CN104711164A - 具备摇瓶功能的发酵罐及其发酵方法 - Google Patents

Abstract

具备摇瓶功能的发酵罐及其发酵方法。本发明为具备发酵罐功能的摇罐及其发酵方法，解决己有摇罐内部空气混合条件与己有发酵罐存在明显差异，需要重新在发酵罐上进行通气、搅拌和装量等多种因素的组合摸索的问题。罐体内壁上固连有罐体径向且垂直于罐底的挡板，罐体为圆筒形，与上口连接，罐体内罐底固连有支架，支架由水平十字架及其中心的立柱组成，立柱上固定有搅拌器，搅拌器为由水平杆及其两端连接的叶轮构成的对称装置，罐体外壁有凸起，用于将罐体固定到摇瓶机上。

Description

具备摇瓶功能的发酵罐及其发酵方法

 技术领域：

本发明涉及生物工程设备领域，具体涉及一种在摇床上使用区别于三角摇瓶的各种生物培养的发酵装置和发酵方法。

背景技术：

液体发酵是生产生物工程产品的主要手段之一，如很大一部分抗生素、酵母、氨基酸、

酶制剂和有机酸等。发酵工程中至关重要的一个环节是发酵过程技术参数的控制和优化，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。

目前发酵工艺的研究通过以下途径继续：1）在摇床上通过三角摇瓶摸索基本发酵条件；2）在发酵罐上进行工艺放大。发酵罐不是摇床上搅拌，通过罐口安装的电动搅拌机搅拌。存在的问题是摇瓶内部空气混合条件与发酵罐存在明显差异，需要重新在发酵罐上进行通气、搅拌和装量等多种因素的组合摸索。由于设备限制，无法进行多罐批次的平行摸索，更多凭经验进行。

搅拌器叶轮是搅拌过程中的主要换能器件，它将旋转的机械能转化为流体的动能，其转化的效率及流体的流场分布直接影响着搅拌的效果及生产的成本。目前现有的发酵罐要研究不同搅拌器叶轮对发酵的影响很不方便，只能是发酵完成一批再通过更换叶轮来实现，这样就造成周期很长且每批次的各种条件等不完全重现，甚至不是每批次发酵都能成功，缺乏重现性，从而很大程度上提高研究成本。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单，成本低，发酵工艺简便的具备摇瓶功能的发酵罐。

本发明的另一个目的是提供一种成本低，发酵工艺简便的用具备摇罐功能的发酵罐进行液体发酵的方法。

本发明是这样实现的：

本发明具摇瓶功能的发酵罐，罐体内壁上固连有罐体径向且垂直于罐底的挡板，罐体为圆筒形，与上口螺纹连接，便于放入搅拌器，罐体内罐底固连有支架，支架由水平十字架及其中心的立柱组成，立柱上固定有搅拌器，搅拌器为由水平杆及其两端连接的叶轮构成的对称装置，罐体外壁有凸起。

上口的罐颈直径为罐体直径的1/3到1/2。

所述挡板为3—4块，挡板的宽度与罐体内径之比为1/8—1/12，相邻挡板夹角为90度－120度。

所述搅拌器的高度为罐体高度的1/4到1/2，搅拌器为1个或上、下布置的两个。

所述搅拌器的水平杆长度与罐体内径之比为1/2—1/3。

所述搅拌器叶轮类型为平直叶圆盘涡轮式、斜叶圆盘涡轮式、弯叶圆盘涡轮式、箭叶式圆盘涡轮式、半圆管及抛物线式、旋浆式和A315式中的任意一种。

所述罐体外壁的两凸起对称布置，用于固定罐体在摇床上。

用具摇瓶功能的发酵罐进行液体发酵的方法，将按比例配好发酵培养基并按一定量分别装入有不同搅拌器叶轮的各个具摇瓶功能的发酵罐中，用纱布塞住罐口并将其放入自动灭菌锅中进行消毒灭菌，消毒灭菌温度及时间分别为120—121℃，30min，消毒灭菌完成以后，在超净台上接种质量百分浓度5%菌种，用橡胶拴好纱布并用绳子通过罐体外壁的凸起将具摇罐功能的发酵罐固定于摇床上进行发酵，摇床转速为220—250r/min，发酵6—17天，从第二天开始，每天进行取样监测发酵液的PH值、菌种、残余糖量、价效以及观察菌丝生长的变化情况，发酵完成后，通过对比各具摇瓶功能的发酵罐中数据情况，归纳出不同搅拌器叶轮对发酵影响情况，选择多种叶轮类型进行多次重复上述实验，最后选择最适发酵的搅拌叶轮，为该菌种以后的放大生产提供基础，将所选最适发酵的搅拌叶轮装入各个具摇罐功能的发酵罐中，用橡胶拴好纱布并用绳子通过罐体外壁的凸起将具摇罐功能的发酵罐固定于摇床上进行该菌种正式发酵生产，发酵条件与上述实验条件相同。

本发明对搅拌器叶轮对发酵影响的试用能大批次同时进行，过程简单，周期短，效果易见。本发明在发酵过程中通过设定不同发酵条件，可以实现同批次相同消毒条件、相同搅拌速度、相同通气速率的大量平行实验，成本低，为指导中试放大提供更为准确接近的数据。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明将发酵瓶与发酵罐集为一体，采用该结构构造，可定性研究搅拌器叶轮以及其它参数不同对发酵的影响。由于本发明发酵罐结构简单，很容易得到且成本较低。能实现在装量、消毒、进气量、摇床转速完全相同条件下同批次大量平行实验，从而大大缩短选择最佳搅拌器叶轮和其它影响发酵的参数的周期，用实验条件进行该菌种正式发酵生产，适用性广泛。本发明使用方便，结构简单，成本低，实验周期短，发酵效率高、质量好。

附图说明：

图1为本发明发酵罐结构图。

图2为支架结构图。

图3为平直叶圆盘涡轮结构图。

图4 为半圆管及抛物线式涡轮结构图。

图5为弯叶圆盘涡轮式涡轮结构图。

图6为A315式涡轮结构图。

图7为旋浆式涡轮结构图。

图8为斜叶圆盘涡轮式涡轮结构图。

图9为箭叶式圆盘涡轮式涡轮结构图。

图10为图9的俯视图。

具体实施方式：

实施例1：

该发酵罐由罐体、罐体内壁垂直于罐底的挡板、罐体内支架固定搅拌器和罐体外壁的凸起组成，罐底直径为8cm，罐底内直径为75cm，罐颈直径为4cm，罐总高度为18cm，罐钵高度为11cm，罐颈高度为2.5cm。罐体内壁垂直于罐底的挡板4块且相互垂直，4块挡板的宽度为8mm，其高度和罐身高度相同。罐体内支架固定一个搅拌器，搅拌器距发酵罐内底高度为4cm,搅拌器直径（为水平杆及其两端连接的叶轮总长度）为发酵罐底内径的一半，搅拌器叶轮直径为搅拌器直径的1/4。罐体内支架固定单层一个搅拌器叶轮类型为平直叶圆盘涡轮式、斜叶圆盘涡轮式、弯叶圆盘涡轮式、箭叶式圆盘涡轮式、半管及抛物线式、旋浆式和A315式中的任意一种。支架的水平十字架的作用是加固搅拌器，十字架四端与罐体内壁接触，固定在罐体内壁；如图2。

挡板为3—4块的布置方式和作用：3块挡板布置方式为成“Y”型（相互夹角120度），4块挡板布置方式为十字架型（相互夹角90度）；作用是防止发酵罐在摇床上震荡时罐体内发酵液体产生漩涡。

实施例2：

工作过程如下：现以丝状真菌Glarea lozoyensis ATCC 74030为例进行具体说明。该发酵罐与实施例1相同。

选择单层搅拌器，叶轮选择为平直叶圆盘涡轮式、斜叶圆盘涡轮式和A315式，并分别放入无搅拌器的发酵罐作对照实验。将按比例配好发酵培养基并按一定量分别装入各发酵罐中，用纱布塞住罐口并将其放入自动灭菌锅中进行消毒灭菌，消毒灭菌温度及时间分别为121℃，30min。消毒灭菌完成以后，在超净台上接种质量浓度5%丝状真菌Glarea lozoyensis ATCC 74030，用橡胶拴好纱布并用绳子通过罐体外壁的凸起将三个发酵罐固定于摇床上进行发酵，摇床转速为220r/min。发酵17天，从第二天开始，每天进行取样监测发酵液的PH值、菌种、残余糖量、价效以及观察菌丝生长的变化情况。发酵完成后，通过对比各发酵罐中数据情况，归纳出不同搅拌器叶轮对发酵影响情况。分别选择平直叶圆盘涡轮式、斜叶圆盘涡轮式和A315式重复实验，最后选择最适发酵的搅拌叶轮为A315式。为其菌种以后的放大生产提供基础。

实施例3：

再以丝状真菌Coleophoma oleae ATCC 24520为例进行进一步例证说明。该发酵罐与实施例1相同。选择单层搅拌器，叶轮选择为弯叶圆盘涡轮式、箭叶式圆盘涡轮式、半圆管及抛物线式和旋浆式，并加入无单层搅拌器发酵罐为对照实验。将按比例配好发酵培养基并按一定量分别装入各发酵罐中，用纱布塞住罐口并将其放入自动灭菌锅中进行消毒灭菌，消毒灭菌温度及时间分别为120℃，30min。消毒灭菌完成以后，在超净台上接种质量浓度5%丝状真菌Coleophoma oleae ATCC 24520，用橡胶拴好纱布并用绳子通过罐体外壁的凸起将发酵罐固定于摇床上进行发酵，摇床转速为250r/min。发酵6天，从第二天开始，每天进行取样监测发酵液的PH值、菌种、残余糖量、价效以及观察菌丝生长的变化情况。发酵完成后，通过对比各发酵罐中数据情况，归纳出不同搅拌器叶轮对发酵影响情况。分别选择弯叶圆盘涡轮式、箭叶式圆盘涡轮式、半圆管及抛物线式和旋浆式进行重复实验，最后选择最适发酵的搅拌叶轮为半圆管及抛物线式。为其菌种以后的放大生产提供基础。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.具备摇瓶功能的发酵罐，其特征在于罐体内壁上固连有罐体径向且垂直于罐底的挡板，罐体为圆筒形，与上口螺纹连接，便于放入搅拌器，罐体内罐底固连有支架，支架由水平十字架及其中心的立柱组成，立柱上固定有搅拌器，搅拌器为由水平杆及其两端连接的叶轮构成的对称装置，罐体外壁有凸起，用于将罐体固定到摇瓶机上。

2.根据权利要求1所述的具备摇瓶功能的发酵罐，其特征在于上口的罐颈直径为罐体直径的1/3到1/2。

3.根据权利要求1所述的具备摇瓶功能的发酵罐，其特征在于所述挡板为3—4块，挡板

的宽度与罐体内径之比为1/8—1/12，相邻挡板夹角为90－120度。

4.根据权利要求1所述的具备摇瓶功能的发酵罐，其特征在于所述搅拌器的高度为罐体高度的1/4到1/2，搅拌器为1个或上、下布置的两个。

5.根据权利要求1所述的具备摇瓶功能的发酵罐，其特征在于所述搅拌器的水平杆长度与罐体内径之比为1/2—1/3。

6.根据权利要求5所述的具备摇瓶功能的发酵罐，其特征在于所述搅拌器叶轮类型为平直叶圆盘涡轮式、斜叶圆盘涡轮式、弯叶圆盘涡轮式、箭叶式圆盘涡轮式、半圆管及抛物线式、旋浆式和A315式中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的具备摇瓶功能的发酵罐，其特征在于所述罐体外壁的两凸起对称布置。

8.用权利要求1所述的具备摇瓶功能的发酵罐进行液体发酵的方法，其特征在于将按比例配好发酵培养基并按一定量分别装入有不同搅拌器叶轮的各个具摇瓶功能的发酵罐中，用纱布塞住罐口并将其放入自动灭菌锅中进行消毒灭菌，消毒灭菌温度及时间分别为120—121℃，30min，消毒灭菌完成以后，在超净台上接种质量浓度5%菌种，用橡胶拴好纱布并用绳子通过罐体外壁的凸起将具摇瓶功能的发酵罐固定于摇床上进行发酵，摇床转速为220—250r/min，发酵6—17天，从第二天开始，每天进行取样监测发酵液的PH值、菌种、残余糖量、价效以及观察菌丝生长的变化情况，发酵完成后，通过对比各具摇罐功能的发酵罐中数据情况，归纳出不同搅拌器叶轮对发酵影响情况，选择多种叶轮类型进行多次重复上述实验，最后选择最适发酵的搅拌叶轮，为该菌种以后的放大生产提供基础，将所选最适发酵的搅拌叶轮装入各个具摇罐功能的发酵罐中，用橡胶拴好纱布并用绳子通过罐体外壁的凸起将具摇罐功能的发酵罐固定于摇床上进行该菌种正式发酵生产，发酵条件与上述实验条件相同。