一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，包括相互連接的主發(fā)酵罐、培養(yǎng)基罐和種子罐，所述培養(yǎng)基罐連接一根導出管，導出管上設有一個連消裝置；所述主發(fā)酵罐從上至下依次設有一個培養(yǎng)基保溫儲罐、兩個以上發(fā)酵子罐，以及一個發(fā)酵液儲罐；所述連消裝置導出兩根管，一根導入位于培養(yǎng)基保溫儲罐一側上部的培養(yǎng)基進口，另一根導入位于種子罐一側下部的種子罐入口；所述種子罐下端導出一根用于輸送種子液的種子管，種子管分別接入每個發(fā)酵子罐。本發(fā)明抗染菌能力強，設備空間利用率大，操作簡單，基本為閥門操作，集成化程度較高，工作效率高。
【專利說明】一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開了一種發(fā)酵裝置，特別是一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)?！颈尘凹夹g】
[0002]目前，工業(yè)用發(fā)酵罐設備分為兩類，液體發(fā)酵罐和固體發(fā)酵罐。液體發(fā)酵罐主要有間歇攪拌發(fā)酵罐、氣升式發(fā)酵罐等。現(xiàn)有的發(fā)酵罐抗染菌能力一般，操作較為繁瑣，且效率較低。例如酵蛹蟲草產蟲草素和靈芝產靈芝酸等，最新的文獻顯示液體表面發(fā)酵更適合產物的積累。但是目前還沒有大規(guī)模生產相適應的生物反應器。

【發(fā)明內容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)。
[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，包括相互連接的主發(fā)酵罐、培養(yǎng)基罐和種子罐，所述培養(yǎng)基罐連接一根導出管，導出管上設有一個連消裝置；所述主發(fā)酵 罐從上至下依次設有一個培養(yǎng)基保溫儲罐、兩個以上發(fā)酵子罐，以及一個發(fā)酵液儲罐；所述連消裝置導出兩根管，一根連通位于培養(yǎng)基保溫儲罐一側上部的培養(yǎng)基進口，另一根連通位于種子罐一側下部的種子罐入口 ；所述種子罐下端導出一根用于輸送種子液的種子管，種子管分別接入每個發(fā)酵子罐；每個發(fā)酵子罐內設有將真菌子座固定的金屬網(wǎng)柵，且獨立的設有培養(yǎng)基進口和發(fā)酵液溢流管以及種子液進口 ；培養(yǎng)基保溫儲罐通過輸送培養(yǎng)基液的培養(yǎng)基管道連通每個發(fā)酵子罐的培養(yǎng)基進口，培養(yǎng)基與種子液在金屬網(wǎng)柵下方混合形成發(fā)酵液；由下至上倒數(shù)第二層以上的每個發(fā)酵子罐內在中心位置設置有通氣腔，通氣腔的側壁設有通氣孔，金屬網(wǎng)柵高度低于通氣孔高度，通氣腔底部設有濾網(wǎng)；最下層的發(fā)酵子罐連通無菌空氣進口，無菌空氣通過通氣腔向上層發(fā)酵子罐通氣；每個發(fā)酵子罐與連接到發(fā)酵液儲罐的發(fā)酵液溢流管連通。
[0005]本發(fā)明中，培養(yǎng)基保溫儲罐外設有保溫夾套，保溫夾套上設有夾套保溫水進口，和夾套保溫水出口。
[0006]本發(fā)明中，發(fā)酵液儲罐底部設有發(fā)酵液出料口。
[0007]本發(fā)明中，培養(yǎng)基保溫儲罐和發(fā)酵液儲罐內均設有攪拌槳。
[0008]本發(fā)明中，最上層的發(fā)酵子罐上連通通氣出口。
[0009]本發(fā)明中，通氣腔內填充無菌過濾棉。
[0010]本發(fā)明中，上層的發(fā)酵子罐和相鄰的下層的發(fā)酵子罐之間設有跨流管，跨流管連通本層發(fā)酵子罐的培養(yǎng)基管道進口、本層發(fā)酵子罐的發(fā)酵液溢流管以及下層的培養(yǎng)基管道進口，且每層的培養(yǎng)基進口、發(fā)酵液溢流管以及跨流管的交匯點都設有一個控制閥。
[0011]本發(fā)明中，所述種子罐頂端設有用于接種的接種口。
[0012]有益效果:在多級串聯(lián)發(fā)酵罐內設置了金屬網(wǎng)柵將真菌子座固定于液層表面，這樣液層在緩慢流動過程中不至于破壞真菌子座。同時采用濾網(wǎng)截留菌絲體，利用溢流管達到控制發(fā)酵液高度的目的。將多級串聯(lián)可連續(xù)進行液體表面發(fā)酵。本發(fā)明抗染菌能力強，設備空間利用率大，操作簡單，基本為閥門操作，集成化程度較高，工作效率高。
[0013]1、設備空間利用率大大增加。一般來講,液體表面發(fā)酵的真菌子座高度不會大于3cm，如果用單一罐體，裝液量較大，但是真正的發(fā)酵空間，即空氣層體積占發(fā)酵罐的體積過小。由于液體表面發(fā)酵類似與靜置發(fā)酵，傳質速率較慢，因此使用傳統(tǒng)發(fā)酵罐將大大增加發(fā)酵時間。本發(fā)明，單層高度僅需10cm，液層高度僅為3.6cm，空間利用率大大提高，發(fā)酵時間也可大大減少。
[0014]2、在多級串聯(lián)發(fā)酵罐內設置了金屬網(wǎng)柵將真菌子座固定于液層表面，這樣液層在緩慢流動過程中不至于破壞真菌子座。同時采用濾網(wǎng)截留菌絲體，利用溢流管達到控制發(fā)酵液高度的目的。將多級串聯(lián)可連續(xù)進行液體表面發(fā)酵。
[0015]3、抗染菌能力強。本發(fā)明在發(fā)酵主體上下層之間設置了多條管路和多道閥門，確保了培養(yǎng)基按指定的方向流動。特別采用罐體外周的跨流管，這樣可以在一層發(fā)生染菌時，及時將其上下層流動的發(fā)酵培養(yǎng)基進行短接，然后單獨對該層實施消毒滅菌。滅菌后可直接接入。不會導致一層染菌則全部倒罐的問題。
[0016]4、本發(fā)明操作簡單，基本為閥門操作，集成化程度較高，工作效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)的組成示意圖
[0018]圖2是本發(fā)明多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)主發(fā)酵罐的剖面結構主視圖
[0019]圖3是本發(fā)明多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)主發(fā)酵罐主體部分的俯視結構示意圖
【具體實施方式】
[0020]如圖1~圖3所示，本發(fā)明公開了一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，包括相互連接的主發(fā)酵罐1、培養(yǎng)基罐2和種子罐3，所述培養(yǎng)基罐2連接一根導出管，導出管上設有一個連消裝置28;所述主發(fā)酵罐I從上至下依次設有一個培養(yǎng)基保溫儲罐4、兩個以上發(fā)酵子罐5，以及一個發(fā)酵液儲罐6 ;所述連消裝置導出兩根管，一根連通位于培養(yǎng)基保溫儲罐4 一側上部的培養(yǎng)基進口 8，另一根連通位于種子罐一側下部的種子罐入口 32 ;所述種子罐下端導出一根用于輸送種子液的種子管3b，種子管分別接入每個發(fā)酵子罐5 ;每個發(fā)酵子罐5內設有將真菌子座固定的金屬網(wǎng)柵24，且獨立的設有培養(yǎng)基進口 12和發(fā)酵液溢流管15以及種子液進口 13 ;培養(yǎng)基保溫儲罐4通過輸送培養(yǎng)基液的培養(yǎng)基管道9連通每個發(fā)酵子罐5的培養(yǎng)基進口 12、33，培養(yǎng)基與種子液在金屬網(wǎng)柵下方混合形成發(fā)酵液；由下至上倒數(shù)第二層以上的每個發(fā)酵子罐5內在中心位置設置有通氣腔29，通氣腔的側壁設有通氣孔31，金屬網(wǎng)柵高度低于通氣孔高度，通氣腔底部設有濾網(wǎng)25 ;最下層的發(fā)酵子罐5連通無菌空氣進口，無菌空氣通過通氣腔29向上層發(fā)酵子罐通氣；每個發(fā)酵子罐5與連接到發(fā)酵液儲罐6的發(fā)酵液溢流管15連通。
[0021]所述培養(yǎng)基保溫儲罐4外設有保溫夾套21，保溫夾套上設有夾套保溫水進口 11，和夾套保溫水出口 10。所述的發(fā)酵液儲罐6底部設有發(fā)酵液出料口 18。所述培養(yǎng)基保溫儲罐4和發(fā)酵液儲罐6內均設有攪拌槳。所述的每層發(fā)酵子罐外圍設有石棉保溫層。所述培養(yǎng)基罐2和種子罐3內設有攪拌槳。所述最上層的發(fā)酵子罐上連通通氣出口 14。所述通氣腔內填充無菌過濾棉26。所述上層的發(fā)酵子罐和相鄰的下層的發(fā)酵子罐之間設有跨流管17，跨流管連通本層發(fā)酵子罐的培養(yǎng)基管道進口、本層發(fā)酵子罐的發(fā)酵液溢流管以及下層的培養(yǎng)基管道進口，且每層的培養(yǎng)基進口 12、發(fā)酵液溢流管15以及跨流管17的交匯點都設有一個控制閥。所述種子罐頂端設有用于接種的接種口 3a。
[0022]實施例1
[0023]以蛹蟲草產蟲草素為例:
[0024]如圖1，本實施例公開了一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，包括主發(fā)酵罐1，培養(yǎng)基罐2和種子罐3。培養(yǎng)基罐2通過泵27連接一根導出管，導出管上設有一個連消裝置28 ;連消裝置28導出兩根管，一根導入主發(fā)酵罐培養(yǎng)基進口 8，另一根導入種子罐入口32 ;主發(fā)酵罐從上至下包括培養(yǎng)基保溫儲罐4、多級串聯(lián)或者并聯(lián)的發(fā)酵子罐5和發(fā)酵液儲罐6。種子罐的上端設有接種口 3b，下端導出一根管3b，該管3b通過泵30連通主發(fā)酵罐I的多級串并聯(lián)發(fā)酵子罐。
[0025]圖2中，主發(fā)酵罐I包括通氣腔29，攪拌槳7 ；培養(yǎng)基進口 8，培養(yǎng)基出口 9，夾套保溫水進口 11，夾套保溫水出口 10，培養(yǎng)基進口 12，種子液進口 13，通氣出口 14，第一層發(fā)酵液溢流口 15，第二層發(fā)酵液溢流口 16，跨流管17，發(fā)酵液出料口 18，無菌空氣進口 19。上層為培養(yǎng)基保溫儲罐，配有攪拌裝置和保溫水夾套，能夠對培養(yǎng)基進行保溫。中層為多級串聯(lián)發(fā)酵罐，外層及層間由石 棉保溫層隔開，每層均有主發(fā)酵腔，中軸上配有無菌空氣通道，內部填充無菌過濾棉，自下而上通入無菌空氣，相對濕度為60%，每個主發(fā)酵腔都覆蓋有環(huán)形的金屬網(wǎng)柵，用于真菌子座的附著生長，兩側有濾網(wǎng)、接液區(qū)和溢流區(qū)組成，左右布有接種管，培養(yǎng)基或發(fā)酵液進口以及溢流管。在每層保溫石棉層內均有一橫穿罐體的跨流管。溢流管的管口與金屬網(wǎng)柵高度一致，接種管和培養(yǎng)基進口均高于金屬網(wǎng)柵2cm以上。發(fā)酵腔與外層由濾網(wǎng)隔開。該多級串聯(lián)發(fā)酵罐層數(shù)可隨意設置。下層為發(fā)酵液儲罐，配有攪拌裝置和石棉保溫層。
[0026]圖3中，主發(fā)酵罐I的石棉保溫層20，保溫夾套21，接液區(qū)或溢流區(qū)22，濾網(wǎng)23，金屬網(wǎng)柵24，通氣腔底部設有通氣腔濾網(wǎng)25，主發(fā)酵腔層間過濾層26，跨流管17。其中最外層為石棉保溫層，靠近石棉保溫層的是保溫夾套，裝置內部靠近保溫夾套的兩側設有接液區(qū)或溢流區(qū)，通過濾網(wǎng)區(qū)分界限，金屬網(wǎng)柵分隔開裝置中心的通氣腔濾網(wǎng)和濾網(wǎng)，通氣腔濾網(wǎng)里設有主發(fā)酵腔層間過濾層。
[0027]采用本發(fā)明的多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，操作步驟如下:
[0028]1、將主發(fā)酵罐1、種子罐3及所有連消裝置28后管道進行空消，即在沒有加入培養(yǎng)基的條件下，用121°C蒸汽滅菌30分鐘以上。
[0029]2、使用培養(yǎng)基罐2配制種子培養(yǎng)基溶液，攪拌并加熱至80°C，培養(yǎng)基完全溶解，通過連消裝置28進行種子培養(yǎng)基滅菌，連消裝置設置為溫度150°C，培養(yǎng)基在連消裝置中的滯留時間控制在8分鐘。
[0030]3、將滅菌后的種子培養(yǎng)基從種子罐入口 32泵入種子罐3，利用種子瓶在種子罐接種口 3a接種，接種量為10%，進行通氣攪拌發(fā)酵制備種子液，溫度控制為26±1°C，攪拌速率控制在45rpm，通氣比為0.5V/V.min。
[0031]4、同上使用培養(yǎng)基罐2配制發(fā)酵培養(yǎng)基溶液，攪拌并加熱，至培養(yǎng)基完全溶解，通過連消裝置28進行發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌，開啟閥門8a從培養(yǎng)基進口 8泵入主發(fā)酵罐內的培養(yǎng)基保溫儲罐4中，保溫夾套21內從保溫夾套進水口 11通入28 ± I °C水并從保溫夾套出水口10流出，對發(fā)酵培養(yǎng)基進行冷卻后保溫。
[0032]5、從管道19通入無菌空氣，溫度27°C，相對濕度控制為70_80%。
[0033]6、開啟閥門9a和閥門12a，關閉閥門17a、閥門17b、閥門15a，使管道9和管道12
連通，讓恒溫的發(fā)酵培養(yǎng)基流入多級串聯(lián)發(fā)酵子罐5中，先將第一個發(fā)酵子罐5充入發(fā)酵培養(yǎng)基，然后開啟閥門15a、15b、33a使得培養(yǎng)基進口 33和溢流管15連通，當液面高度恰好到達金屬網(wǎng)柵24，多余的發(fā)酵培養(yǎng)基會通過溢流管15進入下一層發(fā)酵子罐5，然后從下一層發(fā)酵子罐5的發(fā)酵液溢流口 16流出，發(fā)酵液溢流口 16的控制閥16a開啟，依次類推逐一使每一層發(fā)酵子罐5中發(fā)酵培養(yǎng)基高度達到金屬網(wǎng)柵24，關閉閥門12a。
[0034]7、當種子液中的菌體干重達到20g/L時，開啟連接種子罐管道所有閥門13a等將種子液通過接種管3b，以10%接種量泵入發(fā)酵子罐5內，保溫進行靜置發(fā)酵5天。
[0035]8、當真菌子座覆蓋整個金屬網(wǎng)柵24時，開啟閥門12a、15a、15b、33a等所有發(fā)酵子罐5的進口和溢流口閥門以lL/d的流速將培養(yǎng)基儲罐4中的發(fā)酵培養(yǎng)基緩緩注入多級串聯(lián)發(fā)酵罐內。這樣子座下層的發(fā)酵液會從進口向溢流管緩緩流動，由溢流管流至下層發(fā)酵子罐5內，達到連續(xù)液體表面發(fā)酵。
[0036]9、當發(fā)酵液儲罐6積累到一定量的發(fā)酵液時可通過排料口 18排出，收集發(fā)酵液。
[0037]10、當保溫靜置發(fā)酵時，如果第一層出現(xiàn)疑似染菌?？上汝P閉閥門12a和閥門15a，再開啟閥門17a和閥門17b 將管道9與該層下一層發(fā)酵子罐5的培養(yǎng)基進口 33通過跨流管17進行短接。然后單獨對第一層實施5%氫氧化鈉溶液灌注洗滌，后用無菌水再沖洗至中性，廢液直接通過管道排出罐體，每個發(fā)酵子罐5都單獨設有廢液排出管道(圖中未示出)。即可重新加入發(fā)酵培養(yǎng)基和種子液進行靜置發(fā)酵。由此利用跨流管實現(xiàn)發(fā)酵子罐5之間的相互獨立，不至于因為一層發(fā)酵子罐5的染菌，導致整體的停工和染菌。
[0038]本發(fā)明提供了一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，具體實現(xiàn)該技術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
【權利要求】
1.一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，包括相互連接的主發(fā)酵罐(I)、培養(yǎng)基罐(2)和種子罐(3)，所述培養(yǎng)基罐(2)連接一根導出管，導出管上設有一個連消裝置(28);所述主發(fā)酵罐(I)從上至下依次設有一個培養(yǎng)基保溫儲罐(4)、兩個以上發(fā)酵子罐(5)，以及一個發(fā)酵液儲罐(6);所述連消裝置導出兩根管，一根連通位于培養(yǎng)基保溫儲罐(4) 一側上部的培養(yǎng)基進口(8)，另一根連通位于種子罐一側下部的種子罐入口(32)；所述種子罐下端導出一根用于輸送種子液的種子管(3b)，種子管分別接入每個發(fā)酵子罐(5);每個發(fā)酵子罐(5)內設有將真菌子座固定的金屬網(wǎng)柵(24)，且獨立的設有培養(yǎng)基進口(12)和發(fā)酵液溢流管(15)以及種子液進口(13);培養(yǎng)基保溫儲罐(4)通過輸送培養(yǎng)基液的培養(yǎng)基管道(9)連通每個發(fā)酵子罐(5)的培養(yǎng)基進口(12、33)，培養(yǎng)基與種子液在金屬網(wǎng)柵下方混合形成發(fā)酵液；由下至上倒數(shù)第二層以上的每個發(fā)酵子罐(5)內在中心位置設置有通氣腔(29)，通氣腔的側壁設有通氣孔(31)，金屬網(wǎng)柵高度低于通氣孔高度，通氣腔底部設有濾網(wǎng)(25);最下層的發(fā)酵子罐(5)連通無菌空氣進口，無菌空氣通過通氣腔(29)向上層發(fā)酵子罐通氣；每個發(fā)酵子罐(5)與連接到發(fā)酵液儲罐(6)的發(fā)酵液溢流管(15)連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述培養(yǎng)基保溫儲罐(4)外設有保溫夾套(21)，保溫夾套上設有夾套保溫水進口(11)，和夾套保溫水出口(10)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述的發(fā)酵液儲罐(6)底部設有發(fā)酵液出料口(18)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述培養(yǎng)基保溫儲罐(4)和發(fā)酵液儲罐(6)內均設有攪拌槳。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述的每層發(fā)酵子罐外圍設有石棉保溫層。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述培養(yǎng)基罐⑵和種子罐⑶內設有攪拌槳。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述最上層的發(fā)酵子罐上連通通氣出口(14)。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述通氣腔內填充無菌過濾棉(26)。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述上層的發(fā)酵子罐和相鄰的下層的發(fā)酵子罐之間設有跨流管(17)，跨流管連通本層發(fā)酵子罐的培養(yǎng)基管道進口、本層發(fā)酵子罐的發(fā)酵液溢流管以及下層的培養(yǎng)基管道進口，且每層的培養(yǎng)基進口(12)、發(fā)酵液溢流管(15)以及跨流管(17)的交匯點都設有一個控制閥。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種多級串聯(lián)液體表面發(fā)酵生物反應系統(tǒng)，其特征在于，所述種子罐頂端設有用于接種的接種口(3a)。
【文檔編號】C12M1/02GK104017721SQ201410274542
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權日:2014年6月18日
【發(fā)明者】湯佳鵬, 葛彥, 朱俐, 姜正林, 高永靜 申請人:南通大學