植物细胞培养反应器的类型和特点
反应器的选择取决于生产细胞的浓度、通风和所提供的营养物的分散度。根据曝气和搅拌系统的类型，生物反应器可分为以下几类:机械搅拌生物反应器操作范围大，混合程度高，适应性广，广泛应用于大规模生产。搅拌罐产生的剪切力大，容易损伤细胞，直接影响细胞的生长和代谢，尤其是次生产物的生成。搅拌速度越高，剪切力越大，对植物细胞的伤害越大。对于一些对剪切力敏感的细胞，传统的机械搅拌罐并不适用。为此，对搅拌罐进行了改进，包括改变搅拌形式、叶轮结构和类型、空气分布器等。，以降低剪切力，满足供氧和搅拌的要求。
Kaman等人采用了一个1 helicalribbonimpeller和三个表面挡板的搅拌罐，被证明适用于对剪切力敏感的高密度细胞培养。Jolicoeur等人进行了类似的研究，在反应器中获得了与摇瓶相同的高浓度生物质。钟建江等人发现以微孔金属丝网作为空气分布器的三叶螺旋桨反应器(MRP)可以提供较小的剪切力和良好的供氧与混合状态，优于六叶涡桨反应器，并认为在高浓度培养细胞时，MRP反应器会表现出更大的优越性。与细胞提升式生物反应器相比，离心式生物反应器具有更高的提升能力、更低的剪切力、更短的混合时间和更高的高浓度溶解氧系数，这表明它在剪切力敏感生物系统中具有巨大的潜力。此外，在植物细胞培养的生产和研究中，还使用了不同形式的机械搅拌罐，如箱式桨叶搅拌和蝶式涡轮搅拌。结果表明，不同叶轮产生的剪切力大小顺序为涡轮叶轮>:平板叶轮>:螺旋叶轮。升流式生物反应器(lift-streambioreactor)是利用一根与罐体中央多孔板相连的杆上下移动来达到搅拌的目的，可用于培养剪切敏感细胞。与传统的搅拌反应器相比，非搅拌反应器因其剪切力小、结构简单而被认为适合植物细胞培养。其主要类型有鼓泡反应器、气升式反应器和鼓式反应器。
通过比较培养紫苏细胞的生物反应器，发现鼓泡反应器优于机械搅拌反应器。但由于鼓泡反应器中氧气利用率低，如果使用大量空气，剪切力会损伤细胞。研究表明，喷射大气泡时，湍流剪切力是抑制细胞生长和损伤细胞的重要原因。较大的气泡或较高的气体流速导致较高的剪切力，这对植物细胞是有害的。
气升式反应器广泛应用于植物细胞培养的研究和生产中。通过对胡萝卜细胞培养的研究，发现与搅拌罐、气体喷射罐和带排气管的气升式反应器相比，气升式反应器可以获得最高的细胞浓度和最短的倍增时间。气升式反应器用于许多植物细胞的悬浮培养或固定化细胞培养，但其操作弹性小，在低气速下混合性能不好，尤其是在高H/D和高密度培养时。过多的气体供应和高氧浓度会影响细胞的生长和次生代谢产物的合成。气升式发酵罐与慢速搅拌相结合可以弥补低气速下混合不良的弱点，采用分段气升式管也有利于氧气的利用和混合。
转鼓反应器在烟草细胞悬浮培养中的应用研究发现，与带通风管的气升式反应器相比，相同条件下转鼓反应器的生长速率更高，氧传递和剪切力对细胞的损伤程度也优于气升式反应器。许多植物细胞在培养过程中需要光照，所以往往会考虑在普通反应器的基础上增加一个光照系统，但实际中存在很多问题，如光源的安装和保护、光的传输、光照系统对反应器供气和混合的影响等。小规模实验常采用外部照明，反应器表面有透明的照明区域，光源固定在反应器外部周围。但是大规模生产中很难解决透光窗口的设置、内部培养对光的统一接受等问题，所以很多人研究了内部光源的反应器。
在Mori等人发明的反应器中，多个透明圆柱体平行安装在反应器罐中，光源放置在透明圆柱体中，用于供应CO2的气体交换器在罐中的两个圆柱体之间。奥格本纳等人开发了一种新型的内部光照搅拌光生物反应器，用于大规模培养光合细胞，它由多个单元组成，每个单元包含光源。通过增加单元的数量来获得大的光生物反应器。每个单元中央固定一根玻璃管，光源插入其中，通过搅拌桨实现混合。搅拌浆料设计为旋转时不接触玻璃管，同时玻璃管作为挡板。反应器在低转速下仍有较高的混合度，剪切力较小。由于发光体不是机械固定在反应器上，也不是通过玻璃管与发酵液分离，所以可以对反应器进行高压灭菌，冷却后将发光体插入玻璃管中。Yamamurak等人研究了固定CO2的光反应器，其特点是搅拌器具有发光功能。根据植物细胞的特性，许多不同于传统微生物反应器的新型反应器正在用于植物细胞的研究和生产，如各种固定化植物细胞反应器和膜反应器。Dubuis等人使用了一种新的循环流化床反应器来培养咖啡，并测量了生长和产物合成的动力学参数。他认为该反应器操作方便，消除了直接注气产生的剪切力，易于确定放大所需的参数，适合中试和工业生产。盖娜等在固定床反应器中培养固定化烟草细胞，生长速度与摇瓶相同，胞内合成与摇瓶无明显差异。
Tyler等报道了一种植物细胞表面固定化培养系统，该系统避免了传统搅拌罐悬浮培养中流体流动力或剪切力的问题，促进了植物细胞凝聚的特性，增加了次生代谢产物的合成和积累。此外，该系统介质交换简单，易于提取次级产物。郎还研究了植物细胞膜反应器，细胞固定在3mm厚的膜上，培养基在膜下闭环循环，营养物质通过膜扩散到细胞层，次生代谢产物通过膜分泌到培养基中。
Humphrey研究了用于植物细胞培养的微孔膜曝气反应器，并对氧传递进行了分析，为小剪切力植物细胞培养的膜曝气反应器提供了设计依据。设计中要考虑的因素包括管的长度、直径和膜厚度、入口气体的组成和压力、细胞生长和培养阶段等。