开封大学：《生化生产工艺学》课程教学资源（PPT课件）第八章 生物反应器（生物反应器过程、生物反应过程分类）

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 第八章 生物反应器 基本概念 生物反应过 程 ？ 由生物工程所引出的生产过程 生物反应过程 分类： 发酵过程或细胞培养过程： 采用活细胞（包括微生物、动植物 细胞）为生物催化剂的反应过程。 酶反应过程： 采用游离或固定化酶的反应过程。 淀粉（液化、糖化） 生物技术（工具酶） 根据以前学过的知识，说说生产或科学实验中要用到哪些酶？ 洗衣粉制造 生物体内进行的一系列反应都是在不同的酶的作用下 进行的

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 第八章 生物反应器 基本概念 生物反应过 程 ？ 由生物工程所引出的生产过程 生物反应过程 分类： 发酵过程或细胞培养过程： 采用活细胞（包括微生物、动植物 细胞）为生物催化剂的反应过程。 酶反应过程： 采用游离或固定化酶的反应过程。 淀粉（液化、糖化） 生物技术（工具酶） 根据以前学过的知识，说说生产或科学实验中要用到哪些酶？ 洗衣粉制造 生物体内进行的一系列反应都是在不同的酶的作用下 进行的

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 酶在工业上的应用 应用领域 使用的酶种类 用途 洗涤剂工业 细菌蛋白酶类 淀粉酶类 用于污渍去除，可以直接液体使用或用 胶囊包埋后使用 可作为洗碗机的洗涤剂，用于去除难溶 的淀粉残迹等 烘烤食品工业 真菌产的-淀粉酶 蛋白酶类 催化淀粉降解成可被酵母利用的糖类， 用于面包及面卷的制作等 在饼干制作过程中，用于降低面粉中的 蛋白质含量等 酿酒工业 麦芽产生的淀粉酶、蛋 白酶、葡萄糖酶 β-葡聚糖酶 淀粉葡萄糖苷酶 木瓜蛋白酶 将淀粉和蛋白质降解成级被酵母使用的 单糖、氨基酸和肽，从而提高乙醇的产 量 改进啤酒的过滤性能 用于生产低糖啤酒 去降乳糖为葡萄糖和半乳糖

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 酶在工业上的应用 应用领域 使用的酶种类 用途 洗涤剂工业 细菌蛋白酶类 淀粉酶类 用于污渍去除，可以直接液体使用或用 胶囊包埋后使用 可作为洗碗机的洗涤剂，用于去除难溶 的淀粉残迹等 烘烤食品工业 真菌产的-淀粉酶 蛋白酶类 催化淀粉降解成可被酵母利用的糖类， 用于面包及面卷的制作等 在饼干制作过程中，用于降低面粉中的 蛋白质含量等 酿酒工业 麦芽产生的淀粉酶、蛋 白酶、葡萄糖酶 β-葡聚糖酶 淀粉葡萄糖苷酶 木瓜蛋白酶 将淀粉和蛋白质降解成级被酵母使用的 单糖、氨基酸和肽，从而提高乙醇的产 量 改进啤酒的过滤性能 用于生产低糖啤酒 去降乳糖为葡萄糖和半乳糖

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 应用领域 使用的酶种类 用途 乳制品工业 凝乳酶 乳糖酶 在奶酪的制作过程中用于分解蛋白质 降解乳糖为葡萄糖和半乳糖 糖工业 淀粉酶，淀粉葡 萄糖苷酶 葡萄糖异构酶 将淀粉转化为葡萄糖及各类糖 用于将葡萄糖转化为果糖生产高果糖浆 纺织工业 淀粉酶 广泛地应用于纺织品的褪浆，其中细菌淀粉酶能忍受 100-110度的高温操作条件 制革工业 胰蛋白酶类 用于除去毛皮中特定蛋白成分使得皮革软化，也可用 于皮革脱毛 医疗和药品 工业 胰蛋白酶 L-天冬酰胺酶 蛋白酶 用于伤口愈合和溶解血凝块，还可用于去除坏死组织， 抑制污染微生物生长 用于治疗癌症，剥夺癌细胞生长所需的营养 治疗消化不良 许多酶在医疗中还可作为诊断试剂

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 应用领域 使用的酶种类 用途 乳制品工业 凝乳酶 乳糖酶 在奶酪的制作过程中用于分解蛋白质 降解乳糖为葡萄糖和半乳糖 糖工业 淀粉酶，淀粉葡 萄糖苷酶 葡萄糖异构酶 将淀粉转化为葡萄糖及各类糖 用于将葡萄糖转化为果糖生产高果糖浆 纺织工业 淀粉酶 广泛地应用于纺织品的褪浆，其中细菌淀粉酶能忍受 100-110度的高温操作条件 制革工业 胰蛋白酶类 用于除去毛皮中特定蛋白成分使得皮革软化，也可用 于皮革脱毛 医疗和药品 工业 胰蛋白酶 L-天冬酰胺酶 蛋白酶 用于伤口愈合和溶解血凝块，还可用于去除坏死组织， 抑制污染微生物生长 用于治疗癌症，剥夺癌细胞生长所需的营养 治疗消化不良 许多酶在医疗中还可作为诊断试剂

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 生物反应过程主要设 备： 生物反应过程与化学反应器异同 点： 一般的生物反应过程 生物反应器 P139 酶是一种蛋白质，稳定性差，而且在催化结束后难以回收。 为适应工业化生产的需要，人们模仿人体酶的作用方式， 通过固定化技术对酶加以改造固定后的酶。 优点： 经固定化后的生物催化剂既具有酶的催化性质，又具有一般化学催 化剂能回收、反复使用的优点，并在生产工艺上可以实现连续化和自动 化。 如上表格说细菌蛋白酶类用于污渍去除，可以直接液体使用或用胶 囊包埋后使用。 固定化酶

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 生物反应过程主要设 备： 生物反应过程与化学反应器异同 点： 一般的生物反应过程 生物反应器 P139 酶是一种蛋白质，稳定性差，而且在催化结束后难以回收。 为适应工业化生产的需要，人们模仿人体酶的作用方式， 通过固定化技术对酶加以改造固定后的酶。 优点： 经固定化后的生物催化剂既具有酶的催化性质，又具有一般化学催 化剂能回收、反复使用的优点，并在生产工艺上可以实现连续化和自动 化。 如上表格说细菌蛋白酶类用于污渍去除，可以直接液体使用或用胶 囊包埋后使用。 固定化酶

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 一 般 生 化 反 应 过 程 细胞或酶等生物催化剂 （游离或固定化） P139 生 物 反 应 器 空气 CO2等 冷却水 原材料 培养基 灭菌 底物 产物 废物 除菌 检测和控制 产物预处理 产品提取或液化 副产物 由图可见，利用生物催化剂进行反应的生物 反应器在生物过程中，具有中心的作用，是实现 生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和 产物的桥梁。在反应器中，通过产物的合成，廉 价的原料被升值了。因此，生物反应器的设计和 操作，是生物工程中一个及其重要的问题，它对 产品的成本和质量有很大影响

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 一 般 生 化 反 应 过 程 细胞或酶等生物催化剂 （游离或固定化） P139 生 物 反 应 器 空气 CO2等 冷却水 原材料 培养基 灭菌 底物 产物 废物 除菌 检测和控制 产物预处理 产品提取或液化 副产物 由图可见，利用生物催化剂进行反应的生物 反应器在生物过程中，具有中心的作用，是实现 生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和 产物的桥梁。在反应器中，通过产物的合成，廉 价的原料被升值了。因此，生物反应器的设计和 操作，是生物工程中一个及其重要的问题，它对 产品的成本和质量有很大影响

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 一、生物反应器设计的目标和原则 1、一个优良的生物反应器应具备的条件： 生物反应器的作用是为细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境，使细胞能 更快更好地生长，并得到更多需要的生物量或代谢产物。 一个优良的生物反应器应具备： 1）严密的结构； 2）良好的液体混合性能； 3）较高的传质、传热性能； 4）配套而又可靠的检测和控制仪表。 2、判断生物反应器好坏的唯一标准是该装置能否适合工艺要求以取 得最大的生产效率。 3、生物反应器设计的重要方面包括： 阅读课本P140-141 回答问题 10分钟

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 一、生物反应器设计的目标和原则 1、一个优良的生物反应器应具备的条件： 生物反应器的作用是为细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境，使细胞能 更快更好地生长，并得到更多需要的生物量或代谢产物。 一个优良的生物反应器应具备： 1）严密的结构； 2）良好的液体混合性能； 3）较高的传质、传热性能； 4）配套而又可靠的检测和控制仪表。 2、判断生物反应器好坏的唯一标准是该装置能否适合工艺要求以取 得最大的生产效率。 3、生物反应器设计的重要方面包括： 阅读课本P140-141 回答问题 10分钟

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 生物反应器设计的主要目标是使产品的质 量高、成本低。我们已经知道，生物反应器处 于生物过程的中心，是影响整个过程的经济效 益的一个重要方面，其中生物反应器的节能是 设计的一个重要因素。 生物反应器设计的重要方面包括： 1）改善生物催化剂； 2）好的过程控制； 3）好的无菌条件； 4）克服速度限制因素（物质、热量、质 量传递）等

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 生物反应器设计的主要目标是使产品的质 量高、成本低。我们已经知道，生物反应器处 于生物过程的中心，是影响整个过程的经济效 益的一个重要方面，其中生物反应器的节能是 设计的一个重要因素。 生物反应器设计的重要方面包括： 1）改善生物催化剂； 2）好的过程控制； 3）好的无菌条件； 4）克服速度限制因素（物质、热量、质 量传递）等

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 4、与化学反应器不同，生物反应器 设计应具有以下一些原则： • 在培养系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接连通； •尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀，会引起法兰连接外 移位，从而导致污染； •在可能的条件下，应采用全部焊接结构，所有焊接点必须磨光， 消除蓄积耐灭菌的固体物质的场所； •防止死角、裂缝等情况； •某些部分应能单独灭菌； •易于维修； •反应器可保持小的正压

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 4、与化学反应器不同，生物反应器 设计应具有以下一些原则： • 在培养系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接连通； •尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀，会引起法兰连接外 移位，从而导致污染； •在可能的条件下，应采用全部焊接结构，所有焊接点必须磨光， 消除蓄积耐灭菌的固体物质的场所； •防止死角、裂缝等情况； •某些部分应能单独灭菌； •易于维修； •反应器可保持小的正压

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 二、生物反应器的分类 按所用的生物催化剂的不同分 酶催化反应器 细胞生物反应器 按反应器的操作方式分 间歇式生物反应器 P141 连续式生物反应器 半间歇式生物反应器 P142 问题 连续式生物反应器优越性？

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 二、生物反应器的分类 按所用的生物催化剂的不同分 酶催化反应器 细胞生物反应器 按反应器的操作方式分 间歇式生物反应器 P141 连续式生物反应器 半间歇式生物反应器 P142 问题 连续式生物反应器优越性？

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 双酶法制糖工艺流程图P67图4-17 17 5 3 2 蒸汽 水 回流 1 4 6 5 6 11 7 10 8 9 12 13 14 15 16 18 1-调浆配料槽 2，8-过滤器 3，9，14，17-泵 4，10-喷射加热器 5-缓冲器 6-液化层流罐 7-液化液贮罐 11-灭酶罐 12-板式换热器 13-糖化罐 15-压滤机 16-糖化暂贮槽 18-贮糖槽

http://www2.kfu.edu.cn/yxzd/hgxy 双酶法制糖工艺流程图P67图4-17 17 5 3 2 蒸汽 水 回流 1 4 6 5 6 11 7 10 8 9 12 13 14 15 16 18 1-调浆配料槽 2，8-过滤器 3，9，14，17-泵 4，10-喷射加热器 5-缓冲器 6-液化层流罐 7-液化液贮罐 11-灭酶罐 12-板式换热器 13-糖化罐 15-压滤机 16-糖化暂贮槽 18-贮糖槽