专利名称：用于培养微生物超大致密菌团的透析培养装置的制作方法
所属技术领域一种固液结合的微生物培养(也称发酵)装置，可用于培养微生物超大致密菌团和低等动物细胞团。微生物超大致密菌团和低等动物细胞团可用作畜禽饲料、医药生化原料、生物化肥原料、纺织原料以及人类食品等。
背景技术：
我们把在人为的条件下，繁育培养微生物以获取各种微生物产品的生产工艺过程叫做发酵。依据发酵时所用培养基的物理状态，我们可以把现有的发酵工艺分为固体发酵和液体发酵两大类型。我国传统酿酒、制醋、酿制酱油酱菜以及各种食用菌的生产多采用固体发酵(培养)方式。而现代发酵工程，尤其是以获取酶、核酸、多糖、抗生素、酒精、柠檬酸以及其他代谢产物为目的的发酵工程，多采用液体发酵方式。现代液体发酵又可以分为罐批发酵、补料分批发酵和连续发酵等多种方式。
固体发酵(培养)的培养基来源广容易制备，设备简单，投资少，容易操作，可以因地制宜，即使感染杂菌或遭到局部污染，可以立即加以清除，而不会造成全盘报废的后果。它的缺点是生产周期长，生产效率低，不便在底物消耗过量时补充养料，以延长微生物的对数生长期，提高产量。
液体发酵生产周期短，生产效率高，补料分批发酵和连续发酵等方式还能适时补充养料，以延长微生物的对数生长期，大幅度提高产量。其缺点是设备复杂，投资大，生产技术难于掌握，特别是产品的后处理的难度很大。在液体发酵整个生产过程中必须对各种技术参数进行严密监控，并及时调整到适宜范围，万一反应器中的温度、溶解氧浓度、pH值、底物与有害产物比等某一项失控，都有可能造成全盘报废的重大损失。液体发酵完成后得到的发酵液，实际上是目的物与培养基残液、各种代谢废物和杂质的混合物，必须把我们需要的目的物从中分离出来并且加以纯化。这种后处理已经成为现代发酵工业的一大瓶颈。据统计，后处理的费用普遍占到微生物产品整个生产成本的60％以上。
因为研制自控透析培养装置的主要目的，就是为了大批量生产某些微生物的超大致密菌团，所以这里要解释一下什么是微生物超大致密菌团。
微生物超大致密菌团，可以说是申请人杜撰的一个名词。通常，我们把由单个(或多个同一种)微生物的菌体或孢子生长繁殖后形成的肉眼可见的微生物群体叫做菌落。所谓致密菌团，则是指体积更大拥有更多更密集微生物个体的菌落，或者由若干菌落聚集在一起的同种微生物的集群。
申请人二十多年前，曾经用自创的“土法上马”的透析培养装置，成功地培养过大块大块成团成团的产朊假丝酵母、白地霉、地衣、木耳、磨菇等微生物超大致密菌团，用作生猪和家禽的饲料，在家乡一带推广，收到过很好的效果。
近十年来陕西、北京、天津等地，频频报道民间发现“怪肉’。这些‘怪肉”都有共同的特点表面颜色深，切开后里面为白色或肉红色，有“血(红色代谢产物)”流出，烧烤有肉香味等。综观这些特性，它们很可能就是微生物细胞(也不排除再生能力强的动物细胞)的集结物，因为它们跟我二十几年前培养的微生物菌团极为相似，这说明自然界本身就有这种存在。不过，自然界的菌落或菌团构成比较复杂，有的含有剧毒或致病物质，不可随便用作饲料。
不论是固体发酵还是液体发酵，一般都难以收获到纯净的微生物超大致密菌团。
发明内容
本发明的的目的是吸取液体发酵和固体发酵各自的优点，研制开发一种由计算机控制的固液结合的透析培养装置。培养基为液态，所培养的微生物则自始至终保持固体状态，它们之间用微孔材料隔离开来。以便按照微生物的不同生长阶段不断补充或更新培养基，为微生物的生长不断提供养分，使之获得充分增殖的条件，生长发育成体积大、密度高的菌团。另外，对于分解纤维素、果胶质、几丁质等能力强的微生物，尽可能采用农作物秸杆、食品加工下脚余料以及其他有机废水废料作为培养基的主要成分，以在生产高蛋白饲料的同时，又能够处理人类生产生活中的废物。
为什么要开发微生物畜禽饲料呢？因为淀粉类和青粗类饲料来源都相当丰富，最缺乏的就是高蛋白饲料，高蛋白饲料可以说是影响畜产品质量、产量和投入/产出比的最最重要的因素。现在国内外多以大豆、鱼粉、畜禽骨血器脏粉等作为蛋白饲料来源，大豆也是人的重要营养来源，用大豆作饲料势必跟人争食物；而用畜禽骨血器脏粉作饲料，又可能给家畜、家禽和人类带来严重或不可预测的疾病。上世纪末因骨粉引发的疯牛病，造成了全世界的恐慌，宰弃肉牛千百万头，欧洲和日本的养牛业遭到了重创！而无毒的酵母、霉菌、大型真菌等的大型致密菌团，含有高蛋白质、适量脂肪、多种动物体必须氨基酸、核苷酸、多糖、维生素、微量元素以及抗生素等，营养丰富，而且有一定的防病治病功能，尚可作人类食品，自然可以当作一种高蛋白畜禽饲料来源进行开发利用。微生物饲料不仅营养丰富，而且非常安全，极有利于畜禽的生长、繁殖和健康。微生物饲料可以工厂化大规模连续式生产，加上原料低廉，生产成本很低，售价也可以很便宜，更有利于畜牧业的发展。
透析培养装置还可以用来生产其他用途的微生物，如医用微生物、农用微生物等。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案本发明由生物透析培养反应器、培养架和无菌培养仓构成，其中培养架安装在无菌培养仓内，透析反应器吊挂在培养架上。兹分别叙述如下一.吸取液体发酵和固体发酵各自的长处，研制微生物透析培养反应器(简称透析反应器)。
透析反应器是本发明的核心内容，最简单的透析反应器单元如附图1所示。
透析反应器的主体(1)可用微孔陶瓷或者木材等生物材料做成，内部是空腔，可以叫做内腔(2)。内腔的容积可做成10-20L大小。培养基为液态(3)，盛于透析反应器的内腔。微生物菌种(4)则接种于透析反应器的外表面。透析反应器顶盖(7)用于封闭透析反应器的主体的内腔，顶盖上有一个吊环(8)，用来吊挂透析反应器。
从图1我们可以看到，微生物是通过透析反应器的渗透作用来获取培养基的养分的。培养基进口(5)平时跟培养基传输管道(9)是断开的，只有需要向反应器内腔注入培养基时才与培养基传输管道连接。应该按照微生物的不同生长阶段通过进口不断补充相应的培养基，以便给微生物的生长不断提供养分，使之获得充分增殖的条件，生长发育成体积大、密度高的菌团。为了杀灭可能渗入反应器腔内的微生物，可以提高新添加的培养基温度(50-70℃为宜)，或者给腔内的培养基短时加温。废旧培养基通过培养基出口(6)排出。
二.一个完整的透析培养装置可以由数十个甚至上百个透析反应器单元构成，分层分行悬挂在多层结构的培养架上。培养架如附图2所示，其中1为支架，2为挂钩，3为透析反应器。
三.悬挂着多层透析反应器的培养架，安装于与外界完全隔绝的无菌培养仓内。无菌培养仓如附图3所示，其中1为仓体，2为接种窗，3为培养基传输管道，4为废旧培养基排出管道，5为输气/排气阀，6为培养架，7为透析反应器。无菌培养仓也应该安装在无菌室或无菌的生产车间内。接种时打开接种窗，用接种针或接种枪向透析反应器上接种目的微生物菌种；假如微生物局部发生感染，也通过接种窗及时加以清除，完成后立即关上。需要时，通过培养基传输管道向透析反应器内腔注入新鲜液体培养基，通过排出管道排除废旧培养基；万一培养基发生感染，也随时通过培养基传输管道向透析反应器内腔注入高温液体培养基，以达到灭菌的目的，完成后立即关紧龙头。需要时，通过输气/排气阀抽出无菌培养仓内的废气，输入洁净新鲜的空气。
在小型工厂内，而且对生产的灭菌要求又不是特别严格的情况下，可以用无菌室替代无菌仓。
透析培养装置适宜于培养好气性真菌，如啤酒酵母、热带假丝酵母、白地霉、华根霉和各种食用蕈的生产，以及低等动物的细胞培养，尤其适宜于以获取菌体或子实体等微生物本体的发酵工程。
实用蕈如果作为饲料开发，在生产过程中当菌丝体生长发育到高峰时即可采收，不需要等到其转化成为菌蕾或子实体，以提高产量和缩短生产周期。如果作为食品开发，当然应当实现菌体完整的生长周期，并且采用适当措施促使菌丝生长出更多更大的子实体。
跟现有的发酵装置相比，本发明的有益效果是传统的固体发酵设备简单，成本低，但劳动强度大，生产周期长，产量低。传统的液体发酵设备虽然节约劳动力，生产周期短，易于自动控制，能够大幅度提高质量和产量。但是设备复杂，造价昂贵，生产技术难于掌握，特别是产品的后处理的难度很大，一旦感染，损失惨重。同时这两类传统发酵工具，除了大型真菌的子实体外，其初级产品(包括微生物的营养器官、繁殖器官和代谢产物)大都不能形成固态的大型致密菌团。
本发明是一种集液态和固态发酵方法之优点为一体的微生物培养设备，不仅能够方便地配制、灭菌、消毒和传输培养基，还能够依据微生物生长周期的需要适时适量地补给水分、养料、光照和空气等，是一种能大量生产微生物超大致密菌团的新技术。
由于透析培养装置在微生物发酵过程中，成功地把微生物细胞跟培养液隔离开来了。培养基是液态的，所培养的微生物则自始至终保持固体状态。这样可以带来如下好处一、随时可以根据需要补充、更换新的不同构成或比例的培养基，从而充分延长微生物的对数生长期，使之不断增殖形成几乎完全由微生物细胞紧密积聚而成的菌团。
二、可以分别对培养基和微生物进行必要处置，两者“井水不犯河水”。例如培养基发生感染，可以随时进行灭菌或者更换，而不影响微生物的正常生长；假如微生物局部发生感染，可以及时清除微生物的局部杂菌，而不会酿成全盘失败的后果。
三、所培养的微生物自始至终保持固体状态，且不与培养基相混合，从而大大简省了发酵的“下游”工作，可以使发酵的后处理变得极其简单。废旧培养液也能够方便地回收或者从中提取有用的物质(包括代谢产物)。
图1是透析反应器的结构示意图，其中1为透析反应器主体，2为内腔，3为液体培养基，4为微生物菌种，5为培养基进口，6为培养基出口，7为透析反应器顶盖，8为吊环，9为培养基传输管道。
图2是培养架的结构示意图，其中1为支架，2为挂钩，3为透析反应器。
图3是无菌培养仓的结构示意图，其中1为仓体，2为接种窗，3为培养基传输管道，4为废旧培养基排出管道，5为输气/排气阀，6为培养架，7为透析反应器。
实现本发明的最好方式一.按照图2所示的结构，用聚碳酸脂、聚芳砜或其他高分子合成材料注塑成培养架，并且将安装在无菌培养室或无菌车间内。
二.按照图1所示的结构，将较粗的原木截断，中央挖空，制成透析反应器主体，并且在体壁上部和下部适当部位各钻一个插孔；用聚碳酸脂、聚芳砜或其他高分子合成材料注塑成带吊环的顶盖、培养基进口和培养基出口等；将带吊环的顶盖封住透析反应器主体上端，将培养基进口插入体壁上部的插孔，将培养基出口插入下部的插孔，并一一用强力粘接剂粘牢。把若干制造好了的透析反应器通过吊环，挂到培养架的挂钩上。
三.先将无菌培养仓仓体划分成若干部分，接着用透明无毒的有机玻璃制作各仓体部分，用聚碳酸脂、聚芳砜或其他高分子合成材料注塑成培养基传输管道、废旧培养基排出管道和输气/排气阀，再按照图1所示的结构，在培养架的四周和上部拼装好无菌培养仓仓体，并把培养基传输管道、废旧培养基排出管道和输气/排气阀安装到无菌培养仓仓体上。到此一个透析培养装置宣告制造完成。
权利要求
1.一种固液结合的微生物培养装置，由透析反应器、培养架和无菌培养仓构成，其特征是培养架安装在无菌培养仓内，透析反应器吊挂在培养架上。
2.权利要求1所述的透析反应器，其特征是用微孔陶瓷或者木材等生物材料做成，内部是空腔，液态培养基盛于透析反应器的空腔内，微生物菌种则接种于透析反应器的外表面。
全文摘要
一种固液结合的微生物培养装置，由透析反应器、培养架和无菌培养仓构成，不仅能够方便地配制、灭菌、消毒和传输培养基，还能够适时适量地补给水分、养料、光照和空气等，充分延长微生物的对数生长期，使之不断增殖形成超大致密菌团。微生物始终保持固体状态，不与培养基相混合，能够分别对培养基和微生物进行灭菌、清除感染等必要处置，大大简化了发酵的后处理工作。所生产的超大致密菌团可用作畜禽饲料、医药原料、生物化肥及纺织原料等。
文档编号C12M1/00GK1752200SQ20041004677
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月20日 优先权日2004年9月20日
发明者田志祥, 张晓 申请人:湖南大学