一種微生物培養(yǎng)罐裝置的制造方法
【專利摘要】一種微生物培養(yǎng)罐裝置，屬于生物發(fā)酵設(shè)備，解決現(xiàn)有培養(yǎng)罐裝置存在的pH值控制不均的問題，以優(yōu)化中和劑添加方式、提高發(fā)酵生產(chǎn)效率。本發(fā)明包括培養(yǎng)罐、中和劑儲罐、循環(huán)泵和可編程邏輯控制器；所述培養(yǎng)罐包括罐體、多個攪拌器及中和劑分布器，罐體頂部具有進(jìn)氣管、出氣管、進(jìn)料管和呼吸器，罐體底部具有排料管，所述多個攪拌器在罐體內(nèi)部沿罐體中軸線分布，多個中和劑分布器在罐體內(nèi)部沿罐體中軸線分布，且與所述多個攪拌器交叉間隔排列，各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。本發(fā)明容易制造、使用方便，提高了中和劑加入精度，避免管道結(jié)垢堵塞，保證罐內(nèi)pH值在可控范圍內(nèi)波動，提高了發(fā)酵生產(chǎn)水平。
【專利說明】
一種微生物培養(yǎng)罐裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生物發(fā)酵設(shè)備，具體涉及一種微生物培養(yǎng)罐裝置。
【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，主要通過發(fā)酵生產(chǎn)獲得。發(fā)酵生產(chǎn)的主要設(shè)備是培養(yǎng)罐裝置。在絕大多數(shù)發(fā)酵生產(chǎn)過程中，微生物會分泌出有機(jī)酸或堿性代謝物，導(dǎo)致發(fā)酵液PH值呈現(xiàn)波動，發(fā)酵生產(chǎn)過程中需適時補充中和劑，以維持合適的發(fā)酵酸堿度環(huán)境。
[0003]現(xiàn)有培養(yǎng)罐裝置，主要包括罐體、攪拌器、溫控列管、進(jìn)氣管、出氣管、進(jìn)料管、排料管、溫度電極、PH電極和溶氧電極?，F(xiàn)有培養(yǎng)罐一般通過單根管道將液體或粉末中和劑加入培養(yǎng)罐，由于培養(yǎng)罐往往體積龐大，導(dǎo)致中和劑不能在培養(yǎng)罐中迅速分散開來，引起局部pH值過高或過低，不利于微生物發(fā)酵的進(jìn)行。此外某些固體中和劑添加不易，易導(dǎo)致管道堵塞，也不利于生產(chǎn)的進(jìn)行。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，一種是以懸濁液形式流加，另一種是以固體粉末形式加入。以懸濁液形式加入存在氫氧化鈣容易結(jié)垢、堵塞管道的問題;而以固體粉末形式加入會導(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】

[0004]本發(fā)明提供一種微生物培養(yǎng)罐裝置，解決現(xiàn)有培養(yǎng)罐裝置所存在的pH值控制不均的問題，以優(yōu)化中和劑添加方式、提高發(fā)酵生產(chǎn)效率。
[0005]本發(fā)明所提供的一種微生物培養(yǎng)罐裝置，包括培養(yǎng)罐、中和劑儲罐、循環(huán)栗和可編程邏輯控制器(PLC);所述培養(yǎng)罐包括罐體和多個攪拌器，所述罐體具有溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)罐體的溫度;所述多個攪拌器在罐體內(nèi)部沿罐體中軸線分布，罐體頂部具有進(jìn)氣管、出氣管、進(jìn)料管，罐體底部具有排料管，罐體的側(cè)壁插入PH電極;所述中和劑儲罐底部通過管道與循環(huán)栗進(jìn)口連接，循環(huán)栗出口通過管道分別連接控制閥門一端和中和劑送料管，中和劑送料管連通所述中和劑儲罐的頂部；所述PH電極通過導(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)的輸出端通過導(dǎo)線連接控制閥門的控制端;其特征在于:
[0006]其還包括呼吸器以及多個中和劑分布器，所述呼吸器為微孔過濾器，裝于罐體頂部，用于進(jìn)料和排料時罐體與大氣相通；
[0007]所述控制閥門另一端通過管道分別連接多個中和劑分布器，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，多個中和劑分布器在罐體內(nèi)部沿罐體中軸線分布，且與所述多個攪拌器交叉間隔排列，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直。
[0008]所述的微生物培養(yǎng)罐裝置，其特征在于:
[0009 ]所述罐體的溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)為沿罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管或者罐體的側(cè)壁具有環(huán)繞的空心夾層，溫控列管和空心夾層用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對罐體升溫或降溫；
[0010]構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為罐體直徑的1/4?3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為0.5cm?30cm。
[0011]所述的微生物培養(yǎng)罐裝置，其特征在于:
[0012]所述中和劑儲罐為2個，2個中和劑儲罐并聯(lián)，分別用于儲備酸性中和劑和堿性中和劑。
[0013]pH電極位于罐體合適的位置實時測量發(fā)酵液pH值，并提供數(shù)據(jù)給可編程邏輯控制器(PLC);可編程邏輯控制器(PLC)通過數(shù)據(jù)線與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并控制控制閥門的開關(guān)；中和劑儲罐，罐體采用堅固耐腐蝕的材質(zhì)，如不銹鋼材質(zhì)或塑料材質(zhì)，以防中和劑腐蝕、泄露;循環(huán)栗依據(jù)實際工藝需要選擇，以便將中和劑壓入培養(yǎng)罐內(nèi)并使中和劑流動防止沉淀。
[0014]當(dāng)發(fā)酵生產(chǎn)開始后，啟動循環(huán)栗，使中和劑在管道內(nèi)循環(huán)流動，隨著發(fā)酵進(jìn)行，發(fā)酵液的PH值改變，通過pH電極、可編程邏輯控制器(PLC)及控制閥門組成的自控系統(tǒng)，控制種子或發(fā)酵液的PH值為設(shè)定參數(shù)，根據(jù)設(shè)定的pH值參數(shù)，控制閥門開啟或關(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)，實現(xiàn)發(fā)酵液PH值自動調(diào)節(jié)至設(shè)定參數(shù)。
[0015]許多大噸位的發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)品主要依靠產(chǎn)量取勝，生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)工藝只有做到精細(xì)化才能將降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明在培養(yǎng)罐中設(shè)置多層中和劑分布器，可通過循環(huán)流動系統(tǒng)將中和劑隨時均勻送入罐內(nèi)各個部位，提高了中和劑加入精度，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，保證罐內(nèi)PH值在可控范圍內(nèi)波動，提高了發(fā)酵生產(chǎn)水平，適用于采用細(xì)菌和酵母等單細(xì)胞微生物為生產(chǎn)菌的發(fā)酵生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明發(fā)酵裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明包括培養(yǎng)罐100、中和劑儲罐200、循環(huán)栗300和可編程邏輯控制器(PLC)400;所述培養(yǎng)罐100包括罐體110和多個攪拌器130，所述罐體110具有溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)罐體110的溫度;所述多個攪拌器130在罐體110內(nèi)部沿罐體中軸線分布，罐體110頂部具有進(jìn)氣管111、出氣管112、進(jìn)料管113，罐體110底部具有排料管114，罐體110的側(cè)壁插入pH電極410;所述中和劑儲罐200底部通過管道與循環(huán)栗300進(jìn)口連接，循環(huán)栗300出口通過管道分別連接控制閥門310—端和中和劑送料管320，中和劑送料管320連通所述中和劑儲罐200的頂部;所述pH電極410通過導(dǎo)線連接可編程邏輯控制器(PLC)400的輸入端，可編程邏輯控制器(PLC)400的輸出端通過導(dǎo)線連接控制閥門310的控制端；
[0019]其還包括呼吸器140以及多個中和劑分布器150，所述呼吸器為微孔過濾器，裝于罐體110頂部，用于進(jìn)料和排料時罐體110與大氣相通；
[0020]所述控制閥門310另一端通過管道分別連接多個中和劑分布器150，所述中和劑分布器150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，多個中和劑分布器150在罐體110內(nèi)部沿罐體中軸線分布，且與所述多個攪拌器130交叉間隔排列，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直。
[0021]實施例1，罐體容積500m3，所述罐體110的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管120，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對罐體升溫或降溫，呼吸器140為0.2μπι的微孔過濾器；
[0022]中和劑儲罐200為I個，儲備堿性中和劑;構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為罐體110直徑的1/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為30cm。
[0023]使用該裝置采用乳酸細(xì)菌進(jìn)行乳酸發(fā)酵生產(chǎn)，采用耐高溫厭氧乳酸細(xì)菌(干酪乳酸桿菌Lactobacillus casei B9232)進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。將培養(yǎng)罐用蒸汽滅菌消毒后加入已滅菌的培養(yǎng)基，使用溫控列管將培養(yǎng)基溫度控制在40°C ;再將種子加入到培養(yǎng)罐100中，在中和劑儲罐200中加入已消毒滅菌的氫氧化鈣懸濁液，打開循環(huán)栗300，使氫氧化鈣懸濁液在中和劑送料管320內(nèi)循環(huán)流動以免沉降結(jié)垢。使用可編程邏輯控制器(PLC)400依據(jù)pH電極410檢測數(shù)據(jù)，通過控制閥門310控制中和劑氫氧化鈣的添加，最終使發(fā)酵培養(yǎng)過程中的pH值穩(wěn)定在6.5。約37小時左右，發(fā)酵結(jié)束放罐，放罐乳酸濃度178g/L，發(fā)酵時間縮短，乳酸產(chǎn)量提尚O
[0024]實施例2，罐體容積8L，所述罐體110的側(cè)壁具有環(huán)繞的空心夾層，用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對罐體升溫或降溫，呼吸器140為0.2μπι的微孔過濾器；
[0025]中和劑儲罐200為2個，2個中和劑儲罐200并聯(lián)，分別用于儲備酸性中和劑和堿性中和劑;構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為罐體110直徑的3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為0.5cm0
[0026]使用該裝置采用酵母菌進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)活性酵母菌絲體，使用無糖酵母菌株(面包酵母Saccharomyces cerevisiae CICC 1525)進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。將培養(yǎng)罐用蒸汽滅菌消毒后加入已滅菌的培養(yǎng)基，使用空心夾層將培養(yǎng)基溫度控制在32°C;再將種子加入到培養(yǎng)罐100中，采用流加糖蜜的方式補料培養(yǎng)。在兩套并聯(lián)的中和劑儲罐200中，分別加入已滅菌的30 %的硫酸和30 %的碳酸鈉溶液。在發(fā)酵前期，發(fā)酵液pH值有下降趨勢，打開循環(huán)栗300，先使30%的碳酸鈉溶液在中和劑送料管320內(nèi)循環(huán)流動，使用可編程邏輯控制器(PLC)400依據(jù)PH電極410檢測數(shù)據(jù)，通過控制閥門310控制中和劑碳酸鈉溶液的添加，使發(fā)酵培養(yǎng)過程中的PH值穩(wěn)定在4.3;發(fā)酵后期，發(fā)酵液pH值有上升趨勢，將中和劑送料管320內(nèi)碳酸鈉溶液排出，將30 %的硫酸加入到中和劑送料管320內(nèi)，使發(fā)酵培養(yǎng)過程中的pH值穩(wěn)定在4.3。約20小時左右，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結(jié)束發(fā)酵放罐，發(fā)酵時間縮短，酵母產(chǎn)量提高。
【主權(quán)項】
1.一種微生物培養(yǎng)罐裝置，包括培養(yǎng)罐(100 )、中和劑儲罐(200)、循環(huán)栗(300)和可編程邏輯控制器(400);所述培養(yǎng)罐(100)包括罐體(110)和多個攪拌器(130)，所述罐體(110)具有溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)罐體(110)的溫度;所述多個攪拌器(130)在罐體(110)內(nèi)部沿罐體中軸線分布，罐體(110)頂部具有進(jìn)氣管(111)、出氣管(112)、進(jìn)料管(130)，罐體(110)底部具有排料管(114)，罐體(110)的側(cè)壁插入pH電極(410);所述中和劑儲罐(200)底部通過管道與循環(huán)栗(300)進(jìn)口連接，循環(huán)栗(300)出口通過管道分別連接控制閥門(310)—端和中和劑送料管(320)，中和劑送料管(320)連通所述中和劑儲罐(200)的頂部;所述pH電極(410)通過導(dǎo)線連接可編程邏輯控制器(400)的輸入端，可編程邏輯控制器(400)的輸出端通過導(dǎo)線連接控制閥門(310)的控制端;其特征在于: 其還包括呼吸器(140)以及多個中和劑分布器(150)，所述呼吸器為微孔過濾器，裝于罐體(110)頂部，用于進(jìn)料和排料時罐體(110)與大氣相通； 所述控制閥門(310)另一端通過管道分別連接多個中和劑分布器(150)，所述中和劑分布器(150)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，多個中和劑分布器(150)在罐體(110)內(nèi)部沿罐體中軸線分布，且與所述多個攪拌器(130)交叉間隔排列，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直。2.如權(quán)利要求1所述的微生物培養(yǎng)罐裝置，其特征在于: 所述罐體(110)的溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)為沿罐體的內(nèi)壁均勻分布有溫控列管(120)或者罐體的側(cè)壁具有環(huán)繞的空心夾層，溫控列管和空心夾層用于通入熱介質(zhì)或冷介質(zhì)，對罐體升溫或降溫； 構(gòu)成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為罐體(110)直徑的1/4?3/4，不銹鋼管的內(nèi)徑為0.5cm ?30cm。3.如權(quán)利要求1或2所述的微生物培養(yǎng)罐裝置，其特征在于: 所述中和劑儲罐(200)為2個，2個中和劑儲罐(200)并聯(lián)，分別用于儲備酸性中和劑和堿性中和劑。
【文檔編號】C12M1/36GK105838594SQ201610321215
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】盧正東, 龔道夷, 陳情, 夏煒鎧, 張磊, 余龍江
【申請人】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)開發(fā)有限公司, 華中科技大學(xué)