实验室平行反应器(远销杭州/郑州/广州/苏州等各地)

 一、实验室平行反应器的原理

实验室平行反应器是一种用于多个反应体系同时进行反应的设备，其原理是通过多个反应器同时进行反应，从而提高反应效率。该设备通常由多个反应器、温度控制系统、搅拌系统和反应物加入系统等部分组成。其中，多个反应器可以同时进行不同反应体系的反应，温度控制系统可以控制反应体系的温度，搅拌系统可以保证反应体系达到均匀混合，反应物加入系统可以保证反应物按照一定比例加入反应体系中。

二、实验室平行反应器的应用

实验室平行反应器广泛应用于化学反应、催化反应、生物反应等领域。其主要优势在于可以同时进行多个反应体系的反应，从而提高反应效率，降低实验成本。此外，实验室平行反应器还可以用于反应条件的优化和反应体系的筛选，为化学研究提供了更多可能性。 在化学研究中，实验室平行反应器可以用于新化合物的合成、反应条件的优化、催化剂的筛选等方面。在生物研究中，实验室平行反应器可以用于药物筛选、酶催化反应等方面。总之，实验室平行反应器是化学实验室中不的实验设备之一，其应用在化学和生物领域都具有广泛的前景。

三、实验室平行反应器的实验分析

平行罐的搅拌控制

500mL四联平行罐搅拌控制特性曲线

反应器的供氧能力尤为重要，体积氧传递系数(KLa)与搅拌转速、桨叶形状密切相关，因此反应器搅拌参数的稳定控制尤为重要。

设置不同转速的参数进行测试，在线搅拌转速用上位机软件进行在线采集，同时用测速表进行实际转速的测定。在长期搅拌工作的情况下，比较了4 个反应器之间的转速差异，分析搅拌控制的平行性，4 个罐的搅拌转速均在不同设定值下持续稳定工作，4 个反应器之间搅拌控制的差异较小，为后续的平行性培养提供基础条件。

平行罐的温度控制

500mL四联平行罐温度控制特性曲线

微生物的生长及代谢状态与所处环境温度密切关联，系统精确的控温功能及实现控制的平行能力是评价发酵反应器平行化培养的一个重要指标。

设定温度参数后，温度控制系统可以快速使温度稳定在设定值，该反应器在测试温度范围内的控温性能较好。经计算，25.0℃ ~ 40.0℃的6个控温点最大偏差为2.0%，在5.0% 的偏差需求内。

通过500mL 平行罐系统中A、B、C、D 单元罐间的温度控制平行性比较，实验使用最小显著差异t 检验(Least Significant DifferencetTest，LSD-t)，P < 0.05 为差异具有统计学意义，平行性较好。

500mL四联平行罐温度控制参数

平行罐关联溶解氧的通气量控制

500mL四联平行罐关联DO的通气流量控制曲线

平行反应器保持稳定的溶解氧(DO)范围值取决于精密的气路控制模块。检测了气体质量流量控制系统(MFC)，设定不同的空气和氧气流量值，并调节罐压使其稳定在相同值。比较其测控精度的情况及4个罐组单元之间流量控制系统的平行性，4 个罐之间的通气流量控制差异采用LSD-t 检验计算分析，经计算，不同通气流量控制点的最大偏差为2.6%，通气流量控制系统较好，对四联罐之间的通气流量控制平行性进行LSD(当P<0.05.差异显著)比较分析，四联罐单元间的通气流量控制不存在显著性差异，平行性较好。

平行罐的pH控制

500mL四联平行罐pH控制曲线

该反应器采用接触式电化学传感器来实现反应过程pH 范围值的控制，配备汉密尔顿智能ARC pH 电极，并可通过特定的通气策略进行关联。当电极检测到发酵液pH 数值偏离设定范围值时，会反馈给上位机控制系统，间接控制补料系统进行自动补碱或补酸。设定不同的pH 值，检测该生物反应器的pH 反馈控制系统是否满足要求，500mL 四联生物反应器系统在培养常规微生物所需的pH 值范围内(pH=5.0~8.0)有较好的反馈控制。

对于生物反应器的供氧能力而言，氧传递速率是尤为重要的衡量参数，OTR=KLa·△ C。其中，KLa 是体积氧传递系数;△ C 为氧浓度梯度。生物过程中的OTR 受到生物反应器中流体动力学条件的影响，因生物反应器的类型和规模而不同。因此，在使用500mL 反应器进行发酵培养时，反应器的类型和规模发生改变，导致流体动力学条件发生改变，常规发酵罐的培养条件并不适用，需调整发酵条件参数，以提高该反应器的供氧能力。

通气速率、搅拌速度、搅拌桨形状等都是影响反应器供氧能力的重要因素。调节通气速率和搅拌转速是常用的简单、有效的供氧调控手段。

平行发酵罐OTR和流体动力学参数之间的关系

平行罐热膜培养的平行性

使用该反应器对S288C 菌株进行批培养发酵，分析四联罐之间的培养平行性。

在相同培养条件下，菌体在500mL 反应器的A罐、B 罐、C 罐和D 罐中细胞代谢呈现了较一致的趋势，四联罐不同的反应器之间平行性良好。耗糖速率、菌体量等离线参数结合在线参数定量分析，在指数生长期，有关代谢参数的变化呈现了与菌体生长相关关系。在整个发酵过程中不改变通气量的情况下，菌体在一次生长阶段主要进行无氧发酵，表现出细胞干重(Dry Cell Weight，DCW)和CER 的同步上升(见图11)，此阶段氧气利用较少、DO 波动较小，当葡萄糖耗尽一次发酵停止进入平台期，CER 急剧降低。当经过短暂的平台适应期后，菌体开始进行二次发酵，表现出DCW 和CER 的二次上升。对比分析可以看出，在4 个罐中底物碳源消耗速率相近，且发酵周期变化相同，宏观参数线性关系良好，表现出较好的平行性。

500mL平行罐中菌种发酵培养宏观参数

结语

随着生物医药研究及应用的迅猛发展，亟需工艺测验生物反应器平台，用来弥合基因及细胞工程菌株的可用性与培养过程条件下菌株代谢特性定量表征之间的差距，实现菌株生理代谢特性的快速定量表征和培养工艺优化。本文对自主研发的500mL 四联平行生物反应器系统进行了综合评价和供氧能力的改进优化，为后续实现微生物菌族及细胞株的代谢特性参数分析奠定了基础。

在500mL 四联生物反应器冷模参数控制实验下，对其性能进行分析与评价，经比较计算500mL 平行罐的pH、温度、转速、通气率控制模块在不同的参数设置点的最大偏差均在5% 的偏差要求内。经LSD-t 参数化检验计算，4 个反应罐单元之间不存在显著差异，反应器冷模参数控制满足控制要求且整体平行性较好。

菌株在500mL 生物反应器的实验结果有较好重复性和平行性，可以准确表征菌体发酵过程中的宏观特性参数。从传统的单元操作到系统化工程，从宏观到微观，当前所做的研究就是要与各高技术领域互相渗透融合，形成边缘技术科学。随着生物技术研究的深入发展，如何从工程学的角度进行深入探索，从宏观的经验描述到微观的本质认识，为构建宏观与微观相结合的工艺测试分析平台打下良好的基础，这对于过程工艺优化和放大具有重要意义。