1.本发明涉及微生物发酵领域，特别是涉及一种用于丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置。
背景技术：
2.丁酸梭菌是一种专性厌氧的革兰氏阳性芽孢杆菌，其直径为（0.6～1.2）
×
（3.0～7.0）
µ
m，两端钝圆，中间部分轻度膨胀，细菌呈直杆状或稍有弯曲，单个或成对，短链，偶见有丝状菌体，周身鞭毛，能运动。丁酸梭菌可促进动物肠道内有益菌群的增殖和发育，因此常被做为饲料添加剂。
3.丁酸梭菌是严格厌氧菌，在其生长繁殖的过程中会发酵葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖等碳水化合物产酸，由于酸性物质本身分子质量较大，容易聚集在发酵罐的底部，造成发酵罐中培养液的酸碱度出现分布不均的情况。另一方面，由于培养液的自然沉降，也会造成发酵罐中的有机物的分布出现不均，进而对丁酸梭菌的生长繁殖带来不利影响。
4.因此，现有技术在丁酸梭菌工业培养过程中，会定时往发酵罐中加入碱性物质，中和丁酸梭菌在发酵过程中产生的酸。并且在发酵罐内设置搅拌装置，对培养液进行搅拌，确保发酵罐内培养液酸碱度和有机物能够均匀。但依然存在不足，具体如下所述：搅拌装置的运转时会使培养液产生剪切力，特别是在搅拌装置桨叶的端部由于其线速度最大，所形成的剪切力也最为强烈。而对于丁酸梭菌而言，搅拌装置的运转时产生的剪切力，可能会使菌体上的鞭毛缠绕甚至造成菌体上的鞭毛断裂，进而造成丁酸梭菌的成活率下降。
5.因此，现在亟须一种用于丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，解决现有技术中存在的上述问题。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于：针对现有技术存在的，搅拌装置的运转时会使培养液产生剪切力，特别是在搅拌装置桨叶的端部由于其线速度最大，所形成的剪切力也最为强烈。而对于丁酸梭菌而言，搅拌装置的运转时产生的剪切力，可能会使菌体上的鞭毛缠绕甚至造成菌体上的鞭毛断裂，进而造成丁酸梭菌的成活率下降的问题，提供一种丁酸梭菌高密度培养装置及培养方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，包括罐体和安装在所述罐体上的搅拌装置，所述搅拌装置包括电机、驱动控制器、传动轴和搅拌叶片，所述电机安装在所述罐体的外部，所述传动轴一端与所述电机连接另一端与所述搅拌叶片连接，传递所述电机的动力驱动所述搅拌叶片在所述罐体内旋转，所述驱动控制器用于控制所述搅拌叶片呈周期转动，且使所述搅拌叶片在一个周期内转动的角度≤180
°
。
8.优选地，所述搅拌叶片转动时，使所述述罐体内的培养液产生的径向流的比例大于产生的轴向流的比例。
9.优选地，所述搅拌叶片的数量＞2片。
10.优选地，所述搅拌叶片在旋转时弯曲变形，使所述搅拌叶片的旋转半径减小。
11.优选地，所述搅拌叶片包括形变部分和刚性结构部分，所述形变部分位于所述搅拌叶片的端部，所述搅拌叶片随所述传动轴转动时，所述形变部分在培养液阻力下弯曲变形，所述刚性结构部分用于加强所述搅拌叶片整体的结构强度。
12.优选地，所述刚性结构部分的占比大于所述形变部分的占比。
13.优选地，所述搅拌叶片转动时，相邻周期的间隔时长≥所述形变部分变形后恢复的时长。
14.优选地，所述传动轴上的所述搅拌叶片设置为多层，且每层所述搅拌叶片能独立运行，或者相互配合运行。
15.优选地，在所述搅拌叶片上还设置有加热部件，所述加热部件用于提升所述罐体内的培养液的温度。
16.优选地，所述加热部件为若干加热片，所述加热片布满所述搅拌叶片的表面；且在所述搅拌叶片的一面上，所述加热片由所述搅拌叶片的表面向所述传动轴方向延伸，与所述搅拌叶片的表面形成小于90
°
的锐角；另一面上，所述加热片由所述搅拌叶片的表面向其端部方向延伸，与所述搅拌叶片的表面形成小于90
°
的锐角。
17.优选地，所述加热片与所述搅拌叶片表面形成的角度在30
°
~45
°
之间。
18.优选地，所述加热片靠近所述传动轴一侧的面积小于远离所述传动轴一侧的面积。
19.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1、本发明所述的一种丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，通过设置所述驱动控制器使所述搅拌叶片呈周期转动，且进一步约束所述搅拌叶片在一个周期内转动的角度≤180
°
，减弱了培养液中所形成的剪切力的强度，从而减小了在培养过程中丁酸梭菌受到的伤害，保证了丁酸梭菌在培养中的成活率，进而保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度；2、本发明所述的一种丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，设置所述搅拌叶片转动时，使所述述罐体内的培养液产生的径向流的比例大于产生的轴向流的比例。有效避免了所述搅拌叶片转动时对所述罐体内培养液的扰动过大，所述搅拌叶片运行时主要推动培养液向所述罐体的侧壁流动，所述罐体内培养液上下流动的趋势较小，避免了培养液出现剧烈的上下翻腾效应，从而避免了所述罐体内丁酸梭菌的生长环境出现剧烈的变化，造成丁酸梭菌的死亡，进一步保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度；3、本发明所述的一种丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，在所述搅拌叶片上还设置有加热部件。所述加热部件在运行时可提升所述罐体内的培养液的温度，培养液中的微粒在热运动原理下产生的物质迁移现象，即微观粒子在不停地做无规则的运动，且温度越高，热运动则越剧烈。在这一条件下，所述搅拌叶片可以在更低的转速下，将所述罐体内的培养液搅拌均匀。从而，有效解决了现有技术中存在的，在丁酸梭菌的工业培养中，为了保证大型发酵罐内的培养液能够搅拌均匀，所述搅拌装置需要较高的搅动强度，在培养液中所形成剪切力也随之增大，虽然是确保了培养液的均匀，但是在搅拌过程中丁酸梭菌收到的损伤也随之增大，造成了大规模丁酸梭菌培养中，丁酸梭菌成活率不高、发育迟缓以及繁殖率较低等问题，保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
附图说明
20.图1是一种丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置的结构示意图；图2是搅拌装置的局部结构示意图；图3是图2中所述a的结构示意图；图4是搅拌装置的局部俯视结构示意图；图5是搅拌装置转动过程中的局部俯视结构示意图。
21.图中标记：1-罐体，2-搅拌装置，3-电机，4-驱动控制器，5-传动轴，6-搅拌叶片，7-形变部分，8-刚性结构部分，9-加热部件，10-加热片。
具体实施方式
22.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.实施例1如图1所示，本发明所述的一种用于丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，包括罐体1和安装在所述罐体1上的搅拌装置2，所述搅拌装置2包括电机3、驱动控制器4、传动轴5和搅拌叶片6，所述电机3安装在所述罐体1的外部，所述传动轴5一端与所述电机3连接另一端与所述搅拌叶片6连接，传递所述电机3的动力驱动所述搅拌叶片6在所述罐体1内旋转，所述驱动控制器4用于控制所述搅拌叶片6呈周期转动，且使所述搅拌叶片6在一个周期内转动的角度≤180
°
。
25.采用发明所述的一种丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，通过设置所述驱动控制器4使所述搅拌叶片6呈周期转动，且进一步约束所述搅拌叶片6在一个周期内转动的角度≤180
°
，减弱了培养液中所形成的剪切力的强度，从而减小了在培养过程中丁酸梭菌受到的伤害，保证了丁酸梭菌在培养中的成活率，进而保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
26.具体地，在本实施例中，发明人考虑到现有技术中在进行丁酸梭菌的培养过程中，搅拌装置2的运转时会使培养液产生剪切力，特别是在搅拌装置2桨叶的端部由于其线速度最大，所形成的剪切力也最为强烈。而对于丁酸梭菌而言，搅拌装置2的运转时产生的剪切力，可能会使菌体上的鞭毛缠绕甚至造成菌体上的鞭毛断裂，进而造成丁酸梭菌的成活率下降。因此，在本实施例中，发明人过设置所述驱动控制器4使所述搅拌叶片6呈周期转动，且进一步约束所述搅拌叶片6在一个周期内转动的角度≤180
°
，减弱了培养液中所形成的剪切力的强度，从而减小了在培养过程中丁酸梭菌受到的伤害，保证了丁酸梭菌在培养中的成活率，进而保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
27.本实施例中，剪切力形成的原因如下，当所述搅拌叶片6在所述罐体1内搅动养液时，可以将培养液看成是一层层的流动，由于相邻层的培养液之间流动速度存在差异，造成了培养液相对移动的各层之间产生了内摩擦力，其方向一般是沿液层面的切线。单位面积上的剪切力与沿运动平面法线方向每单位长度的速度变化成正比，即流体的速度梯度越大，所形成的剪切力也就越大。本实施例中，所述搅拌叶片6在工作时，转动最多180
°
后停止一段时间，在所述述搅拌叶片6停止的时间段内，所述罐体1内被搅动的流动速度较快的培
养液分层会带动流动速度较慢的培养液分层，使相邻层培养液之间的流动速度差异逐渐减小；当所述搅拌叶片6第二次转动时，进一步加速所述搅拌叶片6所在位置的培养液，但此时相邻分层的培养液的流动速度已经提升，使得相邻分层的培养液之间的流动速度差减小，从而使得形成的剪切力减小，从而减小了在培养过程中丁酸梭菌受到的伤害，保证了丁酸梭菌在培养中的成活率，进而保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
28.实施例2如图1至图5所示，本发明所述的一种用于丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，在上述方式基础上，进一步的，所述搅拌叶片6转动时，使所述罐体1内的培养液产生的径向流的比例大于产生的轴向流的比例。
29.本实施例中，轴向流是指所述搅拌叶片6运行时，使所述罐体1内培养液的流动方向平行于搅拌轴，培养液由所述搅拌叶片6推动，使培养液向下流动，遇到所述罐体1底面再向上翻，形成上下循环流；径向流是指所述搅拌叶片6运行时，使所述罐体1内培养液的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到所述罐体1侧壁分成二股流体分别向上、向下流动，再回到所述搅拌叶片6的叶端，不穿过所述搅拌叶片6，形成上、下二个循环流动。本实施例中，发明人考虑到，对于丁酸梭菌的工业培养而言，其使用的发酵罐的体量较为巨大，造成所述罐体1底部和顶部的压力差异十分巨大，若所述搅拌装置2对所述罐体1内培养液的扰动过大，可能使得所述罐体1内底部和顶部的丁酸梭菌的生长位置发生快速的调换，造成丁酸梭菌的生长环境发生剧烈变化，进而对其生长繁殖带来不利影响。本实施例中，发明人设置所述搅拌叶片6转动时，使所述述罐体1内的培养液产生的径向流的比例大于产生的轴向流的比例。有效避免了所述搅拌叶片6转动时对所述罐体1内培养液的扰动过大，所述搅拌叶片6运行时主要推动培养液向所述罐体1的侧壁流动，所述罐体1内培养液上下流动的趋势较小，避免了培养液出现剧烈的上下翻腾效应，从而避免了所述罐体1内丁酸梭菌的生长环境出现剧烈的变化，造成丁酸梭菌的死亡，进一步保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
30.作为优选的实施方式，在上述方式基础上，进一步的，所述搅拌叶片6的数量＞2片。
31.能满足所述搅拌叶片6转动时，使所述罐体1内的培养液产生的径向流的比例大于产生的轴向流的比例的所述搅拌叶片6的类型为涡轮式搅拌器，设置涡轮式搅拌器的数量＞2片，在避免造成所述罐体1内培养液过大扰动的前提下，保证了搅拌效果，使所述罐体1内有机物的分布更加均匀，使得丁酸梭菌在培养中能够更好的生长繁殖，进而再进一步保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
32.实施例3如图1至图5所示，本发明所述的一种用于丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，在上述方式基础上，进一步的，所述搅拌叶片6在旋转时弯曲变形，使所述搅拌叶片6的旋转半径减小。
33.在上述方案中，发明人通过设置所述驱动控制器4使所述搅拌叶片6呈周期转动，且进一步约束所述搅拌叶片6在一个周期内转动的角度≤180
°
，使得相邻分层的培养液之间的流动速度差减小，从而使得形成的剪切力减小，从而减小了在培养过程中丁酸梭菌受到的伤害，提高了丁酸伸梭菌的发酵密度。但依然存在不足，所述搅拌叶片6在周期性转动时，在所述搅拌叶片6的端部区域由于其线速度最大，依然会带动其所在位置培养液产生较
大的剪切力。特别是，对于工业培养中使用的大型发酵罐而言，所述搅拌叶片6端部形成的剪切力，极易使得丁酸梭菌菌体破裂，造成丁酸梭菌的死亡。基于此，在本实施例中发明人设置所述搅拌叶片6在旋转时弯曲变形，使所述搅拌叶片6的旋转半径减小。进而降低了所述搅拌叶片6端部的线速度，减弱了所述搅拌叶片6端部形成的剪切力，降低了所述搅拌叶片6转动时对丁酸梭菌菌体造成的破坏，提高了丁酸梭菌的成活率，再进一步保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
34.作为优选的实施方式，在上述方式基础上，进一步的，搅拌叶片6包括形变部分7和刚性结构部分8，所述形变部分7位于所述搅拌叶片6的端部，所述搅拌叶片6随所述传动轴5转动时，所述形变部分7在培养液阻力下弯曲变形，所述刚性结构部分8用于加强所述搅拌叶片6整体的结构强度。
35.在上述方案中，发明人设置所述搅拌叶片6在旋转时弯曲变形，使所述搅拌叶片6的旋转半径减小。进而降低了所述搅拌叶片6端部的线速度，减弱了所述搅拌叶片6端部形成的剪切力，降低了所述搅拌叶片6转动时对丁酸梭菌菌体造成的破坏，再进一步提高了丁酸伸梭菌的发酵密度。但依然存在不足，由于所述搅拌叶片6在转动时能产生形变，所述罐体1内培养液对其的冲击力更容易造成所述搅拌叶片6自身的振动，当激荡力频率等于所述搅拌叶片6自振频率时产生共振，会使所述搅拌叶片6疲劳断裂，影响发酵罐的正常使用。因此，在本实施例中，发明人设置了所述搅拌叶片6包括形变部分7和刚性结构部分8，所述形变部分7位于所述搅拌叶片6的端部，所述形变部分7在旋转时弯曲变形，所述刚性结构部分8用于加强所述搅拌叶片6整体的结构强度。通过所述刚性结构部分8对所述搅拌叶片6自身的振动进行抑制，从而有效降低了所述搅拌叶片6共振发生的概率，提高了本发明在实际使用中的可靠性。
36.作为优选的实施方式，在上述方式基础上，进一步的，所述刚性结构部分8的占比大于所述形变部分7的占比。采用这种结构设置，进一步抑制了所述搅拌叶片6自身的振动，降低了所述搅拌叶片6共振发生的概率，进一步提高了本发明在实际使用中的可靠性。
37.作为优选的实施方式，在上述方式基础上，进一步的，所述搅拌叶片6转动时，相邻周期的间隔时长≥所述形变部分7变形后恢复的时长。
38.本实施例中，发明人考虑到，一方面，若所述搅拌叶片6形变还未完全恢复即进行下一周期的运转，可能出现对培养液的扰动不足。另一方面，所述搅拌叶片6在变形状态下转动，容易使所述罐体1内的培养液出现乱流，培养液容易出现较大程度的轴向流，使丁酸梭菌的生长环境出现大幅度的变化，对其生长繁殖造成不利影响；再一方面，处于形变状态下的所述搅拌叶片6，其内部的应力没有得到完全释放，在进行下一周期的运行时，培养液对其本身的冲击更容易造成所述搅拌叶片6本身出现共振，影响所述搅拌装置2的使用寿命。基于上述原因，本实施例中，发明人设置所述搅拌叶片6转动时，相邻周期的间隔时长≥所述形变部分7变形后恢复的时长，有效避免了上述问题的出现，保证搅拌后发酵罐内培养液中有机物的均匀分布的同时，进一步降低了所述搅拌叶片6运行过程中共振产生的概率，再进一步提高了本发明在实际使用中的可靠性。
39.作为优选的实施方式，在上述方式基础上，进一步的，所述传动轴5上的所述搅拌叶片6设置为多层，且每层所述搅拌叶片6能独立运行，或者相互配合运行。采用这种结构设置，避免所述搅拌叶片6运行过程中造成培养液过大扰动的同时，保证了搅拌后发酵罐内培
养液中有机物的分布均匀度，使得丁酸梭菌能够更好的生长繁殖，进而保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
40.实施例4如图1至图5所示，本发明所述的一种用于丁酸梭菌发酵罐的搅拌装置，，在上述方式基础上，进一步的，在所述搅拌叶片6上还设置有加热部件9，所述加热部件9用于提升所述罐体1内的培养液的温度。
41.在上述方案中，发明人通过设置所述驱动控制器4控制所述搅拌叶片6呈周期转动、设置所述搅拌叶片6在旋转时弯曲变形，使所述搅拌叶片6的旋转半径减小等方案，减弱了所述搅拌装置2运行时培养液中所形成的剪切力的强度，从而减小了在培养过程中丁酸梭菌受到的伤害，提高了丁酸伸梭菌的发酵密度。但依然存在不足：在丁酸梭菌的工业培养中，所使用的发酵罐体量十分巨大，在实际的应用中，发明人发现为了保证这种大型发酵罐内的培养液能够搅拌均匀，所述搅拌装置2需要较高的搅动强度，由于搅动强度的增大，在培养液中所形成剪切力也随之增大，所以，这样的方式，虽然是确保了培养液的均匀，但是在搅拌过程中丁酸梭菌收到的损伤也随之增大，这也是目前大规模丁酸梭菌培养中，丁酸梭菌成活率不高、发育迟缓以及繁殖率较低的问题所在，使得最终得到的丁酸梭菌的发酵密度难以达到设定的目标值。
42.因此，在本实施例中，发明人在所述搅拌叶片6上还设置有加热部件9。所述加热部件9在运行时可提升所述罐体1内的培养液的温度，培养液中的微粒在热运动原理下产生的物质迁移现象，即微观粒子在不停地做无规则的运动，且温度越高，热运动则越剧烈。在这一条件下，所述搅拌叶片6可以在更低的转速下，将所述罐体1内的培养液搅拌均匀。从而，有效解决了现有技术中存在的，在丁酸梭菌的工业培养中，为了保证大型发酵罐内的培养液能够搅拌均匀，所述搅拌装置2需要较高的搅动强度，在培养液中所形成剪切力也随之增大，虽然是确保了培养液的均匀，但是在搅拌过程中丁酸梭菌收到的损伤也随之增大，造成了大规模丁酸梭菌培养中，丁酸梭菌成活率不高、发育迟缓以及繁殖率较低等问题，保证了丁酸伸梭菌最终的发酵密度。
43.作为优选的实施方式，在上述方式基础上，进一步的，所述加热部件9为若干加热片10，所述加热片10布满所述搅拌叶片6的表面，且在所述搅拌叶片6的一面上，所述加热片10由所述搅拌叶片6的表面向所述传动轴5方向延伸，与所述搅拌叶片6的表面形成小于90
°
的锐角；另一面上，所述加热片10由所述搅拌叶片6的表面向其端部方向延伸，与所述搅拌叶片6的表面形成小于90
°
的锐角。
44.将所述加热片10布满所述搅拌叶片6的表面，提高了所述加热部件9对培养液的加热效果，使得培养液中微粒的运动更加剧烈；而在所述搅拌叶片6的一面上，设置所述加热片10由所述搅拌叶片6的表面向所述传动轴5方向延伸，与所述搅拌叶片6的表面形成小于90
°
的锐角；另一面上，设置所述加热片10由所述搅拌叶片6的表面向其端部方向延伸，与所述搅拌叶片6的表面形成小于90
°
的锐角。提高了所述搅拌叶片6在转动时，培养液在所述加热片10形成的槽口内停留的时间，进一步提高了对培养液的加热效果，保证了所述搅拌叶片6在更低的转速下能将培养液搅拌均匀。
45.作为优选的实施方式，在上述方式基础上，进一步的，所述加热片10与所述搅拌叶片6表面形成的角度在30
°
~45
°
之间。采用这种结构设置，进一步提高了所述搅拌叶片6在转
动时，培养液在所述加热片10形成的槽口内停留的时间，提高了对培养液的加热效果，保证了所述搅拌叶片6在更低的转速下能将培养液搅拌均匀。
46.作为优选的实施方式，在上述方式基础上，进一步的，所述加热片10靠近所述传动轴5一侧的面积小于远离所述传动轴5一侧的面积。
47.本实施例中，发明人考虑到本发明设置的所述搅拌叶片6的类型为涡轮式搅拌器，其主要使所述罐体1内的培养液形成径向流，即所述搅拌叶片6运行时，使所述罐体1内培养液的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到所述罐体1侧壁分成二股流体分别向上、向下流动，再回到所述搅拌叶片6的叶端，不穿过所述搅拌叶片6，形成上、下二个循环流动。为使所述加热部件9对培养的加热效果更好，发明人设置所述加热片10靠近所述传动轴5一侧的面积小于远离所述传动轴5一侧的面积，如此使得所述加热片10的结构能够更好的配合所述搅拌叶片6转动形成的径向流，实现培养液更好的加热。从而进一步保证了所述搅拌叶片6在更低的转速下能将培养液搅拌均匀。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。