專利名稱：發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)酵罐，尤其是一種用于基因工程領(lǐng)域內(nèi)的細(xì)菌發(fā)酵或細(xì)胞培養(yǎng)的發(fā)酵罐。
生物工程技術(shù)的迅速發(fā)展，使得基因工程產(chǎn)品藥物已正式進(jìn)入臨床用藥，像GMCS、GCSF、TPO、EGF等，在帶來(lái)巨大的社會(huì)效益的同時(shí)，也給制藥企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)酵，是生物工程中的重要環(huán)節(jié)，發(fā)酵設(shè)備是生物工程配套設(shè)備的重要設(shè)備。研究發(fā)酵設(shè)備的目標(biāo)，是給工程菌或工程細(xì)胞提供最佳的生長(zhǎng)繁殖條件，即提供最佳的溫度、酸堿度(pH值)、攪拌速度和溶解氧含量等外部條件，使工程菌或工程細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖后，以包含體或上清液的形式最大量地產(chǎn)出人們需要的各種生化物質(zhì)。
目前在基因工程領(lǐng)域內(nèi)的細(xì)菌發(fā)酵或細(xì)胞培養(yǎng)的發(fā)酵罐，其罐體一般是由金屬材料制成的，發(fā)酵罐還包括有控制部分，而控制部分又分為加熱控制單元、pH值控制單元、溶解氧含量控制單元和攪拌速度控制單元?？刂撇糠滞ㄟ^(guò)控制上述部分以控制發(fā)酵液的溫度、pH值、溶解氧含量和攪拌速度，以給工程菌或工程細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖提供其所需的外部條件?，F(xiàn)有發(fā)酵罐采用電爐絲直接在溶液內(nèi)加熱的方式，這種加熱方式換熱面積小，故加熱效率低，而且電爐絲的溫度很高，靠近電爐絲位置的工程菌會(huì)被其灼傷炭化，對(duì)發(fā)酵效果的影響很大。攪拌單元一般采用機(jī)械攪拌，體積較大。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種加熱均勻，無(wú)局部過(guò)熱，加熱效率高，發(fā)酵產(chǎn)率高的發(fā)酵罐。
本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案以實(shí)現(xiàn)上述目的發(fā)酵罐主要由罐體和控制部分組成，罐體上部設(shè)有可插置溫度傳感器、pH探頭和溶氧電極的插口，控制部分分為加熱單元、pH值控制單元、溶解氧含量控制單元和攪拌速度控制單元，其特征在于罐體的材質(zhì)為耐熱玻璃，加熱單元為涂覆在耐熱玻璃罐體外側(cè)的電加熱膜。
電加熱膜可涂覆在耐熱玻璃罐體外側(cè)的側(cè)壁下部，電加熱膜外側(cè)可設(shè)置保溫層。
攪拌單元可以為微型磁力攪拌，也可以為機(jī)械攪拌。
本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn)1、因加熱體為絕緣的耐熱玻璃基體上涂覆的電加熱膜，涂覆面積大，使加熱面積大大增加；電加熱膜加熱速度快，加熱功率連續(xù)可調(diào)，加熱效率和可控性隨之顯著提高；電加熱膜加熱時(shí)，在整個(gè)涂膜區(qū)內(nèi)熱分布均勻，即能保證整體的加熱效果，又消除了產(chǎn)生局部的溫度過(guò)高這一破壞性因素，從而避免了工程菌在過(guò)高溫區(qū)炭化結(jié)壁造成的損失；無(wú)明火，安全可靠；罐體與加熱系統(tǒng)形成一體，既節(jié)省空間，又輕便牢固。
2、電加熱膜涂覆在罐體外側(cè)的側(cè)壁下部整圈，符合流體加熱的規(guī)律；罐體外側(cè)設(shè)置保溫層，可以使熱損失減小，熱效率提高，并能保護(hù)電加熱膜，使之免受損傷。
3、采用無(wú)電機(jī)、無(wú)磨損的磁力攪拌時(shí)，不但可以減小攪拌機(jī)的體積，還能使攪拌速度連續(xù)可調(diào)，攪拌效果更加均勻。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1為本實(shí)用新型罐體的剖視圖。
圖2為本實(shí)用新型的總體示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的控制部分的原理框圖。
圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1的工程菌生長(zhǎng)過(guò)程曲線圖。
圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例2的三批發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果電泳圖。
圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例2的相應(yīng)的三批電泳掃描圖譜。
如
圖1及圖2所示，本實(shí)用新型發(fā)酵罐由罐體1和控制部分3組成，罐體上部設(shè)有若干插口，插口內(nèi)分別插置有溫度傳感器5、pH探頭6和溶氧電極7，控制部分3分為加熱控制單元、pH值控制單元、溶解氧含量控制單元和攪拌速度控制單元，分別控制發(fā)酵液的溫度、pH值、溶解氧含量和攪拌速度，其相對(duì)于現(xiàn)有發(fā)酵罐的改進(jìn)在于罐體的材質(zhì)為耐熱玻璃，加熱部分由電爐絲改為電加熱膜2，電加熱膜2涂附在罐體1的外側(cè)。采用電加熱膜進(jìn)行加熱，熱效率高、熱啟動(dòng)快，加熱均勻，不會(huì)產(chǎn)生局部的溫度過(guò)高，避免了工程菌炭化結(jié)壁造成的產(chǎn)率損失；無(wú)明火、安全可靠。
不銹鋼有導(dǎo)電性，不適于涂膜，因此本實(shí)用新型采用絕緣效果好的耐熱玻璃作為罐體的主要材料。耐熱玻璃還有透明度好，便于觀察發(fā)酵過(guò)程中的一切變化，易清洗，可以進(jìn)行原位消毒或高溫消毒等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例中，罐體1是由北京玻璃儀器總廠用95號(hào)耐熱玻璃制成，有3升和7升兩種規(guī)格，分別適于實(shí)驗(yàn)室研究和中試放大研究。電加熱膜2是采用北京市太陽(yáng)能研究所的成型技術(shù)，此技術(shù)使罐體與加熱系統(tǒng)形成一體，輕便而牢固。
電加熱膜2涂覆在罐體1外側(cè)的側(cè)壁下部周向位置，涂膜高度為10厘米，涂膜功率為400瓦(3升罐)、1000瓦(7升罐)，加熱功率均連續(xù)可調(diào)。
罐體1外側(cè)與電加熱膜2相應(yīng)位置可設(shè)置保溫層4，此保溫層4除具有保溫功能外，還可以保護(hù)電加熱膜層，使之免遭破壞。
圖2的中央部分為罐體1的俯視簡(jiǎn)圖，其余部分為控制示意圖。如圖2所示，罐體1上部設(shè)有若干插口，分別插置有溫度傳感器5、pH探頭6和溶氧電極7，工作狀態(tài)時(shí)，上述電極或探頭的頭部均置于發(fā)酵液的液面下。罐體1上部還設(shè)有一加料口和一取樣口8，取樣泵9可通過(guò)與取樣口連接的管路將樣液輸送至樣品瓶10。
控制部分3分為以下四個(gè)單元，分別對(duì)發(fā)酵液的溫度、pH值、溶解氧含量和攪拌速度進(jìn)行自動(dòng)控制1、加熱控制單元，包括有溫度傳感器5、控溫組件、罐壁外側(cè)的電加熱膜2等；2、pH值控制單元，包括有酸/堿溶液罐11、硅橡膠管、蠕動(dòng)泵12和pH探頭6等；3、溶解氧含量控制單元，包括有溶氧電極7、帶空氣過(guò)濾器的空氣壓縮機(jī)13、氣體流量計(jì)和溶氧計(jì)14等；4、攪拌速度控制單元，包括有電機(jī)、攪拌器等。通過(guò)上述的控制，給在罐體1中發(fā)酵的工程菌或工程細(xì)胞提供其所需的最佳生長(zhǎng)繁殖條件。
本實(shí)用新型的控制部分采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的單片機(jī)電路，圖3為控制部分的原理框圖。單片機(jī)型號(hào)為89C51，其輸入端主要為pH電極、鉑電阻傳感器，其輸出端主要為滴定電磁閥、攪拌電動(dòng)機(jī)、電熱膜加熱器和2行16字符液晶顯示器。
在實(shí)驗(yàn)室研究中，罐體容積一般較小，這種情況下，攪拌器可采用微型磁力攪拌。本實(shí)施例中，攪拌采用德國(guó)VarioMAG磁力攪拌機(jī)，磁力攪拌機(jī)的體積比傳統(tǒng)機(jī)械攪拌體積更小巧、更緊湊；無(wú)傳動(dòng)部分，無(wú)磨損；轉(zhuǎn)速平穩(wěn)無(wú)波動(dòng)；攪拌速度在10～1000rpm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，使用者可根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)情況方便地調(diào)整轉(zhuǎn)速，使攪拌效果更加均勻。
在中試或工業(yè)化生產(chǎn)中，罐體容積較大，攪拌器可使用機(jī)械攪拌。如
圖1、2所示，較大的罐體1上留有中心孔15，可供設(shè)置機(jī)械攪拌。
下面是本實(shí)用新型的試用實(shí)施例一，某氨基酸公司氨基酸研究所采用基因工程技術(shù)，自行構(gòu)建的苯丙氨酸生物工程菌，在本實(shí)用新型發(fā)酵罐中培養(yǎng)24小時(shí)，定時(shí)采樣，測(cè)定光密度值，觀察工程菌的生長(zhǎng)呈對(duì)數(shù)生長(zhǎng)曲線，約在15小時(shí)后，菌體生長(zhǎng)達(dá)到飽和狀態(tài)。整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，發(fā)酵溫度、攪拌速度、pH值等參數(shù)均得到較好的控制。發(fā)酵終產(chǎn)物為苯丙氨酸，經(jīng)分光光度法測(cè)定產(chǎn)率達(dá)3.4g/L，如圖4所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意。
下面是某基因工程有限公司試用本實(shí)用新型的實(shí)施例二，此公司采用本實(shí)用新型發(fā)酵罐培養(yǎng)基因重組大腸桿菌產(chǎn)生γ-干擾素。γ-干擾素工程菌表達(dá)載體為PBV220，宿主菌為大腸桿菌DH52，表達(dá)后產(chǎn)品以包含體的形式出現(xiàn)。工程菌在發(fā)酵罐中在30℃條件下生長(zhǎng)7小時(shí)，A600nm=0.8左右時(shí)迅速升溫到42℃，繼續(xù)培養(yǎng)5小時(shí)，收菌。每小時(shí)取樣品作SDS-PAGE分析，用比濁法測(cè)定光密度。用Uitro Scan XL凝膠掃描儀，波長(zhǎng)633nm，測(cè)定γ-干擾素的表達(dá)量。培養(yǎng)液體積為5L。三批結(jié)果如下濕菌重分別為4.8g/L,4.5g/L,4.6/L,γ一干擾素的表達(dá)量占全菌總蛋白的56.5％,60.2％,59.0％。如圖5及圖6所示(圖5中，1為蛋白分子量標(biāo)準(zhǔn)，2、3、4分別為1～3批的結(jié)果)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，結(jié)果十分滿意。
權(quán)利要求1.一種發(fā)酵罐，發(fā)酵罐主要由罐體和控制部分組成，所述罐體上部設(shè)有若干插口，所述插口內(nèi)分別插置有溫度傳感器、pH探頭和溶氧電極，所述控制部分分為加熱控制單元、pH值控制單元、溶解氧含量控制單元和攪拌速度控制單元，其特征在于所述罐體的材質(zhì)為耐熱玻璃，所述加熱單元為電加熱膜，所述電加熱膜涂覆在所述耐熱玻璃罐體的外側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于所述電加熱膜涂覆在所述耐熱玻璃罐體外側(cè)的側(cè)壁下部，所述電加熱膜外側(cè)設(shè)有保溫層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)酵罐，其特征在于所述攪拌為微型磁力攪拌。
4.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)酵罐，其特征在于所述攪拌為機(jī)械攪拌。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于基因工程領(lǐng)域內(nèi)的細(xì)菌發(fā)酵或細(xì)胞培養(yǎng)的發(fā)酵罐,其由罐體和控制部分組成,控制部分控制發(fā)酵液的溫度、pH值、溶解氧含量和攪拌速度,其特征在于:罐體的材質(zhì)為耐熱玻璃,加熱部分為涂覆在罐體外側(cè)的電加熱膜。其加熱均勻,換熱效果好,不會(huì)造成工程菌炭化損失。
文檔編號(hào)C12M1/36GK2457165SQ0026050
公開(kāi)日2001年10月31日 申請(qǐng)日期2000年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者蔣中華, 何為 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所