一种微生物发酵系统的制作方法

本实用新型涉及一种微生物发酵系统。

背景技术：

现有微生物发酵工程一般流程为：定向变异诱导和隔代复壮形成一级种子，然后出料分次移入大罐进行扩大增殖培养形成数量庞大的二级种子，再移入发酵罐内发酵形成产物。这种分工艺进行的发酵流程存在诸多问题，如种子转移过程外源菌种的引入；一、二级种子同罐培养导致变异量小、培养基利用不完全、菌团沉积等。另外现有发酵罐亦存在搅拌形成径向力将菌类离心甩至罐壁附近，无法充分利用发酵液，导致发酵产物产出量小、发酵不完全等影响产率的状况发生。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是如何克服上述技术缺陷并整合工艺步骤，提供一种微生物发酵系统。

为解决上述技术问题，本微生物发酵系统包括种子罐、发酵罐、调节装置和监测装置，种子罐、发酵罐、调节装置之间通过管路连接；其中，所述种子罐包括若干用于定向变异诱导和隔代复壮一级种子罐和用于扩大增殖培养的二级种子罐；所述发酵罐包括罐体和罐盖，所述罐体外部设有外罐，罐体与外罐之间形成温控腔；罐体上部设有与罐体内部连通的进料管和延伸至罐体底部的进气管，罐体底部设有出料口；罐盖上设有电机、消泡器、酸碱进液管、排气管；所述外罐下部设有与温控腔相通的介质进管和介质出管；所述罐体内设有搅拌装置，所述搅拌装置上端与所述罐盖上的电机输出轴固定连接；所述调节装置包括换热介质储罐和酸碱罐；所述监测调节机构包括设置在罐体内的感应组件和设置在罐体外的显示屏。所述管路上均设有泵阀机构，用于控制菌液输送的启停及提供输送动力。

作为优化，所述搅拌装置包括转轴、错位布设在该转轴上的若干搅拌轴，所述搅拌轴上设有搅拌桨和导流桨。所述搅拌桨平行设置在所述搅拌轴上、下两侧，所述导流桨设置在所述搅拌轴端部；所述搅拌桨上设有切割翅，所述导流桨与搅拌桨之间的夹角小于90°。如此设计，发酵过程中使用双桨式搅拌，能够在搅拌桨加速溶氧的基础上，通过导流桨的铲回效果，将径向的离心力导为周向的涡流，从而克服了菌团堆积在罐体外层，发酵液无法充分利用，导致发酵产物量低的缺陷，导流桨上的切割翅能够进一步击碎上升气泡，进一步提高发酵液内的溶氧效果。

作为优化，所述进气管端部为弧形盲端，进气管位于该弧形盲端区段开有大量出气孔。如此设计，能够使泵入的无菌氧气分布更为均匀、气泡更小，从而提高发酵罐内各区域溶解氧密度均衡，提高菌体利用率，进而提高发酵效率。

作为优化，所述进气管外部连接有空气过滤器。如此设计，所述空气过滤器为禹州市禹王机械制造有限公司生产的pp熔喷滤芯不锈钢无菌空气过滤器，能够外联普通抽气机或空压机进行单滤芯反渗透前级除菌，避免所进气体的引入大量外源微生物。

作为优化，所述一级种子罐为锥底罐、所述二级种子罐内设有提升绞龙。如此设计，大直径、锥形底的一级种子罐，能够使定向诱变培养基全面铺开于氧气接触面，有利于初代微生物的定向变异诱导和隔代复壮；二级种子罐在绞龙不断提升翻转的作用下，使菌量和培养基浓度在管内上下部得以均衡，避免增殖过程中出现菌团式集中的现象。

作为优化，所述感应组件包括温度传感器、ph传感器、溶解氧传感器。如此设计，ph传感器、温度传感器、溶解氧传感器均使用现有便于清洗的探头形式传感器(温度探头、ph探头、溶解氧探头)，探头与外部用于显示示数的lcd显示屏相连接。

作为优化，所述一级种子罐、二级种子罐通过移种管路相连接，所述二级种子罐与进料管通过进料管路相连接；所述换热介质储罐与介质进管和介质出管通过温控管相连接；所述酸碱罐与酸碱进液管通过调节管相连接。

如此设计，配料菌种在一级种子罐锥形底内铺开的定向诱变培养基中，完成定向变异诱导和隔代复壮，通过移种管输送至灌装的二级种子罐进行扩大增殖培养，在绞龙不断提升翻转的作用下，使菌量和培养基浓度在管内上下部得以均衡，避免增殖过程中出现菌团式集中的现象，增殖后的菌液输送至发酵罐内进行发酵，利用监测装置监测罐内温度、ph、溶解氧浓度等条件参数，并通过向进、介质出管中通入水或油作为冷热媒介进行罐内换热、控制发酵温度，通过酸碱罐内导入酸碱液，进行ph调节，过程中双桨式搅拌在搅拌桨加速溶氧的基础上，通过导流桨的铲回效果，将径向的离心力导为周向的涡流，从而克服了菌团堆积在罐体外层，发酵液无法充分利用，导致发酵产物量低的缺陷，导流桨上的切割翅能够进一步击碎上升气泡，进一步提高发酵液内的溶氧效果。

本实用新型一种微生物发酵系统，整合了流程工艺，使培养基与发酵液得到充分利用，并克服了菌团沉积、附壁等缺陷，进而显著提高了发酵产物的产率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型一种微生物发酵系统作进一步说明：

图1是本微生物发酵系统的平面结构示意图；

图2是本微生物发酵系统的内部结构示意图；

图3是图2的局部放大图(图2中a部位放大)；

图4是本微生物发酵系统的发酵罐的立体结构图；

图5是本微生物发酵系统的发酵罐的平面结构示意图；

图6是图5的a-a向剖面示意图；

图7是本微生物发酵系统的搅拌装置的俯视结构示意图。

图中：

1-种子罐、2-发酵罐、3-调节装置、4-监测装置、5-管路、6-搅拌装置；

11-一级种子罐、12-二级种子罐、21-罐体、22-罐盖、23-外罐、31-换热介质储罐、32-酸碱罐、41-温度传感器、42-ph传感器、43-溶解氧传感器、51-移种管路、52-进料管路、53-温控管、54-调节管、61-转轴、62-搅拌轴；

123-提升绞龙、203-温控腔、211-进料管、212-进气管、213-出料口、221-电机、222-消泡器、223-酸碱进液管、224-排气管、231-介质进管、232-介质出管、621-搅拌桨、622-导流桨、623-切割翅；

2121-出气孔、2122-空气过滤器。

具体实施方式

如图1至7所示，本微生物发酵系统包括种子罐1、发酵罐2、调节装置3和监测装置4，种子罐1、发酵罐2、调节装置3之间通过管路5连接；其中，所述种子罐1包括若干用于定向变异诱导和隔代复壮一级种子罐11和用于扩大增殖培养的二级种子罐12；所述发酵罐2包括罐体21和罐盖22，所述罐体21外部设有外罐23，罐体21与外罐23之间形成温控腔203；罐体21上部设有与罐体21内部连通的进料管211和延伸至罐体21底部的进气管212，罐体21底部设有出料口213；罐盖22上设有电机221、消泡器222、酸碱进液管223、排气管224；所述外罐23下部设有与温控腔203相通的介质进管231和介质出管232；所述罐体21内设有搅拌装置6，所述搅拌装置6上端与所述罐盖22上的电机221输出轴固定连接；所述调节装置3包括换热介质储罐31和酸碱罐32；所述监测调节机构4包括设置在罐体21内的感应组件和设置在罐体21外的显示屏。所述管路5上均设有泵阀机构，用于控制菌液输送的启停及提供输送动力。

所述搅拌装置6包括转轴61、错位布设在该转轴61上的若干搅拌轴62，所述搅拌轴62上设有搅拌桨621和导流桨622。所述搅拌桨621平行设置在所述搅拌轴62上、下两侧，所述导流桨622设置在所述搅拌轴62端部；所述搅拌桨621上设有切割翅623，所述导流桨622与搅拌桨621之间的夹角小于90°。发酵过程中使用双桨式搅拌，能够在搅拌桨加速溶氧的基础上，通过导流桨的铲回效果，将径向的离心力导为周向的涡流，从而克服了菌团堆积在罐体外层，发酵液无法充分利用，导致发酵产物量低的缺陷，导流桨上的切割翅能够进一步击碎上升气泡，进一步提高发酵液内的溶氧效果。

所述进气管212端部为弧形盲端，进气管212位于该弧形盲端区段开有大量出气孔2121。能够使泵入的无菌氧气分布更为均匀、气泡更小，从而提高发酵罐内各区域溶解氧密度均衡，提高菌体利用率，进而提高发酵效率。

所述进气管212外部连接有空气过滤器2122。所述空气过滤器为禹州市禹王机械制造有限公司生产的pp熔喷滤芯不锈钢无菌空气过滤器，能够外联普通抽气机或空压机进行单滤芯反渗透前级除菌，避免所进气体的引入大量外源微生物。

所述一级种子罐11为锥底罐、所述二级种子罐12内设有提升绞龙123。大直径、锥形底的一级种子罐，能够使定向诱变培养基全面铺开于氧气接触面，有利于初代微生物的定向变异诱导和隔代复壮；二级种子罐在绞龙不断提升翻转的作用下，使菌量和培养基浓度在管内上下部得以均衡，避免增殖过程中出现菌团式集中的现象。

所述感应组件包括温度传感器41、ph传感器42、溶解氧传感器43。ph传感器、温度传感器、溶解氧传感器均使用现有便于清洗的探头形式传感器温度探头、ph探头、溶解氧探头，探头与外部用于显示示数的lcd显示屏相连接。

所述一级种子罐11、二级种子罐12通过移种管路51相连接，所述二级种子罐12与进料管211通过进料管路52相连接；所述换热介质储罐31与介质进管231和介质出管232通过温控管53相连接；所述酸碱罐32与酸碱进液管223通过调节管54相连接。

配料菌种在一级种子罐锥形底内铺开的定向诱变培养基中，完成定向变异诱导和隔代复壮，通过移种管输送至灌装的二级种子罐进行扩大增殖培养，在绞龙不断提升翻转的作用下，使菌量和培养基浓度在管内上下部得以均衡，避免增殖过程中出现菌团式集中的现象，增殖后的菌液输送至发酵罐内进行发酵，利用监测装置监测罐内温度、ph、溶解氧浓度等条件参数，并通过向进、介质出管中通入水或油作为冷热媒介进行罐内换热、控制发酵温度，通过酸碱罐内导入酸碱液，进行ph调节，过程中双桨式搅拌在搅拌桨加速溶氧的基础上，通过导流桨的铲回效果，将径向的离心力导为周向的涡流，从而克服了菌团堆积在罐体外层，发酵液无法充分利用，导致发酵产物量低的缺陷，导流桨上的切割翅能够进一步击碎上升气泡，进一步提高发酵液内的溶氧效果。

本微生物发酵系统整合了流程工艺，使培养基与发酵液得到充分利用，并克服了菌团沉积、附壁等缺陷，进而显著提高了发酵产物的产率。

上述实施方式旨在举例说明本实用新型可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本实用新型包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本实用新型的保护范围之内。