DYH586 管式反應(yīng)器流動(dòng)特性測定裝置

DYH586Ⅱ 數(shù)字型管式反應(yīng)器流動(dòng)特性測定裝置

DYC011 倒置A2/O法多功能厭氧生物反應(yīng)器

DYP096 CASS反應(yīng)器處理實(shí)驗(yàn)裝置

DYP101 CAST反應(yīng)器處理實(shí)驗(yàn)裝置

DYP142 復(fù)合UASB（UASB+AF）反應(yīng)器

DYG041 SBR法膜生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置

DYG058 厭氧反應(yīng)加膜生物反應(yīng)器

生物反應(yīng)器，是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接種至液相或固相的反應(yīng)系統(tǒng)。目前研究得多的兩種反應(yīng)器是“升降機(jī)型反應(yīng)器”和“土壤泥漿反應(yīng)器”。升降機(jī)型反應(yīng)器是通過水相的流動(dòng)來提供適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)、碳源和氧氣，從而達(dá)到降解土壤中污染物質(zhì)的目的。與固相系統(tǒng)相比，生物反應(yīng)器能夠在更短的時(shí)間內(nèi)將污染物進(jìn)行有效降解。該生物反應(yīng)器技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于有機(jī)污染土壤的生物修復(fù)中。通過研究生物反應(yīng)器，我們可以了解到：可以知道為達(dá)到一定的生產(chǎn)目的需要多大的生物反應(yīng)器，確定什么樣的結(jié)構(gòu)更好；其次，對已有的生物反應(yīng)器進(jìn)行分析，達(dá)到優(yōu)化的目的；還有就是分析各種生物反應(yīng)器的數(shù)據(jù)，從而對細(xì)胞的生長、代謝等過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，加上成本低.、設(shè)備簡單、效率高、產(chǎn)品作用*、減少工業(yè)污染等優(yōu)點(diǎn)使他能夠在很多方面都有著重要的應(yīng)用，如改良乳汁品質(zhì)、生產(chǎn)藥用蛋白、外源基因在動(dòng)物體內(nèi)的位點(diǎn)整合問題、.乳蛋白基因表達(dá)組織特異性問題、目的蛋白的翻譯后修飾問題、轉(zhuǎn)基因表達(dá)產(chǎn)物的分離和純化問題、轉(zhuǎn)基因的技術(shù)與方法問題、倫理道德問題等諸多方面。

生物反應(yīng)器經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：細(xì)菌基因工程、細(xì)胞基因工程、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器的出現(xiàn)之所以受到人們極大的關(guān)注，是因?yàn)樗朔饲皟烧叩娜毕?，即?xì)菌基因工程產(chǎn)物往往不具備生物活性，必須經(jīng)過糖基化、羥基化等一系列修飾加工后才能成為有效的藥物，而細(xì)胞基因工程又因?yàn)椴溉閯?dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)條件要求相當(dāng)苛刻、成本太高而限制了規(guī)模生產(chǎn)。另外，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器還具有產(chǎn)品質(zhì)量高、容易提純的特點(diǎn)。一般把目的片段在器官或組織中表達(dá)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物叫做動(dòng)物生物反應(yīng)器。幾乎任何有生命的器官、組織或其中一部分都可以經(jīng)過人為馴化為生物反應(yīng)器。從生產(chǎn)的角度考慮，生物反應(yīng)器選擇的組織或器官要方便產(chǎn)物的獲得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此發(fā)展了動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器、動(dòng)物血液生物反應(yīng)器和動(dòng)物膀胱生物反應(yīng)器等。其中，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的研究引人注目。

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)的基本形式有浸沒式鼓泡器（有或沒有機(jī)械攪拌）、表面通氣裝置和膜反應(yīng)器。

生物反應(yīng)器的特點(diǎn)：與一般化學(xué)過程的反應(yīng)器相比，其特點(diǎn)有：①在常溫常壓下操作，但要求能耐受蒸汽滅菌，制作嚴(yán)密無隙以防染菌，且用對微生物或酶無毒害的材質(zhì)制作；②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；③酶常因底物（即酶的作用物）的濃度過高發(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；④在發(fā)酵過程中，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，對反應(yīng)器中物料的混合和傳遞帶來不利，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)過程來分：

1、發(fā)酵過程用的反應(yīng)器稱為發(fā)酵罐：發(fā)酵罐若根據(jù)其使用對象區(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)酵罐簡單，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。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)過程減產(chǎn)。

2、酶反應(yīng)過程用的反應(yīng)器則稱為酶反應(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)，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。

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。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)：①避免或減低由于機(jī)械攪拌而產(chǎn)生的剪切力對細(xì)胞的損傷。②氣泡的表面張力可對細(xì)胞造成傷害，在通氣時(shí)要防止氣泡與細(xì)胞接觸。、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)。

（二）生物反應(yīng)器的其它分類：①批式培養(yǎng)：指的是營養(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，與外界沒有物料交換。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多。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。連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器-恒化器，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。

生物反應(yīng)器的強(qiáng)化：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)器放大要解決的問題。常見的強(qiáng)化方法有數(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）、近似法則法、嘗試誤差法。經(jīng)過放大，有可能對發(fā)酵過程反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的一般是傳質(zhì)過程，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)及混合過程：①反應(yīng)器攪拌的一個(gè)重要的參數(shù)是通過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、操作條件等各方面的影響。氧的傳遞又常限制細(xì)胞的生長。但是，生物反應(yīng)器的放大需要遵循以下原則：幾何相識(shí)法、恒定等體積功率放大、恒定傳氧系數(shù)放大、恒定剪切力、恒定葉端速度放大、恒定的混合時(shí)間放大。生物反應(yīng)器的控制中也需要了解生物反應(yīng)器的目的是在實(shí)際發(fā)酵過程中實(shí)現(xiàn)在工藝和動(dòng)力學(xué)等研究中得到的工藝條件。

總之，生物反應(yīng)器是使生物反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)的裝置。生物反應(yīng)器有各種各樣的形式，要使生物反應(yīng)器運(yùn)行得好，必須首先對生物反應(yīng)器和反應(yīng)特征有深刻的理解，這就是生物反應(yīng)器工程的概念。生物反應(yīng)器工程著重研究生物反應(yīng)器本身的特性，如其結(jié)構(gòu)和操作方式、操作條件對細(xì)胞形態(tài)、生長、產(chǎn)物形成的關(guān)系。它與生物反應(yīng)工程結(jié)合，共同解決各種生物反應(yīng)的生物反應(yīng)器、操作條件的選擇問題。生物反應(yīng)器與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是20 世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展的一個(gè)里程碑，但現(xiàn)在仍然存在著許多急需解決的問題。由于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究在理論和技術(shù)上尚有不完善之處，使得轉(zhuǎn)入的外源基因在動(dòng)物基因組中隨機(jī)整合、調(diào)節(jié)失控、遺傳不穩(wěn)定，表達(dá)率不高。要提高轉(zhuǎn)基因的效率，保證外源基因的有效表達(dá)，關(guān)鍵是基因構(gòu)建的定點(diǎn)整合。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器的產(chǎn)品的安全性問題。這包括轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的產(chǎn)物的分離和提純，表達(dá)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和生物活性與人體蛋白的相似性的問題。只有從表達(dá)產(chǎn)物除去能引起人類反應(yīng)的非人類蛋白，并且產(chǎn)品與人體蛋白有足夠的相似性，才能應(yīng)用于人類的健康事業(yè)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的成活率低，出生后的部分個(gè)體表現(xiàn)出各種生理和免疫缺陷。如為提高生產(chǎn)性能而制備的轉(zhuǎn)基因豬出現(xiàn)了雌性不育、胃潰瘍和關(guān)節(jié)炎等病癥；而克隆牛已經(jīng)先后死亡；轉(zhuǎn)基因后獲得的目的性狀，通過有性繁殖后，遺傳性狀出現(xiàn)分離，如英國的一只高產(chǎn)1-AT 羊奶的轉(zhuǎn)基因綿羊，其子代羊奶中的含僅為其母親的1/10。盡管轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器的研究仍面臨著許多需要解決的問題，但它潛在的社會(huì)價(jià)值是無可估量的。在未來幾年內(nèi)，將有多種動(dòng)物乳腺生物反映器重組蛋白上市，從而形成市場前景廣闊和利潤巨大的新生物制藥行業(yè)。