CN2457165Y

CN2457165Y - 发酵罐

Info

Publication number: CN2457165Y
Application number: CN 00260504
Authority: CN
Inventors: 蒋中华; 何为
Original assignee: Institute of Radiation Medicine of CAMMS
Current assignee: Institute of Radiation Medicine of CAMMS
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2010-11-21

Abstract

本实用新型公开了一种用于基因工程领域内的细菌发酵或细胞培养的发酵罐,其由罐体和控制部分组成,控制部分控制发酵液的温度、pH值、溶解氧含量和搅拌速度,其特征在于:罐体的材质为耐热玻璃,加热部分为涂覆在罐体外侧的电加热膜。其加热均匀,换热效果好,不会造成工程菌炭化损失。

Description

发酵罐

本实用新型涉及一种发酵罐，尤其是一种用于基因工程领域内的细菌发酵或细胞培养的发酵罐。

生物工程技术的迅速发展，使得基因工程产品药物已正式进入临床用药，像GMCS、GCSF、TPO、EGF等，在带来巨大的社会效益的同时，也给制药企业带来了可观的经济效益。发酵，是生物工程中的重要环节，发酵设备是生物工程配套设备的重要设备。研究发酵设备的目标，是给工程菌或工程细胞提供最佳的生长繁殖条件，即提供最佳的温度、酸碱度(pH值)、搅拌速度和溶解氧含量等外部条件，使工程菌或工程细胞生长繁殖后，以包含体或上清液的形式最大量地产出人们需要的各种生化物质。

目前在基因工程领域内的细菌发酵或细胞培养的发酵罐，其罐体一般是由金属材料制成的，发酵罐还包括有控制部分，而控制部分又分为加热控制单元、pH值控制单元、溶解氧含量控制单元和搅拌速度控制单元。控制部分通过控制上述部分以控制发酵液的温度、pH值、溶解氧含量和搅拌速度，以给工程菌或工程细胞的生长繁殖提供其所需的外部条件。现有发酵罐采用电炉丝直接在溶液内加热的方式，这种加热方式换热面积小，故加热效率低，而且电炉丝的温度很高，靠近电炉丝位置的工程菌会被其灼伤炭化，对发酵效果的影响很大。搅拌单元一般采用机械搅拌，体积较大。

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种加热均匀，无局部过热，加热效率高，发酵产率高的发酵罐。

本实用新型采用如下技术方案以实现上述目的：发酵罐主要由罐体和控制部分组成，罐体上部设有可插置温度传感器、pH探头和溶氧电极的插口，控制部分分为加热单元、pH值控制单元、溶解氧含量控制单元和搅拌速度控制单元，其特征在于：罐体的材质为耐热玻璃，加热单元为涂覆在耐热玻璃罐体外侧的电加热膜。

电加热膜可涂覆在耐热玻璃罐体外侧的侧壁下部，电加热膜外侧可设置保温层。

搅拌单元可以为微型磁力搅拌，也可以为机械搅拌。

本实用新型有以下优点：

1、因加热体为绝缘的耐热玻璃基体上涂覆的电加热膜，涂覆面积大，使加热面积大大增加；电加热膜加热速度快，加热功率连续可调，加热效率和可控性随之显著提高；电加热膜加热时，在整个涂膜区内热分布均匀，即能保证整体的加热效果，又消除了产生局部的温度过高这一破坏性因素，从而避免了工程菌在过高温区炭化结壁造成的损失；无明火，安全可靠；罐体与加热系统形成一体，既节省空间，又轻便牢固。

2、电加热膜涂覆在罐体外侧的侧壁下部整圈，符合流体加热的规律；罐体外侧设置保温层，可以使热损失减小，热效率提高，并能保护电加热膜，使之免受损伤。

3、采用无电机、无磨损的磁力搅拌时，不但可以减小搅拌机的体积，还能使搅拌速度连续可调，搅拌效果更加均匀。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型罐体的剖视图。

图2为本实用新型的总体示意图。

图3为本实用新型的控制部分的原理框图。

图4为本实用新型实施例1的工程菌生长过程曲线图。

图5为本实用新型实施例2的三批发酵实验结果电泳图。

图6为本实用新型实施例2的相应的三批电泳扫描图谱。

如图1及图2所示，本实用新型发酵罐由罐体1和控制部分3组成，罐体上部设有若干插口，插口内分别插置有温度传感器5、pH探头6和溶氧电极7，控制部分3分为加热控制单元、pH值控制单元、溶解氧含量控制单元和搅拌速度控制单元，分别控制发酵液的温度、pH值、溶解氧含量和搅拌速度，其相对于现有发酵罐的改进在于：罐体的材质为耐热玻璃，加热部分由电炉丝改为电加热膜2，电加热膜2涂附在罐体1的外侧。采用电加热膜进行加热，热效率高、热启动快，加热均匀，不会产生局部的温度过高，避免了工程菌炭化结壁造成的产率损失；无明火、安全可靠。

不锈钢有导电性，不适于涂膜，因此本实用新型采用绝缘效果好的耐热玻璃作为罐体的主要材料。耐热玻璃还有透明度好，便于观察发酵过程中的一切变化，易清洗，可以进行原位消毒或高温消毒等优点。本实施例中，罐体1是由北京玻璃仪器总厂用95号耐热玻璃制成，有3升和7升两种规格，分别适于实验室研究和中试放大研究。电加热膜2是采用北京市太阳能研究所的成型技术，此技术使罐体与加热系统形成一体，轻便而牢固。

电加热膜2涂覆在罐体1外侧的侧壁下部周向位置，涂膜高度为10厘米，涂膜功率为400瓦(3升罐)、1000瓦(7升罐)，加热功率均连续可调。

罐体1外侧与电加热膜2相应位置可设置保温层4，此保温层4除具有保温功能外，还可以保护电加热膜层，使之免遭破坏。

图2的中央部分为罐体1的俯视简图，其余部分为控制示意图。如图2所示，罐体1上部设有若干插口，分别插置有温度传感器5、pH探头6和溶氧电极7，工作状态时，上述电极或探头的头部均置于发酵液的液面下。罐体1上部还设有一加料口和一取样口8，取样泵9可通过与取样口连接的管路将样液输送至样品瓶10。

控制部分3分为以下四个单元，分别对发酵液的温度、pH值、溶解氧含量和搅拌速度进行自动控制：1、加热控制单元，包括有温度传感器5、控温组件、罐壁外侧的电加热膜2等；2、pH值控制单元，包括有酸/碱溶液罐11、硅橡胶管、蠕动泵12和pH探头6等；3、溶解氧含量控制单元，包括有溶氧电极7、带空气过滤器的空气压缩机13、气体流量计和溶氧计14等；4、搅拌速度控制单元，包括有电机、搅拌器等。通过上述的控制，给在罐体1中发酵的工程菌或工程细胞提供其所需的最佳生长繁殖条件。

本实用新型的控制部分采用现有技术中常用的单片机电路，图3为控制部分的原理框图。单片机型号为89C51，其输入端主要为pH电极、铂电阻传感器，其输出端主要为滴定电磁阀、搅拌电动机、电热膜加热器和2行16字符液晶显示器。

在实验室研究中，罐体容积一般较小，这种情况下，搅拌器可采用微型磁力搅拌。本实施例中，搅拌采用德国VarioMAG磁力搅拌机，磁力搅拌机的体积比传统机械搅拌体积更小巧、更紧凑；无传动部分，无磨损；转速平稳无波动；搅拌速度在10～1000rpm范围内连续可调，使用者可根据具体实验情况方便地调整转速，使搅拌效果更加均匀。

在中试或工业化生产中，罐体容积较大，搅拌器可使用机械搅拌。如图1、2所示，较大的罐体1上留有中心孔15，可供设置机械搅拌。

下面是本实用新型的试用实施例一，某氨基酸公司氨基酸研究所采用基因工程技术，自行构建的苯丙氨酸生物工程菌，在本实用新型发酵罐中培养24小时，定时采样，测定光密度值，观察工程菌的生长呈对数生长曲线，约在15小时后，菌体生长达到饱和状态。整个培养过程中，发酵温度、搅拌速度、pH值等参数均得到较好的控制。发酵终产物为苯丙氨酸，经分光光度法测定产率达3.4g/L，如图4所示，实验结果令人满意。

下面是某基因工程有限公司试用本实用新型的实施例二，此公司采用本实用新型发酵罐培养基因重组大肠杆菌产生γ-干扰素。γ-干扰素工程菌表达载体为PBV220，宿主菌为大肠杆菌DH52，表达后产品以包含体的形式出现。工程菌在发酵罐中在30℃条件下生长7小时，A_600nm=0.8左右时迅速升温到42℃，继续培养5小时，收菌。每小时取样品作SDS-PAGE分析，用比浊法测定光密度。用Uitro Scan XL凝胶扫描仪，波长633nm，测定γ-干扰素的表达量。培养液体积为5L。三批结果如下：湿菌重分别为4.8g/L,4.5g/L,4.6/L,γ一干扰素的表达量占全菌总蛋白的56.5％,60.2％,59.0％。如图5及图6所示(图5中，1为蛋白分子量标准，2、3、4分别为1～3批的结果)，实验数据稳定，结果十分满意。

Claims

1、一种发酵罐，发酵罐主要由罐体和控制部分组成，所述罐体上部设有若干插口，所述插口内分别插置有温度传感器、pH探头和溶氧电极，所述控制部分分为加热控制单元、pH值控制单元、溶解氧含量控制单元和搅拌速度控制单元，其特征在于：所述罐体的材质为耐热玻璃，所述加热单元为电加热膜，所述电加热膜涂覆在所述耐热玻璃罐体的外侧。

2、如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：所述电加热膜涂覆在所述耐热玻璃罐体外侧的侧壁下部，所述电加热膜外侧设有保温层。

3、如权利要求1或2所述的发酵罐，其特征在于：所述搅拌为微型磁力搅拌。

4、如权利要求1或2所述的发酵罐，其特征在于：所述搅拌为机械搅拌。