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.

概述實驗室規模的生物反應器，可以將在實驗中優化的工藝擴大到中試水平。反過來，可以按比例縮小制造規模，以研究系統的均一性及其對生產菌的影響。這篇綜述的重點是對當前應用的連續和半連續生物反應器最流行的設計特點及其應用領域進行簡短描述。1.主要的放大/縮小條件縮放過程的第一階段是根據生物反應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)和體積傳質系數k_La進行估算。1.1混合時間T_m混合時間T_m是在生物反應器中培養基組分在每個點上達到一定均勻度所需的時間，該參數表征了微生物的養分利用率。混合時間可以估算為礦物質鹽或氣體溶解引起的液體電導率和pH值變化。1.2比功率輸入P / V比功率輸入P / V是應用于攪拌釜式生物反應器的最重要的縮放標準之一。它表征了每單位反應堆有用體積(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(功率數)；? ρ是液體密度，kg / m³；? N是葉輪尖端速度，轉/秒；? d是葉輪直徑m。牛頓數取決于雷諾數Re。1.3體積傳質系數kLa體積傳質系數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是局部傳質系數，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器的幾何形狀。一定比例的線性尺寸(反應容器的高度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。N₁^a?D₁^b= N₂^a?D₂^b3.當前實驗室規模的生物反應器3.1連續生物反應器生物工藝放大假設從封閉的批處理模式逐漸過渡到開放的連續模式。除連續攪拌釜反應器(CSTR)外，活塞流管式和柱式生物反應器(PFR)，一系列攪拌釜反應器和可滲透壁反應器是連續過程中最常用的反應器。3.2管狀生物反應器管狀生物反應器是活塞流反應器，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，管狀生物反應器配備有預反應器混合室。管狀生物反應器是水平取向，這種設計降低了設備耐壓的風險，并防止了靜水壓力對微生物的負面影響。3.3柱式生物反應器使用具有向下或向上流動的流體的柱型反應器作為臥式生物反應器的替代，具有增加溶氧等效果。3.4級聯的生物反應器流動的非均質性是連續過程的主要特征之一。滿足此條件的方法之一是使用級聯的生物反應器。底物的連續酶轉化是一個例子。3.5滲透壁生物反應器將可滲透壁結合到生物反應器中，也可以進行連續工藝。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器中由于傳質表面積的擴大，在生物過程中使用固體載體有利于生物質的密集生長和次級代謝產物的合成。拉西環是最著名的載體，代表了各種直徑的小型陶瓷或硅膠圓柱體。3.7生物反應器應用于固態工藝固態培養存在生物質(固態)，氣態和液態以及產物的分布梯度而變得復雜，使得縮放過程變得非常困難。在帶有靜態基質的固態培養中，主要標準是曝氣模式。在這種情況下，通過上/下流進行曝氣。連續生物反應器的類型：柱式生物反應器，b管狀生物反應器，c攪拌釜式生物反應器，d可滲透壁生物反應器。攪拌釜反應器可以級聯組合。

總結

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