Tikhomirova, T. S., et al. (2018). "The role of laboratory-scale bioreactors at the semi-continuous and continuous microbiological and biotechnological processes." Appl Microbiol Biotechnol.

概述實驗室規(guī)模的生物反應(yīng)器，可以將在實驗中優(yōu)化的工藝擴大到中試水平。反過來，可以按比例縮小制造規(guī)模，以研究系統(tǒng)的均一性及其對生產(chǎn)菌的影響。這篇綜述的重點是對當(dāng)前應(yīng)用的連續(xù)和半連續(xù)生物反應(yīng)器最流行的設(shè)計特點及其應(yīng)用領(lǐng)域進行簡短描述。1.主要的放大/縮小條件縮放過程的第一階段是根據(jù)生物反應(yīng)器和工藝可以利用混合時間(T_m)，比功率輸入(P / V)，葉輪葉尖速度(n)和體積傳質(zhì)系數(shù)k_La進行估算。1.1混合時間T_m混合時間T_m是在生物反應(yīng)器中培養(yǎng)基組分在每個點上達到一定均勻度所需的時間，該參數(shù)表征了微生物的養(yǎng)分利用率。混合時間可以估算為礦物質(zhì)鹽或氣體溶解引起的液體電導(dǎo)率和pH值變化。1.2比功率輸入P / V比功率輸入P / V是應(yīng)用于攪拌釜式生物反應(yīng)器的最重要的縮放標準之一。它表征了每單位反應(yīng)堆有用體積(m³)的功率輸入P(瓦)。功率輸入可通過等式估算：P=2πNTP=Ne?ρ?N³?d⁵其中Ne是牛頓數(shù)(功率數(shù))；? ρ是液體密度，kg / m³；? N是葉輪尖端速度，轉(zhuǎn)/秒；? d是葉輪直徑m。牛頓數(shù)取決于雷諾數(shù)Re。1.3體積傳質(zhì)系數(shù)kLa體積傳質(zhì)系數(shù)k_La(h^-1)是放大/縮小的另一個標準，它表征了曝氣效率。 此處，k_L是局部傳質(zhì)系數(shù)，a是每單位液體體積的氣液界面面積。k_La=-ln(1-C^*/C)/t2.放大/縮小策略最常用的按比例放大/縮小策略是基于生物反應(yīng)器的幾何形狀。一定比例的線性尺寸(反應(yīng)容器的高度H或直徑D，葉輪尖端的直徑d)可用作縮放過程中的比例系數(shù)。N₁^a?D₁^b= N₂^a?D₂^b3.當(dāng)前實驗室規(guī)模的生物反應(yīng)器3.1連續(xù)生物反應(yīng)器生物工藝放大假設(shè)從封閉的批處理模式逐漸過渡到開放的連續(xù)模式。除連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器(CSTR)外，活塞流管式和柱式生物反應(yīng)器(PFR)，一系列攪拌釜反應(yīng)器和可滲透壁反應(yīng)器是連續(xù)過程中最常用的反應(yīng)器。3.2管狀生物反應(yīng)器管狀生物反應(yīng)器是活塞流反應(yīng)器，其中體積的每個元素都沿軸向移動。同時，相鄰單元流體橫截面的元素不會相互混合。該過程意味著在流體橫截面中存在所有必需的成分。為了滿足該條件，管狀生物反應(yīng)器配備有預(yù)反應(yīng)器混合室。管狀生物反應(yīng)器是水平取向，這種設(shè)計降低了設(shè)備耐壓的風(fēng)險，并防止了靜水壓力對微生物的負面影響。3.3柱式生物反應(yīng)器使用具有向下或向上流動的流體的柱型反應(yīng)器作為臥式生物反應(yīng)器的替代，具有增加溶氧等效果。3.4級聯(lián)的生物反應(yīng)器流動的非均質(zhì)性是連續(xù)過程的主要特征之一。滿足此條件的方法之一是使用級聯(lián)的生物反應(yīng)器。底物的連續(xù)酶轉(zhuǎn)化是一個例子。3.5滲透壁生物反應(yīng)器將可滲透壁結(jié)合到生物反應(yīng)器中，也可以進行連續(xù)工藝。鹽廢水處理可以作為一個例子。3.6將生物試劑固定在生物反應(yīng)器中由于傳質(zhì)表面積的擴大，在生物過程中使用固體載體有利于生物質(zhì)的密集生長和次級代謝產(chǎn)物的合成。拉西環(huán)是最著名的載體，代表了各種直徑的小型陶瓷或硅膠圓柱體。3.7生物反應(yīng)器應(yīng)用于固態(tài)工藝固態(tài)培養(yǎng)存在生物質(zhì)(固態(tài))，氣態(tài)和液態(tài)以及產(chǎn)物的分布梯度而變得復(fù)雜，使得縮放過程變得非常困難。在帶有靜態(tài)基質(zhì)的固態(tài)培養(yǎng)中，主要標準是曝氣模式。在這種情況下，通過上/下流進行曝氣。連續(xù)生物反應(yīng)器的類型：柱式生物反應(yīng)器，b管狀生物反應(yīng)器，c攪拌釜式生物反應(yīng)器，d可滲透壁生物反應(yīng)器。攪拌釜反應(yīng)器可以級聯(lián)組合。

總結(jié)

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