CN116925888B - 一种生物酶培养用反应设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物酶制备技术领域，具体提出了一种生物酶培养用反应设备；包括发酵反应釜以及搅拌总成；所述搅拌总成包括装配在所述发酵反应釜中的外置搅拌机构以及装配在所述外置搅拌机构中的内置匀料机构；与现有的采用简单结构的搅拌桨式的同类设备相比，本发明中提供的设备中包含外置搅拌机构以及内置匀料机构两套混料系统的搅拌总成，对于发酵物料具有混合搅拌、搅动分散以及喷射冲击的综合混料功能，提高了多相物料之间的综合混合接触效果，进而提高了发酵物料的利用率、生物酶的生成效率以及发酵生成量。

Description

一种生物酶培养用反应设备

技术领域

本发明涉及生物酶制备技术领域，具体提出了一种生物酶培养用反应设备。

背景技术

生物酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，大部分为蛋白质，也有极少部分为RNA，是一种无毒的、对环境友好的生物催化剂，生物酶可以通过人工进行制备制取，现有技术下，主要包括以下几种制备方法：1）提取分离法：方法较为原始，通过从富含某种生物酶的原料中将酶通过纯化提取的方式获得。

2）生物合成法：利用细胞获得酶产品，常采用基因工程的方法改造和获得目标细胞，然后通过发酵或者细胞培养的方式获得生物酶。

3）化学合成法：采用化学合成的方式获得某种生物酶。

由以上制备方法可知，通过后两种方法进行生物酶制取的过程中，要么需要对目标细胞进行发酵培养，要么需要进行化学制备，在现有技术下，以上制备过程通常都需要在生物发酵罐中进行发酵反应制备；生物发酵罐是一种通过固体培养和深层浸没培养来完成发酵过程的生物反应设备，能够为活的细胞或酶提供适宜的反应环境，从而在生物酶发酵反应过程中能够提高生物酶的生成获得量。生物发酵罐具有结构简单、不易染菌以及能耗低等优点，但同时存在诸多缺点；通入发酵罐中的发酵原料一般为固液两相的混合物，或者是气液固三相的混合物，在发酵过程中，物料的相间接触较差，即混合效果不佳，而现有的发酵罐通过设置搅拌桨以机械搅拌的方式提高混合效果，但搅拌过程中物料整体呈现为流动态，而当固态物料结合紧固且分散效果较差时，仅仅通过现有的搅拌桨并不能有效实现相间物料的充分混合，从而在一定程度上降低了发酵效率以及生物酶的生成产量，且影响物料的发酵利用率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种生物酶培养用反应设备，用于解决上述背景技术中提到的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种生物酶培养用反应设备，包括发酵反应釜以及搅拌总成；所述搅拌总成包括装配在所述发酵反应釜中的外置搅拌机构以及装配在所述外置搅拌机构中的内置匀料机构。

所述外置搅拌机构包括竖直转动安装在所述发酵反应釜顶端且伸向内部的壳体主轴，所述壳体主轴底部围绕中心轴圆周均匀分布有多个柱塞管，所述壳体主轴为从顶端到每个所述柱塞管呈上下连续贯穿的中空壳体结构；所述柱塞管的端部同轴设置有搅拌管且通过轴承转动连接，所述搅拌管的管壁上均匀分布有挤液孔。

所述内置匀料机构包括装配在所述壳体主轴内的旋转输入组件，所述旋转输入组件包括当旋转时往复升降的旋转升降端，所述壳体主轴内竖直滑动配合安装有分散输出组件，所述分散输出组件设置有固定于所述旋转升降端用于旋转输入的输入端，所述分散输出组件还设置有多个与多个所述柱塞管一一对应设置的用于旋转输出的输出端，每个所述柱塞管中均装配有匀料组件，所述匀料组件包括滑动安装在柱塞管内的柱塞以及轴端固定于对应位置的所述分散输出组件输出端的散料杆，所述散料杆同轴设置在所述搅拌管内且通过轴承转动安装在所述柱塞上。

当所述旋转输入组件通过分散输出组件驱动所述匀料组件时，所述柱塞在所述柱塞管内往复滑动，且所述散料杆同步转动。

优选的，所述壳体主轴包括由上到下同轴设置且依次固定连接的主轴管、凸轮壳体以及分轴仓；多个所述柱塞管设置在所述分轴仓上。

优选的，所述旋转输入组件包括通过轴承竖直转动安装在所述主轴管内的伸缩杆组，所述凸轮壳体内壁上固定有圆柱凸轮槽，所述伸缩杆组的伸缩段沿所述圆柱凸轮槽旋转设置且底端固定于所述分散输出组件的输入端。

优选的，所述分散输出组件包括竖直滑动配合安装在所述分轴仓内的传动箱，所述传动箱中竖直转动安装有主动轴以及多个与多个所述柱塞管一一对应设置的从动轴，所述主动轴固定在所述伸缩杆组的旋转升降端，所述从动轴与对应位置的所述散料杆之间固定连接有双万向节杆。

优选的，所述散料杆上均匀分布设置有散料锥，所述散料锥包含多个锥尖部分。

优选的，所述搅拌管的端口为圆锥管头，所述圆锥管头的锥尖部呈开口状，所述散料杆上靠近所述圆锥管头的一端设置有与所述圆锥管头内轮廓相匹配的圆台塞，当所述散料杆随柱塞滑动向下移动至最远位置时，所述圆台塞封堵在所述圆锥管头内。

优选的，所述伸缩杆组由上到下包括花键套管以及滑动配合在所述花键套管内的花键轴杆；所述花键套管通过轴承竖直转动安装在所述主轴管内，所述花键轴杆底端固定在所述主动轴上，所述花键轴杆上固定有沿所述圆柱凸轮槽滑动的滑动销。

优选的，所述搅拌管外壁上避开所述挤液孔圆周分布有多个搅拌叶。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：本发明提供了一种生物酶培养用反应设备，与现有的采用简单结构的搅拌桨式的同类设备相比，本发明中提供的设备中包含外置搅拌机构以及内置匀料机构两套混料系统的搅拌总成，对于发酵物料具有混合搅拌、搅动分散以及喷射冲击的综合混料功能，可用于充分分散搅拌固相物料，并促使固相物料与气液物料之间充分接触混合，提高了多相物料之间的综合混合接触效果，提高了发酵物料的利用率，提高了生物酶的生成效率以及发酵生成量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分，并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明提供的一种生物酶培养用反应设备的整体结构示意图。

图2是搅拌总成的立体结构示意图。

图3是搅拌总成的立体剖视结构示意图。

图4是图3中A处的局部放大图。

图5是图4中B处的局部放大图。

图6是搅拌总成的俯视图。

图7是图6中C-C的剖视图。

图8是散料杆的立体结构示意图。

图中：01、发酵反应釜；011、釜体；012、顶盖；02、搅拌总成；1、外置搅拌机构；11、壳体主轴；111、主轴管；112、凸轮壳体；113、分轴仓；1131、柱塞管；1132、滑槽；12、搅拌管；121、圆锥管头；122、搅拌叶；123、挤液孔；2、内置匀料机构；21、旋转输入组件；211、驱动电机；212、伸缩杆组；2121、花键套管；2122、花键轴杆；2123、滑动销；213、圆柱凸轮槽；22、分散输出组件；221、传动箱；2211、箱体；2212、箱盖；2213、主动轴；2214、中心齿轮；2215、从动轴；2216、从动齿轮；222、双万向节杆；2221、万向节；2222、连接杆；23、匀料组件；231、柱塞；232、散料杆；2321、圆台塞；2322、散料锥。

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。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2和图6所示，一种生物酶培养用反应设备，包括发酵反应釜01以及搅拌总成02；搅拌总成02包括装配在发酵反应釜01中的外置搅拌机构1以及装配在外置搅拌机构1中的内置匀料机构2。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，发酵反应釜01包括釜体011和封装在釜体011顶端的顶盖012；外置搅拌机构1包括壳体主轴11；壳体主轴11包括由上到下同轴设置且依次通过螺栓固定连接的主轴管111、凸轮壳体112以及分轴仓113；为了保证壳体主轴11内的密封性，壳体主轴11中多段连接位置均设置有橡胶垫圈用于提高密封性；主轴管111通过轴承竖直转动安装在顶盖012上且竖直贯穿伸向釜体011内，主轴管111上可固定安装齿圈，从而可通过输出轴固定有齿轮的电机与齿圈啮合对主轴管111进行驱动旋转，主轴管111上亦或固定安装有带轮，从而可通过电机利用传动带对主轴管111进行驱动旋转，主轴管111的旋转驱动方式在本实施例中任选其一即可。分轴仓113底部为半球形结构，分轴仓113的半球形结构上围绕中心轴圆周均匀分布有四个柱塞管1131，壳体主轴11为从顶端到每个柱塞管1131呈上下连续贯穿的中空壳体结构；柱塞管1131的端部同轴设置有搅拌管12且通过轴承转动连接，搅拌管12的管壁上均匀分布有挤液孔123；搅拌管12外壁上避开挤液孔123圆周均匀分布有三个搅拌叶122。

如图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，内置匀料机构2包括装配在壳体主轴11内的旋转输入组件21，旋转输入组件21包括通过螺栓固定在主轴管111顶端的驱动电机211、伸缩杆组212以及通过螺栓固定在凸轮壳体112内的圆柱凸轮槽213，伸缩杆组212由上到下包括花键套管2121以及滑动配合在花键套管2121内的花键轴杆2122；花键套管2121通过轴承竖直转动安装在主轴管111内，且花键套管2121顶端固定在驱动电机211的输出轴上，花键轴杆2122上焊接有沿圆柱凸轮槽213滑动的滑动销2123。分轴仓113内装配有分散输出组件22，分散输出组件22包括传动箱221，传动箱221包括圆柱状的箱体2211以及通过螺栓固定在箱体2211顶端的箱盖2212，分轴仓113内壁上圆周均匀分布有四个竖直导向的滑槽1132，箱体2211通过与四个滑槽1132滑动配合安装在分轴仓113内，箱体2211与箱盖2212之间位于中心轴处通过轴承竖直转动安装有主动轴2213，主动轴2213顶端固定连接在花键轴杆2122的底端，且主动轴2213上设置有中心齿轮2214，箱体2211内通过轴承竖直转动安装有四个围绕主动轴2213分布且相对四个柱塞管1131一一对应设置的从动轴2215，从动轴2215上设置有与中心齿轮2214啮合的从动齿轮2216；每个柱塞管1131中均装配有匀料组件23，匀料组件23包括滑动安装在柱塞管1131内的柱塞231以及通过轴承转动安装在柱塞231上的散料杆232，散料杆232同轴设置在搅拌管12内，散料杆232上均匀分布设置有散料锥2322，散料锥2322包含多个锥尖部分，搅拌管12的端口为圆锥管头121，圆锥管头121的锥尖部呈开口状，散料杆232上靠近圆锥管头121的一端焊接有与圆锥管头121内轮廓相匹配的圆台塞2321，当散料杆232随柱塞231滑动向下移动至最远位置时，圆台塞2321封堵在圆锥管头121内。在本实施例中，柱塞231为橡胶材料制成，柱塞231与柱塞管1131之间通过花键与槽的方式配合滑动，且柱塞231与柱塞管1131内壁之间保持弹性压紧贴合，具有有效的密封性，即生物酶发酵反应物质不能从柱塞管1131处进入到分轴仓113内；从动轴2215与对应位置的散料杆232之间固定连接有双万向节杆222，双万向节杆222包括两个万向节2221以及固定连接在两个万向节2221之间的连接杆2222，其中一个万向节2221焊接在从动轴2215轴端，另一个万向节2221焊接在散料杆232的杆端。

通过发酵反应釜01进行生物酶发酵反应制备过程中，用于制备的发酵物料一般至少为固液两相物料，当生物酶酶菌为好氧菌时，发酵过程中还需要向釜体011内通入除菌空气，从而构成气液固三相物料。本发明中提供的设备中包含外置搅拌机构1以及内置匀料机构2两套混料系统的搅拌总成02，对于发酵物料具有混合搅拌、搅动分散以及喷射冲击的综合混料功能，可用于充分分散搅拌固相物料，并促使固相物料与气液物料之间的充分接触混合，提高了多相物料之间的综合混合接触效果，提高了发酵物料的利用率，提高了生物酶的生成效率以及发酵生成量。

以下结合上述内容对本发明提供的设备的工作过程进行详细阐述：在发酵反应过程中，一方面对于外置搅拌机构1而言，通过壳体主轴11的整体旋转，从而带动四个搅拌管12随之进行旋转，且在随之公转的同时，本身通过轴承转动安装在柱塞管1131端部的搅拌管12在公转过程与物料接触的阻力下可实现被动自转，从而可通过搅拌叶122对釜体011内的发酵物料进行搅拌，外置搅拌机构1充当了现有的发酵罐中搅拌桨的作用，从而保证了基本的搅拌效果。

另一方面，在外置搅拌机构1旋转搅拌的同时，驱动电机211保持同步启动状态，驱动电机211将带动伸缩杆组212旋转，当花键套管2121旋转时，花键轴杆2122将随着花键套管2121同步转动，花键轴杆2122将带动主动轴2213转动，主动轴2213通过中心齿轮2214驱动从动齿轮2216使得四个从动轴2215随之同步旋转，而从动轴2215将通过双万向节杆222带动散料杆232旋转；同时，滑动销2123将顺着圆柱凸轮槽213旋转，使得花键轴杆2122在旋转的同时做往复升降运动，继而通过花键轴杆2122与主动轴2213之间的连接带动传动箱221顺着滑槽1132做同步往复升降，并通过双万向节杆222的推拉作用使得散料杆232带动柱塞231在柱塞管1131内往复滑动，当柱塞231向着柱塞管1131内滑动时，柱塞管1131内由柱塞231分隔且与搅拌管12内腔连通的空间逐渐增大，圆台塞2321逐渐将圆锥管头121打开，并使得发酵物料更多的抽取至增大空间内，旋转的散料杆232通过散料锥2322将对搅拌管12内腔中的发酵物料进行充分搅动分散，尤其使得固态物料充分打散，当柱塞231向着柱塞管1131外滑动的过程中，柱塞231将推动搅拌管12内的物料向着靠近圆锥管头121的方向移动，而圆台塞2321将对圆锥管头121呈逐渐封堵状态，因此在柱塞231的挤压推料下，更多移动的物料将通过搅拌管12上的挤液孔123挤出，在柱塞231的快速推送挤压下，挤出挤液孔123的物料将呈分散状喷射至整个物料浸没层中，尤其是在有气相混合的状态下，喷射的物料将产生无数气泡并将气相成分均匀地分散至物料中，从而使得发酵物料相间充分接触，充分混合，提高物料多相间分布的均匀性，可提供生物酶制备反应所需更加友好的环境。

需要补充说明是，由于搅拌管12的管内为相对狭长的内腔空间，在对生物酶进行制取的过程中，发酵反应物料不可避免地会部分残留在搅拌管12的内腔中；一方面考虑到发酵反应釜01的使用寿命，另一方面需要保证生物酶制备过程中避免交叉污染，因此需要定期对发酵反应釜01进行清洗，在具体清洗过程中，可预先通过启动驱动电机211的驱动使得圆台塞2321移动至相对圆锥管头121处于完全打开的状态后保持固定，随后，通过外置搅拌机构1带动四个搅拌管12随之同步旋转，从而在旋转过程中利用清洗液进入搅拌管12内腔并进行冲刷，使得管内残留发酵物料从圆锥管头121开口处冲刷至釜体011中，经过多次的重复清洗，直到排出的清洗液中基本无发酵残漏物即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"设置"、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种生物酶培养用反应设备，包括发酵反应釜（01）以及搅拌总成（02）；其特征在于：所述搅拌总成（02）包括装配在所述发酵反应釜（01）中的外置搅拌机构（1）以及装配在所述外置搅拌机构（1）中的内置匀料机构（2）；其中：

所述外置搅拌机构（1）包括竖直转动安装在所述发酵反应釜（01）顶端且伸向内部的壳体主轴（11），所述壳体主轴（11）底部围绕中心轴圆周均匀分布有多个柱塞管（1131），所述壳体主轴（11）为从顶端到每个所述柱塞管（1131）呈上下连续贯穿的中空壳体结构；所述柱塞管（1131）的端部同轴设置有搅拌管（12）且通过轴承转动连接，所述搅拌管（12）的管壁上均匀分布有挤液孔（123）；

所述壳体主轴（11）包括由上到下同轴设置且依次固定连接的主轴管（111）、凸轮壳体（112）以及分轴仓（113）；多个所述柱塞管（1131）设置在所述分轴仓（113）上；

所述内置匀料机构（2）包括装配在所述壳体主轴（11）内的旋转输入组件（21），所述旋转输入组件（21）包括当旋转时往复升降的旋转升降端，所述壳体主轴（11）内竖直滑动配合安装有分散输出组件（22），所述分散输出组件（22）设置有固定于所述旋转升降端用于旋转输入的输入端，所述分散输出组件（22）还设置有多个与多个所述柱塞管（1131）一一对应设置的用于旋转输出的输出端，每个所述柱塞管（1131）中均装配有匀料组件（23），所述匀料组件（23）包括滑动安装在柱塞管（1131）内的柱塞（231）以及轴端固定于对应位置的所述分散输出组件（22）输出端的散料杆（232），所述散料杆（232）同轴设置在所述搅拌管（12）内且通过轴承转动安装在所述柱塞（231）上；

当所述旋转输入组件（21）通过分散输出组件（22）驱动所述匀料组件（23）时，所述柱塞（231）在所述柱塞管（1131）内往复滑动，且所述散料杆（232）同步转动；

所述旋转输入组件（21）包括通过轴承竖直转动安装在所述主轴管（111）内的伸缩杆组（212），所述凸轮壳体（112）内壁上固定有圆柱凸轮槽（213），所述伸缩杆组（212）的伸缩段沿所述圆柱凸轮槽（213）旋转设置且底端固定于所述分散输出组件（22）的输入端；

所述分散输出组件（22）包括竖直滑动配合安装在所述分轴仓（113）内的传动箱（221），所述传动箱（221）中竖直转动安装有主动轴以及多个与多个所述柱塞管（1131）一一对应设置的从动轴（2215），所述主动轴固定在所述伸缩杆组（212）的旋转升降端，所述从动轴（2215）与对应位置的所述散料杆（232）之间固定连接有双万向节杆（222）。

2.根据权利要求1所述的一种生物酶培养用反应设备，其特征在于：所述散料杆（232）上均匀分布设置有散料锥（2322），所述散料锥（2322）包含多个锥尖部分。

3.根据权利要求1所述的一种生物酶培养用反应设备，其特征在于：所述搅拌管（12）的端口为圆锥管头（121），所述圆锥管头（121）的锥尖部呈开口状，所述散料杆（232）上靠近所述圆锥管头（121）的一端设置有与所述圆锥管头（121）内轮廓相匹配的圆台塞（2321），当所述散料杆（232）随柱塞（231）滑动向下移动至最远位置时，所述圆台塞（2321）封堵在所述圆锥管头（121）内。

4.根据权利要求1所述的一种生物酶培养用反应设备，其特征在于：所述伸缩杆组（212）由上到下包括花键套管（2121）以及滑动配合在所述花键套管（2121）内的花键轴杆（2122）；所述花键套管（2121）通过轴承竖直转动安装在所述主轴管（111）内，所述花键轴杆（2122）底端固定在所述主动轴上，所述花键轴杆（2122）上固定有沿所述圆柱凸轮槽（213）滑动的滑动销（2123）。

5.根据权利要求1所述的一种生物酶培养用反应设备，其特征在于：所述搅拌管（12）外壁上避开所述挤液孔（123）圆周分布有多个搅拌叶（122）。