5微生物反应器操作
生物反应器操作规程
生物反应器操作规程第一章总则生物反应器是生物工程中常用的设备，用于培养和控制微生物、细胞或酶等生物体系进行生物转化或生物合成反应。
为了保证生物反应器的正常运行，提高生产效率，特制定此操作规程。
第二章设备准备1. 检查生物反应器设备的完好性，确保各个部件没有损坏或异物；2. 检查反应釜、搅拌器、温控系统等部件是否正常运转；3. 准备所需的培养基、生物体系、调理液等实验物品。
第三章操作流程1. 打开生物反应器的电源开关，启动设备；2. 设置所需的温度、压力、搅拌速度等操作参数；3. 向反应釜中加入适量的培养基，等待培养基温度升至设定温度；4. 加入生物体系或细胞，注意避免空气接触；5. 启动搅拌器进行充分混合；6. 在反应过程中根据需要逐步加入调理液或其他试剂；7. 定时监测反应器内参数，并做好记录。
第四章清洗消毒1. 反应结束后，关闭生物反应器的电源开关；2. 停止搅拌器和冷却系统，排空反应釜中的废液；3. 用适量的清洗液对反应器进行彻底清洗，确保没有残留；4. 使用消毒液进行消毒处理，保证反应器内无细菌残留；5. 反应器彻底干燥后，进行下一批实验前的准备工作。
第五章注意事项1. 操作过程中要注意安全，避免发生事故；2. 必须按照操作规程正确操作，不能私自更改参数；3. 反应器设备要定期保养和检修，确保设备正常运行；4. 反应器内部应保持清洁，避免影响后续实验。
第六章结语生物反应器操作规程的制定是为了保障实验的准确性和安全性，本规程适用于各类生物反应器的操作，并应严格执行。
希望大家能够熟练掌握操作技巧，规范操作流程，提高实验效率和成果质量。
第四章 微生物反应器操作习题
第四章 微生物反应器操作1．请用简图分别给出分批操作、流加操作和连续操作中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。
2．用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大菌体浓度之间的相互关系。
3．请给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养和连续培养中产物生成速率，并进行比较。
4. 何为连续培养的稳定状态？当0][][===dtP d dt S d dt dX 时，一定是稳定状态吗？ 5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X 0 ，生成的细胞量为X A 0 ，此间死亡细胞量为X DO ，已知A A f X X =00X 。
生成的细胞在接种t l 时间后开始指数型繁殖， t l 以后的细胞量为X，请推导出的关系式。
f A 分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并作图表示出。
)(l t f X =6.一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。
7. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。
微生物的生长可采用Monod方程表达。
8. 面包酵母连续培养中，菌体浓度为10kg/m 3，菌体生成速度为10kg/h，求流加培养基中基质（乙醇）浓度及培养液的量。
稀释率1.0=D h-1,Y X/S =0.5kg/kg （以细胞/基质计），可采用Monod 方程，已知μ max = 0.15h -1,K S = 0.05kg /m 3。
9．恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式S i i S C K C K S++=)1(max μμ 给出，其中g g Y L g C L g K S X i S /1.0,/05.0,/0.1===（ 以细胞/ 基质计）， L g X L g C S /05.0,/0.100==,，求菌体的最大生产速率与相应的稀释率D max ，并与没有抑制时相比较。
搅拌式生物反应器(bilfinger型)标准操作规程
搅拌式生物反应器(bilfinger型)标准操作规程搅拌式生物反应器（bilfinger型）标准操作规程搅拌式生物反应器（bilfinger型）是一种常用于生物工程领域的设备，用于培养微生物、细胞和酶等生物体的生长和代谢过程。
为了确保反应器的正常运行和实验的准确性，制定一套标准的操作规程是非常重要的。
下面是搅拌式生物反应器（bilfinger型）的标准操作规程。
1. 准备工作a. 检查反应器的设备和配件是否完好无损，确保所有连接口和阀门处于关闭状态。
b. 清洗反应器和配件，使用适当的清洗剂和工具，彻底清除残留物和污垢。
c. 检查反应器的传感器和控制系统是否正常工作，确保温度、压力和pH等参数的准确测量和控制。
2. 培养基的制备a. 根据实验需求，准备适当的培养基，确保培养基的成分和浓度符合实验要求。
b. 使用无菌技术，将培养基倒入反应器中，确保反应器内部的环境无菌。
3. 微生物或细胞的接种a. 根据实验需求，选择适当的微生物或细胞进行接种。
b. 使用无菌技术，将微生物或细胞接种到反应器中，确保接种过程无菌。
4. 反应器的运行a. 启动搅拌器和加热系统，确保培养基的均匀搅拌和恒定温度。
b. 根据实验需求，调节搅拌速度和温度，确保反应器内的环境适合微生物或细胞的生长和代谢。
c. 定期监测和记录反应器内的温度、pH、溶氧度和压力等参数，确保实验的准确性和稳定性。
d. 根据实验需求，添加适量的营养物质和辅助剂，促进微生物或细胞的生长和代谢。
5. 反应结束和清洗a. 根据实验需求，确定反应的结束时间。
b. 关闭搅拌器和加热系统，停止培养基的搅拌和加热。
c. 使用无菌技术，将反应器内的培养基和微生物或细胞转移到适当的容器中，进行后续处理。
d. 清洗反应器和配件，使用适当的清洗剂和工具，彻底清除残留物和污垢。
e. 检查反应器的设备和配件是否完好无损，确保所有连接口和阀门处于关闭状态。
搅拌式生物反应器（bilfinger型）的标准操作规程对于实验的准确性和稳定性至关重要。
反应器操作规程
反应器操作规程
《反应器操作规程》
一、目的
反应器是化学反应进行的设备，为了保障操作人员的安全，维护设备的正常运转，制定本规程。
二、操作程序
1. 操作前应检查设备是否完好，包括管路、阀门、压力表等，确保设备正常运转。
2. 操作人员应穿着相应的防护服，佩戴安全帽和防护眼镜。
3. 操作人员应熟悉反应器的运转原理和操作流程，严格按照操作规程进行操作。
4. 操作人员应严格遵守操作规程的各项要求，禁止违章操作。
5. 操作过程中，如遇到异常情况应立即报告，及时处理。
三、安全注意事项
1. 操作人员严禁单人单独操作，必须两人以上配合操作。
2. 操作人员应遵守设备的安全操作规程，严禁违规操作或随意更改操作流程。
3. 操作人员应熟悉应急处理程序，如遇紧急情况应迅速采取措施。
4. 操作人员应认真学习相关安全知识，提高安全意识，做到预防在前，保障在先。
四、设备维护
1. 操作人员应对设备进行定期维护和检修，确保设备的正常运
转。
2. 设备维护过程中，操作人员应穿戴相应的防护用品，注意安全。
3. 维护过程中应遵守相关规程，严禁违规操作。
4. 维护完毕后应对设备进行试运转和检测，确保设备的正常运转。
五、附则
本规程由设备管理部门负责制定和更新，操作人员应严格遵守规程内容。
对违规操作者将给予相应的处罚。
《反应器操作规程》是保障设备正常运转和操作人员安全的重要文件，希望全体操作人员严格遵守，并将规程内容落实到实际操作中，共同维护设备的正常运转和操作人员的安全。
环境工程原理 第十一章
第一节 微生物反应特点
微生物反应是以酶或者活细胞为催化剂，参与 反应的成分极多．反应途径错综复杂，产物类 型多样，且常常与细胞代谢过程等息息相关。
在环境治理过程中，随着新污染物数量和种类 的增加，微生物的种类可随之增加，增加了微 生物反应的多样性。
第二节 微生物反应动力学
在全混流反应器中，假设进料中不含菌体，则达到定态 操作时，在反应器中菌体的生长速率等于菌体流出速 率，即
进料流量与培养液体积之比称为稀释率，即 D=qV0/VX，得：
D表示了反应器内物料被“稀释”的程度，量纲为 [时
间]-1。
Monod动力学的CSTR操作特性 在全混流反应器中，限制性基质浓度和菌体浓度与稀释率有
I型称为生长耦联型产物。 II型称为生长部分耦联型产物。 III型称为非生长耦联型产物。
第三节 微生物反应器的操作与设计
一 间歇反应器：酶催化反应过程的反应时间 对于单底物无抑制反应，底物浓度随时间的变化关
系满足米氏方程
以(1/t)ln(cS0/cS)对(cS0/cS)/t作图，得到斜率为-l/Km,截 距为rmax/Km。因此确定米氏方程参数。定义转化 率为x，则cS=cS0(1-x),可以得到：
结构的代谢上，基质消耗速率可表示为
比消耗速率则为
式中：Y*X/S为在不维持代谢时基质的细胞得率， 即理论得率，亦称最大细胞得率；mS为菌体维 持系数，表示单位时间内单位质量菌体为维持 其正常生理活动所消耗的基质量。
产物生成动力学
细胞反应生成的代谢产物有醇类、有机酸、抗生素和酶等，涉及范 围很广。由于细胞内生物合成途径十分复杂，其代谢调节机制也 是各具特点。根据产物形成与细胞生长之间的动态关系，将其分 为三种类型：
生化反应工程试题库
试题库结构章节 试题分布名词解释 数学表达式 简答题图形题推导题判断题 计算题合计第一章 0 0 9 0 0 0 0 9 第二章 0 0 11 0 0 0 2 13 第三章 1 3 9 3 11 4 2 33 第四章 1 11 6 7 1 11 14 51 第五章 3 1 7 8 2 0 13 34 第六章 6 0 6 2 0 0 0 14 第七章 2 2 2 2 0 0 13 21 第八章 0 0 36 0 0 0 2 38 合计 13 17 86 22 14 15 46 213一、名词解释[03章酶促反应动力学]酶的固定化技术：[04章微生物反应动力学]有效电子转移：[05章微生物反应器操作]流加式操作：连续式操作：分批式操作：[06章生物反应器中的传质过程]粘度：牛顿型流体：非牛顿型流体塑性流体假塑性流体胀塑性流体[07章生物反应器]返混：停留时间：二、写出下列动力学变量（参数）的数学表达式[03章酶促反应动力学]1. Da准数：2. 外扩散效率因子：3. 内扩散效率因子：[04章微生物反应动力学]1. 菌体得率：2. 产物得率：3. 菌体得率常数：4. 产物得率常数：5. 生长比速：6. 产物生成比速：7. 基质消耗比速：8. 生长速率：9. 产物生成速率：10. 基质消耗速率：11. 呼吸商：[05章微生物反应器操作]1. 稀释率：[07章生物反应器]1. 停留时间：2. 转化率：三、简答题：[01章绪论]1．什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2．生物反应工程研究的主要内容是什么？3．生物反应工程的研究方法有哪些？4．解释生物反应工程在生物技术中的作用。
5. 为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6. 何为系统生物学？7. 简述生化反应工程的发展史。
8. 如何理解加强“工程思维能力”的重要性。
9. 为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？[02章生物反应工程的生物学与工程学基础]1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。
生物反应器的设计与操作
生物反应器的设计与操作生物反应器作为生化工程领域的重要组成部分，在制药、食品和生物制品等行业中发挥着不可替代的作用。
生物反应器的设计和操作是影响其性能和效率的关键因素。
本文旨在介绍生物反应器的设计原理和操作技术，以便更好地理解和掌握这一领域的知识。
一、生物反应器的设计原理生物反应器是一种可以维持生物物质生长和代谢的设备，其原理是通过提供合适的营养物质和生长环境，使微生物或其他生物物质在一定的温度、pH值、氧气气体、搅拌强度等条件下进行生长和代谢反应。
其主要构成部分有反应釜、控制系统、传感器和数据监测系统等。
在反应器的设计中，需要考虑以下几个方面：1. 反应釜的选材和结构设计反应釜的选材和结构设计是影响反应器性能和使用寿命的关键因素。
一般来说，反应釜的材质应该具有耐腐蚀性、耐高温、强度高等特点。
常见的反应釜材料有玻璃钢、不锈钢、陶瓷等。
反应釜的结构设计也应注意到避免盲区、防止污染等因素。
2. 生物体系的选取生物体系的选取是根据反应器的实际应用需求而进行的。
比如，烟酰胺生产线中使用的Pseudomonas fluorescens ATCC 13525就是通过筛选获得并通过后续的培养优化而得到的。
又比如，垃圾处理时常用的是团藻类等微生物等进行处理，其在反应器中的栽培需求是苛刻的，比如对氧气和二氧化碳的摄取、对温度、搅拌和水平等因素的适应性要求都较高。
3. 控制系统的设计反应器的控制系统用于实时监测和调整反应器中的各项参数，如温度、酸碱度、氧气气体、搅拌强度等。
一般来说，反应器控制系统的设计应遵守以下原则：稳定性、速度、准确度和可靠性。
否则，会有较大的影响到成品或应用。
二、生物反应器的操作技术生物反应器的操作技术包括灭菌、采样、培养和清洗等步骤。
下面介绍一下这几个步骤的具体操作：1. 灭菌灭菌是在反应器使用前进行的步骤，主要是为了杀死可能存在于反应器中的微生物，防止其污染反应器和反应物质。
灭菌方法包括高压氧气灭菌、干热灭菌和紫外线灭菌等。
第四章 微生物反应器操作习题答案
第四章微生物反应器操作习题答案4．答：连续培养的稳定状态，是指菌体的生长与反应液的排放、基质的流加与反应消耗及 反应液排放、产物的生成与反应液排放达到了动态平衡，因此菌体浓度、基质浓度、产物浓度保持恒定，即，并不一定是稳定状态。
如菌体因生长环境不利出现了死亡时，也满足，但不能说是稳定状态，此时是一种静止状态，而不是动态平衡。
5．解：诱导期结束时的菌体量：X = X0 + X AO □ X DO = X0 + f A X0 □ X DO = (1+ fA )X0-X DO菌体在t l 时间后开始指数型繁殖，因此边界条件： t = t l , X = (1+ f A )X0 □ X DO积分，得X = [(1+ f A )X0 □ X DO ]exp[μ (t □ t l )]，如图所示。
当f A = 0, X = (X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] ；当f A = 0.2, X = (1.2X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.4, X = (1.4X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.6, X = (1.6X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.8, X = (1.8X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]6．答：设菌体生长比速为μ，菌体浓度为X，则菌体生长速率为μX。
为保证菌体生长速率 不变，应采取指数流加方式，控制稀释率D = μ ，此时流加操作可达到拟稳态，菌体生长速率DX = uX 。
7．答：微生物的生长可用莫诺方程表达，即分批培养中菌体生长速率连续培养中菌体生长速率：由此可见，有抑制作用时，菌体最大产率下降，D max 下降。
10 解：生长符合莫诺模型，故14．解：由实验数据可知，菌体浓度不断下降，流加操作为动态过程。
对流加操作中的菌体进行衡算：。
第二章-酶促反应动力学
• U =（A/4600）×106×10-3×3×10×（1/10）×n
• = A×n×(30/46)
• 式中：U-----------酶液的酶活力， U/mL
KS CS
稳态法推导动力学方程：
几点假设：
（1）CS>>CE，中间复合物ES的形成不会降 低CS。
（2）不考虑这个可逆反应。
（3）CS>>CE中间复合物ES一经分解，产生 的游离酶立即与底物结合，使中间复合物 ES浓度保持衡定，即 。 dC ES 0
dt
根据以上假设，可建立如下方程组
rk2CES
（3）E S E为S 快速平衡，E S E P 为整个反应的限速阶段，因此ES分解 成产物不足以破坏这个平衡。
根据假设建立动力学方程
rk2CES
dCES dt
k1CECSk1CES0
C E0C EC ES
CECS CES
KS
k1 k1
解之，得
r k2CE0CS KS CS
令 rmaxk2CE0 则 r rmaxCS
• A —————OD值
• n ———— 酶液稀释倍数
2.1 酶促反应动力学的特点
2.1.1 酶的基本概念 2.1.2 酶的稳定性及应用特点
酶是以活力、而不是以质量购销的。 酶有不同的质量等级：工业用酶、食品用酶、医药 用酶。酶的实际应用中应注意，没有必要使用比工艺 条件所需纯度更高的酶。
经典酶学研究中，酶反应速率的测定是在反应的 初始短时间内进行的，并且酶浓度、底物浓度较低， 且为水溶液，酶学研究的目的是探讨酶促反应的机 制。
细胞生物反应器操作规程
细胞生物反应器操作规程
《细胞生物反应器操作规程》
一、操作前准备
1. 确保细胞生物反应器的清洁和消毒，使用无菌工具进行操作。
2. 准备好所需的培养基和细胞培养物，确保培养基无菌。
二、启动细胞生物反应器
1. 打开细胞生物反应器的电源并进行系统自检，确保设备正常工作。
2. 设置合适的温度、湿度和通气参数，逐步提高气体流速以保持适当的搅拌和氧气供应。
三、接种细胞
1. 将预先培养好的细胞悬液加入到生物反应器中，根据需要调整培养基的体积和浓度。
2. 确保细胞在生物反应器中均匀分布，并避免细胞聚集和沉积。
四、细胞培养
1. 监测细胞生长情况和代谢产物的积累，根据需要调整培养基的成分和供给量。
2. 定期取样检测细胞培养物的质量，确保细胞状态良好并避免细菌和真菌的污染。
五、收获细胞产物
1. 根据培养物中细胞数量和产物浓度的变化，判断是否进行细胞产物的收获。
2. 使用无菌操作取出细胞产物并进行后续处理，如纯化、浓缩或储存。
六、关闭细胞生物反应器
1. 关闭细胞生物反应器的电源并进行系统清洁和消毒，确保设备处于干净的状态。
2. 将相关记录整理并存档，包括操作日志、质量检测结果和细胞产物的收获情况。
以上就是《细胞生物反应器操作规程》，请严格按照规程操作，以确保细胞生物反应器的正常运行和细胞培养的成功。
第五章微生物反应器操作
程式
第五章微生物反应器操作
•基于上式，菌体量为
•流量为
• 从以上结果可知，采用这种方式操作，不仅能 保证微生物呈指数生长，而且能保持基质浓度一定。 流加基质浓度Sin与反应器内反应液最终体积、最终 菌体量Xf和菌体收率YX/S有如下关系：
第五章微生物反应器操作
• 拟稳定状态下初始流加速度F0可由（4-24） 给出。
• 微生物每次培养都可能有微妙的变化，因 此，无反馈控制的流加操作适用范围很窄。
第五章微生物反应器操作
•5.3.2 有反馈控制的流加操作
•阴沟肠杆菌定流量流加培养
第五章微生物反应器操作
•
甘油为基质进行阴沟肠杆菌
（Enterobacter cloacae）定流量流加培养
的实验结果与计算机模拟结果如前图。图中
•5.2.3 反复分批操作
• 反复分批操作系统（图4-3）中培养液体 积为V，培养液取出率为，滤液取出率为， 由于V一定，所以培养液加入量为。为确保 菌体初始浓度一定，有必要将流出液中部分 含菌体的培养液取出，此时菌体量的衡算式 为：
第五章微生物反应器操作
•反复分批操作示意图 第五章微生物反应器操作
伤的可能。
•有反应器的非生产周期； •需要较高的劳动力（需要控制和高价的检 测装置）； •人员的操作加大了污染的危险； •由于频繁杀菌，易使检测装置损伤。
•不能进行连续式操作； •分批操作生产效率低； •希望延长反应时间； •出现基质抑制； •使用营养要求变异株 •一定培养基成分的浓度是菌体收率或 代谢产物生产速度的影响因素； •需要高菌体浓度。
第五章微生物反应器操作
•
•优点
•不足
•应用的场合
•分 •设备制作费用低；
第五章 微生物反应器操作(简)
Yx / s ⋅ F ⋅ [ S ]in ⋅ t + V0 ⋅ (Yx / s ⋅ [ S ]0 + X 0 ) （5-26） (4 − 26) 可知，t时的菌体浓度为X = F ⋅ t + V0 这种流加方式的最大特 点是微生物进行线性生 长（line arg rowth)，即 d (V ⋅ X ) = K L (一定)(4 − 27) dt 式中，KL为线性生长速率常数。 一般地，在线性生长阶 段，基质浓度相当低。
10
5.2.2 状态方程
一般微生物的最适温度、最适pH值范围较窄。生长中一般采用定值 控制。在这样的条件下，可以认为分批培养过程中的动态特性取决于基质 与微生物浓度（接种量）及微生物反应的诸如比速率的（初始值）。因此 支配分批培养的主要因素是基质与微生物的浓度的初始值。 分批式微生物反应过程分析中，需观察X、[S]和[P]等随时间的变化情 况。由于不可能研究所有反应液成分随时间的变化，因此应选择与产物P 关系最为密切的底物S作为观察的对象。必要时，可观察两种基质浓度的 变化。好氧反应中，溶解氧浓度（DO）随时间的变化也是很重要的参数。 分批操作中rx，rs，rp， μ， γ，π等变量值，可从分批操作中的相 应时间变化曲线中求得。
9
5.2.2 状态方程
分批式培养过程的状态方程式(环境过程的状态方程式)可表示为 d[S ] = −γ X ( 5 − 8) 基质： dt dX ( 5 − 9) 菌体： = μ X dt d [ P] =π X (5 −10) 产物： dt ⎤ ( PO 2)in ( PO 2)out F ⎡ − O2 : QO 2 X = ⎢ ⎥ (5 − 11) V ⎣ pall − ( PO 2)in－( PCO 2)in pall − ( PO 2)out－( PCO 2)out ⎦ ⎤ F ⎡ ( PCO 2)out ( PCO 2)in − ⎢ ⎥ (5 − 12) all − ( PO 2 ) out－( PCO 2 ) out all − ( PO 2 )in－( PCO 2 )in ⎦ V ⎣p p 式中：F − 惰性气体流速；V − 反应液总体积；Pall − 气体总压力； （PO 2)out − 排气中氧的分压；（PO 2)in − 进气中氧的分压； CO2 : QCO 2 X = （PCO 2)in − 进气中CO 2的分压；（PCO 2)out − 排气中CO 2的分压； [S [P 当t = 0时， ] = [ S ]0；X = X 0； ] = 0；γ = γ 0 ; μ = μ 0；π = π 0；QO 2 = (QO 2 ) 0；QCO 2 = (QCO 2 ) 0；
细胞生物反应器操作规程
细胞生物反应器操作规程1. 引言细胞生物反应器是一种用于细胞培养和生物反应的设备，广泛应用于生物技术、药物研发和生物制造等领域。
为了确保细胞生物反应器的安全运行和实验的顺利进行，制定本操作规程，指导操作人员正确操作细胞生物反应器。
2. 设备准备2.1 细胞生物反应器的准备•检查细胞生物反应器的外观，确保无损坏和杂质•清洗细胞生物反应器，使用无菌纯水和无菌洗涤剂进行彻底清洗•消毒细胞生物反应器，使用适当浓度的消毒液，按照消毒液说明书进行消毒2.2 培养基和试剂的准备•准备所需的培养基和试剂，确保其质量合格和纯度符合要求•按照配方和操作规程正确配置培养基和试剂2.3 实验室环境的准备•检查实验室环境，确保无尘、无菌和温度、湿度适宜•细胞生物反应器与其他实验仪器保持适当的距离，避免相互影响3. 细胞生物反应器操作3.1 细胞接种•准备合适的细胞培养物，确保其活性和纯度•将细胞培养物转移到培养基中，按照所需的细胞密度进行接种3.2 培养条件的设置•根据实验要求，设置适宜的温度、气体和培养基流速等培养条件•确保细胞生物反应器的搅拌速度和通气速度符合要求3.3 监测细胞生长和反应过程•定期监测细胞生长情况，记录生长曲线和细胞密度•注意观察细胞状态、代谢产物和废料的积累情况3.4 维持培养条件•定期检查和调整培养基和试剂的浓度和配比•确保培养基的pH值、温度和氧气浓度稳定在适宜范围内3.5 细胞收获和处理•在适当的时间点，根据实验要求采集细胞样品•使用无菌工具和操作方式，将细胞样品抽取或离心收集4. 维护和清洁4.1 细胞生物反应器的维护•定期检查细胞生物反应器的运行状况，确保无故障和损坏•按照使用说明书和操作要求更换消耗品和零配件4.2 细胞生物反应器的清洁•实验结束后，立即清洗细胞生物反应器，避免污垢和细胞残留物的附着•使用适当的清洗剂和工具进行清洁，保持反应器的干净和无菌状态5. 安全注意事项•操作前请佩戴个人防护装备，如实验手套、口罩和防护眼镜等•操作过程中注意细胞生物反应器和培养基的无菌操作，避免污染•注意消毒液和试剂的正确使用和储存，避免危险和污染•遵守实验室操作规程，注意使用细胞生物反应器时的安全操作6. 总结本操作规程对细胞生物反应器的操作流程和注意事项进行了详细介绍，目的在于规范操作流程，确保实验的顺利进行和实验结果的可靠性。
微生物反应器操作生物反应工程共讲
V V dt
基于上式，菌体量为
XV X0V0expt)(
流量为
FF0expt)(
从以上成果可知，采用这种方式操作，不但能 确保微生物呈指数生长，而且能保持基质浓度一定。 流加基质浓度Sin与反应器内反应液最终体积、最终 菌体量Xf和菌体收率YX/S有如下关系：
Sin
XfVf X0V0 YX S(Vf V0)
流加培养操作
流加操作时，特定基质加入到反应器后，
反应液体积就会发生变化，这时μ、γ和π旳可定
义如下：
1 d(XV)
XV dt
X1VFSind(dVtS)
1 d(VP)
VX dt
式中，V为反应液体积，F是体积流量，Sin是流 加液中旳基质浓度，FSin为基质旳质量流量。
4.3.1 无反馈控制旳流加操作
连续操作有两大类型，即CSTR（continuous stirred tank reactor）型和CPFR(continuous plug flow tulular reactor）型。
根据达成稳定状态旳措施不同，CSTR型连续 操作，大致可分为三种。一是恒化器法 （chemostat），二是恒浊器法（turbidstat）， 第三是营养物恒定法（nutristat）。
当 t=0 S S 0 ; X X 0 ; P 0 ; 0 ;
时 0 ; 0 ;Q o 2 ( Q o 2 ) 0 ;Q c 2 o ( Q c 2 ) 0 o
一般微生物旳最适温度、最适pH旳范围较窄。 例 如 ， Calam 等 人 研 究 了 温 度 对 产 黄 青 霉 （Penicillum chrysogenum）生长速率和青霉 素生成速率旳影响，发觉最适生长温度为30℃， 进行呼吸旳最适温度为21.7～28.6℃，产物青霉 素旳最适生成温度为24.7℃。生产中一般采用定 值控制。在这么旳条件下，能够以为分批培养过 程中旳动态特征取决于基质与微生物浓度（接种 量）及微生物反应旳诸比速率旳初始值，所以， 支配分批式培养统旳主要原因是基质与微生物旳 浓度旳初始值。
生物反应器的设计原理及操作方法
生物反应器的设计原理及操作方法生物反应器是生物工程中的关键设备，它能够控制微生物在特定条件下进行生长、代谢、分化等过程，从而生产出预期产品。
本文将介绍生物反应器的设计原理及操作方法，帮助读者更好地了解生物反应器的基本原理和操作技巧。
一、生物反应器的设计原理1.1 选择适当的基质生物反应器是利用微生物代谢产生生物产物的过程，所以选择适当的基质是其首要设计原理。
基质中必须包含微生物所需要的营养物质，并能够满足微生物的生长和代谢需要。
选择基质时需要考虑微生物的菌种、培养温度、pH值等因素，以便为微生物提供最适宜的生长环境。
1.2 确定反应器的类型生物反应器的类型有很多，根据微生物的生长形态分为培养皿式反应器和悬浮式反应器。
培养皿式反应器主要用于附着生长的微生物，例如细胞培养、细菌单克隆发育等；悬浮式反应器则适用于浮游性微生物的培养和生产，例如发酵类的生产。
同时还需要根据需求确定反应器的大小和形状，以便满足生产的需求。
1.3 设计反应器的操作参数反应器操作参数的设定是生物反应器的关键，可分为生化参数和物理参数。
生化参数是指液体中化学参数的设置，如培养基中的营养物含量、温度、pH值等；物理参数是指反应器本身的一些参数，包括搅拌速度、气体流速、曝气方式等。
通过合理的操作参数设置可以满足微生物生长的需要，提高产物的产量和质量。
二、生物反应器的操作方法2.1 准备工作生物反应器的操作需先做好准备工作。
包括清洗反应器和配件，制备适当的培养基、出气口等。
此外，还要仿制保证操作环境的洁净度，避免外界的干扰和微生物的污染。
2.2 下料对于悬浮式生物反应器，需要通过下料将培养基等物料加入反应器，形成生产过程中的培养环境。
此时需要注意下料的速度、流量和方法，以及下料口的位置和大小。
通过合理的下料操作可确保培养物质的分散及加入过程的平稳，避免对微生物产生不利影响。
2.3 搅拌操作搅拌操作是生物反应器中常用的操作方法。
通过合理的搅拌操作可使培养基中的营养物质和微生物充分混合，并避免其附着于反应器的内壁和底部。
污水处理中的生物膜反应器操作指南
污水处理中的生物膜反应器操作指南生物膜反应器是一种常见的污水处理设备，通过生物膜的形成和微生物附着在生物膜上的代谢活动，有效去除污水中的有机物和氮磷等污染物。
为了保证生物膜反应器的高效运行，以下是一份操作指南，以帮助您正确地操作和维护生物膜反应器。
1. 检查反应器的运行状态- 每天都应检查生物膜反应器的进水和出水水质，以确保反应器的正常运行。
- 注意察觉异常情况，如水质浑浊、气泡异常等，及时进行处理和修复。
2. 控制进水水质- 控制进水水质的稳定性和一致性，以避免对生物膜反应器造成负面影响。
- 监测进水水质的COD（化学需氧量）和氨氮含量，保持在合理的范围内。
3. 调节进水量和出水量- 根据设计要求和实际需要，合理调节进水量和出水量。
- 过高的进水量可能导致负荷过大，生物膜反应器无法正常运行；过低的进水量则可能导致生物膜干涸。
4. 维护好通气系统- 保证反应器内的通气系统正常运行，以提供足够的氧气供给微生物生长。
- 定期清洗和维护通气管道，确保畅通无阻。
5. 定期清洗和维护生物膜- 根据反应器内生物膜的厚度和污染程度，定期进行清洗和维护。
- 清洗时使用适当的清洗剂，注意避免对微生物产生不利影响。
6. 控制反应器温度- 控制生物膜反应器内的温度，保持在适宜的范围内，以促进微生物的正常代谢活动。
- 根据季节和环境温度的变化，调节反应器的加热或降温设备。
7. 定期监测和维护设备- 定期检查和维护生物膜反应器的设备和管道，确保其正常运行。
- 修复或更换损坏的部件，避免影响反应器的整体性能。
8. 防止外界污染- 采取措施防止外界污染物进入生物膜反应器，避免对反应器内的微生物造成伤害。
- 建立有效的保护措施，如安装滤网或粗滤器等，阻止固体颗粒和杂质进入反应器。
9. 做好记录和数据分析- 定期记录生物膜反应器的运行参数和水质数据，进行数据分析和绩效评估。
- 根据分析结果进行相应的调整和改进，以提高反应器的处理效率和稳定性。
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教学基本内容：讲授微生物反应器的操作方式，包括分批式操作、连续式操作、流加式操作。
连续式操作的定义、数学模型，连续稳态操作条件，连续操作的优缺点，在生产上和科研中的应用；流加式操作的定义、数学模型，定流量流加、指数流加的概念，流加式操作的控制优化问题。
分批式操作下微生物生长曲线。
5.1 微生物反应器操作基础5.2连续式操作5.3 流加式操作5.4 分批式操作授课重点：1. 三种基本操作方式的比较。
2. 单级连续式操作的数学模型，连续稳态操作条件，冲出现象。
3. 连续操作的优缺点及在生产上和科研领域的应用。
4 流加式操作的数学模型，指数流加和定流量流加的概念。
5. 流加操作的控制与优化。
6. 分批式操作下微生物的生长曲线。
难点：1. 连续式操作的数学模型。
2. 多级连续培养的数学模型。
3. 流加式操作的数学模型。
本章主要教学要求：1. 理解微生物反应器操作方式的概念。
注意连续式操作、流加式操作和分批式操作的区别。
2. 理解和掌握连续式操作的数学模型及连续稳态操作条件。
3. 理解指数流加和定流量流加的区别。
4. 了解连续式操作的优缺点和应用。
5. 了解流加式操作的优化和控制。
5.1微生物反应器操作基础5.1.1 微生物反应器操作方式分批式操作：是指基质一次性加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反应完成后将全部反应物料取出的操作方式。
连续式操作：是指分批操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内，另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反应条件不随时间变化的操作方式。
流加式操作：是指先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入到反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取出反应物料的操作方式。
VVV图5－3连续式操作5.1.2 不同操作方式的特点在分批式操作中，反应液中基质浓度S 随反应进行不断降低，菌体浓度X 、产物浓度P 则不断升高，因此是一个动态变化过程。
当微生物反应存在底物抑制时，初期底物浓度高不利于反应。
后期底物浓度过低，则反应速度很低。
在流加式操作中，基质浓度控制在一定水平，避免了底物抑制问题。
流加过程中反应液体积是变化的。
流加式操作可达到拟稳态。
在连续式操作中，反应液体积V 、底物浓度S 、菌体浓度X 、产物浓度P 保持恒定，连绵式操作是一个稳态过程。
5.1.3 不同操作方式的优缺点 见教材73页表5-1。
5.2连续式操作连续式操作有两大类型，即CSTR 型和CPFR 型，CPFR 型多用于酶促反应过程，微生物反应的连续式操作多采用CSTR 型。
根据达成稳定状态的方法不同，CSTR 型连续操作，大致可分为以下3种： 恒化器法：指连续培养过程中，基质流加速度恒定，以调节微生物细胞的生长速率与恒定流量相适应的方法。
恒浊器法：指预先规定细胞浓度，通过基质流量控制，以适应细胞的既定浓度的方法。
营养物恒定法：指通过流加一定成分，使培养基中的营养成分恒定的方法。
5.2.1 恒化器法单级连续操作 5.2.1.1 数学模型图5－4所示的单级CSTR 培养系统中，流入液中仅一种成分为微生物生长的限制性因子，其他成分在不发生抑制的条件下充分存在。
图5－4 单级CSTR 培养系统菌体的物料衡算式：变化量 = 流入量+生长量 流出量即：FV X V dtdXV-μ= （5－1） 限制性基质的物料衡算式：变化量=流入量-流出量－消耗量即X V S FS dtdSVout in γ--= （5－2） 产物的物料衡算式：变化量=流入量＋生成量-流出量即：FP X V dtdPV-π= （5－3） （5－1）式～（5－3）式两边同除以V ，则X D dt dX)(-=μ （5－4） X S S D dt dSout in γ--=)( （5－5） DP X dtdP-π= （5－6） 式中 D 为稀释率，VFD =稳定状态下，0===dtdPdt dS dt dX ，因此D=μ （5－7） )(/out in S X S S Y X -= （5－8）)(/out in S P S S Y P -= （5－9）若微生物生长符合莫诺模型，则DDK S S out -=max μ （5－10）（5－7）式～（5－10）式为恒化器法单级连续培养的数学模型。
稀释率D 是一个重要的操作参数。
根据上述方程可知当D 确定时，μ、S 、X 、P 即可唯一确定。
D=F/V ，因此，当反应液体积一定时，可通过控制流量F 来控制μ、S 、X 、P ，这正是恒化器法又被称为外部控制方法的缘故。
5.2.1.2连续稳态操作条件：D 的取值是有限制的，即应有inS incrit S K S D D +=<max μ，式中，crit D 为临界稀释率。
微生物反应一般是在S in K S >>条件下进行的，所以max μ≈crit D当D >crit D 时，根据（5－4）式可知，反应器中菌体终将全部被冲出(wash-out)，称为冲出现象。
5.2.1.3菌体产率、产物产率菌体产率⎪⎪⎭⎫⎝⎛--==D D K S D Y DX P S in S X X max /μ （5－11）产物产率⎪⎪⎭⎫⎝⎛--==D D K S D Y DP P S in S P P max /μ （5－12） 获得最大菌体产率（或最大产物产率）时的稀释率为⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=inS SS K K D 1max maxμ （5－13） 此时，最大菌体产率为()2/m a x m a x m a x m a x /m a x m a x )(SS in S X S in S X K K S Y D D K S Y D DX -+μ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-μ-= （5－14）最高产物产率为()2/m ax m ax m ax m ax/m ax m ax )(SS in S P S in S P K K S Y D D K S Y D DP -+μ=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-μ-= （5－15）当in S S K <<时，in S X S Y DX /max max )μ=（，in S P S Y DP /m ax m ax )μ=（ （5－16）例1：以葡萄糖为限制性底物，连续培养大肠杆菌，在此培养条件下，测得实验数据如下，比较理论与实验的结果。
已知μm =1.08h -1，K S =0.102g/L ，Y X/S =0.505g/g 。
单级恒化器连续培养大肠杆菌 S 0=0.968g/L稀释率D(h -1)葡萄糖S(mg/L)菌体浓度X(mg/L)菌体产率DX(mg/L.h)0.06 6 427 26 0.12 13 434 52 0.24 33 417 100 0.31 40 438 136 0.43 64 422 181 0.53 102 427 226 0.60 122 424 254 0.66 153 422 279 0.69 170 430 297 0.71 221 390 277 0.73210352257解：根据实验数据计算菌体产率DX ，列入上表。
根据理论公式计算不同稀释率下的葡萄糖浓度S 、菌体浓度X 和菌体产率DX ，列入下表。
DDK S m S -=μ，)(0/S S Y X S X -=，单级恒化器连续培养大肠杆菌 S 0=0.968g/L稀释率D(h -1)葡萄糖S(mg/L)菌体浓度X(mg/L)菌体产率DX(mg/L.h)0.06 6 486 29 0.12 13 482 58 0.24 29 474 114 0.31 41 468 145 0.43 67 455 196 0.53 98 439 233 0.60 127 425 255 0.66 160 408 269 0.69 180 398 275 0.71 196 390 277 0.73213381278分别以实验数据和理论数据绘制S~D 、X~D 及DX~D 曲线。
实验曲线用实线表示，理论曲线用虚线表示。
观察理论曲线与实验曲线的拟合情况，可以发现，两组曲线基本吻合，在稀释率较小时X~D 理论曲线与实验曲线存在较大偏差。
例2葡萄糖为限制性基质进行呼吸缺陷型酵母突变株的单级连续培养（恒化器法）。
请给出存在乙醇抑制和无抑制两种情况下稀释率D 与菌体浓度X 、基质浓度S 与产物浓度P 的关系。
已知原料中不含产物乙醇（P in ＝0），基质浓度S in =10g/L 。
存在乙醇抑制的生50100150200250300350400450500D(h-1)X (m g /L ), D X (m g /L .h )1002003004005006007008009001000S (m g /L )长动力学模型可采用PK K S K S P PS ++μ=μmax解：存在乙醇抑制时，PK K S K S P Pout S out ++μ=μmax连续培养稳态下，μ=D DPK K DK S P PS out -+μ=m ax⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+μ-=-=D P K K D K S Y S S Y X P PSin S X out in S X m ax //)( ⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+μ-=-=D P K K D K S Y S S Y P P PS in S P out in S P max //)( 无乙醇抑制时，outS outS K S +μ=μmax连续培养稳态下，μ=D DDK S S out -μ=max)(max /DDK S Y X S in S X -μ-=)(max /DDK S Y P S in S P -μ-=例3判断题1) 单罐连续培养稳态下，稀释率与生长比速的关系： D>μ (⨯ ) D=μ (√ ) D<μ (⨯ ) D=μ=0 (⨯ )3) 单罐连续培养稳态下，在洗出稀释率下，可达到最大的菌体产率。
(⨯) 4) 单罐连续培养稳态下，在D max 的细胞浓度不是最大细胞浓度。
(√) 5) 单罐连续培养稳态下，细胞浓度越高，菌体产率越大。
(⨯) 6) 单罐连续培养稳态下，在洗出稀释率下罐内底物浓度等于零。
(⨯) 7) 单罐连续培养稳态下，细胞浓度越高，罐内底物浓度越低。
(√)例4（教材例4－7）求青霉素连续发酵的稳定状态下最大菌体生成速度(DX )max 及此时的稀释率D max ，菌体浓度X 和基质浓度S out 。
已知S in =30g/L ，Y X/S ＝0.45，菌体生长可用Monod 方程表达，μmax =0.18h -1，K S ＝1.0g /L 。
解：菌体生长符合Monod 模型，连续培养稳态下达到最大菌体生成速度的稀释率)(15.0300.10.1118.011m ax m ax-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-μ=h S K K D in S S)/(515.018.015.00.1max max max L g D D K S S out =-⨯=-μ=)/(25.11)530(45.0)(/L g S S Y X out in S X =-⨯=-= )]/([69.125.1115.0)(m ax m ax m ax h L g X D DX ⋅=⨯==5.2.2 具有反馈的单级连续培养有时为了增加反应器内的菌体浓度，或者在某种条件下提高发酵产物的产率，对单级连续培养可以采取将反应器排出液中的部分菌体重新返回反应器中。