專利名稱：一種適合于規(guī)模化培養(yǎng)植物毛狀根的外循環(huán)云霧式生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種瀕臨滅絕的藥用植物資源替代的毛狀根規(guī)?；囵B(yǎng)技術(shù)反應(yīng)器，特別涉及用于千層塔毛狀根培養(yǎng)的霧化式反應(yīng)器技術(shù)，屬于植物器官培養(yǎng)技術(shù)反應(yīng)器工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)是中藥材出口大國(guó)，然而傳統(tǒng)的中藥材有80%來(lái)自野生資源。由于生態(tài)環(huán)境的破壞，使得傳統(tǒng)的中藥材來(lái)源受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在一定程度上可以解決我國(guó)中藥材來(lái)源問(wèn)題。它為人類提供了各種食品和藥物，為人類的健康提供了保障。目前，藥用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)已取得很大進(jìn)展。已有上百種植物次級(jí)代謝產(chǎn)物通過(guò)植物細(xì)胞培養(yǎng)而獲得。 生物反應(yīng)器是植物細(xì)胞培養(yǎng)的最主要設(shè)備。它不僅為動(dòng)植物細(xì)胞提供生長(zhǎng)環(huán)境，而且還是決定其質(zhì)量和產(chǎn)量的因素之一。但植物細(xì)胞在形態(tài)結(jié)構(gòu)上要比微生物大的多，承受剪切力的能力也比微生物要差。植物細(xì)胞培養(yǎng)液的黏度與微生物發(fā)酵液也有所不同，其黏度隨細(xì)胞濃度增加而顯著增力口。另外，與好氧微生物培養(yǎng)相比，植物細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)需氧量要求低的多。目前，用于植物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器主要有機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器和非機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器及光生物反應(yīng)器，非機(jī)械攪拌式反應(yīng)器又分為氣升式生物反應(yīng)器、電泳管膜生物反應(yīng)器、親和層析生物反應(yīng)器。機(jī)械攪拌式反應(yīng)器是一種傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器。它最大的優(yōu)點(diǎn)是能使溶質(zhì)混合均勻。但其剪切力較大，容易造成細(xì)胞損傷，影響植物細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝。氣升式生物反應(yīng)器氣升式生物反應(yīng)器在細(xì)胞培養(yǎng)當(dāng)中應(yīng)用非常廣泛。它與機(jī)械攪拌式反應(yīng)器相比，其優(yōu)點(diǎn)是湍動(dòng)溫和均勻，且剪切力小。但此生物反應(yīng)器的最大缺點(diǎn)是當(dāng)細(xì)胞高密度培養(yǎng)時(shí)，在高通氣量的情況下，易驅(qū)除培養(yǎng)液中的C02和乙烯，影響植物細(xì)胞生長(zhǎng)；在低通氣量的情況下，則易造成培養(yǎng)液混合不均。電泳管膜生物反應(yīng)器是在柱反應(yīng)器內(nèi)中心軸處有一空心陶瓷管，陶瓷管內(nèi)放有陰極鉬絲，外面則繞有陽(yáng)極鉬絲。在通電情況下，帶電物質(zhì)在陰極與陽(yáng)極之間發(fā)生電泳現(xiàn)象，以及細(xì)胞膜內(nèi)帶電物質(zhì)的電滲現(xiàn)象。用于植物細(xì)胞培養(yǎng)可有效除去胞內(nèi)次級(jí)代謝產(chǎn)物，維持細(xì)胞正常生長(zhǎng)。親和層析生物反應(yīng)器適用于培養(yǎng)重組后的植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)異源蛋白。它可以解決植物細(xì)胞分泌的蛋白在發(fā)酵液中的不穩(wěn)定問(wèn)題。它在半連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中，利用親和層析柱除去在發(fā)酵液中的異源蛋白，達(dá)到收集的目的。光生物反應(yīng)器是植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器所特有的。光是大多數(shù)植物生長(zhǎng)發(fā)育所離不開(kāi)的。在其生理生化過(guò)程中，光可以誘導(dǎo)和抑制某些酶的活性作用。所以光微環(huán)境是否合適對(duì)植物細(xì)胞培養(yǎng)有很大影響。
但對(duì)培養(yǎng)植物發(fā)狀根培養(yǎng)，使該技術(shù)能夠規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)替代中藥材，減少人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境和自然帶破壞的生物反應(yīng)器還比較少見(jiàn)，有些反應(yīng)器從理論上可以實(shí)現(xiàn)植物發(fā)狀根的要求，但設(shè)備的過(guò)于復(fù)雜、操作條件過(guò)于苛刻使之難以推廣應(yīng)用。本發(fā)明與傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器及一些概念中的生物反應(yīng)器相比，優(yōu)勢(shì)在于1、利用無(wú)菌空氣風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣經(jīng)過(guò)流量計(jì)、連接管到兩級(jí)過(guò)濾器，再到反應(yīng)器頂部到氣體分布盤管，均勻分布，與毛狀根進(jìn)行均勻接觸，均勻供給毛狀根的氧氣，通過(guò)反應(yīng)器上部過(guò)濾排除；由恒溫水儲(chǔ)罐通過(guò)熱水泵連接反應(yīng)器主體夾層，對(duì)主反應(yīng)器進(jìn)行恒溫環(huán)境控制；由霧化發(fā)生器通過(guò)調(diào)節(jié)霧化流量，可以對(duì)毛狀根進(jìn)行霧化營(yíng)養(yǎng)。從而避免了機(jī)械攪拌帶來(lái)的細(xì)胞損傷及非機(jī)械攪拌帶來(lái)的易驅(qū)除培養(yǎng)液中的C02和乙烯、影響植物細(xì)胞生長(zhǎng)、培養(yǎng)液混合不均等一系列影響因素。2、可以實(shí)現(xiàn)多種細(xì)胞培養(yǎng)方式，同樣的設(shè)備在采用不同的操作方式，可以達(dá)到不同的效果，本發(fā)明利用特定的方式實(shí)現(xiàn)了光、氧、培養(yǎng)液的均勻性，為植物細(xì)胞的生產(chǎn)提供了必要的條件，同時(shí)避免了傳統(tǒng)設(shè)備對(duì)植物生長(zhǎng)的不利因素，因此，該設(shè)備不僅可利用于植物發(fā)狀根的培養(yǎng)，對(duì)植物其它細(xì)胞的培養(yǎng)也適用。
3、可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)與下游分離技術(shù)結(jié)合，使細(xì)胞培養(yǎng)與產(chǎn)物提取在生物反應(yīng)器內(nèi)同步進(jìn)行。常用的提取方法(如煎煮法、回流法、浸潰法、滲漉法等)在保留有效成分，去除無(wú)效成分方面，存在著有效成分損失大、周期長(zhǎng)、工序多。提取率不高等缺點(diǎn)。微波細(xì)胞破壁、超臨界萃取、超臨界梯度結(jié)晶等多種新技術(shù)、新方法，些新技術(shù)和方法的應(yīng)用，使得中草藥提取既符合傳統(tǒng)的中醫(yī)理論，又能達(dá)到提高有效成分的收率和純度的目的。本發(fā)明的生物反應(yīng)器完全可以用于超臨界萃取，待植物細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)束后，排出培養(yǎng)液，控制合適的溫度及壓力，用二氧化碳替代空氣，加上分離器，就可在同一個(gè)設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞的培養(yǎng)及有效成份的分離提取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適合于規(guī)模化培養(yǎng)植物毛狀根的外循環(huán)云霧式生物反應(yīng)器，以進(jìn)行千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等的規(guī)?；囵B(yǎng)，提供優(yōu)質(zhì)的中藥材，可提取臨床需要的天然藥物。本發(fā)明的生物反應(yīng)器能夠提供適合各種毛狀根培養(yǎng)的傳質(zhì)環(huán)境和流體力學(xué)環(huán)境，并獲得與細(xì)胞培養(yǎng)或搖瓶相同條件下較高的增值倍數(shù)和有效成分含量。本發(fā)明的一種用于規(guī)?；囵B(yǎng)植物毛狀根的霧化式生物反應(yīng)器，它包括(a) 一個(gè)純蒸汽過(guò)濾器(I)；(b) 一個(gè)無(wú)菌空氣風(fēng)機(jī)(2)，該無(wú)菌空氣風(fēng)機(jī)(2)通過(guò)雙級(jí)空氣過(guò)濾器(3)、(4)與主反應(yīng)器半圓上封頭(10)連接；(c) 一個(gè)第二氣體過(guò)濾器(4)通過(guò)連接管道與反應(yīng)器內(nèi)氣體分布盤管(19)連接；通過(guò)氣體過(guò)濾器(18)排出；(d) 一個(gè)恒溫儲(chǔ)水罐(5)，該恒溫儲(chǔ)水罐(5)用連接管道通過(guò)熱水泵(6)與反應(yīng)器的夾層連接；(e) 一個(gè)空氣緩沖罐(20)，該空氣緩沖罐(20)用連接管道通過(guò)過(guò)濾器(21)與無(wú)油空壓機(jī)(22)連接，另一頭與反應(yīng)器的氣動(dòng)液壓裝置(14)連接；(f) 一個(gè)霧化發(fā)生器(17)，所述該反應(yīng)器霧化器(17)，通過(guò)連接管道與主體反應(yīng)器(10)的頂部連接；下部與主體反應(yīng)器的下部(13)連接；(g) 一個(gè)反應(yīng)器主體，該反應(yīng)器主體從上到下依次由半圓封頭(10)、圓柱體(11)、下平底圓柱(13)組成，所述上部半圓封頭中間位置與霧化發(fā)生器(17)連接，周圍分布有壓力計(jì)接口、PH計(jì)⑶接口、氧傳感器(9)接口，所述主體反應(yīng)器的下部(13)連接溫度傳感器(12)接口 ；(h) 一個(gè)主體反應(yīng)器下部(13)，所述主體反應(yīng)器下部為直徑與主體圓柱直徑一樣，帶氣動(dòng)液壓裝置(14)，方便出料過(guò)程。(j) 一個(gè)主體反應(yīng)器上部(10)，帶一個(gè)人孔(9)，用于細(xì)胞接種，一個(gè)視鏡燈(15)，用于觀察反應(yīng)器內(nèi)毛狀根生長(zhǎng)情況。為了給毛狀根生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，包括流體力學(xué)和傳質(zhì)環(huán)境狀況，模 擬天然植物的生長(zhǎng)環(huán)境，尤其營(yíng)養(yǎng)液供應(yīng)采用定量間歇霧化式噴霧；定量恒變速供氣，利于毛狀根生長(zhǎng)。規(guī)?；囵B(yǎng)植物毛狀根的霧化式生物反應(yīng)器主體部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為上下兩部分，中間加有濾板，毛狀根培養(yǎng)時(shí)在反應(yīng)器上部，下部既是營(yíng)養(yǎng)液儲(chǔ)存，也便于次生代謝產(chǎn)物的積累。培養(yǎng)完成氣動(dòng)液壓裝置可以自由分離打開(kāi)，取出毛狀根。同時(shí)設(shè)有空反應(yīng)器進(jìn)行純蒸汽消毒和純水清洗裝置。通過(guò)調(diào)整反應(yīng)器上下部體積比，變化霧化流量，可獲得不同數(shù)量的毛狀根。


附圖I為本發(fā)明的適合于規(guī)模化培養(yǎng)植物毛狀根的外循環(huán)云霧式生物反應(yīng)器立面圖示意圖。
附圖2為本發(fā)明的適合于規(guī)?；囵B(yǎng)植物毛狀根的外循環(huán)云霧式生物反應(yīng)器平面圖示意圖。
附圖3為本發(fā)明的適合于規(guī)?；囵B(yǎng)植物毛狀根的外循環(huán)云霧式生物反應(yīng)器工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖和具體實(shí)施例多本發(fā)明作詳細(xì)描述。本發(fā)明一種適合于規(guī)?；囵B(yǎng)植物毛狀根的外循環(huán)云霧式生物反應(yīng)器，它包括一個(gè)純蒸汽過(guò)濾器(I);一個(gè)無(wú)菌空氣風(fēng)機(jī)(2)，該無(wú)菌空氣風(fēng)機(jī)(2)通過(guò)雙級(jí)無(wú)菌空氣過(guò)濾器(3)、(4)與主反應(yīng)器半圓上封頭(10)連接；通過(guò)連接管道與反應(yīng)器內(nèi)氣體分布盤管
(19)連接；通過(guò)氣體過(guò)濾器(18)排出；一個(gè)恒溫儲(chǔ)水罐(5)，該恒溫儲(chǔ)水罐(5)用連接管道通過(guò)熱水泵(6)與反應(yīng)器的夾層連接；一個(gè)空氣緩沖罐(20)，該空氣緩沖罐(20)用連接管道通過(guò)過(guò)濾器(21)與無(wú)油空壓機(jī)(22)連接，另一頭與反應(yīng)器的氣動(dòng)液壓裝置(14)連接；一個(gè)霧化發(fā)生器(17)，所述該反應(yīng)器霧化器(17)，通過(guò)連接管道與主體反應(yīng)器(10)的頂部連接；下部與主體反應(yīng)器的下部(13)連接；一個(gè)反應(yīng)器主體，該反應(yīng)器主體從上到下依次由半圓封頭(10)、圓柱體(11)、下平底圓柱(13)組成，所述上部半圓封頭中間位置與霧化發(fā)生器(17)連接，周圍分布有壓力計(jì)接口、PH計(jì)(8)接口、氧傳感器(9)接口，所述主體反應(yīng)器的下部(13)連接溫度傳感器(12)接口 ；一個(gè)主體反應(yīng)器下部(13)，所述主體反應(yīng)器下部為直徑與主體圓柱直徑一樣，帶氣動(dòng)液壓裝置(14)，方便出料過(guò)程。一個(gè)主體反應(yīng)器上部(10)，帶一個(gè)人孔(9)，用于細(xì)胞接種，一個(gè)視鏡燈(15)，用于觀察反應(yīng)器內(nèi)毛狀根生長(zhǎng)情況。反應(yīng)器主體圓柱體積與半圓上封頭球體體積比為4 I——40 1，最好為4 1，，所述反應(yīng)器主體圓柱體積與半圓上封頭球體體積和與下部比為I : I—35 I ；最好2 I。由無(wú)菌空氣風(fēng)機(jī)⑵產(chǎn)生的空氣經(jīng)過(guò)流量計(jì)、連接管到兩級(jí)過(guò)濾器(3)、⑷，再到反應(yīng)器頂部到氣體分布盤管(19)，均勻分布，與毛狀根進(jìn)行均勻接觸，均勻供給毛狀根的氧 氣，通過(guò)反應(yīng)器上部過(guò)濾排除；由恒溫水儲(chǔ)罐(5)通過(guò)熱水泵(6)連接反應(yīng)器主體夾層，對(duì)主反應(yīng)器進(jìn)行恒溫環(huán)境控制；由霧化發(fā)生器(17)通過(guò)調(diào)節(jié)霧化流量，可以對(duì)毛狀根進(jìn)行霧
化營(yíng)養(yǎng)。
權(quán)利要求
1.一種適合于規(guī)?；囵B(yǎng)植物毛狀根的外循環(huán)云霧式生物反應(yīng)器。其特征在于，它包括: (a)一個(gè)純蒸汽過(guò)濾器(I)； (b)一個(gè)無(wú)菌空氣風(fēng)機(jī)(2)，該無(wú)菌空氣風(fēng)機(jī)(2)通過(guò)雙級(jí)空氣過(guò)濾器(3)、(4)與主反應(yīng)器半圓上封頭(10)連接； (c)一個(gè)第二氣體過(guò)濾器(4)通過(guò)連接管道與反應(yīng)器內(nèi)氣體分布盤管(19)連接；通過(guò)氣體過(guò)濾器(18)排出； (d)一個(gè)恒溫儲(chǔ)水罐(5)，該恒溫儲(chǔ)水罐(5)用連接管道通過(guò)熱水泵(6)與反應(yīng)器的夾層連接； (e)一個(gè)空氣緩沖罐(20)，該空氣緩沖罐(20)用連接管道通過(guò)過(guò)濾器(21)與無(wú)油空壓機(jī)(22)連接，另一頭與反應(yīng)器的氣動(dòng)液壓裝置(14)連接； (f)一個(gè)霧化發(fā)生器(17)，所述該反應(yīng)器霧化器(17)，通過(guò)連接管道與主體反應(yīng)器(10)的頂部連接；下部與主體反應(yīng)器的下部(13)連接； (g)一個(gè)反應(yīng)器主體，該反應(yīng)器主體從上到下依次由半圓封頭(10)、圓柱體(11)、下平底圓柱(13)組成，所述上部半圓封頭中間位置與霧化發(fā)生器(17)連接，周圍分布有壓力計(jì)接口、PH計(jì)⑶接口、氧傳感器(9)接口，所述主體反應(yīng)器的下部(13)連接溫度傳感器(12)接口 ； (h)—個(gè)主體反應(yīng)器下部(13)，所述主體反應(yīng)器下部為直徑與主體圓柱直徑一樣，帶氣動(dòng)液壓裝置(14)，方便出料過(guò)程。
(j) 一個(gè)主體反應(yīng)器上部(10)，帶一個(gè)人孔(9)，用于細(xì)胞接種，一個(gè)視鏡燈(15)，用于觀察反應(yīng)器內(nèi)毛狀根生長(zhǎng)情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器主體圓柱體積與半圓上封頭球體體積比為4 I——40 : I。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器主體圓柱體積與半圓上封頭球體體積比為2 I——25 : I0
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器主體圓柱體積與半圓上封頭球體體積和與下部比為I I-35 I。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器主體圓柱體積與半圓上封頭球體體積比為I : 190——35 : I0
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器主體圓柱體與半圓上封頭球體的夾角為30-45度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器主體圓柱體與半圓上封頭球體的夾角為45-75度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器霧化裝置霧化最大值為200ml/H—IOOOOml/H。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器送氧裝置送空氣為200ml/H—IOOOOml/H。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于培養(yǎng)千層塔、紅豆杉、金鐵鎖、東革阿里等毛狀根的霧化式反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器容器為5000ml—3000000ml。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適合于規(guī)模化培養(yǎng)植物毛狀根的外循環(huán)云霧式生物反應(yīng)器。該反應(yīng)器自上向下由一個(gè)316L不銹鋼半圓封頭、圓柱體、下平底圓柱組成，可以儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)液并實(shí)時(shí)測(cè)定溫度；可實(shí)現(xiàn)間歇、定量調(diào)節(jié)噴霧；通過(guò)無(wú)菌風(fēng)機(jī)及毛狀根生長(zhǎng)用呼吸器供氧；保持反應(yīng)器內(nèi)有一個(gè)恒溫、恒濕的環(huán)境；可測(cè)定反應(yīng)釜內(nèi)壓力、pH值及內(nèi)部空氣含氧量；裝有純化水管道便于清洗；能實(shí)現(xiàn)純蒸汽消毒。通過(guò)模擬潮濕空氣進(jìn)行霧化處理改善反應(yīng)器的恒速送氧和定期定量供養(yǎng)料狀況。
文檔編號(hào)A01H4/00GK102783414SQ201110129849
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者于振艷, 劉同祥, 葉乾堂, 孫綱春, 張宗申, 李志成, 王祖紅 申請(qǐng)人:河南省海樂(lè)森藥用細(xì)胞工程技術(shù)有限公司