CN113549542B - 一种微生物菌种的扩培装置及方法 - Google Patents

一种微生物菌种的扩培装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微生物菌种的扩培方法，包括如下步骤：步骤100、将需氧型菌种投入培养罐内，向培养罐内通入无菌空气并对培养液进行同步搅拌；步骤200、当培养罐内的气体压强达到预设最高值后，停止无菌空气的通入与以及培养液的搅拌；步骤300、当培养罐内的气体压强低于预设最低值时，继续向培养罐内通入无菌空气并进行同步搅拌；步骤400、重复步骤200和步骤300直至培养罐内的菌种数量达到指定数量级；本发明还提供了一种微生物菌种的扩培装置；本发明将微生物培养过程中氧气的通入改为间歇式，利用高压有助于氧气的溶解，在通氧结束后，停止搅拌，创造微生物不受打扰的增殖状态，避免菌体受损，从而提高了菌群的繁殖速度与质量。

Description

一种微生物菌种的扩培装置及方法
技术领域
本发明涉及微生物培养技术领域，具体涉及一种微生物菌种的扩培装置及方法。
背景技术
在微生物领域，常常涉及到菌种的培养、增殖，使菌株在一定的温度条件下、在适宜的培养基中增殖以扩大数量，满足该菌种在人用药、兽用药、饲料、养殖等领域的使用需要。尤其是对于芽孢杆菌，如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、酪酸梭菌等，都需要在发酵罐内进行发酵、增殖，使活菌数量显著增加。微生物的二级扩培是为了获得纯菌株，每个菌落的细菌都是由同一个细菌分裂繁殖出来的。它们的遗传物质基本上一样。
对于需氧菌的扩培，需要在培养过程中向培养基中通入氧气，同时，为了提高氧气的溶解量，现有技术的一般采用立式固定罐，利用机械搅拌增加氧气与液体培养基的接触面积以提高氧溶解量，但是长时间的机械搅拌下产生的剪切作用下更容易伤害菌体，而且耗能更高，通常一台2立方左右的扩培罐动力约5kw，这样对成本控制极为不利，让企业失去市场竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微生物菌种的扩培装置及方法，以解决现有技术中机械搅拌以提高溶解氧容易伤害菌体且耗能较高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种微生物菌种的扩培方法，包括如下步骤：
步骤100、将需氧型菌种投入培养罐内，向培养罐内通入无菌空气并对培养液进行同步搅拌；
步骤200、当培养罐内的气体压强达到预设最高值后，停止无菌空气的通入与以及培养液的搅拌；
步骤300、当培养罐内的气体压强低于预设最低值时，继续向培养罐内通入无菌空气并进行同步搅拌；
步骤400、重复步骤200和步骤300直至培养罐内的菌种数量达到指定数量级。
作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，在通入无菌空气之前，还包括：在所述培养罐内建立独立的空腔以使得空腔包含培养罐内罐体和罐盖的缝隙处，保持空腔内的气体压强大于1个标准大气压以避免外界空气沿罐体和罐盖的缝隙处进入培养罐内部。
本发明还提供了一种用于上述微生物菌种的扩培方法的装置，包括：
培养罐，用于提供微生物菌种的扩培空间；
通气机构，与所述培养罐的内腔相连通，所述通气机构用于向所述培养罐提供无菌空气；
气压反馈机构，设置于所述培养罐的内部，所述气压反馈机构用于在所述培养罐内的气压达到预设值后驱动所述通气机构停止向所述培养罐内通气；
气动搅拌机构，设置于所述培养罐的内部，所述气动搅拌机构以所述通气机构通入的无菌空气为气源以完成自身搅拌动作。
作为本发明的一种优选方案，所述预设值包括预设最低值和预设最高值；
在所述培养罐内的气压达到预设最高值时，所述气压反馈机构驱动所述通气机构停止向所述培养罐内通气；
在所述培养罐内的气压低于预设最低值时，所述气压反馈机构驱动所述通气机构向所述培养罐内通气。
作为本发明的一种优选方案，所述培养罐包括罐体以及盖合在所述罐体上方的罐盖，所述罐体的内部通过隔离件将所述培养罐的内部隔设为上方的保护腔和下方的增殖腔；
在所述培养罐内的气压达到预设最高值时，所述气压反馈机构驱动所述通气机构向所述保护腔内通气；
在所述培养罐内的气压低于预设最低值时，所述气压反馈机构驱动所述通气机构停止向所述保护腔内通气。
作为本发明的一种优选方案，所述通气机构包括气源罐以及与所述气源罐连接的工作泵，所述工作泵的出气口连接有通气管，所述气压反馈机构用于驱动所述通气管与所述保护腔或所述增殖腔连通；
所述保护腔的外壁开设有排气口，所述排气口处设置有泄压阀，所述泄压阀用于在所述保护腔内的气压达到设定值后将所述保护腔内的气体输送至所述气源罐内。
作为本发明的一种优选方案，所述气压反馈机构包括第一通道、第二通道和动力件；
所述第一通道包括开设在所述隔离件的外周面上的第一开口，所述第一开口沿所述所述隔离件的内部延伸直至贯穿所述隔离件靠近所述保护腔的一面以使得所述第一开口与所述保护腔相连通；
所述第一通道包括开设在所述隔离件的外周面上的第二开口，所述第二开口和所述第一开口处于同一条竖直线的不同高度位置，所述第二开口沿所述所述隔离件的内部延伸直至贯穿所述隔离件靠近所述增殖腔的一面以使得所述第二开口与所述增殖腔相连通；
在所述罐体的外壁上开设有与所述通气管相连通的通气口，所述动力件用于驱动所述隔离件沿所述罐体的内壁移动以使得所述通气口与所述第一开口或所述第二开口连接。
作为本发明的一种优选方案，所述隔离件为贴壁安装在所述培养罐内部的活塞体；
所述第一开口的位置低于所述第二开口的高度，所述动力件为所述保护腔和所述增殖腔的气体压差，所述活塞体在压强差的作用下向所述保护腔和所述增殖腔中气体压强较小的一侧移动。
作为本发明的一种优选方案，所述气动搅拌机构包括设置于所述罐体内的接气管和集气管，所述接气管的一端与所述第二通道的出气口连接，所述集气管连接在所述接气管的另一端，在所述集气管的外周面和端面上均开设有多个喷气口。
作为本发明的一种优选方案，在所述接气管的中间设置有一段螺纹伸缩管，所述集气管的底部通过弹簧与所述罐体的底部连接以使得所述集气管在所述接气管的气流作用下进行上下晃动。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明将微生物培养过程中氧气的通入改为间歇式，首先保持通氧与搅拌同时开启，在氧气通入过程中培养罐内的气体压强不断增大，高压有助于氧气的溶解，同时配合搅拌以使得氧气的溶解率更好并将培养内的溶解氧分布均匀，在通氧结束后，停止搅拌，创造微生物不受打扰的增殖状态，避免菌体受损，当培养罐内的需氧均将罐体内的氧气消耗一部分后继续向培养罐内通入氧气，以保证培养罐内氧气量充足，从而提高了菌群的繁殖速度与质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供扩培装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供扩培方法的流程图。
图中的标号分别表示如下：
10-培养罐；20-通气机构；30-气压反馈机构；40-气动搅拌机构；
11-罐体；12-罐盖；13-隔离件；14-保护腔；15-增殖腔；16-排气口；17-泄压阀；18-通气口；
21-气源罐；22-工作泵；23-通气管；
31-第一通道；32-第二通道；
41-接气管；42-集气管；43-喷气口；44-螺纹伸缩管；45-弹簧。
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。
如图1所示，本发明提供了一种微生物菌种的扩培方法，包括如下步骤：
步骤100、将需氧型菌种投入培养罐内，向培养罐内通入无菌空气并对培养液进行同步搅拌，在通气过程中，培养罐内的气体压强增大有利于氧气的溶解，同时配合搅拌操作增大氧气与培养液的接触面积，进一步提高溶解氧并将溶解氧均匀分布至培养液的各处；
步骤200、当培养罐内的气体压强达到预设最高值后，停止无菌空气的通入以避免培养罐内的气体压强过大造成的培养罐超负荷运作，同时停止培养液的搅拌，创造需氧菌繁殖的不受机械搅拌打扰的状态；
步骤300、当培养罐内的需氧均将罐体内的氧气消耗一部分后，培养罐内的气体压强低于预设最低值时，继续向培养罐内通入无菌空气并进行同步搅拌；
步骤400、重复步骤200和步骤300直至培养罐内的菌种数量达到指定数量级。
其中，在步骤100中，在通入无菌空气之前，还包括：在所述培养罐内建立独立的空腔以使得空腔包含培养罐内罐体和罐盖的缝隙处，保持空腔内的气体压强大于1个标准大气压。
在这里空腔内气体压强大于1个标准大气压的目的是使得空腔内的压强大于罐体外部的压强，这样可以在罐体和罐盖处发生微小的漏气缝隙时，外界空气也无法沿罐体和罐盖的缝隙处进入并污染培养罐内部。
如图2所示，基于上述微生物菌种的扩培方法，本发明还提供了应用于上述扩培方法的装置，包括：
培养罐10，用于提供微生物菌种的扩培空间；
通气机构20，与所述培养罐10的内腔相连通，所述通气机构20用于向所述培养罐10提供无菌空气；
气压反馈机构30，设置于所述培养罐10的内部，所述气压反馈机构30用于在所述培养罐10内的气压达到预设值后驱动所述通气机构20停止向所述培养罐10内通气；
气动搅拌机构40，设置于所述培养罐10的内部，所述气动搅拌机构40以所述通气机构20通入的无菌空气为气源以完成自身搅拌动作。
其中，所述预设值包括预设最低值和预设最高值；
在所述培养罐内的气压达到预设最高值时，所述气压反馈机构驱动所述通气机构20停止向所述培养罐10内通气；
在所述培养罐内的气压低于预设最低值时，所述气压反馈机构驱动所述通气机构向所述培养罐内通气。
具体地，所述培养罐10包括罐体11以及盖合在所述罐体11上方的罐盖12，所述罐体11的内部通过隔离件13将所述培养罐10的内部隔设为上方的保护腔14和下方的增殖腔15；
保持保护腔14内的气体压强大于1个标准大气压可以避免外界空气沿罐体11和罐盖12的缝隙处进入罐体11内部，其中增大压强的方式有多种方式，在本发明实施例中，为了简化装置结构，避免引入新的增压结构，优选地，在所述培养罐10内的气压达到预设最高值时，所述气压反馈机构30驱动所述通气机构20向所述保护腔14内通气；
在所述培养罐10内的气压低于预设最低值时，所述气压反馈机构30驱动所述通气机构20停止向所述保护腔14内通气。
所述通气机构20包括气源罐21以及与所述气源罐21连接的工作泵22，所述工作泵22的出气口连接有通气管23，所述气压反馈机构30用于驱动所述通气管23与所述保护腔14或所述增殖腔15连通；
为了避免保护腔14内的气体压强过大，因此在所述保护腔14的外壁开设有排气口16，所述排气口16处设置有泄压阀17，所述泄压阀17用于在所述保护腔14内的气压达到设定值后将所述保护腔14内的气体输送至所述气源罐21内。
在本发明实施例中，所述气压反馈机构30包括第一通道31、第二通道32和动力件；
所述第一通道31包括开设在所述隔离件13的外周面上的第一开口，所述第一开口沿所述所述隔离件13的内部延伸直至贯穿所述隔离件13靠近所述保护腔14的一面以使得所述第一开口与所述保护腔14相连通；
所述第一通道32包括开设在所述隔离件13的外周面上的第二开口，所述第二开口和所述第一开口处于同一条竖直线的不同高度位置，所述第二开口沿所述所述隔离件13的内部延伸直至贯穿所述隔离件13靠近所述增殖腔15的一面以使得所述第二开口与所述增殖腔15相连通；
在所述罐体11的外壁上开设有与所述通气管23相连通的通气口18，所述动力件用于驱动所述隔离件13沿所述罐体11的内壁移动以使得所述通气口18与所述第一开口或所述第二开口连接从而实现保护腔和增殖腔的气体通入。
上述动力件可以是在罐体11内部设置的伸缩杆等结构以实现隔离件13的移动，在本发明实施例中，优选地，所述隔离件13为贴壁安装在所述培养罐10内部的活塞体；
所述第一开口的位置低于所述第二开口的高度，所述动力件为所述保护腔14和所述增殖腔15的气体压差，所述活塞体在压强差的作用下向所述保护腔14和所述增殖腔15中气体压强较小的一侧移动。
当第二开口与通气口18连接时，增殖腔15内通入无菌空气，当增殖腔15内的气体压强大于保护腔14时，活塞体向上运动直至第二开口与通气口18不对通，此时位于第二开口下方的第一开口与通气口对通，活塞体继续向上运动直至保护腔14内的气体压强大于增殖腔15时，增殖腔15继续进行通气，往复循环，直至菌种增殖至预设的数量级。
在本发明实施例中，培养液的搅拌方式优选气动搅拌的方式，相比于机械搅拌对菌体的破坏力较小，同时气动搅拌可以以无菌空气为气源从而实现自动且同步的搅拌，具体地，所述气动搅拌机构40包括设置于所述罐体11内的接气管41和集气管42，所述接气管41的一端与所述第二通道31的出气口连接，所述集气管42连接在所述接气管41的另一端，在所述集气管42的外周面和端面上均开设有多个喷气口43，利用多个方位的喷气口43实现对培养液的多方位搅拌。
另外，在所述接气管41的中间设置有一段螺纹伸缩管44，所述集气管42的底部通过弹簧45与所述罐体11的底部连接以使得所述集气管42在所述接气管41的气流作用下进行上下晃动，在晃动时，喷气口43的辐射范围更广，进一步提高了搅拌效率。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (3)

1.一种微生物菌种的扩培装置，其特征在于，包括：
培养罐(10)，用于提供微生物菌种的扩培空间；
通气机构(20)，与所述培养罐(10)的内腔相连通，所述通气机构(20)用于向所述培养罐(10)提供无菌空气；
气压反馈机构(30)，设置于所述培养罐(10)的内部，所述气压反馈机构(30)用于在所述培养罐(10)内的气压达到预设值后驱动所述通气机构(20)停止向所述培养罐(10)内通气；
气动搅拌机构(40)，设置于所述培养罐(10)的内部，所述气动搅拌机构(40)以所述通气机构(20)通入的无菌空气为气源以完成自身搅拌动作，
所述预设值包括预设最低值和预设最高值；
在所述培养罐内的气压达到预设最高值时，所述气压反馈机构驱动所述通气机构(20)停止向所述培养罐(10)内通气；
在所述培养罐内的气压低于预设最低值时，所述气压反馈机构驱动所述通气机构向所述培养罐内通气，
所述培养罐(10)包括罐体(11)以及盖合在所述罐体(11)上方的罐盖(12)，所述罐体(11)的内部通过隔离件(13)将所述培养罐(10)的内部隔设为上方的保护腔(14)和下方的增殖腔(15)；
在所述培养罐(10)内的气压达到预设最高值时，所述气压反馈机构(30)驱动所述通气机构(20)向所述保护腔(14)内通气；
在所述培养罐(10)内的气压低于预设最低值时，所述气压反馈机构(30)驱动所述通气机构(20)停止向所述保护腔(14)内通气，
所述通气机构(20)包括气源罐(21)以及与所述气源罐(21)连接的工作泵(22)，所述工作泵(22)的出气口连接有通气管(23)，所述气压反馈机构(30)用于驱动所述通气管(23)与所述保护腔(14)或所述增殖腔(15)连通；
所述保护腔(14)的外壁开设有排气口(16)，所述排气口(16)处设置有泄压阀(17)，所述泄压阀(17)用于在所述保护腔(14)内的气压达到设定值后将所述保护腔(14)内的气体输送至所述气源罐(21)内，
所述气压反馈机构(30)包括第一通道(31)、第二通道(32)和动力件；
所述第一通道(31)包括开设在所述隔离件(13)的外周面上的第一开口，所述第一开口沿所述所述隔离件(13)的内部延伸直至贯穿所述隔离件(13)靠近所述保护腔(14)的一面以使得所述第一开口与所述保护腔(14)相连通；
所述第一通道(32)包括开设在所述隔离件(13)的外周面上的第二开口，所述第二开口和所述第一开口处于同一条竖直线的不同高度位置，所述第二开口沿所述所述隔离件(13)的内部延伸直至贯穿所述隔离件(13)靠近所述增殖腔(15)的一面以使得所述第二开口与所述增殖腔(15)相连通；
在所述罐体(11)的外壁上开设有与所述通气管(23)相连通的通气口(18)，所述动力件用于驱动所述隔离件(13)沿所述罐体(11)的内壁移动以使得所述通气口(18)与所述第一开口或所述第二开口连接，
所述隔离件(13)为贴壁安装在所述培养罐(10)内部的活塞体；
所述第一开口的位置低于所述第二开口的高度，所述动力件为所述保护腔(14)和所述增殖腔(15)的气体压差，所述活塞体在压强差的作用下向所述保护腔(14)和所述增殖腔(15)中气体压强较小的一侧移动。
2.根据权利要求1所述的一种微生物菌种的扩培装置，其特征在于，所述气动搅拌机构(40)包括设置于所述罐体(11)内的接气管(41)和集气管(42)，所述接气管(41)的一端与所述第二通道(31)的出气口连接，所述集气管(42)连接在所述接气管(41)的另一端，在所述集气管(42)的外周面和端面上均开设有多个喷气口(43)。
3.根据权利要求2所述的一种微生物菌种的扩培装置，其特征在于，在所述接气管(41)的中间设置有一段螺纹伸缩管(44)，所述集气管(42)的底部通过弹簧(45)与所述罐体(11)的底部连接以使得所述集气管(42)在所述接气管(41)的气流作用下进行上下晃动。
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