一种连续化供应对数生长期菌液的生产设备的制作方法

本实用新型涉及麻纤维生产领域。具体为一种连续化供应对数生长期菌液的生产设备。

背景技术：

在工业(医药、食品、饮料、能源、化学等)和农业(分子操作育种、生物固氮、生物农药、饲料)生产中以及环境保护领域里，通常需要采用合适的方法对微生物进行培养或发酵。根据操作方法，人们把微生物培养或发酵分为“分批”和“连续”两种模式。前者是将培养基一次性装入培养(发酵)罐内，在适宜条件下进行接种并经过一定时间培养(发酵)后，取出全部培养(发酵)产物的生产模式。后者是接种后，一方面把培养基连续地供给到培养(发酵)罐中，使微生物生长过程处于稳定状态，培养条件不随时间变化，同时又连续不断地取出培养(发酵)产物的一种生产模式。

根据微生物的生长速率常数，即每小时的分裂代数的不同，一般将微生物生长典型曲线粗分为延滞期、对数期、稳定期和衰亡期四个时期。当微生物在一个密闭系统培养时，当微生物生长一定阶段后，微生物的比生长速度达到最大，此时进入对数生长期。在对数生长期中若没有抑制或限制微生物生长的因素存在，微生物会保持一个恒定的最大的比生长速度生长，细胞数量呈指数递增。然而对数生长期的时间有限，一般持续几个小时至十几个小时。对于需要连续提供处于“对数生长期”菌液的微生物发酵生产过程来说，上述两种生产模式都存在一些关键性技术障碍。“分批”模式显然不能满足“连续化”的要求，“连续”模式则由于菌液长时间处于培养(发酵)罐，在供应时可能已经过了微生物的对数生长期，因此难以避免“菌种功能退化导致生产不稳定”的现象。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题在于克服现有的微生物培养或发酵模式要么不能连续供应菌液、要么无法保证菌种功能的问题，提供一种连续化供应对数生长期菌液的生产设备。

本实用新型的连续化供应对数生长期菌液的生产设备，包括：

种子罐，盛有液态扩增培养基，用于接收并培养菌液活化瓶培养的活化培养菌液以获得处于对数生长期的种子罐扩增菌液；

发酵罐，盛有液态发酵培养基，用于接收并培养所述种子罐培养的种子罐扩增菌液以获得处于对数生长期的发酵罐扩增菌液；

缓冲存储罐，用于在排空的状态下接收所述发酵罐培养的发酵罐扩增菌液并使其继续进行深层液态发酵，同时输出发酵罐扩增菌液；

混配接种罐，用于接收所述缓冲存储罐输送来的扩增菌液对其进行稀释并调配成菌体均匀分布的菌悬液，并输出该菌悬液。

作为优选，所述生产设备还包括用于制备可供多批次生产种子罐扩增菌液所需扩增培养基的扩增培养基制备罐，所述扩增培养基制备罐与所述种子罐连接用于向所述种子罐输送扩增培养基。所述生产设备还包括用于制备可供多批次生产发酵罐扩增菌液所需发酵培养基的发酵培养基制备罐，所述发酵培养基制备罐与所述发酵罐连接用于向所述发酵罐输送发酵培养基。

作为优选，所述扩增培养基制备罐和/或发酵培养基制备罐和/或种子罐和/或发酵罐和/或缓冲存储罐包括由壳体围成的内胆和封闭所述内胆的盖体、从底部环绕所述内胆用于容纳保温液体的夹套、位于所述盖体上的搅拌部件和驱动所述搅拌部件旋转的电机，所述内胆具有进料部件和出料部件，所述进料部件可进液或进气，所述盖体设有与所述内胆相通的出气部件，所述夹套具有可作为热水入口或者冷水出口的第一液体流通部件、可作为热水出口或者冷水入口的第二液体流通部件和通气部件。

作为优选，还包括控制装置，所述控制装置与用于搅拌所述内胆内的液体的电机连接从而控制电机的开启和关闭。所述内胆内部设有与所述控制装置连接的液位检测部件，所述控制装置与所述内胆的进料和出料部件分别连接，以根据检测到的液位控制进料部件和出料部件的打开和关闭。所述盖体设有与所述控制装置连接用于检测内胆内的气压检测部件，所述控制装置与所述出气部件连接以根据检测到的气压控制进料部件的进气量和出气部件的出气量。所述内胆内部设有与所述控制装置连接的温度检测部件，所述控制装置还与夹套的进液部件和出液部件分别连接，以根据温度检测部件的数据控制所述进液部件和出液部件的打开和关闭。

作为优选，还包括设于所述内胆的内壁上用于对菌液的流动产生阻力的阻流板。还包括位于所述内胆内的消泡桨，所述消泡桨与所述搅拌部件的搅拌桨固定于同一旋转轴上，且所述消泡桨的位置高于所述搅拌桨。

作为优选，所述混配接种罐包括混配罐体和与所述混配罐体相通接收所述混配罐体混配形成的菌悬液的缓存罐体，所述混配罐体设有菌液流入部件、稀释液流入部件和换气部件，所述混配罐体内部设有使菌液和稀释液均匀混合的混配部件，所述缓存罐体设有检测液位的液位检测部件和出料部件。混配罐体的菌液流入部件、稀释液流入部件、换气部件和混配部件及缓存罐体的出料部件和液位检测部件均与所述控制装置连接。

本实用新型的连续化供应对数生长期菌液的生产设备与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本实用新型的生产设备增加了缓冲存储菌液和混配接种菌液，缓冲存储的菌液可保证是处于对数生长期的菌液，在需要用到菌液时，现配现用，通过混配接种菌液可实现连续供应对数生长期的菌液。

2、扩增培养基和发酵培养基分别在另外设置的扩增培养基制备罐H和发酵培养基制备罐内完成，不再占用种子罐和发酵罐，使得扩增培养基和发酵培养基的制备与菌液的扩增和培养可同时进行，从而提高了菌液生产的效率。

3、扩增培养基制备罐和/或发酵培养基制备罐和/或种子罐和/或发酵罐和/或缓冲存储罐设置了可检测内胆内气压的气压检测装置，气压检测装置与控制装置连接，控制装置可根据收到的气压控制内胆的进排气部件的进气和出气，从而实现内胆气压的自动控制。

4、扩增培养基制备罐和/或发酵培养基制备罐和/或种子罐和/或发酵罐和/或缓冲存储罐设置了可检测内胆内液位的液位检测装置，液位检测装置与控制装置连接，控制装置可根据液位来控制内胆的进料部件和出料部件。

5、扩增培养基制备罐和/或发酵培养基制备罐和/或种子罐和/或发酵罐和/或缓冲存储罐设置了可检测内胆内温度的温度检测装置，温度检测装置与控制装置连接，控制装置可根据内胆的温度来控制夹套的进液部件和出液部件。

6、混配罐体的菌液流入部件、稀释液流入部件、换气部件和混配部件及缓存罐体的出料部件均与所述控制装置连接,实现混配、排气和出料的自动化控制。且出料部件可在控制装置的控制下按照设定流速连续供应完成混配的菌液。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的连续化供应对数生长期菌液的生产设备的结构示意图。

图2为本实用新型第一实施例的连续化供应对数生长期菌液的生产设备的扩增培养基制备罐或发酵培养基制备罐或种子罐或发酵罐或缓冲存储罐的结构示意图。

图3为本实用新型第一实施例的连续化供应对数生长期菌液的生产设备的混配接种罐的结构示意图。

附图标记

A菌落培养装置，B菌液选择试管，C菌液活化瓶,D种子罐，E发酵罐，F缓冲存储罐，G混配接种罐，H扩增培养基制备罐，I发酵培养基制备罐，J控制装置；

11壳体，111电机，112搅拌桨，113消泡桨，114阻流板，115液位检测部件，116手孔，117观察窗，118盖体，12内胆，121进料部件，122出料部件，123出气部件，124温度检测部件，13夹套，131第一通液部件，132通气部件，133第二通液部件，14支撑部件；

21混配罐体，211阻流板，212稀释液流入部件，213菌液流入部件，214换气部件，22缓存罐体，221液位检测部件，222出料部件，23支撑部件。

具体实施方式

本实用新型提供一种连续化供应对数生长期菌液的生产设备，用于工业、农业、医学等行业，对微生物进行培养和发酵，包括：

种子罐，盛有液态扩增培养基，用于接收并培养菌液活化瓶C培养的活化培养菌液以获得处于对数生长期的种子罐扩增菌液。

发酵罐E，盛有液态发酵培养基用于接收并培养所述种子罐培养的种子罐扩增菌液以获得处于对数生长期的发酵罐扩增菌液。

缓冲存储罐F，用于在排空的状态下接收所述发酵罐E培养的发酵罐扩增菌液并使其继续进行深层液态发酵，同时输出发酵罐扩增菌液。

混配接种罐G，用于接收所述缓冲存储罐F输送来的扩增菌液对其进行稀释并调配成菌体均匀分布的菌悬液，并输出该菌悬液。

除了上述结构，在本实施例中，生产设备另外还可以包括菌落培养装置A，用于对纯复壮过的原种进行稀释分离并在固态平板培养基上进行静态培养得到符合固有菌落形态特征描述的菌落。菌液选择试管B，盛有液态选择性培养基，用于接收并培养所述菌落培养装置A培养的菌落以获得处于对数生长期的选择性培养菌液。菌液活化瓶C，盛有液态活化培养基，用于接收并培养所述菌液选择试管B的选择性培养菌液以获得处于对数生长期的活化培养菌液，在本实施例中，菌液活化瓶C采用锥形瓶。

作为优选的方案，所述生产设备还包括制备可供多批次生产种子罐扩增菌液所需培养扩增培养基的扩增培养基制备罐H，所述扩增培养基制备罐H与所述种子罐连接用于向所述种子罐输送扩增培养基。所述扩增培养基制备罐H的容积至少是种子罐的容积的2倍，可保证对种子罐进行扩增培养基的充分供应。

所述生产设备还包括用于制备可供多批次生产发酵罐扩增菌液所需发酵培养基的发酵培养基制备罐I，所述发酵培养基制备罐I与所述发酵罐E连接用于向所述发酵罐E输送发酵培养基。所述发酵培养基制备罐I的容积至少是发酵罐E的容积的2倍，可以保证对发酵罐E的进行发酵培养基的充分供应。

作为优选的方案，所述扩增培养基制备罐H和/或发酵培养基制备罐I和/或种子罐和/或发酵罐E和/或缓冲存储罐F包括由壳体11围成的内胆12和封闭所述内胆12的盖体118、从底部环绕所述内胆12用于容纳保温液体的夹套13、位于所述盖体118上的搅拌部件和驱动所述搅拌部件旋转的电机111。壳体11、内胆12和夹套13可以是一体成形的，也可以是分体的，在本实施例中，三者是一体成形的，通过支撑部件14支撑站立在地面上。

盖体118的外壁设有手孔116，搬动罐体时可将手指插入手孔116，以便于施力。盖体118上还设有透明的观察窗117，用于观察内胆的内部情况。盖体上还设有出气部件123，可用于调节内胆12内的气压。所述内胆12具有进料部件121、出料部件122，进料部件121可进液或者进气。

所述夹套13具有可作为热水入口或者冷水出口的第一液体流通部件131、可作为热水出口或者冷水入口的第二液体流通部件133和通气部件132。第一液体流通部件131设在夹套13的最高处，第二液体流通部件133设置在夹套13的底部。在需要对内胆进行降温时，从第二液体流通部件133向夹套内注入冷水，冷水从第一液体流通部件131流出，形成循环。在需要对内胆进行保温时，从第一液体流通部件131向夹套内注入热水，热水从第二液体流通部件133从流出，形成循环。在注入热水或者冷水时，夹套内的气体从通气部件132排出，在将水排空时，空气通过通气部件132进入夹套。长期使用后，夹套13内不免有水中的污垢残留，可通过第二液体流通部件133将污垢排除。

作为优选的方案，本实用新型的生产设备还包括控制装置J，所述控制装置J与用于与搅拌部件的电机111连接从而控制电机111的开启和关闭。

所述内胆12内部设有与所述控制装置J连接的液位检测部件115，所述控制装置J与所述内胆12的进料部件121和出料部件122分别连接，以根据检测到的液位控制进料部件121和出料部件122的打开和关闭。优选为在液位达到内胆12内部高度的65-75％时关闭进料部件121。作为优选的方案，进料部件121和出料部件122均具有可通过控制装置J控制的阀门(图中未示出)，阀门可设有检测进料流量和出料流量的流量检测部件(图中未示出)。

所述内胆12内部设有与所述控制装置J连接的气压检测部件，所述控制装置J与所述内胆12的进料部件121连接，进料部件121可以进液体和气体，控制装置J还与出气部件123连接，以根据检测到的气压控制进料部件121的进气和出气部件123出气。

所述内胆12内部设有与所述控制装置J连接的温度检测部件124，所述控制装置J还与夹套13的第一通液部件131和第二通液部件133连接，以根据温度检测部件124的数据控制所述第一通液部件131和第二通液部件133的打开和关闭。所述控制装置J还与夹套的通气部件132连接，控制通气部件132的打开和关闭。

所述内胆12内设有用于对菌液的流动产生阻力的阻流板114，在本实施例中，阻流板114固定在内胆12的内壁上，对旋转的菌液产生阻力，从而使菌液与稀释液更好地混合在一起。

所述内胆12内还设有消泡桨113，所述消泡桨113与所述搅拌部件的搅拌桨112固定于同一旋转轴上，且所述消泡桨113的位置高于所述搅拌桨112。消泡桨113搅动浮在液面上方的泡沫将其打破，从而消除或者减少泡沫。

所述混配接种罐G包括混配罐体21和与所述混配罐体21相通接收所述混配罐体21混配形成的菌液的缓存罐体22，混配罐体21与缓存罐体22在本实施例中是一体的，通过支撑部件23支撑站立在地面上，且缓存罐体22位于混配罐体21的下方。所述混配罐体21设有菌液流入部件213、稀释液流入部件212和换气部件214，所述混配罐体21内部设有使菌液和稀释液均匀混合的混配部件。混配罐体21的菌液流入部件213、稀释液流入部件212、换气部件214和混配部件均与所述控制装置J连接。

在本实施例中，所述混配罐体21内设有对运动的菌液和稀释液产生阻力的阻流板211。

所述缓存罐体22内还设有液位检测部件221，用于检测缓存罐体22内的菌液的液位，缓存罐体22的底部设有出料部件222，出料部件222在控制装置J的控制下，按照设定的流速完成混配的菌液连续供应。

本实用新型的连续化供应对数生长期菌液的生产设备对微生物进行培养或发酵，包括以下步骤：

(1)培养典型菌落，即对提纯复壮过的原种进行稀释分离，并利用选择性固态培养基对稀释分离后的菌体进行静态培养得到符合要求的菌落。在静态培养过程中，菌体保持静止。

(2)选择菌液，即将步骤(1)得到的典型菌落输送到装有选择性液态培养基的试管中在设定的温度和振荡频率下动态培养至设定的时间而获得处于对数生长期的选择性培养菌液。

(3)活化菌液，即将步骤(2)中得到的处于对数生长期的选择性培养菌液转接到装液态活化培养基的瓶中，在本实施例中为锥形瓶，并在设定盛液量和震荡频率条件下动态培养至设定的时间从而获得处于对数生长期的活化培养菌液。

(4)种子罐扩增菌液，即将处于对数生长期的活化培养菌液转接到盛有液态扩增培养基的种子罐D中并在设定的通气量、罐压、温度和搅拌速率下进行设定时间的深层液态培养从而获得处于对数生长期的种子罐扩增菌液。其中，深层液态培养是把菌种接种到罐中，使菌体细胞游离悬浮在液体培养基中，并进行生长或者发酵的培养方法。深层液体培养一般需要通入空气供氧并进行搅拌，是传统的微生物发酵培养方法。种子罐扩增培养基配方为已知主要成分的化学纯试剂，接近于步骤(2)使用的液态选择性培养基。

(5)发酵罐扩增菌液，即将处于对数生长期的种子罐扩增菌液输送到盛有液态发酵培养基的发酵罐E中并在设定的通气量、罐压、温度和搅拌速率下进行设定时间的深层液态发酵从而获得处于对数生长期且功能稳定的发酵罐扩增菌液。发酵罐扩增培养基配方为未经分离的天然有机物(如豆粕粉)，接近于发酵材料(麻类韧皮中的非纤维素)。

(6)缓冲存储菌液，即将处于对数生长期的发酵罐扩增菌液转接到排空或接近于排空的缓冲存储罐F中，缓冲存储罐F中的菌液在设定的通气量、罐压、温度和搅拌速率下继续进行深层液态发酵，同时将发酵罐扩增菌液连续输送至混配接种罐G。

(7)混配接种菌液，即以设定的无机盐溶液对缓冲存储菌液进行稀释并利用涡流旋转和阻滞撞击相结合的方法将其调配成菌体均匀分布的菌悬液，并使该菌悬液按照设定流速连续不断流出以供应后续接种工序。

通过通过增加了缓冲存储菌液和混配接种菌液的步骤，缓冲存储的菌液可保证是处于对数生长期的菌液，在需要用到菌液时，现配现用，通过混配接种菌液可实现连续供应对数生长期的菌液。

在步骤(4)前进行制备扩增培养基的步骤，且扩增培养基的制备在扩增培养基制备罐H内完成，完成制备的扩增培养基被输送到种子罐D内进行步骤(4)。还包括在步骤(5)前进行的制备发酵培养基的步骤，且发酵培养基的制备在专设的发酵培养基制备罐I内完成，完成制备的发酵培养基被输送到发酵罐E内进行步骤(5)。

在现有技术中，扩增培养基是在种子罐中制备，发酵培养基是在发酵罐内制备，在本实用新型中，扩增培养基和发酵培养基分别在另外设置的扩增培养基制备罐H和发酵培养基制备罐I内完成，不再占用种子罐和发酵罐，使得扩增培养基和发酵培养基的制备与菌液的扩增和培养可同时进行，从而提高了菌液生产的效率。

灭菌步骤可以确保目标菌种纯培养过程中没有来自培养基和设备的杂菌污染源，该步骤包括首先排空用来给内胆保温的夹套里的保温水，其次向装有培养基组分的扩增培养基制备罐H和/或发酵培养基制备罐I和/或种子罐D和/或发酵罐E的内胆或者向排空的扩增培养基制备罐H和/或发酵培养基制备罐I和/或种子罐D和/或发酵罐E和/或缓冲存储罐F的内胆12中通入灭菌蒸汽进行设定时间和/或温度的灭菌。即扩增培养基制备罐H和/或发酵培养基制备罐I和/或种子罐D和/或发酵罐E可以在排空的状态下进行灭菌，也可以在装有相应液体的状态下进行灭菌，缓冲存储罐F只能在排空的状态下进行灭菌。

在本实施例中，灭菌蒸汽的温度为101-121℃，设定时间段为15-30min。保温至设定时间后向内胆注入无菌压缩空气驱使蒸汽排净，同时向夹套里注入冷水用于内胆降温，在内胆的温度降到设定的培养温度时，对内胆进行保温以维持内胆的温度。维持内胆12的气压≥0.01MPa，从而维持内胆12的无菌环境。

在灭菌步骤中，检测扩增培养基制备罐H和/或发酵培养基制备罐I和/或种子罐D和/或发酵罐E和/或缓冲存储罐F和/或混配接种罐G的内胆12内的气压，并根据气压来控制内胆12的进料部件121的进气量和出气部件123的出气量。在本实施例中，进料部件121和出气部件123均设有可通过控制装置控制的阀门，作为优选，阀门还设有检测进气流量和出气流量的流量检测部件(图中未示出)通过该优选方案，可实现对内胆12气压的控制。

灭菌后使内胆12的温度降低，可以通过自然降低或者人工降低。在本实施例中，向环绕内胆12的夹套通入冷水，使温度降低。在内胆12的温度降到设定的培养温度时，对扩增培养基制备罐H和/或发酵培养基制备罐I和/或种子罐D和/或发酵罐E和/或缓冲存储罐F的内胆12保温使其维持设定的培养温度。根据罐内液体的不同，对不同的罐可设置不同的培养温度，以最适合罐内微生物的生长。

检测扩增培养基制备罐H和/或发酵培养基制备罐I和/或种子罐D和/或发酵罐E和/或缓冲存储罐F的内胆12内液体的液位，并根据液位来控制内胆12的进料部件121和出料部件122的打开和关闭。优选为在液位达到内胆12内部高度的65-75％时关闭进料部件121。作为优选的方案，进料部件121和出料部件122均具有可通过控制装置控制的阀门(图中未示出)，阀门可设有检测进料流量和出料流量的流量检测部件(图中未示出)。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出的各种修改或等同替换也落在本实用新型的保护范围内。