生物反应器在理论、外型、结构、分类和操作方式等方面基本上类同于化学反应器。但由于以酶或活细胞为催化剂，底物的成分和性质一般都比较复杂，产物类型多样，且常与细胞代谢过程等有关。一般生物反应器应满足以下要求：①能在不同规模要求上为细胞增殖、酶的催化反应和产物的形成提供良好的环境，即易消毒，能防止杂菌污染，不损伤酶、细胞及固定化生物催化剂的固有特性，易于改变操作条件，使其能在最适条件下进行各种生物反应。②能在尽量减少单位操作体积所需功率输入的情况下,提供较好的混合条件,并能增大传热和传质速率。③操作弹性大,能适应生物反应的不同阶段或不同类型产品生产的需要。

生物反应器按照所使用生物催化剂的不同可分为酶催化反应器和细胞生物反应器。酶催化反应器中进行的生物反应比较简单，酶在反应过程中不发生变化。细胞生物反应器中，在进行生物反应的同时，细胞本身得到繁殖。

根据操作方式的不同可分为间歇式、连续式和半间歇式生物反应器。①间歇式生物反应器，对于生物反应过程，间歇操作可减少污染，所以其使用最广泛。②连续式生物反应器，连续操作主要用于固定化生物催化剂的生物反应过程，由于反应器是长期连续操作，故易染菌，且易造成菌体突变，因此连续式生物反应器使用范围受到了限制。③半间歇式生物反应器，半间歇操作又称流加方式，常用于有底物抑制或产物抑制的生物过程，或需要控制生长速率的发酵过程。

根据反应器的结构特征又分为釜式生物反应器、管式生物反应器、塔式生物反应器、膜式生物反应器等类型。常见的生物反应器有如下6种：①发酵罐（图1），是最古老和最经典的生物反应器，用于微生物的发酵。发酵罐主体一般是不锈钢制成的圆筒，罐内有搅拌桨、通气装置、控制传感器等部件。②机械搅拌型生物反应器，是21世纪初工业生产中使用最广泛的一种生物反应器，其最大特点是操作弹性大，对各种物系及工艺适应性强。缺点是效率偏低，功率消耗较大，放大困难。③气体提升型生物反应器，利用气体喷射的功率以及气-液混合物与液体的密度差使气-液循环流动。其特点是传质和传热效果好、易于放大、结构简单、剪切应力分布均匀、不易染菌（图2）。④固定床生物反应器，用于固定化生物催化剂的反应系统。其特点是可连续操作、返混小，底物利用率高、固定化生物催化剂不易磨损。⑤流化床生物反应器，是一种多用于底物为固体颗粒，或有固定化生物催化剂参与的反应系统。该类反应器由于混合程度高，其传质和传热效果好，但不适合有产物抑制的反应系统。⑥膜生物反应器（图3），将酶或微生物细胞固定在多孔膜上，当底物通过膜时,即可进行酶催化反应。由于小分子产物可透过膜与底物分离，从而防止产物对酶产生抑制作用，将反应和分离过程耦合，简化了工艺过程。

图1 酵母发酵罐

a 外循环式；b 内循环式图2 气体提升型生物反应器示意图

图3 膜生物反应器示意图