生物反应器工程9

一、实验目的1. 理解生物反应工程的基本原理和实验操作。

2. 掌握生物反应器的设计和操作方法。

3. 学习生物反应过程中关键参数的测定和分析。

4. 熟悉生物反应产物的提取和纯化技术。

二、实验原理生物反应工程是研究生物体在生物反应器中的生长、代谢和产物的形成过程，以及如何通过优化反应器的设计和操作来提高生物反应效率的学科。

本实验通过模拟生物反应过程，探究不同因素对生物反应的影响，并学习相关实验操作。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 转基因大肠杆菌菌株- 培养基（LB培养基）- 葡萄糖- 酵母提取物- 蛋白胨- 氨基酸- 矿物质- pH缓冲液- 空气压缩机- 生物反应器- pH计- 恒温水浴- 离心机- 超滤装置2. 实验仪器：- 生物反应器- pH计- 恒温水浴- 离心机- 超滤装置- 移液器- 电子天平- 烧杯- 烧瓶- 试管- 玻璃棒四、实验步骤1. 生物反应器准备：- 将生物反应器清洗干净，并用70%乙醇消毒。

- 在生物反应器中加入适量的培养基，并用pH缓冲液调节pH值至适宜范围。

- 将空气压缩机连接到生物反应器，确保供氧充足。

2. 菌株接种：- 从冷冻菌株中取出适量菌种，接种到LB培养基中，37℃培养过夜。

- 将过夜培养的菌液用无菌水稀释至适宜浓度，作为接种液。

3. 生物反应：- 将稀释后的菌液加入生物反应器中，设定合适的转速、温度和pH值，开始生物反应。

- 在反应过程中，定期取样，测定pH值、溶解氧、生物量等参数。

4. 产物提取和纯化：- 当生物反应达到预定时间后，停止反应，收集发酵液。

- 使用离心机分离发酵液中的菌体和上清液。

- 对上清液进行超滤，提取目标产物。

5. 数据分析：- 对实验数据进行统计分析，绘制图表，探究不同因素对生物反应的影响。

五、实验结果与分析1. 不同pH值对生物反应的影响：- 通过实验发现，pH值对生物反应的产率有显著影响。

当pH值为7.0时，生物反应产率最高。

简答题1、说明动物细胞培养反应器中流体剪切力的主要来源？P210主要来源为：机械剪切力、气体搅拌剪切力2、说明固定化酶反应的Φ模数的物理意义，它与那些变量与参数有关？ P103Φ = 表面浓度下的反应速率 / 内扩散速率= 最大反应速率的特征值 / 最大内扩散速率的特征值 一级反应：e1V P P1D k S V =Φ Φ1 = Φ1 (V P ，S P ，k V1，D e ) Φ与内扩散速率、反应速率、内扩散阻力、对反应速率的限制程度、有效因子η等有关，而内扩散的有效因子又和颗粒粒度、颗粒活性、孔隙率、孔径、反应温度等有关3、哪些传递过程特性与流体流动的微观效应有关？P223，P298 7-30，PPT P1图4、从反应器内物料混合的角度说明反应器放大过程中传递过程特性的变化？ P235有流体流变特性、流体剪切作用、传质特性、氧的传递、质量传递5、说明生物反应器中对流体剪切力的估计参数有哪些？P210通过混合，可使反应器中物料组成与温度、pH 分布更趋于均匀，可强化反应体系的传质与传热，使细胞或颗粒保持悬浮状态(1) 宏观混合：机械搅拌反应物流发生设备尺寸环流，物料在设备尺度上得到混合，对连续流动反应器即为返混(2) 微观混合：物料微团尺度上的混合，反映了反应器内物料的聚集状态6、生物反应器操作选择补料分批培养的理由有哪些？P131，P177(1) 积分剪切因子 I ．SF = ΔμL / Δx = 2πNd / (D -d)(2) 时均切变率 γave(3) 最小湍流漩涡长度λ7、说明临界溶氧浓度的生理学意义？P62，P219补料分批操作的特点是：可调节细胞反应过程环境中营养物质的浓度，一方面可避免某些营养成分的初始浓度过高而出现底物抑制的现象；另一方面又可防止某些限制性营养成分在反应过程中被耗尽而影响细胞生长及产物形成。

同时还可解除产物的反馈抑制及葡萄糖的分解阻遏效应等。

故在细胞反应过程中，实施流加操作可有效对反应过程加以控制，以提高反应过程的水平。