CN213060861U - 一种益生菌制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微生物制备设备，具体为一种益生菌制备系统。该系统包括种子罐(1)、发酵罐(2)、无菌气源(3)、蒸汽发生器(4)和过滤装置(13)，其特征在于：种子罐(1)和发酵罐(2)均并排固定在支架(6)上；蒸汽发生器(4)通过管道分别与种子罐(1)夹层上进口和发酵罐(2)罐底的阀门连接；无菌气源(3)通过气体输送管(21)和气体过滤装置(13)后分别与种子罐(1)和发酵罐(2)连接。该系统装置可以满足益生菌乳酸菌在扩大生产前优化出稳定的制备工艺，操作简单，清洗方便，利于地面洁净，为大规模专用生产益生菌设备提供一种设计思路。

Description

一种益生菌制备系统

技术领域

本实用新型属于微生物制备设备，具体为一种益生菌制备系统。

背景技术

益生菌(Probiotics)是一类对宿主有益的活性微生物，是定植于人体肠道、生殖系统内，能产生确切健康功效从而改善宿主微生态平衡、发挥有益作用的活性有益微生物的总称，大部分益生菌为乳酸菌。益生菌商业化历史悠久，应用场景广泛，以丹尼斯克、科汉森为首的企业拥有先进的技术，而我国益生菌研究制备起步晚，几乎依赖国外进口，在技术和设备方面，长期受国外垄断，因为我国亟需益生菌生产的关键技术和专用设备。

益生乳酸菌通常为厌氧微生物，被制备为菌体冻干粉，作为健康原料添加于各种健康食品，其制备工艺为：接种——增值培养——浓缩——保护剂混合——冻干——粉碎——标准化包装。其“接种和增值培养”为益生菌制备的关键点之一，不同的乳酸菌种(如乳杆菌、双歧杆菌、乳球菌等)，其培养条件各有差异，因此在扩大生产之前，需要对其制备工艺进行优化，就需要有专业的装置。而目前，大多数生物反应器，基本为获得菌种代谢产物而设计的，没有益生乳酸菌进行工艺优化的专业装置。

发明内容

本实用新型针对以上技术问题，提供一种益生菌制备系统。该系统设计合理，操作简单，清洗方便，利于地面洁净，可以满足益生菌在扩大生产前优化出稳定的制备工艺，相对其他设备降低了成本。

为解决以上技术问题，本实用新型的具体技术方案为：

一种益生菌制备系统，包括种子罐、发酵罐、无菌气源、蒸汽发生器和过滤装置，种子罐和发酵罐并排固定在支架上；蒸汽发生器安放于地面上，通过管道分别与种子罐夹层上进口和发酵罐罐底的阀门连接，输送蒸汽；无菌气源通过气体输送管和气体过滤装置后分别与种子罐和发酵罐罐体连接。

作为优选，所述种子罐容量为5L，发酵罐的容量为50L，且两种罐体径高比均为1:2-3，装液系数均为70％；材质为食品级304或316不锈钢。本申请中的种子罐和发酵罐与常规发酵罐结构一样，罐体上设有夹层、观察视镜、视灯、 pH计、温度计、溶氧电极插口、罐底排料阀，罐盖上保留消泡电极、接种口、酸碱及补液口，设置的搅拌装置包括搅拌轴、减速器、搅拌桨；优选地，搅拌桨由下到上设置3级，一级搅拌桨为斜叶，二级搅拌桨为直叶，三级搅拌桨为机械压迫式消泡桨。

作为优选，所述的蒸汽发生器为电热锅炉，功率为54kw左右即可满足杀菌需求。所述无菌气源内气体为氮气或二氧化碳，可排除罐内氧气，满足厌氧菌的生长需求；所述气源严格按照气源使用要求安装，尽量与蒸汽发生器隔离，若培养菌体为需氧型益生菌，可配置空气压缩机(要求无油、无菌)。

在种子罐和发酵罐罐体中部的一侧设置有光密度计电极插孔，方便在线检测菌体OD值，以跟踪生产情况和判断补料时间、增值终点。罐底部设置排料口，排料口与四通阀门连接；在罐盖上分别设置排气装置、真空计、补料口、减速器、液压升降装置、接种口、消泡电极、CIP清洗头和视灯；在罐体内设置搅拌器，搅拌器与罐盖上的减速器连接；减速器与液压升降装置连接。在所述的搅拌器上设置视镜。

所述的排气装置包括压力表、截止阀一、单向阀(只能通外)和排气管，排气管插入罐盖与罐体连通，在排气管上依次设置压力表、截止阀一、单向阀。

所述的过滤装置包括过滤器、电磁阀和截止阀二；在与无菌气源连接的管道上设置截止阀二，在截止阀二后设置电磁阀；过滤器包括外壳和滤芯，滤芯在外壳内。气体过滤装置与无菌气源连接端安装电磁阀，与真空计配合使用，以保证管内为大气压。

种子罐和发酵罐的罐底均设置四通阀门，其中种子罐罐底四通阀门的底端连接排污管，左端连接蒸汽管，上端连通罐体，下端与接种管连接，通入发酵罐；所述发酵罐罐底四通阀门的底端连接排污管，左端连接蒸汽管，上端连通罐体，右端连接出料管。所述种子罐仅通过夹层加热杀菌，蒸汽出种子罐夹层后通入发酵罐夹层，再排入排污管，避免热能浪费。

种子罐通过不锈钢饮料泵和接种管与过滤装置后的管道合并为一根管道，该合并后的管道通入发酵罐上端，并沿罐内壁伸入发酵罐罐体底部，通过阀门操作实现接种和通气的功能。

种子罐和发酵罐共用1个控温循环装置，两个发酵罐的夹层连通，形成闭路循环，通过温度模块控温，通过阀门操作，实现两个罐子的循环切换，这样有利于降低制造成本。

该益生菌制备系统还包括控制柜，该控制柜系统中所有控制装置和检测装置电力连接；该控制柜控制自动与手动模式，可以选择市售的控制柜与软件系统。

该装置的支架下还设置万向轮和固定架，方便移动和固定。

本实用新型的积极效果体现在：

(一)、填补了国内无益生菌生产专用设备的空白，能够满足某种益生菌在大规模生产前优化出较佳制备工艺的需求，避免大型设备摸索生产时对资源的浪费，增加沉没成本，同时为设计益生菌大规模生产设备提供一种思路。

(二)、本组合装置无死角，增设光密度、真空度在线监测，有利于判断益生菌发酵情况；增加CIP清洗、液压升降装置，利于设备清洗；设计罐底阀门系统为四通结构，有利于杀菌、接种、放料及排污，保证地面的干燥。

(三)、改进气体过滤装置，排除罐氧气，并配合真空计，自动为罐内补气，调节罐压，利于益生菌生长；排气装置，设计单向阀，实现自动罐内释压，避免环境空气进入罐内，减少污染；通过不锈钢饮料泵扩大接种，配合自动补气装置，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型所述益生菌制备系统的结构示意图。

其中，1——种子罐(5L)；2——发酵罐(50L)；3——无菌气源；4——蒸汽发生器；5——系统控制柜；6——支架；7——排污管；8——减速器；9——液压升降装置；10——视镜；11——排气装置；12——罐盖；13——气体过滤装置；14——补料口或备用口；15——控温循环装置；16——搅拌桨；17——电极孔；18——不锈钢饮料泵；19——接种管；20——罐底四通阀门；21——气体输送管；22——接种口或投料口；23——CIP清洗头；24——视灯；25 ——蒸汽管(DN15)；26——耐高温真空计；27——消泡电极。

图2为本实用新型中所述排气装置的结构示意图。

其中，28——压力表；29——单向阀；30——截止阀一；31——排气管。

图3为本实用新型中气体过滤装置的结构示意图。

其中，32——外壳；33——滤芯；34——电磁阀；35——截止阀二。

具体实施方式：

为了使本实用新型的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，对本实用新型的内容作进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型的发明内容，并非为了限定本实用新型内容。

一种益生菌制备系统，包括种子罐、发酵罐、无菌气源、蒸汽发生器和过滤装置，种子罐和发酵罐并排固定在支架上；蒸汽发生器安放于地面上，通过管道分别与种子罐夹层上进口和发酵罐罐底的阀门连接，输送蒸汽；无菌气源通过气体输送管和气体过滤装置后分别与种子罐和发酵罐罐体连接。

种子罐容量为5L，发酵罐的容量为50L，罐体径高比均为1:2-3，装液系数为70％；材质为食品级304或316不锈钢。与常规发酵罐一样，罐体上设有夹层、观察视镜、视灯、pH计、温度计、溶氧电极插口、罐底排料阀，罐盖上保留消泡电极、接种口、酸碱及补液口，设置的搅拌装置包括搅拌轴、减速器、搅拌桨；优选地，搅拌桨由下到上设置3级，一级搅拌桨为斜叶，二级搅拌桨为直叶，三级搅拌桨为机械压迫式消泡桨。

所述的蒸汽发生器为电热锅炉，功率为54kw左右即可满足杀菌需求。所述无菌气源内气体为氮气或二氧化碳，可排除罐内氧气，满足厌氧菌的生长需求；所述气源严格按照气源使用要求安装，尽量与蒸汽发生器隔离，若培养菌体为需氧型益生菌，可配置空气压缩机(要求无油、无菌)。

所述的种子罐和发酵罐结构大体一致，均在罐体中部的一侧设置有光密度计电极插孔，方便在线检测菌体OD值，以跟踪生产情况和判断补料时间、增值终点。罐底部设置排料口，排料口与四通阀门连接；在罐盖上分别设置排气装置、真空计、补料口、减速器、液压升降装置、接种口、消泡电极、CIP清洗头和视灯；在罐体内设置搅拌器，搅拌器与罐盖上的减速器连接；减速器与液压升降装置连接。在所述的搅拌器上设置视镜。

所述的排气装置包括压力表、截止阀、单向阀(只能通外)和排气管，排气管插入罐盖与罐体连通，在排气管上依次设置压力表、截止阀、单向阀。

所述的过滤装置包括过滤器器、电磁阀和截止阀；在与无菌气源连接的管道上设置截止阀，在截止阀后设置电磁阀；过滤器包括外壳和滤芯，滤芯在外壳内。气体过滤装置与无菌气源连接端安装电磁阀，与真空计配合使用，以保证管内为大气压。

种子罐和发酵罐的罐底均设置四通阀门，其中种子罐四通罐底阀门的底端连接排污管，左端连接蒸汽管，上端连通罐体，下端与接种管连接，通入发酵罐；所述发酵罐四通罐底阀系统，底端连接排污管，左端连接蒸汽管，上端连通罐体，右端连接出料管。所述种子罐仅通过夹层加热杀菌，蒸汽出种子罐夹层后通入发酵罐夹层，再排入排污管，避免热能浪费。

种子罐的罐底通过不锈钢饮料泵和接种管与过滤装置后的管道合并为一根管道，该合并后的管道从发酵罐上端的入口插入罐体，沿罐内壁伸入发酵罐罐体底部，通过阀门操作实现接种和通气的功能。

种子罐和发酵罐共用1个控温循环装置，两个发酵罐的夹层连通，形成闭路循环，通过温度模块控温，通过阀门操作，实现两个罐子的循环切换，这样有利于降低制造成本。

该益生菌制备系统还包括控制柜，该控制柜控制自动与手动模式，可以选择市售的控制柜与软件系统。

该装置的支架下还设置万向轮和固定架，方便移动和固定。

该系统装置的使用发方法为：

1)投料：5L种子罐投料3.5L，50L发酵罐投料28L，拧紧投料口的盖子，同时关闭连接罐体的各阀门，开启系统控制柜，设为手动模式，转速为100r/min。

2)杀菌：开启蒸汽发生器，当压力达到3-4公斤时，开始杀菌。首先对分别对5L和50L的空气过滤器进行杀菌5min，然后将蒸汽通入5L种子罐夹层，对培养液进行杀菌，蒸汽继续通入50L夹层，排空冷水，最后通入排污管排出。待5L培养液温度上升至90℃-95℃时，开始进行50L发酵罐培养液杀菌，同时由5L罐底阀门通入蒸汽，对不锈钢饮料泵、接种管进行杀菌。待培养液杀菌结束后，关闭各蒸汽输送阀门。注意，在料液杀菌时，通过调节阀门来控制管内压力，杀菌结束时，及时关闭。

3)发酵：杀菌结束后，系统可设为自动，待温度冷却到培养温度，通过酸碱口调节培养基pH，并对5L种子罐接种，打开气源装置，通气5-10min，使得残氧达到工艺要求，则通过真空计检测，电磁阀控制，来调节罐内气压，保证为0压环境。同时，通过光密度实时监测，到达培养终点时，打开罐底阀，开启饮料泵，进行50L接种，接种完毕后，关闭接种管阀门。通过气源自动调节罐压，并对光密度实时监测，按照优化方案进行补料，等到光密度达到顶峰后开始下降时，表明发酵结束，可以出料，进行菌体离心，即得。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种益生菌制备系统，包括种子罐(1)、发酵罐(2)、无菌气源(3)、蒸汽发生器(4)和过滤装置(13)，其特征在于：种子罐(1)和发酵罐(2)并排固定在支架(6)上；蒸汽发生器(4)通过管道分别与种子罐(1)夹层上进口和发酵罐(2)罐底的阀门连接；无菌气源(3)通过气体输送管(21)和气体过滤装置(13)后分别与种子罐(1)和发酵罐(2)连接。

2.如权利要求1所述的益生菌制备系统，其特征在于：所述的种子罐(1)和发酵罐(2)结构一致；均在罐体中部的一侧设置有光密度计电极插孔(17)，罐底部设置排料口，排料口与四通阀门(20)连接；在罐盖(12)上分别设置排气装置(11)、真空计(26)、补料口或备用口(14)、减速器(8)、液压升降装置(9)、接种口或补料口(22)、消泡电极(27)、CIP清洗头(23)和视灯(24)；在罐体内设置搅拌器(16)，搅拌器(16)与罐盖上的减速器(8)连接；减速器(8)与液压升降装置(9)连接。

3.如权利要求1所述的益生菌制备系统，其特征在于：所述的过滤装置(13)包括过滤器、电磁阀(34)和截止阀二(35)；在与无菌气源(3)连接的管道上设置截止阀二(35)，在截止阀二(35)后设置电磁阀(34)；过滤装置包括外壳(32)和滤芯(33)，滤芯(33)在外壳(32)内。

4.如权利要求1所述的益生菌制备系统，其特征在于：种子罐(1)和发酵罐(2)的罐底均与排污管(7)连接，且种子罐(1)底部一侧的出口与发酵罐(2)上端的入口通过蒸汽管(25)连接。

5.如权利要求1所述的益生菌制备系统，其特征在于：种子罐(1)通过不锈钢饮料泵(18)和接种管(19)与过滤装置(13)后的共用管道，并通入发酵罐(2)，且沿罐内壁伸入发酵罐罐体底部。

6.如权利要求1所述的益生菌制备系统，其特征在于：种子罐(1)和发酵罐(2)共用控温循环装置(15)。

7.如权利要求2所述的益生菌制备系统，其特征在于：所述的排气装置(11)包括压力表(28)、截止阀一(30)、单向阀(29)和排气管(31)，排气管(31)插入罐盖(12)与罐体连通，在排气管(31)上依次设置压力表(28)、截止阀一(30)、单向阀(29)。

8.如权利要求2所述的益生菌制备系统，其特征在于：在所述的搅拌器(16)上设置视镜(10)。

9.如权利要求1至8中任一所述的益生菌制备系统，其特征在于：该系统还包括控制柜(5)，该控制柜(5)系统中所有控制装置和检测装置电力连接。

10.如权利要求1所述的益生菌制备系统，其特征在于：所述的发酵罐(2)的容量为50L；种子罐(1)的容量为5L，种子罐(1)与发酵罐(2)罐体的径高比均为1:2-3。

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