[发明专利]一种用于规模化培养药用植物的生物反应器系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种生物技术领域系统，具体为用于规模化培养药用植物不定根的生物反应器系统。

背景技术

天然药用植物在医药、轻工、化工、食品及农药等方面起重要作用。我国作为世界上使用和出口药用植物最多的国家，大部分植物中药材的野生资源已经枯竭而靠栽培满足需要。例如，曾在东北地区野生资源很丰富的刺五加，自上世纪90年代开始被过度采挖，野生资源几乎耗尽。通常情况下，天然植株中目的次生产物含量过低，采用化学合成，存在工艺流程复杂、成本高、合成过程中形成同分异构体及造成环境污染等问题。为满足需要，人们转向药用植物的大田栽培。但这种方式面临着产品质量随环境变化波动大、农残和重金属污染及与农争粮争地等诸多问题。此外，一些中药材的特殊药用部位决定了其大田栽培的高成本和低收入。例如：一些木本植物的根部和皮部有药用成分，多年栽培后一旦采收，整个植株就不得不重新栽植。采用生物反应器进行植物细胞、组织培养具有具有工作体积大、单位体积生产能力高、物理和化学条件控制方便、随时随地规模化生产等优点，是解决中药资源问题的一条重要途径。

目前韩国已经在高丽参不定根和毛状根的发酵培养方面取得了突破性进展，成功进行了产业化，同时还以培养的高丽参不定根和毛状根开发了系列保健品和化妆品。美国在青蒿的毛状根培养方面也取得了进展，发现供气中加入CO₂可以防止培养毛状根的枯死。德国科学家利用培养印度獐牙菜的毛状根成功生产苦杏苷。我国的生物反应器培养技术与国际水平相比差距很大，因大多数植物细胞、组织的生物反应器扩大化关键技术不过关，能真正实现产业化的植物为数很少，药用植物的生物反应器规模化生产则更少。

目前用于药用植物组织、细胞和器官悬浮培养的反应器主要有搅拌式、气升式、鼓泡式等。搅拌式生物反应器操作范围大，供氧能力强，混合效果好，但搅拌过程中产生的剪切力对植物离体组织造成损伤。鼓泡式反应器虽然剪切力小，但不利于物质的混合和气体传递。气升式反应器具有结构简单、剪切力小、传质效果好、成本低的特点，是目前经常采用的反应器类型。在气升式反应器中，气体分布状况的好与不好直接关系到药用植物细胞、组织的生长、形态、氧和培养物的吸收和代谢，由此直接影响到最终产物的产率。因此在反应器应用时需尤其注重气体分布器的设计。

目前培养罐中使用的气体分布器有单孔管、由管子绕成的气体分布环及烧结板式气体分布器。单孔管结构简单，易于灭菌，但存在气体分布不均的问题；应用气体分布环虽然气体分布效果好，但结构复杂，容易产生灭菌不彻底的问题(周国忠等，CN 101696388A)。烧结式分布器以其良好的气体分布效果而被深入研究并得到应用，如Wu(Bioprocess Eng，1992，8：185-187)在谷氨酸发酵中用孔径40-50μm的烧结板作为分布器，使气升式反应器的传质能力大为提高。郝建欣等(过程工程学报，2002，2：443-447)采用孔径80μm玻砂气体分布器的气升式光反应器培养盐藻生长快、周期短，可同时获得较高的细胞密度和胡萝卜素含量。在大规模培养药用植物时，尽量减小气泡直径，增大气液传质面积，是成功培养的要素之一。但目前的烧结板式气体分布器孔径仍然过大，迫切需要应该新的技术及材料加以改进。

本发明针对我国药用植物规模化生产现状，提供一套用于规模化培养药用植物细胞、组织的生物反应器系统，该系统的不锈钢颗粒气体分布器合喷射的气泡大小及对培养材料产生的剪切力适中，适合植物的生长和其中的药用活性物质的累积。采用本套系统可在模仿天然生培养条件下，生产药用植物，除可使体系内药用活性物质大量累积之外，还可通过调节供氧量，人为形成一种高氧胁迫环境，使培养材料内抗氧化物质大量提高，增加药用植物的药用价值。本套系统为药用植物扩大化培养提供了有效方案，适合规模化生产。

发明内容

本发明的目的为提供一套用于规模化培养药用植物细胞、组织的生物反应器系统。

本发明所提供的生物反应器系统包括：一套空气制备系统(2)；一套蒸汽制备系统(1)；一套蒸馏水制备系统(6)；一台补料罐(5)；一台植物培养种子罐(3)；两台植物培养罐(4)；管路连接系统；电脑控制系统。

所述反应器系统中空气制备系统包括空气压缩机，冷冻式干燥机，储气罐。提供整个系统运行的所需气体。

所述反应器系统中蒸汽制备系统为电热蒸汽发生器。供补料罐、种子罐、培养罐在位灭菌所需。

所述反应器系统中蒸馏水制备系统包括：水过滤设备，一台蒸馏水制备机。提供整个系统运行所需的水源。