填充床生物反應器

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介紹

生物反應器是生物加工的重要組成部分，用於培養微生物或細胞並生產所需的產物。生物反應器可以根據其設計、操作模式以及培養的生物體或細胞型別進行分類。填充床生物反應器是一種在生物加工行業中常用的生物反應器。

這些反應器具有獨特的結構特徵，使其成為培養細胞或微生物的理想選擇。在本文中，我們將探討填充床生物反應器是什麼，它們是如何工作的，以及它們在各個領域的應用。

什麼是填充床生物反應器？

填充床生物反應器是一種生物反應器，它由一個裝滿固體基質的柱體組成，該基質通常由塑膠、玻璃或陶瓷製成。該基質為細胞或微生物提供了附著和生長的表面積，並作為細胞或微生物的支撐體。

細胞或微生物被固定在基質中，而不是懸浮在液體培養基中。基質通常是多孔的，允許細胞和培養基之間進行營養物質和氧氣的交換。培養基流經基質並不斷補充，以維持最佳的生長條件。

填充床生物反應器可以以多種模式執行，包括批次、補料分批和連續。操作模式取決於所需的產物和工藝的具體要求。

在批次模式下，在過程開始時將培養基新增到生物反應器中，並允許細胞或微生物生長，直到產生所需的產物。在補料分批模式下，隨著時間的推移逐漸將培養基新增到生物反應器中，從而更好地控制生長速率並生產高質量的產物。

在連續模式下，培養基不斷新增到生物反應器中，產物也連續收穫。

填充床生物反應器是如何工作的？

填充床生物反應器透過將細胞或微生物固定在固體基質中併為其生長和代謝提供最佳的生長條件來發揮作用。

該基質為細胞或微生物提供了大的表面積以附著和生長，從而實現高細胞密度和有效的傳質。

該基質也是可滲透的，允許細胞和培養基之間進行營養物質和氧氣的交換。

填充床生物反應器中細胞或微生物的生長會受到多種因素的影響，包括培養基的流速、營養物質濃度和氧氣濃度。

培養基流速影響營養物質向細胞或微生物的輸送速率以及廢物的去除速率。營養物質濃度影響細胞或微生物的生長速率及其代謝。氧氣濃度影響細胞或微生物的呼吸速率及其代謝。

填充床生物反應器的應用

填充床生物反應器在各個領域都有廣泛的應用，包括生物製藥、食品和飲料、環境生物技術以及生物能源。

生物製藥

填充床生物反應器廣泛應用於生物製藥行業，用於生產各種治療性蛋白、抗體和疫苗。填充床生物反應器優於其他型別的生物反應器，因為它們可以實現高細胞密度、高產率和易於放大。填充床生物反應器可用於生產各種產品，從單克隆抗體到重組蛋白。

食品和飲料

填充床生物反應器也用於食品和飲料行業，用於生產各種食品成分和新增劑，例如酶、香料和防腐劑。填充床生物反應器優於其他型別的生物反應器，因為它們可以實現高細胞密度、高產率和易於回收所需產物。填充床生物反應器可用於生產各種食品成分和新增劑，例如用於乳酪生產的酶、飲料的香料以及烘焙食品的防腐劑。

環境生物技術

填充床生物反應器也用於環境生物技術，用於廢水處理以及受汙染土壤和水的修復。填充床生物反應器可用於利用降解汙染物的微生物去除廢水中的汙染物。

填充床生物反應器也可用於利用分解汙染物的微生物修復受汙染的土壤和水。

生物能源

填充床生物反應器也用於生產生物燃料，如乙醇和生物柴油。填充床生物反應器可用於培養利用可再生資源（如甘蔗和藻類）生產乙醇和生物柴油的微生物。

填充床生物反應器優於其他型別的生物反應器，因為它們可以實現高細胞密度和高產率。

填充床生物反應器的優勢

填充床生物反應器與其他型別的生物反應器相比，具有以下幾個優點：

高細胞密度

由於基質提供了大的表面積，填充床生物反應器可以實現高細胞密度，從而導致更高的產率。

易於放大

由於設計簡單，填充床生物反應器易於從實驗室規模放大到商業規模。

低剪下應力

填充床生物反應器產生的剪下應力低，這有利於細胞或微生物的生長和代謝。

高產品質量

填充床生物反應器可以連續去除廢物，從而提高產品質量。

降低汙染風險

由於細胞或微生物固定在基質中，填充床生物反應器不易受到汙染。

填充床生物反應器的缺點

填充床生物反應器也有一些缺點，包括：

基質堵塞

基質可能會被細胞碎片堵塞，從而限制營養物質和氧氣的傳遞。

傳質受限

基質中有限的傳質可能會限制細胞或微生物的生長和代謝。

基質降解

基質可能會隨著時間的推移而降解，導致微生物或細胞釋放到培養基中。

結論

填充床生物反應器是生物加工行業中常用的一種生物反應器。與其他型別的生物反應器相比，它們具有若干優點，包括高細胞密度、易於放大、低剪下應力、高產品質量以及降低汙染風險。

填充床生物反應器在各個領域都有廣泛的應用，包括生物製藥、食品和飲料、環境生物技術以及生物能源。儘管它們具有優勢，但填充床生物反應器也有一些缺點，包括基質堵塞、傳質受限以及基質降解。

總的來說，填充床生物反應器是培養細胞或微生物以及生產所需產物的寶貴工具。