一種無菌微量在線取樣裝置及取樣方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無菌微量在線取樣裝置及取樣方法，取樣裝置由無菌微量取樣探頭、可調(diào)速取樣泵系統(tǒng)、管路清洗滅菌系統(tǒng)、定量取樣環(huán)、無菌微量取樣探頭防堵反吹系統(tǒng)組成，按取樣流程方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐微量在線取樣。本發(fā)明的特點(diǎn)無菌取樣，減少死體積，取樣量微小，對(duì)發(fā)酵系統(tǒng)的影響極小，探頭防堵反吹系統(tǒng)保障連續(xù)取樣，管路清洗滅菌系統(tǒng)防染菌和液體殘存。本方法適應(yīng)于微生物發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)等生物反應(yīng)器在線檢測系統(tǒng)的微量液體在線取樣。
【專利說明】
一種無菌微量在線取樣裝置及取樣方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及生化分析領(lǐng)域是一種適用于微生物發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)等生物反應(yīng)器在線檢測系統(tǒng)的無菌微量液體取樣裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)酵過程是一個(gè)時(shí)變性、非線性、不確定等多變量輸入輸出的關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，涉及到生命體的生長繁殖和代謝過程，機(jī)理十分復(fù)雜。發(fā)酵過程中的生化變量是反映細(xì)胞狀態(tài)最關(guān)鍵、最直接的過程參數(shù)，但由于受檢測技術(shù)發(fā)展水平的限制，一直沒有很好地解決這類關(guān)鍵參數(shù)的在線測量問題。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，這些變量只能通過離線采樣人工化驗(yàn)的方法得至IJ，或通過輔助變量采用數(shù)學(xué)模型估計(jì)。由于偏差較大，很難在工業(yè)上得到實(shí)際應(yīng)用，致使我國目前的發(fā)酵生產(chǎn)過程操作仍停留在經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的控制模式。突出問題是生產(chǎn)方式落后，過程控制粗放，導(dǎo)致成本高、產(chǎn)率低。隨著人力和原料成本的增加，國際競爭的加劇，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和信息化已成為企業(yè)的迫切需求和必然發(fā)展趨勢。生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和信息化關(guān)鍵是要解決生化參數(shù)的在線檢測問題，申請(qǐng)方已經(jīng)解決關(guān)鍵生化參數(shù)如還原糖、葡萄糖、乳酸、谷氨酸等離線分析技術(shù)，在線取樣裝置和方法成為在線生化分析關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]目前國內(nèi)外有關(guān)的取樣裝置和方法專利情況如下:一類主要是管道和閥門裝置，如“一種新型發(fā)酵自動(dòng)取樣閥”(申請(qǐng)專利號(hào):200520073106.0)、Seifert等(1990) “一種無菌取樣裝置”(4，942，770) ,Moon等(1999) “發(fā)酵罐取樣閥門蒸汽滅菌裝置”(5，914，092)等。該類發(fā)明取樣為發(fā)酵液原樣，含有原料及微生物菌體等，樣品渾濁，需過濾處理。另一類是膜過濾取樣，如“一種生物反應(yīng)過程在線檢測系統(tǒng)的取樣稀釋裝置”(申請(qǐng)專利號(hào):CN02138376.6)、Samhaber等(1987) “生物反應(yīng)器取樣裝置” (4，695，551)等。該類膜過濾取樣，由于膜的孔徑阻止了菌體的通過，原理上避免了外源污染，但取樣管道仍存在染菌隱患；過濾膜網(wǎng)易阻塞，沒有有效解決辦法；同時(shí)取樣量大，容易對(duì)發(fā)酵體系造成擾動(dòng)。
[0004]本發(fā)明取樣裝置由無菌微量取樣探頭、可調(diào)速取樣栗系統(tǒng)、管路清洗滅菌系統(tǒng)、定量取樣環(huán)、無菌微量取樣探頭防堵反吹系統(tǒng)組成，按取樣流程方法，實(shí)現(xiàn)無菌在線取樣，取樣量微小，具備無菌反吹，有效解決原有專利的不足，是一種適用于微生物發(fā)酵在線檢測系統(tǒng)的有效取樣方法，到目前為止未見相關(guān)報(bào)道。
[0005]本發(fā)明的無菌微量在線取樣裝置及取樣方法具有以下優(yōu)勢:
[0006]1、無菌微量取樣圓柱筒狀的陶瓷膜系無菌過濾膜，過濾孔徑0.2 μπι及以下，圓柱筒狀的陶瓷膜過濾阻力適合蠕動(dòng)栗取樣，可原位滅菌，無菌取樣；探頭液體通道體積為
0.1-1.0毫升，取樣量微小，對(duì)發(fā)酵體系幾乎沒有影響。
[0007]2、可根據(jù)發(fā)酵液的粘稠度，調(diào)節(jié)取樣速度，取樣量小，保障連續(xù)取樣。
[0008]3、取出的樣品(試樣)沒有雜質(zhì)，不需過濾處理就適用于多種分析儀器直接分析。
[0009]4、管路清洗滅菌系統(tǒng)和取樣流程設(shè)計(jì)，保障無菌操作、管道防堵、防微生物污染和取樣的穩(wěn)定性。
[0010]5、無菌微量取樣探頭防堵反吹系統(tǒng)采用無菌水或無菌空氣反吹，防止陶瓷膜堵塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明涉及一種簡單、快速、穩(wěn)定和安全的發(fā)酵罐在線微量無菌取樣裝置和方法。
[0012]1、一種無菌微量在線取樣裝置及取樣方法，其特征在于:取樣裝置由無菌微量取樣探頭、可調(diào)速取樣栗系統(tǒng)、管路清洗滅菌系統(tǒng)、定量取樣環(huán)、無菌微量取樣探頭防堵反吹系統(tǒng)組成，按取樣流程方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液微量在線取樣。
[0013]2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無菌微量取樣探頭，其特征在于:主體裝置為不銹鋼和圓柱筒狀的陶瓷膜構(gòu)成的圓柱體結(jié)構(gòu)；無菌微量取樣探頭圓柱體內(nèi)部有液體通道；無菌微量取樣探頭液體通道體積為0.1-1.0毫升；圓柱筒狀的陶瓷膜系無菌過濾膜，過濾孔徑
0.2 μπι及以下，同時(shí)過濾阻力適合蠕動(dòng)栗取樣；圓柱筒狀的陶瓷膜可原位滅菌；該設(shè)計(jì)保障無菌取樣，減少死體積，取樣量微小，對(duì)發(fā)酵系統(tǒng)的影響極小。
[0014]3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)速取樣栗系統(tǒng)，其特征在于:可調(diào)速取樣栗可采用蠕動(dòng)栗或注射栗；栗速可根據(jù)發(fā)酵液情況進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)發(fā)酵液粘稠時(shí)，可采取較低的栗速。
[0015]4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的管路清洗滅菌系統(tǒng)，其特征在于:管路清洗滅菌依次采用75%乙醇溶液、清洗劑和蒸餾水清洗管路，管路清洗液體用量可設(shè)定；管路清洗劑可根據(jù)發(fā)酵液情況選用0.1N氫氧化鈉溶液、I倍PBS (磷酸鹽緩沖溶液)、3% Mucoso溶液。
[0016]5、根據(jù)權(quán)利要求1所述定量取樣環(huán)，其特征在于:該裝置可根據(jù)定量大小，選用不同體積，取樣量0.1-10毫升，采樣環(huán)可采用不銹鋼或者液體附著量小的合成材料。
[0017]6、根據(jù)權(quán)利要求1所述無菌微量取樣探頭防堵反吹系統(tǒng)，其特征在于:在取樣流量低于設(shè)定下限時(shí)，開啟蠕動(dòng)栗，使用無菌空氣或者無菌水反吹沖洗。
[0018]7、根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)取樣流程方法，其特征在于:
[0019]a)清除上次發(fā)酵液:打開夾閥￠)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從發(fā)酵罐(I)經(jīng)無菌微量取樣探頭(2)吸取樣品體積為取樣探頭死體積二到五倍，然后關(guān)閉夾閥
(6)，打開夾閥(7)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從空氣過濾器(11)吸取無菌空氣，當(dāng)前段液柱到達(dá)液體傳感器(16)時(shí)，主控系統(tǒng)(20)修正取樣栗(15)運(yùn)行時(shí)間，直至排除上次發(fā)酵液至廢液瓶(18);
[0020]b)乙醇滅菌清洗:關(guān)閉夾閥(7)，開通夾閥(8)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從滅菌瓶(12)中吸取75%乙醇溶液為取樣探頭死體積四至七倍，直至排除至廢液瓶
(18)；
[0021]c)清洗劑清洗:關(guān)閉夾閥(8)，開通夾閥(9)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從清洗瓶(13)中吸取0.1N氫氧化鈉溶液、I倍PBS (磷酸鹽緩沖溶液)、3% Mucoso溶液為取樣探頭死體積四至七倍，直至排除至廢液瓶(18);
[0022]d)蒸餾水清洗:關(guān)閉夾閥(9)，開通夾閥(10)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從蒸餾水瓶(14)中吸取蒸餾水為取樣探頭死體積四至七倍，直至排除至廢液瓶(18);
[0023]e)本次發(fā)酵液取樣:關(guān)閉夾閥(10)，打開夾閥(6)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從發(fā)酵罐(I)吸取樣品體積為取樣體積量一倍半，然后關(guān)閉夾閥出)，打開夾閥(7)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從空氣過濾器吸取無菌空氣，當(dāng)前段液柱到達(dá)液體傳感器(16)時(shí)，修正取樣栗(15)運(yùn)行時(shí)間，直至取樣環(huán)中充滿新鮮發(fā)酵液，轉(zhuǎn)換取樣閥(17)，將設(shè)定取樣體積的新鮮發(fā)酵液取到指定的取樣瓶或者分析儀器(19)處，完成取樣；
[0024]f)循環(huán)取樣:再次取樣，重復(fù)以上a)_e)步驟；
[0025]g)無菌微量取樣探頭防堵反吹流程:取樣流量低于設(shè)定下限時(shí)，關(guān)閉夾閥(6)，打開夾閥(3)，開啟蠕動(dòng)栗(4)，從(5)處吸入無菌空氣或者無菌水反吹沖洗，反沖完成時(shí)重復(fù)以上a)_e)步驟取樣。
【附圖說明】
[0026]附圖1微量無菌在線取樣方法流程示意圖。
[0027]附圖標(biāo)注:1.發(fā)酵罐；2.無菌微量取樣探頭；3.夾閥；4.蠕動(dòng)栗；5.無菌空氣或者無菌水；6.夾閥；7.夾閥；8.夾閥；9.夾閥；10.夾閥；11.空氣過濾器；12.滅菌試劑瓶；13.清洗瓶；14.蒸餾水瓶15.調(diào)速取樣栗16.液體傳感器17.取樣環(huán)及轉(zhuǎn)換取樣閥；18.廢液瓶；19.取樣瓶或者分析儀器；20.主控系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]從發(fā)酵罐中取海洋紅酵母發(fā)酵液【具體實(shí)施方式】:
[0029]1、將取樣系統(tǒng)與發(fā)酵罐連接，無菌取樣探頭與發(fā)酵罐一起實(shí)消滅菌。
[0030]2、發(fā)酵過程取樣操作
[0031]a)清除舊發(fā)酵液:打開夾閥(6)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)60秒，從發(fā)酵罐(I)經(jīng)無菌微量取樣探頭(2)吸取樣品體積為I毫升，然后關(guān)閉夾閥￠)，打開夾閥(7)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)180秒，從空氣過濾器(11)吸取無菌空氣，當(dāng)前段液柱到達(dá)液體傳感器(16)時(shí)，主控系統(tǒng)(20)修正取樣栗(15)運(yùn)行時(shí)間，直至排除舊發(fā)酵液至廢液瓶(18);
[0032]b)乙醇滅菌清洗:關(guān)閉夾閥(7)，開通夾閥(8)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)120秒，從滅菌試劑瓶(12)中吸取75%乙醇溶液為取樣5毫升，直至排除至廢液瓶(18);
[0033]c)清洗劑清洗:關(guān)閉夾閥⑶，開通夾閥(9)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)120秒，從清洗瓶(13)中吸取0.1N氫氧化鈉溶液5毫升，直至排除至廢液瓶(18);
[0034]d)蒸餾水清洗:關(guān)閉夾閥(9)，開通夾閥(10)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)150秒，從蒸餾水瓶(14)中吸取蒸餾水為6.25毫升，直至排除至廢液瓶(18);
[0035]e)新鮮發(fā)酵液取樣:關(guān)閉夾閥(10)，打開夾閥(6)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)60秒，從發(fā)酵罐(I)吸取樣品體積I毫升，然后關(guān)閉夾閥￠)，打開夾閥(7)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從空氣過濾器吸取無菌空氣，當(dāng)前段液柱到達(dá)液體傳感器(16)時(shí)，修正取樣栗(15)運(yùn)行時(shí)間，直至取樣環(huán)中充滿新鮮發(fā)酵液，轉(zhuǎn)換取樣閥(17)，將設(shè)定
0.5毫升取樣體積的新鮮發(fā)酵液取到指定SGD-1V全自動(dòng)還原糖測定儀分析儀器(19)處，完成取樣，全自動(dòng)還原糖測定儀分析儀器測定發(fā)酵液還原糖含量。
[0036]f)循環(huán)取樣:再次取樣，重復(fù)以上a)_e)步驟；
[0037]g)無菌微量取樣探頭防堵反吹流程:取樣流量低于設(shè)定下限時(shí)I毫升/分鐘時(shí)，關(guān)閉夾閥出)，打開夾閥(3)，開啟蠕動(dòng)栗(4) 120秒，從(5)處吸入無菌空氣或者無菌水2毫升反吹沖洗，反沖完成時(shí)重復(fù)以上a)-e)步驟取樣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無菌微量在線取樣裝置及取樣方法，其特征在于:取樣裝置由無菌微量取樣探頭、可調(diào)速取樣栗系統(tǒng)、管路清洗滅菌系統(tǒng)、定量取樣環(huán)、無菌微量取樣探頭防堵反吹系統(tǒng)組成，按取樣流程方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液微量在線取樣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無菌微量取樣探頭，其特征在于:主體裝置為不銹鋼和圓柱筒狀的陶瓷膜構(gòu)成的圓柱體結(jié)構(gòu)；無菌微量取樣探頭圓柱體內(nèi)部有液體通道；無菌微量取樣探頭液體通道體積為0.1-1.0毫升；圓柱筒狀的陶瓷膜系無菌過濾膜，過濾孔徑0.2 μπι及以下，同時(shí)過濾阻力適合蠕動(dòng)栗取樣；圓柱筒狀的陶瓷膜可原位滅菌；該設(shè)計(jì)保障無菌取樣，減少死體積，取樣量微小，對(duì)發(fā)酵系統(tǒng)的影響極小。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)速取樣栗系統(tǒng)，其特征在于:可調(diào)速取樣栗可采用蠕動(dòng)栗或注射栗；栗速可根據(jù)發(fā)酵液情況進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)發(fā)酵液粘稠時(shí)，可采取較低的栗速。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管路清洗滅菌系統(tǒng)，其特征在于:管路清洗滅菌依次采用75%乙醇溶液、清洗劑和蒸餾水清洗管路，管路清洗液體用量可設(shè)定；管路清洗劑可根據(jù)發(fā)酵液情況選用0.1N氫氧化鈉溶液、I倍PBS (磷酸鹽緩沖溶液)、3% Mucoso溶液。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述定量取樣環(huán)，其特征在于:該裝置可根據(jù)定量大小，選用不同體積，取樣量0.1-10毫升，采樣環(huán)可采用不銹鋼或者液體附著量小的合成材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述無菌微量取樣探頭防堵反吹系統(tǒng)，其特征在于:在取樣流量低于設(shè)定下限時(shí)，開啟蠕動(dòng)栗，使用無菌空氣或者無菌水反吹沖洗。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)取樣流程方法，其特征在于: a)清除上次發(fā)酵液:打開夾閥￠)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從發(fā)酵罐(I)經(jīng)無菌微量取樣探頭(2)吸取樣品體積為取樣探頭死體積二到五倍，然后關(guān)閉夾閥￠)，打開夾閥(7)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從空氣過濾器(11)吸取無菌空氣，當(dāng)前段液柱到達(dá)液體傳感器(16)時(shí)，主控系統(tǒng)(20)修正取樣栗(15)運(yùn)行時(shí)間，直至排除上次發(fā)酵液至廢液瓶(18); b)乙醇滅菌清洗:關(guān)閉夾閥(7)，開通夾閥(8)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從滅菌瓶(12)中吸取75%乙醇溶液為取樣探頭死體積四至七倍，直至排除至廢液瓶(18); c)清洗劑清洗:關(guān)閉夾閥(8)，開通夾閥(9)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從清洗瓶(13)中吸取0.1N氫氧化鈉溶液、I倍PBS (磷酸鹽緩沖溶液)、3% Mucoso溶液為取樣探頭死體積四至七倍，直至排除至廢液瓶(18); d)蒸餾水清洗:關(guān)閉夾閥(9)，開通夾閥(10)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從蒸餾水瓶(14)中吸取蒸餾水為取樣探頭死體積四至七倍，直至排除至廢液瓶(18); e)本次發(fā)酵液取樣:關(guān)閉夾閥(10)，打開夾閥￠)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)，低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從發(fā)酵罐(I)吸取樣品體積為取樣體積量一倍半，然后關(guān)閉夾閥￠)，打開夾閥(7)，啟動(dòng)調(diào)速取樣栗(15)高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從空氣過濾器吸取無菌空氣，當(dāng)前段液柱到達(dá)液體傳感器(16)時(shí)，修正取樣栗蠕動(dòng)栗(15)運(yùn)行時(shí)間，直至取樣環(huán)中充滿新鮮發(fā)酵液，轉(zhuǎn)換取樣閥(17)，將設(shè)定取樣體積的新鮮發(fā)酵液取到指定的取樣瓶或者分析儀器(19)處，完成取樣； f)循環(huán)取樣:再次取樣，重復(fù)以上a)-e)步驟； g)無菌微量取樣探頭防堵反吹流程:取樣流量低于設(shè)定下限時(shí)，關(guān)閉夾閥￠)，打開夾閥(3)，開啟蠕動(dòng)栗(4)，從(5)處吸入無菌空氣或者無菌水反吹沖洗，反沖完成時(shí)重復(fù)以上a)_e)步驟取樣。
【文檔編號(hào)】G01N1/14GK105890923SQ201410756321
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日
【發(fā)明人】馬耀宏, 孟慶軍, 楊艷, 楊俊慧, 鄭暉, 史建國
【申請(qǐng)人】山東省科學(xué)院生物研究所