細菌用發酵罐灌流培養系統的製作方法
2023-12-09 04:26:01 6
細菌用發酵罐灌流培養系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種細菌用發酵罐灌流培養系統，涉及培養細菌的技術，尤其涉及細菌用發酵罐灌流培養系統。其包括用於培養細菌的發酵罐，還包括供給單元、檢測單元、過濾單元和控制裝置，供給單元與發酵罐連接；過濾單元與發酵罐連接；控制裝置與檢測單元連接，檢測單元檢測發酵罐內的OD值和溶氧值並當OD值和溶氧值均在預設範圍內時發送信息至控制裝置；控制裝置接收信息，並控制供給單元和過濾單元。通過輸入培養基和排出過濾後的廢液，使得細菌在培養基罐中的培養基消耗完之前長期處於對數生長期末期。如此，提高了單次發酵產出的菌數和質量；避免了多次發酵產生的人力、物力和財力的浪費；大大提高了單位體積發酵菌液的菌數。
【專利說明】細菌用發酵罐灌流培養系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種培養細菌的技術，尤其涉及一種細菌用發酵罐灌流培養系統。
【背景技術】
[0002]發酵為複雜的有機化合物在微生物的作用下分解成比較簡單的物質。在工業生產中，利用微生物進行工業化的生產通常採用工程技術手段，利用微生物和有活性的離體酶的某些功能加工或製作產品。例如，微生物菌體發酵、微生物酶發酵、微生物代謝產物發酵、微生物轉化發酵及生物工程細胞的發酵。通過以上五種發酵方式可以得到菌體本身、微生物酶製劑、微生物代謝產物、利用微生物的酶轉化的化合物和利用生物工程技術所獲得的細胞等。
[0003]目前通常採用分批發酵的方法獲取對人類有用的物質，此種方法除去發酵過程，還需反覆進行放料、洗罐、加料及滅菌等不產生任何對人類有用物質的動作。存在生產時間短及人力、物力、動力消耗較大等缺點。
[0004]因此，亟需一種能連續培養細菌的系統，從而不再需要反覆進行放料、洗罐、加料及滅菌等不產生任何對人類有用物質的動作，杜絕上述問題的出現。
實用新型內容
[0005]本實用新型的一個目的在於提出一種細菌用發酵罐灌流培養系統，通過將培養基罐內的培養基輸入發酵罐，使得發酵罐內的細菌保持在對數生長期末的狀態，細菌可以以最快的速度連續不斷的生產出來，提高了生產效率和質量。
[0006]本實用新型的另一個目的在於提供了一種細菌用發酵罐灌流培養系統，通過設置具有廢液出口的過濾單元，其兩端分別連接發酵罐，通過蠕動泵提供動力過濾發酵菌液，並將過濾後的廢液排出的同時將過濾後的發酵菌液輸入發酵罐。如此,對發酵罐內細菌起到了富集作用，提高了單次發酵的活菌數，大大減輕了後期對細菌濃縮的工作量，並避免了分批發酵帶來的人力、物力和財力的浪費。
[0007]為達此目的，本實用新型採用以下技術方案:
[0008]一種細菌用發酵罐灌流培養系統，包括用於培養細菌的發酵罐，還包括供給單元、檢測單元、過濾單元和控制裝置，
[0009]所述供給單元與所述發酵罐連接以便為所述發酵罐提供培養基；
[0010]過濾單元與所述發酵罐連接以過濾發酵菌液並將廢液排出；
[0011]所述控制裝置與所述檢測單元連接，所述檢測單元用於檢測發酵罐內發酵菌液的OD值和溶氧值並在OD值和溶氧值在預設範圍內時發送信息至所述控制裝置；
[0012]所述控制裝置用於接收所述信息，並控制供給單元向所述發酵罐輸入培養基的同時控制過濾單元排出廢液，以使得所述發酵罐內的發酵菌液處於動態平衡狀態。
[0013]優選的，所述供給單元與所述發酵罐之間設有三通裝置，所述三通裝置包括T形通和閥門，所述T形通分別與輸入支管、供給單元和發酵罐連通，所述T形通的三個出口端分別與第一閥門、第二閥門和第三閥門連接。
[0014]優選的，所述控制裝置連接有驅動單元，所述驅動單元包括設置於所述培養系統各連接管路上的蠕動泵，通過所述蠕動泵控制連接管路內介質的流速。
[0015]優選的，所述T形通與所述發酵罐之間設置第一蠕動泵，控制向所述發酵罐輸入培養基的速度。
[0016]優選的，所述過濾單元的進口端通過第三蠕動泵和第五閥門連接至所述發酵罐的底部，所述過濾單元的出口端通過第二蠕動泵和第四閥門連接至所述發酵罐的頂部。
[0017]優選的，所述過濾單元為中空纖維超濾器。
[0018]進一步的，所述檢測單元包括OD值檢測單元和溶氧值檢測單元，所述控制裝置分別與OD值檢測單元和溶氧值檢測單元連接；
[0019]優選的，所述OD值檢測單元包括紫外分光光度計。
[0020]優選的，所述發酵罐內設置有用於攪拌發酵菌液的攪拌器。
[0021]優選的，所述供給單元為培養基罐。
[0022]優選的，所述培養基罐上設置有用於通冷卻水的培養基罐夾層；
[0023]所述發酵罐上設置有用於通冷卻水的發酵罐夾層。
[0024]本實用新型所提供的一種細菌用發酵罐灌流培養系統，在細菌進入對數生長期末之後，連續的從培養基罐提取培養基並補充到發酵罐中，使得細菌始終處在良好的生長環境，始終處於對數生長期末，進而使得細菌處於高速生長狀態，提高了生產效率和菌體的質量；在向發酵罐輸入培養基的同時經過濾單元排出廢液，使得發酵罐內的發酵菌液始終處於一個動態平衡狀態，在提高了單次發酵的活菌數的同時也提高了發酵菌液單位體積內的菌數，大大減輕了後期對細菌濃縮的工作量，並避免了分批發酵帶來的人力、物力和財力的浪費。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本實用新型【具體實施方式】一提供的細菌用發酵罐灌流培養系統的模塊示意圖；
[0026]圖2是本實用新型【具體實施方式】一提供的細菌用發酵罐灌流培養系統的組裝結構示意圖；
[0027]圖3為本實用新型【具體實施方式】一提供的用發酵罐灌流培養細菌的方法的流程圖。
[0028]圖中，10、細菌用發酵罐灌流培養系統；11、第一閥門；12、第二閥門；13、第三閥門；14、第四閥門；15、第五閥門；16、T形通；17、輸入支管；21、第一蠕動泵；22、第二蠕動泵；23、第三蠕動泵；31、中空纖維超濾器；100、檢測單元；110、OD檢測單元；120、溶氧值檢測單元；200、發酵罐；210、攪拌器；220、發酵罐夾層；300、培養基罐；310、培養基罐夾層；400、控制裝置。
【具體實施方式】
[0029]應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0030]下面結合附圖並通過【具體實施方式】來進一步說明本實用新型的技術方案。
[0031]實施方式一
[0032]如圖1，圖1是本實用新型【具體實施方式】一提供的細菌用發酵罐灌流培養系統的模塊示意圖。細菌用發酵罐灌流培養系統10包括用於培養細菌的發酵罐200，還包括檢測單元100、供給單元、控制裝置400、閥門、蠕動泵及過濾單元。檢測單元100檢測發酵罐200內的溶氧值和從發酵罐中提取出的發酵菌液的OD值，當溶氧值和OD值達到細菌在對數生長期末對應的範圍時發送信息至控制裝置400 ;閥門和蠕動泵設置在連通發酵罐200、供給單元及過濾單元之間的管道上，控制裝置400連接蠕動泵，並通過控制閥門和蠕動泵，使得與發酵罐200連通的供給單元為發酵罐200提供培養基；與此同時，過濾單元過濾發酵罐200內的發酵菌液，並將廢液排出，將過濾後的發酵菌液重新輸入發酵罐200內。
[0033]在本實施例中，供給單元為培養基罐300，過濾單元為中空纖維超濾器31。
[0034]再結合圖2，圖2是本實用新型【具體實施方式】一提供的細菌用發酵罐灌流培養系統的組裝結構示意圖。發酵罐200為細菌生長的場所，進行發酵前，先向發酵罐200和培養基罐300中加入足量的培養基，然後對發酵罐200和培養基罐300進行高溫滅菌，最後將種子液與營養液輸入發酵罐200後開始發酵。發酵罐200內還設置有一個攪拌器210，通過緩慢勻速的攪拌使得營養液均勻的分布。發酵罐200上設置有發酵罐夾層220，培養基罐300上設置有培養基罐夾層310，可在夾層中通冷卻水，對發酵罐200和培養基罐300進行冷卻。
[0035]檢測單元100與發酵罐200連接以便檢測發酵罐200內細菌的OD值和溶氧值。檢測單元100包括OD值檢測單元110和溶氧值檢測單元120。OD值檢測單元110用以檢測發酵菌液的OD值，溶氧值檢測單元120用於檢測細菌的溶氧值。細菌在生長過程中有延滯期、對數期、穩定期和衰亡期。其中對數期的細菌以最大的速率生長和分裂，細菌數量對數增加，此時期是細菌發酵所需要的。當OD值檢測單元110、溶氧值檢測單元120檢測到OD值、溶氧值達到細菌在對數生長期末對應的範圍時，檢測單元100向控制裝置400發送細菌進入對數生長期末的信息。在本實施例中，對發酵菌液的OD值的檢測採用每隔單位時間進行人工取樣，並通過紫外分光光度計快速的對取出的樣品進行OD值檢測；將溶氧值檢測裝置與發酵罐200連接以實時檢測發酵罐200內發酵菌液的溶氧值。發酵罐200還與溫度感應器連接，以便檢測發酵罐200內的溫度。
[0036]可以理解的是，發酵罐200可以與本領域認可的其他檢測發酵罐200內的溶氧值的儀器連接，並可使用本領域認可的檢測OD值的儀器測量發酵罐200內的發酵菌液的OD值。
[0037]控制裝置400分別與檢測單元100、培養基罐300及中空纖維超濾器31連接以便根據反饋信息控制細菌用發酵罐灌流培養系統10。在本實施例中，控制裝置400為PLC控制單元。其分別與溫度傳感器及溶氧值檢測裝置連接，以便接收溫度傳感器及溶氧值檢測裝置發送的發酵罐200內的溫度信息和溶氧值信息。並根據接收的信息控制細菌用發酵罐灌流培養系統10的動作。
[0038]培養基罐300通過管道與發酵罐200連通，為發酵罐200提供培養基，以便為細菌維持在對數生長期末提供營養物質。在一些實施例中，培養基罐300為培養基高壓罐，且該培養基高壓罐內存儲有足量的培養基。[0039]中空纖維超濾器31的兩端分別與發酵罐200的頂部和底部相連通。中空纖維超濾器31還設有一出液口以便將中空纖維超濾器31過濾後的廢液排出。在發酵罐200、培養基罐300與將種子液和營養液導入發酵罐200的輸入管道(17)之間通過T形通16相交並連通，在T形通16的三個出口端分別和第一閥門11、第二閥門12及第三閥門13連通。在第三閥門13和發酵罐200之間的管道上還設有第一蠕動泵21以便控制培養基進入發酵罐200的速度。在中空纖維超濾器31的出口端與發酵罐200的頂部相連的管道上設置有第四閥門14和第二蠕動泵22 ;在中空纖維超濾器31的進口端與發酵罐200的底部相連的管道上設置有第五閥門15和第三蠕動泵23。通過協調第一蠕動泵21、第二蠕動泵22和第三蠕動泵23的轉數，使得第一蠕動泵21單位時間輸入的培養基的體積與從中空纖維超濾器31單位時間排出的廢液體積相等。
[0040]本實用新型提供的一種細菌用發酵罐灌流培養系統10，通過控制裝置400接收發酵罐200內發酵菌液的OD值和溶氧值達到細菌進入對數生長期末對應的範圍時，啟動第一蠕動泵21，使得培養基罐300向發酵罐200輸入培養基，同時啟動第二蠕動泵22和第三蠕動泵23，使得發酵罐200內的發酵菌液經過中空纖維超濾器31的過濾，排出廢液並將過濾後的發酵菌液重新導入發酵罐200內。如此，使得細菌進入對數生長期末時連續不斷的接收新的培養基，為處於高速增長的細菌提供足量的營養液，延長了細菌處在對數生長期末的時間，進而將細菌連續且快速的培養出來，提高了生產效率和質量；由於設置了具有足量培養基的培養基罐300，提高了單次發酵產出的菌數，避免了多次發酵產生的人力、物力和財力的浪費，節約了生產成本；在向發酵罐200輸入新鮮無菌培養基的同時，發酵罐200通過中空纖維超濾器分離出廢液和除去廢液的發酵菌液，並將廢液排出，將除去廢液後的發酵菌液重新注入發酵罐200，降低了發酵菌液中毒素的濃度，維持了發酵罐200內發酵菌液體積的平衡，提高了對培養基的利用率，進而進一步的節約了生產成本，大大提高了單位體積發酵菌液的菌數。
[0041]可以理解的是，文中未做特別說明的閥門均處於關閉狀態，發酵罐200中的培養基高溫滅菌後，需降溫至公眾普遍認可的不同細菌對應的最適宜生長的溫度。
[0042]本實用新型還進一步提供了一種發酵罐灌流培養細菌的方法。請結合圖2和圖3，圖3為本實用新型【具體實施方式】一提供的發酵罐灌流培養細菌的方法的流程圖。該發酵罐灌流培養細菌的方法包括以下步驟:
[0043]在步驟Sll中，加培養基並消毒。在本實施例中，同時開啟第一閥門11、第二閥門12和第三閥門13，第四閥門14和第五閥門15處於關閉狀態，通過輸入支管17向培養基罐300和發酵罐200加入足量的培養基，然後對培養基罐300和發酵罐200進行高溫滅菌。將培養基罐300和發酵罐200加熱至121°C滅菌30分鐘，之後通過培養基罐300和發酵罐200的夾層冷卻水使罐內培養基溫度降至[37°C，37.5°C ]。在本實施例中，培養基罐300為培養基聞壓te。
[0044]在步驟S12中，加入種子液和營養液。在本實施例中，關閉第二閥門12，開啟第一蠕動泵21，將種子液和發酵用營養液輸入發酵罐200內，然後關閉第一閥門11、第三閥門13和第一蠕動泵21以便發酵。
[0045]在步驟S13中，檢測發酵罐內OD值和溶氧值。在本實施例中，檢測單元100分為OD值檢測單元110和溶氧值檢測單元120,檢測發酵罐200內發酵菌液的OD值和溶氧值，當OD值和溶氧值達到細菌進入對數生長期末對應的OD值和溶氧值範圍時，發送該信息至控制裝置400。
[0046]在步驟S14中，OD值和溶氧值是否達到細菌進入對數生長期末對應的OD值和溶氧值？在本實施例中，當檢測單元100檢測到發酵罐200內發酵菌液的OD值和溶氧值在細菌進入對數生長期末對應的OD值和溶氧值範圍時，向控制裝置400發送該信息，控制裝置400接收到細菌進入對數生長期末的信息後對相應閥門和蠕動泵進行控制。若OD值和溶氧值均未到達細菌進入對數生長期末對應的OD值和溶氧值範圍時，返回步驟S13 ;若OD值和溶氧值均到達細菌進入對數生長期末對應的OD值和溶氧值範圍時，則轉至步驟S15。
[0047]在步驟S15中，按設定的程序向發酵罐輸入培養基的同時過濾發酵菌液並將過濾後的廢液排出。在本實施例中，當根據檢測的OD值和溶氧值判斷出細菌進入對數生長期末時，則通過PLC控制單元開啟第二閥門12、第三閥門13和第一蠕動泵21，以便培養基高壓罐中的培養基進入發酵罐200中。與此同時，開啟第四閥門14、第五閥門15、第二蠕動泵22和第三蠕動泵23，以便輸出發酵罐200內的發酵菌液並經中空纖維超濾器31過濾後排出廢液，將過濾後的發酵菌液重新輸入發酵罐200。通過PLC控制單元調節第一蠕動泵21、第二蠕動泵22和第三蠕動泵23的轉數使得從培養基高壓罐單位時間輸入的培養基的體積與中空纖維超濾器31單位時間過濾出的發酵廢液體積相等。
[0048]在步驟S16中，檢測培養基罐內的培養基是否用完？在本實施例中，判斷出細菌進入對數生長期末後，檢測是否還有培養基通過第一蠕動泵21。若第一蠕動泵21進入空轉狀態，即可判斷出培養基罐300中的培養基用完，轉入步驟S17 ;若第一蠕動泵21未進入空轉狀態，則繼續檢測第一蠕動泵21的工作狀態。
[0049]在步驟S17中，停止向發酵罐輸入培養基的同時停止向中空纖維超濾器輸入發酵菌液。在本實施例中，在第一蠕動泵21處安裝了感應器，當感應器感應到第一蠕動泵21處於空轉狀態，即會立刻停止第一蠕動泵21、第二蠕動泵22和第三蠕動泵23，使得培養基高壓罐停止向發酵罐200輸入培養基並且停止從發酵罐200輸出發酵菌液。
[0050]可以理解的是，使用本領域所知的其他檢測培養基罐300內培養基用完的方式都包含在本申請的保護範圍內。例如，在培養基罐300的底部安裝感應器，用以感應培養基罐300內培養基的高度。
[0051]高溫滅菌的溫度不局限於121° C，其溫度範圍為116° C_121° C，滅菌時間不局限於30min,可以在30_40min範圍變動。
[0052]本實用新型提供的一種用發酵罐灌流培養細菌的方法，通過將種子液及發酵用營養液導入滅菌後的發酵罐200內；開始發酵後檢測發酵罐200內細菌的OD值和溶氧值是否達到細菌進入對數生長期末對應的OD值或溶氧值範圍；當達到預定範圍後將該信息發送給控制裝置400 ;控制裝置400接收細菌進入對數生長期末的信息後，控制培養基罐300向發酵罐200輸入培養基。如此，為快速增長的細菌提供足夠的營養，使得發酵罐200內的細菌長期處於對數生長期末，進而將細菌連續且快速的培養出來，提高了生產效率和細菌的質量。在輸入培養基的同時，通過輸出裝置中的中空纖維超濾器31分離出廢液和除去廢液後的發酵菌液，將廢液排出並將除去廢液的發酵菌液重新注入發酵罐200，可以在較長的時間段連續的對細菌進行培養，進而進一步的節約了生產成本。
[0053]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種細菌用發酵罐灌流培養系統，包括用於培養細菌的發酵罐(200)，其特徵在於，還包括供給單元(300 )、檢測單元(100 )、過濾單元(31)和控制裝置(400 )， 所述供給單元(300 )與所述發酵罐(200 )連接以便為所述發酵罐(200 )提供培養基； 過濾單元(31)與所述發酵罐(200)連接以過濾發酵菌液並將廢液排出； 所述控制裝置(400)與所述檢測單元(100)連接，所述檢測單元(100)用於檢測發酵罐(200)內發酵菌液的OD值和溶氧值並當OD值和溶氧值均在預設範圍內時發送信息至所述控制裝置(400)； 所述控制裝置(400 )用於接收所述信息，並控制供給單元(300 )向所述發酵罐(200 )輸入培養基的同時控制過濾單元(31)排出廢液，以使得所述發酵罐(200)內的發酵菌液處於動態平衡狀態。
2.如權利要求1所述的細菌用發酵罐灌流培養系統，其特徵在於，所述供給單元(300)與所述發酵罐(200)之間設有三通裝置，所述三通裝置包括T形通(16)和閥門，所述T形通(16)分別與輸入支管(17)、供給單元(300)和發酵罐(200)連通，所述T形通(16)的三個出口端分別與第一閥門(11)、第二閥門(12)和第三閥門(13)連接。
3.如權利要求1所述的細菌用發酵罐灌流培養系統，其特徵在於，所述控制裝置(400)連接有驅動單元，所述驅動單元包括設置於所述培養系統(10)各連接管路上的蠕動泵，通過所述蠕動泵控制連接管路內介質的流速。
4.如權利要求3所述的細菌用發酵罐灌流培養系統，其特徵在於，所述T形通(16)與所述發酵罐(200 )之間設置第一蠕動泵(21 )，控制向所述發酵罐(200 )輸入培養基的速度。
5.如權利要求3所述的細菌用發酵罐灌流培養系統，其特徵在於，所述過濾單元(31)的進口端通過第三蠕動泵(23 )和第五閥門(15 )連接至所述發酵罐(200 )的底部，所述過濾單元(31)的出口端通過第二蠕動泵(22 )和第四閥門(14 )連接至所述發酵罐(200 )的頂部。
6.如權利要求1所述的細菌用發酵罐灌流培養系統，其特徵在於，所述過濾單元(31)為中空纖維超濾器。
7.如權利要求1所述的細菌用發酵罐灌流培養系統，其特徵在於，所述檢測單元(100)包括OD值檢測單元(110)和溶氧值檢測單元(120)，所述控制裝置(400)分別與OD值檢測單元(I 10)和溶氧值檢測單元(120)連接； 所述OD值檢測單元(I 10)包括紫外分光光度計。
8.如權利要求1所述的細菌用發酵罐灌流培養系統,其特徵在於,所述發酵罐(200)內設置有用於攪拌發酵菌液的攪拌器(210)。
9.如權利要求1所述的細菌用發酵罐灌流培養系統，其特徵在於，所述供給單元(300)為培養基罐(300)。
10.如權利要求9所述的細菌用發酵罐灌流培養系統，其特徵在於， 所述培養基罐(300)上設置有用於通冷卻水的培養基罐夾層(310)； 所述發酵罐(200 )上設置有用於通冷卻水的發酵罐夾層(220 )。
【文檔編號】C12M1/36GK203530314SQ201320599222
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】楊國良, 梁爽, 張鋒, 龍進學, 張紅, 張坦, 孫豐廷, 王亞麗, 張凌雲, 陳玲, 韓麗, 張洪, 王文泉, 朱秀芝, 李靜 申請人:北京華都詩華生物製品有限公司