專(zhuān)利名稱(chēng)：一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及蘇云金芽胞桿菌(Bt)發(fā)酵后期產(chǎn)芽胞和晶體階段的發(fā)酵設(shè)備， 即蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞發(fā)酵罐。
背景技術(shù)：
一般情況下氧氣很難溶于水，當(dāng)發(fā)酵液中含有其它各種成分，氧的溶解度比在純水中更低，而且發(fā)酵液的濃度越高溶氧速率越慢，而微生物呼吸和代謝活動(dòng)中需要的氧氣必須溶解于發(fā)酵液中才能被直接利用，供氧的不足和供氧的短暫中斷將對(duì)發(fā)酵造成嚴(yán)重的不可逆損害。因此，有效、合理地設(shè)計(jì)發(fā)酵罐，具有重大意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者為了解決通風(fēng)發(fā)酵過(guò)程的溶氧和節(jié)能問(wèn)題，提出的通風(fēng)發(fā)酵罐種類(lèi)很多，已開(kāi)發(fā)了氣升式、自吸式、噴射式等若干新型發(fā)酵罐.發(fā)展的主要趨勢(shì)之一是從機(jī)械攪拌過(guò)渡到氣流攪拌，而改進(jìn)的核心是提高傳氧系數(shù)和節(jié)約能量。機(jī)械攪拌發(fā)酵罐典型代表是通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐。在這類(lèi)罐內(nèi)氣體在液相中受到兩次分散，這種罐氣體分散的能量利用率較低。自吸式發(fā)酵罐采用負(fù)壓發(fā)酵，可獲得遠(yuǎn)比氣升式發(fā)酵罐高的Kla值(液相體積氧傳遞系數(shù)，單位L/h)，但不能實(shí)施空氣保壓，一旦遇到設(shè)備故障攪拌受阻或停電等情況.就會(huì)造成菌體窒息死亡，使發(fā)酵停滯，甚至造成倒罐。目前國(guó)內(nèi)外普遍用的Bt發(fā)酵反應(yīng)器都為機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐，Bt最常用的生產(chǎn)方法是在一個(gè)攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐內(nèi)完成Bt的發(fā)酵生產(chǎn)，其攪拌器一般采用六彎葉渦輪式和箭葉式，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜和軸封處有傳動(dòng)部件，使罐內(nèi)有死角和難以實(shí)現(xiàn)密封，易感染雜菌和噬菌體，造成發(fā)酵失敗，而且受結(jié)構(gòu)限制，罐體高徑比小，不能較多地利用無(wú)菌空氣中的氧氣，因而無(wú)菌空氣需要量大，罐造價(jià)高、能耗大，增加了生產(chǎn)成本。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，用于機(jī)械式攪拌所消耗的能源占發(fā)酵全過(guò)程的一半左右。隨著高產(chǎn)菌株的不斷使用，高密度發(fā)酵單靠增加通風(fēng)量和攪拌速度，氧的供給有限，且Bt的發(fā)酵分為菌體培養(yǎng)階段和芽胞、 晶體蛋白產(chǎn)生脫落階段，生產(chǎn)的目的是為了獲得最多的有毒力活性的芽胞和晶體蛋白，在 Bt發(fā)酵的后期，強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌，對(duì)菌體、芽胞和晶體造成傷害，不利于殺蟲(chóng)毒素的形成。氣流攪拌發(fā)酵罐主要通過(guò)噴嘴和內(nèi)外環(huán)流管配合或篩板來(lái)分散氣體，無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，典型代表是氣升式發(fā)酵罐。一些研究者對(duì)生產(chǎn)Bt的機(jī)械通風(fēng)發(fā)酵罐進(jìn)行改良，如采用環(huán)隙氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器代替機(jī)械攪拌發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)Bt。氣升式發(fā)酵罐通入的空氣使罐內(nèi)的不同區(qū)域形成密度差和宏觀循環(huán)流，同時(shí)形成局部湍流和微觀混合流，以達(dá)到攪拌、混合和使空氣中的氧氣溶解在發(fā)酵液中的目的，其優(yōu)點(diǎn)是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、 無(wú)菌操作可靠性高、電耗少、操作維修方便和造價(jià)低，較高的發(fā)酵罐高經(jīng)比(H/D)，如高經(jīng)比 1:5-1: 8，可以增加氧與料液的接觸時(shí)間，增加氧在料液中的溶解度；實(shí)踐證明，當(dāng)通風(fēng)量和單位體積的功率消耗一定的時(shí)候，H/D為2的通風(fēng)效率是H/D為1的1. 4倍。采用氣升式發(fā)酵罐發(fā)酵，可使Bt的發(fā)酵時(shí)間縮短，菌數(shù)提高。氣升式發(fā)酵罐用于低含固量培養(yǎng)基發(fā)酵時(shí)，性能優(yōu)良，但不能用于高含固量培養(yǎng)基發(fā)酵，反應(yīng)器的供氧能力有待進(jìn)一步提高。有報(bào)道在氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器的導(dǎo)流筒內(nèi)安置若干折流元件、網(wǎng)狀的氣升式發(fā)酵罐，性能得到了提高，但發(fā)酵罐放大受限，與機(jī)械攪拌相比需增加通風(fēng)量，如配置外環(huán)流管增加溶氧， 則外部泵送和循環(huán)系統(tǒng)易使發(fā)酵液受到雜菌污染和使細(xì)胞損傷，而且過(guò)高的高徑比使溫度混勻較難，細(xì)胞、蛋白等的沉淀也較難。傳統(tǒng)的通用式發(fā)酵罐所采用的通氣裝置存在的問(wèn)題氣泡直徑隨著通氣量的增大而增大，氣泡上升速度也隨之增大；氣泡粉碎程度卻并不隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加而增大，它只能維持在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上，增大通氣量和增加攪拌功率對(duì)容器傳質(zhì)系數(shù)不僅不能有較大幅度的提高，相反將導(dǎo)致大量能源的消耗和產(chǎn)品成本的提高。有研究者采用噴嘴、混合管和循環(huán)管組成的射流混合器來(lái)強(qiáng)化氣體分散，減小氣泡直徑，有利于氣、液二相比表面積的增力口、接觸時(shí)間的增長(zhǎng)和容量傳質(zhì)系數(shù)的提高。生產(chǎn)實(shí)踐表明，用射流混合器使攪拌器的層數(shù)減少，使機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐提高溶氧效果、節(jié)約能耗20%以上。發(fā)酵生產(chǎn)Bt產(chǎn)品，需要的是Bt的晶體、芽胞和上清液。目前的發(fā)酵罐一般都是圓底，罐體沒(méi)有采用多段冷卻，也沒(méi)有分段出料，無(wú)法對(duì)發(fā)酵液分段降溫促進(jìn)沉淀，并按其不同濃度分別出料，而是由罐下部出料閥一起出料，過(guò)濾和離心工藝周期長(zhǎng)，能耗也大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵 罐，以減少發(fā)酵過(guò)程的能耗，提高芽胞、晶體的產(chǎn)量，同時(shí)有利于晶體和芽胞的分離。本發(fā)明是以如下方式實(shí)現(xiàn)的，一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，其高徑比2 1至3 1，錐底，罐頂橢圓封頭；罐體錐底上方安裝有2-4個(gè)射流混合器，罐體錐底設(shè)1個(gè)冷卻帶、罐體錐底上方的1/3-2/3處設(shè)2個(gè)冷卻帶；罐頂設(shè)有安全閥、真空閥、汽液分流器接口、檢修入孔，罐體錐底處設(shè)有一個(gè)出料口、罐體上部2個(gè)冷卻帶的下方各設(shè)1個(gè)出料口。上述的一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，錐底角度為70°，罐體內(nèi)設(shè) CIP原位清洗裝置。本發(fā)明所提供的一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐的前端，可以選擇機(jī)械攪拌或氣升式發(fā)酵罐用于菌體培養(yǎng)，即做為培養(yǎng)基進(jìn)料、接種至芽胞剛形成階段，或稱(chēng)前發(fā)酵階段的發(fā)酵罐；而本發(fā)明的一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，用于晶體、芽胞形成，即后期發(fā)酵用，可以減少通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌能或氣升式發(fā)酵罐的通風(fēng)量，也相當(dāng)于中轉(zhuǎn)罐的作用。其發(fā)酵效果及效益十分明顯(1)安裝2-4個(gè)射流混合器以增強(qiáng)氣體對(duì)流與分散，并可更具溶氧要求選擇開(kāi)啟射流混合器大小和個(gè)數(shù)，便于氧的控制。無(wú)攪拌裝置，可以克服機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的弱點(diǎn)又比氣升式發(fā)酵罐攪拌和溶氧好。(2)介于機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐和氣升式發(fā)酵罐之間的高徑比(2 1至3 1)，可延長(zhǎng)空氣與料液的接觸時(shí)間，增加氧在料液中的溶解度，并使整罐發(fā)酵液具有良好的對(duì)流混合效果。(3)發(fā)酵罐從錐底向上分別設(shè)有3段冷卻帶，合理的溫度控制可以使發(fā)酵液形成大循環(huán)和無(wú)數(shù)小循環(huán)，促進(jìn)氧的溶解和溫度的混勻，使整個(gè)發(fā)酵液的溫度均勻，有利于發(fā)酵液在罐內(nèi)的對(duì)流和熱交換。該發(fā)酵罐混合原理除了氣升式發(fā)酵罐的混合形成的湍流和微觀混合流外，還有射流混合器進(jìn)氣形成的攪拌作用、冷熱溫差作用、液體和氣體的密度變化引起的對(duì)流。(4)設(shè)有三個(gè)出料口，可依次從上到下出料。分段出料可以獲得不同的渾濁度的發(fā)酵液，由清至濃進(jìn)行發(fā)酵液的后處理，大大減少過(guò)濾堵塞現(xiàn)象，提高過(guò)濾速度。底部排出的較濃的發(fā)酵液可直接用于干燥或離心，減少后期發(fā)酵液的處理量，縮短后處理時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。
設(shè)有冷卻帶，后期靜置或加入絮凝劑等預(yù)處理發(fā)酵液后，有利于晶體、芽胞等較大物質(zhì)的沉淀、收集于錐形底部。發(fā)酵罐底為錐底，可以減少圓形罐底橢圓封頭沉淀物的殘留。錐底角度為70°，可減少排除阻力，便于沉積物的排出。此外，罐頂采用橢圓封頭，在罐頂設(shè)置安全閥、真空閥、汽液分流器接口，供氣體排出及發(fā)酵罐清洗液進(jìn)入，設(shè)入孔，供檢修用；設(shè)CIP原位清洗裝置、燈鏡和視鏡；瘦長(zhǎng)的錐形發(fā)酵罐向立面發(fā)展，節(jié)約了地方。


下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明圖1 一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐1、冷卻帶；2、無(wú)菌空氣進(jìn)氣管；3、物料進(jìn)料管；4、排氣管；5、出料口；6、CIP原位清洗裝置；7、射流混合器.
具體實(shí)施例實(shí)施例1菌株以8010為發(fā)酵菌株發(fā)酵生產(chǎn)Bt。設(shè)備培養(yǎng)進(jìn)料、接種至剛產(chǎn)胞階段，采用傳統(tǒng)的1. 5L機(jī)械通風(fēng)攪拌罐；蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵階段，采用1. 5L如圖1所示的一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，其高徑比2 1,70°錐底，罐頂橢圓封頭，罐體錐底上方安裝有2個(gè)射流混合器，罐體錐底及其上方1/3和2/3高處各設(shè)1個(gè)冷卻帶，在罐頂設(shè)有安全閥、真空閥、汽液分流器接口、檢修入孔，罐體錐底處設(shè)有一個(gè)出料口，錐底上方的1/4和1/2的處各設(shè)1個(gè)出料口。培養(yǎng)基配方玉米淀粉1 %，豆粕1. 3%，花生餅粉1 %，玉米漿1 %，酵母粉0. 1 %， CaCO3O. 3%, KH2PO4 0. 2%, MgSO4 0. 07%, pH 7. 0-7. 5，121°C高壓滅菌 40min。發(fā)酵液芽胞計(jì)數(shù)方法取發(fā)酵剛結(jié)束的發(fā)酵液85°C加熱處理5min，迅速冷卻，采用稀釋平板活菌技術(shù)法計(jì)數(shù)；毒力測(cè)定方法發(fā)酵液經(jīng)1000倍稀釋后對(duì)2-3齡小菜蛾生物測(cè)定。方法培養(yǎng)基進(jìn)料、接種至剛產(chǎn)胞階段在1. 5L機(jī)械通風(fēng)攪拌罐內(nèi)發(fā)酵，經(jīng)滅菌的培養(yǎng)基接種后，按培養(yǎng)基與無(wú)菌空氣量1 1.5v/v/min、發(fā)酵溫度控制在30°C，攪拌轉(zhuǎn)速 250r/min、罐壓0. 5atm的發(fā)酵條件，在1. 5L機(jī)械通風(fēng)攪拌罐內(nèi)發(fā)酵，培養(yǎng)至芽胞剛開(kāi)始形成時(shí)，其產(chǎn)生的發(fā)酵液稱(chēng)前發(fā)酵液前發(fā)酵液轉(zhuǎn)入本發(fā)明所提供的一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，控制無(wú)菌空氣量1 lv/v/min，溫度控制在33°C發(fā)酵，發(fā)酵至芽胞剛開(kāi)始脫落時(shí)，停止通風(fēng)，維持 33°C至芽胞50%以上脫落時(shí)，調(diào)pH至5左右，添加絮凝劑等，出料轉(zhuǎn)入后期處理階段。結(jié)果發(fā)酵時(shí)間為60h，終產(chǎn)品芽胞數(shù)95億/mL，芽胞同步率95%以上，晶體整齊；48h小菜蛾校正死亡率100% ；而傳統(tǒng)單罐發(fā)酵方案，發(fā)酵時(shí)間需要為71h，終產(chǎn)品的芽胞數(shù) 61億/mL、芽胞形成率80%左右，48h 2_3齡小菜蛾校正死亡率83%。按每度電0.73元，每罐1.5t計(jì)算，可節(jié)省攪拌能耗300元以上，發(fā)酵周期縮短llh，發(fā)酵液芽胞數(shù)增加了 34億/ mL，對(duì)小菜蛾殺蟲(chóng)能力提高20%。后期膜過(guò)濾加快，可提前Ih完成后處理階段。實(shí)施例2如實(shí)施例1，培養(yǎng)基進(jìn)料、接種至剛產(chǎn)胞階段，采用傳統(tǒng)的2. 5L機(jī)械通風(fēng)攪拌罐； 蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵階段，采用2. 5L如圖1所示的一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，其高徑比2. 5 1，錐底，罐頂橢圓封頭，罐體錐底上方安裝有4個(gè)射流混合器，罐體錐底及其上方1/3和3/5高處各設(shè)1個(gè)冷卻帶，在罐頂設(shè)有安全閥、真空閥、汽液分流器接口、檢修入孔，罐體錐底處設(shè)有一個(gè)出料口、錐底上方的1/4和1/2處各設(shè)1個(gè)出料口。產(chǎn)品的效果同實(shí)施例1，效益比實(shí)施例1略 高。
權(quán)利要求
1.一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，其特征是發(fā)酵罐高徑比2 1至3 1， 錐底，罐頂橢圓封頭；罐體錐底上方安裝有2-4個(gè)射流混合器，罐體錐底設(shè)1個(gè)冷卻帶、罐體錐底上方的1/3-2/3處設(shè)2個(gè)冷卻帶；罐頂設(shè)有安全閥、真空閥、汽液分流器接口、檢修入孔，罐體錐底處設(shè)有一個(gè)出料口、罐體上部2個(gè)冷卻帶的下方各設(shè)1個(gè)出料口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，其特征是錐底角度為70°，罐體內(nèi)設(shè)CIP原位清洗裝置。
全文摘要
一種蘇云金芽胞桿菌產(chǎn)晶胞階段的發(fā)酵罐，其高徑比2∶1至3∶1，錐底，罐頂橢圓封頭；罐體錐底上方安裝有2-4個(gè)射流混合器，罐體錐底設(shè)1個(gè)冷卻帶、罐體錐底上方的1/3-2/3處設(shè)2個(gè)冷卻帶；罐頂設(shè)有安全閥、真空閥、汽液分流器接口、檢修入孔，罐體錐底處設(shè)有一個(gè)出料口、罐體上部2個(gè)冷卻帶的下方各設(shè)1個(gè)出料口；該設(shè)備與常規(guī)的發(fā)酵罐配合，專(zhuān)門(mén)用于常規(guī)的發(fā)酵罐培養(yǎng)至芽胞剛開(kāi)始形成時(shí)發(fā)酵液的后發(fā)酵處理能減少發(fā)酵過(guò)程的能耗，提高芽胞、晶體的產(chǎn)量，同時(shí)有利于晶體、芽胞的分離。
文檔編號(hào)C12M1/00GK102154091SQ20101062374
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月25日
發(fā)明者關(guān)雄, 吳麗云 申請(qǐng)人:福建農(nóng)林大學(xué)