智控益生菌液体发酵器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种智控益生菌液体发酵器，包括外筒装置、内筒装置、碱液贮筒装置以及功能控制系统，发酵容量为100L—2000L，通过自控培养温度以及可调气液混合动力搅拌及供氧等方式高效率、高质量、低成本智控生产制备液体益生菌产品，适用于工厂规模化生产以及实验室研究工作。
【专利说明】智控益生菌液体发酵器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于生物发酵设备领域，具体涉及一种智控益生菌液体发酵器。
【背景技术】
[0002]面对当前国内外抗生素滥用所造成的严重危害性局面，寻求抗生素替代品对抗致病菌，有效调控动物和人消化道微生态环境，改善机体代谢，提高免疫力，促进动物生长等已成为当务之急。益生菌是动物和人机体不可缺少的一部分的观点已成为共识，是抗生素替代品的优选对象，但如何高效率、高质量、低成本生产制备可靠的益生菌产品成为当前关注的热点之一。
[0003]目前，传统的好氧菌(主要是芽孢杆菌类)发酵搅拌是依靠电动机带动附有叶片的搅拌轴，机械性转动，使培养底物得以混合，存在的问题是需要配置大功率电动机，能耗大，更重要的问题是局部区域搅拌强度偏大，机械撞击作用容易导致菌体的破裂，外围液体搅拌偏弱，搅拌不均匀，而且这类机械性搅拌，液体内部供氧不充分，好氧菌发酵条件不优化。此外，传统液体发酵的管道配置繁杂，结构落后，生产效率低下，终产品产量很低，发酵生产成本高。
[0004]利用本实用新型智控益生菌液体发酵器培养好氧菌群，发酵状态及相关条件稳定，终产品质量好，产量高。总体发酵容量100L — 2000L，由304号不锈钢材料制成。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种智控益生菌液体发酵器，发酵容量为100L — 2000L，通过自控培养温度以及可调气液混合动力搅拌及供氧等方式高效率、高质量、低成本智控生产制备液体益生菌产品，适用于工厂规模化生产以及实验室研究工作。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种智控益生菌液体发酵器，由外筒装置及其固定在外筒装置底部内筒支架上的内筒装置，与外筒装置和内筒装置连接的碱液贮筒装置以及功能控制系统组成，外筒装置的上方设有外筒盖，所述外筒装置中设有气、液混合动力搅拌及供氧系统以及智控浴水电加热及自动凉水循环降温系统；此外，外筒装置的外筒壁上设有浴水水位视窗和外筒短探头温度表；所述外筒盖上设置有4套滤清气窗，并分别配有空气滤清器，以及设有采样器和外筒盖长探头温度表，其温度表的探头延伸至内筒装置培养液中；
[0008]所述气、液混合动力搅拌及供氧系统包括液动力辅助系统和气动力辅助系统，两者分别连接至内筒装置底部的三通气、液动力混合器，液动力辅助系统包括料液泵，料液泵输出液管，料液泵输入液管及其附设料液泵输入口管上的碱液单向输入装置，料液泵输入液管与内筒装置中的培养液相通，料液泵输出液管一端连接料液泵，另一端与内筒装置底部的三通气、液动力混合器相通，其料液泵入口处设有碱液单向输入装置，连接来自碱液贮筒装置的碱液输出阀的管道，气动力辅助系统包括气泵、气泵输出气管，气泵空气滤清器，外筒装置中的气泵的进气口与气泵空气滤清器连接，其气泵输出气管与内筒装置底部的三通气、液动力混合器连接，三通气、液动力混合器位于内筒装置底部，包括三通管内液管、三通管外气管和气、液混合管，其中，三通管内液管位于三通管外气管结构内，其进液口与料液泵输出液管连接，其出液口进入气、液混合管入口处，三通管外气管入口处与气泵输出气管连接；
[0009]所述的智控浴水电加热装置包括电热偶及电热管、外筒装置的外筒侧壁中间部位设有电热偶，所述的自动循环凉水降温装置包括设于外筒装置外侧壁的上浴水复合阀和下浴水复合阀，上浴水复合阀和下浴水复合阀分别通过三通管结构组成自动控制电磁阀和手动快开阀并与外筒装置内的浴水相通；
[0010]所述的碱液贮筒装置的贮筒壁上部接口经三通管与碱液回流管连接；其贮筒壁下部接口经三通管与碱液输入贮筒副阀连接，在其上下两个三通管之间连接有水位指示管，自下而上在碱液输入贮筒副阀和碱液回流管之间，依次连接有碱液输入贮筒主阀，碱液泵，碱液输出阀，碱液回流阀，相互构成通路，碱液泵提供动力，碱液输出阀的碱液输出管与液动力辅助系统中料液泵入口处的碱液单向输入装置连接，碱液贮筒盖与碱液贮筒装置连接；
[0011]所述的外筒盖中心设有球柄式吊臂开闭装置，通过启闭器及启闭气缸与空气压缩机相联，外筒盖上设有只小型平衡气缸与启闭器相联，外筒盖与外筒法兰接触处，外筒盖内侧面外周设有梯形槽，呈外窄内宽，镶嵌硅胶条(横截面IOmmXlOmm)以保持密封状态。
[0012]通过气动方式开启外筒盖后，外筒盖保险卡将自动锁定，外筒盖要关闭时，可脱开保险卡，以保证工作安全性。
[0013]所述的功能控制系统的电气箱设有电压表、电流表、气动、液动控制、智控益生菌液体发酵器所有功能的相关电器、智能化控制仪及手动按钮、信号灯、空开和降温风扇。
[0014]正常工作状态下，主要工作参数分别为:温度37.0±0.1°C (微电脑温度控制仪可任意调节温度值)，pH6.2±0.1 (pH微电脑控制仪可任意调节pH值)，气动搅拌3min静息2min(微电脑定时器任意调节控制)，发酵时间:任意设定时间(微电脑定时器)。根据不同生产目的，可工厂规模化制备不同种类的菌液和特定菌质，是绿色功能性益生菌饲料添加剂和功能性食品生产的关键设备。
[0015]本实用新型的有益效果如下:
[0016]1.采用微电脑技术精确控制相关发酵条件，可使有氧发酵更趋于稳定和高效；
[0017]2.采用自行研制的气液混合动力搅拌及供氧技术可在液体中产生强大的横向推动力，发挥强力而均匀柔和的搅拌作用更有利于益生菌与营养底物的混合利用，同时也可为培养液中需氧益生菌提供充足的空气氧，极大地改善需氧发酵效率和质量；
[0018]3.在有氧发酵中，通过气液混合动力搅拌及供氧方式可加大空气氧量并配合手动控制pH装置可稳定控制液体pH在适宜水平而大幅减少碱液使用量，同时使输入的高浓度碱液瞬间被稀释而避免对益生菌群的伤害，更有利于需氧益生菌发酵质量与效率；
[0019]4.采用自控浴水加热和循环水降温方式可不受环境温度影响进行低温需氧益生菌培养；
[0020]5.智控益生菌液体发酵器发酵容量为100L — 2000L，适用于工厂规模化生产以及
实验室研究工作。
[0021]本实用新型采用304号不锈钢材料制造，并采用微电脑技术实现相关功能的自动控制，可用于好氧性益生菌的液体培养。
[0022]智控益生菌液体发酵器主体结构组成及工作原理:
[0023]智控益生菌液体发酵器主体结构由外筒装置及其固定在外筒装置底部内筒支架上的内筒装置，与外筒装置和内筒装置连接的碱液贮筒装置以及功能控制系统组成。
[0024]由微电脑技术控制相关培养工作条件，培养温度可实行加温和降温控制，气、液混合动力搅拌及供氧系统实行益生菌与营养底物的混合接触和充分的有氧代谢。此外，增加进气量还可与pH手动调控系统配合控制有氧发酵液体pH值适宜水平的相对稳定，减少碱液用量。根据不同生产目的，可工厂规模化生产益生菌产品，制备不同的特定菌质，是功能性需氧益生菌培养的关键设备。
[0025]具体操作方法如下:
[0026]接通电源，开闭罐盖使用气压系统完成。内筒加入培养液、营养底物和菌种后，启动温控系统，气、液混合动力搅拌供氧系统等相关功能按钮，即可正常工作。
[0027]使用时的注意事项如下:
[0028]1.输入电压及电加热器电压380V，电器控制柜内电压220V。
[0029]2.气缸调节阀经调试后，不得随意变动。
[0030]3.若停止生产:
[0031]a须及时清理管道系统中的碱液。
[0032]b拆卸内罐时需将罐盖处温度表探头缩回，以免损坏。
[0033]4.停机后需放尽空压机内余气，并定期排水进行常规保养。
[0034]5.注意保护筒盖密封圈，以免损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是智控益生菌液体发酵器结构示意图的主视图；
[0036]图2是智控益生菌液体发酵器结构示意图的俯视图；
[0037]图3是智控益生菌液体发酵器结构示意图的左视图；
[0038]图4是智控益生菌液体发酵器气液动力混合器结构示意图的主视图；
[0039]图5是智控益生菌液体发酵器碱液贮筒装置结构示意图的主视图；
[0040]图6是智控益生菌液体发酵器的功能控制系统电路图；
[0041]图7是益生菌液体发酵活菌数平均值随时间变化图；
[0042]图8是不同批次益生菌发酵液pH平均值随时间变化图；
[0043]图9是益生菌液体发酵MCP平均值随时间变化图；
[0044]其中图1-5中:1、启闭气缸；2、启闭器；3、平衡气缸；4、气泵；4_1气泵输出气管；4-2气泵空气滤清器；5、外筒盖；6、浴水水位视窗；7、外筒装置；8、内筒装置；9、外筒短探头温度表；10、三通气、液动力混合器；10-1、三通管外气管；10-2、三通管内液管；10-3、气液混合管；10-4、混合气液出口 ；11、内筒支架；12、料液泵；12-1、料液泵输出液管12-2、料液泵输入液管12-3、碱液单向输入装置13、滤清气窗；14、采样器；15、外筒盖长探头温度表；16、上浴水复合阀；17、电热耦；18、下浴水复合阀；19、碱液贮筒装置；19-1、碱液贮筒盖；19-2、碱液回流管；19-3、水位指示管；19-4、碱液输出阀；19_5、碱液泵；19_6、碱液输入贮筒主阀；19-7、回气装置；19-8、碱液回流阀；19-9碱液输入贮筒副阀。【具体实施方式】
[0045]以下结合附图对本实用新型作进一步阐述。
[0046]实施例一:
[0047]如图1、2、3、4、5所示，本实用新型提供了一种智控益生菌液体发酵器，由外筒装置7及其固定在外筒装置7底部内筒支架11上的内筒装置8，与外筒装置7和内筒装置8连接的碱液贮筒装置19以及功能控制系统组成，外筒装置7的上方设有外筒盖5，所述外筒装置7中设有气、液混合动力搅拌及供氧系统以及智控浴水电加热及自动凉水循环降温系统；此外，外筒装置7的外筒壁上设有浴水水位视窗6和外筒短探头温度表9 ;其外筒盖5上设置有4只滤清气窗13，并分别配有空气滤清器，以及设有采样器14和外筒盖长探头温度表15，其温度表的探头延伸至内筒装置培养液中；
[0048]所述气、液混合动力搅拌及供氧系统包括液动力辅助系统和气动力辅助系统，两者分别连接至内筒装置8底部的三通气、液动力混合器10，液动力辅助系统包括料液泵12，料液泵输出液管12-1，料液泵输入液管12-2及其附设料液泵输入口管上的碱液单向输入装置12-3。料液泵输入液管12-2与内筒装置8中的培养液相通，料液泵输出液管12-1 —端连接料液泵12，另一端与内筒装置8底部的三通气、液动力混合器10相通，继而通至培养液，由料液泵12提供动力，构成培养液内部循环方式协同气动力辅助系统执行搅拌功能，其料液泵入口处设有碱液单向输入装置12-3，连接来自碱液贮筒装置19的碱液输出阀19-4的管道，完成碱液单向输入内筒装置8中的培养液，执行调控培养液pH的功能，所述气动力辅助系统包括气泵4、气泵输出气管4-1，气泵空气滤清器4-2。外筒装置7中的气泵4的进气口与气泵空气滤清器4-2连接，其气泵输出气管4-1与内筒装置8底部的三通气、液动力混合器10连接，继而通至培养液，该系统与液动力辅助系统协同工作，执行培养液的搅拌与充分供氧功能，所述三通气、液动力混合器10位于内筒装置8底部，包括三通管内液管10-2、三通管外气管10-1和气、液混合管10-3。其中，三通管内液管10-2位于三通管外气管10-1结构内，其进液口与料液泵输出液管12-1连接，其出液口进入气、液混合管10-3入口处，三通管外气管10-1入口处与气泵输出气管4-1连接；在气、液混合管10-3中，伴随料液泵12和气泵4产生的压力实行气液的充分混合；
[0049]所述的智控浴水电加热装置用于加热外筒装置7内的浴水，包括电热偶17及电热管，设于外筒侧壁中间部位的电热偶17将监测到的温度信息传输给功能控制系统的温控仪，转而控制外筒底部的电热管的工作或停止，调控维持所设定的浴水温度；自动循环凉水降温装置用于降低外筒装置7中的浴水温度，包括设于外筒装置7外侧壁的上浴水复合阀16和下浴水复合阀18，上浴水复合阀16和下浴水复合阀18分别通过三通管结构组成自动控制电磁阀和手动快开阀并与外筒装置7内的浴水相通，其电磁阀受功能控制系统的控制，同样由电热偶17将监测到的温度信息传输给功能控制系统的温控仪，再控制电磁阀的打开或关闭。当发酵液培养温度需要低于室温时，可自动控制输入低温浴水(如自来水或冰水)，并同步输出相当于进水量的高温浴水，调控维持所设定低于环境温度的浴水温度；上浴水复合阀16和下浴水复合阀18中的手动快开阀可直接用于手动控制外筒装置7中的浴水进出；
[0050]所述的碱液忙筒装置19,的忙筒壁上部接口经三通管与碱液回流管19-2连接；其贮筒壁下部接口经三通管与碱液输入贮筒副阀19-9连接，在其上下两个三通管之间连接有水位指不管19-3,用于观察碱液的输入量与输出量以及碱液忙筒内碱液忙量情况；自下而上在碱液输入贮筒副阀19-9和碱液回流管19-2之间，依次连接有碱液输入贮筒主阀19-6，碱液泵19-5，碱液输出阀19-4，碱液回流阀19_8，相互构成通路，碱液泵19_5提供动力，碱液回流阀19-8在碱液输入或输出时，将一直处于不同程度的开放状态，这可形成碱液输入通路，也可在碱液输出时，调节碱液回流阀19-8而控制碱液输出压力及速度以及缓解碱液泵19-5工作负荷，在碱液输出时，打开碱液输入贮筒副阀19-9和碱液输出阀19-4，关闭碱液输入贮筒主阀19-6，启动碱液泵19-5工作，输出碱液，关闭碱液泵19-5停止输出碱液，根据水位指示管19-3中液位水平变化控制碱液泵19-5的启动或关闭，当需要输入碱液进入碱液贮筒装置19的贮筒内时，可关闭碱液输入贮筒副阀19-9和碱液输出阀19-4，同时打开碱液输入贮筒主阀19-6，启动碱液泵19-5工作，观察水位指示管19-3中液位水平变化，根据PH测定仪检测数据，控制输入贮筒的适宜碱液量，适时停止碱液泵19-5工作，碱液输出阀19-4的碱液输出管与液动力辅助系统中料液泵12入口处的碱液单向输入装置12-3连接。用于向内筒装置8中的培养液单向输入碱液，其工作时能使输入料液泵的高浓度碱液瞬间被完全稀释，碱液贮筒盖19-1与碱液贮筒装置19连接，通过密封圈密封，滤清空气从空气回流孔19-7进入，其进入量与碱液输出量相平衡；
[0051]所述的功能控制系统(附电路图图6.)与内筒装置8和外筒装置7相连，通过微电脑控制仪智能化控制整个发酵系统相关功能的自动运行；包括用于接受电热耦17传入的浴水温度信息，并通过微电脑控制仪智能化控制浴水的升温或降温，并维持培养液适宜液温；实行气、液混合动力搅拌及供氧系统的正常运行及其工作-静息循环工作周期时控；以及设于功能控制系统中的发酵定时的蜂鸣报警器工作。
[0052]所述的外筒盖5中心设有球柄式吊臂开闭装置，通过启闭器2及启闭气缸I与空气压缩机相联，气动式控制外筒盖5的开启与关闭，外筒盖5上设有2只小型平衡气缸3与启闭器2相联，保持外筒盖5开、启过程中平稳适当的姿态；外筒盖5与外筒法兰接触处，外筒盖5内侧面外周设有梯形槽，呈外窄内宽，镶嵌硅胶条(横截面IOmmXlOmm)以保持密封状态；通过气动方式开启外筒盖5后，外筒盖5保险卡将自动锁定，外筒盖5要关闭时，脱开保险卡，以保证工作安全性。
[0053]所述的功能控制系统的电气箱(附电路图图6.)设有电压表、电流表、气动、液动控制、智控益生菌液体发酵器所有功能的相关电器、智能化控制仪及手动按钮、信号灯、空开和降温风扇。
[0054]实施例二:智控益生菌液体发酵器进行的有氧生物发酵试验举例说明
[0055]I材料与方法
[0056]1.1试验材料与专用发酵设备
[0057]1.1.1试验材料
[0058]本研究选用购自中国工业微生物菌种保藏管理中心的解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamy1liquefaciens CICC20606)进行有氧生物发酵试验。
[0059]培养底物:玉米、麸皮、豆柏、稻壳粉等按照一定配比组成。
[0060]1.1.2专用发酵设备
[0061]本研究使用本申请专利产品-智控益生菌液体发酵器(发酵容量:1000L)进行的有氧生物发酵试验。
[0062]1.2试验方法
[0063]液体发酵:选择菌株的最适培育条件，温度37.0±0.TC (微电脑温度控制仪控制)，有氧搅拌由空气过滤器与气液混合搅拌系统提供，搅拌3min,静息2min(由微电脑定时器控制)，发酵时间:24h(由微电脑定时器控制)。其中，采用每I次/4h动态测定发酵液活菌数，PH值和芽孢率，共7次，重复试验4次。发酵液pH值在每次测定后，通过碱液输入系统将PH值均调整至同一标准的适宜pH值初始水平，研究随发酵时间的延常所呈现的PH值动态变化规律。
[0064]1.2.1活菌数测定 [0065]按照国标法GBT26428-2010检测菌落数作为活菌培养状态的评定指标。
[0066]1.2.2ρΗ 值测定
[0067]采集发酵液10mL，用便携式酸度计(PHB-5型pH计)每4小时测定I次发酵液pH值，然后再将内罐发酵液PH调节至7.2 ±0.1。
[0068]1.2.3 微生物蛋白(microbial protein, MCP)测定
[0069]采集发酵液IOmL, 150rpm离心15min,弃饲料大颗粒；取上清液1ml, 15000rpm离心IOmin,弃上清液，加4111110%三氯乙酸(TCA),混匀，室温静置30min后，4000rpm离心IOmin ;弃上清液，加入4ml5% NaOH溶液混匀溶解，4000rpm离心10min ;取上清液，测定
OD280nm和OD26tlnm值，以5 % NaOH溶液为空白。
[0070]微生物总蛋白计算:
[0071]微生物总蛋白(mg/ml)= (1.45X0D280nm_0.74X0D260nm) X 稀释倍数
[0072]1.3数据处理
[0073]所有试验数据均以Excel软件建立数据库，采用SPSS 15.0统计软件One-WayANOVA检验组间差异的显著性，采用LSD法进行多重复合比较，结果均以J±SE表示。
[0074]2结果与分析
[0075]2.1运用智控益生菌液体发酵器进行规模化益生菌发酵培养
[0076]表1不同批次益生菌发酵培养活菌数动态变化(108CFU/mL)
[0077]
【权利要求】
1.一种智控益生菌液体发酵器，包括外筒装置(7)、内筒装置(8)、碱液贮筒装置(19)以及功能控制系统，其特征在于，所述内筒装置(8)固定在外筒装置(7)底部内筒支架(11)上，所述外筒装置⑵和内筒装置⑶连接碱液贮筒装置(19)以及功能控制系统，外筒装置(7)的上方设有外筒盖(5)，所述外筒装置(7)中设有气、液混合动力搅拌及供氧系统以及智控浴水电加热及自动凉水循环降温系统，外筒装置(7)的外筒壁上设有浴水水位视窗(6)和外筒短探头温度表(9)，外筒盖(5)上设置有(4)只滤清气窗(13)，并分别配有空气滤清器，以及设有采样器(14)和外筒盖长探头温度表(15)，其温度表的探头延伸至内筒装置培养液中； 所述的气、液混合动力搅拌及供氧系统包括液动力辅助系统和气动力辅助系统，两者分别连接至内筒装置(8)底部的三通气、液动力混合器(10)，所述的液动力辅助系统包括料液泵(12)，料液泵输出液管(12-1)，料液泵输入液管(12-2)及其附设料液泵输入口管上的碱液单向输入装置(12-3)，料液泵输入液管(12-2)与内筒装置(8)中的培养液相通，料液泵输出液管(12-1) —端连接料液泵(12)，另一端与内筒装置(8)底部的三通气、液动力混合器(10)相通，其料液泵入口处设有碱液单向输入装置(12-3)，连接来自碱液贮筒装置(19)的碱液输出阀(19-4)的管道； 所述的气动力辅助系统包括气泵(4)、气泵输出气管(4-1)，气泵空气滤清器(4-2)，外筒装置(7)中的气泵(4)的进气口与气泵空气滤清器(4-2)连接，其气泵输出气管(4-1)与内筒装置(8)底部的三通气、液动力混合器(10)连接，所述的三通气、液动力混合器(10)位于内筒装置(8)底部，包括三通管内液管(10-2)、三通管外气管(10-1)和气、液混合管(10-3)，其中，三通管内液管(10-2)位于三通管外气管(10-1)结构内，其进液口与料液泵输出液管(12-1)连接，其出液口进入气、液混合管(10-3)入口处，三通管外气管(10-1)入口处与气泵输出气管(4-1)连接； 所述的智控浴水电加热装置包括电热偶(17)及电热管，电热偶(17)设于外筒侧壁中间部位，自动循环凉水降温装置包括设于外筒装置(7)外侧壁的上浴水复合阀(16)和下浴水复合阀(18)，上浴水复合阀(16)和下浴水复合阀(18)分别通过三通管结构组成自动控制电磁阀和手动快开阀并与外筒装置(7)内的浴水相通； 所述的碱液贮筒装置(19)的贮筒壁上部接口经三通管与碱液回流管(19-2)连接；其贮筒壁下部接口经三通管与碱液输入贮筒副阀(19-9)连接，在其上下两个三通管之间连接有水位指示管(19-3)，自下而上在碱液输入贮筒副阀(19-9)和碱液回流管(19-2)之间，依次连接有碱液输入贮筒主阀(19-6)，碱液泵(19-5)，碱液输出阀(19-4)，碱液回流阀(19-8)，相互构成通路，碱液输出阀(19-4)的碱液输出管与液动力辅助系统中料液泵(12)入口处的碱液单向输入装置(12-3)连接，碱液贮筒盖(19-1)与碱液贮筒装置(19)连接。
2.根据权利要求1所述的智控益生菌液体发酵器，其特征在于，所述的外筒盖(5)中心设有球柄式吊臂开闭装置，通过启闭器(2)及启闭气缸(I)与空气压缩机相联，外筒盖(5)上设有2只小型平衡气缸(3)与启闭器(2)相联，外筒盖(5)与外筒法兰接触处，外筒盖(5)内侧面外周设有梯形槽，呈外窄内宽，镶嵌硅胶条以保持密封状态。
3.根据权利要求1所说的智控益生菌液体发酵器，其特征在于，所述的功能控制系统的电气箱设有电压表、电流表、气动、液动控制、智控益生菌液体发酵器所有功能的相关电器、智能化控制仪及手动按钮、信号灯、空开和降温风扇。
【文档编号】C12M1/38GK203807478SQ201420241419
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】孙镇平 申请人:扬州大学