《生物反應(yīng)器》課件

《生物反應(yīng)器》課程概覽歡迎來到《生物反應(yīng)器》課程！我們將深入探討生物反應(yīng)器的概念、應(yīng)用、原理、設(shè)計(jì)和操作。生物反應(yīng)器定義與應(yīng)用定義生物反應(yīng)器是進(jìn)行生物反應(yīng)的設(shè)備，用于培養(yǎng)微生物、細(xì)胞、酶等生物材料。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于制藥、食品、化工、環(huán)境等領(lǐng)域。生物反應(yīng)器的基本組成反應(yīng)器主要容器，提供培養(yǎng)環(huán)境。攪拌器均勻混合培養(yǎng)基，提高氧氣傳遞效率。通氣系統(tǒng)提供氧氣，維持培養(yǎng)基的氧氣濃度?？刂葡到y(tǒng)控制溫度、pH、溶氧等參數(shù)，確保培養(yǎng)環(huán)境穩(wěn)定。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)概述1反應(yīng)速率2反應(yīng)機(jī)理3影響因素4模型5應(yīng)用單一基質(zhì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)米氏方程描述酶催化反應(yīng)中底物濃度與反應(yīng)速率之間的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)參數(shù)米氏常數(shù)、最大反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)測(cè)定通過實(shí)驗(yàn)方法確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)。多基質(zhì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)競(jìng)爭(zhēng)性抑制不同底物競(jìng)爭(zhēng)酶活性位點(diǎn)。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑與酶結(jié)合，影響酶活性?；旌弦种埔种苿┛膳c酶或酶-底物復(fù)合物結(jié)合。連續(xù)操作生物反應(yīng)器特點(diǎn)進(jìn)料和產(chǎn)物連續(xù)流入流出，反應(yīng)器處于穩(wěn)定狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)高生產(chǎn)效率，易于控制。缺點(diǎn)對(duì)工藝參數(shù)變化敏感，需要嚴(yán)格控制。批量操作生物反應(yīng)器1接種將菌種或細(xì)胞接種到培養(yǎng)基中。2培養(yǎng)在特定條件下培養(yǎng)微生物或細(xì)胞。3收獲收集培養(yǎng)的產(chǎn)物。固定床生物反應(yīng)器1固定化生物催化劑固定在載體上。2流動(dòng)培養(yǎng)基流過固定床，進(jìn)行生物反應(yīng)。3分離分離產(chǎn)物，得到目標(biāo)產(chǎn)物。流化床生物反應(yīng)器1懸浮生物催化劑懸浮在流體中。2流動(dòng)培養(yǎng)基流過流化床，進(jìn)行生物反應(yīng)。3分離分離產(chǎn)物，得到目標(biāo)產(chǎn)物。氣-液生物反應(yīng)器氣體進(jìn)料氣體與液體混合，進(jìn)行氣液相反應(yīng)。液體進(jìn)料液體培養(yǎng)基通過反應(yīng)器，與氣體混合。氣體輸出反應(yīng)后的氣體排出反應(yīng)器。生物膜反應(yīng)器生物膜形成微生物在載體表面形成生物膜。培養(yǎng)基流動(dòng)培養(yǎng)基流過生物膜，進(jìn)行生物反應(yīng)。產(chǎn)物收集收集產(chǎn)物，得到目標(biāo)產(chǎn)物。生物反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)目標(biāo)將實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的反應(yīng)器放大到工業(yè)規(guī)模。方法保持關(guān)鍵操作參數(shù)一致，確保放大后反應(yīng)器性能穩(wěn)定。生物反應(yīng)器的建模與模擬生物反應(yīng)器的測(cè)量與控制參數(shù)測(cè)量測(cè)量溫度、pH、溶氧等參數(shù)。控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量結(jié)果，控制反應(yīng)器參數(shù)。反饋控制閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。生物反應(yīng)器的培養(yǎng)基組成成分功能碳源提供能量來源。氮源提供生物合成所需氮。無機(jī)鹽提供必需的礦物質(zhì)元素。維生素促進(jìn)生物生長。生物反應(yīng)器的無菌操作滅菌對(duì)培養(yǎng)基、反應(yīng)器等進(jìn)行滅菌處理。無菌環(huán)境保持操作環(huán)境無菌，防止污染。過濾使用過濾器去除空氣和培養(yǎng)基中的微生物。生物反應(yīng)器的培養(yǎng)條件溫度維持最佳生長溫度，確保生物生長速度。pH控制合適的pH值，維持酶活性。溶氧提供足夠的氧氣，維持生物生長和代謝。生物反應(yīng)器的溶氧問題氧氣傳遞氣體從氣相到液相的傳遞過程。影響因素?cái)嚢杷俣?、通氣量、溶氧系?shù)等?？刂品椒刂茢嚢杷俣?、通氣量，優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)。生物反應(yīng)器的pH控制1pH測(cè)量使用pH傳感器測(cè)量培養(yǎng)基的pH值。2pH控制通過添加酸堿溶液，控制培養(yǎng)基的pH值。3自動(dòng)控制利用反饋控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)pH值。生物反應(yīng)器的發(fā)泡問題1發(fā)泡產(chǎn)生培養(yǎng)過程產(chǎn)生氣泡，影響氧氣傳遞和混合效率。2發(fā)泡控制添加消泡劑，控制攪拌速度，優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)。3發(fā)泡監(jiān)測(cè)使用發(fā)泡探頭監(jiān)測(cè)培養(yǎng)基的發(fā)泡情況。生物反應(yīng)器中的代謝產(chǎn)物分離1過濾分離細(xì)胞或微生物，收集產(chǎn)物。2萃取利用溶劑將產(chǎn)物從培養(yǎng)基中萃取出來。3蒸餾分離產(chǎn)物，得到純化的目標(biāo)產(chǎn)物。生物反應(yīng)器的工藝放大實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小規(guī)模實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證工藝可行性。中試規(guī)模擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，優(yōu)化工藝參數(shù)。工業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，滿足市場(chǎng)需求。生物反應(yīng)器的成本分析設(shè)備成本反應(yīng)器、攪拌器、控制系統(tǒng)等設(shè)備的成本。材料成本培養(yǎng)基、試劑、消泡劑等材料的成本。人工成本操作人員、維護(hù)人員的成本。生物反應(yīng)器的環(huán)境影響廢水排放培養(yǎng)基、清洗廢水等需要進(jìn)行處理。能源消耗反應(yīng)器運(yùn)行需要消耗能源，需要考慮能源效率。污染控制控制污染物排放，保護(hù)環(huán)境。生物反應(yīng)器的安全因素操作安全嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，避免安全事故發(fā)生。設(shè)備安全定期檢查設(shè)備，確保設(shè)備安全可靠。環(huán)境安全做好環(huán)境監(jiān)測(cè)，控制污染物排放。生物反應(yīng)器的未來發(fā)展趨勢(shì)1智能化2自動(dòng)化3小型化4綠色化5個(gè)性化生物反應(yīng)器的案例