植物细胞生物反应器类型及特点.doc

课程论文课程名称：细胞工程论文名称：植物细胞生物反应器类型 及特点姓 名：刘珍豆学 号：110214208班 级：生工1102班 2014年4月14日 目录1、 植物细胞悬浮培养反应器-3 1、机械搅拌式反应器-3 2、非机械搅拌式反应器-4 2、1、气升式反应器-4 2、2、鼓泡式反应器-5 2、3、转鼓式反应器-52、 植物细胞固定化生物反应器：-51、流化床生物反应器-62、填充床生物反应器-73、膜生物反应器-7 3、1、中空纤维生物反应器-7 3、2、螺旋卷绕生物反应器-8 3、3、管式膜反应器-8三、当前生物反应器的发展前沿 -8 一、植物细胞悬浮培养生物反应器 1、机械搅拌式生物反应器：其原理是利用机械搅动使细胞得以悬浮和通气；反应器的结构一般由柱状外壁和中心轴上垂直附加的叶轮组成，其主要优点是：搅拌充分，供养和混合效果好，溶氧系数KLa100/h，反映器中的温度、pH及营养物的浓度较其它反应器 容易调节，并可以直接借用微生物培养的经验进行研究和控制。搅拌式反应器主要适用于对剪切力耐受性较强的细胞，如烟草细胞，水母雪莲细胞等；由于大多数的植物细胞的细胞壁对剪切力较敏感，易造成细胞损伤，所以在利用搅拌式反应器时需要对搅拌桨叶进行改进，一般可以通过改变搅拌形式、叶轮结构与类型等减小因搅拌而产生的剪切力。一般认为涡叶轮好于平叶轮，平叶轮好于螺旋状叶轮；机械搅拌式生物反应器的结构图为1、 搅拌器 2、无菌空气入口 3、搅拌叶轮（改进为螺旋状叶轮） 4、 空气出口 5、空气分布器 2、非机械搅拌式反应器： （1）、气升式反应器：气升式反应器是利用反应器的无菌空气的上升气流带动培养液进行循环，使供养和混合两种作用融为一体的一类生物反应器，按照结构的不同可分为外循环和内循环两种形式。 气升式反应器内可分为升液区和降液区两大区域，主要包括导流筒、塔顶的气液分离装置和塔底的气体分布装置等几部分气体由塔底气体分布装置导入导流筒，经过气液分离后在塔顶排出，从而带动液体在塔内从升液区到降液区的循环流动，达到搅拌的目的。 气升式反应器由于没有搅拌装置，剪切力较小，对植物细胞的伤害较小，培养也不断的循环，混合效果好，有利于提高细胞浓度和次生代谢物的产量，是最适合植物细胞培养的生物反应器之一。如图所示为內升式反应器：1、进气口 2、排气口 3、气体循环方向（2）、鼓泡式反应器: 利用反应器底部通入的无菌空气产生大量的起泡，在上升过程中起到供养和混合两种作用的一类反应器； 在培养过程中无需机械能消耗，适合于培养对剪切力敏感的细胞，1、进气口 2、空气分布器 3、气流方向 4、排气口 （3）转鼓式反应器:它是一种新型的生物反应器，通过转盘或转股的旋转，达到混合的目的；其特点为具有悬浮系统均一、低剪切环境、供养效率高、防止细胞粘附在壁上的优点，适合于高密度植物悬浮的培养。二、植物细胞固定化生物反应器： 1、流化床生物反应器：利用流体的能量使支持物颗粒处于悬浮流化状态，固定化细胞以及气泡在培养液悬浮翻转吸收营养而得以培养，其特点是：结构简单、传递系数高，反应物混合均匀1、 进液口 2、排液口 3、细胞团或固定化细胞 4、气泡2、填充床生物反应器：将细胞固定于支持物表面或内部，支持物颗粒堆叠成床，固定不动，培养基在床间流动，实现物质的传递和混合，其特点是：单位体积的细胞密度大，能满足植物细胞群体生长的特性，缺点是混合效果差，传质效率低，床底层中颗粒支持物容易破碎或在高压下变形而使床阻塞。1、进液口 2、排液口 3、固定化细胞 3、膜生物反应器：是一种将植物细胞固定在具有一定孔径和选择透性的多孔薄膜中而制成的一种生物反应器。主要有中空纤维反应器和螺旋卷绕反应器。 （1）中空纤维反应器:是由外壳和醋酸纤维等高分子聚合物制成的中空纤维组成；中空纤维的壁上分布有许多的微孔，可以节流植物细胞而允许小分子物质通过，其特点是：中空纤维管管径较小，即使在反应器截面很小的情况下仍可以装填大量的纤维，提供了高的表面积，因而营养液流通面大，且有较高的机械强度，其次死是反应器结构紧凑，集反应与分离于一体，利于连续化生产，但是其清洗比较困难。 （2）螺旋卷绕反应器：是将固定有细胞的膜卷绕成圆柱状，实质上是卷成圆筒型的平板反应器，其特点是：它的流体动力学易于控制，易于放大，而且能提供更均匀的环境条件，同时还可以进行产物分离以解除产物的反馈抑制。 （3）管式膜反应器 结构简单，适应性强，清洗安装方便，单根管子可以更换，耐高压无死角，适宜于处理高粘度及固体含量较高的料液。三、当前生物反应器的发展前沿 用于植物组织培养的生物反应