CN101974409A - 细菌培养发酵罐装置及其发酵工艺 - Google Patents

细菌培养发酵罐装置及其发酵工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种细菌培养发酵罐装置及其发酵工艺，其特征在于：发酵罐顶部设有清洗消毒注入管、加料管和空气输入管，所述发酵罐有PLC控制器控制，所述PLC控制器的输入端与设置在罐体内的温度传感器、pH值传感器、溶氧值传感器和搅拌速度传感器相连接，所述发酵罐罐体下侧设置有排料管，所述清洗消毒管与纯蒸汽输入管、注射用水输入管、酸碱洗液输入管、纯化水输入管和生活饮用水输入管相接通，所述纯蒸汽输入管旁路通向设置有空气过滤器的空气进气管，所述空气进气管伸向发酵罐底部，该装置在位清洗，在位灭菌、保温效果良好，有利于细菌培养发酵的进行。

Description

细菌培养发酵罐装置及其发酵工艺
技术领域
本发明涉及一种细菌培养发酵装置，尤其涉及一种细菌培养发酵罐装置及其发酵工艺。
背景技术
发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工程和下游工程。其中上游工程包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。中游工程主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细菌生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。此外，根据不同的需要，发酵工艺上还分类批量发酵：即一次投料发酵；流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础上，流加一定量的营养，使细胞进一步的生长，或得到更多的代谢产物； 连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发酵液。
目前细菌培养普遍采用发酵罐装置，该装置通常包含有控制系统，能够实现自动的调节控制，其操作简单，使用相当方便，但是其自动清洗（CIP）、消毒（SIP）系统还不完善，普遍存在清洗不干净和消毒不全面的技术问题，空气过滤不彻底带有杂菌，另外其在发酵过程中保温效果差，极大的影响细菌培养发酵的顺利进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细菌培养发酵罐装置及其发酵工艺，发酵罐装置设计合理结构紧凑，而且具有良好的灭菌效果，另外，该发酵罐装置加热均匀、保温效果良好，保证了细菌培养发酵的顺利进行，极大地提高了企业的经济效益。
本发明的特征在于：一种细菌培养发酵罐装置，包括带有搅拌桨的发酵罐，所述发酵罐外设置有夹套，其特征在于：发酵罐顶部设有清洗消毒注入管、加料管和空气输入管，所述发酵罐有PLC控制器控制，所述PLC控制器的输入端与设置在罐体内的温度传感器、PH值传感器、溶氧值传感器和搅拌速度传感器相连接，所述温度传感器经PLC控制器控制热水箱，以控制夹套循环保温热水的温度，所述PH值传感器经PLC控制器控制酸液和碱液的进液量，所述溶氧值传感器经PLC控制器控制空气的进气量，所述发酵罐罐体下侧设置有排料管，所述清洗消毒管与纯蒸汽输入管、注射用水输入管、酸碱洗液输入管、纯化水输入管和生活饮用水输入管相接通，所述纯蒸汽输入管旁路通向设置有空气过滤器的空气进气管，所述空气进气管伸向发酵罐底部。
为了更好地实现本发明，所述清洗消毒注入管伸入发酵罐上盖的端部上设置有清洗分布器，所述清洗消毒注入管上设置有清洗消毒控制阀门，所述清洗消毒注入管在清洗消毒控制阀门与发酵罐上盖之间的管段上旁接有排气管路，所述排气管路上设置有排气控制阀。所述普通蒸汽输入管经热水箱通向夹套的底侧，所述夹套上侧输出口循环回流至热水箱，以实现对发酵罐的加热和保温。所述排料管分成三支路，其中之一支路为出料取样支路，该支路上设置有无菌闷头，可以单独用纯蒸汽灭菌；其中另一支路为排污支路，用软管与排污总管连接，用于罐体清洗时排污水或罐体灭菌时排冷凝水；其中还有一支路与纯蒸汽管路相接通。所述加料管与消泡剂输入管、酸液输入管、碱液输入管和营养液输入管相接通，该些输入管的输送泵由PLC控制器控制。所述纯蒸汽输入管、注射用水输入管、酸碱洗液输入管、纯化水输入管、生活饮用水输入管和普通蒸汽输入管的控制阀由PLC控制器控制。
本发明的另一技术特征在于：一种细菌培养发酵工艺，其特征在于，按一下步骤进行：
（1）清洗  
①通入酸碱洗液先浸泡15-30分钟，后通入高压空气，打开排气管路的排气控制阀或罐体下侧的排气阀并开启搅拌浆搅拌5-15分钟，从罐底排料管排出洗液；
②通入纯化水同时通入高压空气，打开排气管路的排气控制阀或罐体下侧的排气阀并开启搅拌浆搅拌数分钟；从罐底阀排出废水；
③最后通入注射用水漂洗。
（2）空罐灭菌  通入纯蒸汽灭菌，使罐内温度达121℃维持15-20分钟，调整控制阀使得所用到的管路一并通蒸汽灭菌。
（3）加料  先加适量的注射用水，按配方依次加入固体培养基（干粉）搅拌至完全溶解，补充注射用水至标示量。
（4）灭菌  夹套通入普通蒸汽，使罐内温度达116℃维持30分，调整控制阀使得所用到管路一并通蒸汽灭菌。
（5）冷却  培养基灭菌结束后，通入无菌空气吹冷至37-38℃并保持罐内正压力。
（6）接种  按培养基总量4-10%，无菌操作接入菌子液，37-38℃培养增殖。
（7）细菌增殖过程中不断消耗营养物质，随着细菌菌数增加需氧量也增加，因此根据需要补充碳源、氮源等养份和增大溶氧量，同时随其代谢产物增多引起PH值的改变因此根据需要纠正PH值。
（8）取样检测，培养过程中取样做纯粹性检测。
（9）收获，细菌生长进入稳定期，停止培养收获菌液。
本发明的有益效果：一是结构简单紧凑、控制系统设计合理；二是自动清洗（CIP）、消毒（SIP）系统全面可靠，使得发酵罐具有良好的灭菌效果，无杂菌干扰，细菌培养发酵产品质量好；三是设置有夹套，通入蒸气时，加热速度快而且受热均匀；同时也设置了带有热水箱的循环加热回路，使得发酵罐的温度稳定的、可靠，保证了细菌培养发酵的顺利进行，极大地提高了企业的经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为控制系统电器连接示意图。
图中：1、搅拌桨；2、发酵罐；3、夹套；4、清洗消毒注入管；5、加料管；6、空气输入管；7、PLC控制器；8、温度传感器；9、PH值传感器；10、溶氧值传感器；11、搅拌速度传感器；14、酸液；15、碱液；16、空气进气管；17、排料管；18、纯蒸汽输入管；19、注射用水输入管；20、酸碱洗液输入管；21、纯化水输入管；22、生活饮用水输入管；23、纯蒸汽输入管旁路；24、空气过滤器；25、上盖；26、清洗分布器；27、控制阀；28、排气管路；29、普通蒸汽输入管；30、热水箱；31、输出口；32、出料取样支路；33、排污支路；34、消泡剂；35、营养液；36、输送泵；37、视窗；38、无菌闷头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
参考附图1，一种细菌培养发酵罐装置，包括带有搅拌桨1的发酵罐2，所述发酵罐2外设置有夹套3，其特征在于：发酵罐2顶部设有清洗消毒注入管4、加料管5和空气输入管6，所述发酵罐2有PLC控制器7控制，所述PLC控制器7的输入端与设置在罐体内的温度传感器8、PH值传感器9、溶氧值传感器10和搅拌速度传感器11相连接，所述温度传感器8经PLC控制器7控制热水箱，以控制夹套循环保温热水的温度，所述PH值传感器9经PLC控制器7控制酸液14和碱液15的进液量，所述溶氧值传感器10经PLC控制器7控制洁净空气的进气量，所述发酵罐2罐体下侧设置有排料管17，所述清洗消毒管4与纯蒸汽输入管18、注射用水输入管19、酸碱洗液输入管20、纯化水输入管21和生活饮用水输入管22相接通，所述纯蒸汽输入管旁路23通向设置有空气过滤器24的洁净空气进气管16，所述洁净空气进气管16伸向发酵罐2底部。
为了更好地实现本发明，所述清洗消毒注入管4伸入发酵罐2上盖25的端部上设置有清洗分布器26，所述清洗消毒注入管4上设置有清洗消毒控制阀27，所述清洗消毒注入管4在清洗消毒控制阀门27与发酵罐2上盖25之间的管段上旁接有排气管路28，所述排气管路28上设置有排气控制阀27。
为了保证细菌培养时，温度的稳定，所述普通蒸汽输入管29经热水箱30通向夹套3的底侧，所述夹套3上侧输出口31循环回流至热水箱30，以实现对发酵罐2的加热和保温。
上述排料管17分成三支路，其中之一支路为出料取样支路32，该支路上设置有无菌闷头38，可以单独用纯蒸汽灭菌；其中另一支路为排污支路33，用软管与排污总管连接，用于罐体清洗时排污水或罐体灭菌时排冷凝水；其中还有一支路与纯蒸汽管路相接通。所述加料管5与消泡剂34输入管、酸液14输入管、碱液15输入管和营养液35输入管相接通，该些输入管的输送泵36由PLC控制器7控制。所述纯蒸汽输入管18、注射用水输入管19、酸碱洗液输入管20、纯化水输入管21、生活饮用水输入管22和普通蒸汽输入管29的控制阀由PLC控制器7控制，所述发酵罐的罐体上设置有视窗37。
这里要说明的是：1.热水箱的热量有两个来源，一是来自于夹套输出口输出的蒸汽，蒸汽通向热水箱内部的毛细管与水进行热量传递；二是来自于热水箱内部的电热丝。2.普通蒸汽通常情况下是有手动控制阀，但为了提高整台设备的自动化程度，可以把该普通蒸汽的控制阀也接入PLC控制器中，有PLC控制器控制其通断和通气流量，以保证罐体的温度。
本发明的另一技术特征在于：一种细菌培养发酵工艺，其特征在于，按一下步骤进行：
（1）清洗   
①通入酸碱洗液先浸泡15-30分钟，后通入高压空气，打开排气管路的排气控制阀或罐体下侧的排气阀并开启搅拌浆搅拌5-15分钟，从罐底排料管排出洗液；
②通入纯化水同时通入高压空气，打开排气管路的排气控制阀或罐体下侧的排气阀并开启搅拌浆搅拌数分钟；从罐底阀排出废水；
③最后通入注射用水漂洗。
（2）空罐灭菌  通入纯蒸汽灭菌，使罐内温度达121℃维持10-20分钟，调整控制阀使得所用到的管路一并通蒸汽灭菌。
（3）加料  先加适量的注射用水，按配方依次加入固体培养基（干粉）搅拌至完全溶解，补充注射用水至标示量。
（4）灭菌  夹套通入普通蒸汽，使罐内温度达116℃维持30分，如果温度过高，可加大排气量降低压力，通过调整控制阀使得所用到管路一并通蒸汽灭菌。
（5）冷却  培养基灭菌结束后，通入无菌空气吹冷至37-38℃并保持罐内正压力。
（6）接种  按培养基总量4-10%，无菌操作接入菌子液，37-38℃培养增殖。
（7）细菌增殖过程中不断消耗营养物质，随着细菌菌数增加需氧量也增加，因此根据需要补充碳源、氮源等养份和增大溶氧量，同时随其代谢产物增多引起PH值的改变因此根据需要纠正PH值。
（8）取样检测  培养过程中取样做纯粹性检测。
（9）收获   细菌生长进入稳定期，停止培养收获菌液。
本发明不局限上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的结构产品。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种细菌培养发酵罐装置，包括带有搅拌桨的发酵罐，所述发酵罐外设置有夹套，其特征在于：发酵罐顶部设有清洗消毒注入管、加料管和空气输入管，所述发酵罐有PLC控制器控制，所述PLC控制器的输入端与设置在罐体内的温度传感器、PH值传感器、溶氧值传感器和搅拌速度传感器相连接，所述温度传感器经PLC控制器控制热水箱，以控制夹套循环保温热水的温度，所述PH值传感器经PLC控制器控制酸液和碱液的进液量，所述溶氧值传感器经PLC控制器控制空气的进气量，所述发酵罐罐体下侧设置有排料管，所述清洗消毒管与纯蒸汽输入管、注射用水输入管、酸碱洗液输入管、纯化水输入管和生活饮用水输入管相接通，所述纯蒸汽输入管旁路通向设置有空气过滤器的空气进气管，所述空气进气管伸向发酵罐底部。
2.根据权利要求1所述的细菌培养发酵罐装置，其特征在于：所述清洗消毒注入管伸入发酵罐上盖的端部上设置有清洗分布器，所述清洗消毒注入管上设置有清洗消毒控制阀门，所述清洗消毒注入管在清洗消毒控制阀门与发酵罐上盖之间的管段上旁接有排气管路，所述排气管路上设置有排气控制阀。
3.根据权利要求1所述的细菌培养发酵罐装置，其特征在于：所述热水箱的热水通向夹套的底侧，所述夹套上侧输出口循环回流至热水箱，以实现对发酵罐的加热和保温。
4.根据权利要求1所述的细菌培养发酵罐装置，其特征在于：所述排料管分成三支路，其中之一支路为出料取样支路，该支路上设置有无菌闷头，可以单独用纯蒸汽灭菌；其中另一支路为排污支路，用软管与排污总管连接，用于罐体清洗时排污水或罐体灭菌时排冷凝水；其中还有一支路与纯蒸汽管路相接通。
5.根据权利要求1所述的细菌培养发酵罐装置，其特征在于：所述消泡剂输入管、酸液输入管、碱液输入管和营养液输入管相接通，该些输入管的输送泵由PLC控制器控制。
6.根据权利要求1所述的细菌培养发酵罐装置，其特征在于：所述纯蒸汽输入管、注射用水输入管、酸碱洗液输入管、纯化水输入管、生活饮用水输入管和普通蒸汽输入管的控制阀由PLC控制器控制，该些管路上还设置有手动控制阀。
7.根据权利要求1所述的细菌培养发酵罐装置，其特征在于：所述发酵罐的罐体上设置有视窗。
8.一种细菌培养发酵工艺，其特征在于，按一下步骤进行：
（1）清洗   
①通入酸碱洗液先浸泡15-30分钟，后通入高压空气，打开排气管路的排气控制阀或罐体下侧的排气阀并开启搅拌浆搅拌5-15分钟，从罐底排料管排出洗液；
②通入纯化水同时通入高压空气，打开排气管路的排气控制阀或罐体下侧的排气阀并开启搅拌浆搅拌数分钟；从罐底阀排出废水；
③最后通入注射用水漂洗；
（2）空罐灭菌  通入纯蒸汽灭菌，使罐内温度达121℃维持15-20分钟，调整控制阀使得所用到的管路一并通蒸汽灭菌；
（3）加料  先加适量的注射用水，按配方依次加入固体培养基（干粉）搅拌至完全溶解，补充注射用水至标示量；
（4）灭菌  夹套通入普通蒸汽，使罐内温度达116℃维持30分，调整控制阀使得所用到管路一并通蒸汽灭菌；
（5）冷却  培养基灭菌结束后，通入无菌空气吹冷至37-38℃并保持罐内正压力；
（6）接种  按培养基总量4-10%，无菌操作接入菌子液，37-38℃培养增殖；
（7）细菌增殖过程中不断消耗营养物质，随着细菌菌数增加需氧量也增加，因此根据需要补充碳源、氮源等养份和增大溶氧量，同时随其代谢产物增多引起PH值的改变因此根据需要纠正PH值；
（8）取样检测，培养过程中取样做纯粹性检测；
（9）收获，细菌生长进入稳定期，停止培养收获菌液。
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