一种菌体循环发酵系统的制作方法

本发明涉及发酵技术领域，特别是指一种菌体循环发酵系统。

背景技术：

在生物发酵过程中需要先培养种子才能进入发酵阶段，按照生长情况，种子罐培养需要15天左右，才能浓度达到进入发酵罐的要求。当种子罐长好移种到发酵罐后，发酵罐也需要一段时间的培养，菌体经历适应期、对数生长期之后，菌体浓度才能趋于稳定，大量生长产生所需产物。生物发酵过程中，真正产生产物的时间是在发酵罐培养到稳定期之后的三到五天，而菌体培养都已经超过15天，因此菌体培养大大的延长了生物发酵的周期、增加了成本而且因为多级发酵，染菌率一直居高不下，如何实现菌体的循环利用，是急需解决的问题。

另外，如何在菌体活力充足的情况下，尽可能的使菌体生产出所需产品成了现阶段生物发酵研究的主要方向。目前发酵培养的主要方式有单批发酵、补料分批发酵、循环发酵，上述发酵方式，在放出发酵液进行过滤时均存在菌种的流失，而现有的板框过滤方式，存在更换滤布频繁、跑冒滴漏现象频出等问题。

技术实现要素：

本发明提出一种菌体循环发酵系统，实现了菌体的循环利用，减少了菌体的流失，缩短了种子培养周期，降低了菌体发酵的生产成本，提高了生产效率。

本发明的技术方案是这样实现的：一种菌体循环发酵系统，包括发酵罐、暂存罐和陶瓷膜机构，发酵罐的下端通过输液管与暂存罐的上端相连，暂存罐和陶瓷膜机构之间设置有供料泵，陶瓷膜机构包括循环泵、第一循环组件和第二循环组件，第一循环组件和第二循环组件分别与循环泵相连，第一循环组件和第二循环组件之间设置有多个倒u型的陶瓷膜组件，陶瓷膜组件与暂存罐之间设置有第一浓液返回管，供料泵和发酵罐之间设置有第二浓液返回管。

进一步地，发酵罐包括罐体、驱动电机和搅拌轴，搅拌轴的上端设置有开口朝上的密封槽，密封槽内设置有竖直向上的连接轴，罐体的上端设置有竖直向下的轴筒，轴筒的下端置于密封槽内，连接轴的上端穿过轴筒与驱动电机相连，连接轴与轴筒内壁之间设置有第一轴承和第一轴封，轴筒的外壁与密封槽的内壁之间设置有第二轴承和第二轴封，密封槽内设置有密封液体。

进一步地，搅拌轴上设置有螺旋向上的叶片，罐体的内壁设置有朝搅拌轴倾斜向下的环状挡板，环状挡板上设置有椭圆形的扰流孔。

进一步地，罐体的上端设置有进气管、第一排气管和第一压力表，进气管与气体加压系统相连，第一排气管上设置有第一控制阀。

进一步地，暂存罐的上端设置有进水管和第二排气管，进水管上设置有进水控制阀，第二排气管上设置有安全阀。

进一步地，第一循环组件包括第一循环内管，第二循环组件包括第二循环内管，第一循环内管和第二循环内管分别与循环泵相连，陶瓷膜组件包括倒u型的陶瓷膜管，陶瓷膜管下端的一侧与第一循环内管相连，另一侧与第二循环内管相连，第一循环内管和第二循环管的外侧均设置有外管，陶瓷膜管的外侧从内向外依次设置有第一壳体和第二壳体，第二壳体的下端与对应的外管相连，上端设置有进气支管，第一壳体的下端与陶瓷膜管的下端之间设置有密封件。

进一步地，陶瓷膜管下端的一侧设置有原液支管，原液支管与供料泵相连，另一侧设置有浓液支管，浓液支管与第一浓液返回管相连，第一壳体上端的两侧设置有清液支管，原液支管、浓液支管和清液支管上均设置有第二控制阀。

进一步地，进气支管与进气总管相连，进气总管与气体加压系统相连，外管上设置有第二压力表和第三排气管，第三排气管上设置有第三控制阀。

进一步地，第一循环内管远离循环泵的一端设置有排污管，排污管上设置有第四控制阀。

本发明的有益效果：本发明实现了菌体的循环利用，减少了菌体的流失，缩短了种子培养周期，降低了菌体发酵的生产成本，提高了生产效率，因菌体回收，再次得以利用，菌体不用经过漫长的发酵周期进行种子培养，所以发酵设备得以充分运用。而且菌体回收后，菌体浓度直接较大，减少了适应期和对数生长期的时间，发酵罐利用率更高；本发明的菌体循环发酵培养，不需要多次种子罐培养，只需要严格控制发酵罐的循环即可，减低了染菌风险。

本发明采用倒u型的陶瓷膜组件，增大了陶瓷膜与发酵液的接触面积，提高过滤的效率，利用陶瓷膜过滤50m³发酵液，可以在240分钟之内得到约40m³的清液用于下一工序，大大提高了生产效率。

本发明通过第一轴封、第二轴封和密封液体实现搅拌轴、连接轴和罐体之间的密封，实现了三层密封，即使连接轴和第一轴封之间随着摩擦，密封性变差，但是密封液体和第二轴封仍有良好的密封性。密封液体采用水或者油，都具有良好的密封性，即使第一轴封和第二轴封随着摩擦，密封性变差，密封液体也能起到良好的密封性。

本发明搅拌轴上设置有螺旋向上的叶片，叶片随着搅拌轴的旋转，可将罐体下层的原料带至上层，从上层落下，倾斜向下的环状挡板，避免环状挡板与罐体连接处出现死角，配合椭圆形的扰流孔减缓原料下降的速度，扰乱原料的下降方向，从而实现培养基和菌体的混合均匀，避免出现液体分层。

本发明采用气体加压系统和进气管，向罐体内通入惰性气体、有氧气体等，提供菌体发酵所需的厌氧或者有氧环境以及压强，当罐体内的压强超出设定时，通过第一控制阀排出多余气体；暂存罐的上端设置有进水管，根据需要补入无菌纯水，用于稀释菌体浓缩液，进一步提高产品的过滤效率。

本发明通过进气支管向第一壳体和第二壳体之间以及外筒内填充惰性气体或者有氧气体，使发酵液在循环过滤过程处于惰性气体或者有氧气体的环境中，即使发酵液循环过程中发生泄漏，也避免了外界空气或者细菌的引入，在外管上设置压力表，用于监测外管内的压强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为密封槽的结构示意图；

图3为环状挡板的结构示意图；

图4为陶瓷膜组件的结构示意图。

发酵罐1，暂存罐2，输液管3，供料泵4，循环泵5，第一循环组件6，第二循环组件7，陶瓷膜组件8，第一浓液返回管9，第二浓液返回管10，罐体11，驱动电机12，搅拌轴13，密封槽14，连接轴15，轴筒16，第一轴承17，第一轴封18，第二轴承19，第二轴封20，密封液体21，叶片22，环状挡板23，扰流孔24，进气管25，第一排气管26，第一压力表27，气体加压系统28，第一控制阀29，进水管30，第二排气管31，第一循环内管32，第二循环内管33，陶瓷膜管34，外管35，第一壳体36，第二壳体37，进气支管38，原液支管39，浓液支管40，清液支管41，第三排气管42，排污管43。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种菌体循环发酵系统，包括发酵罐1、暂存罐2和陶瓷膜机构，发酵罐1的下端通过输液管3与暂存罐2的上端相连，暂存罐2和陶瓷膜机构之间设置有供料泵4，陶瓷膜机构包括循环泵5、第一循环组件6和第二循环组件7，第一循环组件6和第二循环组件7分别与循环泵5相连，第一循环组件6和第二循环组件7之间设置有多个倒u型的陶瓷膜组件8，陶瓷膜组件8与暂存罐2之间设置有第一浓液返回管9，供料泵4和发酵罐1之间设置有第二浓液返回管10。

如图1-3所示，发酵罐1包括罐体11、驱动电机12和搅拌轴13，搅拌轴13的上端设置有开口朝上的密封槽14，密封槽14内设置有竖直向上的连接轴15，连接轴15和搅拌轴13为一体结构，罐体11的上端设置有竖直向下的轴筒16，轴筒16与罐体11为一体结构，轴筒16的下端置于密封槽14内，连接轴15的上端穿过轴筒16与驱动电机12相连，连接轴15与轴筒16内壁之间设置有第一轴承17和第一轴封18，轴筒16外壁与密封槽14内壁之间设置有第二轴承19和第二轴封20，密封槽14内设置有密封液体21。搅拌轴13上螺旋向上固定有连续的叶片22，罐体11的内壁设置有朝搅拌轴13倾斜向下的环状挡板23，环状挡板23沿罐体11的内壁竖直向下固定有多个，环状挡板23上设置有椭圆形的扰流孔24。罐体11的上端设置有进气管25、第一排气管26和第一压力表27，进气管25与气体加压系统28相连，气体加压系统28包括气泵，第一排气管26上设置有第一控制阀29。暂存罐2的上端设置有进水管30和第二排气管31，进水管30上设置有进水控制阀，第二排气管31上设置有安全阀。

如图1和4所示，第一循环组件6包括第一循环内管32，第二循环组件7包括第二循环内管33，第一循环内管32和第二循环内管33的一端分别通过法兰盘与循环泵5相连，陶瓷膜组件8包括倒u型的陶瓷膜管34，陶瓷膜管34下端的一侧与第一循环内管32相连，另一侧与第二循环内管33相连，第一循环内管32和第二循环管的外侧均设置有外管35，外管35的端部与对应的第一循环内管32或第二循环内管33端部均密封连接，陶瓷膜管34的外侧从内向外依次设置有第一壳体36和第二壳体37，第二壳体37的下端与对应的外管35相连，上端设置有进气支管38，第一壳体36的下端与陶瓷膜管34的下端之间设置有密封件。陶瓷膜管34下端的一侧设置有原液支管39，原液支管39与供料泵4相连，另一侧设置有浓液支管40，浓液支管40与第一浓液返回管9相连，第一壳体36上端的两侧设置有清液支管41，原液支管39、浓液支管40和清液支管41上均设置有第二控制阀。进气支管38与进气总管相连，进气总管与气体加压系统28相连，外管35上设置有第二压力表和第三排气管42，第三排气管42上设置有第三控制阀。第一循环内管32远离循环泵5的一端设置有排污管43，排污管43上设置有第四控制阀。

本发明的使用方法：气体加压系统28通过进气管25向罐体11内通入所需气体，提供菌体发酵所需的厌氧或者有氧环境以及压强，气体加压系统28通过进气支管38向第一壳体36和第二壳体37之间以及外管35内填充所需气体；将培养基和培养好的菌体放入发酵罐1进行发酵，获得发酵液，气体加压系统28通过加压气体，将发酵液经输液管3压入暂存罐2，过量气体通过第二排气管31上的安全阀排出，启动供料泵4，发酵液经原液支管39进入陶瓷膜管34，然后启动循环泵5，含有菌体的发酵液在陶瓷膜管34内循环，而含有产品的过滤清液通过清液支管41送至下一工序，过滤完成后，含有菌体的浓缩液通过浓液支管40送至暂存罐2，通过进水管30补入无菌纯水稀释浓缩液，然后进行下一轮的循环过滤，循环过滤次数根据需要设置，将最终获得含有菌体的浓缩液通过供料泵4和浓液返回管送至发酵罐1中，在发酵罐1中补入新鲜培养基，进行菌体的下一次发酵。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。