植物細(xì)胞反應(yīng)器簡介

     植物細(xì)胞培養(yǎng)具有周期長、細(xì)胞抗剪切能力弱、易團(tuán)聚等特點(diǎn)。同時，植物細(xì)胞規(guī)模培養(yǎng)的目的是生產(chǎn)天然產(chǎn)物，而這些天然產(chǎn)物均為細(xì)胞次生代謝物。所以，植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，不僅要考慮有利于細(xì)胞生長，同時還要考慮有利于產(chǎn)物的積累和分離。總體上講，適合植物細(xì)胞的反應(yīng)器應(yīng)該具有適宜的氧傳遞、良好的流動性和較低的剪切力。根據(jù)不同植物細(xì)胞生長和代謝產(chǎn)物積累的特點(diǎn)，目前已研究設(shè)計(jì)出多種類型的反應(yīng)器用于植物細(xì)胞培養(yǎng)。

一、懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器

１機(jī)械攪拌生物反應(yīng)器

     盡管機(jī)械攪拌反應(yīng)器已成功用于許多細(xì)胞的培養(yǎng)中，反應(yīng)器內(nèi)的溫度、pH、溶氧及營養(yǎng)物質(zhì)濃度較其他反應(yīng)器更易控制等優(yōu)點(diǎn)，但由于機(jī)械攪拌造成的剪切力對植物細(xì)胞造成較大的損傷，對次級代謝產(chǎn)物的合成也會產(chǎn)生影響，同時會帶來染菌和機(jī)械上的問題，因此需篩選出抗剪切力的細(xì)胞系，也可對反應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，尤其是攪拌槳的結(jié)構(gòu)和類型的改進(jìn)，使其具有緩和、充分的攪拌效果。

2非機(jī)械攪拌式反應(yīng)器

     植物細(xì)胞的培養(yǎng)比較多地采用各種非機(jī)械攪拌生物反應(yīng)器，其中常用的是氣體攪拌生物反應(yīng)器。氣體攪拌生物反應(yīng)器沒有活動的攪拌裝置，在很大程度上減少了剪切力，并能在長期操作中保持無菌。氣體攪拌生物反應(yīng)器包括鼓泡塔和氣升反應(yīng)器等。氣體攪拌生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較簡單，氧傳遞效率高，剪切力低，對細(xì)胞的損傷小，容易實(shí)現(xiàn)長期無菌培養(yǎng)，較適用于植物細(xì)胞培養(yǎng)。

     缺點(diǎn)：操作彈性小，低氣速時尤其在培養(yǎng)后期細(xì)胞密度較高時，混合效果較差。如果提高通氣量，又會產(chǎn)生大量泡沫，也易于驅(qū)除培養(yǎng)液中的二氧化碳和乙烯，對細(xì)胞生長有阻礙作用。過高的溶氧對植物細(xì)胞合成次級代謝產(chǎn)物不利。

二、固定化細(xì)胞生物反應(yīng)器

1填充床生物反應(yīng)器

     細(xì)胞可以位于支撐物表面，也可包埋于支撐物之中，培養(yǎng)液流經(jīng)支撐物顆粒，不斷被細(xì)胞利用。優(yōu)點(diǎn)：單位體積固定細(xì)胞量大。缺點(diǎn)：混合效果低，對必要的氧傳遞、pH、溫度控制和氣體產(chǎn)物的排除造成困難，影響細(xì)胞的培養(yǎng)。

2流化床生物反應(yīng)器

      利用液體的能量來懸浮顆粒。顆粒呈流化狀態(tài)所需的能量與顆粒大小成正比，因此常采用小固定化顆粒，這些小顆粒良好的傳質(zhì)特性是流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)：剪切力和顆粒碰撞會損壞固定化細(xì)胞。

3膜生物反應(yīng)器

     采用具有一定孔徑和選擇透性的膜固定植物細(xì)胞。營養(yǎng)物質(zhì)通過膜滲透到細(xì)胞中，細(xì)胞產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物通過膜釋放到培養(yǎng)液中。主要有：中空纖維反應(yīng)器和螺線式卷繞反應(yīng)器，優(yōu)點(diǎn)：可以重復(fù)使用。

三、植物細(xì)胞反應(yīng)器的選擇和設(shè)計(jì)

     植物細(xì)胞反應(yīng)器的選擇和設(shè)計(jì)需注意：

1氧的供給對于間歇培養(yǎng)，體積溶氧系數(shù)klα需要10-15h^-1;

2剪切力反應(yīng)器的剪切力盡可能小；

3細(xì)胞的黏附細(xì)胞培養(yǎng)過程容易黏附在反應(yīng)器壁上，并產(chǎn)生大量的泡沫，導(dǎo)致細(xì)胞量和代謝產(chǎn)物減少，嚴(yán)重時培養(yǎng)過程被迫中止；

4細(xì)胞高密度培養(yǎng)時，混合情況變差，培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)和氧的供給不足，細(xì)胞收率下降；

5溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)的濃度須控制在合適的范圍內(nèi)。