一种摇瓶发酵反应装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开一种摇瓶发酵反应装置及其使用方法，属于发酵领域，包括反应器、内置物，所述内置物置于反应器内，内置物与反应器之间有间隙。本发明通过改善生物反应器内部结构，运用流体动力学知识，提高反应器内固液混合、气液混合效果，进而优化原有工艺下的摇瓶发酵水平，进一步可以改善某一品种摇瓶发酵工艺，从而打破原有工艺的摇瓶发酵水平极限。
【专利说明】
一种摇瓶发酵反应装置及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及发酵领域，特别涉及一种能够提高摇瓶发酵水平的反应装置。
【背景技术】
[0002]发酵指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。发酵有时也写作酿酵，其定义由使用场合的不同而不同。通常所说的发酵，多是指生物体对于有机物的某种分解过程。发酵是人类较早接触的一种生物化学反应，如今在食品工业、生物和化学工业中均有广泛应用。
[0003]摇瓶发酵则是在上述发酵过程所需菌种的选育、扩培、能力测试等，除了为生产提供菌种外，还是小试研究的主要方面。
[0004]因为当前摇瓶发酵仍处于传统模式，其结构、配置、工艺与大型专用设备的搅拌通气发酵均存在较大落后，其最终结果也远远不如大生产的搅拌通气发酵水平，其传统认为摇瓶发酵只能进行定性分析，不能定量研究。为此，如何正确开展摇瓶发酵优化工作，成为该领域普遍关注的课题。
[0005]例如红霉素生物发酵，375m3发酵罐正常放罐红霉素A为4000?7500u/ml，250ml摇瓶正常放瓶红霉素A为3500?4000u/ml，显而易见生产水平差距非常之大，同时也反映了摇瓶发酵优化工作的难度较大，且进步较缓慢。
[0006]上述提到的摇瓶发酵优化工作，类似专利“挡板摇瓶”，授权公告号为CN204058463U是根据大型发酵设备复制而来，并未考虑两种发酵的搅拌模式的不同，且不能通过流体动力学相关知识进行论证，经多次验证挡板摇瓶不能明显的提高现有传统摇瓶发酵水平。
【发明内容】
[0007]本发明公开一种摇瓶发酵反应装置及应用其提高摇瓶发酵水平的方法，通过改善生物反应器内部结构，运用流体动力学知识，提高反应器内固液混合、气液混合效果，进而优化原有工艺下的摇瓶发酵水平，进一步可以改善某一品种摇瓶发酵工艺，从而打破原有工艺的摇瓶发酵水平极限。
[0008]为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0009]本发明公开的一种摇瓶发酵反应装置，包括反应器、内置物，所述内置物置于反应器内，内置物与反应器之间有间隙。
[0010]优选的，所述内置物包括第一纵向板、第二纵向板，所述第一纵向板与第二纵向板相互交叉连接且垂直，第一纵向板的中心轴与第二纵向板的中心轴重叠。
[0011]优选的，所述第一纵向板与第二纵向板均为大小相等的圆形板。
[0012]进一步的，还包括横向板，所述横向板与第一纵向板和第二纵向板均相互交叉连接且垂直，横向板的圆周、第一纵向板的圆周、第二纵向板的圆周均在同一球面。
[0013]进一步的，包括至少一块第二纵向板a，所述第二纵向板a与第一纵向板相互交叉连接，第二纵向板a与第二纵向板平行，第二纵向板a的圆周均在所述球面。
[00M]优选的，还包括至少一块横向板a，所述横向板a与第一纵向板相互交叉连接，横向板a与横向板平行，横向板a的圆周均在所述球面。
[0015]优选的，所述第一纵向板、第二纵向板、横向板、第二纵向板a、横向板a为不锈钢材质或者硅胶材质。
[0016]进一步的，所述内置物包括螺旋板、直板，所述直板穿过螺旋板的中心轴，直板与螺旋板连接，直板的边缘位于螺旋板的外轮廓面上，所述螺旋板有一块，所述直板至少有一块。
[0017]本发明公开的一种摇瓶发酵反应方法，它是采用所述的一种摇瓶发酵反应装置进行发酵。
[0018]优选的，发酵时，所述内置物与反应器内反应液质量比的范围为1:1至1:20。
[0019]本发明具有以下有益效果:
[0020]1.本发明结构精巧，使用方便；
[0021 ] 2.板与板的连接处构成刚性部，其余部位为弹性部，刚性部与弹性部相互交替排列，能让内置物在反应器内发生不规整运动；
[0022]3.构成体型的板的数量不同，其刚性部与弹性部的比例不同，其运动能力不同，进而达到不同的搅拌效果；
[0023]4.搅拌板之间相互垂直，不会产生死角，从而避免混合不均；
[0024]5.搅拌板为圆形，使得内置物为类球形，能够提高内置物的不规整运动性；
[0025]6.螺旋板与直板构成的内置物，在摇瓶反应器中主要发生滚动，搅拌更为柔和；
[0026]7.搅拌板为不锈钢材质或者娃胶材质，能够避免内置物与反应液反应；
[0027]8.添加内置物可以改变培养液的密度和装液体积，而不影响培养液地
[0028]浓度和原有成分，当外界提供离心力时，会增强固液混合、气液混合；
[0029]9.当外界提供阻力时，因内置物各点力学强度不同，则形变幅度不同，该内置物将会发生类似于地球围绕太阳进行公转的同时进行不规则自转，自转的规则性取决于反应器生物发酵时的密度变化规律，此时会较明显增强固液混合、气液混合效果，从而达到提高摇瓶发酵水平；
[0030]10.本发明内置物适用于所有液态深层培养的微生物发酵；
[0031]11.本发明内置物适用于需氧、厌氧、兼性好氧型的微生物发酵。
【附图说明】
[0032]图1为实施例一的结构示意图；
[0033]图2为图1的正视图；
[0034]图3为图2的俯视图；
[0035]图4为实施例二的结构示意图；
[0036]图5为图4的正视图；
[0037]图6为图4的俯视图；
[0038]图7为实施例三的结构示意图；
[0039]图8为图7的正视图；
[0040]图9为图8的左视图；
[0041]图10为实施例四的结构示意图；
[0042]图11为图10的正视图；
[0043]图12为图11的左视图；
[0044]图13为实施例五的结构示意图；
[0045]图中:1-第一纵向板、2-第二纵向板、3-横向板、4-第二纵向板a、5-横向板a、6_螺旋板、7-直板。
【具体实施方式】
[0046]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
[0047]本发明公开的一种摇瓶发酵反应装置，包括反应器、内置物，内置物置于反应器内，内置物与反应器之间有间隙。
[0048]内置物的实施例一:
[0049]如图1-3所示，内置物包括第一纵向板1、第二纵向板2，第一纵向板I与第二纵向板2相互交叉连接且垂直，第一纵向板I的中心轴与第二纵向板2的中心轴重叠。
[0050]优选的，第一纵向板I与第二纵向板2均为大小相等的圆形板。
[0051 ]优选的，第一纵向板1、第二纵向板2为不锈钢材质或者硅胶材质。
[0052]内置物的实施例二:
[0053]如图4-6所不，在实施例一中添加一块横向板3，横向板3与第一纵向板I和第二纵向板2均相互交叉连接且垂直，横向板3的圆周、第一纵向板I的圆周、第二纵向板2的圆周均在同一球面，使得球体表面的刚性部板与板的连接处由原来的两个变为六个。
[0054]内置物的实施例三:
[0055]如图7-9所示，在实施例二中添加两块第二纵向板a4，第二纵向板a4与第一纵向板I相互交叉连接，第二纵向板a4与第二纵向板2平行，第二纵向板a4的圆周均在球面，使得球体表面的刚性部由原来的六个变为十四个。
[0056]内置物的实施例四:
[0057]如图10-12所不，在实施例三中添加两块横向板a5，横向板a5与第一纵向板I相互交叉连接，横向板a5与横向板3平行，横向板a5的圆周均在球面，使得体型表面的刚性部I由原来的十四个变为三十个。
[0058]内置物的实施例五:
[0059]如图13所示，包括螺旋板6、直板7，直板7穿过螺旋板6的中心轴，直板7与螺旋板6连接，直板7的边缘位于螺旋板6的外轮廓面上，螺旋板3有一块，直板4有两块，两块直板4相互垂直。
[0060]进一步的，螺旋板6、直板7为不锈钢材质。
[0061 ]优选的，螺旋板6、直板7为硅胶材质。
[0062]本发明的适用工艺:
[0063](I)三角锥形瓶作为生物反应器，内置物的材质为不锈钢、硅胶，某一品种摇瓶发酵工艺为微生物发酵；
[0064](2)内置物的形状为非实心球形、螺旋形、不规则螺旋形；
[0065](3)内置物与反应器内反应液质量比的范围为1/1?1/20;
[0066](4)内置物耐受温度范围为O °C?150 0C、耐受酸碱pH范围为2?13、耐受压力为O?0.2MPa；
[0067](5)某一品种摇瓶发酵工艺的反应液裝液体积改变范围在5%?20% ;
[0068](6)某一品种摇瓶发酵工艺为所有液态深层培养的微生物发酵；
[0069](7)某一品种摇瓶发酵工艺为需氧，厌氧，兼性好氧型的微生物发酵。
[0070]实验例:
[0071]取10ml红色糖多孢菌摇瓶配方培养液，分成四等份分别置入清洁的300ml三角摇瓶A/B/C/D中，再向此A/C摇瓶内添加本发明内置物。所有摇瓶再经过灭菌，接种，160h小时红霉素摇瓶发酵工艺培养，放瓶后，A/C瓶红霉素A组分为5280u/ml，B/D瓶红霉素A组分为3965u/ml，经计算本发明提高摇瓶发酵水平33.17%。
[0072]当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种摇瓶发酵反应装置，其特征在于:包括反应器、内置物，所述内置物置于反应器内，内置物与反应器之间有间隙。2.根据权利要求1所述的一种摇瓶发酵反应装置，其特征在于:所述内置物包括第一纵向板(I)、第二纵向板(2)，所述第一纵向板(I)与第二纵向板(2)相互交叉连接且垂直，第一纵向板(I)的中心轴与第二纵向板(2)的中心轴重叠。3.根据权利要求2所述的一种摇瓶发酵反应装置，其特征在于:所述第一纵向板(I)与第二纵向板(2)均为大小相等的圆形板。4.根据权利要求3所述的一种摇瓶发酵反应装置，其特征在于:还包括横向板(3)，所述横向板(3)与第一纵向板(I)和第二纵向板(2)均相互交叉连接且垂直，横向板(3)的圆周、第一纵向板(I)的圆周、第二纵向板(2)的圆周均在同一球面。5.根据权利要求4所述的一种摇瓶发酵反应装置，其特征在于:还包括至少一块第二纵向板a(4)，所述第二纵向板a(4)与第一纵向板(I)相互交叉连接，第二纵向板a(4)与第二纵向板(2)平行，第二纵向板a(4)的圆周均在所述球面。6.根据权利要求5所述的一种摇瓶发酵反应装置，其特征在于:还包括至少一块横向板a(5)，所述横向板a(5)与第一纵向板(I)相互交叉连接，横向板a(5)与横向板(3)平行，横向板a(5)的圆周均在所述球面。7.根据权利要求6所述的一种摇瓶发酵反应装置，其特征在于:所述第一纵向板(1)、第二纵向板(2)、横向板(3)、第二纵向板a(4)、横向板a(5)为不锈钢材质或者硅胶材质。8.根据权利要求1所述的一种摇瓶发酵反应装置，其特征在于:所述内置物包括螺旋板(6)、直板(7)，所述直板(7)穿过螺旋板(6)的中心轴，直板(7)与螺旋板(6)连接，直板(7)的边缘位于螺旋板(6)的外轮廓面上，所述螺旋板(3)有一块，所述直板(4)至少有一块。9.一种摇瓶发酵反应方法，其特征在于:它是采用权利要求1-7任意一项所述的一种摇瓶发酵反应装置进行发酵。10.根据权利要求9所述的一种摇瓶发酵反应方法，其特征在于:发酵时，所述内置物与反应器内反应液质量比的范围为1:1至1:20。
【文档编号】C12M1/00GK105950437SQ201610282058
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】程玲利, 赵鑫, 张婷, 袁彬青, 周路, 冯雪贵, 姜开亮, 赵晓龙, 余洪, 邓旭衡, 刘思川, 葛均友, 万阳浴
【申请人】伊犁川宁生物技术有限公司