CN202030764U - 发酵瓶及包括该发酵瓶的生物发酵培养装置 - Google Patents

Abstract

提供一种发酵瓶以及包括该发酵瓶的生物发酵培养装置，该发酵瓶包括瓶体(3)、进气管(3c)以及置于瓶体(3)内底部的磁力搅拌件(3h)，所述进气管(3c)的一端插入瓶体(3)内，另一端位于瓶体(3)外，其中，所述进气管(3c)的插入瓶体(3)内的一端接近所述磁力搅拌件(3h)以使得从所述进气管(3c)通入的气泡被打碎。本实用新型提供的发酵瓶以及包括该发酵瓶的生物发酵培养装置，在发酵过程中能够增加发酵瓶内气液二相的混合，提高溶解氧能力，可以实现热敏性液体的无菌流加补料，发酵效果好，而且结构和操作均较为简单。

Description

发酵瓶及包括该发酵瓶的生物发酵培养装置

技术领域

本实用新型涉及微生物、动植物细胞培养领域，尤其涉及一种发酵瓶及包括该发酵瓶的生物发酵培养装置。

背景技术

发酵工程是生物工程的主要分支之一，是许多有机酸、酶制剂、氨基酸、抗生素、酵母等产品的生产制造手段。发酵过程技术参数的控制和优化是发酵工程至关重要的一项工作，它对于提高发酵产品浓度，减少发酵副产物，提高发酵生产强度，降低发酵能耗，提高底物的转化利用率，降低产品分离、纯化的成本和环保负荷，提高设备使用效率，减少投资，进而提高发酵工业的整体经济效益有着重要作用。

现有的用于优化发酵过程技术参数的发酵装置有摇床、发酵罐和多联发酵罐等。摇床是微生物、动植物细胞筛选、培养和优化发酵条件的基础设备。摇床的价格低，操作简单，使用方便，一次可以进行数瓶至数十瓶的发酵实验，但是摇床不能实时测定发酵液的pH、溶氧等重要的发酵参数，也很难实现流加补料和在线取样等功能。

利用发酵罐进行发酵培养可以实现实时检测、流加补料和在线取样等功能。在发酵培养过程中发酵罐内良好的气液混合、传质和传热是发酵的重要因素，现有的采用上置式搅拌的小型发酵罐，搅拌装置结构复杂，且不便于操作，并不能达到很好的气液混合以及溶氧效果。

实用新型内容

本实用新型针对现有的磁力搅拌发酵罐气液混合效果不好等问题，提出了一种发酵瓶以及生物发酵培养装置，结构以及操作控制简单，且发酵效果好。

本实用新型提供的发酵瓶包括瓶体、进气管以及磁力搅拌件，所述进气管的一端插入瓶体内，另一端位于瓶体外部，其中，所述进气管的插入瓶体内的一端接近所述磁力搅拌件以使得从进气管通入的气泡被充分打碎。

本实用新型提供的生物发酵培养装置包括发酵单元、能够检测发酵单元的发酵过程数据的传感器以及能够从传感器接收发酵过程数据并控制发酵单元的发酵过程的过程控制单元；其中，所述发酵单元包括本实用新型提供的所述发酵瓶以及置于所述发酵瓶的瓶体外底部的与该发酵瓶的瓶体内底部的磁力搅拌件相对应的磁力搅拌器，该发酵瓶的瓶体上具有至少一个容置传感器的传感器口；所述传感器容置于所述发酵瓶的传感器口内；所述过程控制单元连接到磁力搅拌器。

优选地，所述发酵单元还包括补料部件、能够控制所述发酵瓶的温度的恒温控制部件、能够给所述发酵瓶供给压缩空气的压缩空气系统；所述发酵瓶包括流加管和排气管，所述流加管的一端插入瓶体内部，另一端位于瓶体外部，所述排气管的一端插入瓶体内部，另一端位于瓶体外部；所述补料部件通过出料管与各个发酵瓶的流加管连通，所述压缩空气系统通过出气管与各个发酵瓶的进气管连通；所述过程控制单元还连接到压缩空气系统、补料部件。

其中，所述恒温控制部件可以包括恒温循环器和水浴槽，所述恒温循环器通过恒温循环进液管和恒温循环出液管连通到水浴槽，用于控制水浴槽内的水浴液体的温度；所述多个发酵瓶置于所述水浴槽中。

所述补料部件可以包括补料瓶和连接到所述过程控制单元的流加泵，所述流加泵的进料管连通到补料瓶，所述流加泵的出料管连通到各个发酵瓶的流加管。

所述传感器可以为pH电极、溶氧电极、溶解二氧化碳传感器、浊度传感器、氧化还原电极、培养液浓度测试电极、目标产物浓度测试电极以及复合电极中的一者或多者。

本实用新型提供的发酵瓶和包括该发酵瓶的生物发酵培养装置，由于发酵瓶的进气管插入瓶体内的一端接近所述磁力搅拌件，这样，磁力搅拌件在随着瓶体外部的磁力搅拌器转动的过程中，不仅能够实施对瓶体内的培养液的混合搅拌，而且能够打碎从进气管中通入的气泡，增加发酵瓶内气液二相的混合，提高溶解氧水平。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是根据本实用新型的一种实施方式提供的发酵瓶的结构示意图；

图2是根据本实用新型的另一种实施方式提供的发酵瓶的结构示意图；以及

图3是根据本实用新型的一种实施方式提供的生物发酵培养装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

如图1及图2所示，本实用新型提供的发酵瓶包括瓶体3、进气管3c以及置于瓶体3内底部的磁力搅拌件3h，所述进气管3c的一端插入瓶体3内，一端位于瓶体3外部，其中，所述进气管3c的插入瓶体3内的一端接近所述磁力搅拌件3h以使得从所述进气管3c通入的气泡被打碎。

良好的供氧条件和与培养基的充分混和是保证发酵过程传热和传质必要条件。在本实用新型中，瓶体3内底部的磁力搅拌件3h可以与置于瓶体3外底部的磁力搅拌器4相配合，这样控制磁力搅拌器4的转动，可以相应地调整磁力搅拌件3h的转速，从而达到对瓶体3内部的营养液进行搅拌的效果。所述磁力搅拌器4和所述磁力搅拌件3h可以是任意利用磁性进行瓶内搅拌的装置。所述磁力搅拌件3h可以为任何形状，例如，所述磁力搅拌件3h可以是简单的棒状，棒状的磁力搅拌件3h可以横置于瓶体3的底部，在这种情况下，所述进气管3c的插入瓶体3内的一端的端口可以设置为接近磁力搅拌件3h的朝向瓶体3的顶部的一面的中心位置。优选地，所述磁力搅拌件3h包括基部以及形成于基部周围的多个叶片，所述叶片可以为桨状叶片、平叶叶片、弯叶叶片或箭尾状叶片等，在这种情况下，多个叶片可以围绕所述进气管3c的插入瓶体(3)内的一端，这样，叶片转动更容易进行液体搅拌并打碎进气管3c通入的气泡。所述进气管3c插入瓶体3内的一端接近所述磁力搅拌件3h处，这样进气管3c通入的气泡会更容易被磁力搅拌件3h的叶片打碎，由此提高气液相的分散效果，提高氧的溶氧浓度和传质速率。所述“接近”指的是进气管3c的插入瓶体3内的一端与磁力搅拌件3h之间的距离尽可能地近，以使得从进气管3c通入的气泡在刚通入时即可被打碎，这样，气泡被打碎，就可以达到更好的气液混合效果。进气管3c的插入瓶体3内的一端与磁力搅拌件3h之间的距离可以为0.1mm至15mm之间。优选地，所述进气管3c的插入瓶体3内的一端的端口可以正对所述磁力搅拌件3h，这样也更有利于打碎气泡。所述瓶体3可以是任意可以容纳培养液的容器，本实用新型对发酵瓶的瓶体3的形状不作限制，例如可以是如图1所示的瓶状，也可以是如图2所示的杯状，所述瓶体3的密封性要好，以防止发酵瓶中的液体被污染。

所述发酵瓶还可以包括流加管3d和排气管3f，所述流加管3d的一端插入瓶体3内部，另一端位于瓶体3外部，排气管3f的一端插入瓶体3内部，另一端位于瓶体3外部。所述流加管3d位于瓶体3外部的一端连接到发酵瓶外的补料部件可以实现自动补料。所述进气管3c、所述流加管3d和所述排气管3f中的至少一者位于瓶体3外且接近瓶体3的部分内具有微滤器3e，起到微滤除菌的作用，而且流加管3d上加微滤器3e，在补料部件中待补的液态物料可以省去灭菌程序，特别便于补加不宜加热灭菌的物料。

所述发酵瓶的瓶体3上可以具有至少一个容置传感器5的传感器口，以便于放置传感器5来检测发酵瓶内的发酵过程数据，所述传感器口可以位于瓶体3的侧壁上，也可以位于瓶体3的顶部，本实用新型对于传感器口的位置不作限制。所检测的发酵过程数据例如可以是pH值、溶氧含量、溶解二氧化碳含量、浊度、氧化还原电位、培养液浓度、目标产物浓度等。传感器口上所放置的传感器5例如可以是pH电极、溶氧电极、溶解二氧化碳传感器、浊度传感器、氧化还原电极、培养液浓度测试电极、目标产物浓度测试电极以及复合电极等。

优选地，所述发酵瓶的瓶体3内壁上可以形成有多个挡板3b，以增加发酵瓶内发酵液的湍流，提高混合效率，增加溶氧。本实用新型对所述挡板3b的形状不作限制。例如，所述挡板3b可以是固定在瓶体3内壁的与瓶体3内底部垂直的片状板，也可以是瓶体3侧壁凹陷形成的朝向瓶体3内的凸起。

所述发酵瓶还可以包括取样管3g，所述取样管3g的一端插入瓶体3内部，另一端位于瓶体3外部。所述取样管3g位于瓶体3外部的一端可以连接到二级种子罐的接种管，通过泵将发酵瓶的瓶体3内部的液体吸出，压入二级种子罐中，这样可以实现管道化的连续接种，降低接种染菌几率，减少接种时间，减少因移种过程时间过长导致缺氧对菌种活力的影响。

如图3所示，本实用新型还提供了一种生物发酵培养装置，该生物发酵培养装置包括发酵单元、能够检测发酵单元的发酵过程数据的传感器5以及能够从传感器5接收发酵过程数据并控制发酵单元的发酵过程的过程控制单元；其中，所述发酵单元包括多个本实用新型所提供的发酵瓶以及置于所述发酵瓶的瓶体3外底部的与该发酵瓶的瓶体3内底部的磁力搅拌件相对应的磁力搅拌器4，该发酵瓶的瓶体3上具有至少一个容置传感器5的传感器口；所述传感器5容置于所述发酵瓶的传感器口内；所述过程控制单元连接到磁力搅拌器4，用以控制发酵瓶内的搅拌时间和搅拌速度。

所述发酵单元还可以包括补料部件、能够控制所述发酵瓶的温度的恒温控制部件、能够给所述发酵瓶供给压缩空气的压缩空气系统12；所述发酵瓶包括流加管3d和排气管3f，所述流加管3d的一端插入瓶体3内部，另一端位于瓶体3外部，所述排气管3f的一端插入瓶体3内部，另一端位于瓶体3外部；所述补料部件通过出料管10与各个发酵瓶的流加管3d连通，所述压缩空气系统12通过出气管11与各个发酵瓶的进气管3c连通；所述过程控制单元还连接到压缩空气系统12、补料部件，用以控制压缩空气系统12的出气以及补料部件的补料动作。

发酵过程中微生物的生化反应要产生大量热量，这些热量必须及时被带出瓶体3，否则培养基温度升高，就会影响发酵最佳条件，引起微生物发酵中断。所述恒温控制部件可以采用任何能够控制温度的装置，例如利用置于发酵瓶体外壁上的电热膜，或者利用水浴等。优选地，所述恒温控制部件可以包括恒温循环器2和水浴槽1，所述水浴槽1为一敞口的箱体水槽，所述恒温循环器2通过恒温循环进液管2a和恒温循环出液管2b连通到水浴槽1，用于控制水浴槽1内的水浴液体的温度；所述多个发酵瓶置于所述水浴槽1中，这样通过控制水浴槽1内的水浴液体温度，可以达到间接控制发酵瓶内的液体的温度的目的，并且使用一个水浴槽1便可以完成多联发酵瓶的恒温控制，结构简单且操作简单，更容易进行对发酵瓶内的发酵过程的温度控制。

所述补料部件可以包括补料瓶8和连接到所述过程控制单元的流加泵9，所述流加泵9的进料管连通到补料瓶8，所述流加泵9的出料管10连通到各个发酵瓶的流加管3d，所述过程控制单元连接到流加泵9，用以通过控制流加泵9的开启与关闭来控制向发酵瓶瓶体3内流加物料的流速和流量。所述流加泵9可以是计量泵，也可以是蠕动泵。

所述压缩空气系统12可以是任意能够产生压缩空气的装置，所述压缩空气系统12的出气管11连通到各个发酵瓶的进气管3c，用以供给各个发酵瓶中的发酵过程菌体所需要的空气或氧气。所述过程控制单元连接到压缩空气系统12，用以控制压缩空气系统12的开启与关闭，从而控制发酵瓶的瓶体3内的通风量。

所述传感器5容置于各个发酵瓶的传感器口处，用以检测发酵瓶内的发酵过程数据，并且将所检测的发酵过程数据传送到过程控制单元。该传感器5可以为pH电极、溶氧电极、溶解二氧化碳传感器、浊度传感器、氧化还原电极、培养液浓度测试电极、目标产物浓度测试电极以及复合电极中的一者或多者，以实时测定各个发酵瓶中的pH、溶氧、溶解二氧化碳、浊度、氧化还原电位、培养液浓度、目标产物浓度等。

所述过程控制单元可以是任何具有控制功能能够实现对发酵瓶的发酵过程的控制的装置。所述过程控制单元可以包括相互连接的控制器13和变送器7，传感器5可以通过电缆连接到变送器7，以将传感器5测量到的信号输送入变送器7，利用变送器7可以将信号转化为显示、测量的数据，并将数据传输到控制器13进行记录和处理，由控制器13根据上述发酵过程的数据，控制各个发酵瓶中的发酵过程，例如控制从压缩空气系统12向发酵瓶进气、搅拌部件的动作、以及流加泵9的开启与关闭，进而相应控制发酵瓶的通风量、搅拌转数、流加物料的时间和流速等。

在使用本实用新型提供的发酵瓶及包括该发酵瓶的生物发酵培养装置时，可以将装好培养基的发酵瓶先放在杀菌釜中灭菌，待培养液温度降至适宜的接种温度时，无菌操作接种。将多个发酵瓶放置在水浴槽1中，并且将生物发酵培养装置中的各个部件进行连接，在过程控制单元的控制器13中设定搅拌器的搅拌转数、通风量、水浴温度、补料参数等，开始运行。对于平行条件试验，不同的发酵瓶，可以使用不同的培养基，也可以设定不同的补料、通气量、搅拌转速和pH等控制参数，这样能够实现考察不同培养条件对发酵培养的影响。发酵培养装置的发酵过程如本领域技术人员所公知，在此不再详细描述。

本实用新型提供的发酵瓶以及包括该发酵瓶的生物发酵培养装置，使整个发酵罐内的发酵液得到较均匀混合，且增加了气液二相的混合，提高了发酵液中的溶氧浓度，发酵效果较好。而且本实用新型的优选实施方式提供的生物发酵培养装置中，利用水浴进行恒温控制，能够利用一个水浴槽实现对多联发酵罐的温度的同时控制，结构简单且操作简单。此外，本实用新型可以实现热敏性液体的无菌流加补料。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (14)

1.一种发酵瓶，该发酵瓶包括瓶体(3)、进气管(3c)以及置于瓶体(3)内底部的磁力搅拌件(3h)，所述进气管(3c)的一端插入瓶体(3)内，另一端位于瓶体(3)外，其特征在于，所述进气管(3c)的插入瓶体(3)内的一端接近所述磁力搅拌件(3h)以使得从所述进气管(3c)通入的气泡被打碎。

2.根据权利要求1所述的发酵瓶，其特征在于，所述磁力搅拌件(3h)包括基部以及形成于基部周围的多个叶片。

3.根据权利要求2所述的发酵瓶，其特征在于，所述叶片为桨状叶片、平叶叶片、弯叶叶片或箭尾状叶片中的一者，多个叶片围绕所述进气管(3c)的插入瓶体(3)内的一端。

4.根据权利要求1所述的发酵瓶，其特征在于，所述进气管(3c)的插入瓶体(3)内的一端与所述磁力搅拌件(3h)之间的距离为0.1mm至15mm。

5.根据权利要求1所述的发酵瓶，其特征在于，该发酵瓶的瓶体(3)内壁上形成有多个挡板。

6.根据权利要求1所述的发酵瓶，其特征在于，该发酵瓶的瓶体(3)上具有至少一个容置传感器的传感器口。

7.根据权利要求1所述的发酵瓶，其特征在于，该发酵瓶还包括取样管(3g)，所述取样管(3g)的一端插入瓶体(3)内部，另一端位于瓶体(3)外部。

8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的发酵瓶，其特征在于，该发酵瓶还包括流加管(3d)和排气管(3f)，所述流加管(3d)的一端插入瓶体(3)内部，另一端位于瓶体(3)外部，排气管(3f)的一端插入瓶体(3)内部，另一端位于瓶体(3)外部。

9.根据权利要求8所述的发酵瓶，其特征在于，所述进气管(3c)、所述流加管(3d)和所述排气管(3f)中的至少一者位于瓶体(3)外的接近瓶体(3)的部分内具有微滤器(3e)。

10.一种生物发酵培养装置，该生物发酵培养装置包括发酵单元、能够检测发酵单元的发酵过程数据的传感器(5)以及能够从传感器(5)接收发酵过程数据并控制发酵单元的发酵过程的过程控制单元；其特征在于，所述发酵单元包括多个如权利要求1-9中任一权利要求所述的发酵瓶以及置于所述发酵瓶的瓶体(3)外底部的与该发酵瓶的瓶体(3)内底部的磁力搅拌件相对应的磁力搅拌器(4)，该发酵瓶的瓶体(3)上具有至少一个容置传感器的传感器口；所述传感器(5)容置于所述发酵瓶的传感器口内；所述过程控制单元连接到所述磁力搅拌器(4)。

11.根据权利要求10所述的生物发酵培养装置，其特征在于，所述发酵单元还包括补料部件、能够控制所述发酵瓶的温度的恒温控制部件、能够给所述发酵瓶供给压缩空气的压缩空气系统；所述发酵瓶包括流加管(3d)和排气管(3f)，所述流加管(3d)的一端插入瓶体(3)内部，另一端位于瓶体(3)外部，所述排气管(3f)的一端插入瓶体(3)内部，另一端位于瓶体(3)外部；所述补料部件通过流加管(3d)与各个发酵瓶的流加管(3d)连通，所述压缩空气系统通过出气管与各个发酵瓶的进气管(3c)连通；所述过程控制单元还连接到压缩空气系统、补料部件。

12.根据权利要求11所述的生物发酵装置，其特征在于，所述恒温控制部件包括恒温循环器(2)和水浴槽(1)，所述恒温循环器(2)通过恒温循环进液管(2a)和恒温循环出液管(2b)连通到水浴槽(1)；所述多个发酵瓶置于所述水浴槽(1)中。

13.根据权利要求11所述的生物发酵装置，其中，所述补料部件包括补料瓶和连接到所述过程控制单元的流加泵(9)，所述流加泵(9)的进料管连通到补料瓶，所述流加泵(9)的出料管(10)连通到各个发酵瓶的流加管(3d)，所述过程控制单元连接到流加泵(9)。

14.根据权利要求10-13中任一权利要求所述的生物发酵培养装置，其特征在于，所述传感器为pH电极、溶氧电极、溶解二氧化碳传感器、浊度传感器、氧化还原电极、培养液浓度测试电极、目标产物浓度测试电极以及复合电极中的一者或多者。

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