專利名稱：一種具有實時檢測、控制pH和補(bǔ)料功能的搖床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種菌種篩選和培養(yǎng)的搖床，特別涉及一種用于微生物、動植物細(xì)胞菌種篩選以及種子擴(kuò)大培養(yǎng)方面改進(jìn)的搖床。
背景技術(shù)：
搖床是生物反應(yīng)過程中必備的一種專用設(shè)備。用于微生物、動植物細(xì)胞菌種篩選、種子擴(kuò)大培養(yǎng)等方面。在生化、醫(yī)藥、食品、輕工、環(huán)保、農(nóng)藥等領(lǐng)域廣泛使用。早在20世紀(jì)三十年代搖床已開始使用，為后來發(fā)展起來的深層培養(yǎng)法奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，對生物技術(shù)的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。至今仍發(fā)揮著不可替代的作用。目前，傳統(tǒng)的搖床經(jīng)過技術(shù)改良具有速控、溫控的功能。但生物反應(yīng)過程是在分子水平的遺傳特性、細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)和工程水平的傳遞特性三個水平上發(fā)生的，是這三方面綜合作用的過程。而現(xiàn)有搖床培養(yǎng)僅控制一定的溫度和轉(zhuǎn)速是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這些測量或控制反映不出上述情況的變化。尤其是搖瓶培養(yǎng)過程中，pH變化實質(zhì)上是菌體生理代謝和反應(yīng)器(搖瓶)混合傳遞過程變化的綜合指標(biāo)，如果我們能夠?qū)u瓶培養(yǎng)過程中的H+平衡進(jìn)行研究分析，就能了解各種培養(yǎng)成分與菌種生理特性的關(guān)系，為進(jìn)一步的發(fā)酵過程優(yōu)化提供必要的參數(shù)和基礎(chǔ)。因此，產(chǎn)業(yè)部門希望有關(guān)的工程技術(shù)人員對現(xiàn)有搖床進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，以滿足生物反應(yīng)過程的多方面的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為克服現(xiàn)有搖床在培養(yǎng)方面的缺陷，設(shè)計了一種具有實時檢測、控制pH和補(bǔ)料功能的搖床，可滿足生物反應(yīng)過程中各方面的要求。本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的眾所周知搖床主要由機(jī)械震蕩機(jī)構(gòu)，搖瓶和電子測控系統(tǒng)等部件組成。其中搖瓶是生物反應(yīng)過程的核心部件。本發(fā)明就是針對現(xiàn)有搖床存在的缺陷對搖床的核心部件—搖瓶進(jìn)行了改進(jìn)，其構(gòu)思是1、通過在搖瓶內(nèi)設(shè)置pH檢測電極(或其它傳感器，如溶氧電極、培養(yǎng)液濃度測試電極以及目標(biāo)產(chǎn)物濃度測試電極等)，在培養(yǎng)過程中，搖瓶內(nèi)培養(yǎng)液的pH(或其它參數(shù))變化，通過檢測電極將信號輸入電子測控裝置中，可實時測定與記錄每個搖瓶內(nèi)培養(yǎng)液的pH值(或其它參數(shù)值)。
此外，當(dāng)搖瓶內(nèi)微生物菌種生長到一定的階段，培養(yǎng)液的pH變化到某一值時，電子測定裝置也可以在實時連續(xù)測定記錄的同時，發(fā)出啟動(或關(guān)閉)電磁閥的信號，使補(bǔ)料瓶中的培養(yǎng)液通過彈性料管微量滴加入搖瓶中；2、自動補(bǔ)料(或控制pH)裝置在搖床運行時，可以通過電磁閥的開關(guān)，以阻斷或開通補(bǔ)料管內(nèi)的料液流入搖瓶，補(bǔ)入的量與時間可以在計算機(jī)內(nèi)由人工予先設(shè)定，也可以通過搖瓶內(nèi)pH電極(或其它傳感器)的信號控制電磁閥達(dá)到滴加料液或調(diào)節(jié)pH的目的；3、通過設(shè)置在搖瓶內(nèi)底部錐角的擋板，提高培養(yǎng)液的震蕩混合強(qiáng)度，使培養(yǎng)組分始終處于混合均勻態(tài)，從而提高pH值(或其它值)的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明就是按照上述構(gòu)思實現(xiàn)的，具體體現(xiàn)在下述的附圖和實施例中。


圖1搖床總體運作示意圖其中1-補(bǔ)料瓶，內(nèi)貯存微生物生長所需補(bǔ)充的料液或用于調(diào)整pH的試劑；2-阻抗變換器；3-控制器；4-顯示器；5-電磁閥，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)另附圖展示；6-搖瓶，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)另附圖展示；7-pH電極(或其它傳感器)；8-補(bǔ)料口；9-搖床底盤；10-曲軸，通過減速傳動機(jī)構(gòu)電動機(jī)帶動(未圖示)運作。
由圖1可見本發(fā)明的搖床，其中每個搖瓶6均設(shè)置有pH電極7，搖瓶中的培養(yǎng)液的pH值由電極轉(zhuǎn)化為電流，再分別通過導(dǎo)線傳輸至各自的阻抗變換器2，然后再分別送至控制器3和顯示器4，通過顯示器上按鈕可分別顯示與記錄某一特定搖瓶中的pH值，當(dāng)搖瓶內(nèi)的培養(yǎng)液偏離某一pH值±0.1時，控制器3就可在0.2秒內(nèi)分別發(fā)出指令開啟某個補(bǔ)料管上的電磁閥5，補(bǔ)料瓶中的培養(yǎng)液則通過補(bǔ)料管流向補(bǔ)料口8，并通過補(bǔ)料針頭(一種類似于醫(yī)用針頭)進(jìn)入搖瓶，當(dāng)搖瓶中的pH值恢復(fù)至預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，控制器就會自動指令關(guān)閉電磁閥5，終止補(bǔ)料。
由于pH電極7(或溶氧電極、培養(yǎng)液濃度測試電極以及目標(biāo)產(chǎn)物濃度測試電極等)、阻抗變換器2、控制器3以及顯示器4均可市售獲得，故對其描述從略。
所說的電子測控裝置是由阻抗變換器2、控制器3以及顯示器4諸構(gòu)件組成，或者輸入計算機(jī)，由計算機(jī)來調(diào)控。
圖2為搖瓶結(jié)構(gòu)示意圖其中1a-補(bǔ)料口；2a-醫(yī)用橡皮塞；3a-無菌密封塞；4a-橡膠塞；5a-傳感器，可以是pH電極或其它傳感器；6a-電極插口；7a-擋板，緊貼于搖瓶內(nèi)底部錐角，數(shù)量為2～4個；它可以是玻璃擋板固接于底部錐角處，也可以用高彈性材料，如不銹鋼片或工程塑料制做而成；8a-保護(hù)裝置。
圖3自動補(bǔ)料和電磁閥的工作示意圖其中1b-管夾，在管夾內(nèi)籍助電磁閥內(nèi)的銜鐵將彈性補(bǔ)料管頂緊，以關(guān)閉料液通路，圖中處于緊閉狀態(tài)；2b-彈性補(bǔ)料管，它的一端連接補(bǔ)料瓶，另一端與針頭相連插入搖瓶中；3b-固定板，其上安裝有管夾等部件；4b-搖床外殼；5b-電磁閥內(nèi)的銜鐵構(gòu)件；6b-頂簧；7b-電磁鐵。
本發(fā)明的搖床，經(jīng)實際試用具有如下的技術(shù)效果
1、解決傳統(tǒng)搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)過程無法連續(xù)測量同一只搖瓶中的生長參數(shù)(如pH等)的問題，提高測量數(shù)據(jù)的可靠性；2、解決傳統(tǒng)搖瓶發(fā)酵過程中改變培養(yǎng)條件時(如調(diào)節(jié)pH、補(bǔ)料等)必需無菌操作以及停機(jī)操作過程所引起的生長環(huán)境變化問題，并且可以人工預(yù)先時序設(shè)定和精確控制；3、希望通過可連續(xù)測量的實時參數(shù)變化，調(diào)整培養(yǎng)條件，降低操作的盲目性；4、改善傳統(tǒng)搖瓶培養(yǎng)過程培養(yǎng)液的混合和溶氧情況；5、在相同的初始條件下，同時試驗不同的培養(yǎng)條件，便于研究；6、操作簡便，降低能耗，節(jié)約成本；7、在上述基礎(chǔ)上，可同時比較不同菌種的代謝特性和發(fā)酵過程優(yōu)化的早期研究，即用于菌種篩選和菌種選育的后技術(shù)研究。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施實例進(jìn)一步闡明發(fā)明的內(nèi)容，但這些實施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實施例1為優(yōu)化培養(yǎng)條件，尋找合適的培養(yǎng)基，使用本發(fā)明的裝置培養(yǎng)畢赤酵母將初始pH為4.0的畢赤酵母培養(yǎng)液分為三組(n＝2)置于本搖床培養(yǎng)一組不控制pH，另兩組的pH值分別設(shè)定為5.0、5.5，控制范圍+/-0.1。在超出控制范圍時，電磁閥打開，cp＝20秒，p＝0.2秒。培養(yǎng)時48h后，試驗數(shù)據(jù)見下表pH 不控制5.05.548h后pH 3.4 5.15.6試驗數(shù)據(jù)說明，控制pH在5.0、5.5時，48h后發(fā)酵液pH保持在控制范圍內(nèi)，達(dá)到工藝要求。同時操作簡便，提高工作效率。
實施例2為優(yōu)化培養(yǎng)條件，尋找合適的培養(yǎng)基，使用本發(fā)明的裝置培養(yǎng)南昌鏈霉菌
在發(fā)酵罐中培養(yǎng)南昌鏈霉菌至生長期(48h)結(jié)束，將發(fā)酵液分為三組(n＝2)置于本搖床培養(yǎng)分別控制不同pH(pH7.0、pH7.5、pH8.0)，控制范圍+/-0.1。在超出控制范圍時，電磁閥打開，cp＝20秒，p-0.2秒。培養(yǎng)至120h后測定效價，試驗數(shù)據(jù)見下表pH7.07.58.0120h后pH 7.17.68.1120h后效價(μg/ml)36 52 43試驗數(shù)據(jù)說明，使用本搖床發(fā)酵培養(yǎng)120h后，pH可保持在控制范圍內(nèi)，同時試驗結(jié)果為尋找較優(yōu)化的培養(yǎng)條件提供了有用的信息。
此外，本發(fā)明的搖床在其它菌種的篩選、培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件的優(yōu)化等方面也取得了顯著的效果。數(shù)據(jù)可靠、操作簡便、高效及低成本，是本發(fā)明的突出優(yōu)點。本發(fā)明若與現(xiàn)代生物反應(yīng)器結(jié)合使用，將為發(fā)酵工藝放大提供更科學(xué)、有效的試驗數(shù)據(jù)，對了解生物反應(yīng)過程具指導(dǎo)意義，具有廣泛的應(yīng)用前景。
總之，由于本發(fā)明的技術(shù)改進(jìn)，給搖床帶來新的活力，搖床的功能更加完善，從而使搖床在生物技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮更大作用，并有效地推動生物工程的技術(shù)進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種具有實時檢測、控制pH和補(bǔ)料功能的搖床，主要由機(jī)械震蕩機(jī)構(gòu)，搖瓶和電子測控系統(tǒng)等部件組成；其中搖瓶是生物反應(yīng)過程的核心部件，其特征在于(1)在搖瓶內(nèi)設(shè)有pH實時檢測電極(也可以是其它傳感器，如溶氧電極等)，所說的電極5a通過搖瓶一側(cè)(如右側(cè))上的電極插口6a內(nèi)的橡膠塞4a密封插入搖瓶中，電極的一端籍助保護(hù)裝置8a予以保護(hù)，防止在震蕩過程中電極被碰傷，電極的另一端通過導(dǎo)線將信號傳遞給電子測控裝置；(2)在搖瓶的另一側(cè)(如左側(cè))設(shè)有補(bǔ)料口1a，補(bǔ)料口1a用醫(yī)用橡膠塞2a密封；補(bǔ)料管的一端連有類似醫(yī)用針頭通過橡膠塞2a插入搖瓶內(nèi)，補(bǔ)料的另一端與補(bǔ)料瓶1相連，中間籍助電磁閥的啟閉控制補(bǔ)料，電磁閥的啟閉則按電子測控裝置的指令進(jìn)行；(3)在搖瓶的底部錐角處，緊貼瓶壁設(shè)2～4塊擋板7a。
2.如權(quán)利要求1所述的搖床，其特征在于所說的電子測控裝置是由阻抗變換器2、控制器3以及顯示器4組成。
3.如權(quán)利要求1所述的搖床，其特征在于(3)所說的擋板7a的設(shè)置，其材質(zhì)是玻璃、不銹鋼或工程塑料板中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的搖床，其特征在于所說的實時檢測電極除了pH電極外，還能用溶氧電極、培養(yǎng)液濃度測試電極以及目標(biāo)產(chǎn)物濃度測試電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有實時檢測、控制pH和補(bǔ)料功能的搖床。在搖床的核心部件搖瓶內(nèi)設(shè)置了傳感器(如pH電極等)能實時檢測培養(yǎng)液的pH值(或其它參數(shù))并轉(zhuǎn)化成電信號，傳到電子測控裝置，只要培養(yǎng)液的pH值偏離設(shè)置值±0.1，電子測控裝置就會在0.2秒內(nèi)指令開啟電磁閥，使補(bǔ)料瓶中的料液通過彈性補(bǔ)料管和補(bǔ)料針頭從搖瓶一側(cè)的補(bǔ)料口進(jìn)入搖瓶中，當(dāng)pH恢復(fù)到預(yù)定值后，電子測控裝置就會自動指令關(guān)閉電磁閥；在搖瓶內(nèi)底部錐角處，緊貼瓶壁設(shè)置2～4塊擋板，其功用在改善搖瓶內(nèi)培養(yǎng)組分的混合均勻度和溶氧情況，從而提高所測pH值的準(zhǔn)確度。
文檔編號C12M1/36GK1460710SQ03129230
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者張嗣良, 張恂, 王公先, 王偉德, 晏秋鴻, 盛谷我 申請人:上海國強(qiáng)生化工程裝備有限公司