1. 生物反应器技术对社会经济发展的意义
生物反应器,是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。目前研究得最多的两种反应器是“升降机型反应器”和“土壤泥浆反应器”。
升降机型反应器是通过水相的流动来提供适当的营养、碳源和氧气,从而达到降解土壤中污染物质的目的。
与固相系统相比,生物反应器能够在更短的时间内将污染物进行有效降解。该生物反应器技术已经应用于有机污染土壤的生物修复中。
2. 生物反应器的地位和作用
生物反应器
生物反应器,是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。目前研究得最多的两种反应器是“升降机型反应器”和“土壤泥浆反应器”。升降机型反应器是通过水相的流动来提供适当的营养、碳源和氧气,从而达到降解土壤中污染物质的目的。与固相系统相比,生物反应器能够在更短的时间内将污染物进行有效降解。该生物反应器技术已经应用于有机污染土壤的生物修复中。
生物反应器优点
1、成本低
2、设备简单
3、效率高
4、产品作用效果显著
5、减少工业污染
生物反应器对比反应器的优点
1、生物反应器是用于生物反应过程的容器总称。包括酶反应器、固定细胞反应器、各种细胞培养器和发酵罐等。总之是利用生物细胞或者酶的活性来催化反应进行的特殊场所;
2、用生物反应器优于化学合成反应器的优点是:高效,稳定,成本低,可反复使用。
3、比如:用乳腺生物反应器主要优点有:产品质量稳定;成本低廉;研制开发周期短;无污染;经济效益显著。
气升式生物反应器优缺点
优点
主要是具有比其他生物反应器更强的抗杂菌污染的能力,流动性也更为均匀,且反应器本身结构简单,不具反应液泄漏点和卫生死角操作费用也很低。
缺点
相对来说较少,主要是高密度培养时混合不够均匀。
3. 什么是生物反应器技术
生物发酵
生物工程的重要组成部分
生物发酵工程是生物工程的一个重要组成部分,微生物利用碳水化合物发酵生产各种工业溶剂和化工原料。乙醇、丙酮-丁醇、丁醇-异丙醇、丙酮-乙醇、2,3-丁二醇和甘油发酵是微生物进行溶剂发酵的几种形式。
基本信息
外文名 Biological fermentation
起源时间 20世纪70年代
涉及领域 农业、工业、医学 环境
基础
生物学的理论和技术
性质
生物工程
组成部分
生物发酵工程是生物工程的一个重要组成部分。
生物工程
发酵工程,是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。
所谓生物工程,一般认为是以生物学(特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础,结合化工、机械、电子机算机等现代工程技术,充分运用分子生物学的最新成就,自觉地操纵遗传物质,定向地改造生物或其功能,短期内创造出具有超 远缘性状的新物种,再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养,以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。
生物工程包括五大工程,即遗传工程(基因工程)、细胞工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反应器工程。在这五大领域中,前两者作用是将常规菌(或动植物细胞株)作为特定遗传物质受体,使它们获得外来基因,成为能表达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。后三者的作用则是这一有巨大潜在价值的新物种创造良好的生长与繁殖条件,进行大规模的培养,以充分发挥其内在潜力,为人们提供巨大的经济效益 和社会效益。
生物工程的应用领域非常广泛,包括农业、工业、医学、药物学、能源、环保、冶金、化工原料等。它必将对人类社会的政治、经济、军事和生活等方面产生巨大的影响,为世界面临的资源、环境和人类健康等问题的解决提供美好的前景。
21世纪,系统生物学与合成生物学的迅速发展,基于系统生物学原理的生物工程 - 系统生物工程开发生物计算机、细胞制药厂、生物太阳能技术,将产生新的一轮产业化变革。
发酵工程
(1)“发酵”有“微生物生理学严格定义的发酵”和“工业发酵”,词条“发酵工程”中的“发酵”应该是“工业发酵”。
(2)工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品,其对应的加工或制作工艺被称为“发酵工艺”。为实现工业化生产,就必须解决实现这些工艺(发酵工艺)的工业生产环境、设备和过程控制的工程学的问题,因此,就有了“发酵工程”。
(3)发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼(包括废水处理)等三个阶段,这三个阶段都有各自的工程学问题,一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。
(4)微生物是发酵工程的灵魂。近年来,对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化,发酵工程正在走近科学。
(5)发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。
(6)发酵工程有三个发展阶段。
现代意义上的发酵工程是一个由多学科交叉、融合而形成的技术性和应用性较强的开放性的学科。发酵工程经历了“农产手工加工——近代发酵工程——现代发酵工程”三个发展阶段。
4. 生物技术对经济社会发展的影响
生物与人类生活的许多方面都有着非常密切的关系。生物学作为一门基础科学,传统上一直是农学和医学的基础,涉及种植业、畜牧业、渔业、医疗、制药、卫生等等方面。随着生物学理论与方法的不断发展,它的应用领域不断扩大。现在,生物学的影响已突破上述传统的领域,而扩展到食品、化工、环境保护、能源和冶金工业等等方面。如果考虑到仿生学,它还影响到电子技术和信息技术。 人口、食物、环境、能源问题是当前举世瞩目的全球性问题。目前,世界人口每年的增长率约20%,大约每过35年,人口就会增加一倍。地球上的人口正以前所未有的速度激增着。人口问题是一个社会问题,也是一个生态学问题。人们必须对人类及环境的错综复杂的关系进行周密的定量的研究,才能对地球、对人类的命运有一个清醒的认识,从而学会自己控制自己,使人口数量维持在一个合理的数字上。在这方面生物学应该而且可能做出自己的贡献。内分泌学和生殖生物学的成就导致口服避孕药的发明,已促进了计划生育在世界范围内的推广。在人口问题中,除了数量激增以外,遗传病也严重威胁人口质量。一些资料表明,新生儿中各种遗传病患者所占的比例在 3%~10.5%之间。在中国的部分山区,智力不全者占2%~3%,个别地区达10%以上。揭示产生遗传病的原因,找到控制和征服遗传病的途径无疑是生物学又一重要任务。目前,进行家系分析以确定患者是否患有遗传病,对患者提出有益的遗传指导和劝告;通过对胎儿的脱屑细胞进行染色体分析和各种酶的生化分析,以诊断未来的婴儿是否有先天性遗传性疾病。这些方法都能避免或减少患有遗传病婴儿的出生,以减轻家庭和社会的沉重负担。将基因工程应用于遗传病的治疗称为基因治疗,在实验动物上对几种遗传病的基因治疗已取得一些进展。随着基因工程技术的发展,基因治疗将为控制和治疗人类遗传病开辟广阔的前景。 和人口问题密切相关的是食物问题。食物匮乏是发展中国家长期以来未能解决的严重问题,当前世界上有几亿人口处于营养不良状态。从目前到21世纪初,粮食生产至少每年要增长3%~8%才能使食物短缺状况有所改善。人类食物的最终来源是植物的光合作用,但在陆地上扩大农业生产的土地面积是有限的,增加食物产量的主要道路是改进植物本身。过去,在发展科学的农业和“绿色革命”方面,生物学已做出巨大的贡献。今天,人类在一定限度内定向改造植物,用基因工程、细胞工程培育优质、高产、抗旱、抗寒、抗涝、抗盐碱、抗病虫害的优良品种已经不是不切实际的遐想。近年来,植物基因工程的一些关键技术已经有所突破,得到了一些转基因植物。此外,利用富含蛋白质的藻类、细菌或真菌,进行大规模培养,并从中获得单细胞蛋白质。由于成功地利用了基因工程并取得了大规模连续发酵工程的技术经验,单细胞蛋白技术已经取得了重大突破。氨基酸是蛋白质的单体,植物蛋白往往缺少某几种人体必需的氨基酸,如果在食品中添加某种氨基酸,将会大大提高植物蛋白的生物学价值。目前,用微生物发酵、固定化细胞或固定化酶技术生产氨基酸,已经逐步形成比较完整的体系,可以预料,氨基酸生产将在营养不良问题上发挥日益重要的作用。现代生物学成就和食品工业相结合,已使食品工业成为新兴的产业而蓬勃地发展起来。 20世纪生态学关于人与自然关系的研究,唤醒人类重视赖以生存的生态环境。工业废水、废气和固体废物的大量排放,农用杀虫剂、除莠剂的广泛使用,使大面积的土地和水域受到污染,威胁着人类生产和生活。这就要求人们更深入地研究生物圈中物质和能的循环的生态学规律,并在人类的经济生活以及其他社会生活中,正确的运用这些规律,使生物能够更好地为人类服务。现代生物学证明,微生物所具有的生物催化活性是极为广泛的,利用富集培养法几乎可以找到降解任何一种含毒有机化合物的微生物,利用基因工程等技术还可以不断提高它们的降解作用。因此,有降解作用的微生物及其酶制剂就成为消除污染的有力手段。利用微生物防治害虫,以部分代替严重污染的有机杀虫剂也是大有前途的。在农业中尽快使用生物防治、生物固氮等新技术,改变农业过分依赖石油化工的局面,这是关系到恢复自然生态平衡的大事,也是农业发展的大势所趋。大量消耗资源的传统农业必将向以生物科学和技术为基础的生态农业转变 全世界的化工能源(石油、煤等)贮备总是有限的,总有一天会枯竭。因此,自然界中可再生的生物资源(生物量) 又重新被人所重视。自然界中的生物量大多是纤维素、半纤维素、木质素。将化学的、物理的和生物学的方法结合起来加工,就可以把纤维素转化为酒精,用作能源。有人估计,到20世纪末全世界的汽车约有35%将使用生物量(酒精)。沼气是利用生物量开发能源的另一产品。中国和印度利用农村废料进行厌氧发酵产生沼气已作出显著成绩。世界上已经出现了利用固相化细胞技术的工业化沼气厌氧反应器。一些单细胞藻类中含有与原油结构类似的油类,而且可高达总重的
5. 生物反应器技术对社会经济发展的意义是什么
中国的生物工程事业始于20世纪初。1919年成立了中央防疫处,这是中国第一所生物工程研究所,规模很小,只有牛痘苗和狂犬病疫苗,几种死菌疫苗、类毒素和血清都是粗制品。中华人民共和国成立后,先后在北京、上海、武汉、成都、长春和兰州成立了生物制品研究所,建立了中央(现为中国)生物制品检定所,它执行国家对生物制品质量控制、监督,发放菌毒种和标准品。
后来,在昆明设立中国医学科学院医学生物学研究所,生产研究脊髓灰质炎疫苗。生物制品现已有庞大的生产研究队伍,成为免疫学应用研究和计划免疫科学技术指导中心。汤飞凡1957年发现沙眼病原体,他对中国生物制品事业有很大贡献。 在控制和消灭传染病方面,接种预防生物制品效果显著,在公共卫生措施方面收益最佳,这不仅是一个国家或地区,而且是世界性的措施。
世界卫生组织(WHO)1966年发表宣言,提出10年内全球消灭天花,1980年正式宣布天花在地球上被消灭。1978年 WHO又作出扩大免疫规划(EPI),目的是对全球儿童实施免疫。EPI是用四种疫苗预防六种疾病,即卡介苗预防结核病;麻疹活疫苗预防麻疹;脊髓灰质炎疫苗预防脊髓灰质炎;百白破三联预防百日咳、白喉和破伤风,有计划地从儿童开始,使世界儿童都得到免疫。
1981年,中国响应WHO的号召,实行计划免疫,按要求用国产四种疫苗预防六种疾病。1988年以省为单位达到了85%的疫苗接种覆盖率。1990年以县为单位,儿童达到85%的接种覆盖率。
诊断制剂品种的增多和方法的改进,促进了试验诊断水平的提高;现已应用到血清流行病学以及疾病的监测。中国生产血液制剂已有30多年的历史,品种在逐年增加。 随着微生物学、免疫学和分子生物及其他学科的发展,研究生物工程已改变了传统概念。对微生物结构、生长繁殖、传染基因等,也从分子水平去分析,现已能识别蛋白质中的抗原决定簇,并可分离提取,进而可人工合成多肽疫苗。对微生物的遗传基因已有了进一步认识,可以用人工方法进行基因重组,将所需抗原基因重组到无害而易于培养的微生物中,改造其遗传特征,在培养过程中产生所需的抗原,这就是所谓基因工程,由此可研制一些新的疫苗。
70年代后期,杂交瘤技术兴起,用传代的瘤细胞与可以产生抗体的脾细胞杂交,可以得到一种既可传代又可分泌抗体的杂交瘤细胞,所产生的抗体称为单克隆抗体,这一技术属于细胞工程。这些单克隆抗体可广泛应用于诊断试剂,有的也可用于治疗。科学的突飞猛进,使生物制品不再单纯限于预防、治疗和诊断传染病,而扩展到非传染病领域,如心血管疾病、肿瘤等,甚至突破了免疫制品的范畴。
6. 目前人们认为很理想的一种生物反应器是什么
科学家正在研究利用动物做“生产车间”,生产人类所需要的某些物质,这就是生物反应器.利用它的优点是可以节省建设厂房和购买仪器设备的费用,可以减少生产程序和环境污染.乳房生物反应器:将所需目的基因构建入载体(遗传基因),加上适当的调控序列,转入动物胚胎细胞,使转基因动物分泌的乳汁中含有所需要药用蛋白,无论纯化还是使用都很方便,因此动物中最理想的一种生物反应器是“乳房生物反应器”.