通风发酵罐

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高效生物反应器的特点：,(1),传质和传热性能好；,(2),结构密封、防杂菌污染；,(3),设备简单、维修方便；,(4),生产能力高,(5),能耗低；,(6),检测控制系统完善；,(7),易放大；,(8),生产安全,应用：,生产酵母、单细胞蛋白、氨基酸、有机酸、酶制剂、,抗生素、维生素等,通风发酵罐,类型：,通风发酵罐,机械搅拌发酵罐,工作原理,结构及几何尺寸,溶氧速率、通气与搅拌,热量传递,气升式发酵罐,工作原理,气升环流式发酵罐,典型的气升式发酵罐,自吸式发酵罐,机械搅拌自吸式,喷射自吸式,溢流喷射自吸式,通风固相发酵罐,机械搅拌发酵罐,(TRC),工作原理：,利用机械搅拌器的作用，,使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。,(1),具有适宜的径高比；,(2),能够承担一定压力；,(3),保证必需的溶解氧；,(4),具有足够的冷却面积；,(5),尽量减少死角，灭菌彻底，避免染菌；,(6),轴封严密。,之,机械搅拌发酵罐,发酵罐的基本条件：,之,机械搅拌发酵罐,大型发酵罐结构,2,3,1,轴封 ；,2,、,20,人孔；,3,梯；,4,联轴；,5,中间轴承；,6,温度计接口；,7,搅拌叶轮；,8,进风管；,9,放料口；,10,底轴承；,11,热电偶接口；,12,冷却管；,13,搅拌轴；,14,取样管；,15,轴承座；,16,传动皮带；,17,电机；,18,压力表；,19,取样口；,21,进料口；,22,补料口；,23,排气口；,24,回流口；,25,视镜；,图,2.1,大型发酵罐结构图,动画演示,机械搅拌发酵罐的结构,之,机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐的结构,小型发酵罐结构,图,2.2,小型发酵罐结构图,之,机械搅拌发酵罐,图,2.3,自动玻璃发酵罐,图,2.4,玻璃搅拌发酵罐,图,2.5,不锈钢搅拌发酵罐,由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢,。,为了满足工业要求，在一定压力和温度下操作，罐为一个受压耐温容器，通常要求耐受,130,和,0.25,MPa,(,绝对压力,),。,之,机械搅拌发酵罐,罐 体,受内压的壁厚：,受外压的壁厚：,之,机械搅拌发酵罐,搅拌器和挡板,搅拌器：,有平叶式、弯叶式、箭叶式涡轮式和推进式等；其作用是打碎气泡，使氧溶解于发酵液中，从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。,图,2.6,发酵罐搅拌叶轮结构图,1-,六直叶涡轮式；,2-,推进式,3-,Lightnin,A-315,式,图,2.7,不同搅拌器的流型,挡板：,改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。通常挡板宽度取,(,0.1,0.12),D,，,装设,46,块即可满足全挡板条件。,所谓“,全挡板条件,”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。,要达到全挡板条件必须满足下式要求：,之,机械搅拌发酵罐,无挡板的搅拌器形成的流型,有挡板的搅拌器形成的流型,之,机械搅拌发酵罐,轴 封,填料函轴封,：,由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓待零件构成，使旋转轴达到密封的效果。,作用：,使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。,端面式轴封又称机械轴封：,密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。,常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。,压紧,螺栓,填料箱体,图,2.10,填料函,转轴,填料压盖,铜环,填料,转轴,图,2.11,端面封轴,动环,静环,堆焊硬质,O,形环,图,2.12,双 端面封轴,密封环,搅拌轴,罐体,齿轮箱,传动齿轮箱,之,机械搅拌发酵罐,空气分布器的作用：吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等，常用的分布装置有单管式。,空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。,环形管的分布装置的空气分散效果不及单管式分布装置。同时由于喷孔容易被堵塞，已很少采用。,通常通风管的空气流速取,20,m/s,。,为了防止吹管吹入的空气直接喷击罐底，加速罐底腐蚀，在空气分布器下部罐底上加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命,空气分布器,之,机械搅拌发酵罐,消泡装置,消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置，从而达到消泡的目的。,两种消泡方法,: (1),加入化学消泡剂；,(2),使用机械消泡装置,化学消泡剂：植物油脂，如玉米油、豆油等；动物油脂，如猪油等；高分子化合物。,机械消泡装置：最简单实用为耙式消泡器，此外还有涡轮消泡器、旋风离心式和叶轮式离心消泡器、,碟片式消泡器和刮板式消泡器,等。,旋风离心式,叶轮离心式,耙式消泡器,碟片式消泡器,刮板,式消泡器,之,机械搅拌发酵罐,大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。,之,机械搅拌发酵罐,联轴器及轴承,小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接。,常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。,联轴器,法兰,中型发酵罐一般在罐内装有底轴承；,大型发酵罐装有中间轴承。,罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦（如石棉酚醛塑料，聚四氟乙烯等）。,之,机械搅拌发酵罐,轴 承,底轴承,中间轴承,之,机械搅拌发酵罐,冷却装置,夹套冷却,竖式蛇管冷却,竖式列管冷却,适用范围,5m,3,以下小发酵罐,大型发酵罐,大型发酵罐,气温较高的地区,优点,结构简单，加工容易，罐内死角少，容易清洗灭菌,流速大，传热系数大，降温效果较好。,加工方便，提高传热推动力的温差。,缺点,传热壁较厚，冷却水流速低，降温效果差。,冷却水较高时，降温困难，弯曲位置易腐蚀。,用水量较大。,在,罐外,安装板式或螺旋板式热交换器，采用无菌空气使发酵液进行循环冷却。,图,2.13,机械搅拌通风发酵罐,的几何尺寸,之,机械搅拌发酵罐,机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积,体积,尺寸,椭圆形封头体积：,发酵罐的总体积：,近似为：,之,机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐的,溶氧速率、通气与搅拌,溶,氧,传质速率,OTR,(Oxygen Transfer Rate),测量体积溶氧系数的方法,一、亚硫酸盐氧化法,二、溶氧电极法,影响,K,L,a,的,主要因素,操作条件；,发酵罐的结构及几何参数；,物料的物化性能。,之,机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐的溶,氧,系数,K,L,a,与操作变数的关系为：,1,）增加搅拌器转速,N,，,以提高,P,g,，,可以有效地提高,K,l,a,；,2,）,加大通气量,V,G,，,以提高,v,s,；,3,）,提高罐内操作压力或通入纯氧，提高,C*,。,提高,K,L,a,的途径,机械搅拌发酵罐的,溶氧速率、通气与搅拌,或,机械搅拌的剪切力影响,1,）单细胞微生物如球状或杆状的细菌、酵母、小球藻耐受剪切的能力强,；,2,）丝状菌的耐受力弱,；,3,）动物细胞对搅拌剪切力非常敏感。,之,机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐的,热量传递,发酵过程的热量计算,生物合成热量计算法,冷却水带出热量计算法,发酵液温升测量计算法,搅拌器轴功率的计算（单只搅拌桨）,不通气条件下的轴功率,P,0,计算,鲁士顿,(,Rushton,J. H.),公式：,P,0,无通气搅拌输入的功率,（,W,）,；,N,P,功率准数，是搅拌雷诺数,Re,M,的函数；,涡轮转速,（,r/s,）,；,L,液体密度（,kg/m,3,）；,液体粘度（,N.s/m,2,）；,D,涡轮直径（,m,）；,圆盘六平直叶涡轮,N,P,6,圆盘六弯叶涡轮,N,P,4.7,圆盘六箭叶涡轮,N,P,3.7,通气搅拌功率,P,g,的计算,修正的迈凯尔公式：,搅拌器轴功率的计算（单只搅拌桨）,P,0,无通气搅拌输入的功率（,kW,）,涡轮转速,（,r/min,）,D,i,涡轮直径（,cm,）,Q,通气量（,mL,/min,）,例题：,某酶制剂厂,10,m,3,机械搅拌发酵罐，发酵罐直径,D=1.8m,，,一只圆盘六弯叶涡轮搅拌器直径,D =0.6m,，,罐内装有四块标准挡板,，,装液量,V,L,为,6,m,3,，,搅拌转速,=168rpm,，,通气量,Q=1.42 m,3,/min,，,醪液粘度,=1.9610,-3,Ns/ m,2,，,醪液密度,=1020 kg/ m,3,，,三角皮带的效率是,0.92,，滚动轴承的效率是,0.99,，滑动轴承的效率是,0.98,，端面轴封增加的功率为,1%,，求轴功率,Pg,和,k,L,，,并选择合适的电机。（已知在充分湍流状态时，圆盘弯叶涡轮搅拌器的功率准数,N,P,= 4.7,）,解：,1.,先求出,R,e,：,搅拌功率的计算,2.,因,R,e,10,4,，,所以发酵系统在充分湍流状态，即有功率系数,N,P,= 4.7,，,故叶轮的不通气时搅拌功率,P,0,为：,3.,求通气时搅拌功率,P,g,：,4.,所需电动机功率为,：,4.,求,k,L,：,先求空截面气速,v,S,：,求,k,L,：,之,机械搅拌发酵罐,之,机械搅拌发酵罐,小 结,热量传递,工作原理,结构,几何尺寸,通风、溶氧传质与搅拌,搅拌功率的计算,之,气升式发酵罐,气升式发酵罐,(,ALR),工作原理,特点及应用,主要结构及操作系数,典型的气升式发酵罐,工作原理,之,气升式发酵罐,类型,气升环流式、塔式、空气喷射式等。,工作原理,把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。,气液双喷射气升环流反应器,特点,1,）反应溶液分布均匀,2,）较高的溶氧速率和溶氧效率,3,）剪切力小,4,）传热良好,5,）结构简单,6,）能耗小,7,）不易染菌,8,）操作和维修方便,特点及应用,之,气升式发酵罐,应用,酵母生产、单细胞蛋白生产、细胞培养,酶制剂和有机酸等发酵生产、废水生化处理,主要结构及操作系数,之,气升式发酵罐,主要结构参数,1,）反应器径高比,H/D,2,）,导流筒径与罐径比,D,E,/D,3,）,空气喷嘴直径与反应器直径比,D,l,/D,操作特征,1,）平均循环时间,t,m,2,）,气液比,R,3,）,溶氧传质,之,气升式发酵罐,空气,喷射装置,漩涡式空气喷射器,之,气升式发酵罐,气升环流式反应器,气液双喷射气升环流反应器,多层空气分布板的,气升环流式反应器,之,气升式发酵罐,ICIs air lift system for making single-cell protein in 1979,注射入口,ICI,压力循环气升发酵罐,之,气升式发酵罐,气升式玻璃发酵罐,具有外循环冷却的,气升环流式发酵罐,对偶脉冲气体环流发酵罐,之,气升式发酵罐,之,气升式发酵罐,BIOHOCH,反应器,径向流喷射器是核心元件。空气和水相对喷入，含极大能量的水使空气分散成又细又均匀的气泡。循环管保证流向及液体充分曝气。,BIOHOCH,反应器的特点：,紧凑，无噪音，无异味,因为反应器很高，故占地面积小，不会受噪音和气味侵扰,经济,氧利用率高保证能量节省,80%,可靠性,反应器易于进入，优质的防腐处理比混凝土更不易泄漏。一旦泄漏发生，也可立即监控。一套完整的系统保证废水不会无控制流出 。,BIOHOCH,反应器处理工业废水技术,之,气升式发酵罐,之,气升式发酵罐,小 结,工作原理,类型及特点,主要结构及操作系数,典型的气升式发酵罐,之,自吸式发酵罐,自吸式发酵罐,自吸式发酵罐：,不需空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。,应用：,酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵、维生素等生产,之,自吸式发酵罐,自吸式发酵罐,优点：,(1),不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积；,(2),溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低；,(3),生产效率高、经济效率高,(4),设备便于自动化、连续化。,缺点：,较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为,40,。,之,自吸式发酵罐,机械搅拌自吸式发酵罐,自吸式发酵罐的结构,之,自吸式发酵罐,机械搅拌自吸式发酵罐,工作原理,：,之,自吸式发酵罐,机械搅拌自吸式发酵罐,机械搅拌自吸式发酵罐的设计要点,：,(1),发酵罐的高径比,(2),转子与定子的确定,(3),吸气量计算,之,自吸式发酵罐,喷射自吸式发酵罐,喷射自吸式发酵罐：,利用文氏罐喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行混合和溶氧传质。,文氏管自吸式发酵罐,液体喷射自吸式发酵罐,溢流喷射自吸式发酵罐,之,自吸式发酵罐,文氏管自吸式发酵罐,喷射自吸式发酵罐,文氏吸气管,之,自吸式发酵罐,液体喷射吸气装置,喷射自吸式发酵罐,之,自吸式发酵罐,喷射自吸式发酵罐,Vobu,-JZ,单层溢流,喷射自吸式发酵罐,Vobu,-JZ,双层溢流,喷射自吸式发酵罐,之,通风固相发酵罐,通风固相发酵罐,之,其他类型发酵罐,其他类型通风发酵罐,之,其他类型发酵罐,其他类型通风发酵罐,之,其他类型发酵罐,其他类型通风发酵罐,之,其他类型发酵罐,其他类型通风发酵罐,卧式,转盘发酵反应器,光照不锈钢发酵罐,之,其他类型发酵罐,其他类型通风发酵罐,小 结,通风固相发酵罐,机械搅拌发酵罐,气升式发酵罐,自吸式发酵罐,嫌气发酵设备,酒精发酵设备,啤酒发酵设备,连续发酵设备,酒精发酵设备,酒精发酵罐,动画演示,洗涤装置,酒精发酵设备,酒精发酵设备,酒精发酵罐的计算,发酵罐结构尺寸的确定,带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积为,:,式中,V,发酵罐的代表容积（,m,3,）；,V,0,进入发酵罐的发酵液量（,m,3,）,装液系数， 一般取,=0.850.90,发酵罐全容积按下列计算,:,酒精发酵设备,酒精发酵罐的计算,罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系：,酒精发酵设备,酒精发酵罐的计算,发酵罐罐数的确定,对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：,式中,N,发酵罐个数；,n,每,24,小时内进行加料单发酵罐数目；,t,一次发酵周期所需时间，,h,发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：,酒精发酵设备,酒精发酵罐的计算,发酵罐冷却面积计算,式,中,A,冷却面积（,m,2,）,;,Q,总的发酵热（,J/h,） ；,K,传热总系数（,J/m,2,.,h),；,T,m,对数平均温度差,酒精发酵设备,总的发酵热,Q,对数平均温度差,T,m,传热总系数,K,冷却水耗量的计算,酒精发酵设备,例题,某酒精工厂，每发酵罐的进料量为,24,t/h,，,每,4,h,装满一罐，发酵周期为,72,h,，,冷却水的初、终温分别为,20,和,25,，若罐内采用蛇管冷却，试确定发酵罐的罐数、结构尺寸、冷却水耗量、冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。（糖化醪密度为,1076,kg/m,3,),解：,(1),确定发酵罐个数,酒精发酵设备,(2),确定发酵罐体积及结构尺寸,发酵罐体积,发酵罐几何尺寸,选取结构尺寸比例：,H = 1.2D,，,h,1,h,2,0.1D,h,2,h,1,H,则,发酵罐表面积,(,圆柱体表面积,A,1,和罐底、罐顶表面积,A,2,、,A,3,）,酒精发酵设备,(3),冷却面积和冷却装置主要结构尺寸, 总的发酵热,Q, 冷却水耗量, 对数平均温度差,T,m,酒精发酵设备,传热总系数,K,值, 冷却面积,酒精发酵设备, 冷却装置主要结构尺寸,列管总长度,L,每圈蛇管长度,l,蛇管总圈数,蛇管总高度,酒精发酵设备,啤酒发酵设备,啤酒酿造工艺,啤酒发酵设备,啤酒发酵容器的发展,1.,发酵容器材料的变化,2.,开放式向密闭式转换,3.,密闭容器的发展,大型的啤酒发酵罐,奈坦罐、联合罐、朝日罐,前发酵设备,啤酒发酵设备,前发酵槽,啤酒前、后发酵设备及计算,啤酒发酵设备,前发酵设备,前发酵室,啤酒前、后发酵设备及计算,啤酒发酵设备,前发酵槽的计算,啤酒前、后发酵设备及计算,(1),发酵槽数目的确定,(2),前发酵槽体积的确定,(3),前发酵槽冷却面积计算,啤酒发酵设备,卧式后,发酵槽,立式后发酵槽,后发酵设备,啤酒前、后发酵设备及计算,啤酒发酵设备,后,发酵槽的计算,啤酒前、后发酵设备及计算,(1),后发酵槽数目的确定,(2),后发酵槽全体积的确定,啤酒发酵设备,新型啤酒发酵设备,圆筒体锥底发酵槽,圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐 ）。这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要求。目前，锥形发酵罐成为国内外啤酒工厂使用较多的设备。,啤酒发酵设备,H,H,0,D,60,H/D = 1.56:1,锥形罐的几何尺寸,H,0,/D = 0.866,新型啤酒发酵设备,啤酒发酵设备,新型啤酒发酵设备,锥形罐的冷却装置,新型啤酒发酵设备,啤酒发酵设备,锥形罐,新型啤酒发酵设备,啤酒发酵设备,联合罐,新型啤酒发酵设备,啤酒发酵设备,朝日罐,优点：可加速啤酒的成熟。发酵时罐的装量达,96,，提高设备利用率，减少了排除酵母时发酵液的损失。,缺点：动力消耗大。,新型啤酒发酵设备,啤酒发酵设备,CIP,清洗系统,预冲洗,碱预洗,中间清洗,固定喷头喷洗,清水冲洗,酸冲洗,碱喷洗,啤酒发酵设备,啤酒工厂典型设备,实习基地（澜沧江啤酒厂和,KK,啤酒厂）典型设备,连续发酵,间歇发酵：,操作简单，发酵周期长，发酵罐数多，设备利用率低。,连续发酵：,培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，发酵周期短，设备利用率和生产效率高，易于自动化生产。,连续发酵存在的问题：,（,1,）微生物的突变,（,2,）污菌,（,3,）混合均匀度,（,4,）丝状菌的输送,连续发酵,连续发酵时间的确定,连续发酵,连续发酵理论罐数的确定,物料平衡方程式：,连续发酵,酒精连续发酵流程,淀粉质原料制酒精连续发酵流程,连续发酵,酒精连续发酵流程,连续发酵,啤酒连续发酵流程,塔式连续发酵流程,连续发酵,啤酒连续发酵流程,塔式发酵,连续发酵,啤酒连续发酵流程,多罐式连续发酵,小 结,酒精发酵设备,酒精发酵罐结构,酒精发酵罐的计算,啤酒发酵设备,新型啤酒发酵罐,CIP,清洗系统,连续发酵,设备,酒精连续发酵,啤酒连续发酵,植物细胞（组织）培养反应器,植物细胞（组织）培养,植物细胞培养反应器,植物组织培养反应器,植物细胞培养技术包括植物器官（根、枝叶、发根、胚和冠,瘿组织等）、组织、细胞以及原生质体培养，并以此发展起来,的各种植物细胞培养技术。,植物细胞培养,Gottleib,Haberlandt,1902,年,德国植物学家,Haberlandt,在营养液中成功地培育了单个植物细胞，尽管未能使其分裂生长，但为植物细胞培养翻开了新的一页。,Haberlandt,提出植物细胞的“全能性”学说，植物细胞的全能性：植物的体细胞具有母体植株全部遗传信息并发育成为完整个体的潜力，因而每一个植物细胞可以像胚胎细胞那样，经离体培养再生成植株。,一般采用植物的体细胞,(,二倍体细胞,),， 先经纤维素酶处理去掉细胞壁,(,原生质体,),。将原生质体放在合适的培养基上，经过诱导分化可以重新长成植株。原生质体也可用于植物细胞融合， 然后诱导形成新的植株。,原生质体培养,植物原生质体培养,植物组织培养,(,plant tissue culture),植物组织培养：,离体的,植物器官、组织、细胞,植物体,愈伤,组织,脱,分化,根,芽,再,分化,脱分化：,由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。,再分化：,脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。,植物组织培养,(,1),(,1),(,3),植物体细胞杂交,(,5),植物,A,细胞,植物,B,细胞,去壁,原生质体,A,原生质体,B,原生质体融合,融合体,再生壁,杂种细胞,细胞分裂,愈伤,组织,杂种植株,(,2),(,4),植物细胞培养与微生物的区别：,细胞的大小,细胞块的形状,培养液的黏度,需氧量,K,la,值比微生物培养的,K,la,值小得多,对剪切力敏感,需,CO,2,和光照,植物细胞培养,(,plant,cell,culture),植物细胞培养具有的优点：,（,1,）代谢产物的生产完全在人工控制条件下进行，可以通过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的代谢产物；,（,2,）培养在无菌条件下进行，可排除病菌和虫害侵扰；,（,3,） 可以进行特定的生物转化反应；,（,4,）可以探索新的合成路线和获得新的有用物质等。,植物细胞培养,(,plant,cell,culture),植物细胞培养反应器,Stirred Tank Bioreactors,植物细胞培养反应器,机械搅拌式反应器,优点：,混合性能好,传氧效率高,操作弹性大,可用于细胞高密度培养；,缺点：,剪切力大。,悬浮培养生物反应器,植物细胞培养反应器,机械搅拌式反应器,非搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结构简单。其主要类型有鼓泡式反应器、气升式反应器等气体搅拌式反应器,植物细胞培养反应器,非机械搅拌式反应器,Bubble Column Bioreactor,植物细胞培养反应器,非机械搅拌式反应器,Air-lift Bioreactor,植物细胞培养反应器,紫草,细胞培养,紫草,种子,无菌幼根,LS,培养基,愈伤组织,诱导培养,悬浮细胞,悬浮培养,细胞增殖培养,一级培养,利用“ 优势互补”原则，将两种反应器结合起来研究出组合式反应器。带有低速搅拌的气升式发酵罐可弥补低气速时混合性差的弱点。,植物细胞培养反应器,组合式反应器,光生物反应器,植物细胞培养反应器,固定化细胞生物反应器,填充床反应器,流化床反应器,植物细胞培养反应器,流化床反应器,植物细胞培养反应器,流化床反应器,植物细胞培养反应器,固定化细胞膜反应器,中空纤维,螺旋卷绕反应器,植物组织培养反应器,发状根大规模培养,植物组织培养反应器,小植物的大规模快速繁殖,浅层循环式植株快速繁殖器,双层板径向流生物反应器,植物组织培养反应器,小植物的大规模快速繁殖,内环喷雾生物反应器,植物细胞培养的应用,西洋参细胞培养,无菌根,愈伤组织,悬浮细胞,发酵液,乙醇消毒,诱导培养,悬浮培养,大量培养,西洋参根,细胞,过滤,西洋参细胞干粉成品,干燥,植物细胞的生产,药物的生产,植物细胞,产物,产物作用,紫草细胞,紫草宁,抗炎剂、食用色素,苦瓜细胞,类,胰岛素,治疗糖尿病,长春花细胞,长春花碱,治疗白血病药,红豆杉细胞,紫杉醇,抗癌药物,毛,地黄细胞,毛,地黄毒素,强心剂,紫草,种子,无菌幼根,愈伤组织,悬浮细胞,细胞增殖培养,LS,培养基,诱导培养,悬浮培养,一级培养,产物培养,二级培养,发酵液,细胞收集,过滤,产物提取,分离,成品,干燥,紫草细胞培养生产紫草宁,(,Shikonin,),植物细胞培养的应用,代谢产物的生产,植物细胞培养的应用,植物细胞培养工业化生产需解决的难题,缩短生产周期、降低生产成本,提高培养细胞中的有效成分含量,防止细胞集聚成块,防止细胞株的种性退化和变异,研制更能适合植物细胞生长的生物反应器,动物细胞融合,杂 交 瘤 技 术,动物细胞培养反应器,动物细胞培养方法,动物细胞培养技术的应用,动物细胞培养的特点,细胞培养的操作方式,细胞培养反应器,体外培养的动物细胞根据它们在培养器皿是否能贴附于支持物上生长特征，可分为贴附型生长和悬浮型生长两大类。,贴附型细胞,在培养时能贴附在支技物表面生长。大多数动物细胞属于贴壁型细胞，如,Hela,、,Vero,、,BHK,、,CHO,细胞系。,悬浮型细胞,在培养中悬浮生长。来源于血液、淋巴组织的细胞，许多肿瘤细胞和某些转化细胞。,动物细胞培养方法,动物细胞培养方法,贴壁培养,(,单层细胞培养,),分散的细胞悬浮在培养瓶中很快,(,几十分钟至几小时,),就贴附在瓶壁上，,称为细胞贴壁，,贴壁后的细胞形态形成多态性，,呈单层生长，,所以此法又叫单层细胞培养。,悬浮培养,细胞在培养器中自由悬浮生长的过程，,不贴壁,，主要用于悬浮型细胞培养，,如,淋巴,细,和肿瘤细胞,的培养。,固定化,培养,一种包埋培养,。,对两类细胞都适用，细胞生长密度高，抗剪切力和抗污染能力强。悬浮型细胞常用海藻酸钙包埋，贴壁型细胞常用胶原包埋。,动物细胞培养方法,动物细胞培养可生产的生物制品,1.,病毒疫苗：,口蹄疫,(,FMD),、,狂犬疫苗等,2.,非抗体免疫调节剂：,干扰素,(,IFN),、,白介素,(,IL),等,3.,多肽生长因子：,神经生长因子,(,NGF),、,成纤维细胞生长因子,(,FGF),4.,酶：,组织血纤维溶酶原激活剂,(,t-PA),5.,激素：,红细胞生成素,(,EPO),、,促黄体生成素,(,LH),6.,病毒杀虫剂,7.,肿瘤特异性抗原：癌胚抗原,(,CEA),8.,单克隆抗体,9.,皮肤重植,10.,细胞,动物细胞培养技术的应用,动物细胞培养技术的应用,动物细胞培养生产生物制品工艺实例,1.,组织纤溶酶激活剂生产工艺流程,细胞单层,细胞悬液,细胞培养物,培养,培养液,提取液,层析液,浓缩液,层析液,tPA,成品,分散,分离,提取,层析纯化,浓缩,层析精制,冻干,2.,抗,HBsAS,的单克隆抗体生产工艺流程,培养液,杂种细胞混合物,大鼠骨髓瘤免疫大鼠脾淋巴细胞,融合,融合混合物,筛选,克隆化,杂交瘤克隆系,种质培养,细胞种质,扩大培养,分离,粗制,McAb,精制,层析液,超虑,浓缩液,冻干,McAb,精品,动物细胞培养的特点,1.,细胞生长缓慢，易受微生物污染，培养时需要抗生素；,2.,动物细胞较微生物大得多，无细胞壁，机械强度低，适应环境能力差；,3.,培养过程需氧量少，且不耐受强力通风与搅拌；,4.,在机体中，细胞相互粘连以集群形式存在；,5.,培养过程产物分布于细胞内外，成本高，产品价格昂贵；,6.,大规模培养时，不可套用微生物反应的经验；,7.,原代培养细胞一般繁殖,50,代即退化死亡。,动物细胞培养的特点,无论是贴壁细胞还是悬浮细胞，深层培养的操作方式可分,细胞培养的操作方式,分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式。,分批式操作,操作简单、是最常用的操作方式。分批式培养过程中，细胞的生长可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期,分批式培养细胞生长曲线,流加式操作,半连续式操作,细胞培养的操作方式,能够调节培养环境中营养物质的浓度。,连续操作,能提高细胞密度，应用于培养悬浮型细胞。,灌注培养,大大提高细胞密度，有助于产物的表达和纯化。,动物细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,通气搅拌式细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,通气搅拌式细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,通气搅拌式细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,气升式细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,气升式细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,气升式细胞培养反应器,气升式培养系统的优点：, 没有移动部件；, 完全密封；, 便于无菌操作；, 设计简单；, 便于放大生产；, 氧的转换率高。,动物细胞培养反应器,细胞培养流程,动物细胞培养反应器,中空纤维细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,中空纤维细胞培养反应器,优点：, 培养体积小，细胞高密度生长；, 有浓缩产品的功能；, 产物纯度高；, 自动化程度高，细胞生长周期长。,缺点：,中空纤维价格昂贵，生产成本高。,动物细胞培养反应器,微囊细胞培养反应器,特点：, 细胞密度大；, 产物浓度高；, 分离纯化操作经济简单；, 抗体活性、纯度好,动物细胞培养反应器,微载体,细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,微载体细胞培养反应器,悬浮培养瓶,悬浮培养装置,动物细胞培养反应器,微载体细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,微载体细胞培养反应器,微载体系统培养动物细胞的优点：,比表面积大，单位体积培养培养基细胞产率高,;,微载体悬浮于培养基中，细胞生长环境均一，简化了这些环境因素的检测和控制,;,培养基的利用率高,;,采样重演性好,;,收获过程简单,;,放大较容易,;,劳动强度小，占用空间小。,动物细胞培养反应器,微载体细胞培养反应器,动物细胞培养反应器,大载体细胞培养反应器,优点：, 操作控制简单，可随机取样检测；, 人工增加附着细胞密度高；, 消耗用品价格低廉，产物收率高；,活体生物反应器,转基因植物生物反应器,应用,生产糖类物质：淀粉等,生产可降解生物塑料的原料：,PHA,、,PHB,生产蛋白质和多肽,转基因动物生物反应器,动物乳腺生物反应器,动物血液生物反应器,动物膀胱生物反应器,转基因牛,活体生物反应器,微藻培养反应器,微藻中蛋白质含量高，且富含各种维生素，多不饱和脂肪酸、生物多糖、矿物质等，具有抗肿瘤、防治心血管疾病等生理活性。,螺旋藻,(,Spirulina,),小球藻,(,Chlorella),杜氏,藻,(,Dunaliella,),微藻主要种类及活性成分,