生物反应器
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生物反应器[1](英语:Bioreactor)是指任何提供生物化学反应的适当环境或工程设备。通常是指利用酶(由一个或一群酵素所推动)或生物体(如微生物)使装置具有模拟生物的功能,可在细胞外进行生化反应,在模拟的过程中既可进行有氧反应也能进行无氧反应。这些系统在酒类、组织工程、生化工程、医药生产、有机污染物降解...等应用上是相当重要的一个装置。
在来源上可分为自然生物反应器(如人的胃)及工程生物反应器(如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等,这些生物反应器通常呈圆筒状,其体积从几升到几立方米不等,常由不锈钢制成)两种。
依原料加入的方式可分为批次式反应器(Batch reactor)、馈料批次式反应系统(fed batch)以及连续流反应器(Continuous reactor)(如连续搅拌釜式反应器、恒化器)三种。
生物反应器与化学反应器不尽相同,化学反应器从原料进入到产物的生成过程中常需要加压和加热,属于一个高耗能的装置。而生物反应器则不同,在酶和微生物的参与及常温常压下就可以进行化学合成。因此,生物反应器问世之后受到化工部门的重视。化学工程专家认为,应该尽可能地让化学合成的过程改由生物去完成,因此设计理想的生物反应器,就成了现代生物技术产业的一个重要任务。
在生物反应器中生长的微生物可以被浸泡在液体介质中或附着在固体介质表面。被浸泡的培样物质可分为悬浮性与固定化:
- 悬浮性生物反应器不需要特别的附着表面,因此可使用更多种类的生物体,而且可较固定化培养进行更大规模的培养操作;但在连续操作过程中,微生物将从反应器中与流出物一同去除。
- 固定化是一个通用术语,描述多种细胞、颗粒附着体或包封[2]。基本上它可以应用于所有类型的生物催化,包括酶、胞器、动物和植物细胞。其在连续操作的过程中非常有用,因为生物体不会与反应器流出物一同除去,但也因此在操作规模上受到限制,因为该微生物是只存在于有限的容器表面上[3]。
大型固定化细胞生物反应器举例:
- 移动床生物反应器(moving media)(MBBR (页面存档备份,存于互联网档案馆))
- 填充床反应器(packed bed (页面存档备份,存于互联网档案馆))
- 纤维床生物反应器(fibrous bed (页面存档备份,存于互联网档案馆))
- 生物膜
- 生物膜反应器