07生物工艺学第七章生物反应器及生物工艺过程的放大幻灯片.ppt

目　　录 第一章　绪论 第二章　工业微生物菌种选育、制备与保藏 第三章　工业培养基及其设计 第四章　生物工艺过程中的无菌技术 第五章　生物反应动力学 第六章 发酵过程原理 第七章 生物反应器及生物工艺过程的放大 第八章 生物反应过程参数检测与控制 第九章 生物产品分离及纯化技术 第十章 生物产品工艺学及应用 第七章生物反应器及生物工艺过程的放大 7.1 概述 7.2 生物反应器 7.2.1 生物反应器的分类 7.2.2 深层液态反应器 7.2.3 固态发酵反应器 7.3实验室试验研究 7.3.1 实验室的生物反应器 7.3.2 摇瓶试验 7.3.3 实验室研究和实验设计方法 7.4生物反应过程放大 7.4.1实验室摇瓶与发酵罐培养的差异 7.4.2 发酵罐规模改变的影响 7.4.3 生物工艺过程放大的方法 生物工程技术的最终目标是为人类提供服务，创造社会和经济效益。因此，生物产品必须经历从实验室到规模化生产直至成为商品的一系列过程，其研究开发过程包含了实验室的小试，适当规模的中试和产业规模化生产等几个阶段。  7.2 生物反应器 在相同的搅拌功率下粉碎气泡的能力的大小是，平叶搅拌器大于弯叶搅拌器，弯叶搅拌器大于箭叶式搅拌器；但其翻动流体的能力则与上述情况相反。 机械搅拌通风反应器的挡板 在反应器中加设挡板是为了防止液面中央形成漩涡流动，增强其湍流和溶氧传质。挡板的高度自罐底起至设计的液面高度止。 反应器中的换热装置 搅拌器分为轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（平叶式、弯叶式、箭叶式）两种。 机械搅拌反应器 优点:操作弹性大，pH值和温度易于控制；有较规范的工业放大方法；适合连续培养。 缺点:驱动功率大；内部结构复杂，难于彻底洗净,易造成污染；在丝状菌的培养中由于搅拌器的剪切作用，细胞易损伤。 7.2.2.2气升式反应器 气升式反应器也是目前应用较为广泛的生化反应设备，这是一类塔式反应器，高径比较大，其中相际的混合与传质是借各种方式诱导的环流来实现的。 7.2.2.3 自吸式反应器 自吸式反应器不需空气压缩机供应压缩空气，而是利用搅拌器旋转时产生的抽吸力吸入空气。搅拌器是一空心叶轮，叶轮快速旋转时液体被甩出，在叶轮中心形成负压,从而将罐外空气吸到罐内。 自吸式反应器 优点:利用机械搅拌的抽吸作用将空气自吸入反应器内,达到既通风有搅拌的目的，从而省去了压缩机。 缺点:吸程一般不高，必须采用低阻力高效空气除菌装置。 7.2.3 固态发酵反应器 培养基组成较简单 培养基含水量低，后处理加工较方便 不一定需要连续通风 产物的产量较高 设备简单、投资小、能耗低  固态发酵反应器的类型  7.2.3.3 转鼓式反应器 7.3 实验室试验研究 实验室的研究内容主要为新产品开发的理论研究，新发酵菌种的选育、筛选、新发酵原料的开发、培养基配方及培养条件的优化、新工艺及技术的研究及放大等。  7.3.1 实验室的生物反应器 7.3.2 摇瓶试验 摇瓶发酵对菌体生长的影响  7.3.2.1 瓶塞对氧传递的阻力  7.3.2.2 摇瓶内水分蒸发的影响  7.3.2.3 与氧气接触的比表面积的影响 7.3.2.3 与氧气接触的比表面积的影响 7.3.3 实验室研究和实验设计方法  7.3.3.2 实验室研究常用实验设计方法 正交设计 正交设计是研究多因素多水平试验常用的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，正交试验设计是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。 利用正交试验得出的结果比普通比较法所得结果对产量能提高10～50%，有时甚至更高，目前正交试验在很多领域的研究中已经得到广泛应用。 均匀设计 均匀设计是基于试验点在整个试验范围内均匀散布，从均匀性角度出发的一种试验设计方法，是数论方法中的“伪蒙特卡罗方法”的一个应用，由我国方开泰和王元两位数学家于1978年创立。 它与正交设计法相比具有如下优点：试验次数少，每个因素每个水平只做一次试验，试验次数与水平数相等，而正交设计的试验次数是水平数平方的整倍数；适当调整水平顺序，就可避免高(或低)档次水平相遇，以防试验出现意外现象；利用电子计算机处理试验数据，可迅速求得定量的回归方程式，便于分析各因素对试验结果的影响，定量地预测优化结果。 响应面分析法 响应面分析法，也称响应曲面法，可克服上述几种方法的不足。是一种将数学和统计学相结合的方法，综合了试验设计和数学建模，它将体系的响应(如发酵产量)作为一个或多个因素(如温度、基质浓度等)的函数，运用图形技术将这种函数关系显示出来，以供我们凭借直觉的