CN217878902U - 一种用于检测发酵液代谢产物的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于检测发酵液代谢产物的系统，包括：过滤器、发酵液缓冲罐、石英比色皿、流量调节阀、第一流量计、光谱仪、光谱仪探头以及计算机；过滤器的入口与用于菌体生长的发生器的出口连通，过滤器的出口与发酵液缓冲罐的入口连通；发酵液缓冲罐的出口依次通过流量调节阀、第一流量计与石英比色皿的入口连通，石英比色皿的出口与废液罐连通，石英比色皿的第一侧面以及与第一侧面相对的第二侧面均为透光面；光谱仪探头与光谱仪连接，光谱仪与计算机连接，光谱仪探头设置在其中一透光面的外侧。该系统能够对发酵液代谢产物中的成分含量进行在线检测，以更加准确、及时地为发酵工艺调整提供数据支持。

Description

一种用于检测发酵液代谢产物的系统

技术领域

本实用新型涉及在线检测技术领域，尤其涉及一种用于检测发酵液代谢产物的系统。

背景技术

生物气体发酵过程中，代谢产物(乙醇、乙酸、乳酸、磷酸、2，3丁二醇)的含量是发酵控制的重要指标，其直接反映了微生物健康状况以及产量的多少。目前，因为离线液相检测具有工作量大，数据滞后严重等不足之处，使得离线检测已经无法完全满足生产需要。

离线检测是代谢产物含量是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，使人工检测具有耗时长、准确度易受到影响等缺点，同时现场如存在危险气体等，人员取样过程中容易发生安全事故。

实用新型内容

本实用新型通过提供一种用于检测发酵液代谢产物的系统，该系统能够对发酵液代谢产物中的成分含量进行较准确地在线检测，以更加准确、及时地为发酵工艺调整提供数据支持。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：

本实用新型提供了一种用于检测发酵液代谢产物的系统，包括：过滤器、发酵液缓冲罐、石英比色皿、流量调节阀以及第一流量计、光谱仪、光谱仪探头以及计算机；所述过滤器的入口与用于菌体生长的发生器的出口连通，所述过滤器的出口与所述发酵液缓冲罐的入口连通，所述过滤器用于去除所述发酵液代谢产物内的杂质；所述发酵液缓冲罐的出口依次通过所述流量调节阀、所述第一流量计与所述石英比色皿的入口连通，所述石英比色皿的出口与废液罐连通，所述流量调节阀用于调节流入所述石英比色皿中的发酵液代谢产物的流量，所述石英比色皿的第一侧面以及与所述第一侧面相对的第二侧面均为透光面；所述光谱仪探头与所述光谱仪连接，所述光谱仪与所述计算机连接，所述光谱仪探头设置在其中一透光面的外侧。

优选地，所述光谱仪探头的设置高度低于或等于所述石英比色皿的高度的一半。

优选地，所述系统还包括防护罩，所述光谱仪探头以及所述石英比色皿均放置在所述防护罩内，所述防护罩用于阻挡外界光对所述光谱仪探头以及所述石英比色皿的干扰。

优选地，所述石英比色皿包括介质流入管道与介质流出管道，所述介质流入管道作为所述石英比色皿的入口，所述介质流出管道作为所述石英比色皿的出口，所述介质流入管道以及所述介质流出管道的内径均在6-8毫米之间，外径均在8-10毫米之间。

优选地，所述石英比色皿的高度与宽度之比为2:1。

优选地，所述系统还包括：第二流量计，安装在所述发生器与所述过滤器之间的通道上。

优选地，所述光谱仪为拉曼光谱仪或红外光谱仪。

优选地，所述过滤器为陶瓷膜过滤器。

优选地，所述计算机还分别与所述流量调节阀的控制端以及所述第一流量计连接。

优选地，所述系统还包括显示器，所述计算机与所述显示器连接。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本实用新型实施例提供的一种用于检测发酵液代谢产物的系统，通过将从发生器内流出的发酵液代谢产物进行过滤，使得发酵液代谢产物中的菌体与悬浮物被去除，减小了杂质对后续检测的干扰，再采用流量调节阀对从发酵液缓冲罐流出的液体流量进行调节，经过流量调节后的液体以设定流速流向石英比色皿，提高了光谱仪探头对石英比色皿内液体检测的稳定性。将光谱仪探头设置在具有较高光学性能的石英比色皿的透光面，对不断流进石英比色皿内的发酵液代谢产物进行在线检测，通过计算机进行成分分析，实现对发酵液代谢产物中的成分含量的检测。这种检测系统能够对发酵液代谢产物含量进行实时监控，无需进行过程取样等操作，所分析代谢产物含量数据能更具有代表性的反映发酵液中的实时变化，能更加准确、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。因此，本申请提供的在线检测方法在生产过程中可以实现可靠测量、大大缩短检测时间、节省劳动力、降低人为误差，能及时可靠地指导连续性发酵生产，实现在线检测还可以更灵活及时地调整控制参数。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实用新型实施例提供的一种用于检测发酵液代谢产物的系统的结构示意图；

图2为实用新型实施例提供的石英比色皿与光谱仪探头的放置位置的结构示意图；

图3为实用新型实施例提供的在线测量的发酵液代谢产物成分含量的趋势图。

其中，附图标记分别为：

发生器101；过滤器102；发酵液缓冲罐103；石英比色皿104；废液罐105；光谱仪探头106；光谱仪107；防护罩108；第一流量计109；第二流量计110；流量调节阀111，计算机112；介质流入管道113；介质流出管道114。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种用于检测发酵液代谢产物的系统，包括：过滤器102、发酵液缓冲罐103、石英比色皿104、流量调节阀111以及第一流量计109、光谱仪107、光谱仪探头106以及计算机112，过滤器102的入口与用于菌体生长的发生器101的出口连通，过滤器102的出口与发酵液缓冲罐103的入口连通，过滤器102用于去除发酵液代谢产物(以下简称样品)内的杂质。其中，发生器为适用于菌体生长的储存罐。

具体地，由于样品中可能含有菌体或悬浮物，因此，为了去除样品中的菌体与悬浮液，在发生器101出口设置过滤器102。可选地，过滤器102可以为陶瓷膜过滤器，该陶瓷膜过滤器设置的透过率流量可以在20000kg/h到30000kg/h之间。这里的发酵液缓冲罐103为过滤掉菌体或悬浮物后的清液储存罐。

将过滤后的样品流入发酵液缓冲罐103内，发酵液缓冲罐103能够对样品进行缓冲，避免样品产生过多的气泡，影响后续的检测，也就是说，这里不直接测过陶瓷膜后的管道内的样品，而测发酵液缓冲罐103内流出的样品是因为缓冲罐内样品相对含的气体比线上的少，可以减少一部分气泡影响。

所述系统还包括：石英比色皿104、流量调节阀111以及第一流量计109，发酵液缓冲罐103的出口依次通过流量调节阀111、第一流量计109与石英比色皿104的入口连通，石英比色皿104的出口与废液罐105连通，流量调节阀111用于调节流入石英比色皿104中的样品的流量，石英比色皿104的第一侧面以及与第一侧面相对的第二侧面均为透光面。

光谱仪探头106与光谱仪107连接，光谱仪107通过通信接口与计算机112连接，光谱仪探头106设置在其中一透光面的外侧，用于向石英比色皿104内的发酵液代谢产物发出散射光，并收集返回的光谱，计算机112用于对返回的光谱进行分析，得到发酵液代谢产物中的成分含量。

如图2所示，石英比色皿104包括介质流入管道113与介质流出管道114，介质流入管道113作为石英比色皿104的入口，介质流出管道114作为石英比色皿104的出口，介质流入管道113以及介质流出管道114的内径均在6-8毫米之间，外径均在8-10毫米之间。发酵液缓冲罐103与石英比色皿104之间通过介质流入管道113连通，石英比色皿104与废液罐105之间通过介质流出管道114连通。

作为另一种可选地实施例，本申请中石英比色皿104的入口与出口可以是一个圆洞，圆洞的直径可以在8-10毫米之间，其中，石英比色皿104的入口与出口的直径大小，与连接的管道的外径相匹配。

其中，流量调节阀111与第一流量计109安装在发酵液缓冲罐103与石英比色皿104之间管道上。可选地，流量调节阀111可以是针型阀，用户可以通过根据第一流量计109检测的数据，手动调节针型阀的开度，实现对样本流量的调节。

优选地，流量调节阀111可以调节样品流向石英比色皿104的流量在100ml/min到150ml/min之间。

当然，作为另一种可选地实施例，所述计算机112还可以分别与流量调节阀111的控制端以及第一流量计109连接，用于基于流量计检测到的流量数据远程控制流量调节阀111的开度。

可选地，为了能实时检测到进入过滤器102中的样本流量，所述系统该可以包括第二流量计110，安装在发生器101与过滤器102之间。进一步，为了使得过滤器102能更好地实现过滤效果，发生器101与第二流量计110之间的通道上还可以安装前端控制阀门(图中未示出)，用于控制进入过滤器102的样本的流量。其中，前端控制阀门也可以是针型阀。

当然，作为另一种可选地实施例，计算机112还可以同时与第二流量计110以及前端控制阀门连接。

石英比色皿104的第一侧面与第二侧面均为透光面，顶面与底面可以均为磨砂面。这里的石英比色皿104的高度与宽度之比可以为2:1，便于气泡集中于石英比色皿104上部，样品集中于底部，这样可以使得样品中的气泡与液体之间更加分明，以便于光谱仪探头106对样品的检测。当然，石英比色皿104的高度与宽度之比还可以是3:1或者4:1等等。

具体地，光谱仪探头设置在其中一透光面的外侧可以表示为，光谱仪探头位于透光面的正前方。优选地，如图3所示，光谱仪探头106发出的散射光与石英比色皿104的透光面相垂直，光谱仪探头106与透光面之间的直线距离可以设置在4毫米到6毫米之间。

另外，光谱仪探头106的设置高度低于或等于石英比色皿104的高度的一半，即使得光谱仪探头106对准石英比色皿104下半部，由于样品会集中在底部，比色皿底部1cm内的样品基本不含气泡，这样可以避免探头检测到气泡，保证数据准确性。

为了避免自然光对检测的干扰，该系统还可以包括不透光的防护罩108，光谱仪探头106以及石英比色皿104均放置在防护罩108内，该防护罩108不透光、防爆，能全方位覆盖住比色皿及探头。

具体地，本申请提供的光谱仪107可以为拉曼光谱仪或红外光谱仪，光谱仪探头106通过数据线与光谱仪107连接，光谱仪探头106用于向石英比色皿104内的样品发出散射光，并收集返回的光谱，计算机112用于对返回的光谱进行分析，得到样品中的成分含量。

进一步地，所述系统还可以包括显示器(图中未示出)，计算机112与显示器连接，所述显示器用于对光谱仪107的分析结果与第一流量计109检测到流量数据等进行统一显示，以便于用户查看、分析数据。

本申请中，将石英比色皿104与连续性发酵产线上的发酵液缓冲罐103连接，发酵液缓冲罐103中的样品不断地流向石英比色皿104，调整流量，确保石英比色皿104中样品产生的气泡集中于上部，下部样品不含气泡，光谱仪探头106对流动的样品进行实时地检测，经过石英比色皿104的样品流向废液罐105。

需要说明的是，本申请中的样品检测仪器为光谱仪，其为一种光学仪器，菌体、自然光及气泡对光谱仪检测结果影响极大，因此本申请通过去除样品中的菌体和悬浮物，并减少气泡和自然光的干扰，能够较大限度地保证光谱仪的检测精度。本申请提供的检测系统能够有效地解决连续性气体生物发酵产业存在代谢产物只能离线检测、数据滞后的现状，实现在线检测可以更灵活及时地调整控制参数。

为了验证系统的可靠性，本申请对该系统检测到的在线数据和传统检测方法检测到的离线数据进行了比对，表1示出了在线检测样品与离线检测样品得到的成分含量对比。

表1

通过上表1可以看出离线检测到的数据与在线检测到的数据之间的偏差不大，可以适用于生产。表2示出了采用本申请提供的在线检测系统在进行连续性检测情况下，仪器检测的稳定性。

表2

根据表2中的数据得出如图3所示的在线数据趋势图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示成分含量，通过表2中的检测数据以及图3示出的数据趋势图，可以看出在线检测用时短，数据稳定性高。

综上所述，本实施例提供的在线检测代谢产物含量的系统可以对代谢产物含量实时监控，耗时短、准确度高，所分析代谢产物含量数据能更具有代表性的反映发酵液中的实时变化，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。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作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 (10)

1.一种用于检测发酵液代谢产物的系统，其特征在于，包括：过滤器、发酵液缓冲罐、石英比色皿、流量调节阀、第一流量计、光谱仪、光谱仪探头以及计算机；

所述过滤器的入口与用于菌体生长的发生器的出口连通，所述过滤器的出口与所述发酵液缓冲罐的入口连通，所述过滤器用于去除所述发酵液代谢产物内的杂质；

所述发酵液缓冲罐的出口依次通过所述流量调节阀、所述第一流量计与所述石英比色皿的入口连通，所述石英比色皿的出口与废液罐连通，所述流量调节阀用于调节流入所述石英比色皿中的发酵液代谢产物的流量，所述石英比色皿的第一侧面以及与所述第一侧面相对的第二侧面均为透光面；

所述光谱仪探头与所述光谱仪连接，所述光谱仪与所述计算机连接，所述光谱仪探头设置在其中一透光面的外侧。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱仪探头的设置高度低于或等于所述石英比色皿的高度的一半。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括防护罩，所述光谱仪探头以及所述石英比色皿均放置在所述防护罩内，所述防护罩用于阻挡外界光对所述光谱仪探头以及所述石英比色皿的干扰。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述石英比色皿包括介质流入管道与介质流出管道，所述介质流入管道作为所述石英比色皿的入口，所述介质流出管道作为所述石英比色皿的出口，所述介质流入管道以及所述介质流出管道的内径均在6-8毫米之间，外径均在8-10毫米之间。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述石英比色皿的高度与宽度之比为2:1。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二流量计，安装在所述发生器与所述过滤器之间的通道上。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱仪为拉曼光谱仪或红外光谱仪。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过滤器为陶瓷膜过滤器。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机还分别与所述流量调节阀的控制端以及所述第一流量计连接。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括显示器，所述计算机与所述显示器连接。

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