重组E.coli生产类人胶原蛋白发酵调控策略与500L中试规模放大方法优化(21)

第一章文献综述

解决这两类问题时，放大过程所遵循的最基本原则是相似性，放大方法的理论基础是相似原理。相似原理的基本点是：对任何反应系统，可用数学方程描述其生物化学反应过程、流体流动与动量、热量和质量传递过程，如果两个系统能用相同的微分方程来描述，并具有相同的特征，则两个系统将具有统一的行为方式。如以ｍ７、朋和ｋ分别表示放大模型的变量、原型变量和放大因子，模型反应器与放大反应器的相似性则可表达线性关系：历７＝／ｏｎ。该方程是否对所有变量有效或对部分变量有效，决定系统是否全部或部分相似。按变量的性质，理想的反应器放大应达到的相似条件：①几何相似；②流体力学相似；③热相似；④质量（浓度）相似；⑤生物化学相似。按照以上顺序，前一级是后一级的前提。

为应用相似原理达到相似性条件，生物反应器的放大有多种方法。然而，由于生物反应器的类型很多，所适用的反应体系各异，对其放大所涉及的生物催化剂的生物学特性、生物反应动力学、传质和传热、流体流动的机理等众多方面，因而它是一个综合性很强的复杂问题。因此，实际上并不存在普遍适用的放大方法。各种放大方法的特点均是保持部分对过程影响较大的参数不变，因此放大准则的选择将成为放大成功与否的关键［储炬李友荣２００７．２】。

１．３．２物理放大参数与方法

１．３．２．１物理放大参数

可用作放大准则的物理参数包括所有己知的过程参数以及那些影响生理的参数，特别是那些影响氧供应、热传递和混合的参数，如输入功率、通气和搅拌速度［ＡｌｖｅｓａｎｄＶａｓｃｏｎｃｅｌｏｓ１９９６］、混合时间［Ｏｎｉｓｃｕｅｔａ１．２００１］、无因次混合时间、气体滞留量、溶解氧浓度、氧传递速率ＯＴＲ［ＤｉａｚａｎｄＡｃｅｖｅｄｏ１９９９；Ｒｕｓｓｅｌｅｔａ１．１９９５１、体积氧传递系数ｋＬａ、生物热变量如热流和热传递系数等等。具体如表１．１［Ｓｃｈｍｉｄｔ２００５］所示。

评价生物反应器传递过程特性主要从流体流动与混合、热量和质量传递等方面进行。生物热的测定被发现与代谢活性及ＯＴＲ有一定的相关性，可被用作细胞生长状态的指示剂［Ｔｉｉｒｋｅｒ２００４；Ａｎｄｅｒｓｏｎｅｔａ１．２００２］；然而，其计算需要热流和热源、能量输入以及发酵罐内温度分布的准确测定和相关知识［Ｓｃｈｍｉｄｔ２００５］。同时，由于热量传递仅发生在热量交换界面上，而流动与混合和质量传递既与生物过程的各宏观动力学因素有关，也涉及微观反应机制，因此反应器放大及其性能评价的关键准则主要与流体流动和质量传递性质有关［储炬李友荣２００７—２】。

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