[發(fā)明專利]發(fā)酵罐精確計(jì)量流加裝置及高濃度溶液的流加方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110450735.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102533540A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田一梅;張笑然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)生物技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): C12M1/36
• 分類號(hào): C12M1/36;C12M1/12;C12Q3/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)酵罐的精確計(jì)量流加裝置及高濃度溶液的流加方法，尤其是涉及在發(fā)酵過(guò)程中精確地控制流加高濃度流加液體積和流加速度的裝置和方法。

背景技術(shù)

發(fā)酵過(guò)程中常以某一營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為限制性基質(zhì)，采用營(yíng)養(yǎng)物流加技術(shù)是常用的一種發(fā)酵調(diào)控策略，流加補(bǔ)料操作往往是生物反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化調(diào)控的關(guān)鍵操作，因此，流加補(bǔ)料裝置已經(jīng)成為絕大多數(shù)生物反應(yīng)器的必配裝置。發(fā)酵過(guò)程中流加的物料有酸、堿、中和劑、消泡劑、碳源、氮源、酶制劑、前體和誘導(dǎo)物等，現(xiàn)代生物反應(yīng)過(guò)程對(duì)補(bǔ)料計(jì)量、補(bǔ)料控制精度及周期的要求越來(lái)越高。

現(xiàn)有的發(fā)酵罐計(jì)量流加補(bǔ)料裝置和流加工藝，必須滿足流加液、流加管路和補(bǔ)料罐、補(bǔ)料杯或計(jì)量杯，甚至計(jì)量泵都要能高溫滅菌，無(wú)滅菌死角，一般要達(dá)到1％的流加計(jì)量精度，流加速度可控制，以及價(jià)格合理等幾個(gè)方面的要求。目前在生物反應(yīng)過(guò)程中比較常用的有連續(xù)式和離散式兩大類流加補(bǔ)料裝置，但能同時(shí)符合上述多個(gè)條件的計(jì)量流加裝置很少。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型發(fā)酵罐的計(jì)量流加裝置，大多采用蠕動(dòng)泵和稱重補(bǔ)料傳感器；大型發(fā)酵罐系統(tǒng)的流加補(bǔ)料裝置，采用占空比控制可調(diào)的隔膜閥、智能稱量補(bǔ)料裝置。

蠕動(dòng)泵流加補(bǔ)料裝置，由于蠕動(dòng)泵的不同硅膠管的管徑及彈性，空轉(zhuǎn)和蠕動(dòng)泵進(jìn)出口壓差不同，以及電機(jī)啟動(dòng)的靜摩擦力等，依據(jù)轉(zhuǎn)速或開(kāi)通時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)料計(jì)量會(huì)帶來(lái)很大誤差，蠕動(dòng)泵的特點(diǎn)也不適合大型發(fā)酵罐的大流量計(jì)量流加。

連續(xù)式計(jì)量補(bǔ)料裝置，使用電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)等，精度高，但價(jià)格也高。如果流加液中有氣泡存在，還會(huì)影響精度，而且必須配用價(jià)格昂貴的連續(xù)調(diào)節(jié)閥。

離散式計(jì)量流加補(bǔ)料裝置，有計(jì)量杯式、三閥系統(tǒng)和電磁計(jì)量泵三種。計(jì)量杯式流加補(bǔ)料裝置，是以計(jì)量杯為計(jì)量單位，即使每次計(jì)量正確，最高精度也只有計(jì)量杯的容積，在發(fā)酵過(guò)程中罐壓、起泡等因素影響其計(jì)量的準(zhǔn)確性。三閥系統(tǒng)流加補(bǔ)料裝置，以閥腔為計(jì)量單位，價(jià)格高，對(duì)進(jìn)出口的壓力要求較高，料液中的氣泡等影響計(jì)量精度。電磁計(jì)量泵流加補(bǔ)料裝置，以泵的工作時(shí)間積算補(bǔ)料量，價(jià)格高，而且不能耐蒸汽滅菌。

專利(申請(qǐng)?zhí)枺?00810033769.8)公開(kāi)了一種流體補(bǔ)料稱重計(jì)量控制裝置，直接稱量每次補(bǔ)料的重量，并經(jīng)智能模塊運(yùn)算補(bǔ)料量。該裝置的閥門(mén)系統(tǒng)復(fù)雜；稱量模塊或電子秤要很好地防止實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)環(huán)境的潮濕影響；稱量補(bǔ)料系統(tǒng)管路用軟管連接，管路耐久性差；稱量系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的振動(dòng)干擾敏感，要克服連接管道的撓性干擾和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及不同轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩干擾，克服反應(yīng)罐整機(jī)搖擺所造成的局部應(yīng)力集中；二次儀表的設(shè)計(jì)要具備自動(dòng)標(biāo)定、去皮、累計(jì)、速率等稱重操作，克服振動(dòng)等影響；還必須克服罐上人工操作時(shí)的瞬時(shí)接觸干擾等。

現(xiàn)有的發(fā)酵罐計(jì)量流加補(bǔ)料方式，除了強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和氨水等本身就能殺菌的物質(zhì)以外，為了防止發(fā)酵染菌，流加液均需要經(jīng)過(guò)蒸汽滅菌后流加到發(fā)酵罐中，對(duì)流加罐和流加液流加過(guò)程經(jīng)過(guò)的管、泵、閥等都要以蒸汽滅菌，蒸汽滅菌過(guò)程的能耗高；熱敏性流加物不能蒸汽滅菌，有些物料(如葡萄糖)經(jīng)蒸汽滅菌后顏色變深，部分成分發(fā)生變化；流加液的濃度不高，流加后對(duì)發(fā)酵液的稀釋率較高，對(duì)發(fā)酵液中的產(chǎn)物稀釋率較高，發(fā)酵罐的罐容利用率不高。

隨著技術(shù)進(jìn)步，計(jì)量泵的精度不斷提高。我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T?53192-1999《計(jì)量泵產(chǎn)品質(zhì)量分等》中規(guī)定，計(jì)量泵的穩(wěn)定性精度、線性度和復(fù)現(xiàn)性精度均為±1％。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T?7782-2008《計(jì)量泵》規(guī)定，計(jì)量泵在額定條件下和最大相對(duì)行程長(zhǎng)度處的流量計(jì)量精度應(yīng)不低于1％。

微生物的生長(zhǎng)繁殖與水分活度(Aw)相關(guān)，微生物的活動(dòng)和生物化學(xué)反應(yīng)都需要一定的Aw值，物料中的水分活度低于某一臨界Aw值時(shí)，其中的微生物則停止生長(zhǎng)繁殖。微生物的這種特性，已被應(yīng)用在許多液態(tài)食品的保存上。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的計(jì)量流加補(bǔ)料裝置和方法的缺陷，本發(fā)明提供一種在發(fā)酵過(guò)程中精確地控制流加高濃度流加液體積和流加速度的裝置和方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種精確計(jì)量流加補(bǔ)料裝置，包括發(fā)酵罐、膜過(guò)濾器、計(jì)量泵、流加罐、閥門(mén)和電子監(jiān)控系統(tǒng)組成，從發(fā)酵罐1通過(guò)管路依次連接流加管閥門(mén)8、過(guò)濾器后閥門(mén)7、膜過(guò)濾器2、計(jì)量泵出液閥門(mén)5、計(jì)量泵3、計(jì)量泵進(jìn)液閥門(mén)11和流加罐4；排汽閥門(mén)6以管路連接在計(jì)量泵出液閥門(mén)5的發(fā)酵罐1一側(cè)，排汽閥門(mén)10通過(guò)管路連接在流加管閥門(mén)8的發(fā)酵罐1一側(cè)；蒸汽閥門(mén)9的一頭通過(guò)管路連接在流加管閥門(mén)8的過(guò)濾器后閥門(mén)7一側(cè)，蒸汽閥門(mén)9的另一頭連接蒸汽管路S。

本發(fā)明的電子監(jiān)控系統(tǒng)：采用通用的可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)都可以，也可以采用以下的電子監(jiān)控系統(tǒng)：