1 生物反应器设计的要求必须满足以下要求:
生物因素:必须有很好的生物相容性,能较好地模拟细胞的体内生长环境。
化学因素:必须提供足够的时间,完成所需的反应程度,符合过程反应动力学的要求。 传质因素:对非均相反应,反应过程常被反应底物的扩散速率所制约,满足物质传递的要求。 传热因素:应有能力移除或加入过程的热量,无过热点存在。 安全因素:有害反应物和产物的隔离,有优良的防污染能力。 操作因素:便于操作和能力。 生物反应器的设计内容
a反应器选型: 根据反应的特点、生物催化剂的应用形式、生物反应学的动力学、催化剂的稳定性等因素,确定适宜的操作方式、结构类型等。b. 结构设计与参数: 确定反应器的内部结构及几何尺寸,径高比、搅拌器的型式、大小、转速等。c. 工艺参数与控制方式: 温度、pH、通气量、压力和物料流量等
2. 酶的可逆性抑制作用可以分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种。 竞争性抑制的特点是酶催化反应的最大反应速度Vm不变,而米氏常数Km增大。非竞争性抑制的特点是酶催化反应的最大反应速度Vm变小,而米氏常数Km不变。反竞争性抑制的特点是酶催化反应的最大反应速度Vm和米氏常数Km均变小,且变小的程度一样。 4. 固定化酶的优缺点:优,可多次使用,反复操作方式多样(分批、连续),提高了酶的稳定性,纯化简单、提高产物质量,反应过程可以严格控制,较游离酶更适合于多酶反应; 缺,降低酶活力,大分子底物较困难,首次投入成本高,多酶反应不及完整菌株。 5.流加操作是先将少量的培养液加入反应器,并以分批培养的模式进行细胞培养和生长,当细胞浓度达到一定数值后开始加入一种或多种限制性底物。反应过程中由于加料,体积会不断增大。反应结束后,培养液一次性排出。流加操作可以调节细胞生长反应环境中营养物质的浓度。一方面可以避免某种营养成分初始浓度过高而限制;另一方面,又能防止某种限制性营养成分在反应中被消耗而影响生长。能延长细胞生长的稳定期。 6.米氏方程表示一个酶促反应的起始速度与底物浓度关系的速度方程。 意义:1米氏常数Km是酶促反应速度为最大酶促反应速度值一半时的底物浓度。2固定反应中的酶浓度,分析几种不同底物浓度下的起始速度,可获得Km和Vmax值。3双倒数图为酶抑制研究提供了易于识别的图形。
7.分批式又称间歇式,反应物料一次加入一次排出,整个反应过程,无物料的交换;物料体积恒定,且具有相同的反应时间;反应器内的化学和物理状态随时间变化,反应过程处于非定态操作;适合于多品种、小批量的生产过程和反应速率较慢的细胞反应,不易染菌和变异,特点:投资小、易转产、生产灵活、周期短、菌种退化小。反应物具有相同的反应时间,反应时间取决于反应动力学和所要求的反应程度,同时还需要进出物料和清洗等辅助操作的时间。
3 影响氧传递速率的因素 由
可以看出,决定气液相间氧传递速率大小的为传递
推动力和体积传递系数。凡是影响推动力和传递系数的因素都会影响氧的传递速率,进而影响到供氧。
A, 影响推动力的因素: (1)、温度. 氧传递的推动力随温度的升高而降低!氧在水中溶解度随温度的升高而降低。(2)、溶质。若为电解质,电解质溶液中发生盐析作用而使氧的饱和溶解度降低,传递推动力降低;若为非电解质,氧的饱和溶解度也随溶质浓度的增加而降低。(3)、氧分压。增加氧分压也能提高氧的溶解度,进而增加氧传递的推动力。 B, 影响KLa的因素: (1)、搅拌。搅拌将空气分散成小气泡,增大接触面积;搅拌产生涡
流延长气泡停留时间;搅拌产生湍流,减少液膜厚度,降低阻力。随着搅拌速度提高,KLa值在增大,但搅拌过快,剪切作用大,且产生搅拌热,加重了反应器传热的负荷。(2)、通气。当通气量处于较低范围内时,随着通气量的增加,气体表观线速度增加, KLa值在增大。(3)、细胞浓度和形态。对细菌、酵母类的单细胞反应,细胞浓度的增加对氧的传递速率影响一般很小, KLa值基本可视为不变。对青霉菌和黑曲霉菌等含有菌丝体和大的细胞团的菌类,随着细胞浓度的增大, KLa值会明显降低菌体形态的影响也较大,同样浓度的菌,球状的比丝状的KLa值会大两倍。(4)、表面活性剂发酵过程中加入的消泡剂就是一类表面活性剂,对氧的传递有两个方面的影响。一方面加入消泡剂,可以降低气泡的直径,增大比表面积a;另一方面,表面活性剂吸附在气液界面,妨碍了界面附近液体的流动,增大了界面的阻力。在低浓度表面活性剂时,KL的下降大于a的增大,KLa下降。(5)、离子强度电解质溶液中生成的气泡比在水中的小得多,所以有较大的比表面积。同样的条件下,电解质中的KLa 比水中的大。