污染和活性衰退，一般采用分批釜式反應(yīng)器；,生物反應(yīng)器的特點(diǎn)：與一般化學(xué)過(guò)程的反應(yīng)器相比，其基本原理和結(jié)構(gòu)應(yīng)是相近的，但有如下特點(diǎn)：,.,酶常因底物（即酶的作用物）的濃度過(guò)高發(fā)生抑制作用，微生物細(xì)胞因胞內(nèi)外滲透壓平衡問(wèn)題，要求底物濃度也不能太高，因而反應(yīng)器體積相當(dāng)龐大；在發(fā)酵過(guò)程中，生化反應(yīng)機(jī)理和途徑相當(dāng)復(fù)雜，有的尚不清楚，很難進(jìn)行化學(xué)計(jì)量學(xué)的計(jì)算及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究，加上反應(yīng)時(shí)常是氣、液、固三相并存，有的反應(yīng)液粘度很大，流變學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，對(duì)反應(yīng)器中物料的混合和傳遞帶來(lái)不利，使采用化學(xué)反應(yīng)工程的原理和方法解決生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)放大問(wèn)題存在較大困難。,.,生物反應(yīng)器的分類,（一）按照生物反應(yīng)過(guò)程來(lái)分1、發(fā)酵過(guò)程用的反應(yīng)器稱為發(fā)酵罐；2、酶反應(yīng)過(guò)程用的反應(yīng)器則稱為酶反應(yīng)器。3、專為動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng)用的生物反應(yīng)器，專稱為動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)裝置。,.,發(fā)酵罐發(fā)酵罐若根據(jù)其使用對(duì)象區(qū)分，可有：嫌氣發(fā)酵罐、好氣發(fā)酵罐、污水生物處理裝置等。其中嫌氣發(fā)酵罐最為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)中不必導(dǎo)入空氣，僅為立式或臥式的筒形容器，可借發(fā)酵中產(chǎn)生的二氧化碳攪拌液體。（見(jiàn)彩圖）,.,產(chǎn)品名稱：5L離位滅菌自動(dòng)臺(tái)式發(fā)酵罐型號(hào)：SY-3005QB,.,技術(shù)參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)配置：1、罐體系統(tǒng)：罐體全容積：5L；工作容積：24L罐體材質(zhì)：硼硅玻璃+316L不銹鋼；罐蓋材質(zhì)：316L不銹鋼罐體設(shè)計(jì)壓力：0.1Mpa；夾套設(shè)計(jì)壓力：0.25Mpa罐蓋結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)溫度、PH、DO傳感器插口各1個(gè)；標(biāo)準(zhǔn)泡沫電極插口1個(gè)；通用補(bǔ)料接口2個(gè)；接種口1個(gè)；排氣口1個(gè)；取樣管口1個(gè)表面處理：不銹鋼內(nèi)外鏡面拋光，拋光精度Ra0.4,.,2、滅菌方式：高壓滅菌鍋滅菌3、攪拌系統(tǒng)：直聯(lián)機(jī)械攪拌；0.1KW直流電機(jī)；兩層六平葉發(fā)酵專用標(biāo)準(zhǔn)槳；控制范圍：501000rpm，控制精度：1%,.,4、溫度控制：冷卻水溫度+565；精度0.1；5、pH控制：瑞士梅特勒pH電極及屏蔽導(dǎo)線；范圍：212pH，控制精度：0.02pH6、溶氧控制：瑞士梅特勒DO電極及屏蔽導(dǎo)線；范圍：5100%，控制精度：2%7、泡沫控制：自動(dòng)檢測(cè)泡沫添加消泡劑；靈敏度1001000008、補(bǔ)料控制：蠕動(dòng)泵自動(dòng)流加；范圍：0120ml/min，控制精度：2%9、空氣流量控制：轉(zhuǎn)子流量計(jì)手動(dòng)調(diào)節(jié)；范圍：010L/min,.,10、控制系統(tǒng)：采用兩級(jí)控制體系:上位機(jī)(PC機(jī))+下位機(jī)(發(fā)酵罐現(xiàn)場(chǎng)控制器)；通過(guò)網(wǎng)線連接；上位機(jī)和下位機(jī)都可以單獨(dú)對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行控制；上位機(jī)接入局域網(wǎng)時(shí),可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；發(fā)酵罐現(xiàn)場(chǎng)控制器采用進(jìn)口嵌入式控制核心，大屏幕液晶顯示屏、輕觸式薄膜鍵盤，全中文菜單式操作界面11、發(fā)酵監(jiān)控軟件（免費(fèi)贈(zèng)送）：SY-3000E發(fā)酵監(jiān)控軟件的主要功能：顯示并記錄發(fā)酵時(shí)間、溫度、pH、溶解氧、轉(zhuǎn)速、空氣流量、壓力、補(bǔ)料量、泡敵量、酸堿劑量等發(fā)酵過(guò)程參數(shù)；手動(dòng)、自動(dòng)、順序和關(guān)聯(lián)四種控制方式；可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄和輸出、動(dòng)態(tài)曲線歷史曲線顯示和打印等功能12、配套設(shè)備：空氣壓縮機(jī)：靜音無(wú)油，50L/min以上；高壓滅菌鍋：內(nèi)容量50L以上,.,.,發(fā)酵罐組成,1、殼體2、控溫部分3、攪拌部分4、通氣部分5、進(jìn)料口6、量測(cè)系統(tǒng)7、附屬系統(tǒng),.,特點(diǎn),這種發(fā)酵罐根據(jù)其特點(diǎn)叫做機(jī)械攪拌罐，有人也叫它常規(guī)發(fā)酵罐。是目前使用最多的一種，適用性好，適應(yīng)性強(qiáng)，從小型到中型、到大型的細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程都可以使用，放大容易。其缺點(diǎn)是罐內(nèi)的機(jī)械攪拌剪切力容易損傷嬌嫩的細(xì)胞，造成某些細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程減產(chǎn)。,.,氣體提升式發(fā)酵罐,.,.,.,.,酶反應(yīng)器（可分兩大類）,1、游離酶反應(yīng)器2、固定化酶反應(yīng)器,.,1、游離酶反應(yīng)器以水溶液狀態(tài)與底物反應(yīng)。若為分批釜式反應(yīng)器，酶就不能回收；若用連續(xù)釜式反應(yīng)器并附有一個(gè)能把大分子的酶留在系統(tǒng)內(nèi)的超濾裝置則可使酶連續(xù)使用。也可將酶液置于用超濾材料制成的U形管或中空纖維管中,并將其置于釜式或管式反應(yīng)器進(jìn)行操作，這樣也可使酶連續(xù)使用。后者接近連續(xù)管式反應(yīng)器。,.,2、固定化酶反應(yīng)器除了和化學(xué)反應(yīng)器類似的固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器外，還有多種特殊設(shè)計(jì)。例如：將酶固定在惰性膜片上，再卷成螺旋裝置于反應(yīng)器（圖5）中,或?qū)⒚腹潭ㄔ谥锌绽w維的內(nèi)壁制成反應(yīng)器；也可將固定化酶置于金屬網(wǎng)框中進(jìn)行酶反應(yīng)（圖6）。在反應(yīng)中產(chǎn)氣(如CO2)嚴(yán)重時(shí)，可考慮采用多層酶反應(yīng)器。,.,.,.,動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)所用的生物反應(yīng)器,動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)所用的生物反應(yīng)器與前面所介紹的生物反應(yīng)器（用于微生物培養(yǎng)的）基本是一樣的。但由于高等生物細(xì)胞比較嬌嫩，對(duì)培養(yǎng)條件要求更高一些，因而在選用及設(shè)計(jì)生物反應(yīng)器時(shí)要特別考慮以下幾點(diǎn)：,.,動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)考慮,1、避免或減低由于機(jī)械攪拌而產(chǎn)生的剪切力對(duì)細(xì)胞的損傷。2、氣泡的表面張力可對(duì)細(xì)胞造成傷害，在通氣時(shí)要防止氣泡與細(xì)胞接觸。3、在進(jìn)行PH調(diào)節(jié)或補(bǔ)料時(shí)，要嚴(yán)格防止化學(xué)環(huán)境的急劇變化對(duì)細(xì)胞的傷害。如不能用酸、堿直接加入的方式調(diào)節(jié)PH，應(yīng)以改變CO2/O2/N2的比例為主進(jìn)行調(diào)節(jié)。,.,動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)裝置,.,生物反應(yīng)器的其它分類,生物反應(yīng)器還可以按照其操作方式分為下面3類：1、批式培養(yǎng)：指的是營(yíng)養(yǎng)物和菌種一次加入進(jìn)行培養(yǎng)，直到結(jié)束放出，中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出，與外界沒(méi)有物料交換。2、連續(xù)培養(yǎng)：連續(xù)培養(yǎng)是不斷地往反應(yīng)器中加入營(yíng)養(yǎng)物，利用罐中的菌體增殖得到產(chǎn)物，并不斷采出。實(shí)際進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)有兩類反應(yīng)器（攪拌罐式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器）。3、半連續(xù)操作,.,二、批式反應(yīng)器,批式反應(yīng)可以用各種反應(yīng)器，其中以機(jī)械攪拌式和氣升式用的最多。,.,三、連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器-恒化器,恒化器的基本操作模型如圖1-14所示（P15）。物料連續(xù)地以體積流量F流入反應(yīng)器，并以同樣流量流出去。反應(yīng)器內(nèi)有很好的混合，即各點(diǎn)濃度一樣。恒化器的操作特點(diǎn)是其流出物流的濃度與反應(yīng)器內(nèi)相同，而且加入的物流，一進(jìn)入反應(yīng)器立即與反應(yīng)器內(nèi)物料均勻混合。,.,四、生物反應(yīng)器的強(qiáng)化,1、規(guī)模經(jīng)濟(jì)2、過(guò)程的強(qiáng)化3、反應(yīng)系統(tǒng),.,第四節(jié)生物反應(yīng)器的放大,一、概述在實(shí)驗(yàn)室里用小型設(shè)備進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，獲得了較高的產(chǎn)量和效率，如何在大型的生產(chǎn)規(guī)模設(shè)備里重現(xiàn)，是生物反應(yīng)器放大要解決的問(wèn)題。,.,放大的方法,數(shù)學(xué)模型法半數(shù)學(xué)模型法因次分析法：又稱量綱分析，是對(duì)過(guò)程有關(guān)物理量的因次（即量綱）進(jìn)行分析，得到為數(shù)較少的無(wú)因次數(shù)（即無(wú)量綱參數(shù)）群間關(guān)系的方法近似法則法嘗試誤差法,.,迄今，文獻(xiàn)上常見(jiàn)的發(fā)酵罐比擬放大法仍以近似法則和因次分析的結(jié)合為主。經(jīng)過(guò)放大，最有可能對(duì)發(fā)酵過(guò)程反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的一般是傳質(zhì)過(guò)程，其中限制性的傳質(zhì)速率就是氣態(tài)氧向液相中傳遞的速率。因此，先要了解發(fā)酵罐中的傳質(zhì)及混合過(guò)程。1、氧的供給。2、罐內(nèi)流體的混合：罐內(nèi)流體的混合一方面是為了加強(qiáng)氧的傳遞，另一個(gè)方面使流體混合均勻避免局部過(guò)濃或過(guò)稀的現(xiàn)象，并強(qiáng)化菌體與營(yíng)養(yǎng)物的接觸。,.,二、攪拌及傳氧1、攪拌反應(yīng)器攪拌的一個(gè)重要的參數(shù)是通過(guò)攪拌器輸入到流體的功率值。決定攪拌功率的除了攪拌漿轉(zhuǎn)速與直徑外還有兩個(gè)重要的因素，一是流體的流動(dòng)與性質(zhì)，二是通氣與否。流動(dòng)流體性質(zhì)依其切變速率與剪切力之間的關(guān)系可分為牛頓型流體與非牛頓型流體。牛頓型流體切變速率與剪切力成比例，比例系數(shù)為粘度，非牛頓型流體則不成比例。,.,2、氧的傳遞,氧的傳遞能力的好壞受物體流動(dòng)性、反應(yīng)器尺寸、操作條件等各方