光生物反应器及其研究进展

生物反应器及其研究技术进展

第１１卷第２期
２０１３年３月
生
物
加
工
过
程
Ｖｏｌ＿１１Ｎｏ．２
Ｍａｒ．２０１３
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２— ３６７８．２０１３．０２．００３
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｉｏｒｅａｃｔｏｒＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）
ｃｅｌｌ，ａｎｄｅｎｚｙｍａｔｉｃｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｓ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ；ｍｉｃｒｏｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｓ；ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｍａｍｍａｌｉａｎｃｅｌｌ；ｅｎｚｙｍａｔｉｃｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｓ
中图分类号：ＴＱ０５１文献标志码：Ａ文章编号：１６７２— ３６７８（２０１３）０２— ００１４—１０

光生物技术在生物制造中的应用

光生物技术在生物制造中的应用生物技术在当今的各个领域扮演着重要的角色，从食品到能源再到医疗，生物技术的应用无处不在。

其中，光生物技术作为一种新兴的技术，正在逐渐被人们所重视和应用。

本文将从光生物技术的概念、原理以及在生物制造中的应用等方面进行介绍和探讨。

一、光生物技术的概念及原理1.概念光生物技术，全称为光合生物技术，是指利用植物和微生物的光合作用特性，利用光和生物体的相互作用进行生物制造、能源生产以及环境治理等方面的技术。

这种技术包括光生物反应器和光合生物电池等。

2.原理光生物技术的原理基于光合作用的过程，即光合作用是光生物技术中的关键反应。

在光合作用中，植物和微生物通过光能转化为生命活动所必需的化学能，这个过程中需要水、二氧化碳和光能，产生氧气和有机物。

这种光合作用可以被利用来进行生物制造、能源生产、净水处理以及环境治理等工作。

二、1.生物燃料生物燃料是使用生物质资源制造的燃料。

光生物技术在生物燃料领域的应用不断增加，其中最具代表性的是光合生物电池。

光合生物电池是一种能够将太阳光转化为电能的光合电池，它由光合微生物和电池元件组成。

当太阳光照射到光合微生物上时，微生物会进行光合作用产生电子，这些电子最终通过电池元件传导，从而产生电能。

这种高效的生物电池技术还可以用于废水处理，使得废水的有机物和电子得到充分利用和转化。

2.生物染料光生物技术在生物染料领域的应用也逐渐增多。

利用光生物技术可以生产出很多天然的、生物制造的染料产品，例如：酚红、甲红等。

这些染料天然无毒、无害，并且生物可降解，具有重要的应用前景。

此外，光合微生物也可以用于生产果实黄素等天然色素，不仅可以代替化学合成的染料，而且还可以创造出更多颜色和效果，对于食品、纺织等领域都有着较大的市场需求。

3.药物生产光生物技术在药物生产领域的应用也逐渐被人们所重视。

光合作用是生命维持过程中重要的一个步骤，它可以使化学品的合成变得更加生物可控，并减少和降解不必要的垃圾物资。

海洋藻类生物质利用的反应器技术研究进展

海洋藻类生物质利用的反应器技术研究进展近年来，随着全球能源需求的增长和对可持续发展的追求，海洋藻类生物质被认为是一种潜力巨大的可再生能源资源。

藻类生物质利用不仅可以替代传统能源源，还具有减少温室气体排放和改善环境质量的优势。

在利用海洋藻类生物质的过程中，反应器技术的发展起到了至关重要的作用。

本文将对海洋藻类生物质利用的反应器技术研究进展进行探讨。

海洋藻类生物质利用的反应器技术主要集中在藻类培养、藻类退化与利用三个方面。

藻类培养反应器技术是海洋藻类生物质利用的关键环节。

目前，常见的藻类培养反应器包括传统的塔式反应器、光生物反应器、膜反应器等。

塔式反应器是最早也是最常用的藻类培养反应器之一。

它具有结构简单、操作方便的优势，但存在传质不均、气液分散不均匀等问题。

光生物反应器是利用太阳能光照提供光合作用所需的能量，通过控制反应器内部光线照射强度和照射时间，优化藻类培养环境。

膜反应器则通过使用半透膜分离和浓缩藻类细胞，提高藻类的生物质积累效率。

对于藻类退化与利用，反应器技术可以有效提高藻类生物质的产率和质量。

藻类退化主要包括干燥、破碎和提取等工艺步骤。

传统的藻类退化方法通常采用机械破碎和化学溶解等方式，但存在能耗大、操作繁琐、产品纯度低等问题。

近年来，超声波、微波和离子液体等新型退化技术被广泛应用于藻类生物质退化过程中。

这些新技术具有操作简单、退化效率高、产品纯度高等优点，对藻类生物质的利用具有较大的潜力。

利用反应器技术将退化后的藻类生物质进行高值化利用是另一个重要的研究方向。

藻类生物质的高值化利用主要包括油脂、蛋白质和多糖等方面。

以油脂为例，利用酶法、超临界流体萃取等技术可以高效地从藻类中提取油脂。

此外，利用藻类生物质生产生物柴油、生物氢和生物电等也是当前关注的研究热点。

这些高值化利用技术不仅能够增加藻类生物质的经济价值，还可以减少对传统石化能源的依赖，实现可持续发展。

在海洋藻类生物质利用的反应器技术研究中，仍存在一些亟待解决的问题。

生物反应器行业现状和发展趋势

生物反应器行业现状和发展趋势1.引言1.1 概述概述:生物反应器是一种用于生物化学反应和生物过程控制的设备或系统。

它在许多领域中广泛应用，包括生物工程、制药、环境保护和食品工业等。

随着人们对于健康和环境保护意识的增强，生物反应器行业逐渐得到了更多的关注和发展。

本文旨在详细分析生物反应器行业的现状和发展趋势。

通过对市场规模、增长趋势和技术应用领域的研究，我们将全面了解生物反应器行业目前的状态和潜力。

同时，本文还将探讨生物反应器行业未来的发展方向，包括可持续发展和环境保护的要求，以及创新技术和市场前景的推动因素。

在2.1节中，我们将介绍生物反应器行业的现状。

通过分析市场规模和增长趋势，我们将揭示生物反应器行业的潜在价值和市场需求。

此外，我们还将探讨生物反应器在不同领域中的应用情况，包括生物工程和制药行业。

通过对技术发展和应用领域的研究，我们可以了解生物反应器在不同行业中的重要性和发展趋势。

在2.2节中，我们将探讨生物反应器行业的发展趋势。

其中一项重要趋势是可持续发展和环境保护的要求。

生物反应器作为一种环境友好型技术，在减少废物产生和能源消耗方面具有巨大潜力。

另一个趋势是创新技术和市场前景。

随着科学技术的不断进步和市场需求的变化，生物反应器行业将面临新的机遇和挑战。

在结论部分，我们将总结生物反应器行业的现状和发展趋势。

通过对市场规模、技术发展和应用领域的综合分析，我们可以得出生物反应器行业的重要性和潜力。

最后，我们将探讨生物反应器行业未来的发展方向，包括技术创新、市场拓展和合作机会等。

通过本文的研究，读者将对生物反应器行业的现状和发展趋势有更深入的了解。

同时，本文也为该行业的从业者、投资者以及相关研究人员提供了有价值的参考和指导。

相信通过我们的努力和持续的关注，生物反应器行业将迎来更加繁荣和可持续的发展。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分旨在向读者介绍本篇长文的整体结构和各个章节的内容安排，使读者能够清晰地了解文章的组织和主要论点。

生物反应器的分类与发展

分都可经过人为驯化为生物反应器
动物血液生物反应器
动物膀胱生物反应器
动物生物反应器
外源基因编码产物可直接从血清中分离
出来,血细胞组分可通过裂解细胞获得，
外源基因在膀胱中表达的转基因动物生物反应器,叫动物膀胱生物反应器
动物乳腺生物反应器
动物乳腺生物反应器利用哺
泌尿系统
乳动物乳腺特异性表达的启动子元件构建转基因动物,
生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一
原料
原料制备预处理
能量灭菌
过程控制
生物反应器
能量产品回收
产物
空气
空压机除菌
热量
废物
二、生物反应器的分类
机械搅拌式反应器气升式生生物反应器
动物生物反应器植物生物反应器
生物反应器有很多种,按照不同的分类角度
组织或整株植物，
其中以转基因植物作为生物反应器生产贵重药物和疫
苗已经成为植物基因工程中最有研究前景和商业价值的领
域，
植物生物反应器种类不断增多, 从最初的烟草、拟南
芥到后来的马铃薯、番茄、香蕉、木瓜、豇豆、菠菜、苜
蓿、油菜和芜青等,表达产物包括疫苗、抗体及其片段、
细胞因子、酶及其它药用蛋白和生物活性肽等，
3 生产啤酒 4 生产能源
目前用来生产啤酒的填充床固定化细胞反应器已完成中试进入工业生产阶段
光合细菌利用有机物作为电子供体光敏产氢为工业化生产清洁、无污染的生物能源提供了具有竞
争力的技术方法
2、动物生物反应器
一般把目的片段在器官或组织中表达的转基因动物叫动物生物反应器，几乎任何有生命的器官、组织或其中一部
在转基因家畜血液中得到人免疫球蛋白、d 球蛋白、B球蛋白、胰蛋白酶、干扰素和生长激素等,并且都具有正常的生物活性，美国哺乳动物细胞表达或生产的生物技术药物有53种，

基于BBD模型的玉米秸秆光合生物制氢优化实验研究

基于BBD模型的玉米秸秆光合生物制氢优化实验研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境问题的日益严峻，寻求清洁、可再生的能源已成为科学研究的热点。

光合生物制氢作为一种新兴的绿色能源技术，具有原料来源广泛、生产过程清洁无污染等优点，因此受到了广泛关注。

玉米秸秆作为一种常见的农业废弃物，其丰富的生物质资源为光合生物制氢提供了广阔的应用前景。

本文旨在通过基于BBD模型的实验研究，对玉米秸秆光合生物制氢过程进行优化，以期提高氢气产率，为光合生物制氢技术的实际应用提供理论支持和技术指导。

本文首先介绍了光合生物制氢技术的原理及发展现状，重点阐述了玉米秸秆作为光合生物制氢原料的优势。

随后，详细描述了实验所用的BBD模型（Box-Behnken Design）的基本原理及其在优化实验设计中的应用。

在此基础上，通过实验数据的收集和分析，对玉米秸秆光合生物制氢过程中的关键因素进行了深入研究，包括光照强度、温度、pH值等。

根据实验结果，提出了优化玉米秸秆光合生物制氢过程的策略和建议，为进一步提高氢气产率提供了理论依据。

本文的研究不仅有助于推动光合生物制氢技术的发展，也为农业废弃物的资源化利用提供了新的思路和方法。

本文的研究成果对于促进新能源技术的创新和发展，推动绿色、低碳、循环经济的实现具有重要意义。

二、材料与方法本实验选用新鲜的玉米秸秆作为光合生物制氢的原材料。

玉米秸秆来源于本地农田，经过自然风干后储存备用。

实验所用的微生物菌种为经过筛选的光合细菌，具有较高的氢气产生能力。

实验设备主要包括生物反应器、光源、温度控制器、气体收集装置以及气相色谱仪等。

生物反应器采用透光性能良好的玻璃材质，以保证光合细菌的光照需求。

光源采用LED灯，模拟自然光照条件。

温度控制器用于保持反应器内温度恒定，以满足光合细菌的生长需求。

气体收集装置用于收集产生的氢气，气相色谱仪用于检测氢气的纯度及产量。

（1）预处理：将玉米秸秆粉碎成一定粒度的粉末，用去离子水浸泡一定时间，以提高其可及性。

光合细菌生物产氢技术的研究进展

ｐｏｌｍｓｉｅｅｒｈｔｃｎｑｅｒｏｎｅｎｈｐｌｃｔｎｎｔｅｆｔｒｒｒｐｓｄｉｈｒｉｌ．ｒｂｅｎｒｓａｃｅｈｉｕｓｗｅｅｐｉｔｄａｄｔｅａｐｉａｉｓｉｈｕｕｅｗｅｅｐｏｏｅｎｔｅａｔｅｏｃ
ｆｔｅｕｒｈｒ，ｔｖｒｅｙｏｆｈｏｔ — ｄｒｅｐｏｈｅａｉｔｐｏｈｙｏｇｎｒｄｕｃｉｎｅｈｎｏｏｇｙｔｏｔｃｌｗａｓｆｕｅｏｃｓｄｂｏｔａｈｍｅａｒａｈｔｏｎｄａｂｏｄ．Ｔｈｅｕｒｎｔｃｒｅ
所决定。固氮酶是光合细菌光合产氢的关键酶『，５］
在细胞提供足够的ＡＴＰ和还原力的前提下，固氮酶
Ｔｅｈｏｏｃｎｌｇｙ，Ｎａｊｎａｇｕ２００）ｎｉｇＪｉｎｓ１０９
ＡｂｓｒｃＢａｔｒａｐｔｈｙｏｎｐｒｕｃｉｎｅｈｎｏｏｇｙｔａｔ：ｃｅｉｌｈｏｏ— ｄｒｇｅｏｄｔｏｔｃｌｗａｈｅｍｏｓｔｎｔａｓｔｔｐｏｅｉｌｈｙｄｏｎｎｅｇｙｐｒｄｕｃｉｎｒｇｅｅｒｏｔｏｔｃｏｌｉｓ，ｗｈｉｈｇｔｏｇｔｒｏｌｒｎｒｕｓｎｇ，ｅｖｉｏｎｍｅｔａａｍｅｔｎｃｅｎｎｒｙｅｈｎｏｇｅｃｏｔｅｈｅｓａｅｅｇｙｉｎｒｎｍｎｇｅｎａｄｌａｅｅｇｐｒｕｃｎｏｄｉｇ．Ｔｈｅ

菌-藻共生系统处理畜禽养殖废水的研究进展

（School of Environment and Energy Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China）
Abstract：As high levels of ammonia nitrogen（NH4-N），total phosphorus （TP） and chemical oxygen demand （COD）， antibiotics and heavy metals exist in aquaculture wastewater，the improper treatment can lead to serious pollution of natural water environment. The traditional biological treatment method is ineffective for this kind of wastewater treatment. In recent years，it has been found that the wastewater treatment based on algae-bacteria symbiotic system is expert in dealing with difficult micro-pollutants， such as heavy metals and antibiotics.In this paper，the interaction mechanism between bacteria and algae was introduced，and the mechanism and research progress of bacteria-algae symbiotic system for treating livestock and poultry wastewater were described. Meanwhile，the advantages and challenges of recycling wastewater from livestock and poultry breeding were also be proposed.Finally， the development of bacteria-algae symbiotic system for wastewater treatment was prospected. Key words：Algal-bacterial symbiotic；Wastewater from livestock and poultry；Antibiotic；Heavy metal；Recycle

生物反应器工程的进展及应用前景

生物反应器工程的进展及应用前景随着生物技术和生物工程技术的发展，生物反应器工程也越来越受到人们的关注。

生物反应器是一种将微生物、细胞或酶等生物体系与物理化学体系联系起来，实现生物过程的转换和放大的设备。

它广泛应用于制药、食品、化工等领域，可用于生产药品、饮料、乳制品、酒精、食品添加剂等多种产品。

本文将探讨生物反应器工程的进展及应用前景。

一、生物反应器工程的发展历程生物反应器工程作为一门交叉学科，源于20世纪50年代初期的微生物发酵工程。

20世纪60年代末至70年代初，在生物工程和生物技术的推动下，生物反应器工程开始成为一个研究领域，逐渐形成了自己的研究体系和学科体系。

随着生物技术的飞速发展和工业化需求的增加，生物反应器工程逐渐成为一门独立的学科，成为生物化学、化工、环保工程等领域的重要组成部分。

二、生物反应器工程的进展1. 设备结构创新随着现代计算机技术和传感器技术的发展，生物反应器的结构不断被改进。

计算机模拟、分析和模型控制大大提高了反应器的性能和效率，从而提高了生产效率和质量。

同时，反应器的形式也得到了广泛的改进，如批量、连续、半连续和离散反应器等。

2. 微观反应器的发展微观生物反应器是新型反应器的研究方向之一。

微小的反应器可以为微生物的生长和代谢提供一种环境，从而提高反应器的效率和转化率。

同时，微观反应器可以为不同的微生物提供不同的温度、pH值、氧气和营养物质，从而优化微生物的生长和代谢。

微观反应器在微生物代谢的研究、新型药物结构的发现和制造、缩短生物反应器的反应时间等方面具有广泛的应用前景。

三、生物反应器的应用前景1. 药物开发及制造生物反应器在制药领域的应用越来越广泛。

通过生物反应器工程可以生产出诸如生物药物、口服药物、治疗癌症的药物等等。

这些药物在生产过程中，可以通过生物反应器工程的手段来控制它们的制造，以便使可得到更具品质管理的产品。

生物反应器工程的重要性对于制药领域的质量安全以及新型药物的研发十分重要。

生物反应器的研发与应用

生物反应器的研发与应用生物反应器是一种将生物化学反应与物理、化学过程相结合的系统设备，被广泛地应用于化工、制药、食品、生命科学等领域。

生物反应器技术已成为实验室研究和工业生产中最为重要的技术之一，因此，生物反应器的研发和应用也成为了当代科技领域的热门话题。

一、生物反应器的概述生物反应器是一种人工建设独立的微生物活动环境，用于控制微生物生长、代谢、复制特性以及生物反应过程的设备。

它的基本功能是培养、调控和收获目标微生物群体，实现高效生产。

生物反应器研发起源于20世纪50年代，随着生物工程、生物技术的广泛应用，生物反应器逐渐成为生产和研究领域中不可或缺的设备。

二、生物反应器的类型生物反应器的种类根据生产目的及微生物物种不同而有多种不同形式。

其中，常用的生物反应器类型包括：1.批式生物反应器：适用于微生物的生长和代谢活动，反应物只在开始时加入，然后进行反应，反应后产物一起分离。

批式反应器可用于研究化学反应或生物反应的动力学和其他反应特性。

2.连续式生物反应器：连续进料反应器，也称稳态反应器，一般为流体床反应器。

它完全不同于批式反应器的工作方式。

连续式生物反应器一直进行，反应物质不断进入容器，反应物一直在其中运转，反应后产物也一直输出，经过处理和分离后，剩余废物会从反应器中排出。

3.复合式生物反应器：根据反应器要求进一步细分为浸渍式反应器、旋转床反应器、纤维填料床反应器、膜反应器、气液糖化发酵一体化反应器等。

三、生物反应器的应用生物反应器的广泛应用是基于其优越的技术特性和稳定性，适用于带有生物活性的物质，如细胞、酶、蛋白质、抗生素、小分子有机化合物等。

生物反应器的应用主要包括以下几个方面：1.生物化学工程领域：生物反应器是化工、制药和食品工程领域的最常见设备，可以用于生产医药、食品和化工中的生化产品。

2.生命科学研究领域：生物反应器被广泛应用于生命科学领域中的基础研究、医学研究和临床应用方面，能够有效地提高研究效率和准确性。