CN112608831A - 一种提高生物表面活性素产率的工业发酵生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，包括罐体与固定座，罐体与固定座的顶部相滑动连接，罐体的左侧壁顶部设置有培养液进口，罐体的右侧壁顶部设置有出气口，罐体顶部左侧设置有酸性储料箱，罐体顶部右侧设置有碱性储料箱，碱性储料箱与酸性储料箱的顶部均设置有加料口，碱性储料箱与酸性储料箱的底部均连通有导料管，导料管伸入罐体内腔的一端连通有喷头，碱性储料箱与酸性储料箱之间的罐体上设置有驱动机构，驱动机构的顶部连通有进气管，驱动机构伸入罐体内腔的一端连接有转动轴，本发明设计合理，通过pH分阶段性调控和溢流分离表面活性剂解除产物抑制两者有机结合，获得生物表面活性剂发酵生产最大产率和得率。
Description
技术领域
本发明涉及发酵工艺技术领域，具体为一种提高生物表面活性素产率的工业发酵生产工艺。
背景技术
由于具有高度的结构多样性和优良的表界面活性、生物可降解性、低毒性、适应性好等特性，生物表面活性剂在提高原油采收率、环境生物修复、食品加工和制药领域中发挥着重要作用。
利用生物反应器发酵生产生物表面活性剂是复杂的生化反应过程，通常需要通风和搅拌，在发酵生产过程中，有效的氧供应是重要的因素，不仅影响发酵产量，而且可能影响产物类型，随发酵的进行，产生的生物表面活性剂双亲分子聚集在气-液界面(主要为通风搅拌在培养液中产生气泡形成的气液界面)，由此导致大量的泡沫，现有技术也报道了通过泡沫分离就地从发酵液中移除生物表面活性剂，成功地提高了生物表面活性剂产量。
同时，现有技术在发酵生产生物表面活性剂过程中一般采用pH恒定或不控制(只限定发酵初始pH(一般为7左右)，发酵过程中不予以控制)的发酵方式。
研究发现，生物表面活性剂生产菌在生长和代谢阶段最佳pH不同，在生长阶段pH中性最佳，而在发酵生产生物表面活性剂阶段，pH偏酸性最佳。在生成泡沫过程中，发酵液pH一般会逐渐降至6.5以下。现有技术恒定pH7，利于菌株生长而不利于菌株代谢；而在不控制pH发酵条件下，进入稳定生长期后pH很快降至6.5以下，菌株生长及发酵生产生物表面活性剂能力受到极大影响，而此时营养介质还未有效利用完全。由此可见，现有技术单独通过泡沫分离，尽管生物表面活性剂产量比加消泡剂发酵生产有所提高，但由于未按菌种生理生长代谢特性分阶段控制pH，存在着生产菌株发酵能力未充分发挥以及营养介质未充分利用的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，包括罐体与固定座，所述罐体与固定座的顶部相滑动连接，所述罐体的左侧壁顶部设置有培养液进口，所述罐体的右侧壁顶部设置有出气口，所述罐体顶部左侧设置有酸性储料箱，所述罐体顶部右侧设置有碱性储料箱，所述碱性储料箱与酸性储料箱的顶部均设置有加料口，所述碱性储料箱与酸性储料箱的底部均连通有导料管，所述导料管伸入罐体内腔的一端连通有喷头，所述碱性储料箱与酸性储料箱之间的罐体上设置有驱动机构，所述驱动机构的顶部连通有进气管，所述驱动机构伸入罐体内腔的一端连接有转动轴，且转动轴的底部与罐体的内腔底部通过转轴相转动连接，所述转动轴与驱动机构的内腔均设置有导气槽，且导气槽与进气管相连通，所述转动轴的左右两侧均铰接有搅拌桨，左右两侧所述搅拌桨上均固接有连接杆，最底部所述搅拌桨下方的转动轴上设置有螺纹段，所述螺纹段上螺接上有滑块，所述滑块的左右两侧均铰接有支撑架，且远离滑块一侧的支撑架与两个连接杆的底部均铰接，相邻所述搅拌桨与搅拌桨和滑块之间的转动轴的左右两侧均连接有出气座，所述出气座的内腔设置有出气管，且出气管伸入转动轴的内腔与导气槽相连通，所述罐体的前侧壁底部左侧开设有排渣口，所述罐体的前侧壁底部右侧开设溢流口，所述溢流口伸入罐体内腔的一端连通有溢流管。
优选的，所述罐体的内腔左侧壁中心处设置有PH检测仪，所述罐体的左侧壁外侧中心处设置显示器，且显示器与PH检测仪相电性连接，这样能够时刻监测罐体中PH值的变化，从而保证了菌株的繁殖与呼吸。
优选的，所述固定座的顶部中心处开设有滑动槽，所述固定座的右侧壁固接有第一正反转电机，所述第一正反转电机伸入固定座内腔的动力输出端连接有螺纹丝杆，且螺纹丝杆远离第一正反转电机的一端与滑动槽的左侧壁相转动连接，所述滑动槽内腔的螺纹丝杆上滑动连接有滑动块，且滑动块与罐体底部相固接，这样能够使罐体左右晃动，产生震荡的效果，形成对流，从而便于酸性试剂或碱性试剂与罐体的培养液混合均匀。
优选的，所述驱动机构包括两个连接座、第一转动柱与第二转动柱，所述连接座的底部分别与第一转动柱和第二转动柱相转动连接，所述第一转动柱与第二转动柱之间绕接有传动带，所述第一转动柱远离连接座的一端均与转动轴相固接，且第一转动柱与转动轴之间通过导气槽相连通，所述连接座通过支撑柱与罐体固定，右侧所述连接座上固接有第二正反转电机，且第二正反转电机的动力输出端与第二转动柱相连接，这样既能够驱动转动轴转动，对罐体中的培养液进行翻动，使培养液中各部分的PH值保持一致，同时也能够便于向罐体中输送空气，从而便于菌株的有氧发酵，提高了菌株的存活率。
优选的，所述出气管的内腔设置有单向阀，这样能够减少培养液倒流回出气管中，从而降低出气管与导气槽水封的可能。
优选的，所述溢流管的顶端与培养液进口保持在同一条水平线上，这样能够保证溢流管高出液面，从而便于了将泡沫溢流出来。
优选的，所述的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐的工业发酵生产工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：
S1：将生物表面活性剂生产菌接种于培养基中，调控菌株生长阶段培养基的pH值为7.0-7.2，进行接种培养。
S2：将生长阶段的的培养液导入到罐体中，进行活化剂产品的生产，通过碱性储料箱与酸性储料箱向罐体添加酸性或碱性试剂，从而对罐体中的培养液生pH值进行调节，调控菌株生产阶段培养基的pH值为6.4-6.7，利用PH检测仪实时检测，同时集气管通入空气，为菌株的生长提供氧气，通过驱动机构带动转动轴对培养液进行搅拌翻动，使培养液混合均匀，
S3：发酵一端时间后，由罐体内腔的溢流管将捕捉的泡沫导流到溢流口，从溢流口中收集发酵产生的泡沫，即得生物表面活性剂产品，这样便于得到优良的产品，提高生物表面活性剂发酵生产得率及产率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵工艺通过在罐体底部设置溢流口，将发酵产生的大量泡沫及时排出，消除了产物抑制，并分离收集泡沫中的生物表面活性剂产品，通过碱性储料箱与酸性储料箱向罐体的内腔添加酸性或碱性试剂，从而达到对罐体中培养液pH值的调节，使pH值维持在6.4-6.7左右，在发酵过程中，通过驱动机构、转动轴、搅拌桨、连接杆与支撑架组成一个翻动结构，利用翻动结构既能够实现培养液的搅动，同时也能实现培养液的翻动，使添加酸性或碱性试剂后培养液混合更加的均匀，保证了培养液各部分pH的一致，为菌株提供了良好的生长环境，通过第一正反转电机、螺纹丝杆与滑块组成一个左右晃动的结构，利用左右晃动的结构使罐体左右晃动，产生震荡的效果，形成对流，进一步的便于酸性试剂或碱性试剂与罐体的培养液混合均匀，由此，本发明公开了溢流发酵-pH适时调控的生物表面活性剂发酵生产工艺，该工艺充分发挥菌株代谢生产生物表面活性剂的能力，同时将底物充分混合均匀，菌株存活量高，从而提高生物表面活性剂发酵生产得率及产率。
附图说明
图1为本发明的整体结构主视图；
图2为本发明的转动轴结构示意图；
图3为本发明的出气座与转动轴连接结构示意图；
图4为本发明的驱动机构与罐体连接主视图；
图5为本发明的整体结构侧视图；
图6为本发明的固定座内部结构示意图；
图中、1、罐体；2、固定座；3、驱动机构；4、碱性储料箱；5、酸性储料箱；6、加料口；7、导料管；8、喷头；9、进气管；10、培养液进口；11、出气口；12、转动轴；13、导气槽；14、搅拌桨；15、连接杆；16、支撑架；17、螺纹段；18、滑块；19、出气座；20、出气管；21、单向阀；22、溢流口；23、溢流管；24、排渣口；25、显示器；26、PH检测仪；28、第一正反转电机；29、滑动槽；30、滑动块；31、螺纹丝杆；32、连接座；33、第二转动柱；34、第一转动柱；35、传动带；36、第二正反转电机。
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做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。
请参阅图1-6，本发明提供的一种实施例。
本实施例中一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，包括罐体1与固定座2，罐体1与固定座2的顶部相滑动连接，罐体1的左侧壁顶部设置有培养液进口10，罐体1的右侧壁顶部设置有出气口11，罐体1顶部左侧设置有酸性储料箱5，罐体1顶部右侧设置有碱性储料箱4，碱性储料箱4与酸性储料箱5的顶部均设置有加料口6，碱性储料箱4与酸性储料箱5的底部均连通有导料管7，导料管7伸入罐体1内腔的一端连通有喷头8，碱性储料箱4与酸性储料箱5之间的罐体1上设置有驱动机构3，驱动机构3的顶部连通有进气管9，驱动机构3伸入罐体1内腔的一端连接有转动轴12，且转动轴12的底部与罐体1的内腔底部通过转轴相转动连接，转动轴12与驱动机构3的内腔均设置有导气槽13，且导气槽13与进气管9相连通，转动轴12的左右两侧均铰接有搅拌桨14，左右两侧搅拌桨14上均固接有连接杆15，最底部搅拌桨14下方的转动轴12上设置有螺纹段17，螺纹段17上螺接上有滑块18，滑块18的左右两侧均铰接有支撑架16，且远离滑块18一侧的支撑架16与两个连接杆15的底部均铰接，相邻搅拌桨14与搅拌桨14和滑块18之间的转动轴12的左右两侧均连接有出气座19，出气座19的内腔设置有出气管20，出气管20的内腔设置有单向阀21，这样能够减少培养液倒流回出气管20中，从而降低出气管20与导气槽13水封的可能，且出气管20伸入转动轴12的内腔与导气槽13相连通，罐体1的前侧壁底部左侧开设有排渣口24，罐体1的前侧壁底部右侧开设溢流口22，溢流口22伸入罐体1内腔的一端连通有溢流管23，溢流管23的顶端与培养液进口10保持在同一条水平线上，这样能够保证溢流管23高出液面，从而便于了将泡沫溢流出来。
本实施例中罐体1的内腔左侧壁中心处设置有PH检测仪26，罐体1的左侧壁外侧中心处设置显示器25，且显示器25与PH检测仪26相电性连接，这样能够时刻监测罐体1中PH值的变化，从而保证了菌株的繁殖与呼吸。
本实施例中固定座2的顶部中心处开设有滑动槽29，固定座2的右侧壁固接有第一正反转电机28，第一正反转电机28伸入固定座2内腔的动力输出端连接有螺纹丝杆31，且螺纹丝杆31远离第一正反转电机28的一端与滑动槽29的左侧壁相转动连接，滑动槽29内腔的螺纹丝杆31上滑动连接有滑动块30，且滑动块30与罐体1底部相固接，这样能够使罐体1左右晃动，产生震荡的效果，形成对流，从而便于酸性试剂或碱性试剂与罐体1的培养液混合均匀。
本实施例中驱动机构3包括两个连接座32、第一转动柱34与第二转动柱33，连接座32的底部分别与第一转动柱34和第二转动柱33相转动连接，第一转动柱34与第二转动柱33之间绕接有传动带35，第一转动柱34远离连接座32的一端均与转动轴12相固接，且第一转动柱34与转动轴12之间通过导气槽13相连通，连接座32通过支撑柱与罐体1固定，右侧连接座32上固接有第二正反转电机36，且第二正反转电机36的动力输出端与第二转动柱33相连接，这样既能够驱动转动轴12转动，对罐体1中的培养液进行翻动，使培养液中各部分的PH值保持一致，同时也能够便于向罐体1中输送空气，从而便于菌株的有氧发酵，提高了菌株的存活率。
本实施例中，的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐的工业发酵生产工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：
S1：将生物表面活性剂生产菌接种于培养基中，调控菌株生长阶段培养基的pH值为7.0-7.2，进行接种培养。
S2：将生长阶段的的培养液导入到罐体1中，进行活化剂产品的生产，通过碱性储料箱4与酸性储料箱5向罐体1添加酸性或碱性试剂，从而对罐体1中的培养液生pH值进行调节，调控菌株生产阶段培养基的pH值为6.4-6.7，利用PH检测仪26实时检测，同时集气管9通入空气，为菌株的生长提供氧气，通过驱动机构3带动转动轴12对培养液进行搅拌翻动，使培养液混合均匀，
S3：发酵一端时间后，由罐体1内腔的溢流管23将捕捉的泡沫导流到溢流口22，从溢流口22中收集发酵产生的泡沫，即得生物表面活性剂产品，这样便于得到优良的产品，提高生物表面活性剂发酵生产得率及产率。
工作原理：将生物表面活性剂生产菌接种于培养基中，调控菌株生长阶段培养基的pH值为7.0-7.2，然后通过加料口6导入到罐体1中，进入罐体1后，进行活化剂产品的生产，通过PH检测仪26时刻监测培养液中PH值的变化，并通过碱性储料箱4与酸性储料箱5向罐体1中添加试剂，从而使罐体1中培养液的PH值保持在6.4-6.7，为菌株提供适宜的生长环境，在发酵过程工作中，第一正反转电机28与第二正反转电机36同时启动，第二正反转电机36带动第二转动柱33转动，第二转动柱33与第一转动柱34之间通过传动带35联动，因此第一转动柱34带动转动轴12转动，转动轴12带动搅拌桨14转动，在转动轴12转动的同时，转动轴12上的螺纹段17与滑块18螺接，转动轴12带动滑块18上下滑动，连接杆15将搅拌桨14连接成一个整体，在滑块18运动的过程中滑块18带动支撑架16提升或下降，运动的支撑架16推动连接杆15上升或下降，在连接杆15的带动下推动着搅拌桨14上下的转动角度，完成对罐体1内腔混合物料的翻动，使罐体1中培养液各部分的PH值保持一致，提高了菌株的存活率，转动轴12中的导气槽13将进气管9进入的气体导入罐体1中，并经过出气座19导出，为菌株的生长提供氧气，同时第一正反转电机28驱动螺纹丝杆31转动，螺纹丝杆31带动罐体1沿着固定座2左右运动，对罐体1的混合物料在横向方向上进行晃动，使罐体1左右晃动，产生震荡的效果，形成对流，发酵一段时间后，通过溢流管23将产生的泡沫从溢流口22排出，得到产品，排渣口24将废料排出，通过出气口11将多余的气体排出，维持罐体1中的压强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，包括罐体(1)与固定座(2)，其特征在于：所述罐体(1)与固定座(2)的顶部相滑动连接，所述罐体(1)的左侧壁顶部设置有培养液进口(10)，所述罐体(1)的右侧壁顶部设置有出气口(11)，所述罐体(1)顶部左侧设置有酸性储料箱(5)，所述罐体(1)顶部右侧设置有碱性储料箱(4)，所述碱性储料箱(4)与酸性储料箱(5)的顶部均设置有加料口(6)，所述碱性储料箱(4)与酸性储料箱(5)的底部均连通有导料管(7)，所述导料管(7)伸入罐体(1)内腔的一端连通有喷头(8)，所述碱性储料箱(4)与酸性储料箱(5)之间的罐体(1)上设置有驱动机构(3)，所述驱动机构(3)的顶部连通有进气管(9)，所述驱动机构(3)伸入罐体(1)内腔的一端连接有转动轴(12)，且转动轴(12)的底部与罐体(1)的内腔底部通过转轴相转动连接，所述转动轴(12)与驱动机构(3)的内腔均设置有导气槽(13)，且导气槽(13)与进气管(9)相连通，所述转动轴(12)的左右两侧均铰接有搅拌桨(14)，左右两侧所述搅拌桨(14)上均固接有连接杆(15)，最底部所述搅拌桨(14)下方的转动轴(12)上设置有螺纹段(17)，所述螺纹段(17)上螺接上有滑块(18)，所述滑块(18)的左右两侧均铰接有支撑架(16)，且远离滑块(18)一侧的支撑架(16)与两个连接杆(15)的底部均铰接，相邻所述搅拌桨(14)与搅拌桨(14)和滑块(18)之间的转动轴(12)的左右两侧均连接有出气座(19)，所述出气座(19)的内腔设置有出气管(20)，且出气管(20)伸入转动轴(12)的内腔与导气槽(13)相连通，所述罐体(1)的前侧壁底部左侧开设有排渣口(24)，所述罐体(1)的前侧壁底部右侧开设溢流口(22)，所述溢流口(22)伸入罐体(1)内腔的一端连通有溢流管(23)。
2.根据权利要求1所述的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，其特征在于：所述罐体(1)的内腔左侧壁中心处设置有PH检测仪(26)，所述罐体(1)的左侧壁外侧中心处设置显示器(25)，且显示器(25)与PH检测仪(26)相电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，其特征在于：所述固定座(2)的顶部中心处开设有滑动槽(29)，所述固定座(2)的右侧壁固接有第一正反转电机(28)，所述第一正反转电机(28)伸入固定座(2)内腔的动力输出端连接有螺纹丝杆(31)，且螺纹丝杆(31)远离第一正反转电机(28)的一端与滑动槽(29)的左侧壁相转动连接，所述滑动槽(29)内腔的螺纹丝杆(31)上滑动连接有滑动块(30)，且滑动块(30)与罐体(1)底部相固接。
4.根据权利要求1所述的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，其特征在于：所述驱动机构(3)包括两个连接座(32)、第一转动柱(34)与第二转动柱(33)，所述连接座(32)的底部分别与第一转动柱(34)和第二转动柱(33)相转动连接，所述第一转动柱(34)与第二转动柱(33)之间绕接有传动带(35)，所述第一转动柱(34)远离连接座(32)的一端均与转动轴(12)相固接，且第一转动柱(34)与转动轴(12)之间通过导气槽(13)相连通，所述连接座(32)通过支撑柱与罐体(1)固定，右侧所述连接座(32)上固接有第二正反转电机(36)，且第二正反转电机(36)的动力输出端与第二转动柱(33)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，其特征在于：所述出气管(20)的内腔设置有单向阀(21)。
6.根据权利要求1所述的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐，其特征在于：所述溢流管(23)的顶端与培养液进口(10)保持在同一条水平线上。
7.采用权利要求2所述的一种提高生物表面活性素产率的工业发酵罐的工业发酵生产工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：
S1：将生物表面活性剂生产菌接种于培养基中，调控菌株生长阶段培养基的pH值为7.0-7.2，进行接种培养，
S2：将生长阶段的的培养液导入到罐体(1)中，进行活化剂产品的生产，通过碱性储料箱(4)与酸性储料箱(5)向罐体(1)添加酸性或碱性试剂，从而对罐体(1)中的培养液生pH值进行调节，调控菌株生产阶段培养基的pH值为6.4-6.7，利用PH检测仪(26)实时检测，同时集气管(9)通入空气，为菌株的生长提供氧气，通过驱动机构(3)带动转动轴(12)对培养液进行搅拌翻动，使培养液混合均匀，
S3：发酵一端时间后，由罐体(1)内腔的溢流管(23)将捕捉的泡沫导流到溢流口(22)，从溢流口(22)中收集发酵产生的泡沫，即得生物表面活性剂产品。
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