CN212364078U - 一种发酵液菌浓在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发酵液菌浓在线检测装置，包括：进料管道、出料管道、浊度检测机构；浊度检测机构包括流通池和在线浊度仪；流通池为L形，进料管道一端连接发酵罐的出口，另一端连接流通池的进料口；出料管道一端连接发酵罐的进口，另一端连接流通池的出料口；流通池的出料口朝上并与水平方向呈30°～50°的夹角；在线浊度仪的浊度传感器固定连接至流通池的腔室，浊度传感器的检测方向朝向出料口；在线检测装置可以避免发酵液中气泡对检测的不利影响，且与线下取样的离线检测相比，在线检测能够显著降低工作量，大幅提高菌浓检测结果的时效性。

Description

一种发酵液菌浓在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及微生物发酵技术领域，尤其涉及一种发酵液菌浓在线检测的装置。

背景技术

微生物发酵过程中，微生物繁殖浓度是发酵控制的一个关键指标，直接反应了微生物健康状况以及代谢底物的初步判定。而发酵液中的菌体浓度可以通过浊度检测进行表征。通常来说，浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。在一定浊度范围内，当光束通过菌体悬浊液，由于散射和吸收作用而降低光线的通过率，而细菌浓度与光密度(OD)成正比，从而发酵液的浊度能够反映菌体浓度。通常来说，液体中的泥土、粉尘、微细有机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水中呈现浊度。

目前对发酵液的菌体浓度检测通常采用离线检测的方法，由实验室人员现场取样后返回实验室进行操作，因取样过程操作、取样时间、取样容器、检测时间等限定因素，使人工检测耗时长；同时现场可能存在危险气体，人员取样过程中容易发生安全事故。因此离线检测菌浓已经不能完全满足生产需要，其工作量大，数据滞后严重不能第一时间调整发酵工艺等。

在线浊度仪已经初步应用于发酵的过程控制系统，在线检测是指在生产线上实时检测而非线下取样检测。但在线检测富含气泡的发酵液目前依然存在问题，因为在线浊度仪是一种光学元件，通过检测介质的OD计算浊度，而发酵液发酵过程中需要通气，气泡将显著影响检测光束的透过率，对检测结果存在明显的干扰。故而含气发酵液的菌浓检测目前还是采用离线检测的方式，以避免气泡影响检测结果。

实用新型内容

本实用新型提供了一种发酵液菌浓在线检测装置，以解决或者部分解决含气泡的发酵液只能采用离线检测，检测工作量大且检测结果明显滞后的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种发酵液菌浓在线检测装置，包括：进料管道、出料管道、浊度检测机构；浊度检测机构包括流通池和在线浊度仪；

流通池为L形，进料管道一端连接发酵罐的出口，另一端连接流通池的进料口；出料管道一端连接发酵罐的进口，另一端连接流通池的出料口；流通池的出料口朝上并与水平方向呈30°～50°的夹角；

在线浊度仪的浊度传感器固定连接至流通池的腔室，浊度传感器朝向出料口。

可选的，进料管道与流通池的进料口之间呈30°～50°的夹角。

进一步的，在发酵罐的出口与浊度检测机构之间的进料管道上设有针型阀。

如上述的技术方案，在针型阀与浊度检测机构之间的进料管道上设有流量计。

如上述的技术方案，在发酵罐的出口与针型阀之间的进料管道上设有供料阀；在发酵罐的入口与浊度检测机构之间的出料管道上设有回流阀。

如上述的技术方案，在发酵罐的出口与浊度检测机构之间的进料管道上设有输送泵。

如上述的技术方案，进料管道和/或出料管道的内径为4～15mm。

如上述的技术方案，流通池的腔室的尺寸规格为0.75～1.5英寸。

通过本实用新型的一个或者多个技术方案，本实用新型具有以下有益效果或者优点：

本实用新型提供了一种发酵液菌浓在线检测的装置，通过使用L形的流通池和在线浊度仪，并控制流通池的安装位置，保持其出料口与水平方向形成一定的夹角朝上；如此，含有气泡的发酵液在进入流通池时，气泡将在流通池内壁附近聚集并排除，而不会停留在浊度传感器的红外光束传播路径上，对发酵液的浊度检测产生影响；同时，与线下取样的离线检测相比，在线检测浊度能够显著降低检测工作量，大幅提高菌浓检测结果的时效性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的发酵液在线监测菌浓装置示意图；

图2为本实用新型实施例提供的浊度检测机构的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的没有除气设计的浊度在线检测与离线检测的测试结果对比图；

图4为本实用新型实施例提供的有除气设计的浊度在线检测与离线检测的测试结果对比图；

附图标记说明：

1、进料管道；2、出料管道；3、浊度检测机构；31、流通池；311、进料口；312、出料口；313、腔室；32、在线浊度仪；321、浊度传感器；4、针型阀；5、流量计；6、供料阀；7、回流阀。

具体实施方式

为了使本实用新型所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本实用新型，下面结合附图，通过具体实施例对本实用新型技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

为了解决含气的发酵液的菌浓检测依然只能采用离线检测造成的数据滞后和工作量大的问题，在一个可选的实施例中，如图1～图2所示，提供了一种发酵液在线监测菌浓的装置，其整体思路如下：

一种发酵液菌浓在线检测装置，包括：进料管道1、出料管道2、浊度检测机构3；浊度检测机构3包括流通池31和在线浊度仪32；流通池31为L形，进料管道1一端连接发酵罐的出口，另一端连接流通池31的进料口311；出料管道2一端连接发酵罐的进口，另一端连接流通池31的出料口312；流通池31的出料口312朝上并与水平方向呈30°～50°的夹角；在线浊度仪32的浊度传感器321固定连接至流通池31的腔室313，浊度传感器321的检测方向朝向出料口312。

在工作时，发酵罐中的发酵液通过进料管道1进入流通池31的腔室313检测浊度，检测浊度后的发酵液经出料管道2回流至发酵罐中。

总的来说，本实施例中使用在线浊度仪32和L形状的流通池31构建在线菌浓检测装置。实施在线菌浓分析可以完成对菌种浓度的实时监控，具有耗时短、准确度高的特点，所分析的OD(光密度)结果在反映发酵液中的实时菌种浓度时更具有代表性，能够更加准确、及时地为发酵工艺调整提供数据支持，同时更加有力地为检测人员提供安全环境，降低安全隐患风险。

但实施在线检测需要解决气泡对浊度检测的不利影响。具体的，浊度检测机构3中的流通池31可直接选用市售的L形状的不锈钢流通池，如图2所示，流通池31的出料口312和进料口311相互垂直，中部为流通池31的腔室313。在线浊度仪32可选择配备梅特勒inpro8200浊度传感器(一次表)的浊度仪表(二次表)，浊度仪表接入外部电源；浊度传感器321可采用螺接的方式固定并伸入流通池31的腔室313；浊度传感器321是一种光学元件，通过发射红外检测光束，以实施对发酵液的在线浊度检测。进料管道1与出料管道2可与流通池31的进料口311和出料口312螺纹连接。为了避免气泡的影响，本实施例中的流通池31的安装位置如图2所示，流通池31的出料口312与水平方向形成倾斜角α，角度为30°～50°。如此方向的流通池31，使发酵液介质流速方向与气泡上升方向形成一定角度，并使气体在流通池31内壁附近堆积，再从流通池31的出料口312流出，不会停留在浊度传感器321发出的红外检测光束的传播路径上，从而避免了气泡与浊度传感器321的探针尖端发出的红外散射光束相互作用及相互影响，造成检测结果数据失真。本实施例提供的在线检测装置，能够在生产过程中实现可靠测量，大大缩短了离线检测的时间并节省劳动力，降低了人为误差。

为了更好的避免气泡对检测光束的不利影响，可选的，进料管道1与流通池31的进料口311之间呈30°～50°的夹角。即，如图2所示，进料管道1与进料口311之间的形成的夹角β为30°～50°。之所以采用上述的连接角度，是为了使进料管道1中的发酵液进入进料口311后，使气泡以尽量短的时间或移动距离聚集至流通池31内壁，尽可能的避免对红外检测光束的不利影响。

可选的，在发酵罐的出口与浊度检测机构3之间的进料管道1上设有输送泵，可通过输送泵调节进料管道1、出料管道2中的发酵液的输送压力。

可选的，进料管道1和/或出料管道2的内径为4～15mm。采用上述规格的管道，是为了保证发酵液在整个在线监测菌浓的装置中顺利流通，降低发酵液在线浊度检测的滞后时间。可选的，进料管道1和出料管道2的材质为不与菌液发生反应的不锈钢。

可选的，流通池31的腔室313的空间应当足够大，以使发酵液中的气泡充分聚集并从出料口312排出。可选的，腔室313的尺寸规格为0.75～1.5英寸；优选规格为1英寸。流通池31不能太大，否则会导致检测结果滞后。这里的尺寸规格，是指腔室313内部横截面为方形，且边长为0.75～1.5英寸。

本实施例提供了一种发酵液菌浓在线检测的装置，通过使用L形的流通池和在线浊度仪，并控制流通池的安装位置，保持其出料口与水平方向形成一定的夹角朝上；如此，含有气泡的发酵液在进入流通池时，气泡将在流通池内壁附近聚集并排除，而不会停留在浊度传感器的红外光束传播路径上，对发酵液的浊度检测产生影响；同时，与线下取样的离线检测相比，在线检测浊度能够显著降低检测工作量，大幅提高菌浓检测结果的时效性。

基于前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，可选的，在发酵罐的出口与浊度检测机构3之间的进料管道1上设有针型阀4。在实施在线检测时可通过针型阀4控制介质(发酵液)流向流通池31的流量为50～200ml/min。

可选的，在针型阀4与浊度检测机构3之间的进料管道1上设有流量计5。通过流量计5监控管道中的发酵液流量。

进一步的，在发酵罐的出口与针型阀4之间的进料管道1上设有供料阀6；在发酵罐的入口与浊度检测机构3之间的出料管道2上设有回流阀7。通过供料阀6和回流阀7，以便于在检修管路时进行隔断。

在接下来的实施内容中，以具体检测数据进行说明：

在检测时以浓液管线中的介质作为检测对象，浓液管线内介质与发酵罐内介质参数相近。在线检测的同时离线取样，将离线检测并行作为对比数据。在测试前对安装完成的系统进行标定，即用离线数据校准在线检测仪；在实施过程中，通过不同进气量，对比离线和在线检测结果的差别。

在一个可选的实施例中，直接将在线浊度仪连接到浓液管线上检测，不使用流通池除气的设计，其检测数据如表1，其趋势图如附图3：

表1无除气设计的检测数据

可以看出，若没有除气机构，随着通气量的增加，气泡对检测结果的影响越来越大，表现为在线测得的OD(光密度)与离线测得的OD的差距越来越大。

在又一个可选的实施例中，使用本新型提供的检测装置，即将在线浊度仪的浊度传感器固定在具有除气设计的流通池上，其它试验过程与前述实施例相同，其检测数据如表2，其趋势图如附图4：

表2使用有除气设计的检测装置的检测数据

培养时间	在线OD	离线OD	进气kg/h
				0	0.325	0.323	90
3	0.325	0.322	90
				6	0.321	0.318	90
9	0.332	0.331	90
				12	0.345	0.344	100
15	0.384	0.382	100
				18	0.425	0.424	100
21	0.527	0.557	110
				24	0.833	0.831	110
27	1.245	1.242	120
				30	1.86	1.858	120
33	2.067	2.065	120
				36	2.386	2.387	120
39	2.207	2.306	160
				42	2.837	2.834	200
45	3.161	3.159	220
				48	3.169	3.168	230
51	3.180	3.178	230
				54	3.211	3.212	260
57	3.267	3.268	260
				60	3.350	3.35	260
63	3.375	3.376	260
				66	3.407	3.406	280

结合表2和附图4来看，流通池作为除气机构效果非常好，避免了或大大降低了气泡对吸光值的影响，在线检测的OD与离线检测的OD非常接近，实现了在线检测的同时避免了气泡的影响，提高了在线检测的精度。

通过本实用新型的一个或者多个技术方案，本实用新型具有以下有益效果或者优点：

本实用新型提供了一种发酵液菌浓在线检测的装置，通过使用L形的流通池和在线浊度仪，并控制流通池的安装位置，保持其出料口与水平方向形成一定的夹角朝上；如此，含有气泡的发酵液在进入流通池时，气泡将在流通池内壁附近聚集并排除，而不会停留在浊度传感器的红外光束传播路径上，对发酵液的浊度检测产生影响；同时，与线下取样的离线检测相比，在线检测浊度能够显著降低检测工作量，大幅提高菌浓检测结果的时效性。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种发酵液菌浓在线检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：进料管道、出料管道、浊度检测机构；所述浊度检测机构包括流通池和在线浊度仪；

所述流通池为L形，所述进料管道一端连接发酵罐的出口，另一端连接所述流通池的进料口；所述出料管道一端连接所述发酵罐的进口，另一端连接所述流通池的出料口；所述流通池的出料口朝上并与水平方向呈30°～50°的夹角；

所述在线浊度仪的浊度传感器固定连接至所述流通池的腔室，所述浊度传感器朝向所述出料口。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述进料管道与所述流通池的进料口之间呈30°～50°的夹角。

3.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于，在所述发酵罐的出口与所述浊度检测机构之间的所述进料管道上设有针型阀。

4.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，在所述针型阀与所述浊度检测机构之间的所述进料管道上设有流量计。

5.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，在所述发酵罐的出口与所述针型阀之间的所述进料管道上设有供料阀；在所述发酵罐的入口与所述浊度检测机构之间的所述出料管道上设有回流阀。

6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在所述发酵罐的出口与所述浊度检测机构之间的所述进料管道上设有输送泵。

7.如权利要求1～6中任一权项所述的检测装置，其特征在于，所述进料管道和/或所述出料管道的内径为4～15mm。

8.如权利要求1～6中任一权项所述的检测装置，其特征在于，所述流通池的腔室的尺寸规格为0.75～1.5英寸。

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