一種單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，本實(shí)用新型屬于生物發(fā)酵設(shè)備，解決現(xiàn)有裝置發(fā)酵過(guò)程中pH值不易控制的問(wèn)題。本實(shí)用新型的發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐裝置和N級(jí)種子罐裝置，發(fā)酵罐裝置包括培養(yǎng)罐、中和劑儲(chǔ)罐、循環(huán)泵和可編程邏輯控制器，各級(jí)種子罐裝置的組成、結(jié)構(gòu)均與發(fā)酵罐裝置相同，僅尺寸有區(qū)別。采用本實(shí)用新型，縮短了種子擴(kuò)培時(shí)間，降低了染菌風(fēng)險(xiǎn)，較大程度地節(jié)省了發(fā)酵生產(chǎn)的時(shí)間與成本，而且提高了中和劑加入精度，避免管道結(jié)垢堵塞，使pH值更易控制，提高了發(fā)酵生產(chǎn)水平。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于生物發(fā)酵設(shè)備，具體涉及一種單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]包括各種飼料、食品添加劑以及原料藥在內(nèi)的許多重要產(chǎn)品，主要通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)獲得。其中很多單細(xì)胞微生物，如細(xì)菌、酵母等被用作生產(chǎn)菌，一般不需要借助孢子傳代，其發(fā)酵周期較短，放罐頻率較高，需高頻率地?cái)U(kuò)培種子，工作量較大;另一方面，隨著發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵罐體積逐漸擴(kuò)大到200m3?500m3，種子罐的級(jí)數(shù)也逐漸增多，從搖瓶開(kāi)始，最終至IJ大型發(fā)酵罐，種子擴(kuò)培需要3?4級(jí)。種子罐級(jí)數(shù)越多，不僅成本高，種子擴(kuò)培時(shí)間長(zhǎng)，而且操作復(fù)雜，不可控因素多，染菌風(fēng)險(xiǎn)大，發(fā)酵生產(chǎn)容易出現(xiàn)較大波動(dòng)。以200m3發(fā)酵罐為例，每批發(fā)酵生產(chǎn)需經(jīng)過(guò):搖瓶、50?100L種子罐、I?3m3種子罐、6?1m3種子罐、30?60m3種子罐，最終接種到200m3發(fā)酵罐，經(jīng)過(guò)四級(jí)種子擴(kuò)培，工藝流程較長(zhǎng)。在乳酸發(fā)酵生產(chǎn)上，也有人采取“留種”措施來(lái)改進(jìn)以上缺點(diǎn)，即在發(fā)酵生產(chǎn)末期，待發(fā)酵液排出90 %后，將剩余10 %左右的發(fā)酵液留在發(fā)酵罐內(nèi)作為下一批次發(fā)酵生產(chǎn)的種子液。這樣雖然能縮短種子培養(yǎng)周期，降低種子擴(kuò)培成本，但也有明顯的不足之處:一是每次放罐的發(fā)酵液體積比正常減少10%，收率下降，平攤下來(lái)每罐生產(chǎn)成本增加;二是發(fā)酵液內(nèi)菌體在發(fā)酵末期活力下降，若再次利用為新種子則可能影響到下一批發(fā)酵水平;三是發(fā)酵液直接留在發(fā)酵罐中，則發(fā)酵罐及其培養(yǎng)基無(wú)法滅菌，發(fā)酵生產(chǎn)有染菌的風(fēng)險(xiǎn)。另外還存在一個(gè)問(wèn)題是，在絕大多數(shù)發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，微生物會(huì)分泌出有機(jī)酸或堿性代謝物，導(dǎo)致發(fā)酵液PH值呈現(xiàn)波動(dòng)，發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中需不斷補(bǔ)充中和劑，以維持合適的發(fā)酵酸堿度環(huán)境。以乳酸發(fā)酵生產(chǎn)為例，目前多數(shù)廠家采用氫氧化鈣作為中和劑，而氫氧化鈣有兩種添加方式，一種是以液體形式流加，另一種是以固體粉末形式加入。以液體形式加入存在氫氧化鈣容易結(jié)垢、堵塞管道的問(wèn)題;而以固體粉末形式加入會(huì)導(dǎo)致PH值控制的延遲和不均勻，pH值不易控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型提供一種單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，解決現(xiàn)有裝置發(fā)酵過(guò)程中pH值不易控制的問(wèn)題，以減少種子培養(yǎng)級(jí)數(shù)和周期、優(yōu)化中和劑添加方式，降低種子擴(kuò)培成本、提高發(fā)酵生產(chǎn)效率。
[0004]本實(shí)用新型所提供的一種單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐裝置和N級(jí)種子罐裝置，N多2，其特征在于:
[0005]所述發(fā)酵罐裝置包括培養(yǎng)罐、中和劑儲(chǔ)罐、循環(huán)栗和可編程邏輯控制器(PLC);所述培養(yǎng)罐包括罐體、多個(gè)攪拌器和多個(gè)中和劑分布器，所述多個(gè)攪拌器在罐體內(nèi)部沿罐體中軸線分布，多個(gè)中和劑分布器在罐體內(nèi)部沿罐體中軸線分布，且與所述多個(gè)攪拌器交叉間隔排列，所述中和劑分布器為由不銹鋼管構(gòu)成的閉合圓圈，圓圈底面具有均勻分布的小孔，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直；
[0006]罐體頂部具有接種口以及進(jìn)氣管、出氣管、進(jìn)料管，并裝有呼吸器，罐體底部具有排料管，排料管上接有排料閥，罐體的側(cè)壁插入pH電極;所述中和劑儲(chǔ)罐底部通過(guò)管道與循環(huán)栗進(jìn)口連接，循環(huán)栗出口通過(guò)管道分別連接控制閥門(mén)一端和中和劑送料管，中和劑送料管連通所述中和劑儲(chǔ)罐的頂部;所述PH電極通過(guò)導(dǎo)線連接可編程邏輯控制器(PLC)的輸入端，可編程邏輯控制器(PLC)的輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接控制閥門(mén)的控制端，所述控制閥門(mén)另一端通過(guò)管道分別連接多個(gè)中和劑分布器；
[0007]所述各級(jí)種子罐裝置的組成、結(jié)構(gòu)均與發(fā)酵罐裝置相同，僅尺寸有區(qū)別；
[0008]各級(jí)種子罐裝置的排料閥出口通過(guò)管道分別連接移種栗和排污閥，移種栗310通過(guò)管道連接下一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部的接種口；第N — I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部具有回送口，第N級(jí)種子罐裝置的排料閥出口通過(guò)管道分別連接移種栗、回送栗和排污閥，移種栗通過(guò)管道連接所述發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部的接種口，回送栗通過(guò)管道連接第N — I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部的回送口 ；
[0009]進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，第N— I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐作為暫存罐。
[0010]所述的單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:
[0011]構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為相應(yīng)罐體直徑的1/4?3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為0.5cm?30cmo
[0012]所述的單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:
[0013]所述發(fā)酵罐裝置以及N級(jí)種子罐裝置各自的中和劑儲(chǔ)罐各為2個(gè)，2個(gè)中和劑儲(chǔ)罐并聯(lián)，分別用于儲(chǔ)備酸性中和劑和堿性中和劑。
[0014]利用所述單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，包括下述步驟:
[0015]A.預(yù)裝步驟:系統(tǒng)啟動(dòng)前，在發(fā)酵罐裝置(100)、各級(jí)種子罐裝置(200)的中和劑儲(chǔ)罐中準(zhǔn)備好所需濃度的中和劑備用，并對(duì)各中和劑送料管滅菌;所述中和劑為氫氧化鈣、氫氧化鈉、氨水、液氨、鹽酸、硫酸或者硝酸;在第一級(jí)種子罐裝置(200)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌;進(jìn)行步驟B;
[0016]B.種子擴(kuò)培步驟:在搖瓶?jī)?nèi)完成種子培養(yǎng)，將種子移種到第一級(jí)種子罐裝置(200)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)；待第一級(jí)種子罐裝置(200)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)的種子培養(yǎng)至達(dá)到移種條件，啟動(dòng)其對(duì)應(yīng)的移種栗，將所有的種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的第二級(jí)種子罐裝置(200)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)并培養(yǎng);待第二級(jí)種子罐裝置(200)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)的種子培養(yǎng)至達(dá)到移種條件，啟動(dòng)其對(duì)應(yīng)的移種栗，將所有的種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的第三級(jí)種子罐裝置(200)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)并培養(yǎng)；同上操作，直至第N級(jí)種子罐裝置進(jìn)行種子培養(yǎng)，培養(yǎng)至達(dá)到移種條件;進(jìn)行步驟C;
[0017]c.種子暫存步驟:啟動(dòng)第N級(jí)種子罐裝置(200)對(duì)應(yīng)的移種栗，將80?90 %的種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的發(fā)酵罐裝置(100)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，將第N級(jí)種子罐內(nèi)剩余10?20%的種子液通過(guò)回送栗栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的暫存罐內(nèi)培養(yǎng);進(jìn)行步驟D和進(jìn)行步驟E;
[0018]D.發(fā)酵步驟:調(diào)整培養(yǎng)條件進(jìn)行發(fā)酵，待發(fā)酵罐裝置(100)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)發(fā)酵完成后，排出發(fā)酵液，提取發(fā)酵產(chǎn)物;對(duì)培養(yǎng)罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌；
[0019]E.第N級(jí)種子復(fù)培步驟:在進(jìn)行步驟D的同時(shí)，將第N級(jí)種子罐裝置(200)的培養(yǎng)罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌，再將暫存罐內(nèi)的種子液通過(guò)其對(duì)應(yīng)的移種栗栗回第N級(jí)種子罐裝置(200)的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種，進(jìn)行第N級(jí)種子的重復(fù)培養(yǎng)，并將其培養(yǎng)至達(dá)到移種條件；
[0020]F.循環(huán)步驟:待步驟D、E完成后，轉(zhuǎn)步驟C，不斷循環(huán)，直至停止生產(chǎn)。
[0021 ]自所述步驟B開(kāi)始，可以啟動(dòng)發(fā)酵罐裝置和N級(jí)種子罐裝置各自的循環(huán)栗，使中和劑在管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，隨著發(fā)酵進(jìn)行，發(fā)酵液的PH值改變，通過(guò)pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門(mén)組成的自控系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的PH值參數(shù)，自控閥自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉，向培養(yǎng)罐中栗入中和劑，以中和不斷產(chǎn)生的有機(jī)酸或堿性物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液PH值調(diào)節(jié)至設(shè)定參數(shù)。
[0022]為控制發(fā)酵生產(chǎn)的酸堿度環(huán)境，現(xiàn)有工藝一般直接加入氫氧化鈣液體或粉末等中和劑，或者設(shè)備上沒(méi)有配套的中和劑分布器，直接以一根管道通入發(fā)酵罐，中和劑加入量不均勻，導(dǎo)致pH值波動(dòng)較大、發(fā)酵液局部環(huán)境過(guò)酸或過(guò)堿，影響發(fā)酵單位，甚至造成中途停產(chǎn)事故。本實(shí)用新型所提供的單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，在發(fā)酵罐裝置和N級(jí)種子罐裝置中分別均設(shè)置了中和劑循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)，可以避免氫氧化鈣等中和劑轉(zhuǎn)化為碳酸鈣而在管道中結(jié)垢堵塞管道；同時(shí)于培養(yǎng)罐內(nèi)設(shè)置了多個(gè)中和劑分布器，可將中和劑隨時(shí)均勻送入罐內(nèi)各個(gè)部位，提高了中和劑加入精度，使各級(jí)種子罐裝置以及發(fā)酵罐裝置罐體內(nèi)PH值更易控制，避免了局部中和劑加入過(guò)量，整體PH值控制不均的問(wèn)題，從而提高了發(fā)酵生產(chǎn)水平。
[0023]現(xiàn)有各種飼料、食品添加劑以及原料藥發(fā)酵生產(chǎn)大多通過(guò)大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)增加產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本，然而現(xiàn)有工藝的種子均從搖瓶到種子罐逐級(jí)擴(kuò)培，發(fā)酵罐體積越大，種子擴(kuò)培級(jí)數(shù)也越多，工藝復(fù)雜，成本依舊較高；同時(shí)種子擴(kuò)培級(jí)數(shù)越多，擴(kuò)培過(guò)程中發(fā)生染菌的機(jī)會(huì)也越大，易造成擴(kuò)培失敗，發(fā)生浪費(fèi)。
[0024]采用本實(shí)用新型進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，將第N— I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐作為暫存罐，在第N級(jí)種子移種時(shí)保留部分第N級(jí)種子并將其移回暫存罐;待第N級(jí)種子罐裝置清洗、消毒以及加入新鮮培養(yǎng)基并滅菌后，再將暫存罐內(nèi)的第N級(jí)種子移回第N級(jí)種子罐裝置內(nèi)培養(yǎng)；以此方法省去前N-1級(jí)種子培養(yǎng)，縮短了種子擴(kuò)培的時(shí)間，降低了擴(kuò)培過(guò)程中發(fā)生染菌的風(fēng)險(xiǎn)，避免了染菌導(dǎo)致的浪費(fèi)，最終較大節(jié)省了整個(gè)發(fā)酵生產(chǎn)的時(shí)間與成本。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0026]圖2為發(fā)酵罐裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型所提供的一種單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐裝置100和N級(jí)種子罐裝置200，N彡2;
[0029]所述發(fā)酵罐裝置100包括培養(yǎng)罐110、中和劑儲(chǔ)罐120、循環(huán)栗130和可編程邏輯控制器(PLC) 140;所述培養(yǎng)罐110包括罐體111、多個(gè)攪拌器117和個(gè)中和劑分布器118，所述多個(gè)攪拌器117在罐體110內(nèi)部沿罐體中軸線分布，多個(gè)中和劑分布器118在罐體111內(nèi)部沿罐體中軸線分布，且與所述多個(gè)攪拌器117交叉間隔排列，所述中和劑分布器118為由不銹鋼管構(gòu)成的閉合圓圈，圓圈底面具有均勻分布的小孔，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直；
[0030]罐體111頂部具有接種口IllA以及進(jìn)氣管112、出氣管113、進(jìn)料管114，并裝有呼吸器115，罐體111底部具有排料管116，排料管116上接有排料閥119，罐體111的側(cè)壁插入pH電極141;所述中和劑儲(chǔ)罐120底部通過(guò)管道與循環(huán)栗130進(jìn)口連接，循環(huán)栗130出口通過(guò)管道分別連接控制閥門(mén)131—端和中和劑送料管132，中和劑送料管132連通所述中和劑儲(chǔ)罐120的頂部;所述PH電極141通過(guò)導(dǎo)線連接可編程邏輯控制器(PLC) 140的輸入端，可編程邏輯控制器(PLC)HO的輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接控制閥門(mén)131的控制端，所述控制閥門(mén)131另一端通過(guò)管道分別連接多個(gè)中和劑分布器118;
[0031]所述各級(jí)種子罐裝置200的組成、結(jié)構(gòu)均與發(fā)酵罐裝置100相同，僅尺寸有區(qū)別；
[0032]各級(jí)種子罐裝置的排料閥出口通過(guò)管道分別連接移種栗310和排污閥330，移種栗310通過(guò)管道連接下一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部的接種口；第N — I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部具有回送口 11IB，第N級(jí)種子罐裝置的排料閥出口通過(guò)管道分別連接移種栗310、回送栗320和排污閥330，移種栗310通過(guò)管道連接所述發(fā)酵罐裝置100的培養(yǎng)罐罐體頂部的接種口，回送栗320通
[0033]過(guò)管道連接第N— I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部的回送口 11IB;
[0034]進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，第N— I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐作為暫存罐。
[0035]實(shí)施例1，單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐裝置100和四級(jí)種子罐裝置200，發(fā)酵罐裝置100和四級(jí)種子罐裝置200，各自的中和劑儲(chǔ)罐均為I個(gè)；
[0036]發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐直徑為4.5m，容積為200m3，罐體111的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器115為0.2μπι的微孔過(guò)濾器;所述罐體111內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有4個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為1.125m、為相應(yīng)罐體直徑的I/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為30cm;
[0037]第一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐容積為30L，直徑為0.3m，罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過(guò)濾器;所述罐體內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有3個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.075m、為相應(yīng)罐體直徑的I /4，不銹鋼管的內(nèi)徑為0.5cm;
[0038]第二級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐容積為500L，直徑為0.8m，所述罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過(guò)濾器；所述罐體內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有3個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.2m、為相應(yīng)罐體直徑的1/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為2cm;
[0039]第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐容積為3m3，直徑為1.1m，所述罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過(guò)濾器;所述罐體內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有4個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.275m、為相應(yīng)罐體直徑的I/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為I Ocm;
[0040]第四級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐容積為30m3，直徑為2.4m，所述罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過(guò)濾器；所述罐體內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有4個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.6m,為相應(yīng)罐體直徑的I /4，不銹鋼管的內(nèi)徑為20cm。
[0041]利用本實(shí)施例，采用乳酸細(xì)菌進(jìn)行乳酸發(fā)酵生產(chǎn)，包括下述步驟:
[0042]A.預(yù)裝步驟:系統(tǒng)啟動(dòng)前，在發(fā)酵罐裝置100、各級(jí)種子罐裝置200的中和劑儲(chǔ)罐中準(zhǔn)備好50%氫氧化鈣乳液備用，并對(duì)各中和劑送料管滅菌;在第一級(jí)種子罐裝置200的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌;進(jìn)行步驟B;
[0043]B.種子擴(kuò)培步驟:采用耐高溫厭氧乳酸細(xì)菌(干酪乳酸桿菌LactobaciIIus caseiB9232)在搖瓶?jī)?nèi)進(jìn)行1.6L種子培養(yǎng)，15小時(shí)左右到達(dá)到對(duì)數(shù)期，完成種子培養(yǎng)，將種子移種到第一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)；
[0044]打開(kāi)第一級(jí)種子罐裝置對(duì)應(yīng)的循環(huán)栗，使中和劑在管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門(mén)組成的自控系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的PH值6.50，自控閥自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉，向培養(yǎng)罐中栗入中和劑，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液pH值穩(wěn)定在6.40?6.60之間；
[0045]待第一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)的種子培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，啟動(dòng)其對(duì)應(yīng)的移種栗，將16L的第一級(jí)種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的第二級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)并培養(yǎng);同樣控制第二級(jí)種子罐罐體內(nèi)種子的PH值穩(wěn)定在6.40?6.60之間；待第二級(jí)種子罐裝置200的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)的第二級(jí)種子培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，啟動(dòng)其對(duì)應(yīng)的移種栗，將160L的第二級(jí)種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)并培養(yǎng);同樣控制第三級(jí)種子罐罐體內(nèi)種子的PH值穩(wěn)定在6.40?
6.60之間；待第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)的第三級(jí)種子培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，啟動(dòng)其對(duì)應(yīng)的移種栗，將1600L的第三級(jí)種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的第四級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)并培養(yǎng)；同樣控制第四級(jí)種子罐罐體內(nèi)種子的PH值穩(wěn)定在6.40?6.60之間；直至第四級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)的第四級(jí)種培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期；進(jìn)行步驟C;
[0046]C.種子暫存步驟:啟動(dòng)第四級(jí)種子罐裝置對(duì)應(yīng)的移種栗，將15000L的第四級(jí)種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，將第四級(jí)種子罐內(nèi)剩余500L的第四級(jí)種子液通過(guò)回送栗栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的暫存罐(即第三級(jí)種子罐)內(nèi)暫存;進(jìn)行步驟D和進(jìn)行步驟E;
[0047]D.發(fā)酵步驟:打開(kāi)發(fā)酵罐裝置對(duì)應(yīng)的循環(huán)栗，使中和劑在管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門(mén)組成的自控系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的PH值6.50，自控閥自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉，向培養(yǎng)罐中栗入中和劑，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液PH值穩(wěn)定在6.40?6.60之間；調(diào)整溫度以及攪拌轉(zhuǎn)速等培養(yǎng)條件進(jìn)行乳酸發(fā)酵，待發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)發(fā)酵完成后，排出發(fā)酵液，提取發(fā)酵產(chǎn)物;對(duì)培養(yǎng)罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌;本輪乳酸發(fā)酵生產(chǎn)檢測(cè)結(jié)果，放罐發(fā)酵液中的乳酸含量為175g/L，記錄發(fā)酵周期112小時(shí)，其中，發(fā)酵周期為所有種子培養(yǎng)時(shí)間加發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)間的總和；
[0048]E.第四級(jí)種子復(fù)培步驟:在進(jìn)行步驟D的同時(shí)，將第四級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌，再將暫存罐內(nèi)的種子液通過(guò)其對(duì)應(yīng)的移種栗栗回第四級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種，進(jìn)行第四級(jí)種子的第二次培養(yǎng)，并將其培養(yǎng)至達(dá)到移種條件；
[0049]F.循環(huán)步驟:待步驟D、E完成后，轉(zhuǎn)步驟C;以下，對(duì)步驟C的第二次循環(huán)進(jìn)行說(shuō)明:
[0050]C.種子暫存步驟:(第二次)啟動(dòng)第四級(jí)種子罐裝置對(duì)應(yīng)的移種栗，將15000L的第四級(jí)種子液第二次栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種進(jìn)行第二輪發(fā)酵生產(chǎn)，將第四級(jí)種子罐內(nèi)剩余500L的第四級(jí)種子液通過(guò)回送栗第二次栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的暫存罐(即第三級(jí)種子罐)內(nèi)暫存；進(jìn)行步驟D和進(jìn)行步驟E;[0051 ] D.發(fā)酵步驟:(第二次)調(diào)整培養(yǎng)條件進(jìn)行乳酸發(fā)酵，待發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)發(fā)酵完成后，排出發(fā)酵液，提取發(fā)酵產(chǎn)物;對(duì)培養(yǎng)罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌;第二輪乳酸發(fā)酵生產(chǎn)檢測(cè)結(jié)果，放罐發(fā)酵液中的乳酸含量為178g/L，與第一輪含量接近，發(fā)酵周期52小時(shí)，比第一輪節(jié)省60小時(shí)，且節(jié)省了搖瓶種子與前三級(jí)種子的培養(yǎng)成本；
[0052]E.第四級(jí)種子復(fù)培步驟:在進(jìn)行步驟D的同時(shí)，將第四級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌，再將暫存罐內(nèi)的種子液通過(guò)其對(duì)應(yīng)的移種栗栗回第四級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種，進(jìn)行第四級(jí)種子的第三次培養(yǎng)，并將其培養(yǎng)至達(dá)到移種條件；
[0053]F.循環(huán)步驟:待步驟D、E完成后，轉(zhuǎn)步驟C;如此不斷循環(huán)，直至停止生產(chǎn);并且之后每輪乳酸發(fā)酵生產(chǎn)相對(duì)第一輪均可節(jié)省時(shí)間60小時(shí)左右，縮短了發(fā)酵周期，并且節(jié)省了總發(fā)酵成本，大大提高了企業(yè)在乳酸行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
[0054]實(shí)施例2，單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐裝置100和三級(jí)種子罐裝置200，發(fā)酵罐裝置100和三級(jí)種子罐裝置200各自的中和劑儲(chǔ)罐均為2個(gè)，
[0055]發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐容積為300m3，直徑為5.8m，所述罐體111的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器115為0.2μπι的微孔過(guò)濾器;所述罐體111內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有4個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為4.35m、為相應(yīng)罐體直徑的3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為30cm;
[0056]第一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐容積為8L，直徑為0.2m，所述罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過(guò)濾器;所述罐體內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有3個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.15m、為相應(yīng)罐體直徑的3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為0.5cm;
[0057]第二級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐容積為2m3，直徑為1.1m，所述罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過(guò)濾器;所述罐體內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有4個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為
0.825m、為相應(yīng)罐體直徑的3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為I Ocm;
[0058]第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐容積為60m3，直徑為3.5m，所述罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對(duì)罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過(guò)濾器；所述罐體內(nèi)的攪拌器和中和劑分布器各有4個(gè)，構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為2.625m、為相應(yīng)罐體直徑的3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為20cm。
[0059]利用本實(shí)施例，采用酵母菌進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)活性酵母菌絲體，包括下述步驟:
[0060]A.預(yù)裝步驟:系統(tǒng)啟動(dòng)前，在發(fā)酵罐裝置100、各級(jí)種子罐裝置200的兩個(gè)并聯(lián)中和劑儲(chǔ)罐中分別準(zhǔn)備好30%的硫酸和30 %的碳酸鈉溶液備用，并對(duì)各中和劑送料管滅菌;在第一級(jí)種子罐裝置200的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌;進(jìn)行步驟B;
[0061 ] B.種子擴(kuò)培步驟:采用無(wú)糖酵母菌株(面包酵母Saccharomyces cerevisiae CICC1525)在搖瓶?jī)?nèi)進(jìn)行400mL種子培養(yǎng)，48小時(shí)左右達(dá)移種條件，完成搖瓶種子培養(yǎng)，將種子移種到第一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)；
[0062]打開(kāi)第一級(jí)種子罐裝置對(duì)應(yīng)的循環(huán)栗，使中和劑在管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門(mén)組成的自控系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的PH值4.30，自控閥自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉，向培養(yǎng)罐中栗入中和劑，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液pH值穩(wěn)定在4.25?4.35之間；
[0063]待第一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)的級(jí)種培養(yǎng)至24小時(shí)達(dá)到移種條件，啟動(dòng)其對(duì)應(yīng)的移種栗，將4.8L的第一級(jí)種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的第二級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)并培養(yǎng);同樣控制第二級(jí)種子罐罐體內(nèi)種子的PH值穩(wěn)定在
4.25?4.35之間;待第二級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)的第二級(jí)種培養(yǎng)15小時(shí)達(dá)到移種條件，啟動(dòng)其對(duì)應(yīng)的移種栗，將1200L的第二級(jí)種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)并培養(yǎng)；同上控制第三級(jí)種子罐罐體內(nèi)種子的PH值穩(wěn)定在4.25?4.35之間；進(jìn)行第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)第三級(jí)種培養(yǎng)，采用流加糖蜜的方式補(bǔ)料培養(yǎng)15小時(shí)達(dá)到移種條件;進(jìn)行步驟C;
[0064]C.種子暫存步驟:啟動(dòng)第三級(jí)種子罐裝置對(duì)應(yīng)的移種栗，將35800L的第三級(jí)種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，將第三級(jí)種子罐內(nèi)剩余200L的第三級(jí)種子液通過(guò)回送栗栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的暫存罐(即第二級(jí)種子罐)內(nèi)暫存;進(jìn)行步驟D和進(jìn)行步驟E;
[0065]D.發(fā)酵步驟:打開(kāi)發(fā)酵罐裝置對(duì)應(yīng)的循環(huán)栗，使中和劑在管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門(mén)組成的自控系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的PH值4.30，自控閥自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉，向培養(yǎng)罐中栗入中和劑，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液PH值穩(wěn)定在4.25?4.35之間；采用流加蔗糖液的方式補(bǔ)料培養(yǎng)，調(diào)整溫度以及攪拌轉(zhuǎn)速等培養(yǎng)條件進(jìn)行生產(chǎn)活性酵母菌絲體的發(fā)酵，約20小時(shí)左右，發(fā)酵結(jié)果達(dá)到預(yù)定指標(biāo)，結(jié)束發(fā)酵并放罐，排出發(fā)酵液，提取發(fā)酵產(chǎn)物;對(duì)培養(yǎng)罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌;本輪發(fā)酵生產(chǎn)檢測(cè)結(jié)果，放罐發(fā)酵液濕重達(dá)到200g/L，酵母的發(fā)酵活力達(dá)到預(yù)定指標(biāo)650，記錄發(fā)酵周期122小時(shí)，其中，發(fā)酵周期為所有種子培養(yǎng)時(shí)間加發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)間的總和；
[0066]E.第四級(jí)種復(fù)培步驟:在進(jìn)行步驟D的同時(shí)，將第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌，再將暫存罐內(nèi)的種子液通過(guò)其對(duì)應(yīng)的移種栗栗回第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種，進(jìn)行第三級(jí)種子的第二次培養(yǎng)，控制培養(yǎng)條件使第三級(jí)種子22小時(shí)到達(dá)移種條件；
[0067]F.循環(huán)步驟:待步驟D、E完成后，轉(zhuǎn)步驟C;以下對(duì)步驟C的第二次循環(huán)進(jìn)行說(shuō)明:
[0068]C.種子暫存步驟:(第二次)啟動(dòng)第三級(jí)種子罐裝置對(duì)應(yīng)的移種栗，將35800L的第三級(jí)種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，將第三級(jí)種子罐內(nèi)剩余200L的第三級(jí)種子液通過(guò)回送栗栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌的暫存罐(也即第二級(jí)種子罐)內(nèi)暫存;進(jìn)行步驟D和進(jìn)行步驟E;
[0069]D.發(fā)酵步驟:(第二次)調(diào)整培養(yǎng)條件進(jìn)行生產(chǎn)活性酵母菌絲體的發(fā)酵，待發(fā)酵罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)發(fā)酵完成后，排出發(fā)酵液，提取發(fā)酵產(chǎn)物;對(duì)培養(yǎng)罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌;本輪發(fā)酵生產(chǎn)檢測(cè)結(jié)果，放罐發(fā)酵液濕重達(dá)到205g/L，發(fā)酵液力達(dá)到預(yù)定指標(biāo)655，發(fā)酵液濕重與酵母的發(fā)酵活力與第一輪結(jié)果接近，記錄發(fā)酵周期45小時(shí)，比第一輪節(jié)省53小時(shí)，且節(jié)省了搖瓶種子與前二級(jí)種子的培養(yǎng)成本；
[0070]E.第四級(jí)種子復(fù)培步驟:在進(jìn)行步驟D的同時(shí)，將第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養(yǎng)基并滅菌，再將暫存罐內(nèi)的種子液通過(guò)其對(duì)應(yīng)的移種栗栗回第三級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體內(nèi)接種，進(jìn)行第三級(jí)種子的第三次培養(yǎng)，控制培養(yǎng)條件使第三級(jí)種子22小時(shí)到達(dá)移種條件；
[0071]F.循環(huán)步驟:待步驟D、E完成后，轉(zhuǎn)步驟C;如此不斷循環(huán)，直至停止生產(chǎn);并且之后每輪生產(chǎn)活性酵母菌絲體的發(fā)酵生產(chǎn)相對(duì)第一輪均可節(jié)省時(shí)間50小時(shí)左右，縮短了發(fā)酵周期，并且節(jié)省了總發(fā)酵成本，大大提高了企業(yè)在活性酵母生產(chǎn)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐裝置(100)和N級(jí)種子罐裝置(200)，N多2，其特征在于: 所述發(fā)酵罐裝置(100)包括培養(yǎng)罐(110)、中和劑儲(chǔ)罐(120)、循環(huán)栗(130)和可編程邏輯控制器(140);所述培養(yǎng)罐(110)包括罐體(111)、多個(gè)攪拌器(117)和個(gè)中和劑分布器(118)，所述多個(gè)攪拌器(117)在罐體(111)內(nèi)部沿罐體中軸線分布，多個(gè)中和劑分布器(118)在罐體(111)內(nèi)部沿罐體中軸線分布，且與所述多個(gè)攪拌器(117)交叉間隔排列，所述中和劑分布器(118)為由不銹鋼管構(gòu)成的閉合圓圈，圓圈底面具有均勻分布的小孔，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直； 罐體(111)頂部具有接種口(IllA)以及進(jìn)氣管(112)、出氣管(113)、進(jìn)料管(114)，并裝有呼吸器(I 15 )，罐體(I 11)底部具有排料管(116)，排料管(116)上接有排料閥(I 19 )，罐體(111)的側(cè)壁插入PH電極(141);所述中和劑儲(chǔ)罐(120)底部通過(guò)管道與循環(huán)栗(130)進(jìn)口連接，循環(huán)栗(130)出口通過(guò)管道分別連接控制閥門(mén)(131)—端和中和劑送料管(132)，中和劑送料管(132)連通所述中和劑儲(chǔ)罐(120)的頂部;所述pH電極(141)通過(guò)導(dǎo)線連接可編程邏輯控制器(140)的輸入端，可編程邏輯控制器(140)的輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接控制閥門(mén)(131)的控制端，所述控制閥門(mén)(131)另一端通過(guò)管道分別連接多個(gè)中和劑分布器(118); 所述各級(jí)種子罐裝置(200)的組成、結(jié)構(gòu)均與發(fā)酵罐裝置(100)相同，僅尺寸有區(qū)別； 各級(jí)種子罐裝置的排料閥出口通過(guò)管道分別連接移種栗(310)和排污閥(330)，移種栗(310)通過(guò)管道連接下一級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部的接種口；第N — I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部具有回送口(IllB)，第N級(jí)種子罐裝置的排料閥出口通過(guò)管道分別連接移種栗(310)、回送栗(320)和排污閥(330)，移種栗(310)通過(guò)管道連接所述發(fā)酵罐裝置(100)的培養(yǎng)罐罐體頂部的接種口，回送栗(320)通過(guò)管道連接第N — I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐罐體頂部的回送口(IllB)； 進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，第N — I級(jí)種子罐裝置的培養(yǎng)罐作為暫存罐。2.如權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于: 構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為相應(yīng)罐體(111)直徑的1/4?3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為0.5cm?30cmo3.如權(quán)利要求1或2所述的單細(xì)胞微生物發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于: 所述發(fā)酵罐裝置(100)以及N級(jí)種子罐裝置(200)各自的中和劑儲(chǔ)罐各為2個(gè)，2個(gè)中和劑儲(chǔ)罐并聯(lián)，分別用于儲(chǔ)備酸性中和劑和堿性中和劑。
【文檔編號(hào)】C12M1/36GK205687933SQ201620441242
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日 公開(kāi)號(hào)201620441242.9, CN 201620441242, CN 205687933 U, CN 205687933U, CN-U-205687933, CN201620441242, CN201620441242.9, CN205687933 U, CN205687933U
【發(fā)明人】盧正東, 龔道夷, 陳情, 夏煒鎧, 張磊, 余龍江
【申請(qǐng)人】湖北廣濟(jì)藥業(yè)股份有限公司, 湖北普信工業(yè)微生物應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司, 華中科技大學(xué)