生物反应器的分类与发展

1、生物反应器的现状与发展生物反应器的现状与发展生物反应器的现状与发展生物反应器的现状与发展l一、生物反应器的定义一、生物反应器的定义l二、生物反应器的分类二、生物反应器的分类l三、生物反应器的发展现状三、生物反应器的发展现状l四、生物反应器的趋势四、生物反应器的趋势 一、生物反应器（一、生物反应器（Bioreactor）l定义：生物反应器是人定义：生物反应器是人们利用生物体所具有的们利用生物体所具有的功能，在体外进行功能，在体外进行有控有控制的培养以生产某种产制的培养以生产某种产品或进行特定的反应的品或进行特定的反应的装置。装置。主要由生物细胞主要由生物细胞及其催化剂和反应器装及其催化剂和反应器

2、装置两部分组成。置两部分组成。 生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一原料原料过程控制过程控制热量热量空压机空压机除菌除菌原料制备原料制备预处理预处理灭菌灭菌产品回收产品回收能量能量空气空气生物生物反应器反应器能量能量废物废物产物产物 二、生物反应器的分类二、生物反应器的分类气升式生物反应器气升式生物反应器鼓泡塔生物反应器鼓泡塔生物反应器膜生物反应器膜生物反应器植物生物反应器植物生物反应器动物生物反应器动物生物反应器机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器生物反应器生物反应器 l生物反应器有很多种，按照不同的分类角生物反应器有很多种，按照不同的分类角度可以分为各种

3、类型度可以分为各种类型 ： 间歇反应器间歇反应器 按操作方式按操作方式 连续反应器连续反应器 半连续反应器半连续反应器 均相反应器均相反应器 按照反应器内相态分按照反应器内相态分 非均相反应器非均相反应器l 罐式反应器罐式反应器l 按照结构特征分按照结构特征分 管式反应器管式反应器l 塔式反应器塔式反应器l 膜反应器膜反应器l 理想反应器理想反应器 按反应器内流型分按反应器内流型分l 非理想反应器非理想反应器l 微生物反应器微生物反应器l 按照生物反应器内有机体种类分按照生物反应器内有机体种类分 植物细胞反应器植物细胞反应器l 动物细胞反应器动物细胞反应器l 酶反应器酶反应器 l l 机械搅拌

4、混合反应器机械搅拌混合反应器l 泵循环混合反应器泵循环混合反应器 l 按照反应器内气液混合方式分按照反应器内气液混合方式分 直接通气混合反应器直接通气混合反应器l 连续气相反应器连续气相反应器 l l 三、生物反应器的发展现状 （1 1）生产酒精）生产酒精1 1、发酵领域、发酵领域 （2 2）生产木糖醇）生产木糖醇 （3 3）生产啤酒）生产啤酒 （4 4）生产能源）生产能源 利用固定化流化床生物反应器进行酒精中试生产，其转化率比目前的工业化反应器的转化率高，并可对生产过程进行计算机在线或离线监测填充床生物反应器中用固定化重填充床生物反应器中用固定化重组酵母菌进行生产组酵母菌进行生产目前用来生产

5、啤酒的填充目前用来生产啤酒的填充床固定化细胞反应器已完床固定化细胞反应器已完成中试进入工业生产阶段成中试进入工业生产阶段光合细菌利用有机物作为电子供体光敏产氢为工业化生产清洁、无污染的生物能源提供了具有竞争力的技术方法l 2 2、动物生物反应器、动物生物反应器l 一般把目的片段在器官或组织中表达的转基因动物叫动一般把目的片段在器官或组织中表达的转基因动物叫动物生物反应器。几乎任何有生命的器官、组织或其中一部物生物反应器。几乎任何有生命的器官、组织或其中一部分都可经过人为驯化为生物反应器分都可经过人为驯化为生物反应器l l 动物血液生物反应器动物血液生物反应器l l l 动物膀胱生物反应器动物膀

6、胱生物反应器动物生物反应器动物生物反应器 动物乳腺生物反应器动物乳腺生物反应器l 泌尿系统泌尿系统 l l 精囊腺精囊腺外源基因在膀胱中表达的转基因动物外源基因在膀胱中表达的转基因动物生物反应器生物反应器, ,叫动物膀胱生物反应器叫动物膀胱生物反应器动物乳腺生物反应器利用哺动物乳腺生物反应器利用哺乳动物乳腺特异性表达的启乳动物乳腺特异性表达的启动子元件构建转基因动物动子元件构建转基因动物, , 指导外源基因在乳腺中表达指导外源基因在乳腺中表达, , 并从转基因动物的乳液中获并从转基因动物的乳液中获取重组蛋白取重组蛋白。l外源基因编码产物可直外源基因编码产物可直接从血清中分离接从血清中分离l出来

7、出来, ,血细胞组分可通血细胞组分可通过裂解细胞获得。过裂解细胞获得。 其中动物乳腺生物反应器是目前国际上唯其中动物乳腺生物反应器是目前国际上唯一证明可以达到商业化生产水平的生物反应器，一证明可以达到商业化生产水平的生物反应器， 目前已成功地在绵羊、山羊、猪的乳中生目前已成功地在绵羊、山羊、猪的乳中生产了组织血纤维蛋白溶酶原激活因子和抗凝血原产了组织血纤维蛋白溶酶原激活因子和抗凝血原因子因子. . 利用动物乳房生物反应器进行生产已成为利用动物乳房生物反应器进行生产已成为各国研究机构及企业竞争的热点。各国研究机构及企业竞争的热点。 在转基因家畜血液中得到人免疫球蛋白、在转基因家畜血液中得到人免疫

8、球蛋白、d d球蛋白、球蛋白、B B球蛋白、胰蛋白酶、干扰素和生长激素球蛋白、胰蛋白酶、干扰素和生长激素等，并且都具有正常的生物活性。美国哺乳动物等，并且都具有正常的生物活性。美国哺乳动物细胞表达或生产的生物技术药物有细胞表达或生产的生物技术药物有5353种。种。 3、植物生物反应器l 植物生物反应器广义上指以植物悬浮细胞培养或整株植物生物反应器广义上指以植物悬浮细胞培养或整株植物为加工场所大量生产具有重要功能或药用价值的蛋白植物为加工场所大量生产具有重要功能或药用价值的蛋白( (人或动物的疫苗、抗体、重要的氨基酸等人或动物的疫苗、抗体、重要的氨基酸等), ), 植物细胞、植物细胞、组织或整株

9、植物。组织或整株植物。l 其中以转基因植物作为生物反应器生产贵重药物和疫其中以转基因植物作为生物反应器生产贵重药物和疫苗已经成为植物基因工程中最有研究前景和商业价值的领苗已经成为植物基因工程中最有研究前景和商业价值的领域。域。l 植物生物反应器种类不断增多植物生物反应器种类不断增多, , 从最初的烟草、拟南从最初的烟草、拟南芥到后来的马铃薯、番茄、香蕉、木瓜、豇豆、菠菜、苜芥到后来的马铃薯、番茄、香蕉、木瓜、豇豆、菠菜、苜蓿、油菜和芜青等蓿、油菜和芜青等, ,表达产物包括疫苗、抗体及其片段、表达产物包括疫苗、抗体及其片段、细胞因子、酶及其它药用蛋白和生物活性肽等。细胞因子、酶及其它药用蛋白和生

10、物活性肽等。 4 4、膜生物反应器、膜生物反应器l （1 1）定义：膜生物反应器是）定义：膜生物反应器是一种由膜分离单元与生物处一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的以膜组件取理单元相结合的以膜组件取代二次沉淀池和沙滤池的水代二次沉淀池和沙滤池的水处理技术。处理技术。 （2 2）原理：膜生物反应器）原理：膜生物反应器( (简简称称MBR )MBR )它主要由膜组件和生它主要由膜组件和生物反应器两部分组成物反应器两部分组成, , 大量大量的活性污泥在膜生物反应器的活性污泥在膜生物反应器内与基质内与基质( (废水中的可降解有废水中的可降解有机物等机物等) )充分接触充分接触, , 通过氧化通过氧化

11、分解作用进行新陈代谢以维分解作用进行新陈代谢以维持自身生长、繁殖持自身生长、繁殖, , 同时使同时使有机污染物降解有机污染物降解, , 膜组件通膜组件通过机械筛分、截留等作用对过机械筛分、截留等作用对废水和污泥混合液进行固液废水和污泥混合液进行固液分离。分离。l （3 3）特点：固液分离率高，出水水质好，处理效率高，）特点：固液分离率高，出水水质好，处理效率高，占地空间小，运行管理简单，应用范围管广。占地空间小，运行管理简单，应用范围管广。l （4 4）发展现状：目前膜生物反应器己应用于美国、德国、）发展现状：目前膜生物反应器己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从法国和埃及等十多个国家，规模从6m36m3d d至至 13000m313000m3d d不等。不等。我国对我国对MBRMBR的研究时间不长的研究时间不长，但进展十分迅速，但进展十分迅速，MBRMBR同时应用于生活污水与工业废水处理的研究。同时应用于生活污水与工业废水处理的研究。l （5 5）应用现状：）应用现状：l 城市污水处理及回收城市污水处理及回收l 粪便污水处理粪便污水处理l 工业废水处理工业废水处理l 应用水生产应用水生产l 土地填埋场、堆肥沥滤液处理土地填埋场、堆肥沥滤液处理l l l