机械搅拌生物反应器的CFD模拟及剪切力对红花细胞悬浮培养的影响

张建文,　刘　禹,　夏建业,　郭美锦,　王泽建,　庄英萍

(华东理工大学生物工程学院,国家生化工程技术研究中心(上海),上海 200237)



机械搅拌生物反应器的CFD模拟及剪切力对红花细胞悬浮培养的影响

张建文,刘禹,夏建业,郭美锦,王泽建,庄英萍

(华东理工大学生物工程学院,国家生化工程技术研究中心(上海),上海 200237)

采用计算流体力学(CFD)技术模拟5 L机械搅拌生物反应器中不同搅拌转速对流场的影响,分别考察不同搅拌速度下,红花悬浮细胞培养过程中生物量、细胞活力、pH、糖耗、DO(溶解氧)、电容、电导、CER(单位体积发酵液在单位时间释放CO2的物质的量)的变化。结果表明:红花细胞对剪切环境有个适应过程,在搅拌生物反应器中悬浮培养,能够耐受剪切力值εave,CFD≤0.8 W/kg,细胞可以适应剪切环境,细胞活力能够恢复,结束延滞期快速积累生物量; 当剪切力εave,CFD>0.8 W/kg时,细胞不能耐受剪切环境,受到较大损伤,导致细胞活力很低,裂解死亡。

植物细胞悬浮培养; 剪切力; 生物反应器; CFD模拟

植物细胞培养是生物合成次级代谢物的重要途径之一。由于植物细胞个体较大,胞内含有占体积很大比例的大液泡,使细胞对物理剪切压力很敏感,其对剪切力的敏感性远大于微生物。由于通气和搅拌的原因,植物细胞在反应器中培养是完全处于流体压力下[1],在流体压力的影响下,植物细胞的生长速率和次级代谢物合成的速率往往受到影响[2],而且不同的植物细胞系对流体压力响应程度有一定的差别。大……