DYH586 管式反應器流動特性測定裝置

DYH586Ⅱ 數(shù)字型管式反應器流動特性測定裝置

DYC011 倒置A2/O法多功能厭氧生物反應器

DYP096 CASS反應器處理實驗裝置

DYP101 CAST反應器處理實驗裝置

DYP142 復合UASB（UASB+AF）反應器

DYG041 SBR法膜生物反應器實驗裝置

DYG058 厭氧反應加膜生物反應器

生物反應器，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系統(tǒng)。目前研究得多的兩種反應器是“升降機型反應器”和“土壤泥漿反應器”。升降機型反應器是通過水相的流動來提供適當?shù)臓I養(yǎng)、碳源和氧氣，從而達到降解土壤中污染物質(zhì)的目的。與固相系統(tǒng)相比，生物反應器能夠在更短的時間內(nèi)將污染物進行有效降解。該生物反應器技術已經(jīng)應用于有機污染土壤的生物修復中。通過研究生物反應器，我們可以了解到：可以知道為達到一定的生產(chǎn)目的需要多大的生物反應器，確定什么樣的結(jié)構更好；其次，對已有的生物反應器進行分析，達到優(yōu)化的目的；還有就是分析各種生物反應器的數(shù)據(jù)，從而對細胞的生長、代謝等過程有更加深入的理解，生物反應器是工程學的一部分也是化學工程的一個分支，加上成本低.、設備簡單、效率高、產(chǎn)品作用*、減少工業(yè)污染等優(yōu)點使他能夠在很多方面都有著重要的應用，如改良乳汁品質(zhì)、生產(chǎn)藥用蛋白、外源基因在動物體內(nèi)的位點整合問題、.乳蛋白基因表達組織特異性問題、目的蛋白的翻譯后修飾問題、轉(zhuǎn)基因表達產(chǎn)物的分離和純化問題、轉(zhuǎn)基因的技術與方法問題、倫理道德問題等諸多方面。

生物反應器經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：細菌基因工程、細胞基因工程、轉(zhuǎn)基因動物生物反應器。轉(zhuǎn)基因動物生物反應器的出現(xiàn)之所以受到人們極大的關注，是因為它克服了前兩者的缺陷，即細菌基因工程產(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，而細胞基因工程又因為哺乳動物細胞的培養(yǎng)條件要求相當苛刻、成本太高而限制了規(guī)模生產(chǎn)。另外，轉(zhuǎn)基因動物生物反應器還具有產(chǎn)品質(zhì)量高、容易提純的特點。一般把目的片段在器官或組織中表達的轉(zhuǎn)基因動物叫做動物生物反應器。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器。從生產(chǎn)的角度考慮，生物反應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)展了動物乳腺生物反應器、動物血液生物反應器和動物膀胱生物反應器等。其中，轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應器的研究引人注目。

微生物的種類很多，特點各異，生物反應器也五花八門，各以不同的方式提供適宜的生長環(huán)境，反應器的設計涉及采用的工藝、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（有或沒有機械攪拌）、表面通氣裝置和膜反應器。

生物反應器的特點：與一般化學過程的反應器相比，其特點有：①在常溫常壓下操作，但要求能耐受蒸汽滅菌，制作嚴密無隙以防染菌，且用對微生物或酶無毒害的材質(zhì)制作；②當用微生物為催化劑時，催化劑本身是在發(fā)酵罐中產(chǎn)生的（開始時需接入菌種），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，因而反應器體積相當龐大；④在發(fā)酵過程中，生化反應機理和途徑相當復雜，有的尚不清楚，很難進行化學計量學的計算及反應動力學的研究，加上反應時常是氣、液、固三相并存，有的反應液粘度很大，流變學性質(zhì)復雜，對反應器中物料的混合和傳遞帶來不利，使采用化學反應工程的原理和方法解決生物反應器的設計放大問題存在較大困難。

生物反應器的分類

（一）按照生物反應過程來分：

1、發(fā)酵過程用的反應器稱為發(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)其特點叫做機械攪拌罐，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，適應性強，從小型到中型、到大型的細胞培養(yǎng)過程都可以使用，放大容易。其缺點是罐內(nèi)的機械攪拌剪切力容易損傷嬌嫩的細胞，造成某些細胞培養(yǎng)過程減產(chǎn)。

2、酶反應過程用的反應器則稱為酶反應器。①游離酶反應器：以水溶液狀態(tài)與底物反應。若為分批釜式反應器，酶就不能回收；若用連續(xù)釜式反應器并附有一個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器進行操作，這樣也可使酶連續(xù)使用。后者接近連續(xù)管式反應器。②固定化酶反應器：除了和化學反應器類似的固定床反應器和流化床反應器外，還有多種特殊設計。例如：將酶固定在惰性膜片上，再卷成螺旋裝置于反應器中,或?qū)⒚腹潭ㄔ谥锌绽w維的內(nèi)壁制成反應器；也可將固定化酶置于金屬網(wǎng)框中進行酶反應，在反應中產(chǎn)氣(如CO2)嚴重時，可考慮采用多層酶反應器。

3、專為動植物細胞大量培養(yǎng)用的生物反應器，專稱為動植物細胞培養(yǎng)裝置。動物細胞培養(yǎng)所用的生物反應器與前面所介紹的生物反應器（用于微生物培養(yǎng)的）基本是一樣的。但由于高等生物細胞比較嬌嫩，對培養(yǎng)條件要求更高一些，因而在選用及設計生物反應器時要特別考慮以下幾點：①避免或減低由于機械攪拌而產(chǎn)生的剪切力對細胞的損傷。②氣泡的表面張力可對細胞造成傷害，在通氣時要防止氣泡與細胞接觸。、在進行PH調(diào)節(jié)或補料時，要嚴格防止化學環(huán)境的急劇變化對細胞的傷害。如不能用酸、堿直接加入的方式調(diào)節(jié)PH，應以改變CO2/O2/N2的比例為主進行調(diào)節(jié)。

（二）生物反應器的其它分類：①批式培養(yǎng)：指的是營養(yǎng)物和菌種一次加入進行培養(yǎng)，直到結(jié)束放出，中間除了空氣進入和尾氣排出，與外界沒有物料交換。批式反應可以用各種反應器，其中以機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。實際進行連續(xù)培養(yǎng)有兩類反應器（攪拌罐式反應器和管式物料連續(xù)地以體積流量F流入反應器，并以同樣流量流出去。反應器內(nèi)有很好的混合，即各點濃度一樣。連續(xù)攪拌罐反應器-恒化器，恒化器的操作特點是其流出物流的濃度與反應器內(nèi)相同，而且加入的物流，一進入反應器立即與反應器內(nèi)物料均勻混合。

生物反應器的強化：在實驗室里用小型設備進行科學試驗，獲得了較高的產(chǎn)量和效率，如何在大型的生產(chǎn)規(guī)模設備里重現(xiàn)，是生物反應器放大要解決的問題。常見的強化方法有數(shù)學模型法、半數(shù)學模型法、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反應器攪拌的一個重要的參數(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重要的因素，一是流體的流動與性質(zhì)，二是通氣與否。流動流體性質(zhì)依其切變速率與剪切力之間的關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性、反應器尺寸、操作條件等各方面的影響。氧的傳遞又常限制細胞的生長。但是，生物反應器的放大需要遵循以下原則：幾何相識法、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、恒定的混合時間放大。生物反應器的控制中也需要了解生物反應器的目的是在實際發(fā)酵過程中實現(xiàn)在工藝和動力學等研究中得到的工藝條件。

總之，生物反應器是使生物反應得以實現(xiàn)的裝置。生物反應器有各種各樣的形式，要使生物反應器運行得好，必須首先對生物反應器和反應特征有深刻的理解，這就是生物反應器工程的概念。生物反應器工程著重研究生物反應器本身的特性，如其結(jié)構和操作方式、操作條件對細胞形態(tài)、生長、產(chǎn)物形成的關系。它與生物反應工程結(jié)合，共同解決各種生物反應的生物反應器、操作條件的選擇問題。生物反應器與轉(zhuǎn)基因動物是20 世紀生命科學發(fā)展的一個里程碑，但現(xiàn)在仍然存在著許多急需解決的問題。由于轉(zhuǎn)基因動物的研究在理論和技術上尚有不完善之處，使得轉(zhuǎn)入的外源基因在動物基因組中隨機整合、調(diào)節(jié)失控、遺傳不穩(wěn)定，表達率不高。要提高轉(zhuǎn)基因的效率，保證外源基因的有效表達，關鍵是基因構建的定點整合。轉(zhuǎn)基因動物生物反應器的產(chǎn)品的安全性問題。這包括轉(zhuǎn)基因動物的產(chǎn)物的分離和提純，表達產(chǎn)物的結(jié)構和生物活性與人體蛋白的相似性的問題。只有從表達產(chǎn)物除去能引起人類反應的非人類蛋白，并且產(chǎn)品與人體蛋白有足夠的相似性，才能應用于人類的健康事業(yè)。轉(zhuǎn)基因動物的成活率低，出生后的部分個體表現(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)基因動物生物反應器的研究仍面臨著許多需要解決的問題，但它潛在的社會價值是無可估量的。在未來幾年內(nèi)，將有多種動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)。