專利名稱：多功能生物反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種反應器，特別涉及一種多功能微生物反應器。
背景技術：
生物反應器是發(fā)酵工程的核心設備，是細胞大規(guī)模培養(yǎng)、組織培 養(yǎng)、發(fā)酵代謝產(chǎn)物生產(chǎn)實現(xiàn)工業(yè)化的關鍵，其研究成果將影響到產(chǎn)物 的周期、得率、運行可靠性及運行成本。在生物技術迅猛發(fā)展的今天， 生物反應器的研究也顯得越來越重要。其產(chǎn)品已被廣泛應用于醫(yī)藥、 輕工、食品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、冶金、化工、水產(chǎn)等領域，在國民經(jīng)濟中 占有很大比重，無論對當前或今后發(fā)展均具有重要的經(jīng)濟和社會意 義。為了提高發(fā)酵生產(chǎn)水平，除了要考慮菌種選育或基因工程構建， 更要重視生物反應器的研究。反應器的結(jié)構、過程控制優(yōu)化及放大過 程等都是提高發(fā)酵水平的關鍵因素，也是生物反應器研究中必須解決 的問題。目前，常用的生物反應器主要有兩大類機械攪拌式生物反應器 和氣升式生物反應器。其中機械攪拌式生物反應器是最普遍使用的， 氣升式生物反應器則是近代研究開發(fā)出的新型反應器。機械攪拌生物 反應器的氣體分散及培養(yǎng)液的傳遞和混合主要由機械攪拌器來完成， 機械攪拌的作用使得氣體分散，與反應液混合更加充分，溶氧系數(shù)與　轉(zhuǎn)速直接相關，通常需要控制較高的轉(zhuǎn)速以保持培養(yǎng)過程所需要的溶 氧速率。但是，對于長菌絲的微生物如絲狀菌的發(fā)酵和培養(yǎng)，快速機 械攪拌的剪切力對其不利，需要使用到氣升式生物反應器。氣升式生物反應器依靠空氣流動帶動培養(yǎng)液循環(huán)流動，既能使培 養(yǎng)液混合均勻又能使氣體充分分散，而且沒有機械攪拌，節(jié)省動力， 適合于動植物細胞的培養(yǎng)。但氣升式生物反應器不適于固形物含量 高、黏度大的培養(yǎng)液。近20年，生物反應器的研究取得了不少進展，包括固定化床反 應器、膜反應器、氣升式反應器、氣升式光生物反應器、藻類生長光 照培養(yǎng)反應器等，還有相當大部分是用于廢水處理的生物反應器。這 些反應器基本上都是單一功能的反應器，在特定的條件下能夠很好地 滿足發(fā)酵要求。但是，我們應該認識到，生物培養(yǎng)過程是動態(tài)變化的， 培養(yǎng)液物理的特性各異，生物的種類眾多，例如培養(yǎng)液的成份在變、 生物量的濃度在變，生物體的形態(tài)在變，從而造成了發(fā)酵液的粘度、 細胞對剪切力的敏感度等參數(shù)的改變；另外，通常生物培養(yǎng)過程可分 為適應期、對數(shù)生長期、平衡期、衰亡期等四個階段，有不少研究均 顯示了在這四個階段中應采用不同的控制條件，它將對細胞的生長和 產(chǎn)物的形成起到關鍵性的影響。由于受到單一生物反應器功能的限 帝lj，使得有些研究難以深入進行。尤其對于發(fā)酵后期，細胞濃度大、 粘度增加導致混和困難、對機械攪拌剪切力變得更為敏感，但某個階 段又需要較高的溶氧，單一采用機械攪拌器或氣升式發(fā)酵罐等反應器 均難以給予很好的解決方法，很大程度上限制了相關領域科研的發(fā) 展。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種多功能生 物反應器。本實用新型采用的技術方案是提供了一種多功能生物反應器，包 括機械攪拌反應器、氣升反應器，機械攪拌反應器與氣升反應器通過 外循環(huán)裝置相聯(lián)接。本實用新型所述的氣升反應器可以是帶光源的，也可以是不帶光 源的，采用已有的、常規(guī)的氣升反應器，帶光源的氣升反應器通常包 括外循環(huán)空氣接口、硅硼玻璃管、光源等。本實用新型所述的外循環(huán)裝置包括上接管、下接管、控制閥門。所述閥門為電控和/或手控閥門。所述上接管、下接管與反應器焊接。本實用新型中的機械攪拌反應器是常規(guī)的反應器，通常包括罐 體、夾套、取樣閥、擋料板、觀察視窗、頂蓋、進氣隔膜閥、進氣過 濾器、流量計、過濾器壓力表、接種口、攪拌電機、尾氣壓力表、排 氣冷凝器、燈鏡、葉輪、空氣分布器、外循環(huán)口等。通常使用時，反應器與控制柜共同使用，控制柜主要包括控制面 板、補料蠕動泵等，均為常規(guī)已有產(chǎn)品。本實用新型在上述常規(guī)的機械攪拌反應器、氣升反應器上創(chuàng)造性 地設計了外循環(huán)裝置，具體來說是設置了兩條連接管，上接管和下接 管，下接管一端連接機械攪拌反應器已有的外循環(huán)口，另一端與氣升
反應器相連接，經(jīng)閥門控制開關聯(lián)通通道；上接管一端可以焊接于機 械攪拌反應器罐體上部合適位置，另一端與外循環(huán)裝置相連接，同樣 設置閥門控制開關。本實用新型通過外循環(huán)裝置把機械攪拌反應器和帶光源的氣升 反應器連成一個整體，關閉外循環(huán)口時主罐體可單獨作為機械攪拌反 應器，打開外循環(huán)口而不開光照時可作為機械攪拌及外循環(huán)氣升反應 器使用，打開光照時還可作為外循環(huán)帶光照的氣升反應器或者攪拌光 照生物反應器使用。既可以滿足不同細胞培養(yǎng)的條件，又可以滿足同 一細胞不同階段的培養(yǎng)需要，在一個封閉的循環(huán)體系中選擇機械攪拌 反應器或者外循環(huán)氣升反應器或者光照生物反應器， 一種反應器具有 多種生物反應器的功能。本實用新型的有益效果是-(1) 提供了一種多功能生物反應器，可以滿足不同的細胞培養(yǎng) 要求，適用范圍廣；(2) 本實用新型具有在不同的培養(yǎng)階段發(fā)揮不同功能的優(yōu)勢，而且是在同一反應器中操作，簡單易行，實現(xiàn)了培養(yǎng)過程的最優(yōu)化控 制，并可實現(xiàn)產(chǎn)物的最大化。(3) 本實用新型構造簡單，制造成本低，具有很好的推廣價值與經(jīng)濟效益。

圖1本實用新型的示意圖圖2本實用新型的構造平面圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例來進一步說明本實用新型。本實用新型的總體結(jié)構方式如附圖1所示，機械攪拌反應器29 與帶光源的氣升反應器30通過外循環(huán)裝置相聯(lián)接。外循環(huán)裝置主要包括上接管27、控制閥門28、下接管25、控制 閥門26。圖2為本實用新型的構造平面圖，機械攪拌反應器由罐體l、夾 套3、取樣閥4、、擋料板7、觀察視窗8、頂蓋IO、進氣隔膜閥ll、 進氣過濾器12、流量計13、過濾器壓力表14、接種口 15、攪拌電機 16、尾氣壓力表17、排氣冷凝器18、燈鏡19、葉輪23、空氣分布器 24及下接管25等組成。帶光源的氣升反應器主要包括外循環(huán)空氣接 口 2、光源5、硅硼玻璃管6等?？刂乒?0主要包括控制面板21、 補料蠕動泵22等。 實施例1本實用新型的工作過程如附圖2所示，作為機械攪拌生物反應器 使用時關閉下接管25閥門和外循環(huán)裝置，打開控制面板21，按條 件空消后加入培養(yǎng)基，然后按條件進行實消，實消完畢后冷卻水進夾 套3，待培養(yǎng)基冷卻到所需溫度后，調(diào)好培養(yǎng)基PH值，然后通過接 種口15接入菌種，開動攪拌電機16，通過控制面板21調(diào)到所需轉(zhuǎn) 速，通過空氣流量計13調(diào)整過濾器壓力表14和尾氣壓力表17到所 需壓力，發(fā)酵過程中還可通過補料蠕動泵22加入酸和堿調(diào)節(jié)PH值， 加入消泡劑或補料，如需取樣可從取樣閥4進行取樣。 實施例2作為外循環(huán)氣升式生物反應器使用時打開下接管25閥門和外 循環(huán)裝置，打開控制面板21，按條件空消后加入培養(yǎng)基，然后按條 件進行實消，實消完畢后冷卻水進夾套3，待培養(yǎng)基冷卻到所需溫度后，調(diào)好培養(yǎng)基PH值，然后通過接種口 15接入菌種，開動攪拌電機 16，通過控制面板21調(diào)到所需轉(zhuǎn)速，通過外循環(huán)空氣接口 2通入無 菌空氣，使培養(yǎng)基在硅硼玻璃管6內(nèi)上升進入到外循環(huán)裝置，然后進 入到罐體1內(nèi)，再通過下接管25又進入硅硼玻璃管6內(nèi)，從而形成 一個外循環(huán)氣升流，通過空氣流量計13調(diào)整過濾器壓力表14和尾氣 壓力表17到所需壓力，發(fā)酵過程中還可通過補料蠕動泵22加入酸和 堿調(diào)節(jié)PH值，加入消泡劑或補料，如需取樣可從取樣閥4進行取樣。 這種模式最適合于好氧、培養(yǎng)基粘稠、對剪切力敏感的菌體培養(yǎng)。 實施例3作為外循環(huán)帶光照的氣升式生物反應器以及攪拌光照生物反應 器反應器時打開光源5，其余工作步驟同實施例1或?qū)嵤├?。這 種模式適合于需光照、好氧的菌體培養(yǎng)。
權利要求1、一種多功能生物反應器，包括機械攪拌反應器、氣升反應器，其特征是機械攪拌反應器與氣升反應器通過外循環(huán)裝置相連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述的多功能生物反應器，其特征是所述的 氣升反應器帶有光源。
3、 根據(jù)權利要求1所述的多功能生物反應器，其特征是所述的 外循環(huán)裝置包括上接管、下接管、控制閥門。
4、 根據(jù)權利要求3所述的多功能生物反應器，其特征是所述閥 門為電控和/或手控閥門。
5、 根據(jù)權利要求3所述的多功能生物反應器，其特征是所述上 接管、下接管與反應器焊接。
專利摘要本實用新型公開了一種多功能微生物反應器，包括機械攪拌反應器、氣升反應器，機械攪拌反應器與氣升反應器通過外循環(huán)裝置相連接。本實用新型可以滿足不同的細胞培養(yǎng)要求，在不同的培養(yǎng)階段發(fā)揮不同功能的優(yōu)勢，適用范圍廣，簡單易操作，構造簡單，制造成本低，實現(xiàn)了培養(yǎng)過程的最優(yōu)化控制，并可實現(xiàn)產(chǎn)物的最大化，具有很好的推廣價值和經(jīng)濟效益。
文檔編號C12M1/04GK201053016SQ20072005183
公開日2008年4月30日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權日2007年5月24日
發(fā)明者吳振強, 周偉基, 夏楓耿, 張水明, 維 彭, 彭中健, 明飛平, 朱明軍, 梁世中, 王麗霞, 謝浩良 申請人:廣州市微生物研究所;華南理工大學