生物反應(yīng)器的分類與發(fā)展

1、生物反應(yīng)器的現(xiàn)狀與發(fā)展生物反應(yīng)器的現(xiàn)狀與發(fā)展生物反應(yīng)器的現(xiàn)狀與發(fā)展生物反應(yīng)器的現(xiàn)狀與發(fā)展l一、生物反應(yīng)器的定義一、生物反應(yīng)器的定義l二、生物反應(yīng)器的分類二、生物反應(yīng)器的分類l三、生物反應(yīng)器的發(fā)展現(xiàn)狀三、生物反應(yīng)器的發(fā)展現(xiàn)狀l四、生物反應(yīng)器的趨勢(shì)四、生物反應(yīng)器的趨勢(shì) 一、生物反應(yīng)器（一、生物反應(yīng)器（Bioreactor）l定義：生物反應(yīng)器是人定義：生物反應(yīng)器是人們利用生物體所具有的們利用生物體所具有的功能，在體外進(jìn)行功能，在體外進(jìn)行有控有控制的培養(yǎng)以生產(chǎn)某種產(chǎn)制的培養(yǎng)以生產(chǎn)某種產(chǎn)品或進(jìn)行特定的反應(yīng)的品或進(jìn)行特定的反應(yīng)的裝置。裝置。主要由生物細(xì)胞主要由生物細(xì)胞及其催化劑和反應(yīng)器裝及其催化劑和反應(yīng)器

2、裝置兩部分組成。置兩部分組成。 生物反應(yīng)器是發(fā)酵工程中最重要的設(shè)備之一生物反應(yīng)器是發(fā)酵工程中最重要的設(shè)備之一原料原料過(guò)程控制過(guò)程控制熱量熱量空壓機(jī)空壓機(jī)除菌除菌原料制備原料制備預(yù)處理預(yù)處理滅菌滅菌產(chǎn)品回收產(chǎn)品回收能量能量空氣空氣生物生物反應(yīng)器反應(yīng)器能量能量廢物廢物產(chǎn)物產(chǎn)物 二、生物反應(yīng)器的分類二、生物反應(yīng)器的分類氣升式生物反應(yīng)器氣升式生物反應(yīng)器鼓泡塔生物反應(yīng)器鼓泡塔生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器植物生物反應(yīng)器植物生物反應(yīng)器動(dòng)物生物反應(yīng)器動(dòng)物生物反應(yīng)器機(jī)械攪拌式反應(yīng)器機(jī)械攪拌式反應(yīng)器生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器 l生物反應(yīng)器有很多種，按照不同的分類角生物反應(yīng)器有很多種，按照不同的分類角度可以分為各種

3、類型度可以分為各種類型 ： 間歇反應(yīng)器間歇反應(yīng)器 按操作方式按操作方式 連續(xù)反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)器 半連續(xù)反應(yīng)器半連續(xù)反應(yīng)器 均相反應(yīng)器均相反應(yīng)器 按照反應(yīng)器內(nèi)相態(tài)分按照反應(yīng)器內(nèi)相態(tài)分 非均相反應(yīng)器非均相反應(yīng)器l 罐式反應(yīng)器罐式反應(yīng)器l 按照結(jié)構(gòu)特征分按照結(jié)構(gòu)特征分 管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器l 塔式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器l 膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器l 理想反應(yīng)器理想反應(yīng)器 按反應(yīng)器內(nèi)流型分按反應(yīng)器內(nèi)流型分l 非理想反應(yīng)器非理想反應(yīng)器l 微生物反應(yīng)器微生物反應(yīng)器l按照生物反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)體種類分按照生物反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)體種類分 植物細(xì)胞反應(yīng)器植物細(xì)胞反應(yīng)器l 動(dòng)物細(xì)胞反應(yīng)器動(dòng)物細(xì)胞反應(yīng)器l 酶反應(yīng)器酶反應(yīng)器 l l 機(jī)械攪拌混

4、合反應(yīng)器機(jī)械攪拌混合反應(yīng)器l 泵循環(huán)混合反應(yīng)器泵循環(huán)混合反應(yīng)器 l按照反應(yīng)器內(nèi)氣液混合方式分按照反應(yīng)器內(nèi)氣液混合方式分 直接通氣混合反應(yīng)器直接通氣混合反應(yīng)器l 連續(xù)氣相反應(yīng)器連續(xù)氣相反應(yīng)器 l l 三、生物反應(yīng)器的發(fā)展現(xiàn)狀 （1 1）生產(chǎn)酒精）生產(chǎn)酒精1 1、發(fā)酵領(lǐng)域、發(fā)酵領(lǐng)域 （2 2）生產(chǎn)木糖醇）生產(chǎn)木糖醇 （3 3）生產(chǎn)啤酒）生產(chǎn)啤酒 （4 4）生產(chǎn)能源）生產(chǎn)能源 利用固定化流化床生物反應(yīng)器進(jìn)行酒精中試生產(chǎn)，其轉(zhuǎn)化率比目前的工業(yè)化反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率高，并可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)在線或離線監(jiān)測(cè)填充床生物反應(yīng)器中用固定化重填充床生物反應(yīng)器中用固定化重組酵母菌進(jìn)行生產(chǎn)組酵母菌進(jìn)行生產(chǎn)目前用來(lái)生產(chǎn)啤酒

5、的填充目前用來(lái)生產(chǎn)啤酒的填充床固定化細(xì)胞反應(yīng)器已完床固定化細(xì)胞反應(yīng)器已完成中試進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)階段成中試進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)階段光合細(xì)菌利用有機(jī)物作為電子供體光敏產(chǎn)氫為工業(yè)化生產(chǎn)清潔、無(wú)污染的生物能源提供了具有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)方法l 2 2、動(dòng)物生物反應(yīng)器、動(dòng)物生物反應(yīng)器l 一般把目的片段在器官或組織中表達(dá)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物叫動(dòng)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經(jīng)過(guò)人為馴化為生物反應(yīng)器分都可經(jīng)過(guò)人為馴化為生物反應(yīng)器l l 動(dòng)物血液生物反應(yīng)器動(dòng)物血液生物反應(yīng)器l l l 動(dòng)物膀胱生物反應(yīng)器動(dòng)物膀胱生

6、物反應(yīng)器動(dòng)物生物反應(yīng)器動(dòng)物生物反應(yīng)器 動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器l 泌尿系統(tǒng)泌尿系統(tǒng) l l 精囊腺精囊腺外源基因在膀胱中表達(dá)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物外源基因在膀胱中表達(dá)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器, ,叫動(dòng)物膀胱生物反應(yīng)器叫動(dòng)物膀胱生物反應(yīng)器動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器利用哺動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器利用哺乳動(dòng)物乳腺特異性表達(dá)的啟乳動(dòng)物乳腺特異性表達(dá)的啟動(dòng)子元件構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動(dòng)物動(dòng)子元件構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動(dòng)物, , 指導(dǎo)外源基因在乳腺中表達(dá)指導(dǎo)外源基因在乳腺中表達(dá), , 并從轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳液中獲并從轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳液中獲取重組蛋白取重組蛋白。l外源基因編碼產(chǎn)物可直外源基因編碼產(chǎn)物可直接從血清中分離接從血清中分離l出來(lái)出來(lái)

7、, ,血細(xì)胞組分可通血細(xì)胞組分可通過(guò)裂解細(xì)胞獲得。過(guò)裂解細(xì)胞獲得。 其中動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器是目前國(guó)際上唯其中動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器是目前國(guó)際上唯一證明可以達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)水平的生物反應(yīng)器，一證明可以達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)水平的生物反應(yīng)器， 目前已成功地在綿羊、山羊、豬的乳中生目前已成功地在綿羊、山羊、豬的乳中生產(chǎn)了組織血纖維蛋白溶酶原激活因子和抗凝血原產(chǎn)了組織血纖維蛋白溶酶原激活因子和抗凝血原因子因子. . 利用動(dòng)物乳房生物反應(yīng)器進(jìn)行生產(chǎn)已成為利用動(dòng)物乳房生物反應(yīng)器進(jìn)行生產(chǎn)已成為各國(guó)研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。各國(guó)研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。 在轉(zhuǎn)基因家畜血液中得到人免疫球蛋白、在轉(zhuǎn)基因家畜血液中得到人免疫球蛋

8、白、d d球蛋白、球蛋白、B B球蛋白、胰蛋白酶、干擾素和生長(zhǎng)激素球蛋白、胰蛋白酶、干擾素和生長(zhǎng)激素等，并且都具有正常的生物活性。美國(guó)哺乳動(dòng)物等，并且都具有正常的生物活性。美國(guó)哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)或生產(chǎn)的生物技術(shù)藥物有細(xì)胞表達(dá)或生產(chǎn)的生物技術(shù)藥物有5353種。種。 3、植物生物反應(yīng)器l 植物生物反應(yīng)器廣義上指以植物懸浮細(xì)胞培養(yǎng)或整株植物生物反應(yīng)器廣義上指以植物懸浮細(xì)胞培養(yǎng)或整株植物為加工場(chǎng)所大量生產(chǎn)具有重要功能或藥用價(jià)值的蛋白植物為加工場(chǎng)所大量生產(chǎn)具有重要功能或藥用價(jià)值的蛋白( (人或動(dòng)物的疫苗、抗體、重要的氨基酸等人或動(dòng)物的疫苗、抗體、重要的氨基酸等), ), 植物細(xì)胞、植物細(xì)胞、組織或整株植物

9、。組織或整株植物。l 其中以轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)貴重藥物和疫其中以轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)貴重藥物和疫苗已經(jīng)成為植物基因工程中最有研究前景和商業(yè)價(jià)值的領(lǐng)苗已經(jīng)成為植物基因工程中最有研究前景和商業(yè)價(jià)值的領(lǐng)域。域。l 植物生物反應(yīng)器種類不斷增多植物生物反應(yīng)器種類不斷增多, , 從最初的煙草、擬南從最初的煙草、擬南芥到后來(lái)的馬鈴薯、番茄、香蕉、木瓜、豇豆、菠菜、苜芥到后來(lái)的馬鈴薯、番茄、香蕉、木瓜、豇豆、菠菜、苜蓿、油菜和蕪青等蓿、油菜和蕪青等, ,表達(dá)產(chǎn)物包括疫苗、抗體及其片段、表達(dá)產(chǎn)物包括疫苗、抗體及其片段、細(xì)胞因子、酶及其它藥用蛋白和生物活性肽等。細(xì)胞因子、酶及其它藥用蛋白和生物活

10、性肽等。 4 4、膜生物反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器l（1 1）定義：膜生物反應(yīng)器是）定義：膜生物反應(yīng)器是一種由膜分離單元與生物處一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的以膜組件取理單元相結(jié)合的以膜組件取代二次沉淀池和沙濾池的水代二次沉淀池和沙濾池的水處理技術(shù)。處理技術(shù)。 （2 2）原理：膜生物反應(yīng)器）原理：膜生物反應(yīng)器( (簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱稱MBR )MBR )它主要由膜組件和生它主要由膜組件和生物反應(yīng)器兩部分組成物反應(yīng)器兩部分組成, , 大量大量的活性污泥在膜生物反應(yīng)器的活性污泥在膜生物反應(yīng)器內(nèi)與基質(zhì)內(nèi)與基質(zhì)( (廢水中的可降解有廢水中的可降解有機(jī)物等機(jī)物等) )充分接觸充分接觸, , 通過(guò)氧化通過(guò)氧化分解作

11、用進(jìn)行新陳代謝以維分解作用進(jìn)行新陳代謝以維持自身生長(zhǎng)、繁殖持自身生長(zhǎng)、繁殖, , 同時(shí)使同時(shí)使有機(jī)污染物降解有機(jī)污染物降解, , 膜組件通膜組件通過(guò)機(jī)械篩分、截留等作用對(duì)過(guò)機(jī)械篩分、截留等作用對(duì)廢水和污泥混合液進(jìn)行固液廢水和污泥混合液進(jìn)行固液分離。分離。l（3 3）特點(diǎn)：固液分離率高，出水水質(zhì)好，處理效率高，）特點(diǎn)：固液分離率高，出水水質(zhì)好，處理效率高，占地空間小，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍管廣。占地空間小，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍管廣。l（4 4）發(fā)展現(xiàn)狀：目前膜生物反應(yīng)器己應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、）發(fā)展現(xiàn)狀：目前膜生物反應(yīng)器己應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和埃及等十多個(gè)國(guó)家，規(guī)模從法國(guó)和埃及等十多個(gè)國(guó)家，規(guī)模從6m36m3d d至至 13000m3 13000m3d d不等。我國(guó)對(duì)不等。我國(guó)對(duì)MBRMBR的研究時(shí)間不長(zhǎng)，但進(jìn)展十分迅速，的研究時(shí)間不長(zhǎng)，但進(jìn)展十分迅速，MBRMBR同時(shí)應(yīng)用于生活污水與工業(yè)廢水處理的研究。同時(shí)應(yīng)用于生活污水與工業(yè)廢水處理的研究。l（5 5）應(yīng)用現(xiàn)狀：）應(yīng)用現(xiàn)狀：l 城市污水處理及回收城市污水處理及回收l(shuí) 糞便污水處理糞便污水處理l 工業(yè)廢水處理工業(yè)廢水處理l 應(yīng)用水生產(chǎn)應(yīng)用水生產(chǎn)l 土地填埋場(chǎng)、堆肥瀝濾液處理土地填埋場(chǎng)、堆肥瀝濾液處理l l l