生物反应器的分类和发展省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物反应器现实状况与发展生物反应器现实状况与发展第1页生物反应器现实状况与发展生物反应器现实状况与发展l一、生物反应器定义一、生物反应器定义l二、生物反应器分类二、生物反应器分类l三、生物反应器发展现实状况三、生物反应器发展现实状况l四、生物反应器趋势四、生物反应器趋势第2页 一、生物反应器（一、生物反应器（Bioreactor）l定义：生物反应器是人定义：生物反应器是人们利用生物体所含有功们利用生物体所含有功效，在体外进行效，在体外进行有控制有控制培养以生产某种产品或培养以生产某种产品或进行特定反应装置。进行特定反应装置。主主要由生物细胞及其催化要由生物细胞及其催化剂和反应器装置两部分剂和反应器装置两部分组成。组成。第3页生物反应器是发酵工程中最主要设备之一生物反应器是发酵工程中最主要设备之一原料原料过程控制过程控制热量热量空压机空压机除菌除菌原料制备原料制备预处理预处理灭菌灭菌产品回收产品回收能量能量空气空气生物生物反应器反应器能量能量废物废物产物产物第4页 二、生物反应器分类二、生物反应器分类气升式生物反应器气升式生物反应器鼓泡塔生物反应器鼓泡塔生物反应器膜生物反应器膜生物反应器植物生物反应器植物生物反应器动物生物反应器动物生物反应器机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器生物反应器生物反应器第5页 l生物反应器有很各种，按照不一样分类角生物反应器有很各种，按照不一样分类角度能够分为各种类型度能够分为各种类型：间歇反应器间歇反应器 按操作方式按操作方式 连续反应器连续反应器 半连续反应器半连续反应器 均相反应器均相反应器 按照反应器内相态分按照反应器内相态分 非均相反应器非均相反应器第6页l 罐式反应器罐式反应器l 按照结构特征分按照结构特征分 管式反应器管式反应器l 塔式反应器塔式反应器l 膜反应器膜反应器l 理想反应器理想反应器 按反应器内流型分按反应器内流型分l 非理想反应器非理想反应器第7页l 微生物反应器微生物反应器l按照生物反应器内有机体种类分按照生物反应器内有机体种类分 植物细胞反应器植物细胞反应器l 动物细胞反应器动物细胞反应器l 酶反应器酶反应器 l l 机械搅拌混合反应器机械搅拌混合反应器l 泵循环混合反应器泵循环混合反应器 l按照反应器内气液混合方式分按照反应器内气液混合方式分 直接通气混合反应器直接通气混合反应器l 连续气相反应器连续气相反应器 l l 第8页 三、生物反应器发展现实状况 （1 1）生产酒精）生产酒精1 1、发酵领域、发酵领域 （2 2）生产木糖醇）生产木糖醇 （3 3）生产啤酒）生产啤酒 （4 4）生产能源）生产能源 利用固定化流化床生物反应器进行酒精中试生产，其转化率比当前工业化反应器转化率高，并可对生产过程进行计算机在线或离线监测填充床生物反应器中用固定化重填充床生物反应器中用固定化重组酵母菌进行生产组酵母菌进行生产当前用来生产啤酒填充床当前用来生产啤酒填充床固定化细胞反应器已完成固定化细胞反应器已完成中试进入工业生产阶段中试进入工业生产阶段光合细菌利用有机物作为电子供体光敏产氢为工业化生产清洁、无污染生物能源提供了含有竞争力技术方法第9页l 2 2、动物生物反应器、动物生物反应器l 普通把目标片段在器官或组织中表示转基因动物叫动物普通把目标片段在器官或组织中表示转基因动物叫动物生物反应器。几乎任何有生命器官、组织或其中一部分都生物反应器。几乎任何有生命器官、组织或其中一部分都可经过人为驯化为生物反应器可经过人为驯化为生物反应器l l 动物血液生物反应器动物血液生物反应器l l l 动物膀胱生物反应器动物膀胱生物反应器动物生物反应器动物生物反应器 动物乳腺生物反应器动物乳腺生物反应器l 泌尿系统泌尿系统 l l 精囊腺精囊腺外源基因在膀胱中表示转基因动物外源基因在膀胱中表示转基因动物生物反应器生物反应器,叫动物膀胱生物反应器叫动物膀胱生物反应器动物乳腺生物反应器利用哺动物乳腺生物反应器利用哺乳动物乳腺特异性表示开启乳动物乳腺特异性表示开启子元件构建转基因动物子元件构建转基因动物,指指导外源基因在乳腺中表示导外源基因在乳腺中表示,并从转基因动物乳液中获取并从转基因动物乳液中获取重组蛋白重组蛋白。l外源基因编码产物可直外源基因编码产物可直接从血清中分离接从血清中分离l出来出来,血细胞组分可经血细胞组分可经过裂解细胞取得。过裂解细胞取得。第10页 其中动物乳腺生物反应器是当前国际上唯一其中动物乳腺生物反应器是当前国际上唯一证实能够到达商业化生产水平生物反应器，证实能够到达商业化生产水平生物反应器，当前已成功地在绵羊、山羊、猪乳中生产了当前已成功地在绵羊、山羊、猪乳中生产了组织血纤维蛋白溶酶原激活因子和抗凝血原因子组织血纤维蛋白溶酶原激活因子和抗凝血原因子.利用动物乳房生物反应器进行生产已成为各利用动物乳房生物反应器进行生产已成为各国研究机构及企业竞争热点。国研究机构及企业竞争热点。在转基因家畜血液中得到人免疫球蛋白、在转基因家畜血液中得到人免疫球蛋白、d d球蛋白、球蛋白、B B球蛋白、胰蛋白酶、干扰素和生长激素球蛋白、胰蛋白酶、干扰素和生长激素等，而且都含有正常生物活性。美国哺乳动物细等，而且都含有正常生物活性。美国哺乳动物细胞表示或生产生物技术药品有胞表示或生产生物技术药品有5353种。种。第11页 3、植物生物反应器l 植物生物反应器广义上指以植物悬浮细胞培养或整株植物生物反应器广义上指以植物悬浮细胞培养或整株植物为加工场所大量生产含有主要功效或药用价值蛋白植物为加工场所大量生产含有主要功效或药用价值蛋白(人或动物疫苗、抗体、主要氨基酸等人或动物疫苗、抗体、主要氨基酸等),),植物细胞、组织植物细胞、组织或整株植物。或整株植物。l 其中以转基因植物作为生物反应器生产珍贵药品和疫其中以转基因植物作为生物反应器生产珍贵药品和疫苗已经成为植物基因工程中最有研究前景和商业价值领域。苗已经成为植物基因工程中最有研究前景和商业价值领域。l 植物生物反应器种类不停增多植物生物反应器种类不停增多,从最初烟草、拟南芥从最初烟草、拟南芥到以后马铃薯、番茄、香蕉、木瓜、豇豆、菠菜、苜蓿、到以后马铃薯、番茄、香蕉、木瓜、豇豆、菠菜、苜蓿、油菜和芜青等油菜和芜青等,表示产物包含疫苗、抗体及其片段、细胞表示产物包含疫苗、抗体及其片段、细胞因子、酶及其它药用蛋白和生物活性肽等。因子、酶及其它药用蛋白和生物活性肽等。第12页 4 4、膜生物反应器、膜生物反应器l（1 1）定义：膜生物反应器是）定义：膜生物反应器是一个由膜分离单元与生物处理一个由膜分离单元与生物处理单元相结合以膜组件取代二次单元相结合以膜组件取代二次沉淀池和沙滤池水处理技术。沉淀池和沙滤池水处理技术。（2 2）原理：膜生物反应器）原理：膜生物反应器(简简称称MBR)MBR)它主要由膜组件和生它主要由膜组件和生物反应器两部分组成物反应器两部分组成,大量活大量活性污泥在膜生物反应器内与基性污泥在膜生物反应器内与基质质(废水中可降解有机物等废水中可降解有机物等)充充分接触分接触,经过氧化分解作用进经过氧化分解作用进行新陈代谢以维持本身生长、行新陈代谢以维持本身生长、繁殖繁殖,同时使有机污染物降解同时使有机污染物降解,膜组件经过机械筛分、截留等膜组件经过机械筛分、截留等作用对废水和污泥混合液进行作用对废水和污泥混合液进行固液分离。固液分离。第13页l（3 3）特点：固液分离率高，出水水质好，处理效率高，）特点：固液分离率高，出水水质好，处理效率高，占地空间小，运行管理简单，应用范围管广。占地空间小，运行管理简单，应用范围管广。l（4 4）发展现实状况：当前膜生物反应器己应用于美国、）发展现实状况：当前膜生物反应器己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从德国、法国和埃及等十多个国家，规模从6m36m3d d至至 13000m313000m3d d不等。不等。我国对我国对MBRMBR研究时间不长，但进展十分研究时间不长，但进展十分快速，快速，MBRMBR同时应用于生活污水与工业废水处理研究。同时应用于生活污水与工业废水处理研究。l（5 5）应用现实状况：）应用现实状况：l 城市污水处理及回收城市污水处理及回收l 粪便污水处理粪便污水处理l 工业废水处理工业废水处理l 应用水生产应用水生产l 土地填埋场、堆肥沥滤液处理土地填埋场、堆肥沥滤液处理l l l 第14页4 4、生物反应器趋势、生物反应器趋势l生物反应器发展趋势可归纳为以下几个方生物反应器发展趋势可归纳为以下几个方面：面：l（1）微生物反应器朝着大型化发展）微生物反应器朝着大型化发展l（2）动植物细胞培养反应器得到较大发展）动植物细胞培养反应器得到较大发展l（3）大量使用当代计算机技术进行生物反）大量使用当代计算机技术进行生物反应器设计和开发应器设计和开发第15页第16页