生物反应器（bioreactor）是指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，可分为细胞反应器和酶反应器两大类。生物反应器种类很多，已广泛用于发酵食品、药品、环保等方面。从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。生物反应器中的物质、能量和热量转换与反应器的结构和内部装置密切相关，换句话说，生物反应器的结构对生物反应的产品质量、收率（转化率）和能耗起到关键作用。与化学反应器的主要不同点是生物（酶除外）反应都以“自催化”方式进行，即在目的产物生成的过程中生物自身要生长繁殖。因此，生物反应器的设计必须以生物体为中心，这就要求设计者既要有化学工程的知识，又要有生物学的基础。设计工程师除了考虑反应器的传质、传热等性能以外，还需要选择适宜的生物催化剂，这包括了解产物在生物反应的哪一阶段大量生成、适宜的pH和温度，是否好氧和易受杂菌污染等；生物体是活体，生长过程可能受到剪切力影响，也可能发生凝聚成为颗粒，或因自身产气或受通气影响而漂浮于液面；材料的选择能确保无菌操作的设计；检验与控制装置的可靠性、安全性、经济性等。总之，生物反应器的设计原理是基于强化传质、传热等操作，将生物体活性控制在最佳条件，降低总的操作费用。
生物反应器的设计也因反应的目的不同而有所区别。生物反应的目的可归纳为几种：一是生产细胞，二是收集细胞的代谢产物，三是直接用酶催化得到所需产物。最初的生物反应器主要是用于微生物的培养或发酵，随着生物技术的不断深入和发展，它已被广泛用于动植物细胞培养、组织培养、酶反应等场合。
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