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固定化细胞生物反应器 生物技术2班 庄勇 0701024212 生物反应器是利用生物催化进行化学反应的设 备,按照所使用的生物催化剂可分为酶反应器和细胞反应器,其中固定化生物反应器是采用固定化细 胞作为催化剂的反应器。固定化细胞生物反应器 中生物反应极为复杂,这些反应是通过细胞中精确 调控的酶系统催化进行的,一系列的生物反应将培 养基中的成分转化为各种代谢产物。 1、固定化细胞反应器的类型 生物反应器 填充床固定化细胞生物反应器操作简单、易于扩大生产规模,可实现连续化生产,生产费用较低,但难以清除细胞,混合度较差； 流化床固定化细胞生物反应器易于控制反应过程,催化能力集中,易于清除细胞,混合度好,但操作难,难于扩大生产规模,且费用较高； 气升式悬浮床固定化细胞生物反应器细胞生长速率高,混合度好,对细胞有良好的剪切保护,但不易于生产放大,费用较高； 中空纤维式固定化细胞生物反应器对细胞有剪切保护,生产率较高,下游处理较简便,但难于放大,难于控制反应过程,费用较高 膜式固定化细胞生物反应器催化效率很高,易于放大及控制反应过程,下游处理简便,是目前连续化大生产中应用最多的一种生物反应器。连续搅拌罐式固定化细胞生物反应器细胞生长速率高,混合度好,易于放大,但对细胞的破坏作用较大 2、固定化细胞生物反应器的优点 生物反应器是实现生物技术产品工业化的最重要的技术之一,其中固定化细胞生物反应器具有如下几个优点: ①可实现连续化、大型化和高度自动化生产; ②固定化细胞生物反应器中由于集中了生物细胞与固定化颗粒,增大了细胞浓度,可提高反应速度,缩短生产周期; ③当将其用于连续化大生产时可减少占地面积,节约成本; ④能实现产物与底物的及时分离,可生产对反应底物有抑制作用的产物应用范围广; ⑤能在一定的程度上避免游离细胞连续反应器中最为危险的杂菌的污染。 3、固定化细胞生物反应器的应用 3.1 固定化细胞生物反应器在发酵工业上的应用 3.1.1　生产酒精 酒精是目前固定化细胞应用于 工业化生产研究最活跃的领域之一。利用固定化流 化床生物反应器进行酒精中式生产,其转化率比目前 的工业反应器的转化率高,并且可以利用计算机对发 酵进行在线或离线监测。为了防止酒精发酵过程中 杂菌污染,人们通过改善卫生条件、添加抑菌药物及 清洗载体等方法及时处理杂菌污染的问题,保证生物 反应器的高效运转 3.1.2　生产木糖醇　 在一个实验规模的填充床生物反 应器中用固定化重组酵母菌生产木糖醇,发现厌氧条件 可提高木糖醇的产量,并可通过调节反应液的停留时间 来提高木糖醇的产率。 3.2 固定化细胞生物反应器在食品工业上的应用 利用固定化酵母进行啤酒生产有很多优点,如发酵刚 结束时啤酒的澄清度较好,香气、口感均较游离酵母菌发酵 的好,且麦芽汁中糖利用率很高。目前用来生产啤酒的填充 床固定化细胞反应器已完成中试进入工业化生产阶段,利用 填充床生物反应器生产酱油和海藻酒、利用流化床生物反 应器生产L-乳酸、利用气升式悬浮床生物反应器生产葡萄 酒醋等也有许多报道,但大多数停留在实验阶段。 3.3 利用固定化细胞生物反应器生产能源 早在1949年,美国Gest就发现了紫色非硫的光合细菌在固氮酶催化下的光产氢(H2-photo-pro-duction)现象,随着世界能源的日趋紧张,国外对光合细菌利用有机物光产氢的研究比较活跃。日本、意大利、瑞士、比利时等国家的研究表明,紫色非硫光合细菌可利用葡萄糖、苹果酸、乳酸、低分子有机酸、混合醇类和一些有机废水作为电子供体光敏产氢,特别是固定化细胞技术的应用,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。Chatterjee在评价气升反应器中不同的固定化载体性能研究中,以细胞接触、产物形成和最小流动速度为基准,比较硅藻土、分子筛、活性炭、木材和离子交换树脂的性能,其中分子筛中细胞生长最快、硅藻土中细胞接触最充分。根据试验结果,硅藻土和分子筛是固定化的理想载体。 3.4 固定化细胞生物反应器在医药上的应用 3.4.1 抗生素　在流化床反应器中用固定化的镰刀菌孢子转化青霉素V为6-氨基青霉素烷酸(6-APA),结果表明固定化镰刀菌孢子催化底物转化的收率较高,其生产能力与游离孢子的相当。 3.4.2　氨基酸　用二根柱反应器生产异亮氨酸,其产量可达4.5 g/L,发酵液在柱中滞留时间为10 h,能稳定