本發(fā)明涉及發(fā)酵過程取樣檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種取樣裝置及發(fā)酵罐無菌取樣方法。

背景技術(shù)：

生物反應(yīng)器是利用酶或生物體(如微生物)所具有的生物功能，在體外進(jìn)行生化反應(yīng)的裝置系統(tǒng)，它是一種生物功能模擬機(jī)(容器)，如發(fā)酵罐、酶或細(xì)胞反應(yīng)器等，在食品與發(fā)酵(如酒類、氨基酸、有機(jī)酸)、醫(yī)藥(抗生素、干擾素)、環(huán)境(生物降解)、生物能源(纖維素乙醇、產(chǎn)油微藻、沼氣)等生產(chǎn)和科研領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

要維持生物反應(yīng)器的高效運(yùn)行，即獲得最大的生物轉(zhuǎn)化率和最低的成本，需要對(duì)反應(yīng)器中的生物過程進(jìn)行控制，其控制的基礎(chǔ)就是對(duì)反應(yīng)器內(nèi)各種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

生物反應(yīng)器的檢測(cè)方式有離線檢測(cè)和在線檢測(cè)兩種。離線檢測(cè)是由人工取樣，然后，將樣品送到化驗(yàn)室或儀器室，通過專用儀器進(jìn)行測(cè)定。在線檢測(cè)是把檢測(cè)儀器直接與反應(yīng)器連接在一起或檢測(cè)傳感器探頭插入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)是取樣和檢測(cè)過程可連續(xù)、迅速、準(zhǔn)確完成，能及時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)的反映反應(yīng)器生化過程的動(dòng)態(tài)變化，有利于生物反應(yīng)過程的優(yōu)化與控制。

在線檢測(cè)系統(tǒng)一般包含2個(gè)部分：(1)分析檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備(檢測(cè)裝置)；(2)能將檢測(cè)裝置和反應(yīng)器內(nèi)部介質(zhì)相結(jié)合的裝置即取樣裝置。

現(xiàn)有技術(shù)中的取樣裝置主要包括兩類，其中，一類是由管道和閥門組成，一類是分離膜過濾。管道閥門組成的取樣裝置不足之處在于：取出的是反應(yīng)器內(nèi)原樣，含有菌體、原料粗渣等，往往需經(jīng)過過濾處理后才能進(jìn)入儀器測(cè)定；為避免取樣過程的污染，必須需要配置滅菌裝置，如蒸汽、紫外燈等。對(duì)于分離膜過濾取樣，由于膜的孔徑阻止了菌體的通過，避免了外源污染，不足之處是液體中的雜質(zhì)容易造成分離膜網(wǎng)孔的阻塞，過濾穩(wěn)定性差，需要經(jīng)常清洗或更換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種取樣效率高、取樣質(zhì)量好、使用安全方便的取樣裝置及發(fā)酵罐無菌取樣方法，以解決現(xiàn)有發(fā)酵罐無菌取樣裝置及取樣方法裝置中分離膜網(wǎng)孔易阻塞、易污染導(dǎo)致取樣樣品質(zhì)量差、取樣效率低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種取樣裝置，包括高溫高壓氣體發(fā)生器、分離膜管、支撐體和樣品池，所述分離膜管固定在所述支撐體上，所述分離膜管的外壁周圈和外界直接接觸，所述分離膜管的一端通過第一管路與所述高溫高壓氣體發(fā)生器相連接，所述第一管路上設(shè)置有穩(wěn)壓穩(wěn)流閥，所述分離膜管的另一端通過第二管路與所述樣品池相連接，所述第二管路上設(shè)置有第一開關(guān)閥。

優(yōu)選的，所述支撐體上設(shè)置有流體通道，所述分離膜管的兩端分別與相應(yīng)的所述流體通道相連接，所述流體通道分別與所述第一管路和所述第二管路相連接。

優(yōu)選的，所述第二管路上還設(shè)置有第二開關(guān)閥，所述第二開關(guān)閥靠近其中一個(gè)所述流體通道。

優(yōu)選的，所述分離膜管的兩端與所述流體通道的連接處設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述分離膜管的材質(zhì)為多孔陶瓷或有機(jī)高分子膜；優(yōu)選的，所述多孔陶瓷或有機(jī)高分子膜的孔徑在0.1-0.2μm。

優(yōu)選的，所述第二管路上還設(shè)置有第二開關(guān)閥，所述第二開關(guān)閥靠近所述分離膜管。

優(yōu)選的，所述取樣裝置還包括抽取裝置，所述抽取裝置通過第三管路與所述第二管路相連接，所述第三管路與所述第二管路的連接處位于所述第一開關(guān)閥與所述分離膜管之間。

優(yōu)選的，所述第三管路上設(shè)置有第三開關(guān)閥。

本發(fā)明中應(yīng)用上述取樣裝置，還提供了一種發(fā)酵罐無菌取樣方法，其特征在于，包括如下步驟：

將取樣裝置中的支撐體和分離膜管插入發(fā)酵罐；

所述取樣裝置中的穩(wěn)壓穩(wěn)流閥、第一開關(guān)閥、第二開關(guān)閥和第三開關(guān)閥開啟，并通過高溫高壓氣體發(fā)生器向所述取樣裝置中通入高溫高壓氣體進(jìn)行滅菌；

滅菌完成后關(guān)閉所述高溫高壓氣體發(fā)生器，并將所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥和所述第一開關(guān)閥關(guān)閉，所述第二開關(guān)閥和所述第三開關(guān)閥開啟，所述取樣裝置中的抽取裝置啟動(dòng)，所述抽取裝置將所述分離膜管外部的發(fā)酵液，抽入所述分離膜管的內(nèi)部；

所述抽取裝置抽取完成后關(guān)閉所述抽取裝置，并將所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥、所述第一開關(guān)閥和所述第二開關(guān)閥開啟，將所述第三開關(guān)閥關(guān)閉，所述高溫高壓氣體發(fā)生器啟動(dòng)，所述高溫高壓氣體發(fā)生器產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)所述分離膜管內(nèi)部的發(fā)酵液進(jìn)入所述取樣裝置中的樣品池。

優(yōu)選的，取樣完成后，保持所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥開啟，并將所述第一開關(guān)閥、所述第二開關(guān)閥和所述第三開關(guān)閥關(guān)閉，所述高溫高壓氣體發(fā)生器產(chǎn)生的高溫高壓氣體對(duì)所述分離膜管進(jìn)行反沖洗。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下有益效果：

1、本發(fā)明中采用設(shè)置高溫高壓氣體發(fā)生器的方式，使得高溫高壓氣體可以消除取樣裝置管路內(nèi)殘留的液滴，避免了分離膜管外發(fā)酵液進(jìn)入管內(nèi)后與殘留液體融合后產(chǎn)生濃度誤差的問題，進(jìn)而保證了管內(nèi)樣品濃度和管外發(fā)酵液濃度的一致性，同時(shí)高溫高壓氣體也可以防止管道內(nèi)產(chǎn)生微生物，避免了發(fā)酵液樣品進(jìn)入分離膜管內(nèi)發(fā)生污染的問題，也了防止了管內(nèi)壁生長微生物導(dǎo)致分離膜管內(nèi)部堵塞的問題。

2、本發(fā)明中分離膜管的材質(zhì)為多孔陶瓷或有機(jī)高分子膜，能耐高溫滅菌，孔徑在0.1-0.2μm之間，微生物不能通過，能有效防止取樣樣品中存在菌體，取出的樣品(發(fā)酵液)沒有雜質(zhì)，不需過濾處理就適用于多種分析儀器直接測(cè)定。

3、本發(fā)明中在每次采樣過程中或者完成后，可以對(duì)分離膜管進(jìn)行高溫高壓氣體的反向沖洗，清洗掉附著在管路外壁的菌體，保持管路外壁的長期清潔，避免了樣品流通的生物污染堵塞，提高了取樣效率。

4、本發(fā)明中在進(jìn)行取樣工作之前，先通過高溫高壓氣體發(fā)生器產(chǎn)生的高溫高壓氣體對(duì)整個(gè)取樣裝置進(jìn)行滅菌處理，保證取樣裝置本身不存在污染源，避免了由于取樣裝置的污染物導(dǎo)致整個(gè)發(fā)酵罐被污染的問題，提高了取樣過程的安全性能。

5、由于使用取樣裝置在發(fā)酵罐取出的樣品中含有豐富的營養(yǎng)物，易在流通管道(包括分離膜管、第一管路、第二管路、流體通道等)中產(chǎn)生殘留，引起流通管道的污染，本發(fā)明中通過高溫高壓氣體發(fā)生器產(chǎn)生的高溫高壓氣體對(duì)整個(gè)流通管道進(jìn)行滅菌，可避免流通管道污染造成的管道堵塞，提高了管道流通的穩(wěn)定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明取樣裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-高溫高壓氣體發(fā)生器、2-分離膜管、3-支撐體、4-樣品池、5-第一管路、6-穩(wěn)壓穩(wěn)流閥、7-第二管路、8-第一開關(guān)閥、9-流體通道、10-第二開關(guān)閥、11-密封結(jié)構(gòu)、12-抽取裝置、13-第三開關(guān)閥、14-第三管路。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種取樣效率高、取樣質(zhì)量好、使用方便的取樣裝置及發(fā)酵罐無菌取樣方法，以解決現(xiàn)有發(fā)酵罐無菌取樣裝置及取樣方法裝置中分離膜網(wǎng)孔易阻塞、易污染導(dǎo)致取樣樣品質(zhì)量差、取樣效率低的問題。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種取樣裝置，包括高溫高壓氣體發(fā)生器1、分離膜管2、支撐體3和樣品池4，所述分離膜管2固定在所述支撐體3上，所述分離膜管2的外壁周圈和外界直接接觸，所述分離膜管2的一端通過第一管路5與所述高溫高壓氣體發(fā)生器1相連接，所述第一管路5上設(shè)置有穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6，所述分離膜管2的另一端通過第二管路7與所述樣品池4相連接，所述第二管路7上設(shè)置有第一開關(guān)閥8。

本發(fā)明取樣裝置在工作過程中，高溫高壓氣體發(fā)生器1中產(chǎn)生高溫高壓氣體，高溫高壓氣體經(jīng)過穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6的控制穩(wěn)定的輸送到取樣裝置的管路系統(tǒng)中，在取樣裝置進(jìn)行取樣工作之前高溫高壓氣體可以對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行滅菌，在進(jìn)行取樣工作時(shí)高溫高壓氣體推動(dòng)由分離膜管2滲透入管路內(nèi)部的樣品，使得樣品進(jìn)入樣品池4中，等待使用；在取樣工作完成之后，關(guān)閉設(shè)置在第二管路7上的第一開關(guān)閥8，使得高溫高壓氣體在分離膜管2的孔隙中流出，形成氣體反沖洗，清洗掉附著在分離膜管2管路外壁的菌體，保持管路外壁的長期清潔。其中，支撐體3是由有機(jī)材料棒加工而成的圓柱體結(jié)構(gòu)，直徑為1.0-2.5cm，分離膜管2的內(nèi)徑徑為0.5-2.0mm。

由于高溫高壓氣體在管路中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的作用力(如對(duì)管壁沖擊力)，容易對(duì)管路產(chǎn)生損壞，或者對(duì)管路連接處(如第一管路5與分離膜管2的連接處，若第一管路5在高溫高壓氣體的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)或抖動(dòng)，將破壞連接處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響使用壽命和密封性)的密封性能產(chǎn)生影響，為了保證管路的使用壽命和密封性，本發(fā)明中在所述支撐體3上設(shè)置有流體通道9，所述分離膜管2的兩端分別與相應(yīng)的所述流體通道9相連接，所述流體通道9分別與所述第一管路5和所述第二管路7相連接。本發(fā)明中采用在支撐體3上設(shè)置流體通道9的方式，使得分離膜管2的兩端通過相應(yīng)的流體通道9分別第一管路5和第二管路7相連接，避免了分離膜管2直接與第一管路5和第二管路7相連接，保證管路(包括分離膜管2、第一管路5、第二管路7等)的使用壽命和密封性，其中，流體通道9呈u型，即u型擴(kuò)散管道，管道內(nèi)徑為0.5-2.0mm。

為了避免反沖洗過程中高溫高壓氣體對(duì)第二管路7產(chǎn)生的不良影響，如氣體沖擊導(dǎo)致第二管路7使用壽命低，又或者由于過長的第二管路7導(dǎo)致反沖洗氣體壓力不足的問題，本發(fā)明中在所述第二管路7上還設(shè)置有第二開關(guān)閥7，所述第二開關(guān)閥7靠近其中一個(gè)所述流體通道9(此流體通道9為與第二管路7相連接的流體通道9)；在進(jìn)行反沖洗過程中關(guān)閉第二開關(guān)閥7，縮短高溫高壓氣體在第二管路7中的流動(dòng)距離。

本發(fā)明中所述分離膜管2的兩端與所述流體通道9的連接處設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)11，保證分離膜管2與流體通道9的密封性能，其中，密封結(jié)構(gòu)11可以為密封圈。

本發(fā)明中所述分離膜管2的材質(zhì)為多孔陶瓷或有機(jī)高分子膜；優(yōu)選的，所述多孔陶瓷或有機(jī)高分子膜的孔徑在0.1-0.2μm。

為了避免反沖洗過程中高溫高壓氣體對(duì)第二管路7產(chǎn)生的不良影響，如氣體沖擊導(dǎo)致第二管路7使用壽命低，又或者由于過長的第二管路7導(dǎo)致反沖洗氣體壓力不足的問題，本發(fā)明中在所述第二管路7上還設(shè)置有第二開關(guān)閥7，所述第二開關(guān)閥7靠近所述分離膜管2(即靠近第二管路7與分離膜管2的連接處)，在進(jìn)行反沖洗過程中關(guān)閉第二開關(guān)閥7，縮短高溫高壓氣體在第二管路7中的流動(dòng)距離。

為了提高取樣裝置的取樣效率，本發(fā)明中所述取樣裝置還包括抽取裝置12，所述抽取裝置12通過第三管路14與所述第二管路7相連接，所述第三管路14與所述第二管路7的連接處位于所述第一開關(guān)閥8與所述分離膜管2之間，在取樣過程中抽取裝置12抽取管路系統(tǒng)(包括分離膜管2、第一管路5、第二管路7、第三管路14等)內(nèi)部的氣體，使得管路系統(tǒng)內(nèi)部形成負(fù)壓，進(jìn)而使得外界流體在負(fù)壓的作用下快速的進(jìn)入管路系統(tǒng)內(nèi)部，提高了取樣效率。

本發(fā)明中所述第三管路14上設(shè)置有第三開關(guān)閥13，實(shí)現(xiàn)對(duì)第三管路14的貫通或者關(guān)閉。

本發(fā)明中應(yīng)用上述取樣裝置，還提供了一種發(fā)酵罐無菌取樣方法，包括如下步驟：

將取樣裝置中的支撐體3和分離膜管2插入發(fā)酵罐；

所述取樣裝置中的穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6、第一開關(guān)閥8、第二開關(guān)閥7和第三開關(guān)閥13開啟，并通過高溫高壓氣體發(fā)生器1向所述取樣裝置中通入高溫高壓氣體進(jìn)行滅菌；

滅菌完成后關(guān)閉所述高溫高壓氣體發(fā)生器1，并將所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6和所述第一開關(guān)閥8關(guān)閉，所述第二開關(guān)閥7和所述第三開關(guān)閥13開啟，所述取樣裝置中的抽取裝置12啟動(dòng)，所述抽取裝置12將所述分離膜管2外部的發(fā)酵液，抽入所述分離膜管2的內(nèi)部；

所述抽取裝置12抽取完成后關(guān)閉所述抽取裝置12，并將所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6、所述第一開關(guān)閥8和所述第二開關(guān)閥7開啟，將所述第三開關(guān)閥13關(guān)閉，所述高溫高壓氣體發(fā)生器1啟動(dòng)，所述高溫高壓氣體發(fā)生器1產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)所述分離膜管2內(nèi)部的發(fā)酵液進(jìn)入所述取樣裝置中的樣品池4。

更進(jìn)一步的，在取樣完成后，保持所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6開啟，并將所述第一開關(guān)閥8、所述第二開關(guān)閥7和所述第三開關(guān)閥13關(guān)閉，所述高溫高壓氣體發(fā)生器1產(chǎn)生的高溫高壓氣體對(duì)所述分離膜管2進(jìn)行反沖洗。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。