生物反應(yīng)器
從發(fā)酵罐到生物反應(yīng)器，哪一款更適合你的需求？
時(shí)間：2023.12.25
在當(dāng)今快速發(fā)展的生物科技領(lǐng)域，生物反應(yīng)器作為一種革命性的生物實(shí)驗(yàn)裝置，正以其獨(dú)特的魅力引領(lǐng)著生物發(fā)酵新時(shí)代發(fā)展。與傳統(tǒng)的發(fā)酵罐相比，生物反應(yīng)器不僅在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和原理上有著的差異，更在應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出了驚人的多樣性和前沿性。讓我們一起探尋生物反應(yīng)器的奇妙之處。
一、生物反應(yīng)器與發(fā)酵罐有何區(qū)別？
首先，生物反應(yīng)器是實(shí)施生物催化反應(yīng)的裝置，其目標(biāo)是滿足細(xì)胞增殖及高效合成目標(biāo)產(chǎn)物。它可根據(jù)需求設(shè)計(jì)反應(yīng)器、傳熱設(shè)備、控制系統(tǒng)等多個(gè)部分，為微生物、動(dòng)物、植物等多種細(xì)胞類型培養(yǎng)提供理想的生長(zhǎng)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)高效可控的生物反應(yīng)過(guò)程。一般用于生產(chǎn)工程領(lǐng)域。
一、生物反應(yīng)器與發(fā)酵罐有何區(qū)別？
首先，生物反應(yīng)器是實(shí)施生物催化反應(yīng)的裝置，其目標(biāo)是滿足細(xì)胞增殖及高效合成目標(biāo)產(chǎn)物。它可根據(jù)需求設(shè)計(jì)反應(yīng)器、傳熱設(shè)備、控制系統(tǒng)等多個(gè)部分，為微生物、動(dòng)物、植物等多種細(xì)胞類型培養(yǎng)提供理想的生長(zhǎng)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)高效可控的生物反應(yīng)過(guò)程。一般用于生產(chǎn)工程領(lǐng)域。
而傳統(tǒng)的發(fā)酵罐則相對(duì)簡(jiǎn)單，主要用于簡(jiǎn)單的微生物菌群的生長(zhǎng)和代謝，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基本以罐體為主，更多用于食品、飲料等領(lǐng)域。因此，生物反應(yīng)器在生物工程領(lǐng)域的發(fā)展中正扮演著不可替代的角色。
二、生物反應(yīng)器的類型
其次，生物反應(yīng)器根據(jù)不同的分類角度，可以分為多種類型。本篇主要分析我們最常提及的生物反應(yīng)器有機(jī)體種類的分類，包括微生物生物反應(yīng)器、植物細(xì)胞生物反應(yīng)器、動(dòng)物細(xì)胞反應(yīng)器、以及酶生物反應(yīng)器。
（一）微生物反應(yīng)器
微生物反應(yīng)器是生產(chǎn)中基本主要的設(shè)備，其作用就是按照發(fā)酵過(guò)程的工藝要求，保證和控制各種生化反應(yīng)條件，如溫度、壓力、供氧量、密封防漏防止染菌等，促進(jìn)微生物的新陳代謝，使之能在低消耗下獲得較高的產(chǎn)量。
主要用于菌種批量生產(chǎn)、微生物轉(zhuǎn)基因工程等微生物實(shí)驗(yàn)小試培養(yǎng)或規(guī)模化生產(chǎn)培養(yǎng)，微生物反應(yīng)器多適用于生物發(fā)酵工程，所以也習(xí)慣性地稱為發(fā)酵罐。
二、生物反應(yīng)器的類型
其次，生物反應(yīng)器根據(jù)不同的分類角度，可以分為多種類型。本篇主要分析我們最常提及的生物反應(yīng)器有機(jī)體種類的分類，包括微生物生物反應(yīng)器、植物細(xì)胞生物反應(yīng)器、動(dòng)物細(xì)胞反應(yīng)器、以及酶生物反應(yīng)器。
（一）微生物反應(yīng)器
微生物反應(yīng)器是生產(chǎn)中基本主要的設(shè)備，其作用就是按照發(fā)酵過(guò)程的工藝要求，保證和控制各種生化反應(yīng)條件，如溫度、壓力、供氧量、密封防漏防止染菌等，促進(jìn)微生物的新陳代謝，使之能在低消耗下獲得較高的產(chǎn)量。
主要用于菌種批量生產(chǎn)、微生物轉(zhuǎn)基因工程等微生物實(shí)驗(yàn)小試培養(yǎng)或規(guī)模化生產(chǎn)培養(yǎng)，微生物反應(yīng)器多適用于生物發(fā)酵工程，所以也習(xí)慣性地稱為發(fā)酵罐。
（二）動(dòng)物細(xì)胞生物反應(yīng)器
動(dòng)物細(xì)胞無(wú)細(xì)胞壁，所以非常脆弱，它對(duì)剪切作用十分敏感且對(duì)體外的培養(yǎng)環(huán)境要求較嚴(yán)格。傳統(tǒng)的微生物反應(yīng)器不能用于動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng),而具備低剪切效應(yīng)、較好的傳遞效果和力學(xué)性質(zhì)是動(dòng)物細(xì)胞設(shè)計(jì)和改進(jìn)必須遵循的原則，通?？捎寐菪龢獢嚢杵魅〈鷪A盤(pán)渦輪式攪拌器,以減少液體攪動(dòng)時(shí)的剪切力。
動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)及其生物反應(yīng)器工程可廣泛應(yīng)用于抗體、基因重組蛋白質(zhì)藥物、病毒疫苗等生物技術(shù)產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)，如人工肝生物反應(yīng)器。
（三）植物細(xì)胞生物反應(yīng)器
植物細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求比動(dòng)物細(xì)胞簡(jiǎn)單，且由于植物細(xì)胞有細(xì)胞膜,所以能像微生物一樣在液體中進(jìn)行懸浮培養(yǎng),但對(duì)流體的剪切力的耐受性比微生物要低。植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器一開(kāi)始多采用微生物反應(yīng)器,但由于植物細(xì)胞與微生物細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)還是有所差異。還是比較適合用直徑較大的羅氏攪拌器;大角度槳形板攪拌器;平葉形攪拌器(加擋板); 螺旋槳式攪拌器等。
植物生物反應(yīng)器有兩個(gè)研究方向：一是利用植物生產(chǎn)大量的蛋白質(zhì)抗原，經(jīng)分離提純?cè)僦瞥梢呙?二是不需要分離提純，將植物或其某部分作為可直接口服的疫苗。植物反應(yīng)器生產(chǎn)的重組抗體既有小分子肽片段，也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多聚體蛋白質(zhì)。在全面提升農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力上發(fā)揮著重要的作用。
（四）酶生物反應(yīng)器
酶反應(yīng)器指是游離酶和固定化酶在體外反應(yīng)時(shí)所需的反應(yīng)設(shè)備。特點(diǎn)是在低溫、低壓的條件下發(fā)揮作用，反應(yīng)時(shí)消耗能和產(chǎn)能都比較少，它不同于發(fā)酵反應(yīng)器，因?yàn)樗槐憩F(xiàn)自催化方式，即細(xì)胞的連續(xù)再生。
酶反應(yīng)器用于酶催化反應(yīng)，如酶工程研究、酶催化合成等。有常用于飲料和食品加工工業(yè)的攪拌罐型反應(yīng)器，使用廣泛的固定化酶反應(yīng)器的固定床型反應(yīng)器，適合于生化反應(yīng)的膜式反應(yīng)器等。每種類型的反應(yīng)器各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)不同需要進(jìn)行選擇。
（四）酶生物反應(yīng)器
酶反應(yīng)器指是游離酶和固定化酶在體外反應(yīng)時(shí)所需的反應(yīng)設(shè)備。特點(diǎn)是在低溫、低壓的條件下發(fā)揮作用，反應(yīng)時(shí)消耗能和產(chǎn)能都比較少，它不同于發(fā)酵反應(yīng)器，因?yàn)樗槐憩F(xiàn)自催化方式，即細(xì)胞的連續(xù)再生。
酶反應(yīng)器用于酶催化反應(yīng)，如酶工程研究、酶催化合成等。有常用于飲料和食品加工工業(yè)的攪拌罐型反應(yīng)器，使用廣泛的固定化酶反應(yīng)器的固定床型反應(yīng)器，適合于生化反應(yīng)的膜式反應(yīng)器等。每種類型的反應(yīng)器各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)不同需要進(jìn)行選擇。
生物反應(yīng)器在生物科技領(lǐng)域的重要作用不容置喙，未來(lái)，讓我們攜手邁向生物反應(yīng)器的全新時(shí)代，釋放科技魅力，引領(lǐng)未來(lái)生物發(fā)酵新時(shí)代！
*本文部分圖源于網(wǎng)絡(luò)
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