专利名称：一种微生物平板连续发酵装置与工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微生物平板连续发酵装置与工艺，更具体的说，是涉及需氧微生物工业化发酵生产装置和工艺的创新。
背景技术：
目前，已有的微生物工业化生产工艺主要有以下几种方式，依据发酵生产微生物的培养过程有分批培养(间断工艺)和连续培养(连续工艺)之分；依据发酵生产微生物的培养基的厚度有浅层培养和深层培养之分；依据发酵生产微生物的培养基以水为介质的流动性的区别有液体培养和固体培养之分。从工艺路线来讲，主要有两种工艺路线，即液态发酵工艺路线和固态发酵工艺路线，两种工艺路线是以微生物培养基的形态是固态还是液态来划分，其发酵基本原理是一样的。
需氧微生物的液态发酵工艺路线已经有了连续发酵、补料发酵、深层计算机控制发酵等工艺，具有很高的发酵水平。但由于近年来，发酵理论和发酵设备方面突破性的成果很少，加之工艺中受液态培养基中含固量、容氧率的影响和发酵代谢产物反馈抑制的制约，以及后处理工艺中复杂的分离提取和污水处理使成本增加的限制，需氧微生物的液态发酵工艺的进步也受到了一定的限制。
需氧微生物的固态发酵工艺，已经有了深层固态发酵和浅层固态发酵工艺技术，工艺设备的研究和开发也有很多成功的范例，有很多已经申请国家专利或获得了国家专利。固态发酵其工艺技术特点主要有；a.工艺流程相对较短；b.同等单位发酵体积下，固态发酵工艺的发酵水平高于液态发酵工艺；c.发酵成本相对低；d.是“三废”量小，等。但固态发酵面临着发酵同步性差、污染率高、温湿度控制达不到规范化和标准化控制的要求、手工操作为主、不易规模化生产。由于固态发酵多为开放或半开放生产，受地域、气候、环境的影响和限制的问题也比较突出，特别是在固态发酵工艺的发酵物后处理工艺中，对有效成分的分离和提取难度很大，有些培养基成分不易粉碎，造成生产能耗高、浪费大，产品质量不稳定。
本发明的目的就在于提供一种需氧微生物工业化平板连续培养新工艺，以解决和克服上述的两种工艺中存在的缺点和不足。以实现需氧微生物工业化连续发酵大规模生产的低能耗、浪费少、低“三废”、产量高和产品质量稳定的生产方法。
发明内容
为了达到上述目的，本发明包括下述步骤参看
图1，设备流程示意图公开了一种微生物平板连续发酵装置与工艺，以平板培养基为微生物生长载体、在发酵装置(图1)内完成发酵的连续发酵过程。发酵装置(图1)由平板灭菌器(1)、培养基配料罐(2)、培养基灭菌罐(3)、培养基分配器(4)、培养基冷却器(5)、菌种培养罐(6)、菌种接种器(7)、培养仓(8)、无菌空气系统(9)、发酵产物收集器(10)和计算机发酵管理系统(11)、传感器(12)等构成微生物平板连续发酵的发酵装置。
下面参照说明书附图，对本发明进行描述，参看图1(一)无菌空气的获得空气压缩机(13)的进气口自地面上方10M以上采集空气，经由空气压缩机将压缩空气通过粗过滤器(14)滤除空气中的固体浮尘和部分水分后，进入压缩空气储气罐(15)，经过空气冷干机(16)进一步除去水分后，进入介质过滤器(17)，接着将压缩空气送进棉花活性炭为过滤介质的可恒温恒压的总过滤器(18)，再经可恒温恒压的分过滤器(19)，使空气的洁净度达到生产要求。无菌空气由分过滤器(20)出口连接种子罐(6)和带有可移动器皿支架的发酵仓(8)。
(二)菌种的生产过程①取需要生产的需氧微生物试管斜面菌种制成菌悬液或芽孢悬液；②将过热蒸气通入种子罐(8)进行空罐灭菌，温度为115-126℃，时间为30-45分钟，降温等待装料；③将适合于要生产的菌种所需培养基装入种子罐中，封闭后以过热蒸气进行实罐灭菌，温度为115-126℃，时间为35-55分钟。实罐灭菌后，由种子罐带有制冷装置的夹套或管道循环水进行降温和保温，等待接种；④培养基中的遇高温分解的特殊成分可以单独灭菌，在种子罐(8)中培养基灭菌后进入降温和保温阶段时加入种子罐；⑤当种子罐(8)内的培养基温度降至接种温度时，将菌种接入罐中进行菌种放大培养；⑥菌种放大培养时通入的无菌空气，按罐内培养基体积/体积(V/V)计算，通常情况下通入无菌空气的量初期为1∶0.7-1.0后期为1∶1.0-1.5；⑦当种子罐(8)内的菌种生长到适合于接种时的对数初期时，由种子罐带有制冷装置的罐夹套或管道循环水将种子罐的温度降低至10-20℃，降低菌种的生长速度，等待接种平板器皿培养基；⑧种子罐出料口位于放置平板器皿的超净工作台(21)内，平板器皿传送带(25)的上方；⑨可以设置两个以上的种子罐，交替重复进行菌种生产过程。
(三)平板器皿的准备①平板器皿清洗、打包；②将清洗、打包好的平板器皿由平板(1)灭菌器的“污染端”(22)送入，封闭后以过热蒸气进行灭菌，温度为115-126℃，时间为35-55分钟；③减压降温后由设置在无菌工作环境中“卧式双开门高压灭菌器”的“无菌端”(23)取出；④将灭菌好的平板器皿开包后逐个放置于超净工作台(24)内的平板器皿传送带(25)上，等待平板器皿培养基的填装；⑤再重复前述过程，形成连续作业。
(四)平板培养基的准备对于适合在本发明的工艺中应用的微生物进行培养的营养培养基，尽管没有施加特殊的限制，但是含琼脂1％‰-9％的营养培养基可以将培养基固定在平板器皿上，并可以在其中添加碳源和氮源，以及供微生物生长所需的无机盐和特殊要求的营养物质等。①将要所需的平板培养基物料装入培养基配料罐(2)中进行配料；②将过热蒸气通入培养基配料灭菌保温罐(3)中进行空罐灭菌，温度为115-126℃，时间为30-45分钟，之后，降温等待装料；③将平板器皿培养基配料罐(2)中的配料由泵经连接配料罐(2)和灭菌罐的管道注入灭菌罐(3)中，封闭后以过热蒸气进行实罐灭菌，温度为115-126℃，时间为35-60分钟；④灭菌后的培养基经灭菌罐的循环水降温、保温系统将温度降至60-75℃，等待使用；⑤培养基灭菌罐(3)出料口位于放置平板器皿的超净工作台内，平板器皿传送带的上方；⑥以另外一套独立的相同系统重复前述过程。
(五)平板的填料与接种过程①将灭菌好的平板器皿放置于超净工作台(24)内平板器皿传送带(25)上，由传送带运送到培养基灭菌罐(2)出料口时，与培养基灭菌罐出料口电磁阀(26)连锁的激光读码器识别平板器皿上的标记，开启培养基灭菌罐出料口电磁阀(26)，开始对平板器皿填料，培养基的厚度为0.3-18mm，当激光读码器识别平板器皿上的关闭标记时，培养基灭菌罐出料口电磁阀(26)关闭，停止出料；②填料后的平板器皿由平板器皿传送带送至培养基冷却器(5)，当填料后的平板器皿由平板器皿传送带送至培养基冷却器(5)出口时，填料后的平板器皿温度降为30-58℃；③填料后并降温的平板器皿由平板器皿传送带送至超净工作台(21)内菌种培养罐(6)出料口菌种接种器(7)时，与菌种培养罐(6)出料口电磁阀(27)连锁的激光读码器识别平板器皿上的开始接种标记，开启种子罐出料口电磁阀(27)，开始对平板器皿接种，将菌种培养罐(6)中的菌种喷淋在平板器皿培养基表面，当激光读码器识别平板器皿上的停止接种标记时，菌种培养罐(6)出料口电磁阀(27)关闭，停止接种；④将接种后的平板器皿翻转，使接种面向下置于发酵仓(8)内移动的器皿支架上进行培养发酵，系统重复前述过程，形成连续工艺。
(六)接种了微生物的平板器皿培养基的发酵工艺为了进一步优化本发明工艺，可以在本工艺过程中应用多于一个发酵仓(8)、比如发酵仓(28)来进行培养发酵。①接种面向下置于发酵仓内移动支架上的平板器皿，在发酵仓(8)内随支架根据发酵需要缓慢移动进发酵仓(28)；②发酵仓内的温度由温度传感器与空调系统(9)连锁控制，保证发酵仓内的温度在20-50℃的范围之内；③发酵仓内的湿度由湿度传感器与加湿器连锁控制，保证发酵仓内的湿度在50-99％的范围之内；④发酵仓内的无菌空气供应由CO2浓度传感器与无菌空气进口电磁阀连锁控制，内保证发酵仓内的无菌空气在所需的1-200m3/h范围之内；⑤发酵仓内由动力驱动的平板支架的移动速度，由操作人员依据所发酵的微生物的生长周期设定；⑥达到上述要求后，进入发酵仓内的平板器皿培养基的发酵，整个发酵过程由计算机系统(11)来完成。
(七)重复操作(一)-(六)由最后一个发酵仓的移动支架上连续取出平板器皿，将平板培养基上的菌苔在无菌条件下收集并进入后加工工序，再重复操作(一)-(六)的过程，就形成连续生产。
(八)培养过的培养基，经回收并根据残留营养成分的情况，补料后灭菌使用。
下面参照说明书附图1和说明书附图2并结合实施例，对本发明进行更详尽的描述。
实施例以苏云金芽孢杆菌为例，如图1和图2所示。
(一)菌种苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)，血清型HD-13ab，保藏于CCTCC，在支付一定费用后可以获得。
(二)无菌空气的获得空气压缩机(13)的进气口自地面上方10M以上采集空气，经由空气压缩机将压缩空气通过粗过滤器(14)滤除空气中的固体浮尘和部分水分后，进入压缩空气储气罐(15)，经过空气冷干机(16)进一步除去水分后，进入介质过滤器(17)，接着将压缩空气送进棉花活性炭为过滤介质的可恒温恒压的总过滤器(18)，再经可恒温恒压的分过滤器(19)，使空气的洁净度达到生产要求。无菌空气由分过滤器(20)出口连接种子罐(6)和带有可移动器皿支架的发酵仓(8)。
(三)菌种的生产过程①取取苏云金芽孢杆菌试管斜面菌种制成菌悬液或芽孢悬液；②将过热蒸气通入种子罐(8)进行空罐灭菌，温度为115-126℃，时间为30-45分钟，降温等待装料；③将豆粕粉3％、玉米浆1％、玉米粉4％、酵母粉2％、磷酸二氢钾0.2％、磷酸氢二钾0.2％、氧化钙1％、消泡剂0.3％培养基装入种子罐中，调整PH8.5-9，灭菌后的PH7.0-7.3，封闭后以过热蒸气进行实罐灭菌，温度为115-126℃，时间为35-55分钟。实罐灭菌后，山种子罐带有制冷装置的夹套或管道循环水进行降温和保温，等待接种；④培养基中的遇高温分解的特殊成分可以单独灭菌，在种子罐(8)中培养基灭菌后进入降温和保温阶段时加入种子罐；⑤当种子罐(8)内的培养基温度降至接种温度时，将菌种接入罐中进行菌种放大培养；⑥菌种放大培养时通入的无菌空气，按罐内培养基体积/体积(V/V)计算，通常情况下通入无菌空气的量初期为1∶0.7-1.0后期为1∶1.0-1.5；⑦当种子罐(8)内的菌种生长到适合于接种时的对数初期时，由种子罐带有制冷装置的罐夹套或管道循环水将种子罐的温度降低至10-20℃，降低菌种的生长速度，等待接种平板器皿培养基；⑧种子罐出料口位于放置平板器皿的超净工作台(21)内，平板器皿传送带(25)的上方；⑨可以设置两个以上的种子罐，交替重复进行菌种生产过程。
(四)平板器皿的准备①平板器皿清洗、打包；②将清洗、打包好的平板器皿由平板(1)灭菌器的“污染端”(22)送入，封闭后以过热蒸气进行灭菌，温度为115-126℃，时间为35-55分钟；③减压降温后由设置在无菌工作环境中“卧式双开门高压灭菌器”的“无菌端”(23)取出；④将灭菌好的平板器皿开包后逐个放置于超净工作台(24)内的平板器皿传送带(25)上，等待平板器皿培养基的填装；⑤再重复前述过程，形成连续作业。
(五)平板器皿培养基的准备①将豆粕粉1％、蛋白胨1％、玉米浆1％、玉米粉4％、酵母粉2％、磷酸二氢钾0.2％、磷酸氢二钾0.2％、氧化钙1％、琼脂1.5％，调整PH8.5-9，装入平板器皿培养基配料罐(2)中进行配料；②将过热蒸气通入培养基配料灭菌保温罐(3)中进行空罐灭菌，温度为115-126℃，时间为30-45分钟，之后，降温等待装料；③将平板器皿培养基配料罐(2)中的配料由泵经连接配料罐(2)和灭菌罐的管道注入灭菌罐(3)中，封闭后以过热蒸气进行实罐灭菌，温度为115-126℃，时间为35-60分钟；④灭菌后的培养基经灭菌罐的循环水降温、保温系统将温度降至60-75℃，等待使用；⑤培养基灭菌罐(3)出料口位于放置平板器皿的超净工作台内，平板器皿传送带的上方；⑥以另外一套独立的相同系统重复前述过程。
(六)平板培养基的填料与接种过程①将灭菌好的平板器皿放置于超净工作台(24)内平板器皿传送带(25)上，由传送带运送到培养基灭菌罐(2)出料口时，与培养基灭菌罐出料口电磁阀(26)连锁的激光读码器识别平板器皿上的标记，开启培养基灭菌罐出料口电磁阀(26)，开始对平板器皿填料，培养基的厚度为0.3-18mm，当激光读码器识别平板器皿上的关闭标记时，培养基灭菌罐出料口电磁阀(26)关闭，停止出料；②填料后的平板器皿由平板器皿传送带送至培养基冷却器(5)，当填料后的平板器皿由平板器皿传送带送至培养基冷却器(5)出口时，填料后的平板器皿温度降为30-58℃；③填料后并降温的平板器皿由平板器皿传送带送至超净工作台(21)内菌种培养罐(6)出料口菌种接种器(7)时，与菌种培养罐(6)出料口电磁阀(27)连锁的激光读码器识别平板器皿上的开始接种标记，开启种子罐出料口电磁阀(27)，开始对平板器皿接种，将菌种培养罐(6)中的菌种喷淋在平板器皿培养基表面，当激光读码器识别平板器皿上的停止接种标记时，菌种培养罐(6)出料口电磁阀(27)关闭，停止接种；④将接种后的平板器皿翻转，使接种面向下置于发酵仓(8)内移动的器皿支架上进行培养发酵，系统重复前述过程，形成连续工艺。
(七)培养发酵①接种面向下置于发酵仓内移动支架上的平板器皿，在发酵仓(8)内随支架根据发酵需要缓慢移动进发酵仓(28)；②发酵仓内的温度由温度传感器与空调系统(9)连锁控制，保证发酵仓内的温度在20-50℃的范围之内；③发酵仓内的湿度由湿度传感器与加湿器连锁控制，保证发酵仓内的湿度在50-99％的范围之内；④发酵仓(8)内的无菌空气供应由CO2浓度传感器与无菌空气进口电磁阀连锁控制，当CO2浓度传感器探测到仓内CO2浓度增加时，无菌空气进口电磁阀开大，保证发酵仓内的CO2浓度增加不超过自然条件的2％；⑤发酵仓内转动的器皿支架的转动速度，设定为第一个接种的平板器皿由发酵仓进口运转到发酵仓出口的时间为72小时，即为发酵仓培养周期；⑥达到上述要求后，进入发酵仓内的平板器皿培养基的发酵，整个培养发酵过程由系统(11)来完成。
(八)重复操作(二)-(七)重复操作(二)-(七)的过程，就形成苏云金芽孢杆菌连续生产工艺，由发酵仓的转动支架上连续取出发酵结束的苏云金芽孢杆菌平板培养基，进入后加工工序。
权利要求
1.一种微生物平板连续发酵装置与工艺，其特征在于，以平板培养基为微生物生长载体、在发酵装置内完成发酵的连续发酵过程。
2.根据权利要求1所述的一种微生物平板连续发酵装置，其特征在于，由平板灭菌器、培养基配料罐、培养基灭菌罐、培养基分配器、培养基冷却器、菌种培养罐、菌种接种器、培养仓、无菌空气系统、发酵产物收集器和计算机发酵管理系统构成的发酵装置。
3.根据权利要求1所述的一种微生物平板连续发酵装置与工艺，其特征又在于，所述的平板培养基配方中含有1‰-9％的琼脂基本组分。
4.根据权利要求1所述的一种微生物平板连续发酵工艺，其特征又在于，所述的连续发酵工艺为重复相同的接种、培养和回收操作所形成的连续过程。
5.根据权利要求1所述的一种微生物平板连续发酵装置与工艺，其特征在于，所述的连续发酵工艺为在一个可以提供所培养微生物生长所需温度、湿度、氧气和无杂菌环境的培养仓内、由计算机程序管理完成发酵的。
全文摘要
本发明公开了一种微生物平板连续发酵装置与工艺，其特征在于，以平板培养基为微生物生长载体、在发酵装置内完成发酵的连续发酵过程。连续以单个或多个平板器皿培养基接种并送入发酵仓内进行发酵培养，至第一个接种的在平板培养基上的微生物生长周期结束时，就形成了在生产线的一端进行接种培养基，生产线的另一端产出发酵结束的培养物的连续发酵工艺过程。真正实现了连续的工艺过程，解决了微生物工业发酵工艺间断性生产的问题，使发酵水平提高几倍。本发明人员使用少，投入资金少，设备利用率高，提高了生产效率，大幅度的提高了微生物的发酵水平，减少了作业污染几率，降低了成本。本发明具有生产工艺稳定，不易染菌，产量高、质量好，“三废”排放量很少的优点。
文档编号C12M1/14GK1931998SQ200610140408
公开日2007年3月21日 申请日期2006年10月8日 优先权日2006年10月8日
发明者刘放 申请人:刘放