生物反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及任何類型的生物反應(yīng)器，并且將具有用于執(zhí)行對(duì)污染物敏感的復(fù)雜發(fā)酵的特定應(yīng)用，或者還用于執(zhí)行生物化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)的特定應(yīng)用。
[0002]本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)樯锓磻?yīng)器的領(lǐng)域，并且更具體地講為發(fā)酵器的領(lǐng)域，該發(fā)酵器允許執(zhí)行已知為分批式的不連續(xù)發(fā)酵、已知為分批補(bǔ)料式的半連續(xù)發(fā)酵、或連續(xù)發(fā)酵。
[0003]更具體地講，本發(fā)明關(guān)注中試規(guī)?；蚬I(yè)規(guī)模方面的反應(yīng)器，該反應(yīng)器允許大規(guī)模生產(chǎn)，并且該反應(yīng)器的容器可達(dá)到20m3至幾百m3之間的容量。
【背景技術(shù)】
[0004]生物反應(yīng)器用于生產(chǎn)細(xì)胞生物質(zhì)(酵母菌、細(xì)菌、微觀真菌、微藻類、以及動(dòng)植物細(xì)胞)，和/或用于確保有用代謝物(蛋白質(zhì)、維生素、抗生素、多元醇等)的生產(chǎn)。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，反應(yīng)器從而在處于中試規(guī)?；蚬I(yè)規(guī)模方面為已知的，具有用于這種用途的特定應(yīng)用。
[0006]這種類型的反應(yīng)器通常包括具有大體積的容器主體，該容器主體通常為圓柱形的(具有豎直軸)，在該容器主體內(nèi)通常在強(qiáng)攪拌下發(fā)生生物反應(yīng)(發(fā)酵)或生物化學(xué)的反應(yīng)(酶催化)。
[0007]攪拌構(gòu)件被提供在該容器主體內(nèi)，并且通常包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子通常具有與容器主體共軸的軸，支撐被設(shè)計(jì)用于猛烈攪動(dòng)生物質(zhì)的刀片。相對(duì)于容器主體通過齒輪馬達(dá)旋轉(zhuǎn)這種轉(zhuǎn)子。攪拌構(gòu)件還包括投射向容器中心的反向刀片，并且在轉(zhuǎn)子周圍被整體呈現(xiàn)在相對(duì)于容器主體固定的位置。
[0008]為了能夠控制反應(yīng)溫度，還已知的是通過容器主體外部或內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)交換器從外部和/或從內(nèi)部冷卻或加熱反應(yīng)器。在每個(gè)交換器中，循環(huán)有根據(jù)需要傳送熱和/或冷的流體。
[0009]通常在放熱發(fā)酵反應(yīng)期間，一個(gè)或多個(gè)冷卻單元允許流體循環(huán)(該流體在交換器中傳送冷)，并且因此防止反應(yīng)溫度變得太高。
[0010]容器外側(cè)的交換器可由容器主體的雙包被構(gòu)成，在該雙包被內(nèi)部傳送熱/冷的流體進(jìn)行循環(huán)。外部交換器具有下述特征:使容器主體內(nèi)的體積保留為空。在另一方面，熱交換的性能低于內(nèi)部交換器的性能。
[0011]這是為何容器內(nèi)的交換器通常在反應(yīng)的溫度控制需要強(qiáng)烈的熱交換時(shí)是必須的原因。內(nèi)部交換器包括在容器主體的內(nèi)部體積中延伸的一個(gè)或多個(gè)管道。內(nèi)部交換器的管道的外壁直接與生物質(zhì)接觸。
[0012]然后內(nèi)部交換器在現(xiàn)有技術(shù)中已知為，處于以螺旋體形式延伸的管道的形式，還已知為蛇形管，該螺旋體的軸通常與容器主體的軸共軸。
[0013]在容器內(nèi)部的反應(yīng)期間，這種管道可壓力作用下強(qiáng)烈變形，該壓力由強(qiáng)烈的內(nèi)部攪拌引起，以及通過溫度變化產(chǎn)生的管道收縮和/或擴(kuò)張而導(dǎo)致的應(yīng)力引起。
[0014]為了限制這種變形，已知的是不僅在輸入連接件和輸出連接件，而且還沿螺旋體在不同接收點(diǎn)支撐這種管道。
[0015]根據(jù)已知的現(xiàn)有技術(shù)，通常利用U型螺栓來支撐蛇形管，該U型螺栓沿螺旋體在不同接收點(diǎn)跨越管道，并且被直接固定在內(nèi)壁上或間接地利用支撐件固定在內(nèi)壁上。
[0016]文件CN 201476623 U披露并示出了用于通過U型螺栓固定螺旋體管道的方法的變型。
[0017]包括由U型螺栓支撐的內(nèi)蛇形管的這種類型的反應(yīng)器通常用于分批式發(fā)酵。因此，申請人可將這種類型的反應(yīng)器用于生產(chǎn)有用代謝物。
[0018]申請人目前已經(jīng)將這種類型的生物反應(yīng)器用于新的申請，S卩，生產(chǎn)細(xì)胞生物質(zhì)，并且更具體地講培養(yǎng)小球藻類型的微藻類。
[0019]更具體地講，目的是在異養(yǎng)條件下(即在黑暗中)在可由所述微藻同化的碳酸源存在下生產(chǎn)微藻類的生物質(zhì)。
[0020]在這種測試期間，可發(fā)現(xiàn)這些單細(xì)胞有機(jī)體對(duì)污染物非常敏感，該污染物在出現(xiàn)時(shí)快速地占據(jù)所培養(yǎng)有機(jī)體的上風(fēng)。事實(shí)上，污染物(具體地講細(xì)菌污染物)的生長速度遠(yuǎn)大于微藻的生長速度。
[0021]目前尚不存在用于分離微藻生物質(zhì)與其污染物的經(jīng)濟(jì)上行得通的方案。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)污染物出現(xiàn)時(shí)，清空和廢棄生物反應(yīng)器的內(nèi)容物，然后反應(yīng)器在執(zhí)行新發(fā)酵反應(yīng)之前需要清洗和滅菌。
[0022]在多種測試之后，并且根據(jù)發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，申請人確定根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有內(nèi)部交換器的生物反應(yīng)器的構(gòu)造非常有利于污染物的出現(xiàn)和發(fā)展，并且因此不適于長期培養(yǎng)單細(xì)胞有機(jī)體，特別是微藻類。。
[0023]發(fā)曰月簡沐
[0024]本發(fā)明的目的在于通過提出可允許控制容器內(nèi)部反應(yīng)溫度的生物反應(yīng)器來消除上述缺點(diǎn)，該生物反應(yīng)器具有合意的熱特性并且允許執(zhí)行對(duì)污染物敏感的復(fù)雜發(fā)酵。
[0025]更具體地講，本發(fā)明的目的在于提出防止或起碼限制生產(chǎn)中斷的這種類型的反應(yīng)器。
[0026]本發(fā)明的其他目的和優(yōu)勢將更清晰地表現(xiàn)在下述說明中，該下述說明純粹以指示方式提供并且不旨在限制本發(fā)明。
[0027]因此，本發(fā)明涉及生物反應(yīng)器，該生物反應(yīng)器包括:
[0028]-容器主體，該容器主體的內(nèi)壁限定彼此之間用于接納生物質(zhì)的內(nèi)部體積，
[0029]-冷卻和/或加熱管道，該管道的外壁被設(shè)計(jì)用于與設(shè)置在所述內(nèi)部體積中的生物質(zhì)直接接觸，并且該管道以螺旋體形式沿長度的至少一部分延伸，
[0030]-固定構(gòu)件，該固定構(gòu)件確保對(duì)所述冷卻和/或加熱管道的支撐，并且將該管道沿螺旋體在多個(gè)接納位置中固定在該容器主體上。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，所述固定構(gòu)件包括:
[0032]-連接器，該連接器優(yōu)選地為管狀的或半管狀的，并且沿所述螺旋體在所述不同接收位置從外部局部地包被所述管道，
[0033]-一個(gè)或多個(gè)支撐件(盤、輪廓等)，該支撐件與該容器主體的內(nèi)壁一體呈現(xiàn)，并且突出向該容器主體的中心，所述一個(gè)或多個(gè)支撐件具有沿該螺旋體在所述不同接收位置處提供的多個(gè)孔，這些孔具有與連接器的外形尺寸互補(bǔ)的形式，所述孔接收所述連接器，
[0034]并且其中所述冷卻和/或加熱管道在所述接收位置的每一個(gè)處通過下述構(gòu)件一體呈現(xiàn):
[0035]-第一焊接，該第一焊接連接對(duì)應(yīng)的連接器和對(duì)應(yīng)的支撐件(盤、輪廓等)，所述第一焊接在所述對(duì)應(yīng)的支撐件(盤、輪廓等)的兩側(cè)上沿對(duì)應(yīng)孔的邊緣延伸，和，
[0036]-第二焊接，該第二焊接連接對(duì)應(yīng)的連接器和冷卻和/或加熱管道，所述第二焊接沿所述連接器的邊緣延伸。
[0037]優(yōu)選地，所述第一焊接和所述第二焊接是通過添加金屬而產(chǎn)生的焊接。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解，所用術(shù)語“焊接”可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知的一個(gè)焊道或多個(gè)焊道。
[0039]根據(jù)可選的特性，采用單獨(dú)或組合形式:
[0040]-所述第一焊接和/或所述第二焊接的焊道或每個(gè)焊道形成中空角焊縫，優(yōu)選地拋光所述焊接；
[0041]-孔的每一個(gè)開口在所述支撐件(盤、輪廓等)的邊緣或所述多個(gè)支撐件(盤、輪廓等)中的一個(gè)的邊緣處；
[0042]-該孔開口朝向該容器主體的中心；
[0043]-由具有封閉軌跡的連續(xù)焊接線構(gòu)成所述第一焊接，該封閉軌跡在所述對(duì)應(yīng)的支撐件(盤、輪廓等)兩側(cè)的孔的邊緣處，以及所述對(duì)應(yīng)的支撐件(盤、輪廓等)的斜面上，在所述冷卻和/或加熱管道的上部和下部處延行；
[0044]-連接器具有半管狀形式，并且由具有封閉軌跡的連續(xù)焊接線構(gòu)成所述第二焊接，該封閉軌跡沿連接器的縱向邊緣以及沿所述連接器的弧形邊緣在連接器的邊緣處延行；
[0045]-當(dāng)該生物反應(yīng)器具有攪拌構(gòu)件時(shí)，它們首先包括該容器主體內(nèi)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子相對(duì)于容器主體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)子具有刀片，并且次要地包括反向刀片，該反向刀片突出朝向該容器中心，并且相對(duì)于該容器主體一體呈現(xiàn)在固定位置；
[0046]-所述攪拌構(gòu)件的反向刀片可包括所述支撐件(盤、輪廓等)或所述固定構(gòu)件的所述支撐件(盤、輪廓等)(將在下文的實(shí)例中進(jìn)行描述)；
[0047]-該孔是所謂的第一孔，除了在用于接收