生物酶反应器.ppt

生物反应器
生物反应器这一术语出现的时间不长,但人们利用生物反应器进行有用物质生产却有着悠久的历史。
我们祖先酿制传统发酵食品时使用的容器就是最初的生物反应器。
20世纪40年代是生物反应器的开发、研制和应用获得迅速发展的阶段。
传统生物工业中使用的生物反应器称为“发酵罐”(fermenter)
生物反应器历史简介
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)一词在专业期刊与书籍中大量出现。
一、生物反应器概述
生物反应是利用生物催化剂将原料转化为有用物质的生产过程,生物反应器(biological reactor)是完成生化反应(酶促反应)的核心装置,其为生化反应提供适合的场所和最佳的反应条件,使底物最大限度地转化为产物,因此生物反应器是连接原料与产物的桥梁。
生物反应器,bioreactor是bio与reactor的组合词,是指有效利用生物反应机能的系统(或场所)。
生物反应器不仅包括传统的发酵罐、酶反应器,还包括采用固定化技术后的固定化酶或细胞反应器、动植物细胞培养用反应器和光合生物反应器等。
酶制备
原料预处理
灭菌
生物反应器
产物提纯
产品
空气
除菌
生物反应过程示意图
生物反应器设计的主要目标
产品质量高,生产成本低
评价生物反应器的主要目标
反应器生产能力的大小和产品质量的高低
生产能力(生产率)指单位时间(hr)和单位反应器体积(L)所生产的产品量(g)
生物反应器的一般要求
(或细胞浓度)
目的为获得较高的产品转化率。
(产品转化率是指每消耗1g底物能得到产物的克数)
,以获得最佳的反应条件
如最适pH、温度及底物浓度

传质指底物和产物在反应介质中的传递。
如底物从主体溶液向固定化载体外表面传递,然后向载体上酶分子活性部位传递;产物形成后从活性中心向载体表面传递,然后向主体溶液传递,由于固定化酶反应是固液相(非均相)状态进行,所以存在传质阻力。
传质阻力是反应器反应速度的主要限制因素,它能降低反应器的生产能力
生物反应系统中,反应物(基质)从反应液主体到生物催化剂(微生物细胞、固定化酶或细胞等)表面的传递过程对生物反应过程影响很大,特别是基质的传递速率低于生物催化剂的反应速率时,生物催化剂的催化效率将受到基质传递速率的限制
4. 应具有良好的无菌条件