專利名稱：氣升式生物反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明所述的技術方案屬于微生物學領域，具體的講，是屬于微生物學裝置領域， 依據國際專利分類法，屬于C12M3/00植物細胞培養(yǎng)裝置。
背景技術：
生物反應器是為細菌、真菌、植物細胞和動物細胞等提供無菌的、溫度適宜的、營 養(yǎng)良好的、供氧充分的、生長環(huán)境的裝置?，F有的抗菌素生產是用機械攪拌式反應器，或氣 升式、自吸式、噴射式、鼓泡式生物反應器。但這些機械攪拌反應器，能耗大、結構復雜。而 氣升式反應器、鼓泡式反應器的混合性能和傳熱性能較好，氣液比大時氣液傳質性能優(yōu)良， 無運動部件，制作維修較方便，容易放大到數千甚至數萬立方米，這是攪拌式反應器無法達 到的。但他們對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胞液體培養(yǎng)需要， 本發(fā)明對此做出妥善的解決。蕈菌是一類大型絲狀真菌微生物，其子實體通常稱為蘑菇，包括食用菇、藥用菇、 毒菇。蕈菌細胞及其代謝產物的生產具有明顯的社會效益和可觀的經濟效益。近年來國內 外對藥用大型絲狀真菌細胞及其產物進行的藥理與臨床研究結果表明了工業(yè)規(guī)模開發(fā)這 類藥用蕈菌的必要性。如冬蟲夏草，人工培養(yǎng)子實體未過關，必須采用蕈菌液體深層培養(yǎng) 工藝，才能得到具有實用價值的大量菌絲體產品，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)明就是蕈菌細胞液體培養(yǎng)工藝中的生物反應器，包括種液培養(yǎng)反 應器與液體發(fā)酵反應器。對蕈菌來說，它的多細胞菌絲較其他微生物菌絲更為纖長。機械 攪拌會對纖長的菌絲產生機械損傷，使菌絲斷裂死亡，影響次生代謝產物的生成速度；同時 機械攪拌還產生流體旋渦氣穴、高速氣泡同樣也會使纖細的菌絲破損死亡而影響生長。這 些研究結果表明本發(fā)明可以很好地用于蕈菌細胞液體培養(yǎng)。現有的技術，如我國專利號為99121894. 9，申請日為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)的生物反應器》，它為解決絲狀真菌在傳統(tǒng)機械攪拌 反應器中液體培養(yǎng)時菌絲易破損、菌團結壁而不利于生長的難題，針對絲狀真菌的生長特 點設計了與現有氣升反應器不同的、具有低回流區(qū)以及涉及升降循環(huán)比等其他特定參數的 氣升反應器，包括種液菌絲培養(yǎng)反應器與液體發(fā)酵反應器。其不足之處由于發(fā)酵過程不能 添加物料，因此，發(fā)酵裝置不能人為控制。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提出一種具有多層塔形導流環(huán)和可卸衡壓式流加器，適合蕈 菌細胞液體培養(yǎng)的氣升式生物反應器。本實用新型的目的是這樣實現的一種氣升式生物反應器，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流環(huán)，它由上導流 環(huán)、中導流環(huán)和下導流環(huán)組成，其內徑分別為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，罐體的側壁下方設有出料管，底部設有空氣分布管，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 ；罐體內設有 上細下粗的多層環(huán)間隔件；由上而下三個導流環(huán)的內徑由小到大，依次為Dl D2 D3 = 0.85 0. 90 1.00 ；同時由上而下三個導流環(huán)的高度hl、h2、h3由小到大，其結構比例依 次為hi h2 h3 = 1 2 3 ；上導流環(huán)直徑Dl和反應器罐體的直徑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，它由可翻轉壓蓋、筒體頂蓋法蘭盤、頂蓋螺栓扣、頂蓋翻轉軸和頂蓋膠塞組 成。本生物反應器有如下特點1.根據蕈菌細胞生長的特點，反應器內設置1 3層的塔形導流環(huán)，給菌絲體施加 柔和的拉伸力，并供給充足的氧氣；有利于細胞菌絲絮團的生長；2.多層導流環(huán)間的大空隙間隔結構，使發(fā)酵過程可以采用培養(yǎng)基的補料工藝并充 分攪拌均勻；3.可卸式的、衡壓的流加器，可以保證流加操作過程通暢和無菌，可以更好地操控 發(fā)酵過程；4.針對種液和發(fā)酵的不同工藝要求，設計有不同結構的發(fā)酵反應器，可使這種氣 升式生物反應器適用于多種蕈菌菌絲體液體培養(yǎng)或液體發(fā)酵的不同工藝過程。

圖1氣升式生物反應器結構示意圖。圖2可卸式衡壓流加器結構示意圖。零部件編號上下導流環(huán)1直徑Dl高度hi、中導流環(huán)2直徑D2高度h2、下 導流環(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、導流環(huán)12高度Ht、筒體13、玻璃 視鏡14、可翻轉壓蓋15、筒體頂蓋法蘭盤16、頂蓋螺栓扣17、頂蓋翻轉軸18、衡壓管19、加 料管20、頂蓋膠塞21、流加器22、筒體封頭23。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。圖1為氣升式生物反應器結構示意圖。從圖1中可以看出本生物反應器由罐蓋 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和導流環(huán)12等組 成，夾套6套在罐體7的外面，導流環(huán)12在罐體7的下部，它由上導流環(huán)1、中導流環(huán)2和下 導流環(huán)3三個環(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的側壁下方設有出料管8，底部設有空氣分布管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內設有上細下粗的多層環(huán)間隔件4，其層間具有大空隙，高度(空隙尺寸) 為k，這種塔形的導流環(huán)12結構，可以保證培養(yǎng)體系在導流環(huán)12內從上到下有均勻的液流 速度，以及通過導流環(huán)12層間大空隙形成明顯的幾個整體和局部的大小環(huán)流，從而促進絲 狀菌絮的形成和生長。大型絲狀真菌生長形態(tài)學研究結果表明，液體培養(yǎng)體系中絲狀菌絮形式是細胞迅速生長的表現。本生物反應器的內導流環(huán)由上而下可有1 3層組成，由上而 下三個導流環(huán)的內徑由小到大，依次為Dl D2 D3 = 0.85 0.90 1.00;同時由上而 下三個導流環(huán)的高度hl、h2、h3由小到大，其結構比例依次為hi h2 h3 = 1 2 3。 上層導流環(huán)直徑Dl和反應器罐體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，其結構比h3 h2 hi k = 3 2 1 0. 1。本生物反應器的導流環(huán)12可以按上述比例設計成一層，即單一獨立的導流環(huán)12， 或二層，這樣的結構會減少培養(yǎng)過程菌絮形成的量和形成速度，相應地會增加菌球形成的 量和形成速度，這兩種情況可被選用于不同的培養(yǎng)對象和代謝產物。本生物反應器的導流環(huán)12具有多層大空隙的結構，它具有提供實施補料工藝的 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)基底物抑制效應從而提高細 胞及其代謝產物濃度，通常采用發(fā)酵過程的補料工藝，補料過程中培養(yǎng)體積由小變大是補 料工藝的特征。通常的氣升式內環(huán)流反應器不能實施補料工藝。本發(fā)明中，導流環(huán)12分 成一、二、三層，層間具有足夠大的空隙可以在培養(yǎng)液初始體積以及補料初期都能產生空隙 環(huán)流，保證料液的混合和菌絮的生長。圖2為可裝卸式衡壓流加器示意圖。它是生物反應器的附屬設備，使用時可裝上， 不用時可卸下，其作用是用來向運行中的生物反應器補充物料或菌種，以保證等壓、無菌。 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由可翻轉壓蓋15、筒體頂蓋法蘭盤16、頂蓋螺栓扣17、頂蓋翻轉軸18和頂蓋膠塞21 組成。在使用流加器22時，將它放在生物反應器的頂部，將衡壓管19連接到生物反應器的 衡壓連接口 11，使生物反應器和流加器22的筒內壓力相同。然后將加料管20與生物反應 器的加料連接口 10連接，這時流加器22內和生物反應器內保持衡壓，打開流加器底部加料 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，這樣便于控 制流量又可保持無菌狀態(tài)。可以對生物反應器進行補料或注入菌種。本生物反應器還可設計成互不相同的‘種液培養(yǎng)反應器’和‘液體發(fā)酵反應器’。其 區(qū)別在于‘種液培養(yǎng)反應器’內導流環(huán)12分為三層(包括空隙)，其高度為Ht;罐體7，即 反應器容積有效高度為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，種液的合格標準是細 胞處于生長旺盛期，這就要求種液中含有較多量的絲狀菌絮或菌絮團而不是菌絲球。實驗 結果表明較低的內導流筒高度可以進一步促進絲狀菌絮的形成。實施例1 本生物反應器的導流環(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。本實施例用于液體發(fā)酵過程中不添加培養(yǎng)液等控制過程，此時結構簡化了，但 可完全滿足使用要求。實施例2 本生物反應器的導流環(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hl、h2的比例為hi h2 k = 1 2 0. 1。本實 施例可在培養(yǎng)過程中補液一次，使培養(yǎng)液總高超過中層導流環(huán)上面即可。[0025]實施例3本生物反應器的導流環(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hi、中層高h2、下層高 h3的比例為hi h2 h3 k = 1 2 3 0. 1。本實施例在培養(yǎng)過程中可補液二次， 第一次培養(yǎng)液總量沒過中層導流筒，第二次培養(yǎng)液總量沒過上層導流筒即可。實施例4 本實施例為菌種培養(yǎng)反應器，其導流環(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)過程中可補料2次。實施例5 本實施例為菌種培養(yǎng)反應器，其導流環(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)過程中可補料一次。實施例6:本實施例為菌種培養(yǎng)反應器，其導流環(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)過程中不可補料了。
權利要求1.一種氣升式生物反應器，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)的下部裝有塔形導流環(huán)(12)， 它由上導流環(huán)(1)、中導流環(huán)(2)和下導流環(huán)(3)組成，其內徑分別為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)的側壁下方設有 出料管(8)，底部設有空氣分布管(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)內設有上 細下粗的多層環(huán)間隔件0)；由上而下三個導流環(huán)的內徑由小到大，依次為Dl D2 D3 = 0.85 0. 90 1.00 ；同時由上而下三個導流環(huán)的高度hl、h2、h3由小到大，其結構比例依 次為hi h2 h3 = 1 2 3;上導流環(huán)直徑Dl和反應器罐體(7)的直徑D的比例為 Dl D = 0. 65 1. 00。
2.按照權利要求1所述的氣升式生物反應器，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)，它由可翻轉壓蓋(15)、筒體頂蓋法蘭 盤(16)、頂蓋螺栓扣(17)、頂蓋翻轉軸(18)和頂蓋膠塞(21)組成。
專利摘要本實用新型公開了一種氣升式生物反應器，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)的下部裝有塔形導流環(huán)(12)，導流環(huán)(12)由上導流環(huán)(1)、中導流環(huán)(2)和下導流環(huán)(3)組成，其直徑分別為D1、D2、D3，高度分別為h1、h2、h3，罐體(7)的側壁下方設有出料管(8)，底部設有空氣分布管(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)內設有上細下粗的多層環(huán)間隔件(4)。本反應器有利于細胞菌絲絮團的生長，適用于多種蕈菌菌絲體液體培養(yǎng)。
文檔編號A01G1/04GK201850269SQ2009201641
公開日2011年6月1日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權日2009年7月17日
發(fā)明者原玉全, 龔建華 申請人:北京富天民國防科技成果技術開發(fā)中心, 深圳市每人康生物科技有限公司