CN201053016Y - 多功能生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能微生物反应器，包括机械搅拌反应器、气升反应器，机械搅拌反应器与气升反应器通过外循环装置相连接。本实用新型可以满足不同的细胞培养要求，在不同的培养阶段发挥不同功能的优势，适用范围广，简单易操作，构造简单，制造成本低，实现了培养过程的最优化控制，并可实现产物的最大化，具有很好的推广价值和经济效益。

Description

多功能生物反应器

技术领域

本实用新型涉及一种反应器，特别涉及一种多功能微生物反应器。

背景技术

生物反应器是发酵工程的核心设备，是细胞大规模培养、组织培养、发酵代谢产物生产实现工业化的关键，其研究成果将影响到产物的周期、得率、运行可靠性及运行成本。在生物技术迅猛发展的今天，生物反应器的研究也显得越来越重要。其产品已被广泛应用于医药、轻工、食品、农业、环保、冶金、化工、水产等领域，在国民经济中占有很大比重，无论对当前或今后发展均具有重要的经济和社会意义。

为了提高发酵生产水平，除了要考虑菌种选育或基因工程构建，更要重视生物反应器的研究。反应器的结构、过程控制优化及放大过程等都是提高发酵水平的关键因素，也是生物反应器研究中必须解决的问题。

目前，常用的生物反应器主要有两大类：机械搅拌式生物反应器和气升式生物反应器。其中机械搅拌式生物反应器是最普遍使用的，气升式生物反应器则是近代研究开发出的新型反应器。机械搅拌生物反应器的气体分散及培养液的传递和混合主要由机械搅拌器来完成，机械搅拌的作用使得气体分散，与反应液混合更加充分，溶氧系数与转速直接相关，通常需要控制较高的转速以保持培养过程所需要的溶氧速率。但是，对于长菌丝的微生物如丝状菌的发酵和培养，快速机械搅拌的剪切力对其不利，需要使用到气升式生物反应器。

气升式生物反应器依靠空气流动带动培养液循环流动，既能使培养液混合均匀又能使气体充分分散，而且没有机械搅拌，节省动力，适合于动植物细胞的培养。但气升式生物反应器不适于固形物含量高、黏度大的培养液。

近20年，生物反应器的研究取得了不少进展，包括固定化床反应器、膜反应器、气升式反应器、气升式光生物反应器、藻类生长光照培养反应器等，还有相当大部分是用于废水处理的生物反应器。这些反应器基本上都是单一功能的反应器，在特定的条件下能够很好地满足发酵要求。但是，我们应该认识到，生物培养过程是动态变化的，培养液物理的特性各异，生物的种类众多，例如：培养液的成份在变、生物量的浓度在变，生物体的形态在变，从而造成了发酵液的粘度、细胞对剪切力的敏感度等参数的改变；另外，通常生物培养过程可分为适应期、对数生长期、平衡期、衰亡期等四个阶段，有不少研究均显示了在这四个阶段中应采用不同的控制条件，它将对细胞的生长和产物的形成起到关键性的影响。由于受到单一生物反应器功能的限制，使得有些研究难以深入进行。尤其对于发酵后期，细胞浓度大、粘度增加导致混和困难、对机械搅拌剪切力变得更为敏感，但某个阶段又需要较高的溶氧，单一采用机械搅拌器或气升式发酵罐等反应器均难以给予很好的解决方法，很大程度上限制了相关领域科研的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供了一种多功能生物反应器。

本实用新型采用的技术方案是提供了一种多功能生物反应器，包括机械搅拌反应器、气升反应器，机械搅拌反应器与气升反应器通过外循环装置相联接。

本实用新型所述的气升反应器可以是带光源的，也可以是不带光源的，采用已有的、常规的气升反应器，带光源的气升反应器通常包括外循环空气接口、硅硼玻璃管、光源等。

本实用新型所述的外循环装置包括上接管、下接管、控制阀门。

所述阀门为电控和/或手控阀门。

所述上接管、下接管与反应器焊接。

本实用新型中的机械搅拌反应器是常规的反应器，通常包括罐体、夹套、取样阀、挡料板、观察视窗、顶盖、进气隔膜阀、进气过滤器、流量计、过滤器压力表、接种口、搅拌电机、尾气压力表、排气冷凝器、灯镜、叶轮、空气分布器、外循环口等。

通常使用时，反应器与控制柜共同使用，控制柜主要包括控制面板、补料蠕动泵等，均为常规已有产品。

本实用新型在上述常规的机械搅拌反应器、气升反应器上创造性地设计了外循环装置，具体来说是设置了两条连接管，上接管和下接管，下接管一端连接机械搅拌反应器已有的外循环口，另一端与气升反应器相连接，经阀门控制开关联通通道；上接管一端可以焊接于机械搅拌反应器罐体上部合适位置，另一端与外循环装置相连接，同样设置阀门控制开关。

本实用新型通过外循环装置把机械搅拌反应器和带光源的气升反应器连成一个整体，关闭外循环口时主罐体可单独作为机械搅拌反应器，打开外循环口而不开光照时可作为机械搅拌及外循环气升反应器使用，打开光照时还可作为外循环带光照的气升反应器或者搅拌光照生物反应器使用。既可以满足不同细胞培养的条件，又可以满足同一细胞不同阶段的培养需要，在一个封闭的循环体系中选择机械搅拌反应器或者外循环气升反应器或者光照生物反应器，一种反应器具有多种生物反应器的功能。

本实用新型的有益效果是：

(1)提供了一种多功能生物反应器，可以满足不同的细胞培养要求，适用范围广；

(2)本实用新型具有在不同的培养阶段发挥不同功能的优势，而且是在同一反应器中操作，简单易行，实现了培养过程的最优化控制，并可实现产物的最大化。

(3)本实用新型构造简单，制造成本低，具有很好的推广价值与经济效益。

附图说明

图1本实用新型的示意图

图2本实用新型的构造平面图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步说明本实用新型。

本实用新型的总体结构方式如附图1所示，机械搅拌反应器29与带光源的气升反应器30通过外循环装置相联接。

外循环装置主要包括上接管27、控制阀门28、下接管25、控制阀门26。

图2为本实用新型的构造平面图，机械搅拌反应器由罐体1、夹套3、取样阀4、、挡料板7、观察视窗8、顶盖10、进气隔膜阀11、进气过滤器12、流量计13、过滤器压力表14、接种口15、搅拌电机16、尾气压力表17、排气冷凝器18、灯镜19、叶轮23、空气分布器24及下接管25等组成。带光源的气升反应器主要包括外循环空气接口2、光源5、硅硼玻璃管6等。控制柜20主要包括控制面板21、补料蠕动泵22等。

实施例1

本实用新型的工作过程如附图2所示，作为机械搅拌生物反应器使用时：关闭下接管25阀门和外循环装置，打开控制面板21，按条件空消后加入培养基，然后按条件进行实消，实消完毕后冷却水进夹套3，待培养基冷却到所需温度后，调好培养基PH值，然后通过接种口15接入菌种，开动搅拌电机16，通过控制面板21调到所需转速，通过空气流量计13调整过滤器压力表14和尾气压力表17到所需压力，发酵过程中还可通过补料蠕动泵22加入酸和碱调节PH值，加入消泡剂或补料，如需取样可从取样阀4进行取样。

实施例2

作为外循环气升式生物反应器使用时：打开下接管25阀门和外循环装置，打开控制面板21，按条件空消后加入培养基，然后按条件进行实消，实消完毕后冷却水进夹套3，待培养基冷却到所需温度后，调好培养基PH值，然后通过接种口15接入菌种，开动搅拌电机16，通过控制面板21调到所需转速，通过外循环空气接口2通入无菌空气，使培养基在硅硼玻璃管6内上升进入到外循环装置，然后进入到罐体1内，再通过下接管25又进入硅硼玻璃管6内，从而形成一个外循环气升流，通过空气流量计13调整过滤器压力表14和尾气压力表17到所需压力，发酵过程中还可通过补料蠕动泵22加入酸和碱调节PH值，加入消泡剂或补料，如需取样可从取样阀4进行取样。这种模式最适合于好氧、培养基粘稠、对剪切力敏感的菌体培养。

实施例3

作为外循环带光照的气升式生物反应器以及搅拌光照生物反应器反应器时：打开光源5，其余工作步骤同实施例1或实施例2。这种模式适合于需光照、好氧的菌体培养。

Claims (5)

1.一种多功能生物反应器，包括机械搅拌反应器、气升反应器，其特征是机械搅拌反应器与气升反应器通过外循环装置相连接。

2.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征是所述的气升反应器带有光源。

3.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征是所述的外循环装置包括上接管、下接管、控制阀门。

4.根据权利要求3所述的多功能生物反应器，其特征是所述阀门为电控和/或手控阀门。

5.根据权利要求3所述的多功能生物反应器，其特征是所述上接管、下接管与反应器焊接。

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