试论传质红豆杉悬浮细胞反应器深层培养过程工程

论文导读：T6-10第一章绪论10-26

1.1历程工程概论10-1212下一页

摘要：紫杉醇为红豆杉的二萜类次级代谢物,是一种有效的抗癌药物,红豆杉细胞培养生产紫杉醇被认为是获取紫杉醇最有效的途径之一。目前,虽然红豆杉细胞培养生产紫杉醇探讨取得了很大发展,但红豆杉细胞反应器培养的历程工程探讨甚少,已成为限制其产业化水平进一步提升的因素之一。本文将细胞培养和历程工程论述结合起来,探讨生物反应器内的流体流动、传递规律和细胞生长及生化反应,建立细胞如何适应各种环境变化的数学模型,为指导反应器设计、放大和操作优化提供论述依据。主要探讨结果如下：(1)在基质充分条件下,细胞中基质的消耗不能有效地调整到与细胞外底物水平相适合,过量的基质通过形成代谢物和能量用于细胞生长、维持、形成产物和能量损益,如膜电位损耗、ATP水解意义、无效的循环、形成储存的化合物或胞外产品、代谢解耦、呼吸链的转变等等,由此建立了适用于基质充分条件下15L搅拌生物反应器中红豆杉细胞悬浮培养整合了能量损益的基质消耗动力学模型、产物合成动力学模型和体系流变特性变化动力学模型,同时发现logistic方程能更好地描述细胞生长历程。内部交叉验证和外部验证表明：所建立的细胞生长模型、基质消耗模型和产物合成模型适用于模拟细胞培养的实际历程,模型可从用于指导反应器培养；能量损益是影响基质充分条件下搅拌反应器中红豆杉细胞生长和生化反应的重要因素,红豆杉细胞反应器放大培养应尽量维持限制基质过量的条件下进行。(2)探讨了反应器初始培养液和反应器培养历程的流变特性。发现：1)当接种量较低时,反应器初始培养液呈现牛顿流体特性；当接种量大于8%时,反应器初始培养液呈现出假塑性流体特性。2)在反应器培养历程中不同时期红豆杉细胞悬浮培养液均为非牛顿流体,细胞浓度是构成培养液表观粘度的主要因素。3)建立了表观粘度极为影响因素的定量联系。结果表明：可从通过测定反应器培养液表观粘度或电导率来表征细胞的生长情况,并实现快速对红豆杉细胞生长进行监测与制约；单位细胞浓度培养液表观粘度主要是受粒径≥1700μm(10目)的细胞聚集体影响,其组成比越大,单位浓度细胞悬浮培养液的表观粘度越大；粒径在1700～830μm(10-20目)、380-180μm(40-80目)的细胞聚集体对表观粘度的影响次之,830-380μm(20-40目)的细胞聚集体对表观粘度的影响为零。(3)建立了反应器培养流变动力学模型,提出能量损益是影响基质充分条件下搅拌反应器中流变特性的重要因素。(4)提出了实际培养历程氧传质系数的测定办法,探讨了细胞生物量X、表观粘度η从及搅拌器型式、搅拌转速和通气量变化对氧传质系数kLa的影响。结果表明：可从通过在线测定kLa来表征细胞生物量和表观粘度,对培养历程实施在线制约；本实验条件下通气量对kLa值的影响大于搅拌转速对kLa的影响。由此,细胞培养的操作优化应优先考虑转变通气量。提升通气量,适当降低搅拌转速,既有利于增多反应器的供氧能力,又有利于减小搅拌对细胞造成的剪切伤害。(5)探讨了能量损益系数、能量损益速率随细胞生物量变化的规律：能量损益消耗的碳源和能量在细胞指数生长初期较大；与能量损益相关的产物合成速率在细胞浓度和产物浓度之间起着关键的调节意义。要提升产物合成的速率,就要使细胞浓度小于或大于与能量损益相关的产物合成速率最大值对应的细胞浓度,如采取二相培养、培养分离耦合、二阶段培养、补料培养。(6)探讨了能量损益系数、能量损益速率随细胞生物量变化的规律,提出了限制性分次加入碳源培养对策,与用含蔗糖30g·1-1的培养基进行的曼地亚红豆杉细胞培养相比,限制性分次加入碳源培养所得细胞生物量和紫杉醇产量分别增多了17.64%和14.88%,表明所提出的限制性分次加入碳源培养是减小基质消耗能量损益、提升紫杉醇产量的可行的途径和办法,所建立的模型对指导反应器培养、提升紫杉醇产量具有重要的作用。关键词：红豆杉论文细胞培养论文历程工程论文动力学模型论文能量损益论文流变特性论文氧传质系数论文
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ABSTRACT6-10
第一章 绪论10-26

1.1 历程工程概论10-12论文导读：

1.2 植物细胞培养历程工程探讨发展12-21

1.3 红豆杉悬浮细胞反应器深层培养历程工程的探讨发展21-24

1.4 本论文探讨目的及主要内容24-26

第二章 红豆杉悬浮细胞反应器深层培养动力学模型探讨26-54

2.1 引言26-28

2.2 材料与办法28-31

2.3 结果与分析31-52

2.4 本章小结52-54

第三章 红豆杉悬浮细胞反应器深层培养流变特性及流变动力学模型探讨54-78

3.1 引言54-56

3.2 材料与办法56-57

3.3 结果与分析57-76

3.4 本章小结76-78

第四章 红豆杉悬浮细胞反应器深层培养氧传质历程探讨78-102

4.1 引言78-79

4.2 材料与办法79-85

4.3 结果与分析85-100

4.4 本章小结100-102

第五章 能量损益及反应器培养优化102-117

5.1 引言102-105

5.2 材料与办法105

5.3 结果与分析105-115

5.4 本章小结115-117

第六章 总结与展望117-122

6.1 总结117-119

6.2 本探讨的主要创新之处119-120

6.3 展望120-122

致谢122-123
参考文献123-137
附录

一、博士期间取得的成绩137-138

附录

二、部分计算结果138-149

附录

三、公式、符号及作用149-152