專利名稱：氣升式生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所述的技術(shù)方案屬于微生物學(xué)領(lǐng)域，具體的講，是屬于微生物學(xué)裝置領(lǐng)域， 依據(jù)國(guó)際專利分類法，屬于C12M3/00植物細(xì)胞培養(yǎng)裝置。
背景技術(shù)：
生物反應(yīng)器是為細(xì)菌、真菌、植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞等提供無(wú)菌的、溫度適宜的、營(yíng) 養(yǎng)良好的、供氧充分的、生長(zhǎng)環(huán)境的裝置?，F(xiàn)有的抗菌素生產(chǎn)是用機(jī)械攪拌式反應(yīng)器，或氣 升式、自吸式、噴射式、鼓泡式生物反應(yīng)器。但這些機(jī)械攪拌反應(yīng)器，能耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而 氣升式反應(yīng)器、鼓泡式反應(yīng)器的混合性能和傳熱性能較好，氣液比大時(shí)氣液傳質(zhì)性能優(yōu)良， 無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，制作維修較方便，容易放大到數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)立方米，這是攪拌式反應(yīng)器無(wú)法達(dá) 到的。但他們對(duì)于蕈菌菌絲體的培養(yǎng)還存在不足，不能很好地滿足蕈菌細(xì)胞液體培養(yǎng)需要， 本發(fā)明對(duì)此做出妥善的解決。蕈菌是一類大型絲狀真菌微生物，其子實(shí)體通常稱為蘑菇，包括食用菇、藥用菇、 毒菇。蕈菌細(xì)胞及其代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)具有明顯的社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)國(guó)內(nèi) 外對(duì)藥用大型絲狀真菌細(xì)胞及其產(chǎn)物進(jìn)行的藥理與臨床研究結(jié)果表明了工業(yè)規(guī)模開(kāi)發(fā)這 類藥用蕈菌的必要性。如冬蟲(chóng)夏草，人工培養(yǎng)子實(shí)體未過(guò)關(guān)，必須采用蕈菌液體深層培養(yǎng) 工藝，才能得到具有實(shí)用價(jià)值的大量菌絲體產(chǎn)品，以解決缺少資源的困境，讓人類有寶貴的 藥物治病，保持健康。本發(fā)明就是蕈菌細(xì)胞液體培養(yǎng)工藝中的生物反應(yīng)器，包括種液培養(yǎng)反 應(yīng)器與液體發(fā)酵反應(yīng)器。對(duì)蕈菌來(lái)說(shuō)，它的多細(xì)胞菌絲較其他微生物菌絲更為纖長(zhǎng)。機(jī)械 攪拌會(huì)對(duì)纖長(zhǎng)的菌絲產(chǎn)生機(jī)械損傷，使菌絲斷裂死亡，影響次生代謝產(chǎn)物的生成速度；同時(shí) 機(jī)械攪拌還產(chǎn)生流體旋渦氣穴、高速氣泡同樣也會(huì)使纖細(xì)的菌絲破損死亡而影響生長(zhǎng)。這 些研究結(jié)果表明本發(fā)明可以很好地用于蕈菌細(xì)胞液體培養(yǎng)?，F(xiàn)有的技術(shù)，如我國(guó)專利號(hào)為99121894. 9，申請(qǐng)日為1999年10月22日，發(fā)明名 稱為《一種新的用于微生物液體培養(yǎng)的生物反應(yīng)器》，它為解決絲狀真菌在傳統(tǒng)機(jī)械攪拌 反應(yīng)器中液體培養(yǎng)時(shí)菌絲易破損、菌團(tuán)結(jié)壁而不利于生長(zhǎng)的難題，針對(duì)絲狀真菌的生長(zhǎng)特 點(diǎn)設(shè)計(jì)了與現(xiàn)有氣升反應(yīng)器不同的、具有低回流區(qū)以及涉及升降循環(huán)比等其他特定參數(shù)的 氣升反應(yīng)器，包括種液菌絲培養(yǎng)反應(yīng)器與液體發(fā)酵反應(yīng)器。其不足之處由于發(fā)酵過(guò)程不能 添加物料，因此，發(fā)酵裝置不能人為控制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出一種具有多層塔形導(dǎo)流環(huán)和可卸衡壓式流加器，適合蕈 菌細(xì)胞液體培養(yǎng)的氣升式生物反應(yīng)器。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種氣升式生物反應(yīng)器，包括罐蓋、夾套、罐 體、出料管和空氣分布管，罐體的外部裝有夾套，罐體的下部裝有塔形導(dǎo)流環(huán)，它由上導(dǎo)流 環(huán)、中導(dǎo)流環(huán)和下導(dǎo)流環(huán)組成，其內(nèi)徑分別為D1、D2、D3，高度分別為hl、h2、h3，罐蓋為罐體 的封頭，裝在罐體的上方，罐體的側(cè)壁下方設(shè)有出料管，底部設(shè)有空氣分布管，加料連接口和恒壓連接口裝在罐體的上方；加料連接口和恒壓連接口為流加器的連接口 ；罐體內(nèi)設(shè)有 上細(xì)下粗的多層環(huán)間隔件；由上而下三個(gè)導(dǎo)流環(huán)的內(nèi)徑由小到大，依次為Dl D2 D3 = 0.85 0. 90 1.00 ；同時(shí)由上而下三個(gè)導(dǎo)流環(huán)的高度hl、h2、h3由小到大，其結(jié)構(gòu)比例依 次為hi h2 h3 = 1 2 3 ；上導(dǎo)流環(huán)直徑Dl和反應(yīng)器罐體的直徑D的比例為Dl D =0.65 1.00。加料連接口和恒壓連接口上接有流加器，流加器由筒體、玻璃視鏡、恒壓 管、加料管和筒體封頭組成，筒體上裝有玻璃視鏡，其上部裝有恒壓管，下部裝有加料管，上 部為筒體封頭，它由可翻轉(zhuǎn)壓蓋、筒體頂蓋法蘭盤(pán)、頂蓋螺栓扣、頂蓋翻轉(zhuǎn)軸和頂蓋膠塞組 成。本生物反應(yīng)器有如下特點(diǎn)1.根據(jù)蕈菌細(xì)胞生長(zhǎng)的特點(diǎn)，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置1 3層的塔形導(dǎo)流環(huán)，給菌絲體施加 柔和的拉伸力，并供給充足的氧氣；有利于細(xì)胞菌絲絮團(tuán)的生長(zhǎng)；2.多層導(dǎo)流環(huán)間的大空隙間隔結(jié)構(gòu)，使發(fā)酵過(guò)程可以采用培養(yǎng)基的補(bǔ)料工藝并充 分?jǐn)嚢杈鶆颍?.可卸式的、衡壓的流加器，可以保證流加操作過(guò)程通暢和無(wú)菌，可以更好地操控 發(fā)酵過(guò)程；4.針對(duì)種液和發(fā)酵的不同工藝要求，設(shè)計(jì)有不同結(jié)構(gòu)的發(fā)酵反應(yīng)器，可使這種氣 升式生物反應(yīng)器適用于多種蕈菌菌絲體液體培養(yǎng)或液體發(fā)酵的不同工藝過(guò)程。

圖1氣升式生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2可卸式衡壓流加器結(jié)構(gòu)示意圖。零部件編號(hào)上下導(dǎo)流環(huán)1直徑Dl高度hi、中導(dǎo)流環(huán)2直徑D2高度h2、下 導(dǎo)流環(huán)3直徑D3高度h3、環(huán)間隔件4高度k、罐蓋5、夾套6、罐體7直徑D，高度Ην、 出料管8、空氣分布管9、加料連接口 10、衡壓連接口 11、導(dǎo)流環(huán)12高度Ht、筒體13、玻璃 視鏡14、可翻轉(zhuǎn)壓蓋15、筒體頂蓋法蘭盤(pán)16、頂蓋螺栓扣17、頂蓋翻轉(zhuǎn)軸18、衡壓管19、加 料管20、頂蓋膠塞21、流加器22、筒體封頭23。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。圖1為氣升式生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1中可以看出本生物反應(yīng)器由罐蓋 5、夾套6、罐體7、出料管8、空氣分布管9、加料連接口 10、衡壓連接口 11和導(dǎo)流環(huán)12等組 成，夾套6套在罐體7的外面，導(dǎo)流環(huán)12在罐體7的下部，它由上導(dǎo)流環(huán)1、中導(dǎo)流環(huán)2和下 導(dǎo)流環(huán)3三個(gè)環(huán)組成，其直徑分別為Dl、D2、D3，高度分別為hi、h2、h3，罐蓋5為罐體7的 封頭，裝在罐體7的上方，罐體7的側(cè)壁下方設(shè)有出料管8，底部設(shè)有空氣分布管9，加料連 接口 10和衡壓連接口 11裝在罐體7的上方，加料連接口 10和衡壓連接口 11為流加器22 的連接口。罐體7內(nèi)設(shè)有上細(xì)下粗的多層環(huán)間隔件4，其層間具有大空隙，高度(空隙尺寸) 為k，這種塔形的導(dǎo)流環(huán)12結(jié)構(gòu)，可以保證培養(yǎng)體系在導(dǎo)流環(huán)12內(nèi)從上到下有均勻的液流 速度，以及通過(guò)導(dǎo)流環(huán)12層間大空隙形成明顯的幾個(gè)整體和局部的大小環(huán)流，從而促進(jìn)絲 狀菌絮的形成和生長(zhǎng)。大型絲狀真菌生長(zhǎng)形態(tài)學(xué)研究結(jié)果表明，液體培養(yǎng)體系中絲狀菌絮形式是細(xì)胞迅速生長(zhǎng)的表現(xiàn)。本生物反應(yīng)器的內(nèi)導(dǎo)流環(huán)由上而下可有1 3層組成，由上而 下三個(gè)導(dǎo)流環(huán)的內(nèi)徑由小到大，依次為Dl D2 D3 = 0.85 0.90 1.00;同時(shí)由上而 下三個(gè)導(dǎo)流環(huán)的高度hl、h2、h3由小到大，其結(jié)構(gòu)比例依次為hi h2 h3 = 1 2 3。 上層導(dǎo)流環(huán)直徑Dl和反應(yīng)器罐體7直徑D的比例為Dl D = 0.65 1.00;環(huán)間隔件4的 層間高度為k，其結(jié)構(gòu)比h3 h2 hi k = 3 2 1 0. 1。本生物反應(yīng)器的導(dǎo)流環(huán)12可以按上述比例設(shè)計(jì)成一層，即單一獨(dú)立的導(dǎo)流環(huán)12， 或二層，這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)減少培養(yǎng)過(guò)程菌絮形成的量和形成速度，相應(yīng)地會(huì)增加菌球形成的 量和形成速度，這兩種情況可被選用于不同的培養(yǎng)對(duì)象和代謝產(chǎn)物。本生物反應(yīng)器的導(dǎo)流環(huán)12具有多層大空隙的結(jié)構(gòu)，它具有提供實(shí)施補(bǔ)料工藝的 可能性。就微生物培養(yǎng)及其發(fā)酵工藝控制而言，為了避免培養(yǎng)基底物抑制效應(yīng)從而提高細(xì) 胞及其代謝產(chǎn)物濃度，通常采用發(fā)酵過(guò)程的補(bǔ)料工藝，補(bǔ)料過(guò)程中培養(yǎng)體積由小變大是補(bǔ) 料工藝的特征。通常的氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器不能實(shí)施補(bǔ)料工藝。本發(fā)明中，導(dǎo)流環(huán)12分 成一、二、三層，層間具有足夠大的空隙可以在培養(yǎng)液初始體積以及補(bǔ)料初期都能產(chǎn)生空隙 環(huán)流，保證料液的混合和菌絮的生長(zhǎng)。圖2為可裝卸式衡壓流加器示意圖。它是生物反應(yīng)器的附屬設(shè)備，使用時(shí)可裝上， 不用時(shí)可卸下，其作用是用來(lái)向運(yùn)行中的生物反應(yīng)器補(bǔ)充物料或菌種，以保證等壓、無(wú)菌。 流加器22由筒體13、玻璃視鏡14、衡壓管19、加料管20和筒體封頭23等組成，筒體13上 裝有玻璃視鏡14，其上部裝有衡壓管19，下部裝有加料管20，其上部為筒體封頭23，筒體封 頭23由可翻轉(zhuǎn)壓蓋15、筒體頂蓋法蘭盤(pán)16、頂蓋螺栓扣17、頂蓋翻轉(zhuǎn)軸18和頂蓋膠塞21 組成。在使用流加器22時(shí)，將它放在生物反應(yīng)器的頂部，將衡壓管19連接到生物反應(yīng)器的 衡壓連接口 11，使生物反應(yīng)器和流加器22的筒內(nèi)壓力相同。然后將加料管20與生物反應(yīng) 器的加料連接口 10連接，這時(shí)流加器22內(nèi)和生物反應(yīng)器內(nèi)保持衡壓，打開(kāi)流加器底部加料 管20的夾子，堿液或消沫劑或種液就可以在重力作用下平穩(wěn)地流入罐體7內(nèi)，這樣便于控 制流量又可保持無(wú)菌狀態(tài)。可以對(duì)生物反應(yīng)器進(jìn)行補(bǔ)料或注入菌種。本生物反應(yīng)器還可設(shè)計(jì)成互不相同的‘種液培養(yǎng)反應(yīng)器’和‘液體發(fā)酵反應(yīng)器’。其 區(qū)別在于‘種液培養(yǎng)反應(yīng)器’內(nèi)導(dǎo)流環(huán)12分為三層(包括空隙)，其高度為Ht;罐體7，即 反應(yīng)器容積有效高度為Hv，其比例為Ht Hv = 0.45 1.00，而‘液體發(fā)酵反應(yīng)器，的比 例為Ht Hv = 0.65 1.00。原因是在大型絲狀真菌種液培養(yǎng)中，種液的合格標(biāo)準(zhǔn)是細(xì) 胞處于生長(zhǎng)旺盛期，這就要求種液中含有較多量的絲狀菌絮或菌絮團(tuán)而不是菌絲球。實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明較低的內(nèi)導(dǎo)流筒高度可以進(jìn)一步促進(jìn)絲狀菌絮的形成。實(shí)施例1 本生物反應(yīng)器的導(dǎo)流環(huán)12只有一層，其高度Ht和罐體高度Hv的比例為Ht Hv =0.65 1。本實(shí)施例用于液體發(fā)酵過(guò)程中不添加培養(yǎng)液等控制過(guò)程，此時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了，但 可完全滿足使用要求。實(shí)施例2 本生物反應(yīng)器的導(dǎo)流環(huán)12有二層，即上層和中層，其總高Ht和罐體高度Hv比 例為Ht Hv = 0.65 1，上層直徑D1、中層直徑D2和罐直徑D之比為Dl D2 D = 0.60 0. 65 1，二層間隙k與層高h(yuǎn)l、h2的比例為hi h2 k = 1 2 0. 1。本實(shí) 施例可在培養(yǎng)過(guò)程中補(bǔ)液一次，使培養(yǎng)液總高超過(guò)中層導(dǎo)流環(huán)上面即可。[0025]實(shí)施例3本生物反應(yīng)器的導(dǎo)流環(huán)12有三層，即上層、中層和下層，其總高Ht和罐體高度Hv 的比例為Ht Hv = 0.65 1，上層直徑D1、中層直徑D2、下層直徑D3和罐直徑D之比為 Dl D2 D3 D = 0. 55 0.60 0. 65 1，三層間隙k與上層高h(yuǎn)i、中層高h(yuǎn)2、下層高 h3的比例為hi h2 h3 k = 1 2 3 0. 1。本實(shí)施例在培養(yǎng)過(guò)程中可補(bǔ)液二次， 第一次培養(yǎng)液總量沒(méi)過(guò)中層導(dǎo)流筒，第二次培養(yǎng)液總量沒(méi)過(guò)上層導(dǎo)流筒即可。實(shí)施例4 本實(shí)施例為菌種培養(yǎng)反應(yīng)器，其導(dǎo)流環(huán)12為三層，其總高Ht和罐體7高度Hv之 比為Ht Hv = O. 45 1.00。培養(yǎng)過(guò)程中可補(bǔ)料2次。實(shí)施例5 本實(shí)施例為菌種培養(yǎng)反應(yīng)器，其導(dǎo)流環(huán)12為二層，其總高Ht和罐體7高度Hv之 比為Ht Hv = 0.45 1.00。培養(yǎng)過(guò)程中可補(bǔ)料一次。實(shí)施例6:本實(shí)施例為菌種培養(yǎng)反應(yīng)器，其導(dǎo)流環(huán)12只有一層，其高度Ht和罐體7高度Hv 之比為Ht Hv = 0. 45 1.00。培養(yǎng)過(guò)程中不可補(bǔ)料了。
權(quán)利要求1.一種氣升式生物反應(yīng)器，包括罐蓋(5)、夾套(6)、罐體(7)、出料管(8)和空氣分布 管(9)，罐體(7)的外部裝有夾套(6)，其特征在于罐體(7)的下部裝有塔形導(dǎo)流環(huán)(12)， 它由上導(dǎo)流環(huán)(1)、中導(dǎo)流環(huán)(2)和下導(dǎo)流環(huán)(3)組成，其內(nèi)徑分別為D1、D2、D3，高度分別 為hl、h2、h3，罐蓋( 為罐體(7)的封頭，裝在罐體(7)的上方，罐體(7)的側(cè)壁下方設(shè)有 出料管(8)，底部設(shè)有空氣分布管(9)，加料連接口(10)和恒壓連接口(11)裝在罐體(7) 的上方；加料連接口(10)和恒壓連接口(11)為流加器0 的連接口 ；罐體(7)內(nèi)設(shè)有上 細(xì)下粗的多層環(huán)間隔件0)；由上而下三個(gè)導(dǎo)流環(huán)的內(nèi)徑由小到大，依次為Dl D2 D3 = 0.85 0. 90 1.00 ；同時(shí)由上而下三個(gè)導(dǎo)流環(huán)的高度hl、h2、h3由小到大，其結(jié)構(gòu)比例依 次為hi h2 h3 = 1 2 3;上導(dǎo)流環(huán)直徑Dl和反應(yīng)器罐體(7)的直徑D的比例為 Dl D = 0. 65 1. 00。
2.按照權(quán)利要求1所述的氣升式生物反應(yīng)器，其特征在于所述的加料連接口(10) 和恒壓連接口 (11)上接有流加器(22)，流加器(22)由筒體(13)、玻璃視鏡(14)、恒壓管 (19)、加料管00)和筒體封頭組成，筒體(1 上裝有玻璃視鏡(14)，其上部裝有恒壓 管(19)，下部裝有加料管(20)，上部為筒體封頭(23)，它由可翻轉(zhuǎn)壓蓋(15)、筒體頂蓋法蘭 盤(pán)(16)、頂蓋螺栓扣(17)、頂蓋翻轉(zhuǎn)軸(18)和頂蓋膠塞(21)組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種氣升式生物反應(yīng)器，包括罐蓋(5)、夾套(6)、罐體(7)、出料管(8)和空氣分布管(9)，罐體(7)的外部裝有夾套(6)。罐體(7)的下部裝有塔形導(dǎo)流環(huán)(12)，導(dǎo)流環(huán)(12)由上導(dǎo)流環(huán)(1)、中導(dǎo)流環(huán)(2)和下導(dǎo)流環(huán)(3)組成，其直徑分別為D1、D2、D3，高度分別為h1、h2、h3，罐體(7)的側(cè)壁下方設(shè)有出料管(8)，底部設(shè)有空氣分布管(9)，加料連接口(10)和衡壓連接口(11)裝在罐體(7)的上方；罐體(7)內(nèi)設(shè)有上細(xì)下粗的多層環(huán)間隔件(4)。本反應(yīng)器有利于細(xì)胞菌絲絮團(tuán)的生長(zhǎng)，適用于多種蕈菌菌絲體液體培養(yǎng)。
文檔編號(hào)A01G1/04GK201850269SQ2009201641
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者原玉全, 龔建華 申請(qǐng)人:北京富天民國(guó)防科技成果技術(shù)開(kāi)發(fā)中心, 深圳市每人康生物科技有限公司