CN103031251B - 多功能植物离体根培养生物反应器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能植物离体根培养生物反应器系统，包括喷雾装置和反应器，喷雾装置包括喷雾储液罐、虹吸管、气喷头、进液管、空气过滤装置、喷雾头、喷雾阀和液泵，反应器包括反应罐、搅拌桨、网、气喷垫和出液管；进液管和空气过滤装置分别设置在喷雾储液罐上方，喷雾储液罐的下部通过输液管路依次连接液泵以及反应罐的下部，虹吸管的两端分别设于喷雾储液罐和反应罐内，伸入反应罐的虹吸管端部设有喷雾头，反应罐的下部设有与出液管相连的出液口，反应罐由底部至上依次设置气喷垫、搅拌桨和网。本发明的反应器系统可以在一套反应器中实现鼓泡塔和喷雾两种培养模式。

Description

多功能植物离体根培养生物反应器系统

技术领域

本发明涉及一种生物技术领域的系统，具体涉及一种多功能植物离体根培养生物反应器系统。

背景技术

药用植物离体根(不定根、发根等)生物反应器大规模培养，不仅可以生产许多具有重要价值的次级代谢产物，而且可以缓解野生资源的过度采挖。目前用于药用植物离体根培养的反应器主要有鼓泡式、气升式、流化床式和喷雾式等。鼓泡塔和喷雾式反应器具有剪切力小，传质能力强的特点，是植物离体根培养时主要采用的反应器类型。

植物离体根在反应器内生长的规律符合“S”型曲线。接种后，植物离体根大约需要10天左右的时间适应周围的环境，所以在“适应期”内离体根的生物量增加非常缓慢。对于同一种植物组织，不同的反应器类型所需要的“适应期”亦不同，其中鼓泡塔需要的“适应期”最短。然而，植物离体根在鼓泡塔式反应器内生长时，“适应期”过后，随着生物量的增加，培养液的粘度会变大，最终导致反应器中传质能力下降而出现“氧气盲区”进一步影响生长速率。喷雾式反应器可以使植物离体根交替处于液体浸泡与“裸露”状态，传质能力明显优于鼓泡塔式反应器。

然而，目前常用的鼓泡塔式和喷雾式反应器为独立的类型，无法同时体现两者的优点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种多功能植物离体根培养生物反应器系统。本发明的反应器系统使得植物离体根得以在一套反应器系统内实现培养初期的鼓泡塔模式和培养中后期的喷雾模式。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种多功能植物离体根培养生物反应器系统，包括喷雾装置和反应器，所述喷雾装置包括喷雾储液罐、虹吸管、气喷头、进液管、空气过滤装置、喷雾头、喷雾阀和液泵，所述反应器包括反应罐、搅拌桨、网、气喷垫和出液管；所述气喷头设置在所述喷雾储液罐的底部，所述进液管和空气过滤装置分别设置在所述喷雾储液罐的上方，所述进液管上设有进液阀，所述喷雾储液罐的下部通过输液管路依次连接所述液泵以及反应罐的下部，所述输液管路上靠近所述喷雾储液罐的一端设有所述喷雾阀，所述虹吸管的一端设于所述喷雾储液罐内，另一端伸入所述反应罐内，所述伸入反应罐的虹吸管的端部设有喷雾头，所述反应罐的下部还设有出液口，所述出液口与所述出液管相连，所述出液管上设有出液阀，所述反应罐由底部至上依次设置气喷垫、搅拌桨和网。

优选地，所述出液口位于所述网和搅拌桨的中间。

优选地，所述气喷垫是孔径为100～180μm的玻璃滤蕊。

优选地，所述反应器系统还包括监控系统，所述监控系统包括设于所述反应罐内部上方的pH探头、氧探头以及与所述pH探头、氧探头连接的在线监测装置。

进一步优选地，所述监控系统还包括与所述在线检测装置相连接的电脑。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、本发明的反应器系统使得植物离体根可以在一套反应器内实现两种培养方式，具体为在培养初期使用鼓泡塔模式，在培养中后期使用喷雾模式，从而将鼓泡塔式反应器的“适应期”短与喷雾反应器的传质能力强、气液混合效果好的优势相叠加；

2、通过监控系统的pH探头、氧探头实时获得反应罐内培养液的pH值和氧含量，可依此数值调整由进液管输入系统内的培养基的配方，使得离体根始终处于最合适的培养状态。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的反应器系统的结构示意图；

其中，1为喷雾头，2为喷雾储液罐，3为喷雾阀，4为进液阀，5为出液阀，6为反应罐，7为搅拌桨，8为虹吸管，9为气喷头，10为气喷垫，11为氧探头，12为pH探头，13为网，14为在线监测装置，15为电脑，16为空气过滤装置，17为液泵，18为进液管，19为出液管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例的多功能植物离体根培养生物反应器系统如图1所示，包括喷雾装置和反应器，所述喷雾装置包括喷雾储液罐2、虹吸管8、气喷头9、进液管18、空气过滤装置16、喷雾头1、喷雾阀3和液泵17，所述反应器包括反应罐6(总体积为2升，高径比(H/D)为4∶1)、搅拌桨7、网13、气喷垫10(气喷垫选用孔径为100～180μm的玻璃滤蕊，优选孔径为180μm的玻璃滤蕊)和出液管19；所述气喷头9设置在所述喷雾储液罐2的底部，所述进液管18和空气过滤装置16分别设置在所述喷雾储液罐2的上方，所述进液管18上设有进液阀4，所述喷雾储液罐2的下部通过输液管路依次连通所述液泵17以及反应罐6的下部，所述输液管路上靠近所述喷雾储液罐2的一端设有所述喷雾阀3，所述虹吸管8的一端设于所述喷雾储液罐2内，另一端伸入所述反应罐6内，所述伸入反应罐6的虹吸管8的端部设有喷雾头1，所述反应罐6的下部还设有出液口，所述出液口与所述出液管19相连，所述出液管19上设有出液阀5，所述反应罐6由底部至上依次设置气喷垫10、搅拌桨7和网13。当反应器系统处于喷雾模式下，气喷垫处于关闭状态，所述出液阀5和进液阀4也处于关闭状态，此时该反应器系统处于密封状态；当反应器系统处于鼓泡培养模式时，尽管所述出液阀5和进液阀4也处于关闭状态，此时，从气喷垫可以进入气体，反应器系统在这种情况下是不密封的。

当所述出液阀5和进液阀4关闭时，所述多功能植物离体根培养生物反应器系统处于密封状态。上述气喷垫和气喷头分别由供气装置进行供气。

本实施例对太子参不定根进行了培养，起始接种密度为12g(干重)/L-1，培养液为添加IAA和6-BA的MS培养基，通气速率为300vvm，培养温度为25℃。在培养初期采用鼓泡塔模式，先将植物离体根接种到反应罐6中，启动搅拌桨7与气喷垫10，并注入培养液，启动鼓泡塔培养模式；培养中后期，关闭搅拌桨7、气喷垫10，打开液泵17、进液阀4、喷雾阀3、出液阀5，转为喷雾培养模式，本发明的反应器系统的喷雾装置是根据虹吸原理设计的，其喷雾特征为间歇式；具体为：在液泵的作用下反应罐中的液体转移到喷雾储液罐中，反应罐中产生负压并与喷雾储液罐形成压力差；喷雾储液罐中液体没过虹吸顶部时，根据虹吸原理液体又从喷雾储液罐转移到反应罐中，由于反应罐与喷雾储液罐之间存在压力差，所以快速流动的液体在喷雾头的作用下形成喷雾；喷雾持续时间和喷雾间隔时间取决于液泵的转速以及喷雾储液罐的体积。47天后太子参不定根长满反应器，终止反应并进行收获。

考虑到需要实现连续灌注培养，出液口位于所述网13和搅拌桨7的中间。本发明中所述的反应器系统，在喷雾模式培养中可实现连续灌注培养。打开阀门3、4、5后，新鲜的培养液通过进液管18注入反应器系统，废液从出液管19流出。出液管19位于网13和搅拌桨之间，使得反应罐中的液面保持在网的下面，植物离体根在连续培养过程中不被培养液长时间浸泡。

作为本实施例的一个优选的具体实施方式，该反应器系统还包括还包括监控系统，所述监控系统包括设于所述反应罐内部上方的pH探头12、氧探头11以及与所述pH探头12、氧探头11连接的在线监测装置14。优选地，所述监控系统还包括与所述在线检测装置14相连接的电脑15。通过pH探头12、氧探头11可实时获得反应罐6内培养液的pH值和氧含量，可依此数值调整由进液管18输入系统内的培养基的配方，从而使得离体根始终处于最合适的培养状态。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种多功能植物离体根培养生物反应器系统，其特征在于，包括喷雾装置和反应器，所述喷雾装置包括喷雾储液罐、虹吸管、气喷头、进液管、空气过滤装置、喷雾头、喷雾阀和液泵，所述反应器包括反应罐、搅拌桨、网、气喷垫和出液管；所述气喷头设置在所述喷雾储液罐的底部，所述进液管和空气过滤装置分别设置在所述喷雾储液罐的上方，所述进液管上设有进液阀，所述喷雾储液罐的下部通过输液管路依次连接所述液泵以及反应罐的下部，所述输液管路上靠近所述喷雾储液罐的一端设有所述喷雾阀，所述虹吸管的一端设于所述喷雾储液罐内，另一端伸入所述反应罐内，所述伸入反应罐的虹吸管的端部设有喷雾头，所述反应罐的下部还设有与所述出液管相连的出液口，所述出液管上设有出液阀，所述反应罐由底部至上依次设置气喷垫、搅拌桨和网； 

所述出液口位于所述网和搅拌桨的中间； 

所述气喷垫是孔径为100～180μm的玻璃滤芯； 

当反应器系统处于喷雾模式下，气喷垫处于关闭状态，所述出液阀和进液阀也处于关闭状态，此时该反应器系统处于密封状态；当反应器系统处于鼓泡培养模式时，尽管所述出液阀和进液阀也处于关闭状态，此时，从气喷垫可以进入气体，反应器系统在这种情况下是不密封的；当所述出液阀和进液阀关闭时，所述多功能植物离体根培养生物反应器系统处于密封状态；上述气喷垫和气喷头分别由供气装置进行供气。 

2.根据权利要求1所述的多功能植物离体根培养生物反应器系统，其特征在于，所述反应器系统还包括监控系统，所述监控系统包括设于所述反应罐内部上方的pH探头、氧探头以及与所述pH探头、氧探头连接的在线监测装置。 

3.根据权利要求2所述的多功能植物离体根培养生物反应器系统，其特征在于，所述监控系统还包括与所述在线检测装置相连接的电脑。