淺談生物反應過程及特點

劉 澤

(長春職業技術學院食品與生物技術分院，吉林 長春 130033)

生物技術通常是人們應用微生物、動植物細胞等，并配置相應的培養基，進而對物料進行加工，最終為社會提供所需要的產品的一項服務技術。生物技術應用在多方面，主要包括發酵工程、基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程。它被世界各國視為一項高新技術，對提高國力，迎接人類所面臨的食品短缺、健康及經濟問題的挑戰至關重要！因此，生物技術是一門新興的、綜合性的學科。

應用生物技術，結合生物催化劑(酶和生物細胞)來從事生物技術產品的生產過程就是生物反應過程。

通常生物反應過程分為四部分：

一、原料的預處理及培養基的制備

企業生產中依據生產目的的不同分為實驗室原料的制備和生產車間原料的制備。兩者雖然目標微生物相同，生產同一種代謝產品，但由于用途不同，所以兩者配置的培養基因此而不同。實驗室中配置的培養基，目的是對微生物進行精細培養，所以應用藥品庫的藥品，如配置細菌培養基，選用牛肉高蛋白胨培養基；生產車間中配置的培養基，目的是大批量培養微生物，使其產生大量的代謝產物，所以要求不是很精細，選擇工農業的一些下腳料，如制糖廠的副產品糖蜜。無論使用哪種培養基，在使用之前都要進行滅菌處理。

二、生物催化劑的制備

生物催化劑分為酶和微生物細胞。

若為酶，則選擇一定量的活力強的酶制劑；若為生物細胞，則選擇高產、穩產、培養要求不苛刻的菌種。該菌種在投入生產前，需要進行選擇，除了滿足微生物的基本條件外，還要滿足該生產要求。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行改良。

三、生物反應器及反應條件的選擇

微生物發酵根據需氧的不同，分為厭氧發酵和好氧發酵。好氧發酵相對比較復雜，在發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行滅菌，滅菌后的空氣為無菌空氣，才可以通入到發酵罐內。滿足條件后，要給微生物適宜的環境和有利的條件，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。不管是好氧發酵還是厭氧發酵，均應根據菌種的特點、代謝規律和產品的特點，選擇合適的發酵條件。

四、產品的分離和純化

分離和純化是從發酵液中提取符合質量指標的制品。應根據產品的類型、特點選擇合適的下游技術的組合。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、分離和純化產品，得到符合要求的目標產品。

不管是微生物培養，還是動植物細胞培養、污水的生化處理以及天然物質中應用生物技術提取有效成分均為生物反應過程。如果過程使用的生物催化劑是酶，通常叫酶反應過程。如果是生物細胞，則叫做發酵過程。由以上生物反應過程的內容，總結生物反應過程的特點如下：

1、生產過程通常在常溫下進行，操作條件溫和，不需考慮防爆問題，一種設備多種用途。

2、生產反應過程以生命體自動調節方式進行，多個反應像一個反應一樣，可在單一設備中進行。

3、能容易進行復雜高分子化合物的生產。

4、能夠高度選擇性的進行復雜化合物在特定部位的反應。

5、生產產品的生物體本身也是產物，富含維生素、蛋白質、酶等。

6、生產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性能，可在不增加設備投資的條件下，利用原有的生產設備使生產能力飛躍上升。

實際生產中，可以通過改進工藝和改善設備的研究，在很大程度上改善產品的質量，提高生產效益。隨著生物技術的發展，對生產過程提出了更高的要求，使工藝的研究和優化變得更加重要。