[發明專利]一種植物組織培養用鼓泡式生物反應器

有效

• 申請號: 201110255311.9
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102321537A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 高文遠;董艷艷;錢均弢
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 葉青

技術領域

本發明涉及一種通過組織培養技術進行植物再生的微生物學裝置，具體的說，是涉及一種植物細胞、組織和器官的培養用鼓泡式生物反應器。

背景技術

我國是世界上藥用植物資源最豐富的國家之一，隨著植物藥的大量使用，藥用植物的采挖和使用遠遠超過了植物的生長速度，藥用植物資源日趨枯竭。傳統的藥用植物大田栽培一方面受“天時地利”的影響，產量質量波動大，另一方面農藥殘留污染問題嚴重。植物細胞、組織和器官的生物反應器培養具有生長迅速，易于控制的特點，因而可以逐漸取代大田栽培滿足市場的需要。

生物反應器是用于大規模培養微生物、植物和動物細胞的反應器，目前培養植物細胞、組織和器官的生物反應器已經到了工業化大生產的階段。例如，用氣升式生物反應器培養長春花細胞生產蛇根堿[A.H.Scragg?et?al.，Enzyme?Microb?Technol，1987，9：619]；韓國S.H.Son等人對紅豆杉細胞進行反應器大規模培養，采用從100L到500L的氣升式反應器[S.H.Son?et?al.，Plant?Cell?Reports(2000)19：628-633]；幾年后，Kee-Yoeup?Paek采用球形鼓泡式反應器對人參不定根進行大規模培養獲得具有很強藥理活性的人參皂苷[Kee-Yoeup?Paek?et?al.，Adv?Biochem?Engin/Biotechnol(2009)113：151-176]，獲得了較高生長量的人參不定根等。

目前用于藥用植物細胞、組織和器官懸浮培養的反應器主要有攪拌式、氣升式、鼓泡式等。從上個世紀80年代開始，植物細胞、組織和器官的培養用反應器就已經由攪拌式向氣升式和鼓泡式過渡。由于植物細胞具有體積較大，細胞壁較脆以及具有大的液泡等特點，植物細胞對剪切力很敏感，其敏感性由細胞的種類、狀態、切變力耐受性、剪切速率及反應器本身的結構等多種因素決定。針對這一特點，解決的途徑通常是從細胞系本身出發，篩選抗剪切力的高產系或通過細胞工程和基因工程手段對現有細胞系進行改造，建立抗剪切力的株系；在此基礎上改造反應器結構，使其具有緩和的流場及良好的混合性能。

攪拌式生物反應器操作范圍大，供氧能力強，混合效果好，但攪拌過程中產生的剪切力較大，容易對植物離體組織造成損傷，且能耗較大。相對而言，氣升式反應器和鼓泡式反應器剪切力較小，目前國內外普遍認為鼓泡式反應器是一類適用面廣的生物反應器，這類反應器的結構特點是氣泡沿液相上升，在與液相接觸進行反應的同時攪動液體以提高傳質速率。傳統的鼓泡式反應器返混嚴重，氣泡易產生聚并，并且泡沫會夾帶一些CO₂揮發性物質，對植物細胞的生長產生不良影響，且效率較低，盡管可通過加入消泡劑削弱這種影響，但是加入消泡劑會對植物細胞、組織和器官的生長以及次生代謝產物的積累產生不良影響。

發明內容

本發明要解決的是現有鼓泡式生物反應器的圓柱形結構剪切力較大和產生氣泡較多的技術問題，提供一種近球形的鼓泡式生物反應器。

為了解決上述技術問題，本發明的裝置通過以下的技術方案予以實現：

一種植物組織培養用鼓泡式生物反應器，包括生物反應器主體，所述生物反應器主體包括通過法蘭上下連接的球冠體結構和圓錐體結構；

所述球冠體結構側壁設置有上視鏡，所述球冠體結構頂部連接有頂蓋，所述頂蓋內表面安裝有燈鏡，所述頂蓋上設置有接種口、補料口、排氣冷卻器接口、消泡電極接口、溫度電極接口、pH電極接接口和溶氧電極接口；

所述圓錐體結構側壁設置有下視鏡，所述圓錐體結構外部安裝有連接于蒸汽發生器的控溫夾套，所述圓錐體結構底部內設置有環形氣體分布器，所述環形氣體分布器連接有設置于所述圓錐體結構外部的空氣進口，所述圓錐體結構底端連接有出料取樣閥；

所述空氣進口通過轉子流量計連接有空氣濾罐，所述空氣濾罐與空氣壓縮機連接。

所述圓錐體結構的錐體角度在40°～150°范圍內。

所述圓錐體結構的錐體角度在60°～100°范圍內。

所述生物反應器主體的高徑比為0.38～2.8，所述高徑比為所述頂蓋到所述圓錐體結構底部的高度與所述生物反應器主體最大直徑之間的比值。

所述圓錐體結構與所述控溫夾套之間安裝有螺旋形散熱板。

所述空氣濾罐上設置有第一壓力表。

所述空氣進口與所述轉子流量計之間設置有第二壓力表。

本發明的有益效果是：