CN205295317U - 摇瓶内置曲臂扰流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微生物培养实验设备，特别是指一种摇瓶内置曲臂扰流装置。包括底座，曲臂内端与底座外壁通过第一扭力弹簧转动配合，曲臂为至少两条且沿底座外壁径向分布，每条曲臂由首尾相连的至少两根支撑杆组成，相邻的支撑杆之间通过枢轴转动配合，在枢轴上穿接设有第二扭力弹簧，第二扭力弹簧的两端分别作用于相邻的两个支撑杆上，支撑杆上连接有挡板，底座上设有提拉构件。本实用新型解决了现有技术中三角瓶溶氧度低、对好氧型微生物的生长有限制作用等技术问题，具有主体支撑结构稳定、便于快速取放清洁和对培养液取样的操作、适于与现有摇瓶配套使用等优点。

Description

摇瓶内置曲臂扰流装置

技术领域

本实用新型属于微生物培养实验设备，特别是指一种摇瓶内置曲臂扰流装置。

背景技术

微生物培养是生物发酵领域中的常用技术。根据对氧气的需求，微生物可分为好氧微生物、厌氧微生物和兼性好氧微生物。目前，发酵工业中绝大多数的发酵过程都是需氧的，发酵过程须不断向培养液中提供氧气。好氧微生物细胞的生命活动离不开氧气，细胞生长、发育和***繁殖等活动所需的能量主要来自于三羧酸循环过程产生的ATP，一分子的葡萄糖经过氧化生成二氧化碳和水，并同时产生32个ATP，其中25个ATP是由氧分子参与的氧化磷酸化过程产生。由葡萄糖氧化化学平衡式得出，每180g葡萄糖完全氧化需要190g氧。微生物只能利用溶解于水中的氧，而氧气难溶于水，一般来说，在一个大气压下，25℃的培养基中氧的饱和溶解度为6.4mg/L，这只供微生物维持短暂的生命活动，如果不向培养液中供给氧气，菌体的呼吸将受到强烈的抑制。因此，如何迅速不断地补充培养液中的溶解氧，保证菌体的正常代谢活动，是需氧发酵工业中的重大研究课题。

溶氧是好氧微生物发酵过程中重要的控制参数之一。微生物发酵的过程通常是在密闭反应容器中置入培养基，接种微生物菌种，搅拌并通入无菌空气，在设定的温度和pH值下进行发酵培养。在已有设备和正常发酵过程中培养液的溶氧浓度主要受搅拌和通气的影响。溶氧的大小对菌体生长和产物的性质及产量都会产生影响，如谷氨酸发酵，供氧不足时谷氨酸的积累就会明显降低，产生大量乳酸和琥珀酸。在微生物高密度发酵时，培养液的需氧量随着细胞浓度的增加而增加，若不改变培养体系的溶氧速率，细胞的呼吸和生长会受到限制，从而无法实现高密度发酵。因此，在工业发酵中为维持正常的细胞生长速度，需要提高搅拌速度和通气量以增加氧的传递速率。

在实验室的培养条件下三角瓶是最常用的发酵容器。在工业上，微生物菌种也通常是先在三角瓶中培养，进行逐步扩增后再接种至发酵罐中。三角瓶的通气及溶氧量主要是通过瓶口的进气获得的，然而三角瓶具有口径小，瓶底深且直径大的结构特点，严重限制了气体流通。且三角瓶在摇床上摇动时，培养物以瓶底中轴为轴心进行圆周旋转，这种趋于层流的运动方式不利于氧气的传质，容易导致培养物溶氧量不足、菌体生长不好，甚至出现溶菌的现象。为此实验室中三角瓶的发酵实验通常采用减少三角瓶的装量或是提高摇床转速的方法来提高三角瓶内体积溶氧系数，这在一定程度上提高了供氧速率。但对于氧需求很高的微生物,尤其是在高密度发酵时这两种措施都表现出很大的局限性。这是因为若装液量太少，培养过程中水分蒸发容易造成培养液蒸干，并且发酵液必须达到足够体积才能作为样本；而三角瓶的转速也不能无限制的增加，其受到摇床转速极限的限制，并且提高转速也会使摇床的寿命大为缩短。显然在现有三角瓶的设计及结构下，在某些发酵过程中通过单纯提高转速和减少装液量已不能满足溶氧的需求，因此，需要根据不同发酵特性设计更为合理的三角瓶，以满足微生物对溶氧的需求。

以普通三角瓶为培养容器时培养物随摇床的摇动多以层流的方式沿轴心旋转，流体以层流方式运动时混合速率低，底层培养物与顶层培养物在不同层面流动使得氧气由顶层向底层的传质速率很慢，整个体系的溶氧水平不均匀，导致底层微生物常处于缺氧状态。相反，湍流可以使流动的液体产生很好的搅拌作用，三角瓶的底层培养物被传递到顶层，增加液体与空气的接触面积，增加了溶氧速率。在工业上，大型发酵罐通常改变搅拌桨的形状或在内壁通常附加挡板以增大罐体内流体的湍流，然而工业发酵罐的形状与实验用三角瓶有很大的差异，在搅拌上发酵罐采用搅拌桨的机械搅拌方式，而三角瓶则采用摇床的旋转摇动方式，不同的容器形状和搅拌方式应该使用不同的扰流措施。

申请人检索到的相关背景技术包括，CN202246687U在三角瓶内壁上固定了挡板使其与瓶体连成一体。CN202576417U和CN202576418U在三角瓶瓶身内壁上成型了与底面平行的挡片，只是在挡片数量和挡片设置位置上有所差异。实用新型CN204058463U在瓶身为圆柱型摇瓶的内壁上成型设置了竖直向上的内凹结构。在这些报道中，摇瓶经改造后均可在一定程度上提高培养物的溶氧速率，然而它们只是在侧壁简单的设置了挡板或挡片，并没有对挡板或挡片的截面形状、位置、数量和尺寸做具体的优化，也没有评价挡板或挡片对湍流引起的溶氧变化所带来的技术效果。侧壁上的挡板虽然能产生一定的扰动效果，但对于中心位置的流体扰动效果不大。实用新型CN203393148U改造了三角瓶的瓶塞，在瓶塞上加一个连接杆，连接杆末端放置挡片，这有利于三角瓶中心液体的搅拌，但这样复杂的瓶塞给接种和取样操作带来了很大的麻烦，容易造成污染。事实上，如何在不需要提高摇床转速的情况下使三角瓶中培养的液体产生最佳的扰动效果，从而最大化的提高溶氧速率，不是简单设置挡板或挡片所能完成的，而是需要对其进行严密的技术设定。

此外，在所报道的专利文献中，其设计的共同点是对摇瓶进行了成型改造，即在原有三角瓶瓶身内壁上通过玻璃熔融焊接了挡片或挡板，或在瓶壁熔融后进行内凹而形成挡板，这样处理无疑增加了三角瓶生产的工序。然而玻璃加工的难点在于不能精准的设置挡片的位置和宽度，使得与原设计参数产生较大误差，影响预设的扰动效果，给实际应用带来困难。其次，在玻璃瓶尤其是小口三角瓶内壁进行焊接的操作非常复杂，很容易造成损坏而产生次品，增加了生产成本。最后，三角瓶内壁固定了挡板或挡片后给清洗造成了麻烦，一些粘稠的发酵物容易黏连在挡片上很难清除。因此，有必要在不改变原三角瓶结构的基础上设计一种形状和尺寸设计精确且便于应用的内置扰流设备，以满足培养物高溶氧的需要。

实用新型内容

本实用新型提供一种便于快速拆卸和装配、且能够满足培养物高溶氧需要的摇瓶内置曲臂扰流装置。

本实用新型的整体结构是：

摇瓶内置曲臂扰流装置，包括底座，曲臂内端与底座外壁通过第一扭力弹簧转动配合，曲臂为至少两条且沿底座外壁径向分布，每条曲臂由首尾相连的至少两根支撑杆组成，相邻的支撑杆之间通过枢轴转动配合，在枢轴上穿接设有第二扭力弹簧，第二扭力弹簧的两端分别作用于相邻的两个支撑杆上，支撑杆上连接有挡板，底座上设有提拉构件。

本实用新型的具体结构是：

为便于对摇瓶内培养液进行均匀扰动，同时满足支撑结构的稳定，所述的曲臂内端沿底座外壁等角度均布。

所述的提拉构件选用拉绳、拉环或二者的结合。

为实现对摇瓶内培养液较好的扰动效果，优选的技术实现方式是，所述的挡板与水平面垂直。

为便于制作及曲臂在底座上的布置，优选的技术实现方式是，所述的底座为圆柱形。

本实用新型是这样工作的：

本实用新型中第一、第二扭力弹簧在舒张的工作状态下曲臂处于打开状态，当需要将其置入摇瓶时，收拢曲臂并将装置沿摇瓶口置入使其底部与摇瓶瓶底接触，支撑杆在第一、第二扭力弹簧的复位作用下打开并根据摇瓶规格弹性顶压于其底部及侧壁。挡板即可对摇瓶内的培养液的流动形成扰动作用，当需要取出本装置时，用手或借助器具勾取或向上拽动提拉构件，支撑杆即可在上拉过程中趋于收拢状态并被取出摇瓶。

本实用新型所取得的技术进步在于：

1、本实用新型采用呈径向分布且首尾相连的支撑杆作为与摇瓶内壁适配的主体支撑结构，并选用扭力弹簧作为支撑杆打开的动力来源，其技术构造简单且易于实现。

2、首尾相连的支撑杆及第一、第二扭力弹簧的结构设计，在便于本实用新型置入或取出三角瓶的同时，不仅有效实现了本实用新型在打开状态下支撑结构的稳定，而且便于根据摇瓶的容积及形状进行适配，同时有效保证了取样及瓶口封装棉塞或纱布的操作需要。

3、采用挡板作为扰流结构，能够对于摇瓶内的培养液形成较好的扰动作用，有效增加了摇瓶在工作过程中培养液产生的涡流，增加了培养液与无菌空气的接触面积，增加溶氧速率，提高了微生物生长速率。

附图说明

本实用新型的附图有：

图1是本实用新型处于打开状态下的俯视结构示意图。

图2是图1的仰视图。

图3是图2中的A部局部放大图。

图4是图2中的B部局部放大图。

附图中的附图标记如下：

1、支撑杆；2、底座；3、挡板；4、提拉构件；5、第二扭力弹簧；6、第一扭力弹簧。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述，但不作为对本实用新型的限定，本实用新型的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所作出的等效技术手段替换，均不脱离本实用新型的保护范围。

本实用新型的整体技术构造如图示，包括底座2，曲臂内端与底座2外壁通过第一扭力弹簧6转动配合，曲臂为三条且沿底座2外壁径向等角度分布，每条曲臂由首尾相连的至少两根支撑杆1组成，相邻的支撑杆1之间通过枢轴转动配合，在枢轴上穿接设有第二扭力弹簧5，第二扭力弹簧5的两端分别作用于相邻的两个支撑杆1上，支撑杆1上连接有挡板3，底座2上设有提拉构件4。

所述的提拉构件4选用拉绳。

所述的挡板3与水平面垂直。

所述的底座2为圆柱形。

Claims (5)

1.摇瓶内置曲臂扰流装置，其特征在于包括底座(2)，曲臂内端与底座(2)外壁通过第一扭力弹簧(6)转动配合，曲臂为至少两条且沿底座(2)外壁径向分布，每条曲臂由首尾相连的至少两根支撑杆(1)组成，相邻的支撑杆(1)之间通过枢轴转动配合，在枢轴上穿接设有第二扭力弹簧(5)，第二扭力弹簧(5)的两端分别作用于相邻的两个支撑杆(1)上，支撑杆(1)上连接有挡板(3)，底座(2)上设有提拉构件(4)。

2.根据权利要求1所述的摇瓶内置曲臂扰流装置，其特征在于所述的曲臂内端沿底座(1)外壁等角度均布。

3.根据权利要求1所述的摇瓶内置曲臂扰流装置，其特征在于所述的提拉构件(4)选用拉绳、拉环或二者的结合。

4.根据权利要求1所述的摇瓶内置曲臂扰流装置，其特征在于所述的挡板(3)与水平面垂直。

5.根据权利要求1所述的摇瓶内置曲臂扰流装置，其特征在于所述的底座(2)为圆柱形。