淺談生物反應(yīng)過程及特點(diǎn)

劉 澤

(長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)分院，吉林 長春 130033)

生物技術(shù)通常是人們應(yīng)用微生物、動植物細(xì)胞等，并配置相應(yīng)的培養(yǎng)基，進(jìn)而對物料進(jìn)行加工，最終為社會提供所需要的產(chǎn)品的一項(xiàng)服務(wù)技術(shù)。生物技術(shù)應(yīng)用在多方面，主要包括發(fā)酵工程、基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程。它被世界各國視為一項(xiàng)高新技術(shù)，對提高國力，迎接人類所面臨的食品短缺、健康及經(jīng)濟(jì)問題的挑戰(zhàn)至關(guān)重要！因此，生物技術(shù)是一門新興的、綜合性的學(xué)科。

應(yīng)用生物技術(shù)，結(jié)合生物催化劑(酶和生物細(xì)胞)來從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程就是生物反應(yīng)過程。

通常生物反應(yīng)過程分為四部分：

一、原料的預(yù)處理及培養(yǎng)基的制備

企業(yè)生產(chǎn)中依據(jù)生產(chǎn)目的的不同分為實(shí)驗(yàn)室原料的制備和生產(chǎn)車間原料的制備。兩者雖然目標(biāo)微生物相同，生產(chǎn)同一種代謝產(chǎn)品，但由于用途不同，所以兩者配置的培養(yǎng)基因此而不同。實(shí)驗(yàn)室中配置的培養(yǎng)基，目的是對微生物進(jìn)行精細(xì)培養(yǎng)，所以應(yīng)用藥品庫的藥品，如配置細(xì)菌培養(yǎng)基，選用牛肉高蛋白胨培養(yǎng)基；生產(chǎn)車間中配置的培養(yǎng)基，目的是大批量培養(yǎng)微生物，使其產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物，所以要求不是很精細(xì)，選擇工農(nóng)業(yè)的一些下腳料，如制糖廠的副產(chǎn)品糖蜜。無論使用哪種培養(yǎng)基，在使用之前都要進(jìn)行滅菌處理。

二、生物催化劑的制備

生物催化劑分為酶和微生物細(xì)胞。

若為酶，則選擇一定量的活力強(qiáng)的酶制劑；若為生物細(xì)胞，則選擇高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、培養(yǎng)要求不苛刻的菌種。該菌種在投入生產(chǎn)前，需要進(jìn)行選擇，除了滿足微生物的基本條件外，還要滿足該生產(chǎn)要求。若都不能滿足，則可以通過菌種選育方法，如自然選育、誘變育種、雜交育種、分子育種的手段來進(jìn)行改良。

三、生物反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇

微生物發(fā)酵根據(jù)需氧的不同，分為厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵。好氧發(fā)酵相對比較復(fù)雜，在發(fā)酵過程中需要通入氧氣，而氧氣來源是空氣，所以在使用前需要對氧氣進(jìn)行滅菌，滅菌后的空氣為無菌空氣，才可以通入到發(fā)酵罐內(nèi)。滿足條件后，要給微生物適宜的環(huán)境和有利的條件，比如適宜的溫度、PH值、溶氧濃度、二氧化碳及尾氣的排出、泡沫的消除等。不管是好氧發(fā)酵還是厭氧發(fā)酵，均應(yīng)根據(jù)菌種的特點(diǎn)、代謝規(guī)律和產(chǎn)品的特點(diǎn)，選擇合適的發(fā)酵條件。

四、產(chǎn)品的分離和純化

分離和純化是從發(fā)酵液中提取符合質(zhì)量指標(biāo)的制品。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的類型、特點(diǎn)選擇合適的下游技術(shù)的組合。采用吸附法、溶媒萃取法、離子交換法、沉淀法、蒸餾法、雙水相萃取法、色譜法等，提取、分離和純化產(chǎn)品，得到符合要求的目標(biāo)產(chǎn)品。

不管是微生物培養(yǎng)，還是動植物細(xì)胞培養(yǎng)、污水的生化處理以及天然物質(zhì)中應(yīng)用生物技術(shù)提取有效成分均為生物反應(yīng)過程。如果過程使用的生物催化劑是酶，通常叫酶反應(yīng)過程。如果是生物細(xì)胞，則叫做發(fā)酵過程。由以上生物反應(yīng)過程的內(nèi)容，總結(jié)生物反應(yīng)過程的特點(diǎn)如下：

1、生產(chǎn)過程通常在常溫下進(jìn)行，操作條件溫和，不需考慮防爆問題，一種設(shè)備多種用途。

2、生產(chǎn)反應(yīng)過程以生命體自動調(diào)節(jié)方式進(jìn)行，多個反應(yīng)像一個反應(yīng)一樣，可在單一設(shè)備中進(jìn)行。

3、能容易進(jìn)行復(fù)雜高分子化合物的生產(chǎn)。

4、能夠高度選擇性的進(jìn)行復(fù)雜化合物在特定部位的反應(yīng)。

5、生產(chǎn)產(chǎn)品的生物體本身也是產(chǎn)物，富含維生素、蛋白質(zhì)、酶等。

6、生產(chǎn)過程中需要注意防止雜菌污染，尤其是噬菌體的侵入，以免造成很大的危害。

7、通過改良生物體的生產(chǎn)性能，可在不增加設(shè)備投資的條件下，利用原有的生產(chǎn)設(shè)備使生產(chǎn)能力飛躍上升。

實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過改進(jìn)工藝和改善設(shè)備的研究，在很大程度上改善產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效益。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，對生產(chǎn)過程提出了更高的要求，使工藝的研究和優(yōu)化變得更加重要。