IKA HABITAT生物反應(yīng)器助力微生物合成可降解塑料（PHA）
PHA 知多少
聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates, PHA)，是近20多年迅速發(fā)展起來的，是很多微生物合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，是一種天然的高分子生物材料。由于PHA同時具有良好的生物相容性能､生物可降解性和塑料的熱加工性能，所以它同時可作為生物醫(yī)用材料和生物可降解包裝材料，因此它已經(jīng)成為近年來生物材料領(lǐng)域最為活躍的研究熱點。
與PLA等生物材料相比，PHA結(jié)構(gòu)多元化，通過改變菌種､給料､發(fā)酵過程可以很方便地改變PHA的組成，而組成結(jié)構(gòu)多樣性帶來的性能多樣化使其在應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。相對于PLA，PHA發(fā)展的歷史很短，發(fā)展的潛力更大，其應(yīng)用的空間也更大。
PHA 合成新趨勢
合成氣發(fā)酵
傳統(tǒng)的生物質(zhì)原料如秸稈、木材等，不容易被底盤微生物直接發(fā)酵轉(zhuǎn)化成如PHA等生物大分子。而且傳統(tǒng)生物質(zhì)原料的成分很復(fù)雜，有些也會成為底盤細(xì)胞發(fā)酵的“壁壘”物質(zhì)。有研究表明，可以先通過產(chǎn)氣菌株來利用這些復(fù)雜的生物質(zhì)原料進(jìn)行合成氣的氣化過程（合成氣的基本組成部分是CO和H2），然后再通過其他微生物可以利用合成氣合成多碳化合物的功能來定向合成胞內(nèi)的生物質(zhì)大分子如PHA等。
合成氣發(fā)酵的微生物種類及其產(chǎn)物（圖表截自Dhakal, N.; Acharya, B. Syngas Fermentation for the Production of Bio-Based Polymers: A Review. Polymers 2021, 13, 3917.）
合成氣發(fā)酵
技術(shù)挑戰(zhàn)
PHA被認(rèn)為是“綠色塑料”，主要在微生物菌體內(nèi)通過生物合成途徑產(chǎn)生。微生物的合成氣發(fā)酵雖然解決了傳統(tǒng)木質(zhì)纖維素直接發(fā)酵的局限性，但目前也遇到了挑戰(zhàn)，那就是合成氣的凈化。除CO、CO2和H2這幾種合成氣的主要組分外，其他的氣體成分常被認(rèn)為是雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)可能導(dǎo)致細(xì)胞毒性、酶活抑制、培養(yǎng)酸堿度失衡和細(xì)胞滲透壓的改變等不利影響，進(jìn)而降低底盤菌株的發(fā)酵效率。
微生物細(xì)胞的PHA合成路徑（圖片來源：Dhakal, N.; Acharya, B. Syngas Fermentation for the Production of Bio-Based Polymers: A Review. Polymers 2021, 13, 3917.）
# 解決方案
為保證底盤細(xì)菌對合成氣的高效利用，發(fā)酵前對合成氣進(jìn)行凈化以降低其發(fā)酵細(xì)胞毒性或抑酶作用，并使合成氣在培養(yǎng)基介質(zhì)中高效擴散以保證與菌體的充分接觸。培養(yǎng)基、氣體流速、氣體濃度、培養(yǎng)酸堿度、溫度等參數(shù)在整個微生物發(fā)酵過程中都是很關(guān)鍵的控制變量。
IKA 在混合分散、溫控領(lǐng)域有著一百多年的技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)了新一代HABITAT生物反應(yīng)器。IKA HABITAT 攪拌式生物反應(yīng)器作為一個集成化的自動控制平臺，可以穩(wěn)定控制攪拌速度以保證氣體和營養(yǎng)物質(zhì)在整個發(fā)酵罐里的均勻分布，確保底盤細(xì)菌與這些組分的充分接觸和混合；斜葉槳、Rushton攪拌槳葉可以靈活搭配，以保證罐體內(nèi)最佳的氣體分布效率；而曝氣系統(tǒng)的有利加持，更是為合成氣的高效傳質(zhì)再行加碼。
# IKA HABITAT
攪拌：強勁的頂置式機械攪拌，正反轉(zhuǎn)及混沌混合可選，支持持續(xù)高效穩(wěn)定混合；
溫度：溫控采用夾套罐搭配高低溫水機，反應(yīng)器軟件可與水機聯(lián)動并進(jìn)行直接控制，穩(wěn)定維持反應(yīng)溫度；
氣體：標(biāo)配四路氣體接口，空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳，氣體流速均由MFC進(jìn)行精確控制，0.1-20L/min可調(diào)；
pH：pH可實時在線監(jiān)測，并可級聯(lián)到蠕動泵及時補酸補堿或補CO2進(jìn)行自動控制；
溶氧：DO可實時監(jiān)測，并可與氣路、攪拌等進(jìn)行級聯(lián)自動控制。反應(yīng)期間，所有培養(yǎng)參數(shù)均可進(jìn)行實時圖譜展示；
軟件：隨主機標(biāo)配軟件，可直接獲取最新版本到觸屏控制器上。
關(guān)于IKA
IKA 集團是實驗室前處理、分析技術(shù)、 工業(yè)混合分散技術(shù)的市場領(lǐng)導(dǎo)者。電化學(xué)合成儀、磁力攪拌器、頂置式攪拌器、分散均質(zhì)機、混勻器、恒溫?fù)u床、恒溫培養(yǎng)箱/烘箱、移液器、研磨機、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、加熱板、恒溫循環(huán)器、粘度計、量熱儀、生物反應(yīng)器、化學(xué)合成釜、實驗室反應(yīng)釜等相關(guān)產(chǎn)品構(gòu)成了IKA 實驗室前處理與分析技術(shù)的產(chǎn)品線；而工業(yè)技術(shù)主要包括用于規(guī)模生產(chǎn)的混合設(shè)備、分散乳化設(shè)備、捏合設(shè)備、以及從中試到擴大生產(chǎn)的整套解決方案。IKA 還與全球知名大學(xué)和科學(xué)家進(jìn)行著密切的合作, 支持其在科研道路上不斷探索。我們致力于為客戶提供更好的技術(shù), 幫助客戶獲得成功。
IKA 成立于1910年，集團總部位于德國南部的Staufen，在美國、中國、印度、馬來西亞、日本、巴西、韓國、英國、波蘭等國家都設(shè)有分公司。 艾卡（廣州）儀器設(shè)備有限公司是IKA 集團于2000年設(shè)立的全資子公司，主要負(fù)責(zé)為中國和蒙古國提供產(chǎn)品、技術(shù)和服務(wù)支持。
聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates, PHA)，是近20多年迅速發(fā)展起來的，是很多微生物合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，是一種天然的高分子生物材料。由于PHA同時具有良好的生物相容性能､生物可降解性和塑料的熱加工性能，所以它同時可作為生物醫(yī)用材料和生物可降解包裝材料，因此它已經(jīng)成為近年來生物材料領(lǐng)域最為活躍的研究熱點。
與PLA等生物材料相比，PHA結(jié)構(gòu)多元化，通過改變菌種､給料､發(fā)酵過程可以很方便地改變PHA的組成，而組成結(jié)構(gòu)多樣性帶來的性能多樣化使其在應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。相對于PLA，PHA發(fā)展的歷史很短，發(fā)展的潛力更大，其應(yīng)用的空間也更大。
PHA 合成新趨勢
合成氣發(fā)酵
傳統(tǒng)的生物質(zhì)原料如秸稈、木材等，不容易被底盤微生物直接發(fā)酵轉(zhuǎn)化成如PHA等生物大分子。而且傳統(tǒng)生物質(zhì)原料的成分很復(fù)雜，有些也會成為底盤細(xì)胞發(fā)酵的“壁壘”物質(zhì)。有研究表明，可以先通過產(chǎn)氣菌株來利用這些復(fù)雜的生物質(zhì)原料進(jìn)行合成氣的氣化過程（合成氣的基本組成部分是CO和H2），然后再通過其他微生物可以利用合成氣合成多碳化合物的功能來定向合成胞內(nèi)的生物質(zhì)大分子如PHA等。
合成氣發(fā)酵的微生物種類及其產(chǎn)物（圖表截自Dhakal, N.; Acharya, B. Syngas Fermentation for the Production of Bio-Based Polymers: A Review. Polymers 2021, 13, 3917.）
合成氣發(fā)酵
技術(shù)挑戰(zhàn)
PHA被認(rèn)為是“綠色塑料”，主要在微生物菌體內(nèi)通過生物合成途徑產(chǎn)生。微生物的合成氣發(fā)酵雖然解決了傳統(tǒng)木質(zhì)纖維素直接發(fā)酵的局限性，但目前也遇到了挑戰(zhàn)，那就是合成氣的凈化。除CO、CO2和H2這幾種合成氣的主要組分外，其他的氣體成分常被認(rèn)為是雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)可能導(dǎo)致細(xì)胞毒性、酶活抑制、培養(yǎng)酸堿度失衡和細(xì)胞滲透壓的改變等不利影響，進(jìn)而降低底盤菌株的發(fā)酵效率。
微生物細(xì)胞的PHA合成路徑（圖片來源：Dhakal, N.; Acharya, B. Syngas Fermentation for the Production of Bio-Based Polymers: A Review. Polymers 2021, 13, 3917.）
# 解決方案
為保證底盤細(xì)菌對合成氣的高效利用，發(fā)酵前對合成氣進(jìn)行凈化以降低其發(fā)酵細(xì)胞毒性或抑酶作用，并使合成氣在培養(yǎng)基介質(zhì)中高效擴散以保證與菌體的充分接觸。培養(yǎng)基、氣體流速、氣體濃度、培養(yǎng)酸堿度、溫度等參數(shù)在整個微生物發(fā)酵過程中都是很關(guān)鍵的控制變量。
IKA 在混合分散、溫控領(lǐng)域有著一百多年的技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)了新一代HABITAT生物反應(yīng)器。IKA HABITAT 攪拌式生物反應(yīng)器作為一個集成化的自動控制平臺，可以穩(wěn)定控制攪拌速度以保證氣體和營養(yǎng)物質(zhì)在整個發(fā)酵罐里的均勻分布，確保底盤細(xì)菌與這些組分的充分接觸和混合；斜葉槳、Rushton攪拌槳葉可以靈活搭配，以保證罐體內(nèi)最佳的氣體分布效率；而曝氣系統(tǒng)的有利加持，更是為合成氣的高效傳質(zhì)再行加碼。
# IKA HABITAT
攪拌：強勁的頂置式機械攪拌，正反轉(zhuǎn)及混沌混合可選，支持持續(xù)高效穩(wěn)定混合；
溫度：溫控采用夾套罐搭配高低溫水機，反應(yīng)器軟件可與水機聯(lián)動并進(jìn)行直接控制，穩(wěn)定維持反應(yīng)溫度；
氣體：標(biāo)配四路氣體接口，空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳，氣體流速均由MFC進(jìn)行精確控制，0.1-20L/min可調(diào)；
pH：pH可實時在線監(jiān)測，并可級聯(lián)到蠕動泵及時補酸補堿或補CO2進(jìn)行自動控制；
溶氧：DO可實時監(jiān)測，并可與氣路、攪拌等進(jìn)行級聯(lián)自動控制。反應(yīng)期間，所有培養(yǎng)參數(shù)均可進(jìn)行實時圖譜展示；
軟件：隨主機標(biāo)配軟件，可直接獲取最新版本到觸屏控制器上。
關(guān)于IKA
IKA 集團是實驗室前處理、分析技術(shù)、 工業(yè)混合分散技術(shù)的市場領(lǐng)導(dǎo)者。電化學(xué)合成儀、磁力攪拌器、頂置式攪拌器、分散均質(zhì)機、混勻器、恒溫?fù)u床、恒溫培養(yǎng)箱/烘箱、移液器、研磨機、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、加熱板、恒溫循環(huán)器、粘度計、量熱儀、生物反應(yīng)器、化學(xué)合成釜、實驗室反應(yīng)釜等相關(guān)產(chǎn)品構(gòu)成了IKA 實驗室前處理與分析技術(shù)的產(chǎn)品線；而工業(yè)技術(shù)主要包括用于規(guī)模生產(chǎn)的混合設(shè)備、分散乳化設(shè)備、捏合設(shè)備、以及從中試到擴大生產(chǎn)的整套解決方案。IKA 還與全球知名大學(xué)和科學(xué)家進(jìn)行著密切的合作, 支持其在科研道路上不斷探索。我們致力于為客戶提供更好的技術(shù), 幫助客戶獲得成功。
IKA 成立于1910年，集團總部位于德國南部的Staufen，在美國、中國、印度、馬來西亞、日本、巴西、韓國、英國、波蘭等國家都設(shè)有分公司。 艾卡（廣州）儀器設(shè)備有限公司是IKA 集團于2000年設(shè)立的全資子公司，主要負(fù)責(zé)為中國和蒙古國提供產(chǎn)品、技術(shù)和服務(wù)支持。
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