一種單細胞微生物發酵系統的制作方法
【專利摘要】一種單細胞微生物發酵系統，本實用新型屬于生物發酵設備，解決現有裝置發酵過程中pH值不易控制的問題。本實用新型的發酵系統，包括發酵罐裝置和N級種子罐裝置，發酵罐裝置包括培養罐、中和劑儲罐、循環泵和可編程邏輯控制器，各級種子罐裝置的組成、結構均與發酵罐裝置相同，僅尺寸有區別。采用本實用新型，縮短了種子擴培時間，降低了染菌風險，較大程度地節省了發酵生產的時間與成本，而且提高了中和劑加入精度，避免管道結垢堵塞，使pH值更易控制，提高了發酵生產水平。
【專利說明】
一種單細胞微生物發酵系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于生物發酵設備，具體涉及一種單細胞微生物發酵系統。
【背景技術】
[0002]包括各種飼料、食品添加劑以及原料藥在內的許多重要產品，主要通過發酵生產獲得。其中很多單細胞微生物，如細菌、酵母等被用作生產菌，一般不需要借助孢子傳代，其發酵周期較短，放罐頻率較高，需高頻率地擴培種子，工作量較大;另一方面，隨著發酵技術的發展，發酵罐體積逐漸擴大到200m3?500m3，種子罐的級數也逐漸增多，從搖瓶開始，最終至IJ大型發酵罐，種子擴培需要3?4級。種子罐級數越多，不僅成本高，種子擴培時間長，而且操作復雜，不可控因素多，染菌風險大，發酵生產容易出現較大波動。以200m3發酵罐為例，每批發酵生產需經過:搖瓶、50?100L種子罐、I?3m3種子罐、6?1m3種子罐、30?60m3種子罐，最終接種到200m3發酵罐，經過四級種子擴培，工藝流程較長。在乳酸發酵生產上，也有人采取“留種”措施來改進以上缺點，即在發酵生產末期，待發酵液排出90 %后，將剩余10 %左右的發酵液留在發酵罐內作為下一批次發酵生產的種子液。這樣雖然能縮短種子培養周期，降低種子擴培成本，但也有明顯的不足之處:一是每次放罐的發酵液體積比正常減少10%，收率下降，平攤下來每罐生產成本增加;二是發酵液內菌體在發酵末期活力下降，若再次利用為新種子則可能影響到下一批發酵水平;三是發酵液直接留在發酵罐中，則發酵罐及其培養基無法滅菌，發酵生產有染菌的風險。另外還存在一個問題是，在絕大多數發酵生產過程中，微生物會分泌出有機酸或堿性代謝物，導致發酵液PH值呈現波動，發酵生產過程中需不斷補充中和劑，以維持合適的發酵酸堿度環境。以乳酸發酵生產為例，目前多數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，一種是以液體形式流加，另一種是以固體粉末形式加入。以液體形式加入存在氫氧化鈣容易結垢、堵塞管道的問題;而以固體粉末形式加入會導致PH值控制的延遲和不均勻，pH值不易控制。

【發明內容】

[0003]本實用新型提供一種單細胞微生物發酵系統，解決現有裝置發酵過程中pH值不易控制的問題，以減少種子培養級數和周期、優化中和劑添加方式，降低種子擴培成本、提高發酵生產效率。
[0004]本實用新型所提供的一種單細胞微生物發酵系統，包括發酵罐裝置和N級種子罐裝置，N多2，其特征在于:
[0005]所述發酵罐裝置包括培養罐、中和劑儲罐、循環栗和可編程邏輯控制器(PLC);所述培養罐包括罐體、多個攪拌器和多個中和劑分布器，所述多個攪拌器在罐體內部沿罐體中軸線分布，多個中和劑分布器在罐體內部沿罐體中軸線分布，且與所述多個攪拌器交叉間隔排列，所述中和劑分布器為由不銹鋼管構成的閉合圓圈，圓圈底面具有均勻分布的小孔，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直；
[0006]罐體頂部具有接種口以及進氣管、出氣管、進料管，并裝有呼吸器，罐體底部具有排料管，排料管上接有排料閥，罐體的側壁插入pH電極;所述中和劑儲罐底部通過管道與循環栗進口連接，循環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)的輸出端通過導線連接控制閥門的控制端，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；
[0007]所述各級種子罐裝置的組成、結構均與發酵罐裝置相同，僅尺寸有區別；
[0008]各級種子罐裝置的排料閥出口通過管道分別連接移種栗和排污閥，移種栗310通過管道連接下一級種子罐裝置的培養罐罐體頂部的接種口；第N — I級種子罐裝置的培養罐罐體頂部具有回送口，第N級種子罐裝置的排料閥出口通過管道分別連接移種栗、回送栗和排污閥，移種栗通過管道連接所述發酵罐裝置的培養罐罐體頂部的接種口，回送栗通過管道連接第N — I級種子罐裝置的培養罐罐體頂部的回送口 ；
[0009]進行發酵生產時，第N— I級種子罐裝置的培養罐作為暫存罐。
[0010]所述的單細胞微生物發酵系統，其特征在于:
[0011]構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為相應罐體直徑的1/4?3/4，不銹鋼管的內徑為0.5cm?30cmo
[0012]所述的單細胞微生物發酵系統，其特征在于:
[0013]所述發酵罐裝置以及N級種子罐裝置各自的中和劑儲罐各為2個，2個中和劑儲罐并聯，分別用于儲備酸性中和劑和堿性中和劑。
[0014]利用所述單細胞微生物發酵系統進行發酵生產，包括下述步驟:
[0015]A.預裝步驟:系統啟動前，在發酵罐裝置(100)、各級種子罐裝置(200)的中和劑儲罐中準備好所需濃度的中和劑備用，并對各中和劑送料管滅菌;所述中和劑為氫氧化鈣、氫氧化鈉、氨水、液氨、鹽酸、硫酸或者硝酸;在第一級種子罐裝置(200)的培養罐罐體內裝入新鮮培養基并滅菌;進行步驟B;
[0016]B.種子擴培步驟:在搖瓶內完成種子培養，將種子移種到第一級種子罐裝置(200)的培養罐罐體內；待第一級種子罐裝置(200)的培養罐罐體內的種子培養至達到移種條件，啟動其對應的移種栗，將所有的種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的第二級種子罐裝置(200)的培養罐罐體內并培養;待第二級種子罐裝置(200)的培養罐罐體內的種子培養至達到移種條件，啟動其對應的移種栗，將所有的種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的第三級種子罐裝置(200)的培養罐罐體內并培養；同上操作，直至第N級種子罐裝置進行種子培養，培養至達到移種條件;進行步驟C;
[0017]c.種子暫存步驟:啟動第N級種子罐裝置(200)對應的移種栗，將80?90 %的種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的發酵罐裝置(100)的培養罐罐體內接種進行發酵生產，將第N級種子罐內剩余10?20%的種子液通過回送栗栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的暫存罐內培養;進行步驟D和進行步驟E;
[0018]D.發酵步驟:調整培養條件進行發酵，待發酵罐裝置(100)的培養罐罐體內發酵完成后，排出發酵液，提取發酵產物;對培養罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌；
[0019]E.第N級種子復培步驟:在進行步驟D的同時，將第N級種子罐裝置(200)的培養罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌，再將暫存罐內的種子液通過其對應的移種栗栗回第N級種子罐裝置(200)的培養罐罐體內接種，進行第N級種子的重復培養，并將其培養至達到移種條件；
[0020]F.循環步驟:待步驟D、E完成后，轉步驟C，不斷循環，直至停止生產。
[0021 ]自所述步驟B開始，可以啟動發酵罐裝置和N級種子罐裝置各自的循環栗，使中和劑在管道內循環流動，隨著發酵進行，發酵液的PH值改變，通過pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門組成的自控系統，根據設定的PH值參數，自控閥自動開啟或關閉，向培養罐中栗入中和劑，以中和不斷產生的有機酸或堿性物質，實現發酵液PH值調節至設定參數。
[0022]為控制發酵生產的酸堿度環境，現有工藝一般直接加入氫氧化鈣液體或粉末等中和劑，或者設備上沒有配套的中和劑分布器，直接以一根管道通入發酵罐，中和劑加入量不均勻，導致pH值波動較大、發酵液局部環境過酸或過堿，影響發酵單位，甚至造成中途停產事故。本實用新型所提供的單細胞微生物發酵系統，在發酵罐裝置和N級種子罐裝置中分別均設置了中和劑循環流動系統，可以避免氫氧化鈣等中和劑轉化為碳酸鈣而在管道中結垢堵塞管道；同時于培養罐內設置了多個中和劑分布器，可將中和劑隨時均勻送入罐內各個部位，提高了中和劑加入精度，使各級種子罐裝置以及發酵罐裝置罐體內PH值更易控制，避免了局部中和劑加入過量，整體PH值控制不均的問題，從而提高了發酵生產水平。
[0023]現有各種飼料、食品添加劑以及原料藥發酵生產大多通過大規模生產來增加產量和降低生產成本，然而現有工藝的種子均從搖瓶到種子罐逐級擴培，發酵罐體積越大，種子擴培級數也越多，工藝復雜，成本依舊較高；同時種子擴培級數越多，擴培過程中發生染菌的機會也越大，易造成擴培失敗，發生浪費。
[0024]采用本實用新型進行發酵生產時，將第N— I級種子罐裝置的培養罐作為暫存罐，在第N級種子移種時保留部分第N級種子并將其移回暫存罐;待第N級種子罐裝置清洗、消毒以及加入新鮮培養基并滅菌后，再將暫存罐內的第N級種子移回第N級種子罐裝置內培養；以此方法省去前N-1級種子培養，縮短了種子擴培的時間，降低了擴培過程中發生染菌的風險，避免了染菌導致的浪費，最終較大節省了整個發酵生產的時間與成本。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型系統結構不意圖；
[0026]圖2為發酵罐裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0028]如圖1、圖2所示，本實用新型所提供的一種單細胞微生物發酵系統，包括發酵罐裝置100和N級種子罐裝置200，N彡2;
[0029]所述發酵罐裝置100包括培養罐110、中和劑儲罐120、循環栗130和可編程邏輯控制器(PLC) 140;所述培養罐110包括罐體111、多個攪拌器117和個中和劑分布器118，所述多個攪拌器117在罐體110內部沿罐體中軸線分布，多個中和劑分布器118在罐體111內部沿罐體中軸線分布，且與所述多個攪拌器117交叉間隔排列，所述中和劑分布器118為由不銹鋼管構成的閉合圓圈，圓圈底面具有均勻分布的小孔，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直；
[0030]罐體111頂部具有接種口IllA以及進氣管112、出氣管113、進料管114，并裝有呼吸器115，罐體111底部具有排料管116，排料管116上接有排料閥119，罐體111的側壁插入pH電極141;所述中和劑儲罐120底部通過管道與循環栗130進口連接，循環栗130出口通過管道分別連接控制閥門131—端和中和劑送料管132，中和劑送料管132連通所述中和劑儲罐120的頂部;所述PH電極141通過導線連接可編程邏輯控制器(PLC) 140的輸入端，可編程邏輯控制器(PLC)HO的輸出端通過導線連接控制閥門131的控制端，所述控制閥門131另一端通過管道分別連接多個中和劑分布器118;
[0031]所述各級種子罐裝置200的組成、結構均與發酵罐裝置100相同，僅尺寸有區別；
[0032]各級種子罐裝置的排料閥出口通過管道分別連接移種栗310和排污閥330，移種栗310通過管道連接下一級種子罐裝置的培養罐罐體頂部的接種口；第N — I級種子罐裝置的培養罐罐體頂部具有回送口 11IB，第N級種子罐裝置的排料閥出口通過管道分別連接移種栗310、回送栗320和排污閥330，移種栗310通過管道連接所述發酵罐裝置100的培養罐罐體頂部的接種口，回送栗320通
[0033]過管道連接第N— I級種子罐裝置的培養罐罐體頂部的回送口 11IB;
[0034]進行發酵生產時，第N— I級種子罐裝置的培養罐作為暫存罐。
[0035]實施例1，單細胞微生物發酵系統，包括發酵罐裝置100和四級種子罐裝置200，發酵罐裝置100和四級種子罐裝置200，各自的中和劑儲罐均為I個；
[0036]發酵罐裝置的培養罐直徑為4.5m，容積為200m3，罐體111的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器115為0.2μπι的微孔過濾器;所述罐體111內的攪拌器和中和劑分布器各有4個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為1.125m、為相應罐體直徑的I/4，不銹鋼管的內徑為30cm;
[0037]第一級種子罐裝置的培養罐容積為30L，直徑為0.3m，罐體的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過濾器;所述罐體內的攪拌器和中和劑分布器各有3個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.075m、為相應罐體直徑的I /4，不銹鋼管的內徑為0.5cm;
[0038]第二級種子罐裝置的培養罐容積為500L，直徑為0.8m，所述罐體的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過濾器；所述罐體內的攪拌器和中和劑分布器各有3個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.2m、為相應罐體直徑的1/4，不銹鋼管的內徑為2cm;
[0039]第三級種子罐裝置的培養罐容積為3m3，直徑為1.1m，所述罐體的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過濾器;所述罐體內的攪拌器和中和劑分布器各有4個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.275m、為相應罐體直徑的I/4，不銹鋼管的內徑為I Ocm;
[0040]第四級種子罐裝置的培養罐容積為30m3，直徑為2.4m，所述罐體的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過濾器；所述罐體內的攪拌器和中和劑分布器各有4個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.6m,為相應罐體直徑的I /4，不銹鋼管的內徑為20cm。
[0041]利用本實施例，采用乳酸細菌進行乳酸發酵生產，包括下述步驟:
[0042]A.預裝步驟:系統啟動前，在發酵罐裝置100、各級種子罐裝置200的中和劑儲罐中準備好50%氫氧化鈣乳液備用，并對各中和劑送料管滅菌;在第一級種子罐裝置200的培養罐罐體內裝入新鮮培養基并滅菌;進行步驟B;
[0043]B.種子擴培步驟:采用耐高溫厭氧乳酸細菌(干酪乳酸桿菌LactobaciIIus caseiB9232)在搖瓶內進行1.6L種子培養，15小時左右到達到對數期，完成種子培養，將種子移種到第一級種子罐裝置的培養罐罐體內；
[0044]打開第一級種子罐裝置對應的循環栗，使中和劑在管道內循環流動，通過pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門組成的自控系統，根據設定的PH值6.50，自控閥自動開啟或關閉，向培養罐中栗入中和劑，實現發酵液pH值穩定在6.40?6.60之間；
[0045]待第一級種子罐裝置的培養罐罐體內的種子培養至對數期，啟動其對應的移種栗，將16L的第一級種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的第二級種子罐裝置的培養罐罐體內并培養;同樣控制第二級種子罐罐體內種子的PH值穩定在6.40?6.60之間；待第二級種子罐裝置200的培養罐罐體內的第二級種子培養至對數期，啟動其對應的移種栗，將160L的第二級種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的第三級種子罐裝置的培養罐罐體內并培養;同樣控制第三級種子罐罐體內種子的PH值穩定在6.40?
6.60之間；待第三級種子罐裝置的培養罐罐體內的第三級種子培養至對數期，啟動其對應的移種栗，將1600L的第三級種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的第四級種子罐裝置的培養罐罐體內并培養；同樣控制第四級種子罐罐體內種子的PH值穩定在6.40?6.60之間；直至第四級種子罐裝置的培養罐罐體內的第四級種培養至對數期；進行步驟C;
[0046]C.種子暫存步驟:啟動第四級種子罐裝置對應的移種栗，將15000L的第四級種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的發酵罐裝置的培養罐罐體內接種進行發酵生產，將第四級種子罐內剩余500L的第四級種子液通過回送栗栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的暫存罐(即第三級種子罐)內暫存;進行步驟D和進行步驟E;
[0047]D.發酵步驟:打開發酵罐裝置對應的循環栗，使中和劑在管道內循環流動，通過pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門組成的自控系統，根據設定的PH值6.50，自控閥自動開啟或關閉，向培養罐中栗入中和劑，實現發酵液PH值穩定在6.40?6.60之間；調整溫度以及攪拌轉速等培養條件進行乳酸發酵，待發酵罐裝置的培養罐罐體內發酵完成后，排出發酵液，提取發酵產物;對培養罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌;本輪乳酸發酵生產檢測結果，放罐發酵液中的乳酸含量為175g/L，記錄發酵周期112小時，其中，發酵周期為所有種子培養時間加發酵生產時間的總和；
[0048]E.第四級種子復培步驟:在進行步驟D的同時，將第四級種子罐裝置的培養罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌，再將暫存罐內的種子液通過其對應的移種栗栗回第四級種子罐裝置的培養罐罐體內接種，進行第四級種子的第二次培養，并將其培養至達到移種條件；
[0049]F.循環步驟:待步驟D、E完成后，轉步驟C;以下，對步驟C的第二次循環進行說明:
[0050]C.種子暫存步驟:(第二次)啟動第四級種子罐裝置對應的移種栗，將15000L的第四級種子液第二次栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的發酵罐裝置的培養罐罐體內接種進行第二輪發酵生產，將第四級種子罐內剩余500L的第四級種子液通過回送栗第二次栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的暫存罐(即第三級種子罐)內暫存；進行步驟D和進行步驟E;[0051 ] D.發酵步驟:(第二次)調整培養條件進行乳酸發酵，待發酵罐裝置的培養罐罐體內發酵完成后，排出發酵液，提取發酵產物;對培養罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌;第二輪乳酸發酵生產檢測結果，放罐發酵液中的乳酸含量為178g/L，與第一輪含量接近，發酵周期52小時，比第一輪節省60小時，且節省了搖瓶種子與前三級種子的培養成本；
[0052]E.第四級種子復培步驟:在進行步驟D的同時，將第四級種子罐裝置的培養罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌，再將暫存罐內的種子液通過其對應的移種栗栗回第四級種子罐裝置的培養罐罐體內接種，進行第四級種子的第三次培養，并將其培養至達到移種條件；
[0053]F.循環步驟:待步驟D、E完成后，轉步驟C;如此不斷循環，直至停止生產;并且之后每輪乳酸發酵生產相對第一輪均可節省時間60小時左右，縮短了發酵周期，并且節省了總發酵成本，大大提高了企業在乳酸行業的競爭力。
[0054]實施例2，單細胞微生物發酵系統，包括發酵罐裝置100和三級種子罐裝置200，發酵罐裝置100和三級種子罐裝置200各自的中和劑儲罐均為2個，
[0055]發酵罐裝置的培養罐容積為300m3，直徑為5.8m，所述罐體111的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器115為0.2μπι的微孔過濾器;所述罐體111內的攪拌器和中和劑分布器各有4個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為4.35m、為相應罐體直徑的3/4，不銹鋼管的內徑為30cm;
[0056]第一級種子罐裝置的培養罐容積為8L，直徑為0.2m，所述罐體的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過濾器;所述罐體內的攪拌器和中和劑分布器各有3個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為0.15m、為相應罐體直徑的3/4，不銹鋼管的內徑為0.5cm;
[0057]第二級種子罐裝置的培養罐容積為2m3，直徑為1.1m，所述罐體的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過濾器;所述罐體內的攪拌器和中和劑分布器各有4個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為
0.825m、為相應罐體直徑的3/4，不銹鋼管的內徑為I Ocm;
[0058]第三級種子罐裝置的培養罐容積為60m3，直徑為3.5m，所述罐體的內壁均勻分布有溫控列管，用于通入熱介質或冷介質，對罐體升溫或降溫，呼吸器為0.2μπι的微孔過濾器；所述罐體內的攪拌器和中和劑分布器各有4個，構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為2.625m、為相應罐體直徑的3/4，不銹鋼管的內徑為20cm。
[0059]利用本實施例，采用酵母菌進行發酵生產活性酵母菌絲體，包括下述步驟:
[0060]A.預裝步驟:系統啟動前，在發酵罐裝置100、各級種子罐裝置200的兩個并聯中和劑儲罐中分別準備好30%的硫酸和30 %的碳酸鈉溶液備用，并對各中和劑送料管滅菌;在第一級種子罐裝置200的培養罐罐體內裝入新鮮培養基并滅菌;進行步驟B;
[0061 ] B.種子擴培步驟:采用無糖酵母菌株(面包酵母Saccharomyces cerevisiae CICC1525)在搖瓶內進行400mL種子培養，48小時左右達移種條件，完成搖瓶種子培養，將種子移種到第一級種子罐裝置的培養罐罐體內；
[0062]打開第一級種子罐裝置對應的循環栗，使中和劑在管道內循環流動，通過pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門組成的自控系統，根據設定的PH值4.30，自控閥自動開啟或關閉，向培養罐中栗入中和劑，實現發酵液pH值穩定在4.25?4.35之間；
[0063]待第一級種子罐裝置的培養罐罐體內的級種培養至24小時達到移種條件，啟動其對應的移種栗，將4.8L的第一級種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的第二級種子罐裝置的培養罐罐體內并培養;同樣控制第二級種子罐罐體內種子的PH值穩定在
4.25?4.35之間;待第二級種子罐裝置的培養罐罐體內的第二級種培養15小時達到移種條件，啟動其對應的移種栗，將1200L的第二級種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的第三級種子罐裝置的培養罐罐體內并培養；同上控制第三級種子罐罐體內種子的PH值穩定在4.25?4.35之間；進行第三級種子罐裝置的培養罐罐體內第三級種培養，采用流加糖蜜的方式補料培養15小時達到移種條件;進行步驟C;
[0064]C.種子暫存步驟:啟動第三級種子罐裝置對應的移種栗，將35800L的第三級種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌發酵罐裝置的培養罐罐體內接種進行發酵生產，將第三級種子罐內剩余200L的第三級種子液通過回送栗栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的暫存罐(即第二級種子罐)內暫存;進行步驟D和進行步驟E;
[0065]D.發酵步驟:打開發酵罐裝置對應的循環栗，使中和劑在管道內循環流動，通過pH電極、可編程邏輯控制器及控制閥門組成的自控系統，根據設定的PH值4.30，自控閥自動開啟或關閉，向培養罐中栗入中和劑，實現發酵液PH值穩定在4.25?4.35之間；采用流加蔗糖液的方式補料培養，調整溫度以及攪拌轉速等培養條件進行生產活性酵母菌絲體的發酵，約20小時左右，發酵結果達到預定指標，結束發酵并放罐，排出發酵液，提取發酵產物;對培養罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌;本輪發酵生產檢測結果，放罐發酵液濕重達到200g/L，酵母的發酵活力達到預定指標650，記錄發酵周期122小時，其中，發酵周期為所有種子培養時間加發酵生產時間的總和；
[0066]E.第四級種復培步驟:在進行步驟D的同時，將第三級種子罐裝置的培養罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌，再將暫存罐內的種子液通過其對應的移種栗栗回第三級種子罐裝置的培養罐罐體內接種，進行第三級種子的第二次培養，控制培養條件使第三級種子22小時到達移種條件；
[0067]F.循環步驟:待步驟D、E完成后，轉步驟C;以下對步驟C的第二次循環進行說明:
[0068]C.種子暫存步驟:(第二次)啟動第三級種子罐裝置對應的移種栗，將35800L的第三級種子液栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌發酵罐裝置的培養罐罐體內接種進行發酵生產，將第三級種子罐內剩余200L的第三級種子液通過回送栗栗入已清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌的暫存罐(也即第二級種子罐)內暫存;進行步驟D和進行步驟E;
[0069]D.發酵步驟:(第二次)調整培養條件進行生產活性酵母菌絲體的發酵，待發酵罐裝置的培養罐罐體內發酵完成后，排出發酵液，提取發酵產物;對培養罐罐體清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌;本輪發酵生產檢測結果，放罐發酵液濕重達到205g/L，發酵液力達到預定指標655，發酵液濕重與酵母的發酵活力與第一輪結果接近，記錄發酵周期45小時，比第一輪節省53小時，且節省了搖瓶種子與前二級種子的培養成本；
[0070]E.第四級種子復培步驟:在進行步驟D的同時，將第三級種子罐裝置的培養罐罐體排空后清洗、消毒滅菌、裝入新鮮培養基并滅菌，再將暫存罐內的種子液通過其對應的移種栗栗回第三級種子罐裝置的培養罐罐體內接種，進行第三級種子的第三次培養，控制培養條件使第三級種子22小時到達移種條件；
[0071]F.循環步驟:待步驟D、E完成后，轉步驟C;如此不斷循環，直至停止生產;并且之后每輪生產活性酵母菌絲體的發酵生產相對第一輪均可節省時間50小時左右，縮短了發酵周期，并且節省了總發酵成本，大大提高了企業在活性酵母生產行業的競爭力。
【主權項】
1.一種單細胞微生物發酵系統，包括發酵罐裝置(100)和N級種子罐裝置(200)，N多2，其特征在于: 所述發酵罐裝置(100)包括培養罐(110)、中和劑儲罐(120)、循環栗(130)和可編程邏輯控制器(140);所述培養罐(110)包括罐體(111)、多個攪拌器(117)和個中和劑分布器(118)，所述多個攪拌器(117)在罐體(111)內部沿罐體中軸線分布，多個中和劑分布器(118)在罐體(111)內部沿罐體中軸線分布，且與所述多個攪拌器(117)交叉間隔排列，所述中和劑分布器(118)為由不銹鋼管構成的閉合圓圈，圓圈底面具有均勻分布的小孔，各中和劑分布器的圓圈所在平面與罐體中軸線垂直； 罐體(111)頂部具有接種口(IllA)以及進氣管(112)、出氣管(113)、進料管(114)，并裝有呼吸器(I 15 )，罐體(I 11)底部具有排料管(116)，排料管(116)上接有排料閥(I 19 )，罐體(111)的側壁插入PH電極(141);所述中和劑儲罐(120)底部通過管道與循環栗(130)進口連接，循環栗(130)出口通過管道分別連接控制閥門(131)—端和中和劑送料管(132)，中和劑送料管(132)連通所述中和劑儲罐(120)的頂部;所述pH電極(141)通過導線連接可編程邏輯控制器(140)的輸入端，可編程邏輯控制器(140)的輸出端通過導線連接控制閥門(131)的控制端，所述控制閥門(131)另一端通過管道分別連接多個中和劑分布器(118); 所述各級種子罐裝置(200)的組成、結構均與發酵罐裝置(100)相同，僅尺寸有區別； 各級種子罐裝置的排料閥出口通過管道分別連接移種栗(310)和排污閥(330)，移種栗(310)通過管道連接下一級種子罐裝置的培養罐罐體頂部的接種口；第N — I級種子罐裝置的培養罐罐體頂部具有回送口(IllB)，第N級種子罐裝置的排料閥出口通過管道分別連接移種栗(310)、回送栗(320)和排污閥(330)，移種栗(310)通過管道連接所述發酵罐裝置(100)的培養罐罐體頂部的接種口，回送栗(320)通過管道連接第N — I級種子罐裝置的培養罐罐體頂部的回送口(IllB)； 進行發酵生產時，第N — I級種子罐裝置的培養罐作為暫存罐。2.如權利要求1所述的單細胞微生物發酵系統，其特征在于: 構成所述中和劑分布器的閉合圓圈直徑為相應罐體(111)直徑的1/4?3/4，不銹鋼管的內徑為0.5cm?30cmo3.如權利要求1或2所述的單細胞微生物發酵系統，其特征在于: 所述發酵罐裝置(100)以及N級種子罐裝置(200)各自的中和劑儲罐各為2個，2個中和劑儲罐并聯，分別用于儲備酸性中和劑和堿性中和劑。
【文檔編號】C12M1/36GK205687933SQ201620441242
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月16日 公開號201620441242.9, CN 201620441242, CN 205687933 U, CN 205687933U, CN-U-205687933, CN201620441242, CN201620441242.9, CN205687933 U, CN205687933U
【發明人】盧正東, 龔道夷, 陳情, 夏煒鎧, 張磊, 余龍江
【申請人】湖北廣濟藥業股份有限公司, 湖北普信工業微生物應用技術開發有限公司, 華中科技大學