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生物反應(yīng)器是生物化學(xué)工程的重要組成部分

 更新時間:2022-08-16 點擊量:753
  生物反應(yīng)器是生物化學(xué)工程的重要組成部分
  生物反應(yīng)器,指以活細胞或酶為生物催化劑進行細胞增殖或生化反應(yīng)提供適宜環(huán)境的設(shè)備,它是生物反應(yīng)過程中的關(guān)鍵設(shè)備。生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、操作方式和操作條件的選定對生物化工產(chǎn)品的質(zhì)量、收率(轉(zhuǎn)化率)和能耗有密切關(guān)系。生物反應(yīng)器的設(shè)計、放大是生化反應(yīng)工程的中心內(nèi)容,也是生物化學(xué)工程的重要組成部分。
  生物反應(yīng)器與化學(xué)反應(yīng)器不同,化學(xué)反應(yīng)器從原料進入到產(chǎn)物生成,常常需要加壓和加熱,是一個高能耗過程。而生物么應(yīng)器則不同,在酶和微生物的參與下,在常溫和常壓下就可以進行化學(xué)合成。因此,生物反應(yīng)器問世之后,應(yīng)受到化工部門的重視?;瘜W(xué)工程專家認為,應(yīng)該盡可能多地讓化學(xué)合成過程由生物去完成。設(shè)計理想的生物反應(yīng)器,就成了現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個重要任務(wù)。
  設(shè)計生物反應(yīng)器時要考慮兩點:一是選擇特異性高的酶或適宜的活細胞作為催化劑,盡可能減少副產(chǎn)物,提高產(chǎn)品產(chǎn)量;二是盡可能提高產(chǎn)物的濃度,降低成本。
  生物反應(yīng)器首先在發(fā)酵工業(yè)中得到應(yīng)用。發(fā)酵工業(yè)中使用的生物反應(yīng)器,實際上是發(fā)酵罐。另一種是以固定化酶或固定化細胞為催化劑的酶反應(yīng)器。
  生物反應(yīng)器與一般化學(xué)過程的反應(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: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(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)器體積相當龐大;④在發(fā)酵過程中,生化反應(yīng)機理和途徑相當復(fù)雜,有的尚不清楚,很難進行化學(xué)計量學(xué)的計算及反應(yīng)動力學(xué)的研究,加上反應(yīng)時常是氣、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)計放大問題存在較大困難。