第5章-生物反应器ppt课件

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1、上一内容下一内容回主目录第五章第五章 生物反应器生物反应器 目目 录录第一节第一节 生物生物反应器的基本反应器的基本知识知识 第二节第二节 培养培养基预处理设备基预处理设备 第三节第三节 菌种制菌种制备设备备设备全国高等学校高职高专药品类专业卫生部全国高等学校高职高专药品类专业卫生部“十一五十一五”规划教材生物制药设备规划教材生物制药设备第四节第四节 发酵设发酵设备备第五节第五节 动植物动植物细胞培养设备细胞培养设备第五章 生物反应器 目 录第一节 生物反应器的基本知上一内容下一内容回主目录学习目标学习目标 学习目的学习目的 学习生物反应器的结构和工作原理，培养生物反应器操作技能，为发酵学习生

2、物反应器的结构和工作原理，培养生物反应器操作技能，为发酵操作、细胞培养操作打下知识和技能基础。操作、细胞培养操作打下知识和技能基础。知识要求知识要求 掌握机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、鼓泡塔式发酵罐、膜反应掌握机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、鼓泡塔式发酵罐、膜反应器的结构；器的结构；熟悉机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、常用动植物细胞培养器的工熟悉机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、常用动植物细胞培养器的工作原理；作原理；了解灭菌、无菌操作基本原理，了解生物反应器参数检测与自动控制原了解灭菌、无菌操作基本原理，了解生物反应器参数检测与自动控制原理；了解参数检测仪器的工作原理。理；了解参数检

3、测仪器的工作原理。能力要求能力要求 熟练应用机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐的基本操作技术；熟练应用机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐的基本操作技术；学会培养基灭菌与无菌操作。学会培养基灭菌与无菌操作。学习目标 学习目的上一内容下一内容回主目录 生物反应在狭义上是指活细胞生物反应在狭义上是指活细胞中的各种生物化学反应。中的各种生物化学反应。广义的生广义的生物反应是指生物体的新陈代谢过程。物反应是指生物体的新陈代谢过程。一、生物反应过程一、生物反应过程（一）概述（一）概述第一节第一节 生物反应基本知识生物反应基本知识1.生物反应生物反应 生物反应在狭义上是指活细胞中的各种生物化学反应。广义的上一内

4、容下一内容回主目录2.影响生物反应的因素影响生物反应的因素环境温度、酸碱度、营养物质浓度、环境温度、酸碱度、营养物质浓度、氧气浓度、二氧化碳浓度、机械尺寸、氧气浓度、二氧化碳浓度、机械尺寸、流体湍流程度、细胞的生长浓度、产流体湍流程度、细胞的生长浓度、产物的生成速度等物的生成速度等 2.影响生物反应的因素环境温度、酸碱度、营养物质浓度、上一内容下一内容回主目录3.生物药物的产生生物药物的产生细胞在新陈代谢过细胞在新陈代谢过程中不断地同化物程中不断地同化物质和能量，并异化质和能量，并异化自身物质。细胞的自身物质。细胞的分解产物，部分能分解产物，部分能用于人类疾病的诊用于人类疾病的诊断、预防和治疗

5、，断、预防和治疗，称之为生物药物。称之为生物药物。3.生物药物的产生细胞在新陈代谢过程中不断地同化物质和能量，上一内容下一内容回主目录 另外，细胞在生命活动过程中对环境物质进行了转化，另外，细胞在生命活动过程中对环境物质进行了转化，部分转化产物也是生物药物；还有用酶工程技术转化后的部分转化产物也是生物药物；还有用酶工程技术转化后的部分产物也是生物药物。部分产物也是生物药物。（二）分批培养中的细胞生长模式（二）分批培养中的细胞生长模式 将培养基一次性投入反应器中，接入细胞并维持细胞将培养基一次性投入反应器中，接入细胞并维持细胞生长的过程叫分批培养。生长的过程叫分批培养。在分批培养过程中，随着时间

6、的延长，营养物逐渐被消在分批培养过程中，随着时间的延长，营养物逐渐被消耗，新的细胞不断增加，产物的数量在逐渐累积，细胞生耗，新的细胞不断增加，产物的数量在逐渐累积，细胞生长过程处于动态变化的环境中。长过程处于动态变化的环境中。另外，细胞在生命活动过程中对环境物质进行了转化，部上一内容下一内容回主目录减速生长期减速生长期 指数生长期指数生长期 分批培养细胞生长的分批培养细胞生长的六个阶段六个阶段 停滞期停滞期 加速生长期加速生长期 平衡生长期平衡生长期 负生长期负生长期 减速生长期 指数生长期 分批培养细胞生长的六个阶段 停滞期 上一内容下一内容回主目录 接种后，细胞需要适应环境后才开始加速生长

7、，随后增接种后，细胞需要适应环境后才开始加速生长，随后增长速度不断加快，以指数的数量关系扩大繁殖。但随着时间长速度不断加快，以指数的数量关系扩大繁殖。但随着时间的延长，容器内新生细胞增多，细胞的增长速度逐渐降低。的延长，容器内新生细胞增多，细胞的增长速度逐渐降低。并且部分细胞死亡，扩大并且部分细胞死亡，扩大繁殖速度减小，死亡速度增繁殖速度减小，死亡速度增大，死亡与生长速度达到平大，死亡与生长速度达到平衡。随后死亡速度不断加快，衡。随后死亡速度不断加快，打破平衡后成为负增长，直打破平衡后成为负增长，直至培养过程结束。至培养过程结束。接种后，细胞需要适应环境后才开始加速生长，随后增上一内容下一内容

8、回主目录（三）生物反应过程的氧气供给（三）生物反应过程的氧气供给1.氧气的传递过程氧气的传递过程 空气被通入反应液后即分空气被通入反应液后即分散成大量气泡，氧分子从气散成大量气泡，氧分子从气泡内穿过气液界面进入到反泡内穿过气液界面进入到反应液内成为溶解氧。应液内成为溶解氧。（1）氧的气液传递过程）氧的气液传递过程溶解氧穿过液固界面进入细胞内的过程。溶解氧穿过液固界面进入细胞内的过程。（2）氧的液固传递过程）氧的液固传递过程（三）生物反应过程的氧气供给1.氧气的传递过程 空气被通上一内容下一内容回主目录2.提高氧气传递速度的途径提高氧气传递速度的途径双膜理论双膜理论 气液界面上的传质气液界面上的

9、传质阻力主要集中在气阻力主要集中在气膜和液膜的滞流底膜和液膜的滞流底层，滞流底层越厚层，滞流底层越厚阻力越大，液体的阻力越大，液体的黏度越大，滞流底黏度越大，滞流底层越厚，传质阻力层越厚，传质阻力也越大也越大 2.提高氧气传递速度的途径双膜理论 上一内容下一内容回主目录具体措施：具体措施：（1）增强搅拌）增强搅拌 机械搅拌可以增加反应液的湍流程度，促使分散的气机械搅拌可以增加反应液的湍流程度，促使分散的气泡变得更小、分布更均匀，减少液膜厚度、降低传质阻力；泡变得更小、分布更均匀，减少液膜厚度、降低传质阻力；增强搅拌还可增加气液接触面积，延长气泡在反应液中的增强搅拌还可增加气液接触面积，延长气泡

10、在反应液中的停留时间。停留时间。机械搅拌产生的剪切力会伤害细胞，可通过改变叶片减小机械搅拌产生的剪切力会伤害细胞，可通过改变叶片减小剪切力。剪切力。具体措施：（1）增强搅拌 机械搅拌可以增加反上一内容下一内容回主目录（2）提高通气速率）提高通气速率 通气量越大，反应液中的气泡就越多，溶解氧的浓度就通气量越大，反应液中的气泡就越多，溶解氧的浓度就越高。通气能起到一定的搅拌效果。越高。通气能起到一定的搅拌效果。通气量过大，则容易产生大量的泡沫，造成溢罐，产生通气量过大，则容易产生大量的泡沫，造成溢罐，产生气泡气泡“过载过载”现象。现象。（3）控制反应液体积）控制反应液体积 在同样搅拌强度下，反应液

11、体积增大，会降低搅拌的效果在同样搅拌强度下，反应液体积增大，会降低搅拌的效果。（2）提高通气速率 通气量越大，反应液中的气泡上一内容下一内容回主目录（4）改善反应液的性质）改善反应液的性质 反应液的黏度影响液膜的表面张力，进而影响液体中气泡反应液的黏度影响液膜的表面张力，进而影响液体中气泡合并的难易度。液体中气泡液膜的表面张力加剧气泡的合并合并的难易度。液体中气泡液膜的表面张力加剧气泡的合并倾向。随着生物反应的进行，反应液中细胞分泌物增加，黏倾向。随着生物反应的进行，反应液中细胞分泌物增加，黏度变大，小气泡合并成大气泡，出现起沫现象。度变大，小气泡合并成大气泡，出现起沫现象。加入消泡剂，加入消

12、泡剂，可以降低液膜的表面张力，阻止气泡的合并。可以降低液膜的表面张力，阻止气泡的合并。（4）改善反应液的性质 反应液的黏度影响液膜的表面上一内容下一内容回主目录二、生物反应器二、生物反应器（一）生物反应器的分类（一）生物反应器的分类进行生物化学反进行生物化学反应的空间统称为应的空间统称为生物反应器生物反应器 1.生物反应器生物反应器二、生物反应器（一）生物反应器的分类进行生物化学反应的空间统上一内容下一内容回主目录2.分类分类（1）按反应器内有机体种类）按反应器内有机体种类 微生物反应器微生物反应器 植物细胞反应器植物细胞反应器 动物细胞反应器动物细胞反应器 酶反应器酶反应器 生物反应器生物反

13、应器2.分类（1）按反应器内有机体种类 微生物反应器 植物细胞反上一内容下一内容回主目录（2）按结构特征）按结构特征 罐式反应器罐式反应器 管式反应器管式反应器 塔式反应器塔式反应器 膜式反应器膜式反应器 生物反应器生物反应器（2）按结构特征 罐式反应器 管式反应器 塔式反应器 膜式反上一内容下一内容回主目录生物反应器在生物制药过程中的作用生物反应器在生物制药过程中的作用生物反应器在生物制药过程中的作用上一内容下一内容回主目录（二）生物反应器的操作类型（二）生物反应器的操作类型 1.简单分批培养简单分批培养 培养液一次性全部加入，接种培养一段时间后，将培养液培养液一次性全部加入，接种培养一段时

14、间后，将培养液一次性全部放出一次性全部放出 （二）生物反应器的操作类型 1.简单分批培养 培养上一内容下一内容回主目录2.补料分批培养补料分批培养 开始培养时，培养液没有一次性加足，在培养一定时间后，开始培养时，培养液没有一次性加足，在培养一定时间后，根据培养液营养成分的消耗情况将部分营养成分连续加入反根据培养液营养成分的消耗情况将部分营养成分连续加入反应器内（称之为补料），培养结束后一次性全部放出。应器内（称之为补料），培养结束后一次性全部放出。3.反复分批培养反复分批培养 在简单分批培养即将结束时，放出大部分的培养液，余在简单分批培养即将结束时，放出大部分的培养液，余下少量作为种子液，补充

15、新鲜培养液后再重新培养，如此下少量作为种子液，补充新鲜培养液后再重新培养，如此反复直至培养不能再延续时，再将发酵液全部放出。反复直至培养不能再延续时，再将发酵液全部放出。2.补料分批培养 开始培养时，培养液没有一次性加上一内容下一内容回主目录4.反复补料分批培养反复补料分批培养 又称为半连续发酵，指在又称为半连续发酵，指在补料分批培养中进行一段时间、补料分批培养中进行一段时间、反应器内培养液体积达到最大反应器内培养液体积达到最大无法再继续补料时，将培养液无法再继续补料时，将培养液放出一部分，再继续补料，隔放出一部分，再继续补料，隔一段时间后再放出同样体积，一段时间后再放出同样体积，如此反复操作

16、，直到最后将培如此反复操作，直到最后将培养液一次性全部放出。养液一次性全部放出。4.反复补料分批培养 又称为半连续发酵，指在补料上一内容下一内容回主目录第二节第二节 培养基预处理设备培养基预处理设备一、培养基灭菌设备一、培养基灭菌设备（一）蒸汽灭菌原理（一）蒸汽灭菌原理 蒸汽能深入到液体内部，并蒸汽能深入到液体内部，并迅速穿透细胞壁，使细胞整体迅速穿透细胞壁，使细胞整体升温，致使细胞内蛋白质凝固升温，致使细胞内蛋白质凝固失去生物活性，从而终止了细失去生物活性，从而终止了细胞的新陈代谢过程。胞的新陈代谢过程。第二节 培养基预处理设备一、培养基灭菌设备（一）蒸汽灭菌原上一内容下一内容回主目录（二）

17、高压蒸汽灭菌锅（二）高压蒸汽灭菌锅1.高压蒸汽灭菌锅的结构高压蒸汽灭菌锅的结构（二）高压蒸汽灭菌锅1.高压蒸汽灭菌锅的结构 上一内容下一内容回主目录 高压蒸汽灭菌锅高压蒸汽灭菌锅由内锅、外锅、门盖、由内锅、外锅、门盖、压力表、温度计、排压力表、温度计、排气阀、安全阀、电热气阀、安全阀、电热管、蒸汽发生器等部管、蒸汽发生器等部件构成。件构成。高压蒸汽灭菌锅由内锅、外锅、门盖、压力表、温度上一内容下一内容回主目录 2.高压蒸汽灭菌锅的操作与维护高压蒸汽灭菌锅的操作与维护（1 1）使用前应清洗干净，进气阀及排气阀有效，加注水。）使用前应清洗干净，进气阀及排气阀有效，加注水。（2 2）装入灭菌物品：间

18、隔合适，扣上门盖，旋紧密封。）装入灭菌物品：间隔合适，扣上门盖，旋紧密封。（3 3）预热及排气：加热升温，排除冷空气，当排气阀有蒸汽）预热及排气：加热升温，排除冷空气，当排气阀有蒸汽排出时，关闭排气阀。排出时，关闭排气阀。（4 4）升压保温：待蒸汽压力升至额定值时，调节热源，或者）升压保温：待蒸汽压力升至额定值时，调节热源，或者微开排气阀，使锅内蒸汽压力恒定在额定值。维持规定时间后，微开排气阀，使锅内蒸汽压力恒定在额定值。维持规定时间后，停止加热。停止加热。（5 5）取出灭菌物品：缓慢排气，待其压力下降至零时，方可）取出灭菌物品：缓慢排气，待其压力下降至零时，方可打开取物。打开取物。2.高压蒸

19、汽灭菌锅的操作与维护（1）使用前应清洗干净，进上一内容下一内容回主目录（三）培养基连续灭菌设备（三）培养基连续灭菌设备1.加热器加热器（1）连消塔的结构）连消塔的结构 套管式连消塔，全塔高套管式连消塔，全塔高2 23m3m，由蒸汽导管和外套管组，由蒸汽导管和外套管组成。蒸汽导管上开设有很多成。蒸汽导管上开设有很多小孔，小孔的分布呈下密上小孔，小孔的分布呈下密上疏，蒸汽可从小孔中喷出。疏，蒸汽可从小孔中喷出。小孔的总截面积等于或小于小孔的总截面积等于或小于导入管的截面积。导入管的截面积。（三）培养基连续灭菌设备1.加热器（1）连消塔的结构 上一内容下一内容回主目录（2）喷射器结构）喷射器结构 蒸

20、汽和培养液在喷射器的吸入室中混合均匀，在喉管和蒸汽和培养液在喷射器的吸入室中混合均匀，在喉管和扩大段进一步混合均匀后排出。扩大段进一步混合均匀后排出。（2）喷射器结构 蒸汽和培养液在喷射器的吸入室中混合上一内容下一内容回主目录（3）维持罐结构）维持罐结构 主主要由筒体、夹套、进要由筒体、夹套、进料管、出料管、排尽管和料管、出料管、排尽管和测温口组成测温口组成.维持罐设计安装有无菌呼吸口，维持罐设计安装有无菌呼吸口，以保证外界微生物不能进入维持以保证外界微生物不能进入维持罐内。维持罐的有效体积应能满罐内。维持罐的有效体积应能满足维持时间足维持时间8 82525的需要，填充的需要，填充系数为系数为

21、85%85%90%90%。（3）维持罐结构 主要由筒体、夹套、进料管、出料管、排上一内容下一内容回主目录2.连续灭菌流程连续灭菌流程（1）连消塔加热连续灭菌流程）连消塔加热连续灭菌流程 待灭菌的培养基由泵待灭菌的培养基由泵送入连消塔的底部，料送入连消塔的底部，料液在此被蒸汽加热到灭液在此被蒸汽加热到灭菌温度，再由顶部流出，菌温度，再由顶部流出，进入维持罐，停留一定进入维持罐，停留一定时间后，再送入喷淋冷时间后，再送入喷淋冷却器，冷却至常温。却器，冷却至常温。2.连续灭菌流程（1）连消塔加热连续灭菌流程 待上一内容下一内容回主目录（2）喷射加热连续灭菌流程）喷射加热连续灭菌流程 当蒸汽从喷嘴中高

22、速喷出时，与生培养液瞬间混匀并将当蒸汽从喷嘴中高速喷出时，与生培养液瞬间混匀并将其加热到灭菌温度。混合液进入维持段管道中继续保温灭其加热到灭菌温度。混合液进入维持段管道中继续保温灭菌，管道越长灭菌时间也越长，可根据培养基的性质和灭菌，管道越长灭菌时间也越长，可根据培养基的性质和灭菌要求确定管道的长度。灭菌后的培养基经过膨胀阀进入菌要求确定管道的长度。灭菌后的培养基经过膨胀阀进入真空冷却器瞬间冷却。真空冷却器瞬间冷却。（2）喷射加热连续灭菌流程 当蒸汽从喷嘴中高速喷出上一内容下一内容回主目录灭菌后的培养基经过膨胀阀进入真空冷却器瞬间冷却灭菌后的培养基经过膨胀阀进入真空冷却器瞬间冷却灭菌后的培养基

23、经过膨胀阀进入真空冷却器瞬间冷却上一内容下一内容回主目录 喷射加热连续灭菌流程是目前常用的培养基灭菌方法，喷射加热连续灭菌流程是目前常用的培养基灭菌方法，其特点是加热、冷却过程极为短暂，所以将温度升高到其特点是加热、冷却过程极为短暂，所以将温度升高到140 140 而不引起培养液的严重破坏。因维持设备是管道，如果而不引起培养液的严重破坏。因维持设备是管道，如果设计合理，则返混程度很小，可保证物料的先进先出，避设计合理，则返混程度很小，可保证物料的先进先出，避免了培养基在灭菌过程中局部过热或灭菌不充分的现象发免了培养基在灭菌过程中局部过热或灭菌不充分的现象发生。生。喷射加热连续灭菌流程是目前常用

24、的培养基灭菌方法上一内容下一内容回主目录（3 3）薄板连续灭菌流程）薄板连续灭菌流程 培养液在薄培养液在薄板换热器中可板换热器中可以同时完成预以同时完成预热、加热灭菌、热、加热灭菌、维持及冷却过维持及冷却过程。程。（3）薄板连续灭菌流程 培养液在薄板换热器中可以同时上一内容下一内容回主目录二、淀粉糖化设备二、淀粉糖化设备 糊糊 化化 糖化糖化 单糖单糖 糊化阶段，淀粉水解转化成糊精；糊化阶段，淀粉水解转化成糊精；在糖化阶段，糊精被淀粉糖化酶转化成单糖或二糖在糖化阶段，糊精被淀粉糖化酶转化成单糖或二糖。二、淀粉糖化设备 糊 化 糖化 单糖 上一内容下一内容回主目录（一）糊化锅（一）糊化锅 糊化锅

25、用来加热糊化锅用来加热煮沸淀粉原料使其煮沸淀粉原料使其液化和糊化的设备。液化和糊化的设备。糊化锅的关键部件有糊化锅的关键部件有锅盖、锅体、夹套和搅锅盖、锅体、夹套和搅拌器等。拌器等。（一）糊化锅 糊化锅用来加热煮沸淀粉原料使其液化和糊化上一内容下一内容回主目录 淀粉类原料从下粉管放入锅内溶液中，蒸汽进入淀粉类原料从下粉管放入锅内溶液中，蒸汽进入夹套释放热量成冷凝水排出，锅内产生的水蒸气沿升夹套释放热量成冷凝水排出，锅内产生的水蒸气沿升气管上升，部分蒸汽形成冷凝水沿升气管内壁流入环气管上升，部分蒸汽形成冷凝水沿升气管内壁流入环型槽后由排水管排出，为防止锅内局部过热，开启电型槽后由排水管排出，为防

26、止锅内局部过热，开启电动机对溶液进行搅拌，促使溶液体系受热均匀。动机对溶液进行搅拌，促使溶液体系受热均匀。糊化锅的工作过程糊化锅的工作过程 淀粉类原料从下粉管放入锅内溶液中，蒸汽进入夹套上一内容下一内容回主目录（二）糖化锅（二）糖化锅 糖化锅是糊精水解成单糖或二糖的反应容器，其糖化锅是糊精水解成单糖或二糖的反应容器，其结构与糊化锅基本相同，单体积更大，约为糊化锅体结构与糊化锅基本相同，单体积更大，约为糊化锅体积的两倍。积的两倍。将糊化后的浆状料液输送到糖化锅中，加水稀释混合，将糊化后的浆状料液输送到糖化锅中，加水稀释混合，并加入糖化酶，将温度保持在一定的范围内，经一段时间并加入糖化酶，将温度保

27、持在一定的范围内，经一段时间后料浆即可糖化完毕。后料浆即可糖化完毕。（二）糖化锅 糖化锅是糊精水解成单糖或二糖的反应容上一内容下一内容回主目录三、双酶制糖工艺三、双酶制糖工艺 淀粉液化酶淀粉液化酶作用于淀粉作用于淀粉-1,4-1,4葡萄葡萄糖苷键，将长链的淀粉糖苷键，将长链的淀粉水解成短链糊精，使淀水解成短链糊精，使淀粉液化，产物以短链的粉液化，产物以短链的糊精为主，含有少量的糊精为主，含有少量的葡萄糖。葡萄糖。糖化酶糖化酶可作用于可作用于-1,4-1,4或或-1,6-1,6葡萄糖苷键，可将糊葡萄糖苷键，可将糊精完全水解为葡萄糖或精完全水解为葡萄糖或麦芽糖，即淀粉的糖化。麦芽糖，即淀粉的糖化。

28、三、双酶制糖工艺 淀粉液化酶糖化酶上一内容下一内容回主目录 双酶制糖工序有调浆、液化、糖化和过滤。生产设备主双酶制糖工序有调浆、液化、糖化和过滤。生产设备主要有糊化锅、糖化喷射器、维持罐、冷却装置等。要有糊化锅、糖化喷射器、维持罐、冷却装置等。双酶制糖工序有调浆、液化、糖化和过滤。生产设备主要上一内容下一内容回主目录第三节第三节 发酵罐发酵罐 发酵罐是微生物大量生长繁殖的空间，是一类重要的发酵罐是微生物大量生长繁殖的空间，是一类重要的生物反应器。生物反应器。发酵罐发酵罐 厌氧式发酵罐厌氧式发酵罐 不需要通入氧气不需要通入氧气 好氧式发酵罐好氧式发酵罐 通氧气通氧气好氧发酵罐好氧发酵罐 机械搅拌

29、通风发酵罐机械搅拌通风发酵罐 气升式发酵罐气升式发酵罐 自吸式发酵罐自吸式发酵罐 鼓泡塔式发酵罐鼓泡塔式发酵罐 第三节 发酵罐 发酵罐是微生物大量生长繁殖的空上一内容下一内容回主目录一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐机械搅拌机械搅拌通风发酵罐通风发酵罐的主要部件有罐体、的主要部件有罐体、搅拌器、挡板、空气搅拌器、挡板、空气分布器、换热器、消分布器、换热器、消泡器、人孔、视镜等。泡器、人孔、视镜等。一、机械搅拌通风发酵罐机械搅拌上一内容下一内容回主目录1.罐体罐体 罐体是空心圆柱体上下两底焊接封头后所构成的容器。罐体是空心圆柱体上下两底焊接封头后所构成的容器。圆柱体高径之比为圆柱体高径

30、之比为1.71.73 3。罐体一般采用卫级不锈钢，要求能耐受罐体一般采用卫级不锈钢，要求能耐受130130的高温和的高温和的绝对压力。的绝对压力。封头上设置有进料管、无菌呼吸口、接种管、人孔、视封头上设置有进料管、无菌呼吸口、接种管、人孔、视镜、压力表和取样管等。罐侧壁上设计有各种检测仪器接镜、压力表和取样管等。罐侧壁上设计有各种检测仪器接口以及换热器的进出口。无菌压缩空气从罐底部通入，经口以及换热器的进出口。无菌压缩空气从罐底部通入，经空气分布管进入发酵液。空气分布管进入发酵液。1.罐体 罐体是空心圆柱体上下两底焊接封头后所构成的上一内容下一内容回主目录2.搅拌器搅拌器 搅拌器安装在搅拌轴上

31、，起着将空气分散成气泡并与发搅拌器安装在搅拌轴上，起着将空气分散成气泡并与发酵液充分混合，提高溶氧速率的作用。酵液充分混合，提高溶氧速率的作用。搅拌器的叶轮有多种形式，有涡轮式和螺旋桨式两种。搅拌器的叶轮有多种形式，有涡轮式和螺旋桨式两种。（1）涡轮式搅拌器）涡轮式搅拌器 中央圆盘上设置六中央圆盘上设置六个叶片，可分为平叶个叶片，可分为平叶式和弯叶式两种。式和弯叶式两种。2.搅拌器 搅拌器安装在搅拌轴上，起着将空气分散上一内容下一内容回主目录（2）螺旋桨式搅拌器）螺旋桨式搅拌器 采用类似螺旋推进器的结构，在发酵罐内形成由下向上采用类似螺旋推进器的结构，在发酵罐内形成由下向上的轴向螺旋运动。的轴

32、向螺旋运动。（2）螺旋桨式搅拌器 采用类似螺旋推进器的结构上一内容下一内容回主目录（3）两类搅拌器的搅拌效果）两类搅拌器的搅拌效果（3）两类搅拌器的搅拌效果 上一内容下一内容回主目录 可产生较强的涡流扩散效果，气泡分散性好，但主体对流混可产生较强的涡流扩散效果，气泡分散性好，但主体对流混合较差，容易产生层流。合较差，容易产生层流。涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 可在轴向产生较好的主体对流混合，但涡流扩散效果较可在轴向产生较好的主体对流混合，但涡流扩散效果较差，即气泡分散性较弱。差，即气泡分散性较弱。螺旋桨式搅拌器螺旋桨式搅拌器两类搅拌器组合使用，既强化气泡两类搅拌器组合使用，既强化气泡的分散，又增强

33、了发酵液的整体混合效果。的分散，又增强了发酵液的整体混合效果。可产生较强的涡流扩散效果，气泡分散性好，但主体对流混上一内容下一内容回主目录3.轴封轴封 连接搅拌器的搅拌轴在电动机的驱动下转动，搅拌轴与连接搅拌器的搅拌轴在电动机的驱动下转动，搅拌轴与罐体间的缝隙通过轴封实现密闭。发酵罐上常采用端面机械罐体间的缝隙通过轴封实现密闭。发酵罐上常采用端面机械轴封。轴封。端面机械轴端面机械轴封由动环和静环构成封由动环和静环构成 静环由聚四氟乙烯制成静环由聚四氟乙烯制成动环由碳化钨钢制成，动环由碳化钨钢制成，动环和静环具有导热性能好，摩擦系数小等特性。动环和静环具有导热性能好，摩擦系数小等特性。3.轴封

34、连接搅拌器的搅拌轴在电动机的驱动下转上一内容下一内容回主目录第5章-生物反应器ppt课件上一内容下一内容回主目录4.空气分布器空气分布器 通常有单管式和环管式两种结构，管上密布了直径约通常有单管式和环管式两种结构，管上密布了直径约2 23 3的喷气孔，其作用是使空气分布均匀。的喷气孔，其作用是使空气分布均匀。单管式是大型发酵罐中经常采用的形式，管口正对发酵罐的单管式是大型发酵罐中经常采用的形式，管口正对发酵罐的底部，与罐底距离约底部，与罐底距离约40。环管式结构简单，由一根环形管道制成，其上也分布有环管式结构简单，由一根环形管道制成，其上也分布有喷气孔，常固定在罐体底部，其喷气孔应向下，以减少

35、发喷气孔，常固定在罐体底部，其喷气孔应向下，以减少发酵液在分布管上滞留。酵液在分布管上滞留。4.空气分布器 通常有单管式和环管式两种结构，管上一内容下一内容回主目录5.消泡器消泡器 通气搅拌条件下的发酵经常会产生大量的泡沫，严重时通气搅拌条件下的发酵经常会产生大量的泡沫，严重时会导致发酵液外溢，增加染菌机会。会导致发酵液外溢，增加染菌机会。消泡法消泡法化学消泡法化学消泡法 机械消泡法机械消泡法 耙式消泡器耙式消泡器 涡轮消泡器涡轮消泡器 离心式消泡器离心式消泡器 耙式和涡轮式消泡器安装在罐内上部，离心式消泡器则耙式和涡轮式消泡器安装在罐内上部，离心式消泡器则安装于发酵罐的排气口处。安装于发酵罐

36、的排气口处。5.消泡器 通气搅拌条件下的发酵经常会产生大量的上一内容下一内容回主目录耙式消泡器耙式消泡器 涡轮消泡器涡轮消泡器耙式消泡器 涡轮上一内容下一内容回主目录6.6.换热器换热器 换热器有夹套式和竖管式换热器有夹套式和竖管式两种。小型罐采用夹套式，以两种。小型罐采用夹套式，以减少罐内的结构，但传热效果减少罐内的结构，但传热效果差。大型罐中，常采用竖管式，差。大型罐中，常采用竖管式，分组对称安装在罐内壁上。依分组对称安装在罐内壁上。依据竖管的排列结构，可分为蛇据竖管的排列结构，可分为蛇管和列管等形式。管和列管等形式。6.换热器 换热器有夹套式和竖管式两种。小型罐采上一内容下一内容回主目录

37、第5章-生物反应器ppt课件上一内容下一内容回主目录二、气升式发酵罐二、气升式发酵罐 气升式发酵罐由罐体、导流筒、循环管、空气喷嘴等部气升式发酵罐由罐体、导流筒、循环管、空气喷嘴等部件组成。在气升式发酵罐中没有机械搅拌器及相关装置，件组成。在气升式发酵罐中没有机械搅拌器及相关装置，采用高速气流和密度差带动发酵液流动、混合。采用高速气流和密度差带动发酵液流动、混合。有环流式、鼓泡式、空气喷射式等气升发酵罐。有环流式、鼓泡式、空气喷射式等气升发酵罐。按发酵液流动方式，环流式发酵罐又可分为内循环和按发酵液流动方式，环流式发酵罐又可分为内循环和外循环两种。内循环方式中，又有中央导流筒式和双带导外循环两

38、种。内循环方式中，又有中央导流筒式和双带导流式。流式。二、气升式发酵罐 气升式发酵罐由罐体、导流筒、循环上一内容下一内容回主目录1.气升式发酵罐结构气升式发酵罐结构 1.气升式发酵罐结构 上一内容下一内容回主目录 洁净空气以洁净空气以250 250 300m/s300m/s，的速度从喷嘴喷出，并，的速度从喷嘴喷出，并以气泡的形式分散于液体中。含大量气泡的发酵液沿循环以气泡的形式分散于液体中。含大量气泡的发酵液沿循环管上升。在上升过程中，气泡中的氧气溶解于发酵液内，管上升。在上升过程中，气泡中的氧气溶解于发酵液内，过量的气泡在罐的顶部释放出来，发酵液气含率下降，形过量的气泡在罐的顶部释放出来，发

39、酵液气含率下降，形成富含溶氧和较少气泡的液体。由于发酵罐上部液体气泡成富含溶氧和较少气泡的液体。由于发酵罐上部液体气泡少密度大，下部液体气泡多密度小，在密度差和重力作用少密度大，下部液体气泡多密度小，在密度差和重力作用下，上部液体沿循环管下降，下部液体上升，形成发酵液下，上部液体沿循环管下降，下部液体上升，形成发酵液在发酵罐内的循环流动，空气喷嘴高速喷出的空气也推动在发酵罐内的循环流动，空气喷嘴高速喷出的空气也推动发酵液沿循环管流动。发酵液沿循环管流动。洁净空气以250 300m/s，的速度从上一内容下一内容回主目录 气升式发酵罐的优点气升式发酵罐的优点是结构简单、能耗低、液是结构简单、能耗低

40、、液体中的剪切作用小。在同体中的剪切作用小。在同样的能耗下，氧的传递能样的能耗下，氧的传递能力比机械搅拌式发酵罐要力比机械搅拌式发酵罐要高得多。气升式发酵罐不高得多。气升式发酵罐不适用于黏度高或固含量大适用于黏度高或固含量大的发酵液。的发酵液。气升式发酵罐的优点是结构简单、能耗低、液体中上一内容下一内容回主目录三、自吸式发酵罐三、自吸式发酵罐 不需要压缩空气，利用不需要压缩空气，利用特殊的机械搅拌吸气装置或特殊的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置，将无菌液体喷射吸气装置，将无菌空气吸入罐中，同时实现发空气吸入罐中，同时实现发酵液的混合与溶氧传质。酵液的混合与溶氧传质。三、自吸式发酵罐 不需要压

41、缩空气，利用特殊的机上一内容下一内容回主目录第5章-生物反应器ppt课件上一内容下一内容回主目录 搅拌器的关键部件是吸气转子，吸气转子由三棱空心叶轮搅拌器的关键部件是吸气转子，吸气转子由三棱空心叶轮与固定导轮组成，搅拌轴为中空，与进气管相连，在电动机的与固定导轮组成，搅拌轴为中空，与进气管相连，在电动机的驱动下，轴上的空心叶轮快速旋转，液体被甩出，在叶轮中心驱动下，轴上的空心叶轮快速旋转，液体被甩出，在叶轮中心形成负压，将罐外的无菌空气吸到罐内。随着叶轮的转动，吸形成负压，将罐外的无菌空气吸到罐内。随着叶轮的转动，吸入的气体在叶轮周围分散成细碎的气泡，形成了强烈的气液湍入的气体在叶轮周围分散成

42、细碎的气泡，形成了强烈的气液湍流，气泡中的氧气随之扩散到发酵液中，在搅拌的同时完成了流，气泡中的氧气随之扩散到发酵液中，在搅拌的同时完成了氧气的溶解过程。氧气的溶解过程。自吸式发酵罐的结构和工作原理自吸式发酵罐的结构和工作原理 搅拌器的关键部件是吸气转子，吸气转子由三棱空心叶轮与上一内容下一内容回主目录优点：优点：抽吸力不强，吸程不高，适用于对氧气需要量较低的醋酸抽吸力不强，吸程不高，适用于对氧气需要量较低的醋酸和酵母的发酵生产。机械搅拌自吸式发酵罐的叶轮转速较高，和酵母的发酵生产。机械搅拌自吸式发酵罐的叶轮转速较高，在转子周围形成较强烈的剪切区，不适用于对剪切力敏感的微在转子周围形成较强烈的

43、剪切区，不适用于对剪切力敏感的微生物。生物。缺点缺点气液固三相混合均匀，分散度高，溶氧速率高，传热气液固三相混合均匀，分散度高，溶氧速率高，传热性能好，结构简单，附属设施少，投资省，能耗低。性能好，结构简单，附属设施少，投资省，能耗低。优点：抽吸力不强，吸程不高，适用于对氧气需要量较低上一内容下一内容回主目录四、鼓泡塔式发酵罐四、鼓泡塔式发酵罐 鼓泡塔式发酵罐鼓泡塔式发酵罐由塔体、筛板、空由塔体、筛板、空气分布器、降液管气分布器、降液管组成组成 四、鼓泡塔式发酵罐 鼓泡塔式发酵罐由塔体、筛板、空气分上一内容下一内容回主目录 泡塔式发酵罐的高径比约为泡塔式发酵罐的高径比约为7 7左右，罐内安装有

44、筛板和空左右，罐内安装有筛板和空气分布器，降液管具有液封的作用。气分布器，降液管具有液封的作用。压缩空气由罐底导入，经空气分布器后，穿过筛板气孔，压缩空气由罐底导入，经空气分布器后，穿过筛板气孔，逐板上升。发酵液充满塔体。在空气泡上升的过程中，密度逐板上升。发酵液充满塔体。在空气泡上升的过程中，密度小的含气发酵液也随之上升，上升后的发酵液释放空气泡，小的含气发酵液也随之上升，上升后的发酵液释放空气泡，密度增大，在密度差和重力作用下又沿降液管下降，从而形密度增大，在密度差和重力作用下又沿降液管下降，从而形成循环。空气泡的上升和发酵液的循环流动，产生气液混合成循环。空气泡的上升和发酵液的循环流动，

45、产生气液混合效果，促进了氧气的溶解。效果，促进了氧气的溶解。泡塔式发酵罐的高径比约为7左右，罐内安装有筛板和上一内容下一内容回主目录 鼓泡式发酵罐省去了机械搅拌装置，造价低，又不会产鼓泡式发酵罐省去了机械搅拌装置，造价低，又不会产生液封导致的染菌问题，因而使用范围较广。如果培养液浓生液封导致的染菌问题，因而使用范围较广。如果培养液浓度适宜，操作得当，在不增加空气流量的情况下，基本上可度适宜，操作得当，在不增加空气流量的情况下，基本上可达到通用发酵罐的发酵水平。达到通用发酵罐的发酵水平。鼓泡式发酵罐省去了机械搅拌装置，造价低，又不上一内容下一内容回主目录第四节第四节 发酵罐信号控制系统发酵罐信号

46、控制系统 生物反应是一个动态的过程，随着反应的进行，营养成分、生物反应是一个动态的过程，随着反应的进行，营养成分、新的细胞以及代谢过程产物等因素都在改变。必须对反应过新的细胞以及代谢过程产物等因素都在改变。必须对反应过程进行监控，适时调节各参数。程进行监控，适时调节各参数。需要监控的内容需要监控的内容:物理参数，包括温度、压力、搅拌速度等；物理参数，包括温度、压力、搅拌速度等；化学参数，包括液相化学参数，包括液相pHpH、氧气和二氧化碳的浓度；、氧气和二氧化碳的浓度；生化参数，生物体量、生物体营养和代谢产物浓度等。生化参数，生物体量、生物体营养和代谢产物浓度等。第四节 发酵罐信号控制系统 生物

47、反应是一个动态的过上一内容下一内容回主目录一、发酵罐的信号传递一、发酵罐的信号传递在线检测在线检测:将检测仪器安装在系统中直接测试生产过程各参数的过程。将检测仪器安装在系统中直接测试生产过程各参数的过程。发酵过程在线检测仪器发酵过程在线检测仪器:温度传感器、温度传感器、pH电极、溶氧电极、转速测定仪等。电极、溶氧电极、转速测定仪等。1.发酵液中温度的调控发酵液中温度的调控 温度传感器感应罐内温度，将信号传递至温度控制仪，经与温度传感器感应罐内温度，将信号传递至温度控制仪，经与设定温度进行比较后，由温度控制仪发出调节信号，冷却水阀设定温度进行比较后，由温度控制仪发出调节信号，冷却水阀门和加热装置

48、相机动作，调节发酵液温度。门和加热装置相机动作，调节发酵液温度。一、发酵罐的信号传递在线检测:将检测仪器安装在系统中直接测试上一内容下一内容回主目录第5章-生物反应器ppt课件上一内容下一内容回主目录2.发酵液中发酵液中pH的调控的调控 发酵罐发酵罐pHpH的控制是依靠向罐内滴加酸或者碱来完成。的控制是依靠向罐内滴加酸或者碱来完成。pHpH电极感知酸碱性，以电信号传递到放大控制仪，电极感知酸碱性，以电信号传递到放大控制仪，启动并控制酸、碱泵动作，向罐内滴加酸、碱液，实启动并控制酸、碱泵动作，向罐内滴加酸、碱液，实时调节发酵液时调节发酵液pHpH值。值。2.发酵液中pH的调控 发酵罐pH的控制是

49、依靠向罐内滴加酸或上一内容下一内容回主目录第5章-生物反应器ppt课件上一内容下一内容回主目录3.发酵液溶氧浓度的调控发酵液溶氧浓度的调控 发酵过程中通过改变参数影响溶氧的可变因素主要是搅发酵过程中通过改变参数影响溶氧的可变因素主要是搅拌转速和通气量。拌转速和通气量。罐压影响发酵液中溶氧浓度。罐压影响发酵液中溶氧浓度。在发酵过程中，通过调节控制通风量和在发酵过程中，通过调节控制通风量和搅拌转速的方法达到对溶氧浓度的调控。搅拌转速的方法达到对溶氧浓度的调控。3.发酵液溶氧浓度的调控 发酵过程中通过改变参数影上一内容下一内容回主目录第5章-生物反应器ppt课件上一内容下一内容回主目录第5章-生物反

50、应器ppt课件上一内容下一内容回主目录二、发酵罐的检测仪器二、发酵罐的检测仪器条件：条件：无污染无污染无污染无污染BBE EC CDDAA耐高压耐高压F F反应灵敏快速反应灵敏快速结构简洁无死角结构简洁无死角选择性高选择性高耐腐蚀耐腐蚀耐高温耐高温二、发酵罐的检测仪器条件：无污染BECDA耐高压F反应灵敏快上一内容下一内容回主目录1.温度计温度计 培养基灭菌和发酵过程温度的检测范围是培养基灭菌和发酵过程温度的检测范围是0150 热电偶热电偶半导体热敏电阻半导体热敏电阻铂电阻铂电阻温度传感器温度传感器铂电阻温度传感器是当前生物反应器的标准配铂电阻温度传感器是当前生物反应器的标准配置。铂金属的电阻

51、值与温度的变化成正比关系，置。铂金属的电阻值与温度的变化成正比关系，具有精度高、稳定性强，输出线性好的优点。具有精度高、稳定性强，输出线性好的优点。1.温度计 培养基灭菌和发酵过程温度的检测范围是0150上一内容下一内容回主目录2.压力表压力表 发酵罐一般采用隔膜式压力表。发酵罐一般采用隔膜式压力表。为了便于远距离监控，为了便于远距离监控，常把压力表上的压力信常把压力表上的压力信号转换成电信号。号转换成电信号。2.压力表 发酵罐一般采用隔膜式压力表。为了便于远距上一内容下一内容回主目录3.pH电极电极 发酵罐发酵罐pHpH值检值检测电极是玻璃氢电测电极是玻璃氢电极，是复合电极。极，是复合电极。

52、在使用玻璃电极时在使用玻璃电极时要加装不锈钢保护要加装不锈钢保护套，电极与发酵罐套，电极与发酵罐壁之间使用壁之间使用“O”“O”形环密封。形环密封。金属外套金属外套电极金属安装附件电极金属安装附件耐高温耐高温pH玻璃电极玻璃电极3.pH电极 发酵罐pH值检测电极是玻璃氢电极，是上一内容下一内容回主目录在线在线pH显示器显示器耐高温耐高温pH电极电极在线pH显示器耐高温pH电极上一内容下一内容回主目录4.溶氧浓度（溶氧浓度（Do）电极）电极 原电池溶氧电极采用一对不同金原电池溶氧电极采用一对不同金属材质制作的两个电极，将其浸没属材质制作的两个电极，将其浸没在发酵液中，溶解氧得电子所产生在发酵液中

53、，溶解氧得电子所产生的电流强度与氧气的浓度成正比，的电流强度与氧气的浓度成正比，电信号经变送器输送，并在显示器电信号经变送器输送，并在显示器上显示出溶解氧浓度。上显示出溶解氧浓度。有原电池溶氧电极和极谱溶氧电极有原电池溶氧电极和极谱溶氧电极溶氧电极溶氧电极4.溶氧浓度（Do）电极 原电池溶氧电极采用一对不上一内容下一内容回主目录 原电池电极在测量之前无需预热就可对溶液中的溶解氧原电池电极在测量之前无需预热就可对溶液中的溶解氧浓度改变作出快速响应，系统只需浓度改变作出快速响应，系统只需40405050秒就可以达到实际秒就可以达到实际读数的读数的9595。极谱溶氧电极采用金、铂等金属和极谱溶氧电极

54、采用金、铂等金属和Ag/AgCl Ag/AgCl 构成构成的电解池系统，需要在电极两端加上一恒定的极化电的电解池系统，需要在电极两端加上一恒定的极化电压。当氧分子渗透过隔膜后，在阴极被还原，从阳压。当氧分子渗透过隔膜后，在阴极被还原，从阳极到阴极的电流与电解液中溶解氧的浓度成正比。极到阴极的电流与电解液中溶解氧的浓度成正比。原电池电极在测量之前无需预热就可对溶液中的溶上一内容下一内容回主目录 溶氧电极在使用前，必须进行原位标定。溶氧电极在使用前，必须进行原位标定。在发酵罐的安装位置上，取发酵过程中最大和最小的氧饱和在发酵罐的安装位置上，取发酵过程中最大和最小的氧饱和条件作为溶氧值的零及饱和浓度

55、条件进行校正称为原位校正。条件作为溶氧值的零及饱和浓度条件进行校正称为原位校正。常用工业溶氧电极常用工业溶氧电极 溶氧电极在使用前，必须进行原位标定。常用工业溶氧电上一内容下一内容回主目录5.消泡电极消泡电极 常用的消泡电极有电容电极和电阻电常用的消泡电极有电容电极和电阻电极。电容电极由两部分组成，分别安装极。电容电极由两部分组成，分别安装于罐内反应液的上方，当泡沫出现时，于罐内反应液的上方，当泡沫出现时，在两个电极之间产生与泡沫量呈正比关在两个电极之间产生与泡沫量呈正比关系的电容变化，从而可以定量测出泡沫系的电容变化，从而可以定量测出泡沫量；电阻电极利用泡沫与电极接触构成量；电阻电极利用泡沫

56、与电极接触构成电流回路的特点来检测泡沫，只能定性电流回路的特点来检测泡沫，只能定性检测泡沫的生成与否。检测泡沫的生成与否。5.消泡电极 常用的消泡电极有电容电极和电阻电极。上一内容下一内容回主目录6.流量计流量计 测定酸、碱和培养基的流量时，采用是椭圆齿轮流量计和测定酸、碱和培养基的流量时，采用是椭圆齿轮流量计和科里奥利质量流量计，流量信号可转换成电信号而被显示。科里奥利质量流量计，流量信号可转换成电信号而被显示。椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计6.流量计 测定酸、碱和培养基的流量时，采用是椭上一内容下一内容回主目录 检测气体的流量计有质检测气体的流量计有质量流

57、量型和体积流量型两量流量型和体积流量型两类。体积流量型用的是转类。体积流量型用的是转子流量计，转子流量计可子流量计，转子流量计可以直接读数，不能输出电以直接读数，不能输出电信号。信号。玻璃转子流量计玻璃转子流量计 检测气体的流量计有质量流量型和体积流量型两类。体上一内容下一内容回主目录 发酵罐中用的质量流量计是热发酵罐中用的质量流量计是热式气体质量流量计。无气体流过式气体质量流量计。无气体流过时，沿测量管轴向的温度分布左时，沿测量管轴向的温度分布左右对称，有气体流过时，进入端右对称，有气体流过时，进入端的温度降低，流出端温度升高。的温度降低，流出端温度升高。温度差通过变送器转变为与质量温度差通

58、过变送器转变为与质量流量成线形关系的电信号，从而流量成线形关系的电信号，从而获得流量测定值。获得流量测定值。热式气体质量流量计热式气体质量流量计 发酵罐中用的质量流量计是热式气体质量流量计。无气上一内容下一内容回主目录7.尾气成分分析仪尾气成分分析仪 发酵罐排放气体含有发酵罐排放气体含有O O2 2、COCO2 2和其他气体成分。测定和其他气体成分。测定O O2 2含量广泛采用的是顺磁氧分析仪。含量广泛采用的是顺磁氧分析仪。顺磁氧分析仪的工作原理是：顺磁氧分析仪的工作原理是：O O2 2分子有很强的顺磁性，分子有很强的顺磁性，容易被磁场吸引而造成磁场强度的变化；气体中容易被磁场吸引而造成磁场强

59、度的变化；气体中O O2 2含量越含量越高，气体的磁效应越强。磁效应可以通过抗磁性物体受到高，气体的磁效应越强。磁效应可以通过抗磁性物体受到的排斥扭力表现出来，两者间具有线性关系，因而可以测的排斥扭力表现出来，两者间具有线性关系，因而可以测出气体中出气体中O O2 2含量。含量。COCO2 2含量可以用红外线二氧化碳测定仪测含量可以用红外线二氧化碳测定仪测定。定。7.尾气成分分析仪 发酵罐排放气体含有O2、CO2和其上一内容下一内容回主目录第五节第五节 动植物细胞培养设备动植物细胞培养设备 动植物细胞培养是指动物或植物细胞在离体的条件下动植物细胞培养是指动物或植物细胞在离体的条件下增殖的过程，

60、所产生的是细胞。增殖的过程，所产生的是细胞。动物细胞无细胞壁，耐受剪切力弱，动物细胞要贴附在固体动物细胞无细胞壁，耐受剪切力弱，动物细胞要贴附在固体或半固体壁上才能生长。动物细胞培养器要能提供大面积的固或半固体壁上才能生长。动物细胞培养器要能提供大面积的固体壁，在溶氧传质时不产生或产生弱小的剪切力。体壁，在溶氧传质时不产生或产生弱小的剪切力。适合于动物细胞培养的生物反应器有贴壁培养反适合于动物细胞培养的生物反应器有贴壁培养反应器、悬浮培养反应器和贴壁应器、悬浮培养反应器和贴壁悬浮培养反应器。悬浮培养反应器。第五节 动植物细胞培养设备 动植物细胞培养是指动物上一内容下一内容回主目录（一）贴壁培养

61、设备（一）贴壁培养设备有培养瓶和膜反应器两种形式有培养瓶和膜反应器两种形式 1.培养瓶培养瓶（一）贴壁培养设备有培养瓶和膜反应器两种形式 1.培养瓶 上一内容下一内容回主目录滚瓶及培养架滚瓶及培养架滚瓶及培养架上一内容下一内容回主目录2.2.膜反应器膜反应器 中空纤维膜是半透性多孔膜，氧气与二氧化碳等小分子中空纤维膜是半透性多孔膜，氧气与二氧化碳等小分子可以自由地穿过膜进行双向扩散，细胞和其他大分子有机可以自由地穿过膜进行双向扩散，细胞和其他大分子有机物则不能通过。将成束的中空纤维管以列管方式密封在一物则不能通过。将成束的中空纤维管以列管方式密封在一矩形容器中，再从容器的两端分别安装管程和壳程

62、流体的矩形容器中，再从容器的两端分别安装管程和壳程流体的进出口，即可制成培养细胞的膜反应器。进出口，即可制成培养细胞的膜反应器。2.膜反应器 中空纤维膜是半透性多孔膜，氧气与二上一内容下一内容回主目录中空纤维膜反应器中空纤维膜反应器中空纤维膜反应器上一内容下一内容回主目录实验室中空纤维膜细胞培养反应器实验室中空纤维膜细胞培养反应器实验室中空纤维膜细胞培养反应器上一内容下一内容回主目录中空纤维膜中空纤维膜中空纤维膜上一内容下一内容回主目录细胞培养器模型细胞培养器模型细胞培养器模型上一内容下一内容回主目录（二）悬浮培养设备（二）悬浮培养设备笼式通气搅拌反应器笼式通气搅拌反应器（二）悬浮培养设备笼式

63、通气搅拌反应器 上一内容下一内容回主目录 笼式通气搅拌反应器内有一个笼式通气搅拌反应器内有一个电磁驱动的圆筒状旋转搅拌笼，电磁驱动的圆筒状旋转搅拌笼，搅拌笼由中空的搅拌内筒、内筒搅拌笼由中空的搅拌内筒、内筒顶端顶端3 3个中空的吸管搅拌桨叶、和个中空的吸管搅拌桨叶、和内筒外侧由不锈钢丝网构成网状内筒外侧由不锈钢丝网构成网状笼壁组成的环状区。吸管搅拌桨笼壁组成的环状区。吸管搅拌桨叶在旋转中使内筒顶部形成负压，叶在旋转中使内筒顶部形成负压，将反应液从内筒底部吸入。将反应液从内筒底部吸入。笼式通气搅拌反应器内有一个电磁驱动的圆筒状旋转搅上一内容下一内容回主目录（三）微载体培养设备（三）微载体培养设备

64、 在搅拌式通气发酵罐、气升式通气发酵罐、中空纤维培在搅拌式通气发酵罐、气升式通气发酵罐、中空纤维培养装置、多级流化床和固定床等反应器中，放入不锈钢、养装置、多级流化床和固定床等反应器中，放入不锈钢、玻璃、光面陶瓷、塑料等材料做成多孔载体，即构成细胞玻璃、光面陶瓷、塑料等材料做成多孔载体，即构成细胞悬浮培养反应器。悬浮培养反应器。多孔载体对动物细胞有很好的亲和性，可使动物细胞多孔载体对动物细胞有很好的亲和性，可使动物细胞贴附在载体上。贴附了细胞的多孔载体悬浮在培养液中，贴附在载体上。贴附了细胞的多孔载体悬浮在培养液中，细胞吸收营养成分不断生长。这种培养方式结合了贴壁与细胞吸收营养成分不断生长。这

65、种培养方式结合了贴壁与悬浮两种培养方法特点，适合于大规模动物细胞培养。悬浮两种培养方法特点，适合于大规模动物细胞培养。（三）微载体培养设备 在搅拌式通气发酵罐、气升式通气上一内容下一内容回主目录二、植物细胞培养设备二、植物细胞培养设备 植物细胞有细胞壁，其抗剪切性能高于动物细胞，无贴壁植物细胞有细胞壁，其抗剪切性能高于动物细胞，无贴壁生长特性，与微生物培养过程相似。植物细胞的培养设备主要生长特性，与微生物培养过程相似。植物细胞的培养设备主要有机械搅拌式、鼓泡塔式、气升式、转鼓式和固定化式生物反有机械搅拌式、鼓泡塔式、气升式、转鼓式和固定化式生物反应器。应器。（一）机械搅拌式设备（一）机械搅拌式

66、设备 将各式发酵罐的搅拌器和通气系统改造后，即可用来进将各式发酵罐的搅拌器和通气系统改造后，即可用来进行植物细胞培养。行植物细胞培养。二、植物细胞培养设备 植物细胞有细胞壁，其抗剪切性上一内容下一内容回主目录常见植物细胞培养反应器搅拌叶片常见植物细胞培养反应器搅拌叶片常见植物细胞培养反应器搅拌叶片上一内容下一内容回主目录（二）气升式设备（二）气升式设备 目前在各式植物细胞培养过程中，使用得较多的是气升式目前在各式植物细胞培养过程中，使用得较多的是气升式发酵罐，其结构已介绍过。发酵罐，其结构已介绍过。气升式发酵罐结构简明，没有泄露点和死角，既有较好地气升式发酵罐结构简明，没有泄露点和死角，既有较好地防止杂菌污染性能，又能在低剪切力下达到较好的混合与较高防止杂菌污染性能，又能在低剪切力下达到较好的混合与较高的氧传递效果，且操作费用较低，但进行高密度培养时混合不的氧传递效果，且操作费用较低，但进行高密度培养时混合不够均匀。够均匀。（二）气升式设备 目前在各式植物细胞培养过程中，使用上一内容下一内容回主目录（三）鼓泡塔式设备（三）鼓泡塔式设备 鼓泡塔式生物反应器依靠喷嘴及多孔板实现气体渗鼓泡塔