IKA HABITAT生物反應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胞內聚酯，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，因此它已經成為近年來生物材料領域最為活躍的研究熱點。
與PLA等生物材料相比，PHA結構多元化，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，而組成結構多樣性帶來的性能多樣化使其在應用中具有明顯的優(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)的生物質原料如秸稈、木材等，不容易被底盤微生物直接發(fā)酵轉化成如PHA等生物大分子。而且傳統(tǒng)生物質原料的成分很復雜，有些也會成為底盤細胞發(fā)酵的“壁壘”物質。有研究表明，可以先通過產氣菌株來利用這些復雜的生物質原料進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的生物質大分子如PHA等。
合成氣發(fā)酵的微生物種類及其產物（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
技術挑戰(zhàn)
PHA被認為是“綠色塑料”，主要在微生物菌體內通過生物合成途徑產生。微生物的合成氣發(fā)酵雖然解決了傳統(tǒng)木質纖維素直接發(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為是雜質，而這些雜質可能導致細胞毒性、酶活抑制、培養(yǎng)酸堿度失衡和細胞滲透壓的改變等不利影響，進而降低底盤菌株的發(fā)酵效率。
微生物細胞的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
為保證底盤細菌對合成氣的高效利用，發(fā)酵前對合成氣進行凈化以降低其發(fā)酵細胞毒性或抑酶作用，并使合成氣在培養(yǎng)基介質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、溫度等參數在整個微生物發(fā)酵過程中都是很關鍵的控制變量。
IKA 在混合分散、溫控領域有著一百多年的技術研發(fā)經驗，在此基礎上創(chuàng)新開發(fā)了新一代HABITAT生物反應器。IKA HABITAT 攪拌式生物反應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)物質在整個發(fā)酵罐里的均勻分布，確保底盤細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再行加碼。
# IKA HABITAT
攪拌：強勁的頂置式機械攪拌，正反轉及混沌混合可選，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，反應器軟件可與水機聯動并進行直接控制，穩(wěn)定維持反應溫度；
氣體：標配四路氣體接口，空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳，氣體流速均由MFC進行精確控制，0.1-20L/min可調；
pH：pH可實時在線監(jiān)測，并可級聯到蠕動泵及時補酸補堿或補CO2進行自動控制；
溶氧：DO可實時監(jiān)測，并可與氣路、攪拌等進行級聯自動控制。反應期間，所有培養(yǎng)參數均可進行實時圖譜展示；
軟件：隨主機標配軟件，可直接獲取最新版本到觸屏控制器上。
關于IKA
IKA 集團是實驗室前處理、分析技術、 工業(yè)混合分散技術的市場領導者。電化學合成儀、磁力攪拌器、頂置式攪拌器、分散均質機、混勻器、恒溫搖床、恒溫培養(yǎng)箱/烘箱、移液器、研磨機、旋轉蒸發(fā)儀、加熱板、恒溫循環(huán)器、粘度計、量熱儀、生物反應器、化學合成釜、實驗室反應釜等相關產品構成了IKA 實驗室前處理與分析技術的產品線；而工業(yè)技術主要包括用于規(guī)模生產的混合設備、分散乳化設備、捏合設備、以及從中試到擴大生產的整套解決方案。IKA 還與全球知名大學和科學家進行著密切的合作, 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, 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、波蘭等國家都設有分公司。 艾卡（廣州）儀器設備有限公司是IKA 集團于2000年設立的全資子公司，主要負責為中國和蒙古國提供產品、技術和服務支持。
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胞內聚酯，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，因此它已經成為近年來生物材料領域最為活躍的研究熱點。
與PLA等生物材料相比，PHA結構多元化，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，而組成結構多樣性帶來的性能多樣化使其在應用中具有明顯的優(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)的生物質原料如秸稈、木材等，不容易被底盤微生物直接發(fā)酵轉化成如PHA等生物大分子。而且傳統(tǒng)生物質原料的成分很復雜，有些也會成為底盤細胞發(fā)酵的“壁壘”物質。有研究表明，可以先通過產氣菌株來利用這些復雜的生物質原料進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的生物質大分子如PHA等。
合成氣發(fā)酵的微生物種類及其產物（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
技術挑戰(zhàn)
PHA被認為是“綠色塑料”，主要在微生物菌體內通過生物合成途徑產生。微生物的合成氣發(fā)酵雖然解決了傳統(tǒng)木質纖維素直接發(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為是雜質，而這些雜質可能導致細胞毒性、酶活抑制、培養(yǎng)酸堿度失衡和細胞滲透壓的改變等不利影響，進而降低底盤菌株的發(fā)酵效率。
微生物細胞的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
為保證底盤細菌對合成氣的高效利用，發(fā)酵前對合成氣進行凈化以降低其發(fā)酵細胞毒性或抑酶作用，并使合成氣在培養(yǎng)基介質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、溫度等參數在整個微生物發(fā)酵過程中都是很關鍵的控制變量。
IKA 在混合分散、溫控領域有著一百多年的技術研發(fā)經驗，在此基礎上創(chuàng)新開發(fā)了新一代HABITAT生物反應器。IKA HABITAT 攪拌式生物反應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)物質在整個發(fā)酵罐里的均勻分布，確保底盤細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再行加碼。
# IKA HABITAT
攪拌：強勁的頂置式機械攪拌，正反轉及混沌混合可選，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，反應器軟件可與水機聯動并進行直接控制，穩(wěn)定維持反應溫度；
氣體：標配四路氣體接口，空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳，氣體流速均由MFC進行精確控制，0.1-20L/min可調；
pH：pH可實時在線監(jiān)測，并可級聯到蠕動泵及時補酸補堿或補CO2進行自動控制；
溶氧：DO可實時監(jiān)測，并可與氣路、攪拌等進行級聯自動控制。反應期間，所有培養(yǎng)參數均可進行實時圖譜展示；
軟件：隨主機標配軟件，可直接獲取最新版本到觸屏控制器上。
關于IKA
IKA 集團是實驗室前處理、分析技術、 工業(yè)混合分散技術的市場領導者。電化學合成儀、磁力攪拌器、頂置式攪拌器、分散均質機、混勻器、恒溫搖床、恒溫培養(yǎng)箱/烘箱、移液器、研磨機、旋轉蒸發(fā)儀、加熱板、恒溫循環(huán)器、粘度計、量熱儀、生物反應器、化學合成釜、實驗室反應釜等相關產品構成了IKA 實驗室前處理與分析技術的產品線；而工業(yè)技術主要包括用于規(guī)模生產的混合設備、分散乳化設備、捏合設備、以及從中試到擴大生產的整套解決方案。IKA 還與全球知名大學和科學家進行著密切的合作, 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, 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、波蘭等國家都設有分公司。 艾卡（廣州）儀器設備有限公司是IKA 集團于2000年設立的全資子公司，主要負責為中國和蒙古國提供產品、技術和服務支持。
