CN201850269U

CN201850269U - 气升式生物反应器

Info

Publication number: CN201850269U
Application number: CN 200920164122
Authority: CN
Inventors: 龚建华; 原玉全
Original assignee: Beijing Futianmin National Defense Science And Technology Results Development Ce; SHENZHEN MEIRENKANG BIOLOGICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing Futianmin National Defense Science And Technology Results Development Ce; SHENZHEN MEIRENKANG BIOLOGICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2019-07-17

Abstract

本实用新型公开了一种气升式生物反应器，包括：罐盖(5)、夹套(6)、罐体(7)、出料管(8)和空气分布管(9)，罐体(7)的外部装有夹套(6)。罐体(7)的下部装有塔形导流环(12)，导流环(12)由上导流环(1)、中导流环(2)和下导流环(3)组成，其直径分别为D1、D2、D3，高度分别为h1、h2、h3，罐体(7)的侧壁下方设有出料管(8)，底部设有空气分布管(9)，加料连接口(10)和衡压连接口(11)装在罐体(7)的上方；罐体(7)内设有上细下粗的多层环间隔件(4)。本反应器有利于细胞菌丝絮团的生长，适用于多种蕈菌菌丝体液体培养。

Description

气升式生物反应器

技术领域

本发明所述的技术方案属于微生物学领域，具体的讲，是属于微生物学装置领域，依据国际专利分类法，属于C12M3/00植物细胞培养装置。

背景技术

生物反应器是为细菌、真菌、植物细胞和动物细胞等提供无菌的、温度适宜的、营养良好的、供氧充分的、生长环境的装置。现有的抗菌素生产是用机械搅拌式反应器，或气升式、自吸式、喷射式、鼓泡式生物反应器。但这些机械搅拌反应器，能耗大、结构复杂。而气升式反应器、鼓泡式反应器的混合性能和传热性能较好，气液比大时气液传质性能优良，无运动部件，制作维修较方便，容易放大到数千甚至数万立方米，这是搅拌式反应器无法达到的。但他们对于蕈菌菌丝体的培养还存在不足，不能很好地满足蕈菌细胞液体培养需要，本发明对此做出妥善的解决。

蕈菌是一类大型丝状真菌微生物，其子实体通常称为蘑菇，包括食用菇、药用菇、毒菇。蕈菌细胞及其代谢产物的生产具有明显的社会效益和可观的经济效益。近年来国内外对药用大型丝状真菌细胞及其产物进行的药理与临床研究结果表明了工业规模开发这类药用蕈菌的必要性。如冬虫夏草，人工培养子实体未过关，必须采用蕈菌液体深层培养工艺，才能得到具有实用价值的大量菌丝体产品，以解决缺少资源的困境，让人类有宝贵的药物治病，保持健康。本发明就是蕈菌细胞液体培养工艺中的生物反应器，包括种液培养反应器与液体发酵反应器。对蕈菌来说，它的多细胞菌丝较其他微生物菌丝更为纤长。机械搅拌会对纤长的菌丝产生机械损伤，使菌丝断裂死亡，影响次生代谢产物的生成速度；同时机械搅拌还产生流体旋涡气穴、高速气泡同样也会使纤细的菌丝破损死亡而影响生长。这些研究结果表明本发明可以很好地用于蕈菌细胞液体培养。

现有的技术，如我国专利号为：99121894.9，申请日为：1999年10月22日，发明名称为：《一种新的用于微生物液体培养的生物反应器》，它为解决丝状真菌在传统机械搅拌反应器中液体培养时菌丝易破损、菌团结壁而不利于生长的难题，针对丝状真菌的生长特点设计了与现有气升反应器不同的、具有低回流区以及涉及升降循环比等其他特定参数的气升反应器，包括种液菌丝培养反应器与液体发酵反应器。其不足之处：由于发酵过程不能添加物料，因此，发酵装置不能人为控制。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种具有多层塔形导流环和可卸衡压式流加器，适合蕈菌细胞液体培养的气升式生物反应器。

本实用新型的目的是这样实现的：一种气升式生物反应器，包括：罐盖、夹套、罐体、出料管和空气分布管，罐体的外部装有夹套，罐体的下部装有塔形导流环，它由上导流环、中导流环和下导流环组成，其内径分别为D1、D2、D3，高度分别为h1、h2、h3，罐盖为罐体的封头，装在罐体的上方，罐体的侧壁下方设有出料管，底部设有空气分布管，加料连接口和恒压连接口装在罐体的上方；加料连接口和恒压连接口为流加器的连接口；罐体内设有上细下粗的多层环间隔件；由上而下三个导流环的内径由小到大，依次为D1∶D2∶D3＝0.85∶0.90∶1.00；同时由上而下三个导流环的高度h1、h2、h3由小到大，其结构比例依次为h1∶h2∶h3＝1∶2∶3；上导流环直径D1和反应器罐体的直径D的比例为D1∶D＝0.65∶1.00。加料连接口和恒压连接口上接有流加器，流加器由筒体、玻璃视镜、恒压管、加料管和筒体封头组成，筒体上装有玻璃视镜，其上部装有恒压管，下部装有加料管，上部为筒体封头，它由可翻转压盖、筒体顶盖法兰盘、顶盖螺栓扣、顶盖翻转轴和顶盖胶塞组成。

本生物反应器有如下特点：

1.根据蕈菌细胞生长的特点，反应器内设置1～3层的塔形导流环，给菌丝体施加柔和的拉伸力，并供给充足的氧气；有利于细胞菌丝絮团的生长；

2.多层导流环间的大空隙间隔结构，使发酵过程可以采用培养基的补料工艺并充分搅拌均匀；

3.可卸式的、衡压的流加器，可以保证流加操作过程通畅和无菌，可以更好地操控发酵过程；

4.针对种液和发酵的不同工艺要求，设计有不同结构的发酵反应器，可使这种气升式生物反应器适用于多种蕈菌菌丝体液体培养或液体发酵的不同工艺过程。

附图说明

图1气升式生物反应器结构示意图。

图2可卸式衡压流加器结构示意图。

零部件编号：上下导流环1 直径D1 高度h1、中导流环2 直径D2 高度h2、下导流环3 直径D3 高度h3、环间隔件4 高度k、罐盖5、夹套6、罐体7 直径D，高度Hv、出料管8、空气分布管9、加料连接口10、衡压连接口11、导流环12 高度Ht、筒体13、玻璃视镜14、可翻转压盖15、筒体顶盖法兰盘16、顶盖螺栓扣17、顶盖翻转轴18、衡压管19、加料管20、顶盖胶塞21、流加器22、筒体封头23。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为气升式生物反应器结构示意图。从图1中可以看出：本生物反应器由罐盖5、夹套6、罐体7、出料管8、空气分布管9、加料连接口10、衡压连接口11和导流环12等组成，夹套6套在罐体7的外面，导流环12在罐体7的下部，它由上导流环1、中导流环2和下导流环3三个环组成，其直径分别为D1、D2、D3，高度分别为h1、h2、h3，罐盖5为罐体7的封头，装在罐体7的上方，罐体7的侧壁下方设有出料管8，底部设有空气分布管9，加料连接口10和衡压连接口11装在罐体7的上方，加料连接口10和衡压连接口11为流加器22的连接口。罐体7内设有上细下粗的多层环间隔件4，其层间具有大空隙，高度(空隙尺寸)为k，这种塔形的导流环12结构，可以保证培养体系在导流环12内从上到下有均匀的液流速度，以及通过导流环12层间大空隙形成明显的几个整体和局部的大小环流，从而促进丝状菌絮的形成和生长。大型丝状真菌生长形态学研究结果表明，液体培养体系中丝状菌絮形式是细胞迅速生长的表现。本生物反应器的内导流环由上而下可有1～3层组成，由上而下三个导流环的内径由小到大，依次为D1∶D2∶D3＝0.85∶0.90∶1.00；同时由上而下三个导流环的高度h1、h2、h3由小到大，其结构比例依次为h1∶h2∶h3＝1∶2∶3。上层导流环直径D1和反应器罐体7直径D的比例为D1∶D＝0.65∶1.00；环间隔件4的层间高度为k，其结构比h3∶h2∶h1∶k＝3∶2∶1∶0.1。

本生物反应器的导流环12可以按上述比例设计成一层，即单一独立的导流环12，或二层，这样的结构会减少培养过程菌絮形成的量和形成速度，相应地会增加菌球形成的量和形成速度，这两种情况可被选用于不同的培养对象和代谢产物。

本生物反应器的导流环12具有多层大空隙的结构，它具有提供实施补料工艺的可能性。就微生物培养及其发酵工艺控制而言，为了避免培养基底物抑制效应从而提高细胞及其代谢产物浓度，通常采用发酵过程的补料工艺，补料过程中培养体积由小变大是补料工艺的特征。通常的气升式内环流反应器不能实施补料工艺。本发明中，导流环12分成一、二、三层，层间具有足够大的空隙可以在培养液初始体积以及补料初期都能产生空隙环流，保证料液的混合和菌絮的生长。

图2为可装卸式衡压流加器示意图。它是生物反应器的附属设备，使用时可装上，不用时可卸下，其作用是用来向运行中的生物反应器补充物料或菌种，以保证等压、无菌。流加器22由筒体13、玻璃视镜14、衡压管19、加料管20和筒体封头23等组成，筒体13上装有玻璃视镜14，其上部装有衡压管19，下部装有加料管20，其上部为筒体封头23，筒体封头23由可翻转压盖15、筒体顶盖法兰盘16、顶盖螺栓扣17、顶盖翻转轴18和顶盖胶塞21组成。在使用流加器22时，将它放在生物反应器的顶部，将衡压管19连接到生物反应器的衡压连接口11，使生物反应器和流加器22的筒内压力相同。然后将加料管20与生物反应器的加料连接口10连接，这时流加器22内和生物反应器内保持衡压，打开流加器底部加料管20的夹子，碱液或消沫剂或种液就可以在重力作用下平稳地流入罐体7内，这样便于控制流量又可保持无菌状态。可以对生物反应器进行补料或注入菌种。

本生物反应器还可设计成互不相同的‘种液培养反应器’和‘液体发酵反应器’。其区别在于：‘种液培养反应器’内导流环12分为三层(包括空隙)，其高度为Ht；罐体7，即反应器容积有效高度为Hv，其比例为Ht∶Hv＝0.45∶1.00，而‘液体发酵反应器’的比例为Ht∶Hv＝0.65∶1.00。原因是在大型丝状真菌种液培养中，种液的合格标准是细胞处于生长旺盛期，这就要求种液中含有较多量的丝状菌絮或菌絮团而不是菌丝球。实验结果表明较低的内导流筒高度可以进一步促进丝状菌絮的形成。

实施例1：

本生物反应器的导流环12只有一层，其高度Ht和罐体高度Hv的比例为Ht∶Hv＝0.65∶1。本实施例用于液体发酵过程中不添加培养液等控制过程，此时结构简化了，但可完全满足使用要求。

实施例2：

本生物反应器的导流环12有二层，即上层和中层，其总高Ht和罐体高度Hv比例为Ht∶Hv＝0.65∶1，上层直径D1、中层直径D2和罐直径D之比为D1∶D2∶D＝0.60∶0.65∶1，二层间隙k与层高h1、h2的比例为h1∶h2∶k＝1∶2∶0.1。本实施例可在培养过程中补液一次，使培养液总高超过中层导流环上面即可。

实施例3

本生物反应器的导流环12有三层，即上层、中层和下层，其总高Ht和罐体高度Hv的比例为Ht∶Hv＝0.65∶1，上层直径D1、中层直径D2、下层直径D3和罐直径D之比为D1∶D2∶D3 D＝0.55∶0.60∶0.65∶1，三层间隙k与上层高h1、中层高h2、下层高h3的比例为h1∶h2∶h3∶k＝1∶2∶3∶0.1。本实施例在培养过程中可补液二次，第一次培养液总量没过中层导流筒，第二次培养液总量没过上层导流筒即可。

实施例4：

本实施例为菌种培养反应器，其导流环12为三层，其总高Ht和罐体7高度Hv之比为Ht∶Hv＝0.45∶1.00。培养过程中可补料2次。

实施例5：

本实施例为菌种培养反应器，其导流环12为二层，其总高Ht和罐体7高度Hv之比为Ht∶Hv＝0.45∶1.00。培养过程中可补料一次。

实施例6：

本实施例为菌种培养反应器，其导流环12只有一层，其高度Ht和罐体7高度Hv之比为Ht∶Hv＝0.45∶1.00。培养过程中不可补料了。

Claims

1.一种气升式生物反应器，包括：罐盖(5)、夹套(6)、罐体(7)、出料管(8)和空气分布管(9)，罐体(7)的外部装有夹套(6)，其特征在于：罐体(7)的下部装有塔形导流环(12)，它由上导流环(1)、中导流环(2)和下导流环(3)组成，其内径分别为D1、D2、D3，高度分别为h1、h2、h3，罐盖(5)为罐体(7)的封头，装在罐体(7)的上方，罐体(7)的侧壁下方设有出料管(8)，底部设有空气分布管(9)，加料连接口(10)和恒压连接口(11)装在罐体(7)的上方；加料连接口(10)和恒压连接口(11)为流加器(22)的连接口；罐体(7)内设有上细下粗的多层环间隔件(4)；由上而下三个导流环的内径由小到大，依次为D1∶D2∶D3＝0.85∶0.90∶1.00；同时由上而下三个导流环的高度h1、h2、h3由小到大，其结构比例依次为h1∶h2∶h3＝1∶2∶3；上导流环直径D1和反应器罐体(7)的直径D的比例为D1∶D＝0.65∶1.00。

2.按照权利要求1所述的气升式生物反应器，其特征在于：所述的加料连接口(10)和恒压连接口(11)上接有流加器(22)，流加器(22)由筒体(13)、玻璃视镜(14)、恒压管(19)、加料管(20)和筒体封头(23)组成，筒体(13)上装有玻璃视镜(14)，其上部装有恒压管(19)，下部装有加料管(20)，上部为筒体封头(23)，它由可翻转压盖(15)、筒体顶盖法兰盘(16)、顶盖螺栓扣(17)、顶盖翻转轴(18)和顶盖胶塞(21)组成。