浅谈生物反应过程及特点

刘 泽

(长春职业技术学院食品与生物技术分院，吉林 长春 130033)

生物技术通常是人们应用微生物、动植物细胞等，并配置相应的培养基，进而对物料进行加工，最终为社会提供所需要的产品的一项服务技术。生物技术应用在多方面，主要包括发酵工程、基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程。它被世界各国视为一项高新技术，对提高国力，迎接人类所面临的食品短缺、健康及经济问题的挑战至关重要！因此，生物技术是一门新兴的、综合性的学科。

应用生物技术，结合生物催化剂(酶和生物细胞)来从事生物技术产品的生产过程就是生物反应过程。

通常生物反应过程分为四部分：

一、原料的预处理及培养基的制备

企业生产中依据生产目的的不同分为实验室原料的制备和生产车间原料的制备。两者虽然目标微生物相同，生产同一种代谢产品，但由于用途不同，所以两者配置的培养基因此而不同。实验室中配置的培养基，目的是对微生物进行精细培养，所以应用药品库的药品，如配置细菌培养基，选用牛肉高蛋白胨培养基；生产车间中配置的培养基，目的是大批量培养微生物，使其产生大量的代谢产物，所以要求不是很精细，选择工农业的一些下脚料，如制糖厂的副产品糖蜜。无论使用哪种培养基，在使用之前都要进行灭菌处理。

二、生物催化剂的制备

生物催化剂分为酶和微生物细胞。

若为酶，则选择一定量的活力强的酶制剂；若为生物细胞，则选择高产、稳产、培养要求不苛刻的菌种。该菌种在投入生产前，需要进行选择，除了满足微生物的基本条件外，还要满足该生产要求。若都不能满足，则可以通过菌种选育方法，如自然选育、诱变育种、杂交育种、分子育种的手段来进行改良。

三、生物反应器及反应条件的选择

微生物发酵根据需氧的不同，分为厌氧发酵和好氧发酵。好氧发酵相对比较复杂，在发酵过程中需要通入氧气，而氧气来源是空气，所以在使用前需要对氧气进行灭菌，灭菌后的空气为无菌空气，才可以通入到发酵罐内。满足条件后，要给微生物适宜的环境和有利的条件，比如适宜的温度、PH值、溶氧浓度、二氧化碳及尾气的排出、泡沫的消除等。不管是好氧发酵还是厌氧发酵，均应根据菌种的特点、代谢规律和产品的特点，选择合适的发酵条件。

四、产品的分离和纯化

分离和纯化是从发酵液中提取符合质量指标的制品。应根据产品的类型、特点选择合适的下游技术的组合。采用吸附法、溶媒萃取法、离子交换法、沉淀法、蒸馏法、双水相萃取法、色谱法等，提取、分离和纯化产品，得到符合要求的目标产品。

不管是微生物培养，还是动植物细胞培养、污水的生化处理以及天然物质中应用生物技术提取有效成分均为生物反应过程。如果过程使用的生物催化剂是酶，通常叫酶反应过程。如果是生物细胞，则叫做发酵过程。由以上生物反应过程的内容，总结生物反应过程的特点如下：

1、生产过程通常在常温下进行，操作条件温和，不需考虑防爆问题，一种设备多种用途。

2、生产反应过程以生命体自动调节方式进行，多个反应像一个反应一样，可在单一设备中进行。

3、能容易进行复杂高分子化合物的生产。

4、能够高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的反应。

5、生产产品的生物体本身也是产物，富含维生素、蛋白质、酶等。

6、生产过程中需要注意防止杂菌污染，尤其是噬菌体的侵入，以免造成很大的危害。

7、通过改良生物体的生产性能，可在不增加设备投资的条件下，利用原有的生产设备使生产能力飞跃上升。

实际生产中，可以通过改进工艺和改善设备的研究，在很大程度上改善产品的质量，提高生产效益。随着生物技术的发展，对生产过程提出了更高的要求，使工艺的研究和优化变得更加重要。