CN217628345U - 一种微生物高密度发酵计量补料分配*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其包括补料***、计量***、发酵罐、第一蒸汽供应***、空气供应***以及第二蒸汽供应***，所述补料***通过补料管路与所述计量***连接，所述计量***通过补料管路二与发酵罐下部连接，所述第一蒸汽供应***以及空气供应***通过管路与发酵罐下部连接，所述第二蒸汽供应***通过管路与补料管路连接；本实用新型适合微生物高密度发酵的大型发酵***，灵活性高，适合不同补料料液，满足定量补料、连续计量补料、恒PH控制等控制需求，结构简单，一次性投资少，维护简单方便。

Description

一种微生物高密度发酵计量补料分配***

技术领域

本实用新型涉及微生物发酵设备技术领域，尤其是一种微生物高密度发酵计量补料分配***。

背景技术

近年来重组DNA技术的广泛应用，通过重组DNA技术可以将原来非微生物产生的产物由微生物来生产，在医、农、工等方面得到广泛的应用，加快了重组DNA技术与大规模培养的结合进程，使很多无法大量获得的产物能够大量的生产，从而应用于各类产品。采取高密度培养的技术，提高微生物菌体发酵密度，并最终提高产物的比生产率，不仅可以减少培养体积，强化下游的分离提取，还可以缩短生产周期、减少设备投资，从而降低生产成本，极大地提高产品在市场上的竞争力，因此成为近年来发酵产业发展的重要方向。微生物高密度发酵生产的关键技术是补料***，通过补充营养物质，使基质浓度保持在较低水平，有效的抑制副产物的积累，提高产物的表达效率。

现有补料***大多在发酵罐顶不同位置开孔，补加不同补料液，其中补料***有诸多设计不适合高密度发酵，如补加消泡剂料液时，因罐体内发酵过程中产生泡沫的现象，补加的料液会悬浮在泡沫上，无法及时的产生作用，产生泡沫溢出的情况；在补加一些营养物质时，因无法及时的到达发酵罐内均匀分布为微生物提供营养，产生一些副产物或抑制物。

如公告号为CN212316093U的中国专利，公开了一种液体深层发酵补料***，其通过在发酵罐中增加一个置于两层搅拌中间的料液分布器，以及配套的管道、阀门等，以缩短补料液与培养基的混合时间，但是，当补料***的补料液量较少时，在发酵罐内液体自有的压力下，通过一个料液分布器，无法让补料液都通过分布器上的开孔，料液只会在距离近端的开口流出，远端的开孔无法起到分布的效果，因此亟需提出一种迅速混合均匀，不会产生影响细胞生长和产物表达的抑制物，提高了最终产物表达水平的高密度发酵计量补料分配***。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种微生物高密度发酵计量补料分配***，使料液迅速混合均匀，防止产生影响细胞生长和产物表达的抑制物。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其包括补料***、计量***、发酵罐、第一蒸汽供应***、空气供应***以及第二蒸汽供应***，所述补料***通过补料管路与所述计量***连接，所述计量***通过补料管路二与发酵罐下部连接，所述第一蒸汽供应***以及空气供应***通过管路与发酵罐下部连接，所述第二蒸汽供应***通过管路与补料管路连接；

所述发酵罐包括罐体、设置在罐体内底部的空气分布器组件、设置在空气分布器组件上部用于使料液均匀分散的锥形补料分布器组件、以及设置在罐体内的搅拌机构，所述空气分布器组件与所述第一蒸汽供应***以及空气供应***连接，所述锥形补料分布器组件与所述补料***连接。

作为本实用新型的一种实施方式，所述锥形补料分布器组件包括与补料***连接的料液分布器以及向下倾斜设置在料液分布器上的多个喇叭口一；

所述空气分布器组件包括与空气供应***连接的环形分布器以及向上倾斜设置在环形分布器上的多个喇叭口二，所述喇叭口一与喇叭口二数量相对应且朝向一致设置。

作为本实用新型的一种实施方式，多个所述喇叭口一侧壁上设置有通孔一，所述料液分布器上设置有多个所述通孔二，所述通孔一与所述通孔二对应固定连通。

作为本实用新型的一种实施方式，所述搅拌机构包括竖直设置在发酵罐内的搅拌轴、设置在搅拌轴上部的搅拌桨、设置在搅拌轴底端且位于锥形布料器上方的圆盘搅拌桨以及驱动其旋转的减速电机。

作为本实用新型的一种实施方式，所述补料***包括至少3个以上的补料罐，所述补料罐与计量***连接的补料管路上设置有对应的第一气动隔膜阀和出料阀门。

作为本实用新型的一种实施方式，所述计量***包括与所述补料罐相对应数量的计量杯，所述计量杯与发酵罐之间还设置有用于使内外界压力一致的平衡管路。

作为本实用新型的一种实施方式，所述计量杯顶端设置有超声波液位传感器。

作为本实用新型的一种实施方式，所述计量杯上还设置有用于观测料液进料情况的观察镜。

作为本实用新型的一种实施方式，所述喇叭口一在所述料液分布器上设置为3-6个。

作为本实用新型的一种实施方式，所述第一气动隔膜阀和所述超声波液位传感器与发酵自控***连接，用于实现自动控制。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：在发酵过程中发酵罐的无菌空气通过空气分布器组件吹入锥形补料分布器组件，空气吹动锥形补料分布器组件周围的发酵培养基进入料液分配器与补料料液混合，锥形补料分布器组件底部开口朝向搅拌机构搅拌，在搅拌的作用下补料料液能够迅速与发酵培养基混合；本实用新型同时为微生物提供所需的氧气、营养物质、消泡剂等迅速混合均匀，不会因缺少溶解氧和补料液产生影响细胞生长和产物表达的抑制物，在实际生产中相比较原有补料***最终产物表达水平提高10-20%，在补料分批次发酵生产中减少消泡剂使用量20%以上，降低了批次生产成本，在大型微生物高密度发酵中具有极高的应用价值。

本实用新型适合微生物高密度发酵的大型发酵***，灵活性高，适合不同补料料液，满足定量补料、连续计量补料、恒PH控制等控制需求，结构简单，一次性投资少，维护简单方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例的工艺流程图。

图2是本实用新型实施例发酵罐内部的部分示意图。

其中：1发酵罐，1-1罐体，2碱补料储料罐，3酸补料储料罐，4碳源补料储料罐，5消泡补料储料罐，6消泡计量杯，7碳源计量杯，8酸补计量杯，9碱补计量杯，10超声波液位传感器，14第一气动隔膜阀，18第二气动隔膜阀，22喇叭口二，23喇叭口一，24圆盘搅拌桨，25搅拌桨，26手动隔膜阀，27排污阀门，28出料阀门，29蒸汽阀门，30观察镜，31搅拌轴，32减速电机，35补料管路二，36碱补料管路，37酸补料管路，38碳源补料管路，39消泡补料管路，40料液分布器，41环形分布器，42供应阀门，44平衡管路，45平衡管路手动隔膜阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对实用新型进行清楚、完整的描述。

如图1所示，本实用新型提供一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其包括补料***、计量***、发酵罐1、第一蒸汽供应***、空气供应***以及第二蒸汽供应***，所述补料***通过补料管路与所述计量***连接，所述计量***通过补料管路二35与发酵罐1下部连接，所述第一蒸汽供应***以及空气供应***通过管路与发酵罐1下部连接，所述第二蒸汽供应***通过管路与补料管路连接；进一步的，所述补料***包括至少3个以上的补料罐，所述补料罐与计量***连接的补料管路上设置有对应的第一气动隔膜阀14和出料阀门28。

在本实施例中，所述补料***包括4个补料罐，分别为碱补料储料罐2、酸补料储料罐3、碳源补料储料罐4、消泡补料储料罐5，所述碱补料储料罐2底端通过碱补料管路36与碱补计量杯9顶端连接，所述酸补料储料罐3通过酸补料管路37与酸补计量杯8顶端连接，所述碳源补料储料罐4通过碳源补料管路38与碳源计量杯7顶端连接，所述消泡补料储料罐5通过消泡补料管路39与消泡计量杯6顶端连接。

如图1所示，所述计量***包括与所述补料罐相对应数量的计量杯，所述计量杯与发酵罐1之间还设置有用于使内外界压力一致的平衡管路44。在本实施例中，所述计量杯设置为4个，分别为消泡计量杯6，碳源计量杯7，酸补计量杯8，碱补计量杯9,所述平衡管路44上设置有平衡管路手动隔膜阀45，所述平衡管路44一端设置在发酵罐1顶端，另一端则分别连接4个所述计量杯，当然在位于计量杯内的一截上设置有通孔，使计量杯内的压力和所述发酵罐1内压力一致，以达到料液顺利流下；所述的4个计量杯底端分别通过第二气动隔膜阀18以及补料管路二35与发酵罐1上端连接，所述补料管路二35上还设置有排污阀门27。

进一步的，所述计量杯上还设置有用于观测料液进料情况的观察镜30，通过设置观察镜30可以随时观察计量杯内的料液情况，方便操作。

4个所述计量杯顶端设置有超声波液位传感器10，所述第一气动隔膜阀14和所述超声波液位传感器10与发酵自控***连接，用于实现自动控制，通过在顶端设置超声波液位传感器10来监测计量杯内的料液位高度，当达到一定的高度，即可通过超声波液位传感器10来控制第一气动隔膜阀14的打开与关闭，用于控制料液的添加量，从而实现自动控制发酵***。

如图1和图2所示，所述发酵罐1包括罐体1-1、设置在罐体1-1内底部的空气分布器组件、设置在空气分布器组件上部用于使料液均匀分散的锥形补料分布器组件、以及设置在罐体1-1内的搅拌机构，所述空气分布器组件与所述第一蒸汽供应***以及空气供应***连接，所述锥形补料分布器组件与所述补料***连接。在本实施例中，所述空气分布器组件包括与空气供应***连接的环形分布器41以及向上倾斜设置在环形分布器41上的多个喇叭口二22；所述锥形补料分布器组件包括与补料***连接的料液分布器40以及向下倾斜设置在料液分布器40上的多个喇叭口一23，所述喇叭口一23与喇叭口二22数量相对应且朝向一致设置。具体来说，所述喇叭口一23和喇叭口二22设置为3-6个，本实施例中均匀设置为4个，所述喇叭口一23比喇叭口二22大1-2倍。当然，喇叭口二22直径大的一端与环形分布器41连通，所述喇叭口一23直径小的一端与料液分布器40连通。所述料液分布器40和环形分布器41分别通过不同高度的支架支撑在所述发酵罐1内。

进一步的，多个所述喇叭口一23侧壁上设置有通孔一，所述料液分布器40上设置有多个所述通孔二，所述通孔一与所述通孔二对应固定连通。本实用新型通过设置通孔一和通孔二，可以使料液均匀的在料液分布器40中分散出来，而设置喇叭口一23则是为了使料液通过喇叭口一23分散流下，空气供应***通过向环形分布器41 吹入空气，通过喇叭口一23与喇叭口二22相互配合，使空气被吹入锥形补料分布器组件中，空气吹动锥形补料分布器组件周围的发酵培养基进入料液分布器40与补料料液混合。

如图2所示，所述搅拌机构包括竖直设置在发酵罐1内的搅拌轴31、设置在搅拌轴31上部的搅拌桨25、设置在搅拌轴31底端且位于锥形布料器组件上方的圆盘搅拌桨24以及驱动其旋转的减速电机32。在本实施例中，所述锥形补料分布器组件底部开口朝向搅拌机构，在搅拌的作用下补料料液能够迅速与发酵培养基混合；通过设置圆盘搅拌桨24，能使补料料液与发酵培养基混合更加均匀。

具体工作原理如下：在进行微生物高密度发酵之前，则需要对发酵罐1及其管路进行消毒，否则严重影响产品的质量，所述发酵罐1对空气分布器组件进行灭菌时，关闭空气供应***，开启第一蒸汽供应***，打开供应阀门42，在发酵罐1和对补料计量分配***灭菌时，依次检查关闭出料阀门28，依次打开蒸汽阀门29，在发酵***中打开第一气动隔膜阀14和第二气动隔膜阀18，打开排污阀门27排出冷凝水后，排污阀门27关小至三分之一，打开手动隔膜阀26对发酵罐1内的锥形补料分布器组件进行灭菌，打开平衡管路手动隔膜阀45，对补料***进行灭菌30分钟，灭菌结束时依次关闭排污阀门27，4个所述第二气动隔膜阀18， 4个所述第一气动隔膜阀14，蒸汽阀门29，第一蒸汽供应***，打开空气供应***为发酵罐1通入空气，打开4个所述出料阀门28等待补料，当发酵罐1需要补料时超声波液位传感器10控制4个所述第一气动隔膜阀14打开，使各个料液进入对应的计量杯中，当到达指定液位时，超声波液位传感器10控制4个所述第一气动隔膜阀14关闭，4个第二气动隔膜阀18与发酵自控***相连，需要补料时，间隔打开第二气动隔膜阀18进行补料并计量。

当补料***需要单独灭菌时，依次检查关闭4个所述出料阀门28，打开对应的蒸汽阀门29，在发酵***中打开对应的第一气动隔膜阀14和第二气动隔膜阀18，打开排污阀门27排出冷凝水后，不对排污阀门27进行调整，灭菌30分钟。

在本实施例中，消完毒后所述发酵罐1中预先通入三分之二的发酵培养基，然后将空气通过空气分布器组件中的喇叭口二22吹出，4种料液经混合后通过锥形补料器组件上的喇叭口一23均匀吹出，空气将预先存入的发酵培养基吹入料液分配器与补料料液混合，然后圆盘搅拌桨24工作，在搅拌的作用下料液能够迅速与发酵培养基混合；本实用新型同时为微生物提供所需的氧气、营养物质、消泡剂等迅速混合均匀，不会因缺少溶解氧和补料液产生影响细胞生长和产物表达的抑制物，在实际生产中相比较原有补料***最终产物表达水平提高10-20%，在补料分批次发酵生产中减少消泡剂使用量20%以上，降低了批次生产成本，在大型微生物高密度发酵中具有极高的应用价值。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：其包括补料***、计量***、发酵罐、第一蒸汽供应***、空气供应***以及第二蒸汽供应***，所述补料***通过补料管路与所述计量***连接，所述计量***通过补料管路二与发酵罐下部连接，所述第一蒸汽供应***以及空气供应***通过管路与发酵罐下部连接，所述第二蒸汽供应***通过管路与补料管路连接；

所述发酵罐包括罐体、设置在罐体内底部的空气分布器组件、设置在空气分布器组件上部用于使料液均匀分散的锥形补料分布器组件、以及设置在罐体内的搅拌机构，所述空气分布器组件与所述第一蒸汽供应***以及空气供应***连接，所述锥形补料分布器组件与所述补料***连接。

2.根据权利要求1所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：所述锥形补料分布器组件包括与补料***连接的料液分布器以及向下倾斜设置在料液分布器上的多个喇叭口一；

所述空气分布器组件包括与空气供应***连接的环形分布器以及向上倾斜设置在环形分布器上的多个喇叭口二，所述喇叭口一与喇叭口二数量相对应且朝向一致设置。

3.根据权利要求2所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：多个所述喇叭口一侧壁上设置有通孔一，所述料液分布器上设置有多个所述通孔二，所述通孔一与所述通孔二对应固定连通。

4.根据权利要求1所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：所述搅拌机构包括竖直设置在发酵罐内的搅拌轴、设置在搅拌轴上部的搅拌桨、设置在搅拌轴底端且位于锥形布料器上方的圆盘搅拌桨以及驱动其旋转的减速电机。

5.根据权利要求1所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：所述补料***包括至少3个以上的补料罐，所述补料罐与计量***连接的补料管路上设置有对应的第一气动隔膜阀和出料阀门。

6.根据权利要求5所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：所述计量***包括与所述补料罐相对应数量的计量杯，所述计量杯与发酵罐之间还设置有用于使内外界压力一致的平衡管路。

7.根据权利要求6所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：所述计量杯顶端设置有超声波液位传感器。

8.根据权利要求7所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：所述计量杯上还设置有用于观测料液进料情况的观察镜。

9.根据权利要求3所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：所述喇叭口一在所述料液分布器上设置为3-6个。

10.根据权利要求7所述的一种微生物高密度发酵计量补料分配***，其特征在于：所述第一气动隔膜阀和所述超声波液位传感器与发酵自控***连接，用于实现自动控制。

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