专利名称：植物生物反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及植物细胞培养过程中的设备，特别是一种植物生物反应器。
背景技术：
地球上种类繁多、数量浩瀚的植物是人类赖以生存的宝贵资源，从植物来的有机物包括初生代谢物和次生代谢物两大类。初生代谢物是植物生长和发育必需的，也是合成次生代谢物的重要原料。次生代谢物如香料、食品色素、兴奋剂、药物、甜味剂等，直到目前为止这些天然产物仍在人类的生活中占有重要位置。但从天然植物中提取的方式受到了挑战，这主要是1)生态环境的破坏和人们对野生资源的盲目采集，造成许多野生植物趋于濒危。2)生态环境的差异，使引种和驯化困难。3)可耕地面积日益减少。4)栽培过程中自然环境影响，使产量和质量难以控制。另外，目前的化学合成方法由于工艺复杂，费用高，同时易造成新的环境污染，因而发展也受到限制。
植物细胞培养为生产植物次生代谢物提供了新的思路，这是继微生物技术以后当代生物技术领域的重要发展领域，吸引了无数的国家实验室和科学家参与进来，已取得了令人鼓舞的进展。植物细胞规模化培养优点1)替代野生品种，从而有效保护资源，改善生态环境；2)生产周期短，不受季节等环境因素的限制，可周年进行规模化生产；3)可通过生物技术手段使次生代谢物产量高；4)开发出的生物药品与西药相比，具有天然植物中药毒副作用小的优势，具有很好的市场前景。同时，植物组织和细胞培养技术与分子生物学、基因工程、生代工程技术结合，必将为今后植物资源的开发和发酵工业的发展注入新的活力。
我国学者在此领域内亦取得许多研究进展，如紫草、红豆杉、人参、三分三、紫杉等植物细胞培养的研究工作。但是由于植物细胞生长速度缓慢和产生地有效成分含量低下，遗传稳定性较差和对剪切力较为敏感以及培养仪器和工艺不完善等因素，导致生产成本过高，限制了该技术的广泛应用。特别是植物细胞培养周期长(20天左右，微生物)，操作过程复杂，目前国内设备基本不能满足植物细胞培养的高要求，造成污染率相当高。如何降低植物细胞培养过程中的污染率，是对生物反应器设备进行改进的关键所在。
实用新型内容本实用新型解决现有植物生物反应器在使用过程中存在的污染严重和水资源浪费，从而造成成本较高而不利于推广应用的问题，设计出一种新型的植物生物反应器，采用该植物生物反应器能大大降低植物细胞培养成本，从而有利于推广应用。
本实用新型的技术方案如下植物生物反应器，包括接种操作系统，培养器光照系统，空气输送系统和温度调控系统，所述空气输送系统包含有空气压缩机和通过管路与其连接的除菌过滤器，其特征在于在所述空气压缩机和除菌过滤器之间串接有多级空气过滤器。
所述多级空气过滤器为三级过滤器。
所述接种操作系统包含接种工作台和工作台上的接种器，所述接种工作台为超净工作台。
所述温度调控系统采用循环水箱和双层钢结构内罐进行温度调控。
所述培养器光照系统设置有普通光源和冷光源，冬天采用普通光源，夏天采用冷光源。
所述培养器中培养物的循环和通气通过气体循环和搅拌器搅拌相结合的方式进行。
本实用新型的技术效果如下由于本实用新型植物生物反应器，在空气压缩机和除菌过滤器之间串接有多级空气过滤器，这就能够使得进入的空气充分洁净，消除了现有技术中该环节存在的严重污染，从而能大大降低植物细胞培养成本，有利于推广应用。
由于气体进行了三级过滤，从实验结果得知，相应环节污染率降低了50％。
由于在超净工作台上进行接种，这就能够有效避免接种污染问题，从实验结果得知，相应环节污染率降低60％。
由于温度调控系统采用循环水箱和双层钢结构内罐进行温度调控，这就能够高效利用水资源，从实验结果得知，水只消耗原来的1/50。
由于外光源冬天采用普通光源，夏天采用冷光源，这就能够高效节能。
由于采用气升式和搅拌式相结合方式，这有利于有效消除泡沫，培养物的循环和通气通过气体循环和搅拌相结合方式，可以解决同期量大易形成大量气泡、引起培养物贴壁的问题，因此需要适当的搅拌速度与低通气量相结合。
图1为本实用新型的构造原理示意图。
图中标记列示如下1-空气压缩机；2-三级过滤器；3-空气流量调节阀；4-换向阀；5-除菌过滤器；6-蒸汽发生器；7-控温水箱；8-蒸汽冷凝器；9-循环泵；10-超净工作台；11-接种器；12-单向阀；13-培养器；14-搅拌器；15-冷光源；16-安全阀；17-温度探头；18-PH探头；19-溶氧探头；20-预留口。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
如图所示，本实用新型植物生物反应器，包括接种操作系统，培养器光照系统，空气输送系统和温度调控系统，空气输送系统包含有空气压缩机1和通过管路与其连接的除菌过滤器5，除菌过滤器5有多个，在空气压缩机1和除菌过滤器5之间串接有多级空气过滤器，该多级空气过滤器为三级过滤器2。气体进行了三级过滤，使得进入的空气充分洁净，消除了现有技术中该环节存在的严重污染，从而能大大降低植物细胞培养成本，有利于推广应用，从实验结果得知，相应环节污染率降低了50％。在三级过滤器2和除菌过滤器5之间还串接有空气流量调节阀3和换向阀4。温度调控系统中有蒸汽发生器6和相应的蒸汽冷凝器8，以及控温水箱7，控温水箱7通过循环泵9和循环管路连接并连通双层钢结构内罐进行温度调控，这就能够高效利用水资源，从实验结果得知，水只消耗原来的1/50。培养器13的光照系统中设置有冷光源15，培养器13中内置有搅拌器14和驱动装置M，培养器13的上方设置有安全阀16、温度探头17、PH探头18、溶氧探头19和预留口20，下方的管路上设置有单向阀12。接种操作系统由超净工作台10和其上的接种器11构成。接种操作在超净工作台上进行，有效避免接种污染问题；从实验结果得知，在超净工作台上进行接种，相应环节污染率降低60％。
一、下面就本系统的主要技术系数介绍如下1、种子罐20L；灭菌压力≤0.15Mpa；工作压力培养罐压0.05Mpa-0.07Mpa，排料罐压0.05Mpa-0.1Mpa；灭菌温度121-130℃；工作温度培养温度10-40℃。
2、发酵罐100L；灭菌压力≤0.15Mpa；工作压力培养罐压0.05Mpa-0.07Mpa，排料罐压0.05Mpa-0.1Mpa；灭菌温度121-130℃；工作温度培养温度10-40℃。
3、进罐空气压力种子罐、发酵罐0.2Mpa。
4、工作空气流量0.1-1.0m3/m3.min。
5、工作PH值4.0-7.0。
6、工作光强40-100umol/m2.s。
7、取样口直径≥1.5cm、排料口直径≥1.5cm。
二、下面就本系统的灭菌操作规程介绍如下1.准备两桶蒸馏水。
2.仪器检查电极是否标定→控制仪表温度显示、冷却水的循环系统、空气循环系统是否正常工作(气源压力设定在0.22-0.38MPa)→检查蒸汽锅炉和反应器的所有安全阀、开关、连接点等是否能正常工作(蒸汽锅炉的工作压力设定在0.25-0.35MPa)→所有安全阀和开关都处于关闭状态，保证各连接点不漏气。
3.锅炉启动水箱装满蒸馏水→打开锅炉两个排空阀、一个进水阀→打开总电源→打开锅炉电源→检查锅炉水位(是否正常)。
4.反应器进蒸汽打开显控仪表，调至温度显示状态→打开反应器顶部的安全阀和排气阀→打开锅炉两个排空阀(排空阀流出蒸汽5min后关闭)→打开锅炉主路气阀→打开反应器背部旁路入口的排空阀(反应器背部旁路入口的排空阀流出蒸汽5min后关闭)→打开反应器背部旁路入口进气阀→打开反应器底部旁路入口进气阀。
5.反应器升温反应器中温度升高到100℃后，将反应器顶部的安全阀和排气阀打开或关闭数次(灭菌)→数分钟后(反应器内的空气彻底排出)关闭反应器顶部的安全阀和排气阀
6.反应器保温反应器中温度升至121℃或压力升至0.1MPa后，关闭反应器和锅炉所有旁路阀门(顺序同打开时相反)→打开反应器和锅炉所有主路阀门(顺序同旁路打开时相同)→调节反应器反应器底部主路入口进气阀使蒸汽流量适度(或通过反应器顶部的排空阀调节压力)→保持30分钟空罐灭菌(灭菌期间略微打开反应器底部的两个水平方向的阀门，使排料口、取样口、进气口同时进蒸汽数次，同时将红色进气阀开闭数次使阀芯彻底灭菌)。
7.反应器降温打开空压机电源→打开反应器背后的空气进气总阀(调节控制器的气体压力阀门)→关闭反应器背后的蒸汽主路阀门→关闭蒸汽锅炉主路气阀(同时打开锅炉两个排空阀)→关闭锅炉电源→略微打开反应器顶部的排空阀；打开冷却水循环系统(降温过程中保持反应器维持一定的正压0.02-0.04Mpa)冷却到所需温度时关闭冷却水→最后反应器保持通气状态。
三、下面就本系统的植物细胞培养过程介绍如下在植物细胞培养过程中，结构图中的空气首先经过多级过滤后进入反应器；温度由水箱中的水循环调控，水箱中装有冷凝器和电阻丝，根据电磁阀的控制进行加热或冷却，通过双层内罐循环控制温度(培养温度25±2℃)；培养物的循环和通气通过气体循环和搅拌相结合方式，同期量大易形成大量气泡，引起培养物贴壁，适当的搅拌速度与低通气量相结合(搅拌转速100r/min，通气量1.0L/min)；接种在超净工作台上进行，将培养细胞接种到接种器中，通过气流将培养物压入反应器中。光源为60umol/m2，光周期16-24h。
以上所述，仅为本实用新型的优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员来说，依据本实用新型同样的发明创造原理，还可以做出许多变形和改进，但是这些均落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.植物生物反应器，包括接种操作系统，培养器光照系统，空气输送系统和温度调控系统，所述空气输送系统包含有空气压缩机和通过管路与其连接的除菌过滤器，其特征在于在所述空气压缩机和除菌过滤器之间串接有多级空气过滤器。
2.根据权利要求1所述的植物生物反应器，其特征在于所述多级空气过滤器为三级过滤器。
3.根据权利要求1所述的植物生物反应器，其特征在于所述接种操作系统包含接种工作台和工作台上的接种器，所述接种工作台为超净工作台。
4.根据权利要求1所述的植物生物反应器，其特征在于所述温度调控系统采用循环水箱和双层钢结构内罐进行温度调控。
5.根据权利要求1所述的植物生物反应器，其特征在于所述培养器光照系统设置有普通光源和冷光源，冬天采用普通光源，夏天采用冷光源。
专利摘要本实用新型解决现有植物生物反应器在使用过程中存在的污染严重和水资源浪费，从而造成成本较高而不利于推广应用的问题，设计出一种新型的植物生物反应器，包括接种操作系统，培养器光照系统，空气输送系统和温度调控系统，所述空气输送系统包含有空气压缩机和通过管路与其连接的除菌过滤器，其特征在于在所述空气压缩机和除菌过滤器之间串接有多级空气过滤器。采用该植物生物反应器能大大降低植物细胞培养成本，从而有利于推广应用。
文档编号C12M3/00GK2716273SQ200420009119
公开日2005年8月10日 申请日期2004年6月18日 优先权日2004年6月18日
发明者张天琪, 王玉忠, 李荣旗, 党俊梅, 穆俊杰, 郭艳霞, 刘蕾, 林翔鹰, 马凯峰 申请人:北京锦绣大地农业股份有限公司