[发明专利]生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及任何类型的生物反应器，并且将具有用于执行对污染物敏感的复杂发酵的特定应用，或者还用于执行生物化学反应或生物反应的特定应用。

本发明的领域为生物反应器的领域，并且更具体地讲为发酵器的领域，该发酵器允许执行已知为分批式的不连续发酵、已知为分批补料式的半连续发酵、或连续发酵。

更具体地讲，本发明关注中试规模或工业规模方面的反应器，该反应器允许大规模生产，并且该反应器的容器可达到20m3至几百m3之间的容量。

背景技术

生物反应器用于生产细胞生物质(酵母菌、细菌、微观真菌、微藻类、以及动植物细胞)，和/或用于确保有用代谢物(蛋白质、维生素、抗生素、多元醇等)的生产。

在现有技术中，反应器从而在处于中试规模或工业规模方面为已知的，具有用于这种用途的特定应用。

这种类型的反应器通常包括具有大体积的容器主体，该容器主体通常为圆柱形的(具有竖直轴)，在该容器主体内通常在强搅拌下发生生物反应(发酵)或生物化学的反应(酶催化)。

搅拌构件被提供在该容器主体内，并且通常包括转子，该转子通常具有与容器主体共轴的轴，支撑被设计用于猛烈搅动生物质的刀片。相对于容器主体通过齿轮马达旋转这种转子。搅拌构件还包括投射向容器中心的反向刀片，并且在转子周围被整体呈现在相对于容器主体固定的位置。

为了能够控制反应温度，还已知的是通过容器主体外部或内部的一个或多个交换器从外部和/或从内部冷却或加热反应器。在每个交换器中，循环有根据需要传送热和/或冷的流体。

通常在放热发酵反应期间，一个或多个冷却单元允许流体循环(该流体在交换器中传送冷)，并且因此防止反应温度变得太高。

容器外侧的交换器可由容器主体的双包被构成，在该双包被内部传送热/冷的流体进行循环。外部交换器具有下述特征：使容器主体内的体积保留为空。在另一方面，热交换的性能低于内部交换器的性能。

这是为何容器内的交换器通常在反应的温度控制需要强烈的热交换时是必须的原因。内部交换器包括在容器主体的内部体积中延伸的一个或多个管道。内部交换器的管道的外壁直接与生物质接触。

然后内部交换器在现有技术中已知为，处于以螺旋体形式延伸的管道的形式，还已知为蛇形管，该螺旋体的轴通常与容器主体的轴共轴。

在容器内部的反应期间，这种管道可压力作用下强烈变形，该压力由强烈的内部搅拌引起，以及通过温度变化产生的管道收缩和/或扩张而导致的应力引起。

为了限制这种变形，已知的是不仅在输入连接件和输出连接件，而且还沿螺旋体在不同接收点支撑这种管道。

根据已知的现有技术，通常利用U型螺栓来支撑蛇形管，该U型螺栓沿螺旋体在不同接收点跨越管道，并且被直接固定在内壁上或间接地利用支撑件固定在内壁上。

文件CN 201476623 U披露并示出了用于通过U型螺栓固定螺旋体管道的方法的变型。

包括由U型螺栓支撑的内蛇形管的这种类型的反应器通常用于分批式发酵。因此，申请人可将这种类型的反应器用于生产有用代谢物。

申请人目前已经将这种类型的生物反应器用于新的申请，即，生产细胞生物质，并且更具体地讲培养小球藻类型的微藻类。

更具体地讲，目的是在异养条件下(即在黑暗中)在可由所述微藻同化的碳酸源存在下生产微藻类的生物质。

在这种测试期间，可发现这些单细胞有机体对污染物非常敏感，该污染物在出现时快速地占据所培养有机体的上风。事实上，污染物(具体地讲细菌污染物)的生长速度远大于微藻的生长速度。

目前尚不存在用于分离微藻生物质与其污染物的经济上行得通的方案。因此，在实际应用中，当污染物出现时，清空和废弃生物反应器的内容物，然后反应器在执行新发酵反应之前需要清洗和灭菌。

在多种测试之后，并且根据发明人的发现，申请人确定根据现有技术的具有内部交换器的生物反应器的构造非常有利于污染物的出现和发展，并且因此不适于长期培养单细胞有机体，特别是微藻类。。

发明简述

本发明的目的在于通过提出可允许控制容器内部反应温度的生物反应器来消除上述缺点，该生物反应器具有合意的热特性并且允许执行对污染物敏感的复杂发酵。

更具体地讲，本发明的目的在于提出防止或起码限制生产中断的这种类型的反应器。

本发明的其他目的和优势将更清晰地表现在下述说明中，该下述说明纯粹以指示方式提供并且不旨在限制本发明。

因此，本发明涉及生物反应器，该生物反应器包括：