第七章生物反应器细胞培养
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动植物细胞培养
CO2的含量水平对细胞的生长 同样相当重要
研究发现,植物细胞能非光合地固定一定浓度 的CO2,如在空气中混以2%～4%的CO2能够 消除高通气量对长春花细胞生长和次级代谢物 产率的影响.因此,对植物细胞培养来说,在 要求培养液充分混合的同时,CO2和氧气的浓 度只有达到某一平衡时,才会很好地生长,所 以植物细胞培养有时需要通入一定量的CO2气 体.
填充床/流化床反应器
填充床反应器
流化床反应器
膜反应器
三,影响细胞培养因素
细胞种质影响 外界因素影响 光照影响 光对黄酮化合物形成的影响,培养物在光照特别 是紫外光下黄酮及黄酮类醇糖苷积累的所有酶活性均 增加.通常光照采用荧光灯,或者荧光灯和白炽灯混 合,其光强度是300～10000lx(6～100m/m2s)可以 连续光照,也可以每天光照12～18h. pH 培养基成分的影响:
第二节 动物细胞培养技术
动物细胞培养开始于本世纪初,到1962年规模 开始扩大,发展至今已成为生物,医学研究和 应用中广泛采用的技术方法,利用动物细胞培 养生产具有重要医用价值的酶,生长因子,疫 苗和单抗等,已成为医药生物高技术产业的重 要部分.大规模动物细胞培养在生物技术产业 化进程中显示出强大的潜力. 利用动物细胞培养技术生产的生物制品已占世 界生物高技术产品市场份额的50%.
已有商品市售无血清培养基主要有下述3 类: ①基本合成培养基; ②基本合成培养基加生长因子; ③基本合成培养基加组织抽提物.
合成培养基的种类虽多,但一般都含有氨 基酸,维生素,碳水化合物,无机盐和 一些其它辅助性成分. 在细胞培养中,大多数细胞需要谷氨酰胺 作为能源和碳源 复杂培养基都含有核苷,柠檬酸循环中间 体,丙酮酸,脂类,氧化还原剂如抗坏 血酸,谷胱甘肽等及其他各种化合物.
细胞培养用生物反应器
细胞培养用生物反应器细胞培养用生物反应器2010年12月22日1、发展大规模细胞培养及其生物反应器借助于细胞培养进行各种产品生产已是我国生物技术产业化的重要组成部分，涉及医药、化工、轻工、食品、农业、海洋、环保等行业。
培养的细胞不仅只是微生物，用于生物技术产品生产的动物细胞、植物细胞和藻类细胞大规模培养已引起了大家重视，显露出令人鼓舞的前景。
而且随着生物技术的发展，在人类今后发现的一切具有生物活性的物质都可以借助于细胞培养方法得到。
它们可以是细胞代谢产物、生物转化、酶或某基因表达产物。
此外，随着人类社会经济发展，如果没有基于科技进步的大力开发，能源和资源将难以支撑人类社会进一步发展的目标，人类社会的发展必须将基于碳氢化合物的经济转变为基于碳水化合物的经济。
这种能源结构和资源结构的转变将直接关系到我国经济的可持续发展，社会的稳定、和国家安全。
解决上述问题的最有效方法就是发展工业微生物，只有工业微生物才能将来源于太阳能的可再生资源碳水化合物转变为现代社会所需要的化工原料和能源。
显而易见，要进行这些产品的生产，无不涉及到细胞代谢与大规模培养研究。
为了提高生产水平，除了获得高生产能力的细胞株外，生物反应器是重要的核心技术，必需提供有利于生物过程研究的装置技术和高效节能的生产装置。
但是在生物技术产业化平台中，细胞大规模培养技术等中下游技术是我国最薄弱的技术环节之一，以我国生物医药等领域产业化来说，与先进国家的差距是全面的。
滞后的一个重要原因之一就是缺乏相配套工艺的工业化放大技术研究和相应的装备技术支撑。
例如以哺乳类细胞培养技术来看，西方国家基因工程抗体的开发已经进入大规模细胞反应阶段，细胞工程研究规模已经达到1000L以上，基因工程抗体的生产反应系统最大规模达到20000L以上。
相形之下，我国多数药物开发单位的细胞反应规模仍停留在2-30L规模，100L 的培养技术还不稳定，长期以来都是照抄照搬国外的技术和进口国外设备。
第七章-生化反应器
微生物反应器
动植物细胞反应器
第七章 生化反应器
反应器的特点与设计原则
生化反应( 生化反应(器)的特点
在接近中性的pH、 在接近中性的pH、较低的温度及近似细胞生理条件下进行 pH 使反应过程控制最优化， 使反应过程控制最优化，以达到最佳酶反应状态 维持最佳发酵状态， 维持最佳发酵状态，使细胞保持良好生长状态 可以定向的产生一些用一般化学方法难以甚至无法得到的 产品 极大多数生化反应皆在水相中进行
河南
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 动物细胞培养生物反应器
设计必须考虑如下要求 安全因素：具备严密的防污染性能， 安全因素：具备严密的防污染性能，还应有防止反应器中 有害物质或生物体散播到环境的功能。 有害物质或生物体散播到环境的功能。 操作因素：便于操作和维护。 操作因素：便于操作和维护。
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 生化反应( 生化反应(器)的种类 机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器-发酵罐的部分部件
消泡器 消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、 消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、梳 状式及孔板式。 状式及孔板式。
甘肃
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 生化反应( 生化反应(器)的种类 机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器-发酵罐的部分部件
• 1、搅拌罐式反应器：
• (1)分批搅拌罐式反应器 • 优点是：装置较简单，造价较低，传质阻力很小，反应能 很迅速达到稳态。 • 缺点是：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，易失去 活性，故在工业生产中，间歇式酶反应器很少用于固定化 酶，但常用于游离酶。
第七章 生化反应器
• 反应器的种类及选择与操作 • 酶反应器
第七章 生物反应器的检测及控制
类似地，搅拌功率也与上述的搅拌转速相关连的因素有密切 关系，同时是机械搅拌通气发酵罐的比拟放大基准。因而直 接测定或计算求出搅拌功率也十分重要。
9.冷却介质流量与温度
生物发酵过程均有生物合成热产生，对机械搅拌发酵罐 还有搅拌热，为保持反应器系统的温度在工艺规定的范 围内，必须用水等冷却介质通过热交换器把发酵热带走。 要维持工艺要求的发酵温度，对应不同的发酵时期有不 同的发酵热以及冷却介质的温度，需相应改变其流量。 故必须测定冷却介质的进出口温度与流量，据此也可间 接推定发酵罐中的生物反应是否正常进行。
生物细胞本身的状态； (5)反应系统中需控制的主要参变量是什么?这些需控制
的参变量与生物反应效能如何相关对应?
第一节 生化过程主要检测的参变量
在发酵工厂中，生物反应有关的过程可分成培养基灭菌、 生物反应以及产物分离纯化过程。对生物反应器系统， 为了掌握其中生化反应的状态参数及操作特性以便 进行控制，需检测系 列的参数，如表7-1 所示。
对一定的发酵反应器，搅拌转速对发酵液的混合状态、溶氧 速率、物质传递等有重要影响，同时影响生物细胞的生长、 产物的生成、搅拌功率消耗等。对某一确定的发酵反应器， 当通气量一定时，搅拌转速升高，其溶氧速率增大，消耗的 搅拌功率也越大。在完全湍流的条件下，搅拌功率与搅拌转 速的三次方成正比，即，其中N为搅拌转速。此外，某些生 物细胞如动植物细胞、丝状菌等，对搅拌剪切敏感，故搅拌 转速和搅拌叶尖线速度有其临界上限范围。故此，测量和控 制搅拌转速具有重要意义。
4.泡沫高度 液体生物发酵，不管是通气还是厌气发酵均有不同程度
的泡沫产生。发酵液泡沫产生的原因是多方面的，最主 要的是培养基中所固有的或是发酵过程中生成的蛋白质、 菌体、糖浆以及其他稳定泡沫的表面活性物质，加上通 气发酵过程大量的空气泡以及厌气发酵过程中生成的 CO2气泡，都会导致生物发酵液面上生成不同程度的泡 沫层。如控制不好，就会大大降低发酵反应器的有效反 应空间，即装料系数低，增加感染杂菌的机会，严重时 泡沫会从排气口溢出而造成跑料，这导致产物收率下降。 不同的生物反应其泡沫产生情况变化很大，有些生物发 酵过程的泡沫不易控制。
9.冷却介质流量与温度
生物发酵过程均有生物合成热产生，对机械搅拌发酵罐 还有搅拌热，为保持反应器系统的温度在工艺规定的范 围内，必须用水等冷却介质通过热交换器把发酵热带走。 要维持工艺要求的发酵温度，对应不同的发酵时期有不 同的发酵热以及冷却介质的温度，需相应改变其流量。 故必须测定冷却介质的进出口温度与流量，据此也可间 接推定发酵罐中的生物反应是否正常进行。
生物细胞本身的状态； (5)反应系统中需控制的主要参变量是什么?这些需控制
的参变量与生物反应效能如何相关对应?
第一节 生化过程主要检测的参变量
在发酵工厂中，生物反应有关的过程可分成培养基灭菌、 生物反应以及产物分离纯化过程。对生物反应器系统， 为了掌握其中生化反应的状态参数及操作特性以便 进行控制，需检测系 列的参数，如表7-1 所示。
对一定的发酵反应器，搅拌转速对发酵液的混合状态、溶氧 速率、物质传递等有重要影响，同时影响生物细胞的生长、 产物的生成、搅拌功率消耗等。对某一确定的发酵反应器， 当通气量一定时，搅拌转速升高，其溶氧速率增大，消耗的 搅拌功率也越大。在完全湍流的条件下，搅拌功率与搅拌转 速的三次方成正比，即，其中N为搅拌转速。此外，某些生 物细胞如动植物细胞、丝状菌等，对搅拌剪切敏感，故搅拌 转速和搅拌叶尖线速度有其临界上限范围。故此，测量和控 制搅拌转速具有重要意义。
4.泡沫高度 液体生物发酵，不管是通气还是厌气发酵均有不同程度
的泡沫产生。发酵液泡沫产生的原因是多方面的，最主 要的是培养基中所固有的或是发酵过程中生成的蛋白质、 菌体、糖浆以及其他稳定泡沫的表面活性物质，加上通 气发酵过程大量的空气泡以及厌气发酵过程中生成的 CO2气泡，都会导致生物发酵液面上生成不同程度的泡 沫层。如控制不好，就会大大降低发酵反应器的有效反 应空间，即装料系数低，增加感染杂菌的机会，严重时 泡沫会从排气口溢出而造成跑料，这导致产物收率下降。 不同的生物反应其泡沫产生情况变化很大，有些生物发 酵过程的泡沫不易控制。
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。
07第七章 细胞工程制药
二、 工 业 微 生 物 营 养 源
三、工业微生物培养基的配制
1、工业培养基的一般要求 （1）单位重量培养基的产物或菌体生成产量应尽可能高。 （2）菌体或产物浓度应尽可能大。 （3）不引起不良反应。 （4）质量稳定、易于获得。 （5）发酵过程易于通气、搅拌，产品易于回收、三废少。 2、培养基配制原则 （1）营养成份配比应适当，尤其是C/N比例应附合要求。C/N比过小，菌体 生长过快，菌体容易衰老。C/N比过大，菌体生长缓慢。 （2）渗透压应适合。 （3）PH值应适合，常用磷酸缓冲液来维持PH值。 （4）氧化还原电位应附合要求，常在培养基中加入巯基乙酸钠、Na2S、 Na2S2O3、抗坏血酸来稳定电位值。
（3）原生质融合子的鉴别和检出
• 如果二亲本分别为营养缺陷型A+B-、A-B+，那么经过融合后的 重组体则可能为A+B+、A-B-， • 如果二亲本分别为抗药性菌株SrTs、SsTr，那么经过融合后的重 组体则可能为SsTs、SrTr，
• 重组子检出方法分为二种： [A]、直接检出法------将融合后的混合原生质体培养在高渗再生培养 基平板之中，不加二亲本生长所需要的营养物、这样就能够直接 选择出原营养型杂种菌株。或者同时补充二种抗性药物，就可以 选择出具有双重抗药性的杂种菌株。 [B]、间接检出法------先把融合液涂布于高渗再生培养基平板之中， 使亲本和重组子都能够生长，然后再影印复制到选择性培养剂之 中，凡是能够生长者即为经过融合的杂种菌株。
4、原生质体融合实例--细菌原生质体融合 （1）供融合用亲本菌株 （2）直接亲本标记的获得 （3）原生质体制备 （4）原生质体再生成细菌菌落 （5）原生质体融合子的检出 （6）融合子的继代培养以及验证 （7）融合结果
细胞工程-7.转基因动物与生物反应器
从分子水平和乳腺分泌物两个方面进行鉴定。
整理：灵魂的心碎 更多内容请联系 linghundexinsui@
■ 目的基因的选择
选择目的基因的基本要求是，正常情况下浓度低、翻译后修饰复杂、其它表达体系难以表达或表达量低、应用前景广阔的蛋白基因。
■ 体外重组
选择好目的基因和启动子调控元件后进行体外重组，构建融合基因。
■ 基因转导
将构建好的重组基因用基因转导方法转移到受精卵。
■ 胚胎移植
利用胚胎移植技术将制备的转基因受精卵植入待孕母体子宫内，生产转基因动物，得到转基因乳腺表达个体。通过采集转基因动物的乳汁，来获得目的基因表达产物。
━转基因技术:通过人工方式将外源基因整合到生物体基因组内，并使该转基因生物能够稳定地将此基因遗传给后代的技术。
━转基因动物:在基因组内稳定地整合外源基因，并且可以稳定地遗传给后代的基因工程动物。
━转基因动物细胞反应器制备流程
■ 外源目的基因的制备
■ 外源目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞
■ 选择获得携有目的基因的细胞
■ 选择合适的体外培养系统和宿主动物
■ 转基因细胞胚
■ 胎发育及鉴定
■ 筛选所得的转基因动物品系。
━生物反应器的类型
■ 动物血液生物反应器
■ 动物乳腺生物反应器
■ 动物膀胱生物反应器
动物乳腺生物反应器的制备
■ 表达载体的构建
目前用于表达载体的启动子调控元件选用动物乳蛋白基因启动子元件，主要有四类乳腺定位表达调控元件。
生物反应器-生物反应工程课件-07-共8讲
人事费用高 流速受冲出限制 空压机出口压力 要高 可采用鼓风机 需转子高速旋转 人事费用高 无需通风设备 剪切应力小 需光源
主要应用领域
大多数工业生产 污水处理、SCP生产等 有机酸,如柠檬酸生产等 面包酵母等生产 乙酸、酵母等生产 麸曲、酶制剂和麦芽生产等 酒精、啤酒等生产 杂交瘤单克隆抗体、烟草细胞 培养等 微藻等生产
酶反应器的选择
游离酶反应器的选择，完全可以采用表（7-2） 一般生物反应器的选择要求来进行。 对于固定化酶反应器的选择，除同样根据使用 的目的、反应形式、底物浓度、反应速率、物质传 递速率和反应器制造和运转的成本及难易等因素进 行选择外，还应考虑固定化酶的的形状(颗粒、纤 维、膜等)、大小、机械强度、比重和再生或更新 的难易；操作上的要求，如pH的控制、供氧和防止 杂菌污染等；反应动力学形式和物质传递特性、内 外扩散的影响；底物的性质；催化剂（固定化酶） 的表面／反应器体积的比值等。
实际生物反应过程中的热量计 算，可采用如下方法：
１、通过反应中冷却水带走的热量进行计算。 根据经验，每m3发酵液每小时传给冷却器最大 的热量为： 青霉素发酵约为25000kJ/(m3h); 链霉素发酵约为19000kJ/(m3h); 四环素发酵约为20000kJ/(m3h); 肌苷发酵约为18000kJ/(m3h); 谷氨酸发酵约为31000kJ/(m3h)。
7.2.2 理想的酶反应器
一、CPFR型酶反应器 也称为活塞流式反应器或平推流式反应器。 CPFR具备以下特点：在正常的连续稳态操作 情况下，在反应器的各个截面上，物料浓度不随 时间而变化；反应器内轴向各处的浓度彼此不相 等，反应速率随空间位置而变化；由于径向有严 格均匀的速度分布，即径向不存在浓度分布，故 反应速率随空间位置的变化只限于轴向。
主要应用领域
大多数工业生产 污水处理、SCP生产等 有机酸,如柠檬酸生产等 面包酵母等生产 乙酸、酵母等生产 麸曲、酶制剂和麦芽生产等 酒精、啤酒等生产 杂交瘤单克隆抗体、烟草细胞 培养等 微藻等生产
酶反应器的选择
游离酶反应器的选择，完全可以采用表（7-2） 一般生物反应器的选择要求来进行。 对于固定化酶反应器的选择，除同样根据使用 的目的、反应形式、底物浓度、反应速率、物质传 递速率和反应器制造和运转的成本及难易等因素进 行选择外，还应考虑固定化酶的的形状(颗粒、纤 维、膜等)、大小、机械强度、比重和再生或更新 的难易；操作上的要求，如pH的控制、供氧和防止 杂菌污染等；反应动力学形式和物质传递特性、内 外扩散的影响；底物的性质；催化剂（固定化酶） 的表面／反应器体积的比值等。
实际生物反应过程中的热量计 算，可采用如下方法：
１、通过反应中冷却水带走的热量进行计算。 根据经验，每m3发酵液每小时传给冷却器最大 的热量为： 青霉素发酵约为25000kJ/(m3h); 链霉素发酵约为19000kJ/(m3h); 四环素发酵约为20000kJ/(m3h); 肌苷发酵约为18000kJ/(m3h); 谷氨酸发酵约为31000kJ/(m3h)。
7.2.2 理想的酶反应器
一、CPFR型酶反应器 也称为活塞流式反应器或平推流式反应器。 CPFR具备以下特点：在正常的连续稳态操作 情况下，在反应器的各个截面上，物料浓度不随 时间而变化；反应器内轴向各处的浓度彼此不相 等，反应速率随空间位置而变化；由于径向有严 格均匀的速度分布，即径向不存在浓度分布，故 反应速率随空间位置的变化只限于轴向。
第7章生物反应器及其工程放大
如需
工业重要特性 主要应用领域
人事费用高 流速受冲出限制 空压机出口压力 要高 可采用鼓风机 需转子高速旋转 人事费用高 无需通风设备 剪切应力小
需光源
大多数工业生产 污水处理、SCP生产等 有机酸,如柠檬酸生产等
面包酵母等生产 乙酸、酵母等生产 麸曲、酶制剂和麦芽生产等 酒精、啤酒等生产 杂交瘤单克隆抗体、烟草细胞 培养等 微藻等生产
7-1 生物反应器设计基础
1 生物反应器的特点与生物学基础
内容提纲
4
2 生物反应器的分类和结构特点 3 生物反应器中的混合
ห้องสมุดไป่ตู้生物反应器传热
7-1 生物反应器设计基础
生物反应器定义:
生物反应器（Bioreactor）是指任何提供生物活性环境的 制造或工程设备，是有效利用生物反应机能的系统或场所。
生物工业中使用的生物反应器有多种型式，即使在同一行 业中也可能采用不同型式的生物反应器。
基因、细胞代谢和反应器工程水平上多尺度的系统反应，虽 然，不同尺寸的反应器可能只是大小的不同，但是引起的细 胞内的生物反应的种类和速度可能大不相同，因此，达到上 述目的存在一定的挑战。
7-1-1 生物反应器设计特点与生物学基础
4）生物反应器选型与设计的要点 （1）选择适宜的生物催化剂。
7-1-1 生物反应器设计特点与生物学基础
表1 生物反应器的操作特性
反应器类型 pH 温度
控制 控制
批式(通用罐) 如需 如需 连续搅拌罐式 如需 如需 气升式反应器 如需 如需
鼓泡式反应器 自吸式反应器 通风制曲设备 嫌气反应器
动植物细胞用 反应器 光合反应器
如需 如需 难控 如需 如需
如需
如需 如需 如需 如需 如需
工业重要特性 主要应用领域
人事费用高 流速受冲出限制 空压机出口压力 要高 可采用鼓风机 需转子高速旋转 人事费用高 无需通风设备 剪切应力小
需光源
大多数工业生产 污水处理、SCP生产等 有机酸,如柠檬酸生产等
面包酵母等生产 乙酸、酵母等生产 麸曲、酶制剂和麦芽生产等 酒精、啤酒等生产 杂交瘤单克隆抗体、烟草细胞 培养等 微藻等生产
7-1 生物反应器设计基础
1 生物反应器的特点与生物学基础
内容提纲
4
2 生物反应器的分类和结构特点 3 生物反应器中的混合
ห้องสมุดไป่ตู้生物反应器传热
7-1 生物反应器设计基础
生物反应器定义:
生物反应器（Bioreactor）是指任何提供生物活性环境的 制造或工程设备，是有效利用生物反应机能的系统或场所。
生物工业中使用的生物反应器有多种型式，即使在同一行 业中也可能采用不同型式的生物反应器。
基因、细胞代谢和反应器工程水平上多尺度的系统反应，虽 然，不同尺寸的反应器可能只是大小的不同，但是引起的细 胞内的生物反应的种类和速度可能大不相同，因此，达到上 述目的存在一定的挑战。
7-1-1 生物反应器设计特点与生物学基础
4）生物反应器选型与设计的要点 （1）选择适宜的生物催化剂。
7-1-1 生物反应器设计特点与生物学基础
表1 生物反应器的操作特性
反应器类型 pH 温度
控制 控制
批式(通用罐) 如需 如需 连续搅拌罐式 如需 如需 气升式反应器 如需 如需
鼓泡式反应器 自吸式反应器 通风制曲设备 嫌气反应器
动植物细胞用 反应器 光合反应器
如需 如需 难控 如需 如需
如需
如需 如需 如需 如需 如需
植物细胞培养的生物反应器
植物细胞培养的生物反应器
• 1、机械搅拌式生物反应器 • 2、鼓泡塔生物反应器 • 3、气升式生物反应器 • 4、转鼓式生物反应器 • 5、固定化细胞生物反应器 • 6、各种生物反应器性能比较
• 植物细胞的发酵培养借鉴了微生物发酵的经验， 但植物细胞和微生物相比存在着很多差异：植物 细胞的直径为10m-100m，比细菌和真菌细 胞大10-100倍；植物细胞的纤维素壁具有较差 的抗剪切能力；植物细胞的呼吸率低，对氧的需 求也低。此外，植物细胞培养生物反应器的设计 与各类植物细胞的不同生理特征和代谢方式有关， 同时也与培养方式相联系。
• 反应器的选择取决于生产细胞的密度、通气量以 及所提供的营养成分的分散程度。
• 根据通气和搅拌系统的类型可将生物反应器分为 以下几类： ①摇瓶 ②搅拌型生物反应器 ③环流生物反应器和鼓泡塔生物反应器
• 提高植物细胞生产率需要： （1）增加细胞浓度 （2）高活力细胞 （3）适度剪切和混合
1、机械搅拌式生物反应器
4、转鼓式生物反应器
优点：转动促进氧及营养物的混合。 设置挡板有助于提高氧传递。
缺点：难以大规模操作，放大困难。
5、固定化细胞生物反应器
优点：①保护细胞免受剪切。 ②固定化细胞可重复使用。 ③易于高密度培养。 ④细胞间接触良好。 ⑤减少遗传不稳定性。 ⑥易于连续化操作。
先决条件：使细胞代谢产物分泌到胞外。
植物细胞反应器的选择
• 综合考虑因素： （1）供氧能力及气泡分散程度。 （2）剪切力的影响。 （3）高密度培养液的混合程度。 （4）温度、pH及营养物浓度的控制能力。 （5）细胞团大小的控制能力。 （6）易于放大。
• 优点：反应器中温度、pH、溶氧及营养物浓度易 控制。
缺点：剪切力损伤细胞。
• 1、机械搅拌式生物反应器 • 2、鼓泡塔生物反应器 • 3、气升式生物反应器 • 4、转鼓式生物反应器 • 5、固定化细胞生物反应器 • 6、各种生物反应器性能比较
• 植物细胞的发酵培养借鉴了微生物发酵的经验， 但植物细胞和微生物相比存在着很多差异：植物 细胞的直径为10m-100m，比细菌和真菌细 胞大10-100倍；植物细胞的纤维素壁具有较差 的抗剪切能力；植物细胞的呼吸率低，对氧的需 求也低。此外，植物细胞培养生物反应器的设计 与各类植物细胞的不同生理特征和代谢方式有关， 同时也与培养方式相联系。
• 反应器的选择取决于生产细胞的密度、通气量以 及所提供的营养成分的分散程度。
• 根据通气和搅拌系统的类型可将生物反应器分为 以下几类： ①摇瓶 ②搅拌型生物反应器 ③环流生物反应器和鼓泡塔生物反应器
• 提高植物细胞生产率需要： （1）增加细胞浓度 （2）高活力细胞 （3）适度剪切和混合
1、机械搅拌式生物反应器
4、转鼓式生物反应器
优点：转动促进氧及营养物的混合。 设置挡板有助于提高氧传递。
缺点：难以大规模操作，放大困难。
5、固定化细胞生物反应器
优点：①保护细胞免受剪切。 ②固定化细胞可重复使用。 ③易于高密度培养。 ④细胞间接触良好。 ⑤减少遗传不稳定性。 ⑥易于连续化操作。
先决条件：使细胞代谢产物分泌到胞外。
植物细胞反应器的选择
• 综合考虑因素： （1）供氧能力及气泡分散程度。 （2）剪切力的影响。 （3）高密度培养液的混合程度。 （4）温度、pH及营养物浓度的控制能力。 （5）细胞团大小的控制能力。 （6）易于放大。
• 优点：反应器中温度、pH、溶氧及营养物浓度易 控制。
缺点：剪切力损伤细胞。
动物细胞培养用生物反应器及其力学环境
Ｍｅｈ ｎｃｌ ｄ ｃ ａ ｉａ ｌａ ｓ ｏ
１ 引
言
动物细胞体外培养技术自建立以来， 为研究细 胞的形态、 结构、 功能及其遗传学特征， 揭示细胞生
长、 增殖与分化等生命科学领域的基础间题发挥了 重要作用。 随着动物细胞体外培养技术的发展及相 关产业的要求， 特别是随着组织工程的发展与应用， 传统的实验室常规培养显然不能满足这一要求， 动 物细胞的工业 大规模培养已 被提上日 ７ 动物细 程Ｕ 胞体外培养技术能否生产人类所需的具有重要价值 的生物活性组织或物质并走向 商业化道路， 关键之 一便是能否设计出合适的生物反应器。 近年来有关生物组织／ 细胞应力一生长关系的 研究表明［ｓ从器官、 Ｐ７ －， 组织到细胞、 细胞器等各个
的生物制品。然而动物细胞无细胞壁 ， 其机械强度 低， 细胞生长缓慢， 营养要求高， 生长条件不易控制，
由气升式生物反应器和沉淀罐（ｅ ｌｇ ｋ 组 Ｓｔｉ ｔ ） ｔ ａ ｎ ｎ 成； 灌注培养中， 细胞悬浮液在进入沉淀罐之前经过 冷却， 能有效防止细胞营养成分及供氧不足等问题，
有利于动物细胞高密度培养。
（ ｂ ｅ ｒｏ Ｂｏ ｅ ａｉ（ ｉｅｎ ， ｕ二 ｎ ｅｉ ， ｎｄ ６０６，ｈ ａ Ｉ ｔｙ ｉ ｃ ｎａ Ｅｇｎ ｒ ｇ Ｓ ｈ。 Ｕ ｉ ｒｔ Ｃｅ ｕ １０５Ｃｉ ） ｏ ｏ ｆ ｍ ｈ ｃ ｎ ｅ ｉ ｒ ｉ ｃ ｖｓ ｙ ｈｇ ｎ
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１ 引
言
动物细胞体外培养技术自建立以来， 为研究细 胞的形态、 结构、 功能及其遗传学特征， 揭示细胞生
长、 增殖与分化等生命科学领域的基础间题发挥了 重要作用。 随着动物细胞体外培养技术的发展及相 关产业的要求， 特别是随着组织工程的发展与应用， 传统的实验室常规培养显然不能满足这一要求， 动 物细胞的工业 大规模培养已 被提上日 ７ 动物细 程Ｕ 胞体外培养技术能否生产人类所需的具有重要价值 的生物活性组织或物质并走向 商业化道路， 关键之 一便是能否设计出合适的生物反应器。 近年来有关生物组织／ 细胞应力一生长关系的 研究表明［ｓ从器官、 Ｐ７ －， 组织到细胞、 细胞器等各个
的生物制品。然而动物细胞无细胞壁 ， 其机械强度 低， 细胞生长缓慢， 营养要求高， 生长条件不易控制，
由气升式生物反应器和沉淀罐（ｅ ｌｇ ｋ 组 Ｓｔｉ ｔ ） ｔ ａ ｎ ｎ 成； 灌注培养中， 细胞悬浮液在进入沉淀罐之前经过 冷却， 能有效防止细胞营养成分及供氧不足等问题，
有利于动物细胞高密度培养。
（ ｂ ｅ ｒｏ Ｂｏ ｅ ａｉ（ ｉｅｎ ， ｕ二 ｎ ｅｉ ， ｎｄ ６０６，ｈ ａ Ｉ ｔｙ ｉ ｃ ｎａ Ｅｇｎ ｒ ｇ Ｓ ｈ。 Ｕ ｉ ｒｔ Ｃｅ ｕ １０５Ｃｉ ） ｏ ｏ ｆ ｍ ｈ ｃ ｎ ｅ ｉ ｒ ｉ ｃ ｖｓ ｙ ｈｇ ｎ
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生物化工工艺学--第7章--生物反应器
十一 冷却装置 • 5M3以下发酵罐一般采用夹套冷却。大型发酵罐采用列管 冷却（四至八组）。带夹套的发酵罐罐体壁厚要按外压计 算。 • 夹套内设置螺旋片导板，来增加换热效果，同时对罐身起 加强作用。冷却列管极易腐蚀或磨损穿孔，最好用不锈钢 制造。
十二 发酵罐装料容积 • 发酵罐装料容积：在一般情况下，装料高度取罐圆柱 部分高度，但须根据具体情况而定。采用有效的机械 消泡装置，可以提高罐的装料量。
第二节 鼓泡反应器
鼓泡反应器是以气体为分散相、液体为连续相、涉及气液界面的反应器。 高径比较大的反应器常称为塔式反应器。 特 点：结构简单，易于操作，操作成本低，混合和传质传热性能好，因此广 泛应用于生物工程行业中，例如乙醇发酵、单细胞蛋白发酵、废水处理、 废气处理（例如用微生物处理气相中的苯）等。鼓泡反应器无传动部件，
• 通常通风管的空气流速取20米/秒。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。 • 通风量在0.02~0.5ml/sec时，气泡的直径与空气喷口直径的 1/3次方成正比。也就是说，喷口直径越小，气泡直径也越 小。因而氧的传质系数也越大。但是生产实际的通风量均超 过上述范围，因此气泡直径仅与通风量有关，而与喷口直径 无关。
原生流速与搅拌转速成正比，次生流速近似地与搅拌转速的平方成正比。因此， 当转速提高时，主要靠次生流加速流体的轴向混合，使传热传质速率提高。因 此，新型桨型的开发主要侧重于使轴向流速得到加强。
二、发酵罐的结构
• 罐体 ：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，对于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢制成，衬里 用的不锈钢板厚为2-3毫米。 • 为了满足工业要求，在一定压力下操作、空消或实消，罐为一个 受压容器，通常灭菌的压力为2.5公斤/厘米2（绝对压力）。
不锈钢细胞培养生物反应器培养流程
不锈钢细胞培养生物反应器培养流程一、前期准备。
咱们得先把不锈钢细胞培养生物反应器好好检查一下。
看看它有没有什么小损伤或者不干净的地方。
这就好比你要住酒店，肯定得先看看房间有没有毛病对吧。
把各个接口啊，管道啊都瞅瞅，确保它们都是好的。
还有那些阀门，要能正常开关呢。
然后就是准备细胞啦。
细胞就像小宝贝一样，得精心照顾。
从细胞库里面把咱们要用的细胞取出来，要小心再小心，可不能把它们弄伤咯。
在这之前，要把细胞生长需要的培养基也准备好。
培养基就像是细胞的食物和水，可不能少。
二、接种细胞。
等前面的都准备好了，就可以把细胞接种到生物反应器里面啦。
这就像把小种子种到地里一样。
要控制好接种的量哦，太多了细胞可能会挤得难受，太少了又长不起来。
轻轻地把细胞放进反应器里，就像送小朋友去新的游乐场玩耍。
三、环境设置。
接下来就是设置生物反应器的环境啦。
温度很重要哦，不同的细胞喜欢不同的温度。
就像有的人喜欢夏天，有的人喜欢冬天，细胞也有自己的温度喜好。
要把温度调节到细胞最舒服的状态。
还有搅拌速度，这个就像是给细胞做按摩。
搅拌得太快了，细胞可能会晕头转向，搅拌得太慢了，营养物质又不能均匀分布。
所以要找到那个刚刚好的速度，让细胞能愉快地吸收营养。
氧气供应也不能少。
细胞也需要呼吸新鲜的氧气呢。
要调整好氧气的输入量，让细胞能够畅快地呼吸，就像我们在新鲜空气中一样舒服。
四、培养过程中的监测。
在细胞培养的过程中，咱们可不能当甩手掌柜。
要时不时地去看看细胞长得怎么样了。
通过反应器上的监测设备，看看细胞的数量有没有增加呀，它们的状态好不好呀。
如果发现细胞有点不太对劲，比如说长得太慢或者颜色不太对，那就要赶紧找找原因。
这就像照顾生病的小宠物一样，要细心呵护。
五、收获细胞。
等细胞在生物反应器里长得差不多啦，就到了收获的时候啦。
这是最激动人心的时刻呢。
就像农民伯伯收获果实一样。
要小心地把细胞从反应器里取出来，可不能把它们弄破或者弄丢了。
收获后的细胞可以用于各种各样的研究或者生产啦。
第七章生物反应器细胞培养
目录
绪论 第一篇 生物质原料处理设备
第二篇 生物反应设备
第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备
第七章生物反应器细胞培养
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
➢（2）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。
第七章生物反应器细胞培养
1 动物细胞培养方法
➢ （3）固定化培养
第七章生物反应器细胞培养
第一节 植物细胞（组织）培养反应器
➢ 1 植物细胞（组织）培养 ➢ 2植物细胞培养反应器 ➢ 3植物组织培养反应器
第七章生物反应器细胞培养
• 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。
植物细胞培养反应器
✓ 非机械搅拌式反应器
植物细胞的培养比较多地采用各种非机械搅拌生物 反应器，其中常用的是气体搅拌生物反应器。气体 搅拌生物反应器没有活动的搅拌装置，在很大程度 上减少了剪切力，并能在长期操作中保持无菌。气 体搅拌生物反应器包括鼓泡塔和气升式反应器等。
Air-lift Bioreactor
绪论 第一篇 生物质原料处理设备
第二篇 生物反应设备
第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备
第七章生物反应器细胞培养
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
➢（2）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。
第七章生物反应器细胞培养
1 动物细胞培养方法
➢ （3）固定化培养
第七章生物反应器细胞培养
第一节 植物细胞（组织）培养反应器
➢ 1 植物细胞（组织）培养 ➢ 2植物细胞培养反应器 ➢ 3植物组织培养反应器
第七章生物反应器细胞培养
• 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。
植物细胞培养反应器
✓ 非机械搅拌式反应器
植物细胞的培养比较多地采用各种非机械搅拌生物 反应器，其中常用的是气体搅拌生物反应器。气体 搅拌生物反应器没有活动的搅拌装置，在很大程度 上减少了剪切力，并能在长期操作中保持无菌。气 体搅拌生物反应器包括鼓泡塔和气升式反应器等。
Air-lift Bioreactor
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Gottleib Habe第r七la章n生d物t反应器细胞培养
1植物细胞（组织）培养--- (1)植物原生质体培养
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。
2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。
第七章生物反应器细胞培养
第一节 植物细胞（组织）培养反应器
➢ 1 植物细胞（组织）培养 ➢ 2植物细胞培养反应器 ➢ 3植物组织培养反应器
第七章生物反应器细胞培养
• 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。
胞培养，具有什么优缺点？ 5、举例说明植物细胞培养的流程与应用 6、植物细胞培养工业化生产需解决的难题 7、有哪两种动物细胞培养方法？其特点？ 8、动物细胞培养可生产的生物制品？ 9、动物细胞培养生产生物制品工艺实例 10、动物细胞培养与植物细胞培养的特点有什么差异性 11 常用的动物生物反应器有哪些？ 12 常用的藻类生物反应器有哪些？
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第一节 植物细胞培养
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。
机械能 热能
核心技术？
第七章生物反应器细胞培养
第一篇 生物质原料处理设备
• 第一章 生物质原料预处理设备 • 第二章 生物细胞培养基制备设备 • 第三章 生物培养基灭菌设备 • 第四章 原料（物料）输送设备
第七章生物反应器细胞培养
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第一节 发酵设备概述 第二节 通风发酵罐结构与工作原理 第三节 自吸式发酵罐结构与工作原理 第四节 气升式发酵罐(ALR)结构与工作原理
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第一节 酒精发酵设备 第二节 啤酒发酵设备 第三节连第续七章发生酵物反设应器备细胞培养
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第七章 生物反应器—细胞培养反应器
第一节 植物细胞反应器 第二节 动物细胞反应器 第三节 微藻培养反应器
第七章生物反应器细胞培养
优点： 混合性能好
缺点：剪切力大。
传氧效率高
操作弹性大
可用于细胞高密度培养；
第七章生物反应器细胞培养
Stirred Tank Bioreactors
2 植物细胞培养反应器
✓ 机械搅拌式反应器
第七章生物反应器细胞培养
机械搅拌通风式生物反应器
第七章生物反应器细胞培养
2 植物细胞培养反应器
✓ （2）非机械搅拌式反应器---气升式
第七章生物反应器细胞培养
2 植物细胞培养反应器
植物细胞培固 悬 养定 浮化 培细 养胞培养
机械搅拌反应器 悬浮培养反应器 组 非合 机式 械反 搅应 拌器 反应器
光生物反应器
填充床反应器 固定化细胞培养反 流应 化器 床反应器
第七章生物反应器细胞膜 培养 反应器
2 植物细胞） 机械搅拌式反应器
尽管机械搅拌反应器已成功用于许多细胞的培养 中，反应器内的温度、pH、溶氧及营养物质浓度 较其他反应器更易控制等优点，但由于机械搅拌 造成的剪切力以对植物细胞造成较大的损伤，对 次级代谢产物的合成也会产生影响，同时会带来 染菌和机械上的问题，因此需筛选出抗剪切力的 细胞系，也可对反应器结构进行改造，尤其是搅 拌桨的结构和类型的改进，使其具有缓和、充分 的搅拌效果。 图示目前规模最大的植物细胞培养反应器装置
第七章生物反应器细胞培养
目录
绪论 第一篇 生物质原料处理设备
第二篇 生物反应设备
第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备
第七章生物反应器细胞培养
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
第七章生物反应器细胞培养
思考题
1、 有几种植物细胞（组织）培养的类型与特点 2、简述植物体细胞杂交培养的过程 3、植物细胞培养与微生物的区别？ 4、常用的植物生物反应器有哪些？那种反应器更适合植物细
融合体 再生壁
杂种细胞
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
2 植物细胞培养(plant cell culture)
• 植物细胞培养与微生物的区别：
细胞的大小—大 细胞块的形状—易成快 培养液的黏度需氧量 Kla 值比微生物培养的Kla值小得多 对剪切力敏感 需CO2和光照
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
原生质体培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
1植物细胞（组织）培养--- (3)植物体细 胞杂交
(1)
(2)
(3)
(1)
(4)
(5)
植物A细胞
原生质体A
去壁
原生质体融合
植物B细胞
原生质体B
杂种植株
细胞分裂 第愈七章伤生物组反织应器细胞培养
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
1植物细胞（组织）培养--- (1)植物原生质体培养
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。
2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。
第七章生物反应器细胞培养
第一节 植物细胞（组织）培养反应器
➢ 1 植物细胞（组织）培养 ➢ 2植物细胞培养反应器 ➢ 3植物组织培养反应器
第七章生物反应器细胞培养
• 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。
胞培养，具有什么优缺点？ 5、举例说明植物细胞培养的流程与应用 6、植物细胞培养工业化生产需解决的难题 7、有哪两种动物细胞培养方法？其特点？ 8、动物细胞培养可生产的生物制品？ 9、动物细胞培养生产生物制品工艺实例 10、动物细胞培养与植物细胞培养的特点有什么差异性 11 常用的动物生物反应器有哪些？ 12 常用的藻类生物反应器有哪些？
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第一节 植物细胞培养
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。
机械能 热能
核心技术？
第七章生物反应器细胞培养
第一篇 生物质原料处理设备
• 第一章 生物质原料预处理设备 • 第二章 生物细胞培养基制备设备 • 第三章 生物培养基灭菌设备 • 第四章 原料（物料）输送设备
第七章生物反应器细胞培养
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第一节 发酵设备概述 第二节 通风发酵罐结构与工作原理 第三节 自吸式发酵罐结构与工作原理 第四节 气升式发酵罐(ALR)结构与工作原理
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第一节 酒精发酵设备 第二节 啤酒发酵设备 第三节连第续七章发生酵物反设应器备细胞培养
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第七章 生物反应器—细胞培养反应器
第一节 植物细胞反应器 第二节 动物细胞反应器 第三节 微藻培养反应器
第七章生物反应器细胞培养
优点： 混合性能好
缺点：剪切力大。
传氧效率高
操作弹性大
可用于细胞高密度培养；
第七章生物反应器细胞培养
Stirred Tank Bioreactors
2 植物细胞培养反应器
✓ 机械搅拌式反应器
第七章生物反应器细胞培养
机械搅拌通风式生物反应器
第七章生物反应器细胞培养
2 植物细胞培养反应器
✓ （2）非机械搅拌式反应器---气升式
第七章生物反应器细胞培养
2 植物细胞培养反应器
植物细胞培固 悬 养定 浮化 培细 养胞培养
机械搅拌反应器 悬浮培养反应器 组 非合 机式 械反 搅应 拌器 反应器
光生物反应器
填充床反应器 固定化细胞培养反 流应 化器 床反应器
第七章生物反应器细胞膜 培养 反应器
2 植物细胞） 机械搅拌式反应器
尽管机械搅拌反应器已成功用于许多细胞的培养 中，反应器内的温度、pH、溶氧及营养物质浓度 较其他反应器更易控制等优点，但由于机械搅拌 造成的剪切力以对植物细胞造成较大的损伤，对 次级代谢产物的合成也会产生影响，同时会带来 染菌和机械上的问题，因此需筛选出抗剪切力的 细胞系，也可对反应器结构进行改造，尤其是搅 拌桨的结构和类型的改进，使其具有缓和、充分 的搅拌效果。 图示目前规模最大的植物细胞培养反应器装置
第七章生物反应器细胞培养
目录
绪论 第一篇 生物质原料处理设备
第二篇 生物反应设备
第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备
第七章生物反应器细胞培养
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
第七章生物反应器细胞培养
思考题
1、 有几种植物细胞（组织）培养的类型与特点 2、简述植物体细胞杂交培养的过程 3、植物细胞培养与微生物的区别？ 4、常用的植物生物反应器有哪些？那种反应器更适合植物细
融合体 再生壁
杂种细胞
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
2 植物细胞培养(plant cell culture)
• 植物细胞培养与微生物的区别：
细胞的大小—大 细胞块的形状—易成快 培养液的黏度需氧量 Kla 值比微生物培养的Kla值小得多 对剪切力敏感 需CO2和光照
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
原生质体培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
第七章生物反应器细胞培养
1植物细胞（组织）培养--- (3)植物体细 胞杂交
(1)
(2)
(3)
(1)
(4)
(5)
植物A细胞
原生质体A
去壁
原生质体融合
植物B细胞
原生质体B
杂种植株
细胞分裂 第愈七章伤生物组反织应器细胞培养
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