生物反应器(发酵罐)5
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生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备,它是生物反应过程中的关键设备。
生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率(转化率)和能耗有密切关系。
生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容,也是生物化学工程的重要组成部分。
分类从生物反应过程说,发酵过程用的反应器称为发酵罐;酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。
另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器,专称为动植物细胞培养装置。
发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分,可有:嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。
其中嫌气发酵罐最为简单,生产中不必导入空气,仅为立式或卧式的筒形容器,可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。
若以操作方式区分,有分批操作和连续操作两种。
前者一般用釜式反应器,后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。
好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分,可有:①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍,称为通用式发酵罐。
所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器,它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。
若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮,搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。
②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出,通过外循环管返入罐内。
在循环管顶端再接上液体喷嘴,使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。
③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌,同时进行通气的气升发酵罐。
目前,世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐,它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m,高为60m,总容量为 2300m□,自上至下有5000~8000个喷嘴进料。
目前,还有些发酵产品,如固体曲等,使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。
生产甲烷(沼气)用的是嫌气发酵罐,也称消化器或沼气发生器,这种发酵罐装有搅拌器,顶部有的有浮顶。
重要提示:∙在第一次操作此设备之前请仔细阅读本操作说明书;∙设备必须可靠接地;∙消毒以前准备工作(蒸汽、供水,pH电极零点、斜率标定、DO 电极零点标定);∙发酵开始前准备工作(设定为发酵条件,进行DO电极斜率标定、pH电极零点校正;∙发酵结束数据存盘;∙关闭总电源前,请将控制器退回主菜单,然后按Ctrl + F6关闭控制程序,然后关电源。
∙设备运行结束,勿忘关闭自来水阀、空气源。
∙玻璃罐体工作压力不大于0.1Mp,进罐空气压力应不大于0.1Mp!∙与物料接触的不锈钢材料为316L,玻璃材料为硼硅玻璃,密封件材料为硅橡胶.氯离子浓度大于25PPM就会对不锈钢316L产生腐蚀, 5%硫酸50℃以下对不锈钢微腐蚀;玻璃除氢氟酸和含氟的一些其他物质以及热和浓的碱液外,几乎能耐所有腐蚀介质,硅橡胶能耐大多数低浓度(不大于10%)强酸和无机盐溶液,耐常温低浓度(不大于10%)强碱,耐醇、醛不耐烷、苯和油;一般情况下温度越高耐受性越差,进一步了解腐蚀情况可腐蚀数据手册或咨询设备供应商。
∙玻璃筒体是易碎品,使用过程中避免硬器碰撞,玻璃制品反复使用后机械性能更趋稳定,因此使用过程中尽量避免碰撞可防止破损。
∙氟橡胶密封件耐热和抗老化性能好,静密封件建议两年更换一次,动密封件建议一年更换一次∙公用连接软管应定期检查连接的可靠性,每年定期更换。
第一章技术指标1.1概述具有温度、转速、空气流量、pH、DO、补料、消泡显示及控制功能,并配有空气过滤器及机械消泡浆。
1.2指标1.2.1 温度:自动控制范围:(冷却水+5℃)~50℃±0.2℃显示范围:0~150℃1.2.2 搅拌转速:变频调速范围50~1000±5rpm1.2.3 空气流量:显示控制范围0-5L/min(转子流量计)1.2.4 pH显示控制:2.00‐12.00±0.05pH(酸碱双向,蠕动泵PID开关控制) 1.2.5 溶解氧:0‐150±3%可与转速联动控制1.2.6 补料:时间比例控制1.2.7 消泡:电极检测,根据泡沫信号时间比例控制1.2.8 罐体总容积5L,设计压力1.2kg/cm2,最高工作压力1.0kg/ cm2,设计工作温度126℃1.2.9 消毒方式:灭菌锅1.2.10 功率:发酵罐1kw/220V AC,1.2.11 气源:0.5-1.0kg/cm21.2.12 水源:压力不低于1.0kg/cm2第二章管路说明2.1空气及其净化压缩空气经净化器(外接)进入气源接口、减压阀、空气流量计、空气出口进入空气过滤器F1到达反应器内,经特制的空气分布器分散后,进入培养基,尾气经冷凝器、排气过滤器后排口排出,本管路具减压、计量、净化作用。
生物反应器归类
生物反应器是一种用于承载和促进生物反应的装置或体系。
根据反应
器的实际应用和操作原理,可以将生物反应器分为几个类别。
1. 发酵反应器:用于微生物发酵过程的反应器,用于生产食品、饲料、药物和生物燃料等。
常见的发酵反应器包括批式发酵罐、连续式发酵
罐和气体提升式发酵罐。
2. 培养反应器:用于细胞培养和组织工程的反应器,用于生产生物药
物和细胞制品。
常见的培养反应器包括摇床培养器、旋转培养器和悬
浮培养反应器。
3. 污水处理反应器:用于处理废水和污水中的有机物和有毒物质。
常
见的污水处理反应器包括活性污泥法反应器、膜分离法反应器和生物
滤池。
4. 生物酶反应器:用于生产酶类产物和催化生物酶反应的反应器。
常
见的生物酶反应器包括固定床反应器、悬浮式反应器和液体-液体界面
反应器。
5. 生物电化学反应器:用于转化生物质和废弃物为电能的反应器。
常
见的生物电化学反应器包括微生物燃料电池、微生物电解池和生物燃
料池。
以上是一些常见的生物反应器类别,各类反应器在不同领域有广泛应用,以满足人类对食品、药物、能源和环境保护等方面的需求。
第6章生物反应器生物反应器就是指提供适宜细胞生长和产物形成的各种条件,促进细胞的新陈代谢,在低消耗下获得高产量的一种反应设备。
一个优良的发酵罐应具备的条件:1)结构简单;2)不易染菌;3)良好的液体混合性能;4)较高的传质传热速率;5)单位时间单位体积的生产能力高;6)同时还应具有配套而又可靠的检测和控制仪表。
工业生产用的发酵罐趋向大型化和自动化。
6.1 通风发酵罐一、通用式发酵罐又称机械搅拌通气式发酵罐,使之既有机械搅拌装置,又有压缩空气分布装置的发酵罐。
1、工作原理是利用机械搅拌器的作用,使空气和发酵液充分混合,提高发酵液的溶解氧。
一个好的通用式发酵罐的基本条件:1)具有适宜的径高比;通常H/D = 2~4,罐身长有利于氧的溶解2)能承受一定压力;水压试验压力为工作压力的1.5倍,即0.38MPa3)搅拌通风装置要能使气泡分散细碎,气液充分混合,保证发酵液必须的溶解氧,提高氧的利用率4)具有足够的冷却面积;5)罐内应抛光,尽量减少死角,使灭菌彻底,避免染菌;6)搅拌器的轴封应严密,尽量减少泄漏。
2、结构特点发酵罐主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、空气分布器、挡板、冷却装置、人孔及视镜等。
1) 罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成,材料为碳钢或不锈钢2) 搅拌器和搅拌轴其作用一是打碎空气气泡,增加气-液接触界面,以提高气-液间的传质速率;二是为了使发酵液充分混和,液体中的固形物料保持悬浮状态。
3) 挡板其作用是为防止发酵液随搅拌器运转而产生旋涡,以提高混合效果。
4) 空气分布器其作用是将无菌空气引入到发酵液中同时初步分散气泡。
5) 冷却装置在发酵过程中,细胞呼吸和机械搅拌都将产生一定热量,为了保证发酵在一定温度下进行,必须将这些热量及时移去,因此需要设置冷却装置。
6) 消泡器分耙式消泡器和半封闭涡轮消泡器二、机械搅拌自吸式发酵罐利用机械搅拌的高速旋转而吸入空气的一种发酵罐。
生物反应器概念
生物反应器(Bioreactor)是一个用于培养生物细胞、组织或其他生物实体以生产生物产品的系统。
它是一个封闭的、可控制环境参数的设备,能够提供适宜生物生长和代谢的物理和化学环境。
这些环境参数包括但不限于温度、pH值、溶解氧、营养物质供应、代谢废物移除等。
生物反应器有很多种类型,包括传统的酵母或细菌培养的发酵罐、哺乳动物或植物细胞培养的悬浮培养器、固定化细胞或酶的固定床反应器,以及用于培养组织的生物反应器。
每种类型的生物反应器都有其特殊的设计和操作要求,以满足特定生物实体的生长和生产需要。
生物反应器在许多领域都有应用,如制药、食品和饮料、生物技术、农业、环境工程等。
例如,制药工业中,生物反应器常被用于生产抗体、疫苗、细胞疗法产品等;在环境工程中,生物反应器则常被用于处理废水或其他废物。
生物制药技术的实验设备与仪器介绍生物制药是利用生物工程技术生产各种药物的过程,其核心是通过生物转化和发酵来生产药物。
在生物制药过程中,合理选择和使用适当的实验设备与仪器非常重要,可以提高药物生产的效率和质量。
本文将介绍几种常见的生物制药实验设备与仪器。
1. 发酵罐发酵罐是生物制药过程中最核心的实验设备之一,用于进行微生物发酵生产。
发酵罐通常由不锈钢制成,具有保温、搅拌、通气等功能,并且可以控制温度、pH值、氧气含量等关键参数。
不同规格的发酵罐适用于不同规模的生产,从小型实验室规模到大型工业规模均有相应的选择。
2. 生物反应器生物反应器类似于发酵罐,用于进行生物制药过程中的生物转化反应。
与发酵罐相比,生物反应器更加灵活,可以容纳各种类型的微生物、细胞培养和酶反应。
生物反应器通常具有温度控制、搅拌、气体控制和营养物料供应等功能,可以实现精确的反应控制。
3. 分离设备分离设备在生物制药过程中用于分离微生物、细胞、蛋白质和其他产物。
常见的分离设备包括离心机、过滤器、超滤装置和膜分离系统等。
离心机可以通过离心力分离悬浮物和液体,过滤器可以通过孔径大小分离悬浮物和溶液,超滤装置和膜分离系统可以实现更高级别的分离和纯化。
4. 气体控制设备在生物制药过程中,气体是非常重要的参与因素,常见的气体包括氧气、二氧化碳和氮气等。
气体控制设备可以实现对气体流量、压力和组成的精确控制,以维持合适的生物反应环境。
气体控制设备如气体流量计、气体调节阀和气体分析仪等,可以帮助科研人员实现对气体的准确控制与监测。
5. 分析仪器分析仪器在生物制药过程中起到了至关重要的作用。
常用的分析仪器包括高效液相色谱仪(HPLC)、气相色谱仪(GC)、质谱仪、紫外-可见分光光度计和核磁共振仪(NMR)等。
这些仪器可以用于分析产品质量、纯度和含量,确保生物制药的安全与有效性。
总结起来,生物制药技术的实验设备与仪器在生产过程中起到了至关重要的作用。
通过合理选择和使用适当的设备与仪器,可以提高药物生产的效率和质量。
5 L发酵罐中棘白菌素B发酵工艺参数优化胡晓龙;秦海彬;吴旭萍;毛健;邹树平;牛坤【摘要】棘白菌素B(Echinocandin B,ECB)是抗真菌药物阿尼芬净的前体物质,主要通过微生物发酵合成.实验对构巢曲霉(Aspergillus nidulans ZJB09223)在5L发酵罐中的培养条件进行了初步探索,考察了不同的搅拌桨类型、搅拌转速以及通气量等对棘白菌素B发酵过程的影响,为实现阿尼芬净的工业化大规模生产探明基本条件.结果表明,与双折叶式搅拌桨和框式搅拌桨相比,六直叶圆盘涡轮搅拌桨更适合ECB的发酵过程.在5L机械搅拌式发酵罐中,最佳通气量为1.7 VVM,在发酵前6d,搅拌转速控制为600 r/min,后9d搅拌转速控制为400 r/min,可以提高ECB的发酵产量.在该工艺条件下ECB发酵产量为608 mg/L,比优化前提高了193%.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2018(044)009【总页数】6页(P130-135)【关键词】构巢曲霉;棘白菌素B;搅拌桨类型;通气量;搅拌转速【作者】胡晓龙;秦海彬;吴旭萍;毛健;邹树平;牛坤【作者单位】浙江工业大学浙江省生物有机合成研究重点实验室,浙江杭州,310014;浙江工业大学浙江省生物有机合成研究重点实验室,浙江杭州,310014;浙江工业大学浙江省生物有机合成研究重点实验室,浙江杭州,310014;浙江工业大学浙江省生物有机合成研究重点实验室,浙江杭州,310014;浙江工业大学浙江省生物有机合成研究重点实验室,浙江杭州,310014;浙江工业大学浙江省生物有机合成研究重点实验室,浙江杭州,310014【正文语种】中文阿尼芬净是棘白菌素类“王牌抗生素”,能够非竞争性地抑制真菌细胞壁β-1, 3-葡聚糖合成酶的活性,从而达到抗真菌的目的 [1]。
目前该药物已在美国和欧洲批准上市,而国内尚在临床阶段,无企业生产此类药物,导致其市场垄断、价格高,因此对该药物的高效生产技术进行研发,实现其国产化,将有助于打破国际制药企业的垄断,为患者提供价廉质优的抗真菌药物,具有重要的经济和社会效益[2]。
发酵罐名词解释发酵罐,它是一种以液体为传热介质的生物反应器。
它采用了人工加热方式使罐内维持微生物活性。
在发酵罐中要加入底物液、菌种悬浮液及培养基,通过搅拌混合并使之保持均匀状态,使反应物迅速而彻底地混合起来,从而得到均匀的混合液。
然后再将这种混合液灌装到发酵罐中,密封后使其发酵。
【发酵罐的结构】由料液泵、布液器、搅拌器、温度控制仪表、循环泵和计算机控制柜组成。
料液泵:它是向罐内输送料液的动力设备,包括齿轮泵和螺杆泵两种。
齿轮泵一般用于小型容器中,特别适用于排出高粘度、含固量大的悬浮液,但是它不能输送易结晶的料液和具有润滑性的料液。
螺杆泵多用于较大容器中,且对料液具有良好的剪切作用。
布液器:用于分布、引流料液。
它的种类很多,其中板式布液器是使用最广泛的一种。
布液器的主要部件是分散头,其形式有侧槽式、旋转式、升降式、管道式等几种。
【发酵罐的作用】利用酶制剂进行食品生产,生产各种酒类、饮料和药品。
在发酵罐中要加入底物液、菌种悬浮液及培养基,通过搅拌混合并使之保持均匀状态,使反应物迅速而彻底地混合起来,从而得到均匀的混合液。
然后再将这种混合液灌装到发酵罐中,密封后使其发酵。
蛋白质,原核生物。
原核生物由于无细胞壁而又称无壁生物。
植物原生质体( somatic soma)、真菌原生质体( actinon soma)和蓝藻原生质体(鞭毛藻soma)均属于原核生物。
酵母菌和乳酸菌为原核微生物,即非细胞型微生物,细胞核完全消失,无成形的细胞核,缺乏核膜和染色体。
原核微生物没有线粒体等有机体,主要以二氧化碳、水、无机盐等简单化合物作为能源。
电子显微镜下观察,只见到一个很小的圆形区域( rDNA)。
它们都没有由膜围成的细胞器。
它们也没有核糖体,核糖体由细胞质内的一种特殊的蛋白质( ribonuclease)催化产生。
在电子显微镜下,无细胞壁的微生物也可以看到类似细胞的结构,例如人的红细胞。
所以原核生物可以视为细胞型微生物的一个子类。