一种微生物发酵过程优化系统的制作方法

1.本实用新型涉及微生物发酵技术领域，具体涉及一种以超声波作用于发酵环境的微生物发酵过程优化系统。


背景技术：

2.发酵环境的优化是微生物发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。温度、ph值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等环境条件，依据不同的发酵需求而有所不同。同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件会有不同的要求。
3.目前，在微生物发酵的过程中，需要人为的实时监控并调节罐内的环境，使温度、ph值、溶氧、搅拌转速等不断变换，以保证始终为其提供最佳的环境条件，提高目的产物的得率，如此，会造成一定的人工成本浪费，且制约发酵效率。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种微生物发酵过程优化系统，利用超声波探测并调节利于微生物发酵的环境，提高发酵的效率和目的产物得率。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种微生物发酵过程优化系统，包括发酵装置和超声波调节输出装置，其中，所述发酵装置包括发酵罐本体、传动机构、搅拌机构、稳固机构以及套设在所述发酵罐本体中下部的夹套；所述夹套与所述发酵罐本体之间形成腔室；
7.所述超声波调节输出装置包括依次连接的调节机构、超声波发生机构以及传输机构，所述调节机构的一端连接至所述发酵装置，另一端连接至所述超声波发生机构，所述传输机构一端连接至所述超声波发生机构，另一端连接至所述发酵装置。
8.有益效果：利用超声波调节输出装置中的调节机构能够设定不同的超声波频率，并通过超声波发生机构、传输机构将调节后的超声波频率作用于发酵装置，创造利于微生物发酵的环境。
9.作为所述微生物发酵过程优化系统的优选方案，所述调节机构的一端电连接有超声波传感器，所述超声波传感器穿过所述发酵装置器壁，设置于所述发酵装置内壁，所述超声波传感器与所述调节机构之间设有用于将模拟信号转换成电信号的模数转换器，所述模数转换器分别与所述超声波传感器及所述调节机构电连接。
10.作为所述微生物发酵过程优化系统的优选方案，所述超声波发生机构与所述调节机构之间设有用于控制所述超声波发生机构的控制机构，所述控制机构分别与所述超声波发生机构及所述调节机构电连接。
11.作为所述微生物发酵过程优化系统的优选方案，所述传输机构包括超声波放大器和超声波换能器，所述超声波放大器受控于所述超声波发生机构，并与所述超声波换能器电连接，所述超声波换能器置于所述发酵装置底部。
12.有益效果：所述超声波调节输出装置能够实时探测发酵装置内的超声波环境，并通过设定合适强度的超声波信号作用于发酵装置，在微生物发酵过程中，利用超声波可改变固、液、气三相混合状态，改变底物的物理状态或分子结构，使其容易被微生物利用，从而提高发酵的效率和目的产物得率。
13.作为所述微生物发酵过程优化系统的优选方案，所述传动机构固定安装在所述发酵罐本体的上部，所述搅拌机构的一端与所述传动机构固定连接，所述搅拌机构的另一端与所述稳固机构转动连接，所述稳固机构固定安装在所述发酵罐本体的下部；所述发酵罐本体上设有与发酵罐本体内部连通的取样口、进气排料口和进料口。
14.作为所述微生物发酵过程优化系统的优选方案，所述搅拌机构包括搅拌轴、消泡桨及搅拌桨，所述搅拌轴穿过所述消泡桨及所述搅拌桨，并与所述消泡桨及所述搅拌桨轴连接；所述夹套上设有与所述腔室内部连通的介质进口和介质出口。
15.所述微生物发酵过程优化系统能够用于培养大肠杆菌，最适宜大肠杆菌生长的超声波环境是：超声频率为10khz
‑
20khz，优选15khz，超声功率为80w，调节超声波频率的工作时间为60
‑
120分钟，优选100分钟。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例中提供的一种微生物发酵过程优化系统的整体结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例中提供的超声波调节输出装置的整体结构示意图；
18.图中：1、发酵装置；2、超声波调节输出装置；
19.101、发酵罐本体；102、传动机构；103、搅拌机构；104、稳固机构；105、夹套；106、腔室；107、取样口；108、进气排料口；109、进料口；110、搅拌轴；111、消泡桨；112、搅拌桨；113、介质进口；114、介质出口；
20.201、超声波传感器；202、模数转换器；203、调节机构；204、控制机构；205、超声波发生机构；206、传输机构；2061、超声波放大器；2062、超声波换能器。
具体实施方式
21.为便于本领域的技术人员理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.参见图1，图1公开了一种微生物发酵过程优化系统，包括发酵装置1和超声波调节输出装置2，其中，发酵装置1包括发酵罐本体101、传动机构102、搅拌机构103、稳固机构104以及套设在所述发酵罐本体101中下部的夹套105，夹套105与发酵罐本体101之间形成腔室106；
23.超声波调节输出装置2包括：
24.调节机构203，所述调节机构203连接至所述发酵装置1，且用于设定并调节超声波的频率，所述调节机构203优选为微机；
25.超声波发生机构205，所述超声波发生机构205与所述调节机构203连接，且用于产
生按所述调节机构203设定的超声波，所述超声波发生机构205优选为超声波发生器；
26.以及传输机构206，所述传输机构206与所述超声波发生机构205连接，且用于将调节完成的所述超声波的频率传输至所述发酵装置1。
27.进一步的，超声波调节输出装置2还包括：
28.超声波传感器201，所述超声波传感器201与所述调节机构203的一端电连接，所述超声波传感器201穿过所述发酵装置1器壁，设置于所述发酵装置1内壁，用于探测所述发酵装置1内的超声波信号；所述超声波传感器201与所述调节机构203之间设有用于将模拟信号转换成电信号的模数转换器202，所述模数转换器202分别与所述超声波传感器201及所述调节机构203电连接。
29.进一步的，所述超声波发生机构205与所述调节机构203之间设有控制机构204，所述控制机构204分别与所述超声波发生机构205及所述调节机构203电连接，所述控制机构204用于根据调节完成的所述超声波的频率释放电信号并将所述电信号传输至所述超声波发生机构205，所述控制机构204优选为控制器。
30.进一步的，所述传输机构206包括超声波放大器2061和超声波换能器2062，所述超声波放大器2061受控于所述超声波发生机构205，并与所述超声波换能器2062电连接，所述超声波换能器2062置于所述发酵装置1底部；所述超声波放大器2061用于将所述超声波发生机构205发出的超声波信号放大，所述超声波换能器2062用于将接收的放大的超声波信号转换成同频率的机械振荡，并以超音频纵波的形式作用于所述发酵装置1中。
31.进一步的，所述传动机构102固定安装在所述发酵罐本体101的上部，所述搅拌机构103的一端与所述传动机构102固定连接，所述搅拌机构103的另一端与所述稳固机构104转动连接，所述稳固机构104固定安装在所述发酵罐本体101的下部；
32.所述发酵罐本体101上设有与发酵罐本体101内部连通的取样口107、进气排料口108和进料口109。
33.进一步的，所述搅拌机构103包括搅拌轴110、消泡桨111及搅拌桨112，所述搅拌轴110穿过所述消泡桨111及所述搅拌桨112，并与所述消泡桨111及所述搅拌桨112轴连接；所述夹套105上设有与所述腔室106内部连通的介质进口113和介质出口114。
34.所述微生物发酵过程优化系统能够用于培养大肠杆菌，最适宜大肠杆菌生长的超声波环境是：超声频率为10khz
‑
20khz，优选15khz，超声功率为80w，调节超声波频率的工作时间为60
‑
120分钟，优选100分钟。
35.试验数据如下：
36.超声频率
37.实验组
①②③④⑤⑥⑦
超声频率1 khz5khz10khz15khz20khz30khz50khz最终产量72.1kg75.6kg80.4kg81.6kg79.3kg76.1kg75.2kg
38.处理时间
[0039][0040]
为便于理解，示例性的，下文将对根据本实用新型的微生物发酵过程优化系统开展发酵操作进行简单描述。
[0041]
将培养好的种子培养液按4％接种量接种到750l发酵罐本体101中，培养基中组成为：1.0％蛋白胨，0.5％酵母粉，0.5％nacl(氯化钠)，0.5％葡萄糖作为碳源，ph7.1
±
0.2。
[0042]
接种后在37℃下培养，利用浓氨溶液调节种子液的ph，并根据溶氧值变化调整通气流量和搅拌转速，控制溶氧在50％，培养过程中根据生长情况适时适量进行补加甘油碳源，补加葡萄糖的速率应根据测得的乳酸浓度调整，使培养基中的乳酸浓度保持在0.1
‰‑
1.0
‰
之间，补加的葡萄糖溶液浓度控制在0.5
‑
1.0g/ml，生长时间为4.5小时，随时注意发酵罐中泡沫的情况，泡沫较多时及时用消泡剂消除泡沫。
[0043]
生长4.5小时后，od600值(光密度值)达到40时加入诱导剂iptg(异丙基硫代半乳糖苷)的浓度为0.1～0.375mmol/l。诱导后补料，添加600g蛋白胨与310g酵母粉溶解液(蛋白胨、酵母粉，溶解配制浓度控制在0.3～0.8g/ml)。诱导后要适当降低乳酸浓度，以利于目的蛋白的表达，乳酸浓度控制在0.1
‰‑
0.3
‰
为宜。
[0044]
在诱导前半个小时开启超声波发生机构205系统预热，当加入诱导剂后，通过调节机构203调节超声波发生器频率及功率，超声频率为10khz
‑
20khz,优选15khz，超声功率为80w，超声处理的时间为60
‑
120min，优选100min。
[0045]
诱导后生长温度为31℃
‑
34℃，最佳为33℃，诱导后生长时间为6
‑
8小时，最佳为7小时，菌体生长缓慢，便可下罐，用连续流管式离心机室温离心(离心力10000g以上，进样速度1.2
‑
2.4l/min)，弃上清，称量离心得到的沉淀湿菌体重量，记录如下表：
[0046]
实验序号
①②③④⑤
发酵菌液537l546l521l534l541l菌体重量75.7kg80.3kg80.2kg81.2kg85.5kg菌体密度141g/l147g/l154g/l152g/l158g/l重组蛋白量312g318g325g321g319g重组蛋白产率0.58g/l0.58g/l0.62g/l0.6g/l0.59g/l
[0047]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。