CN1152951C - 一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐 - Google Patents

一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐 Download PDF

Info

Publication number
CN1152951C
CN1152951C CNB011044667A CN01104466A CN1152951C CN 1152951 C CN1152951 C CN 1152951C CN B011044667 A CNB011044667 A CN B011044667A CN 01104466 A CN01104466 A CN 01104466A CN 1152951 C CN1152951 C CN 1152951C
Authority
CN
China
Prior art keywords
tank body
fermentation
flow pattern
outer flow
bath
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB011044667A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1370826A (zh
Inventor
孟庆翔
贾凤山
夏兆刚
肖训军
闵晓梅
高巍
赵遵阳
常影
张骞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Agricultural University
Original Assignee
China Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Agricultural University filed Critical China Agricultural University
Priority to CNB011044667A priority Critical patent/CN1152951C/zh
Publication of CN1370826A publication Critical patent/CN1370826A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1152951C publication Critical patent/CN1152951C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C12M27/08—Stirrer or mobile mixing elements with different stirrer shapes in one shaft or axis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
    • C12M41/22—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes in contact with the bioreactor walls

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于模拟牛羊等反刍动物瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐。技术方案包括罐体1、搅拌器2、电机17、加热装置、加料口9、无氧气体进口18、人工唾液引管10、固相外流管7，特征是，在罐体1的侧壁设有一个向外突出且与罐体内部相通、其内装有滤网5的管状突出体4；加热装置为水浴锅3。本发明具有发酵内容物搅拌均匀，受热一致，模拟效果好，液相网筛拆装更换方便等优点。

Description

一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐
本发明涉及动物营养实验室常用的一种发酵罐，特别是涉及一种用于模拟牛羊等反刍动物瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐。
在反刍动物营养和消化代谢研究中，通常使用模拟瘤胃发酵的连续培养实验装置进行饲料的营养价值评定和确定动物营养物质需要量的研究。一种公知的连续培养实验装置，是美国明尼苏达大学于20世纪80年代所研制的(见Hannah等，刊于Animal Feed Science and Technology，1986，Vol.16：51-62)。该实验装置的关键部分是发酵罐。它具有自动加热、自动搅拌、固相和液相外流速度控制等功能。在模拟瘤胃发酵研究方面，该装置可以根据需要调节和设定主要生理参数，提供在特定生理条件下的瘤胃发酵特性模拟研究。在该发酵罐中，用于加热的电热丝、恒温控制探头、液相过滤筛网等均安装在一个容积仅为1L的发酵罐内，发酵内容物的搅拌采用了磁力搅拌系统。该设计的主要缺点表现在：(1)电热管对培养内容物直接加热，对某些温度敏感型微生物的生长具有不利影响；(2)控制液相外流速度的滤网占据发酵罐有效空间，致使发酵内容物无法均匀搅拌；(3)磁力搅拌器正常搅拌速度大大高于瘤胃蠕动速度，难以真实模拟瘤胃发酵过程；(4)液相网筛位于发酵罐内，拆装更换极为困难。
本发明的目的是要提供一种新的双外流型实验室发酵罐，它应具有发酵内容物搅拌均匀，受热一致，搅拌速度与瘤胃蠕动速度相匹配，液相网筛拆装更换方便的特点。
为达到上述目的所采取的技术方案包括罐体1、置于罐体1内部的搅拌器2、与搅拌器2相接的电机17、加热装置、加料口9、无氧气体进口18、人工唾液引管10、固相外流管7，其特征在于，在罐体1的侧壁设有一个向外突出的管状突出体4，该管状突出体4与罐体1相通，该管状突出体4内装有滤网5；加热装置为水浴锅3，罐体1置于水浴锅3中。
上述的模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐，其特征在于，其搅拌器2设有上下两组扇叶，上组扇叶14垂直且带有条状孔，下组扇叶15与罐体1的底面呈夹角；罐体1的材料为不锈钢，在罐体上设有透明的窥视窗；水浴锅3中设有微型循环泵21；水浴锅3中设有大小两种功率的电热管；电机17为减速电机。
本发明的双外流型实验室发酵罐采用了独立罐体进行外加热系统的设计方案。在罐体侧壁附加一个管状突出体，液相外流物的过滤网设在其中。罐体内安装搅拌系统，罐顶部安装加入饲料的加料口、人工唾液引管，罐体下部有无氧二氧化碳气体注入口等。搅拌系统是一个贯穿于罐体上下具有两组扇叶的搅拌器，其上端固定在罐的顶盖上，底端插入罐底的一个特制不锈钢底座上。搅拌器的驱动由减速电机完成。
上述技术方案的实施，解决了现有双外流型实验室发酵罐存在的关键技术问题。其优点主要体现在以下几方面：(1)移于罐外的加热系统，使发酵内容物被间接加热，即使对发酵内容物中温度敏感型的微生物来说，也不会因为局部温度过高而影响其生长。(2)负责液相外流速度控制的滤网部分被移至罐体外部的管状突出体内，管状突出体与罐体合为一体，不仅没有影响液相外流部分的功能，而且在拆装液相网筛时不涉及加料口、搅拌器、人工唾液引管等装置，所以使液相网筛的拆装清理极为方便；(3)使用减速电机驱动的搅拌器之搅拌速度非常接近瘤胃的蠕动速度，可以充分模拟瘤胃发酵过程，保持了瘤胃原虫和细菌数量、瘤胃pH、挥发性脂肪酸含量及微生物合成效率等指标与活体内瘤胃试验结果相比的良好重现性；(4)由于加热系统及液相外流速度控制的滤网的外移，使搅拌器的扇叶可贯穿于罐体上下左右，加上搅拌器轴心的固定，使扇叶转动时轴心不偏离，两组扇叶能够有效地保证整罐发酵液搅拌均匀一致。另外，本发明的模拟瘤胃发酵的双外流实验室发酵罐还具有意想不到的效果：(1)两组扇叶的搅拌器使发酵内容物表面不易产生过多泡沫，因而避免了泡沫堵塞固相外流出口的现象发生；(2)由恒温水浴锅在罐外对发酵内容物集中加热，水浴锅内温水经微型循环泵强制循环，使瘤胃发酵液所受温度恒定，置于同一水浴锅中的不同发酵罐间的温度差异范围＜0.1℃。
图1为本发明所述的模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐结构示意图。
图中：1.罐体  2.搅拌器  3.水浴锅  4.管状突出体  5.滤网  6.液相外流管  7.固相外流管  8.罐盖  9.加料口  10.人工唾液引管  11.搅拌器轴承  12.搅拌轴  13.悬臂  14.上组扇叶  15.下组扇叶  16.搅拌轴底座  17.电机  18.无氧气体进口  19.大功率电热管  20.小功率电热管  21.微循环泵
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明：
如图1所示，发酵罐包括罐体(1)、置于罐体(1)内部的搅拌器(2)和对罐体(1)进行加热的水浴锅(3)。罐体(1)为1-2L的不锈钢材质罐，内径为12.5cm，高30cm，其一侧设有一个体积为100-150ml的管状突出体(4)，管状突出体(4)高15cm，在其下半部位有一1×6cm的孔隙与罐体直接相通，上口有胶塞密封。管状突出体(4)的腔内装有筒状不锈钢滤网(5)，它的下侧恰好堵在突出体与罐体相通的孔隙上。滤网的网眼直径为50-80微米，通过该滤网滤过的发酵内容物液体部分通过密闭的液相外流管(6)由附属设备恒流泵定量吸走。在罐体的管状突出体(4)的对侧，安装一直径为2cm的固相外流管(7)。由于罐体不透明，在罐体固相外流物出口与筒状突出体间的外表面留出一个椭圆形窥视窗，再用透明度好的聚乙烯塑料密封，使操作者容易观察到发酵罐内部的运行情况。罐体上部为罐盖(8)，其上安装加料口(9)和人工唾液引管(10)。搅拌器(2)包括搅拌器轴承(11)、搅拌轴(12)、悬臂(13)、上组扇叶(14)、下组扇叶(15)和搅拌轴底座(16)等。搅拌轴(12)通过安装在罐盖(8)中心部位的轴承(11)固定在罐盖(8)上。搅拌轴(12)的上端与10-30转/分的减速电机(17)相连，下端为半球状，直接插入罐底中心的搅拌轴底座(16)的凹窝内，完全避免了搅拌器由于摆动碰壁可能引起的停止搅拌现象发生。搅拌轴上2/3部位安装一悬臂(13)，其长度较罐体内径小10mm，用于平衡固定上组扇叶(14)。上组扇叶为两片，每片均为长方形，中间部位有两个条形空隙，以减少搅拌时的阻力。上组扇叶在搅拌轴上的安装部位恰好是使其转动平面位于发酵内容物液面之下，以避免发酵内容物表面产生泡沫。搅拌器下组扇叶(15)也为大小相同的两片，直接固定在搅拌轴上。上下两组扇叶在水平面上的投影呈交叉状。下组扇叶的叶面与罐底平面呈60°角，其下缘紧贴发酵罐的底面，转动时使可能沉于底部的发酵内容物都能全部搅拌起来，形成的物流冲向上组扇叶(14)，被其带走，周而复始，保证发酵内容物没有任何沉积。在罐体的管状突出体(4)的下面，安装有一长5cm、直径0.5cm的不锈钢管，作为无氧气体二氧化碳进口(18)，外部通过耐压胶管与高压二氧化碳钢瓶相接，内端通向发酵内容物，以保持发酵内容物的厌氧环境。罐体被固定在水浴锅(3)中，发酵内容物的加热由水浴锅的大功率电热管(19)和小功率电热管(20)完成。大功率电热管(19)的功率为2000瓦，小功率电热管(20)的功率为800瓦。大功率电热管通过与时间继电器相联使发酵内容物快速加热至39℃，然后由小功率电热管通过与控温仪联接实施温度补偿来维持发酵物质的恒温。水浴锅中加热介质是水。为了保证水浴锅各处加热均匀，在水浴锅一角安装了一个量程为2米的微型循环泵(21)，用于温水的强制循环。
模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐的工作方式如下：首先开启水浴锅的大功率加热管(19)使发酵罐快速加热并由小电热管(20)恒温至39℃，将待发酵的饲料与瘤胃液一道通过加料口(9)装入已预热的发酵罐中，通过微型循环泵(21)的工作，保持温水在水浴锅内的连续循环。开启高压二氧化碳气体钢瓶，使二氧化碳通过发酵罐上的二氧化碳气体进口(18)以每分钟100-200ml的速度进入发酵内容物，以保持发酵过程的厌氧环境。利用恒流泵通过罐盖(8)上的人工唾液引管(10)向发酵罐内导入人工唾液，以维持发酵液6.8-7.2的pH条件。几乎在瘤胃微生物对饲料进行发酵的开始，启动与搅拌器相接的电机(17)。通过搅拌轴(12)的传动，搅拌器的上组扇叶(14)和下组扇叶(15)开始工作，使发酵内容物的搅拌速度与瘤胃蠕动速度保持一致。通过设定人工唾液进入量和液相发酵内容物的外流量多少，可以达到所要求的液相和固相内容物外流速度。在大多数情况下，液相和固相内容物的外流速度分别设定为每小时10％和5％，这样可以维持发酵罐内的发酵过程与动物瘤胃内的状况相类似。在发酵过程中，通过罐体上的窥视窗可以随时观察到发酵罐内部的运行情况，以便及时根据需要进行调整。
利用本发明的模拟瘤胃发酵的双外流实验室发酵罐进行了实验，对比了本发明与公知的设备及反刍动物瘤胃的发酵参数，结果列于表1。通过比较可以看出，本发明的双外流实验室发酵罐在蠕动或搅拌速度、厌氧状况、总挥发性脂肪酸含量等指标上较公知的设备更好，而十分接近反刍动物瘤胃发酵的情况。所以，本发明能够更准确地模拟瘤胃发酵过程。
           表1本发明与公知的设备及反刍动物瘤胃发酵参数的对比
项目                           公知设备       反刍动物瘤胃        本发明设备
温度(℃)                       39             37-40               39
pH                             6.8            5.0-7.0             6.4-7.2
蠕动或搅拌速度(次数/分)        65             3-5                 4
厌氧状况                       一般           高度                良好
氨态氮含量(mg/100ml)           12.2-17.3      9.8-12              6.9-15.0
细菌数量(×109/ml)            -              10-100              8-152
原虫数量(×103/ml)            -              1-100               2-54
总挥发性脂肪酸含量(毫摩尔)     154-167        75-150              68-128
乙酸比例(％)                   60-66          60-75               58-66
丙酸含量(％)                   19-22          15-20               22-25
丁酸含量(％)                   9-12           6-12                9-14
戊酸含量(％)                   2.5-2.8        1.1-1.2             0.8-2
有机物质消化率(％)             56-60          53-59               55-61

Claims (6)

1、一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐，包括罐体(1)、置于罐体(1)内部的搅拌器(2)、与搅拌器(2)相接的电机(17)、加热装置、加料口(9)、无氧气体进口(18)、人工唾液引管(10)、固相外流管(7)，其特征在于，在罐体(1)的侧壁设有一个向外突出的管状突出体(4)，该管状突出体(4)与罐体(1)相通，该管状突出体(4)内装有滤网；加热装置为水浴锅(3)，罐体(1)置于水浴锅(3)中。
2、根据权利要求1所述的模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐，其特征在于，其搅拌器(2)设有上下两组扇叶，上组扇叶(14)带有条状孔，下组扇叶(15)与罐体(1)的底面呈锐角。
3、根据权利要求1所述模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐，其特征在于，罐体(1)的材料为不锈钢，在罐体上设有透明的窥视窗。
4、根据权利要求1所述的模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐，其特征在于，水浴锅(3)中设有微型循环泵(21)。
5、根据权利要求1所述的模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐，其特征在于，水浴锅(3)中设有大小两种功率的电热管。
6、根据权利要求1所述的模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐，其特征在于，电机(17)为减速电机。
CNB011044667A 2001-02-27 2001-02-27 一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐 Expired - Fee Related CN1152951C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB011044667A CN1152951C (zh) 2001-02-27 2001-02-27 一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB011044667A CN1152951C (zh) 2001-02-27 2001-02-27 一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1370826A CN1370826A (zh) 2002-09-25
CN1152951C true CN1152951C (zh) 2004-06-09

Family

ID=4653928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB011044667A Expired - Fee Related CN1152951C (zh) 2001-02-27 2001-02-27 一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1152951C (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101565673B (zh) * 2009-06-02 2011-12-21 扬州大学 智能仿生瘤胃发酵器
CN102286359B (zh) * 2010-12-28 2013-01-23 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 一种固液气三相分流式瘤胃模拟连续发酵系统及方法
CN102174367A (zh) * 2011-01-13 2011-09-07 王之盛 一种可连续多次测定pH值的人工瘤胃装置
CN105274150A (zh) * 2014-07-17 2016-01-27 武汉摩尔生物科技有限公司 一种高效分解植物纤维的“半人工瘤胃”方法及其装置
CN106754315A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 湖北洛克泰克仪器有限公司 一种用于模拟动物瘤胃发酵的反应装置
CN108728375B (zh) * 2018-05-25 2020-12-11 中国农业大学 奶牛瘤胃菌群的体外培养及保存方法
CN108485948A (zh) * 2018-06-19 2018-09-04 汇森生物设备镇江有限公司 一种全自动磁力搅拌不锈钢发酵罐
CN108918282A (zh) * 2018-07-14 2018-11-30 福州大学 一种带温度控制的脉冲压力试验系统及其工作方法
CN109082370B (zh) * 2018-10-22 2024-05-03 环境保护部南京环境科学研究所 一种人工瘤胃及使用方法
CN110890008B (zh) * 2019-12-09 2024-05-28 天津开发区合普工贸有限公司 一种静式胃功能体外替代实验装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1370826A (zh) 2002-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1152951C (zh) 一种模拟瘤胃发酵的双外流型实验室发酵罐
CN101565673B (zh) 智能仿生瘤胃发酵器
CN108359583A (zh) 一种发酵饲料的发酵装置
CN206396227U (zh) 一种透明质酸生产用发酵罐
CN103725605A (zh) 一种发酵罐及发酵系统
CN207998611U (zh) 一种生物发酵设备
CN207998606U (zh) 一种生物发酵装置
CN207498377U (zh) 一种高效机械搅拌发酵罐
CN113355223B (zh) 一种微生物饲料扩培发酵系统
CN110903966A (zh) 一种生物医药用发酵罐
CN208676286U (zh) 一种新型豆酱快速发酵装置
CN201577513U (zh) 一种喂猪稠料生产设备
CN207169570U (zh) 一种防止抗性糊精发酵用原料分层的储存装置
CN216738291U (zh) 一种多功能微生物发酵罐
CN212560274U (zh) 一种反刍动物人工瘤胃模拟装置
CN204625617U (zh) 人工瘤胃模拟装置
CN210747002U (zh) 一种储奶发酵罐
CN208604121U (zh) 一种菌种发酵罐
CN209397222U (zh) 一种可调温的微生物发酵罐
CN207775218U (zh) 一种全自动微生物发酵装置
CN207031442U (zh) 需氧发酵系统
CN104893965B (zh) 一种用于模拟瘤胃消化的智能连续发酵系统
CN206308364U (zh) 一种复合乳酸菌菌剂扩繁生产设备
CN218126730U (zh) 一种新型酸奶发酵装置
CN209210812U (zh) 一种用于评价饲料发酵性能的发酵系统

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee