IKA HABITAT生物反应器助力微生物合成可降解塑料（PHA）
2025-06-26 来源:本站 点击次数:181
PHA 知多少
聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates, PHA)，是近20多年迅速发展起来的，是很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料。由于PHA同时具有良好的生物相容性能､生物可降解性和塑料的热加工性能，所以它同时可作为生物医用材料和生物可降解包装材料，因此它已经成为近年来生物材料领域最为活跃的研究热点。
与PLA等生物材料相比，PHA结构多元化，通过改变菌种､给料､发酵过程可以很方便地改变PHA的组成，而组成结构多样性带来的性能多样化使其在应用中具有明显的优势。相对于PLA，PHA发展的历史很短，发展的潜力更大，其应用的空间也更大。
PHA 合成新趋势
合成气发酵
传统的生物质原料如秸秆、木材等，不容易被底盘微生物直接发酵转化成如PHA等生物大分子。而且传统生物质原料的成分很复杂，有些也会成为底盘细胞发酵的“壁垒”物质。有研究表明，可以先通过产气菌株来利用这些复杂的生物质原料进行合成气的气化过程（合成气的基本组成部分是CO和H2），然后再通过其他微生物可以利用合成气合成多碳化合物的功能来定向合成胞内的生物质大分子如PHA等。
合成气发酵的微生物种类及其产物（图表截自Dhakal, N.; Acharya, B. Syngas Fermentation for the Production of Bio-Based Polymers: A Review. Polymers 2021, 13, 3917.）
合成气发酵
技术挑战
PHA被认为是“绿色塑料”，主要在微生物菌体内通过生物合成途径产生。微生物的合成气发酵虽然解决了传统木质纤维素直接发酵的局限性，但目前也遇到了挑战，那就是合成气的净化。除CO、CO2和H2这几种合成气的主要组分外，其他的气体成分常被认为是杂质，而这些杂质可能导致细胞毒性、酶活抑制、培养酸碱度失衡和细胞渗透压的改变等不利影响，进而降低底盘菌株的发酵效率。
微生物细胞的PHA合成路径（图片来源：Dhakal, N.; Acharya, B. Syngas Fermentation for the Production of Bio-Based Polymers: A Review. Polymers 2021, 13, 3917.）
# 解决方案
为保证底盘细菌对合成气的高效利用，发酵前对合成气进行净化以降低其发酵细胞毒性或抑酶作用，并使合成气在培养基介质中高效扩散以保证与菌体的充分接触。培养基、气体流速、气体浓度、培养酸碱度、温度等参数在整个微生物发酵过程中都是很关键的控制变量。
IKA 在混合分散、温控领域有着一百多年的技术研发经验，在此基础上创新开发了新一代HABITAT生物反应器。IKA HABITAT 搅拌式生物反应器作为一个集成化的自动控制平台，可以稳定控制搅拌速度以保证气体和营养物质在整个发酵罐里的均匀分布，确保底盘细菌与这些组分的充分接触和混合；斜叶桨、Rushton搅拌桨叶可以灵活搭配，以保证罐体内最佳的气体分布效率；而曝气系统的有利加持，更是为合成气的高效传质再行加码。
# IKA HABITAT
搅拌：强劲的顶置式机械搅拌，正反转及混沌混合可选，支持持续高效稳定混合；
温度：温控采用夹套罐搭配高低温水机，反应器软件可与水机联动并进行直接控制，稳定维持反应温度；
气体：标配四路气体接口，空气、氧气、氮气、二氧化碳，气体流速均由MFC进行精确控制，0.1-20L/min可调；
pH：pH可实时在线监测，并可级联到蠕动泵及时补酸补碱或补CO2进行自动控制；
溶氧：DO可实时监测，并可与气路、搅拌等进行级联自动控制。反应期间，所有培养参数均可进行实时图谱展示；
软件：随主机标配软件，可直接获取最新版本到触屏控制器上。
关于IKA
IKA 集团是实验室前处理、分析技术、 工业混合分散技术的市场领导者。电化学合成仪、磁力搅拌器、顶置式搅拌器、分散均质机、混匀器、恒温摇床、恒温培养箱/烘箱、移液器、研磨机、旋转蒸发仪、加热板、恒温循环器、粘度计、量热仪、生物反应器、化学合成釜、实验室反应釜等相关产品构成了IKA 实验室前处理与分析技术的产品线；而工业技术主要包括用于规模生产的混合设备、分散乳化设备、捏合设备、以及从中试到扩大生产的整套解决方案。IKA 还与全球知名大学和科学家进行着密切的合作, 支持其在科研道路上不断探索。我们致力于为客户提供更好的技术, 帮助客户获得成功。
IKA 成立于1910年，集团总部位于德国南部的Staufen，在美国、中国、印度、马来西亚、日本、巴西、韩国、英国、波兰等国家都设有分公司。 艾卡（广州）仪器设备有限公司是IKA 集团于2000年设立的全资子公司，主要负责为中国和蒙古国提供产品、技术和服务支持。
聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates, PHA)，是近20多年迅速发展起来的，是很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料。由于PHA同时具有良好的生物相容性能､生物可降解性和塑料的热加工性能，所以它同时可作为生物医用材料和生物可降解包装材料，因此它已经成为近年来生物材料领域最为活跃的研究热点。
与PLA等生物材料相比，PHA结构多元化，通过改变菌种､给料､发酵过程可以很方便地改变PHA的组成，而组成结构多样性带来的性能多样化使其在应用中具有明显的优势。相对于PLA，PHA发展的历史很短，发展的潜力更大，其应用的空间也更大。
PHA 合成新趋势
合成气发酵
传统的生物质原料如秸秆、木材等，不容易被底盘微生物直接发酵转化成如PHA等生物大分子。而且传统生物质原料的成分很复杂，有些也会成为底盘细胞发酵的“壁垒”物质。有研究表明，可以先通过产气菌株来利用这些复杂的生物质原料进行合成气的气化过程（合成气的基本组成部分是CO和H2），然后再通过其他微生物可以利用合成气合成多碳化合物的功能来定向合成胞内的生物质大分子如PHA等。
合成气发酵的微生物种类及其产物（图表截自Dhakal, N.; Acharya, B. Syngas Fermentation for the Production of Bio-Based Polymers: A Review. Polymers 2021, 13, 3917.）
合成气发酵
技术挑战
PHA被认为是“绿色塑料”，主要在微生物菌体内通过生物合成途径产生。微生物的合成气发酵虽然解决了传统木质纤维素直接发酵的局限性，但目前也遇到了挑战，那就是合成气的净化。除CO、CO2和H2这几种合成气的主要组分外，其他的气体成分常被认为是杂质，而这些杂质可能导致细胞毒性、酶活抑制、培养酸碱度失衡和细胞渗透压的改变等不利影响，进而降低底盘菌株的发酵效率。
微生物细胞的PHA合成路径（图片来源：Dhakal, N.; Acharya, B. Syngas Fermentation for the Production of Bio-Based Polymers: A Review. Polymers 2021, 13, 3917.）
# 解决方案
为保证底盘细菌对合成气的高效利用，发酵前对合成气进行净化以降低其发酵细胞毒性或抑酶作用，并使合成气在培养基介质中高效扩散以保证与菌体的充分接触。培养基、气体流速、气体浓度、培养酸碱度、温度等参数在整个微生物发酵过程中都是很关键的控制变量。
IKA 在混合分散、温控领域有着一百多年的技术研发经验，在此基础上创新开发了新一代HABITAT生物反应器。IKA HABITAT 搅拌式生物反应器作为一个集成化的自动控制平台，可以稳定控制搅拌速度以保证气体和营养物质在整个发酵罐里的均匀分布，确保底盘细菌与这些组分的充分接触和混合；斜叶桨、Rushton搅拌桨叶可以灵活搭配，以保证罐体内最佳的气体分布效率；而曝气系统的有利加持，更是为合成气的高效传质再行加码。
# IKA HABITAT
搅拌：强劲的顶置式机械搅拌，正反转及混沌混合可选，支持持续高效稳定混合；
温度：温控采用夹套罐搭配高低温水机，反应器软件可与水机联动并进行直接控制，稳定维持反应温度；
气体：标配四路气体接口，空气、氧气、氮气、二氧化碳，气体流速均由MFC进行精确控制，0.1-20L/min可调；
pH：pH可实时在线监测，并可级联到蠕动泵及时补酸补碱或补CO2进行自动控制；
溶氧：DO可实时监测，并可与气路、搅拌等进行级联自动控制。反应期间，所有培养参数均可进行实时图谱展示；
软件：随主机标配软件，可直接获取最新版本到触屏控制器上。
关于IKA
IKA 集团是实验室前处理、分析技术、 工业混合分散技术的市场领导者。电化学合成仪、磁力搅拌器、顶置式搅拌器、分散均质机、混匀器、恒温摇床、恒温培养箱/烘箱、移液器、研磨机、旋转蒸发仪、加热板、恒温循环器、粘度计、量热仪、生物反应器、化学合成釜、实验室反应釜等相关产品构成了IKA 实验室前处理与分析技术的产品线；而工业技术主要包括用于规模生产的混合设备、分散乳化设备、捏合设备、以及从中试到扩大生产的整套解决方案。IKA 还与全球知名大学和科学家进行着密切的合作, 支持其在科研道路上不断探索。我们致力于为客户提供更好的技术, 帮助客户获得成功。
IKA 成立于1910年，集团总部位于德国南部的Staufen，在美国、中国、印度、马来西亚、日本、巴西、韩国、英国、波兰等国家都设有分公司。 艾卡（广州）仪器设备有限公司是IKA 集团于2000年设立的全资子公司，主要负责为中国和蒙古国提供产品、技术和服务支持。
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