植物生物反應器的製作方法
2023-05-28 17:53:06
專利名稱：植物生物反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及植物細胞培養過程中的設備，特別是一種植物生物反應器。
背景技術：
地球上種類繁多、數量浩瀚的植物是人類賴以生存的寶貴資源，從植物來的有機物包括初生代謝物和次生代謝物兩大類。初生代謝物是植物生長和發育必需的，也是合成次生代謝物的重要原料。次生代謝物如香料、食品色素、興奮劑、藥物、甜味劑等，直到目前為止這些天然產物仍在人類的生活中佔有重要位置。但從天然植物中提取的方式受到了挑戰，這主要是1)生態環境的破壞和人們對野生資源的盲目採集，造成許多野生植物趨於瀕危。2)生態環境的差異，使引種和馴化困難。3)可耕地面積日益減少。4)栽培過程中自然環境影響，使產量和質量難以控制。另外，目前的化學合成方法由於工藝複雜，費用高，同時易造成新的環境汙染，因而發展也受到限制。
植物細胞培養為生產植物次生代謝物提供了新的思路，這是繼微生物技術以後當代生物技術領域的重要發展領域，吸引了無數的國家實驗室和科學家參與進來，已取得了令人鼓舞的進展。植物細胞規模化培養優點1)替代野生品種，從而有效保護資源，改善生態環境；2)生產周期短，不受季節等環境因素的限制，可周年進行規模化生產；3)可通過生物技術手段使次生代謝物產量高；4)開發出的生物藥品與西藥相比，具有天然植物中藥毒副作用小的優勢，具有很好的市場前景。同時，植物組織和細胞培養技術與分子生物學、基因工程、生代工程技術結合，必將為今後植物資源的開發和發酵工業的發展注入新的活力。
我國學者在此領域內亦取得許多研究進展，如紫草、紅豆杉、人參、三分三、紫杉等植物細胞培養的研究工作。但是由於植物細胞生長速度緩慢和產生地有效成分含量低下，遺傳穩定性較差和對剪切力較為敏感以及培養儀器和工藝不完善等因素，導致生產成本過高，限制了該技術的廣泛應用。特別是植物細胞培養周期長(20天左右，微生物)，操作過程複雜，目前國內設備基本不能滿足植物細胞培養的高要求，造成汙染率相當高。如何降低植物細胞培養過程中的汙染率，是對生物反應器設備進行改進的關鍵所在。
實用新型內容本實用新型解決現有植物生物反應器在使用過程中存在的汙染嚴重和水資源浪費，從而造成成本較高而不利於推廣應用的問題，設計出一種新型的植物生物反應器，採用該植物生物反應器能大大降低植物細胞培養成本，從而有利於推廣應用。
本實用新型的技術方案如下植物生物反應器，包括接種作業系統，培養器光照系統，空氣輸送系統和溫度調控系統，所述空氣輸送系統包含有空氣壓縮機和通過管路與其連接的除菌過濾器，其特徵在於在所述空氣壓縮機和除菌過濾器之間串接有多級空氣過濾器。
所述多級空氣過濾器為三級過濾器。
所述接種作業系統包含接種工作檯和工作檯上的接種器，所述接種工作檯為超淨工作檯。
所述溫度調控系統採用循環水箱和雙層鋼結構內罐進行溫度調控。
所述培養器光照系統設置有普通光源和冷光源，冬天採用普通光源，夏天採用冷光源。
所述培養器中培養物的循環和通氣通過氣體循環和攪拌器攪拌相結合的方式進行。
本實用新型的技術效果如下由於本實用新型植物生物反應器，在空氣壓縮機和除菌過濾器之間串接有多級空氣過濾器，這就能夠使得進入的空氣充分潔淨，消除了現有技術中該環節存在的嚴重汙染，從而能大大降低植物細胞培養成本，有利於推廣應用。
由於氣體進行了三級過濾，從實驗結果得知，相應環節汙染率降低了50％。
由於在超淨工作檯上進行接種，這就能夠有效避免接種汙染問題，從實驗結果得知，相應環節汙染率降低60％。
由於溫度調控系統採用循環水箱和雙層鋼結構內罐進行溫度調控，這就能夠高效利用水資源，從實驗結果得知，水只消耗原來的1/50。
由於外光源冬天採用普通光源，夏天採用冷光源，這就能夠高效節能。
由於採用氣升式和攪拌式相結合方式，這有利於有效消除泡沫，培養物的循環和通氣通過氣體循環和攪拌相結合方式，可以解決同期量大易形成大量氣泡、引起培養物貼壁的問題，因此需要適當的攪拌速度與低通氣量相結合。
圖1為本實用新型的構造原理示意圖。
圖中標記列示如下1-空氣壓縮機；2-三級過濾器；3-空氣流量調節閥；4-換向閥；5-除菌過濾器；6-蒸汽發生器；7-控溫水箱；8-蒸汽冷凝器；9-循環泵；10-超淨工作檯；11-接種器；12-單向閥；13-培養器；14-攪拌器；15-冷光源；16-安全閥；17-溫度探頭；18-PH探頭；19-溶氧探頭；20-預留口。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
如圖所示，本實用新型植物生物反應器，包括接種作業系統，培養器光照系統，空氣輸送系統和溫度調控系統，空氣輸送系統包含有空氣壓縮機1和通過管路與其連接的除菌過濾器5，除菌過濾器5有多個，在空氣壓縮機1和除菌過濾器5之間串接有多級空氣過濾器，該多級空氣過濾器為三級過濾器2。氣體進行了三級過濾，使得進入的空氣充分潔淨，消除了現有技術中該環節存在的嚴重汙染，從而能大大降低植物細胞培養成本，有利於推廣應用，從實驗結果得知，相應環節汙染率降低了50％。在三級過濾器2和除菌過濾器5之間還串接有空氣流量調節閥3和換向閥4。溫度調控系統中有蒸汽發生器6和相應的蒸汽冷凝器8，以及控溫水箱7，控溫水箱7通過循環泵9和循環管路連接並連通雙層鋼結構內罐進行溫度調控，這就能夠高效利用水資源，從實驗結果得知，水只消耗原來的1/50。培養器13的光照系統中設置有冷光源15，培養器13中內置有攪拌器14和驅動裝置M，培養器13的上方設置有安全閥16、溫度探頭17、PH探頭18、溶氧探頭19和預留口20，下方的管路上設置有單向閥12。接種作業系統由超淨工作檯10和其上的接種器11構成。接種操作在超淨工作檯上進行，有效避免接種汙染問題；從實驗結果得知，在超淨工作檯上進行接種，相應環節汙染率降低60％。
一、下面就本系統的主要技術係數介紹如下1、種子罐20L；滅菌壓力≤0.15Mpa；工作壓力培養罐壓0.05Mpa-0.07Mpa，排料罐壓0.05Mpa-0.1Mpa；滅菌溫度121-130℃；工作溫度培養溫度10-40℃。
2、發酵罐100L；滅菌壓力≤0.15Mpa；工作壓力培養罐壓0.05Mpa-0.07Mpa，排料罐壓0.05Mpa-0.1Mpa；滅菌溫度121-130℃；工作溫度培養溫度10-40℃。
3、進罐空氣壓力種子罐、發酵罐0.2Mpa。
4、工作空氣流量0.1-1.0m3/m3.min。
5、工作PH值4.0-7.0。
6、工作光強40-100umol/m2.s。
7、取樣口直徑≥1.5cm、排料口直徑≥1.5cm。
二、下面就本系統的滅菌操作規程介紹如下1.準備兩桶蒸餾水。
2.儀器檢查電極是否標定→控制儀表溫度顯示、冷卻水的循環系統、空氣循環系統是否正常工作(氣源壓力設定在0.22-0.38MPa)→檢查蒸汽鍋爐和反應器的所有安全閥、開關、連接點等是否能正常工作(蒸汽鍋爐的工作壓力設定在0.25-0.35MPa)→所有安全閥和開關都處於關閉狀態，保證各連接點不漏氣。
3.鍋爐啟動水箱裝滿蒸餾水→打開鍋爐兩個排空閥、一個進水閥→打開總電源→打開鍋爐電源→檢查鍋爐水位(是否正常)。
4.反應器進蒸汽打開顯控儀表，調至溫度顯示狀態→打開反應器頂部的安全閥和排氣閥→打開鍋爐兩個排空閥(排空閥流出蒸汽5min後關閉)→打開鍋爐主路氣閥→打開反應器背部旁路入口的排空閥(反應器背部旁路入口的排空閥流出蒸汽5min後關閉)→打開反應器背部旁路入口進氣閥→打開反應器底部旁路入口進氣閥。
5.反應器升溫反應器中溫度升高到100℃後，將反應器頂部的安全閥和排氣閥打開或關閉數次(滅菌)→數分鐘後(反應器內的空氣徹底排出)關閉反應器頂部的安全閥和排氣閥
6.反應器保溫反應器中溫度升至121℃或壓力升至0.1MPa後，關閉反應器和鍋爐所有旁路閥門(順序同打開時相反)→打開反應器和鍋爐所有主路閥門(順序同旁路打開時相同)→調節反應器反應器底部主路入口進氣閥使蒸汽流量適度(或通過反應器頂部的排空閥調節壓力)→保持30分鐘空罐滅菌(滅菌期間略微打開反應器底部的兩個水平方向的閥門，使排料口、取樣口、進氣口同時進蒸汽數次，同時將紅色進氣閥開閉數次使閥芯徹底滅菌)。
7.反應器降溫打開空壓機電源→打開反應器背後的空氣進氣總閥(調節控制器的氣體壓力閥門)→關閉反應器背後的蒸汽主路閥門→關閉蒸汽鍋爐主路氣閥(同時打開鍋爐兩個排空閥)→關閉鍋爐電源→略微打開反應器頂部的排空閥；打開冷卻水循環系統(降溫過程中保持反應器維持一定的正壓0.02-0.04Mpa)冷卻到所需溫度時關閉冷卻水→最後反應器保持通氣狀態。
三、下面就本系統的植物細胞培養過程介紹如下在植物細胞培養過程中，結構圖中的空氣首先經過多級過濾後進入反應器；溫度由水箱中的水循環調控，水箱中裝有冷凝器和電阻絲，根據電磁閥的控制進行加熱或冷卻，通過雙層內罐循環控制溫度(培養溫度25±2℃)；培養物的循環和通氣通過氣體循環和攪拌相結合方式，同期量大易形成大量氣泡，引起培養物貼壁，適當的攪拌速度與低通氣量相結合(攪拌轉速100r/min，通氣量1.0L/min)；接種在超淨工作檯上進行，將培養細胞接種到接種器中，通過氣流將培養物壓入反應器中。光源為60umol/m2，光周期16-24h。
以上所述，僅為本實用新型的優選實施方式。應當指出，對於本領域的技術人員來說，依據本實用新型同樣的發明創造原理，還可以做出許多變形和改進，但是這些均落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1.植物生物反應器，包括接種作業系統，培養器光照系統，空氣輸送系統和溫度調控系統，所述空氣輸送系統包含有空氣壓縮機和通過管路與其連接的除菌過濾器，其特徵在於在所述空氣壓縮機和除菌過濾器之間串接有多級空氣過濾器。
2.根據權利要求1所述的植物生物反應器，其特徵在於所述多級空氣過濾器為三級過濾器。
3.根據權利要求1所述的植物生物反應器，其特徵在於所述接種作業系統包含接種工作檯和工作檯上的接種器，所述接種工作檯為超淨工作檯。
4.根據權利要求1所述的植物生物反應器，其特徵在於所述溫度調控系統採用循環水箱和雙層鋼結構內罐進行溫度調控。
5.根據權利要求1所述的植物生物反應器，其特徵在於所述培養器光照系統設置有普通光源和冷光源，冬天採用普通光源，夏天採用冷光源。
專利摘要本實用新型解決現有植物生物反應器在使用過程中存在的汙染嚴重和水資源浪費，從而造成成本較高而不利於推廣應用的問題，設計出一種新型的植物生物反應器，包括接種作業系統，培養器光照系統，空氣輸送系統和溫度調控系統，所述空氣輸送系統包含有空氣壓縮機和通過管路與其連接的除菌過濾器，其特徵在於在所述空氣壓縮機和除菌過濾器之間串接有多級空氣過濾器。採用該植物生物反應器能大大降低植物細胞培養成本，從而有利於推廣應用。
文檔編號C12M3/00GK2716273SQ200420009119
公開日2005年8月10日 申請日期2004年6月18日 優先權日2004年6月18日
發明者張天琪, 王玉忠, 李榮旗, 黨俊梅, 穆俊傑, 郭豔霞, 劉蕾, 林翔鷹, 馬凱峰 申請人:北京錦繡大地農業股份有限公司