專利名稱：用于培養(yǎng)微生物超大致密菌團(tuán)的透析培養(yǎng)裝置的制作方法
所屬技術(shù)領(lǐng)域一種固液結(jié)合的微生物培養(yǎng)(也稱發(fā)酵)裝置，可用于培養(yǎng)微生物超大致密菌團(tuán)和低等動(dòng)物細(xì)胞團(tuán)。微生物超大致密菌團(tuán)和低等動(dòng)物細(xì)胞團(tuán)可用作畜禽飼料、醫(yī)藥生化原料、生物化肥原料、紡織原料以及人類食品等。
背景技術(shù)：
我們把在人為的條件下，繁育培養(yǎng)微生物以獲取各種微生物產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程叫做發(fā)酵。依據(jù)發(fā)酵時(shí)所用培養(yǎng)基的物理狀態(tài)，我們可以把現(xiàn)有的發(fā)酵工藝分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩大類型。我國傳統(tǒng)釀酒、制醋、釀制醬油醬菜以及各種食用菌的生產(chǎn)多采用固體發(fā)酵(培養(yǎng))方式。而現(xiàn)代發(fā)酵工程，尤其是以獲取酶、核酸、多糖、抗生素、酒精、檸檬酸以及其他代謝產(chǎn)物為目的的發(fā)酵工程，多采用液體發(fā)酵方式?，F(xiàn)代液體發(fā)酵又可以分為罐批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵等多種方式。
固體發(fā)酵(培養(yǎng))的培養(yǎng)基來源廣容易制備，設(shè)備簡單，投資少，容易操作，可以因地制宜，即使感染雜菌或遭到局部污染，可以立即加以清除，而不會(huì)造成全盤報(bào)廢的后果。它的缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，不便在底物消耗過量時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)料，以延長微生物的對數(shù)生長期，提高產(chǎn)量。
液體發(fā)酵生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，補(bǔ)料分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵等方式還能適時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)料，以延長微生物的對數(shù)生長期，大幅度提高產(chǎn)量。其缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，投資大，生產(chǎn)技術(shù)難于掌握，特別是產(chǎn)品的后處理的難度很大。在液體發(fā)酵整個(gè)生產(chǎn)過程中必須對各種技術(shù)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，并及時(shí)調(diào)整到適宜范圍，萬一反應(yīng)器中的溫度、溶解氧濃度、pH值、底物與有害產(chǎn)物比等某一項(xiàng)失控，都有可能造成全盤報(bào)廢的重大損失。液體發(fā)酵完成后得到的發(fā)酵液，實(shí)際上是目的物與培養(yǎng)基殘液、各種代謝廢物和雜質(zhì)的混合物，必須把我們需要的目的物從中分離出來并且加以純化。這種后處理已經(jīng)成為現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的一大瓶頸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，后處理的費(fèi)用普遍占到微生物產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)成本的60％以上。
因?yàn)檠兄谱钥赝肝雠囵B(yǎng)裝置的主要目的，就是為了大批量生產(chǎn)某些微生物的超大致密菌團(tuán)，所以這里要解釋一下什么是微生物超大致密菌團(tuán)。
微生物超大致密菌團(tuán)，可以說是申請人杜撰的一個(gè)名詞。通常，我們把由單個(gè)(或多個(gè)同一種)微生物的菌體或孢子生長繁殖后形成的肉眼可見的微生物群體叫做菌落。所謂致密菌團(tuán)，則是指體積更大擁有更多更密集微生物個(gè)體的菌落，或者由若干菌落聚集在一起的同種微生物的集群。
申請人二十多年前，曾經(jīng)用自創(chuàng)的“土法上馬”的透析培養(yǎng)裝置，成功地培養(yǎng)過大塊大塊成團(tuán)成團(tuán)的產(chǎn)朊假絲酵母、白地霉、地衣、木耳、磨菇等微生物超大致密菌團(tuán)，用作生豬和家禽的飼料，在家鄉(xiāng)一帶推廣，收到過很好的效果。
近十年來陜西、北京、天津等地，頻頻報(bào)道民間發(fā)現(xiàn)“怪肉’。這些‘怪肉”都有共同的特點(diǎn)表面顏色深，切開后里面為白色或肉紅色，有“血(紅色代謝產(chǎn)物)”流出，燒烤有肉香味等。綜觀這些特性，它們很可能就是微生物細(xì)胞(也不排除再生能力強(qiáng)的動(dòng)物細(xì)胞)的集結(jié)物，因?yàn)樗鼈兏叶畮啄昵芭囵B(yǎng)的微生物菌團(tuán)極為相似，這說明自然界本身就有這種存在。不過，自然界的菌落或菌團(tuán)構(gòu)成比較復(fù)雜，有的含有劇毒或致病物質(zhì)，不可隨便用作飼料。
不論是固體發(fā)酵還是液體發(fā)酵，一般都難以收獲到純凈的微生物超大致密菌團(tuán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的的目的是吸取液體發(fā)酵和固體發(fā)酵各自的優(yōu)點(diǎn)，研制開發(fā)一種由計(jì)算機(jī)控制的固液結(jié)合的透析培養(yǎng)裝置。培養(yǎng)基為液態(tài)，所培養(yǎng)的微生物則自始至終保持固體狀態(tài)，它們之間用微孔材料隔離開來。以便按照微生物的不同生長階段不斷補(bǔ)充或更新培養(yǎng)基，為微生物的生長不斷提供養(yǎng)分，使之獲得充分增殖的條件，生長發(fā)育成體積大、密度高的菌團(tuán)。另外，對于分解纖維素、果膠質(zhì)、幾丁質(zhì)等能力強(qiáng)的微生物，盡可能采用農(nóng)作物秸桿、食品加工下腳余料以及其他有機(jī)廢水廢料作為培養(yǎng)基的主要成分，以在生產(chǎn)高蛋白飼料的同時(shí)，又能夠處理人類生產(chǎn)生活中的廢物。
為什么要開發(fā)微生物畜禽飼料呢？因?yàn)榈矸垲惡颓啻诸愶暳蟻碓炊枷喈?dāng)豐富，最缺乏的就是高蛋白飼料，高蛋白飼料可以說是影響畜產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和投入/產(chǎn)出比的最最重要的因素?，F(xiàn)在國內(nèi)外多以大豆、魚粉、畜禽骨血器臟粉等作為蛋白飼料來源，大豆也是人的重要營養(yǎng)來源，用大豆作飼料勢必跟人爭食物；而用畜禽骨血器臟粉作飼料，又可能給家畜、家禽和人類帶來嚴(yán)重或不可預(yù)測的疾病。上世紀(jì)末因骨粉引發(fā)的瘋牛病，造成了全世界的恐慌，宰棄肉牛千百萬頭，歐洲和日本的養(yǎng)牛業(yè)遭到了重創(chuàng)！而無毒的酵母、霉菌、大型真菌等的大型致密菌團(tuán)，含有高蛋白質(zhì)、適量脂肪、多種動(dòng)物體必須氨基酸、核苷酸、多糖、維生素、微量元素以及抗生素等，營養(yǎng)豐富，而且有一定的防病治病功能，尚可作人類食品，自然可以當(dāng)作一種高蛋白畜禽飼料來源進(jìn)行開發(fā)利用。微生物飼料不僅營養(yǎng)豐富，而且非常安全，極有利于畜禽的生長、繁殖和健康。微生物飼料可以工廠化大規(guī)模連續(xù)式生產(chǎn)，加上原料低廉，生產(chǎn)成本很低，售價(jià)也可以很便宜，更有利于畜牧業(yè)的發(fā)展。
透析培養(yǎng)裝置還可以用來生產(chǎn)其他用途的微生物，如醫(yī)用微生物、農(nóng)用微生物等。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案本發(fā)明由生物透析培養(yǎng)反應(yīng)器、培養(yǎng)架和無菌培養(yǎng)倉構(gòu)成，其中培養(yǎng)架安裝在無菌培養(yǎng)倉內(nèi)，透析反應(yīng)器吊掛在培養(yǎng)架上。茲分別敘述如下一.吸取液體發(fā)酵和固體發(fā)酵各自的長處，研制微生物透析培養(yǎng)反應(yīng)器(簡稱透析反應(yīng)器)。
透析反應(yīng)器是本發(fā)明的核心內(nèi)容，最簡單的透析反應(yīng)器單元如附圖1所示。
透析反應(yīng)器的主體(1)可用微孔陶瓷或者木材等生物材料做成，內(nèi)部是空腔，可以叫做內(nèi)腔(2)。內(nèi)腔的容積可做成10-20L大小。培養(yǎng)基為液態(tài)(3)，盛于透析反應(yīng)器的內(nèi)腔。微生物菌種(4)則接種于透析反應(yīng)器的外表面。透析反應(yīng)器頂蓋(7)用于封閉透析反應(yīng)器的主體的內(nèi)腔，頂蓋上有一個(gè)吊環(huán)(8)，用來吊掛透析反應(yīng)器。
從圖1我們可以看到，微生物是通過透析反應(yīng)器的滲透作用來獲取培養(yǎng)基的養(yǎng)分的。培養(yǎng)基進(jìn)口(5)平時(shí)跟培養(yǎng)基傳輸管道(9)是斷開的，只有需要向反應(yīng)器內(nèi)腔注入培養(yǎng)基時(shí)才與培養(yǎng)基傳輸管道連接。應(yīng)該按照微生物的不同生長階段通過進(jìn)口不斷補(bǔ)充相應(yīng)的培養(yǎng)基，以便給微生物的生長不斷提供養(yǎng)分，使之獲得充分增殖的條件，生長發(fā)育成體積大、密度高的菌團(tuán)。為了殺滅可能滲入反應(yīng)器腔內(nèi)的微生物，可以提高新添加的培養(yǎng)基溫度(50-70℃為宜)，或者給腔內(nèi)的培養(yǎng)基短時(shí)加溫。廢舊培養(yǎng)基通過培養(yǎng)基出口(6)排出。
二.一個(gè)完整的透析培養(yǎng)裝置可以由數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)透析反應(yīng)器單元構(gòu)成，分層分行懸掛在多層結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)架上。培養(yǎng)架如附圖2所示，其中1為支架，2為掛鉤，3為透析反應(yīng)器。
三.懸掛著多層透析反應(yīng)器的培養(yǎng)架，安裝于與外界完全隔絕的無菌培養(yǎng)倉內(nèi)。無菌培養(yǎng)倉如附圖3所示，其中1為倉體，2為接種窗，3為培養(yǎng)基傳輸管道，4為廢舊培養(yǎng)基排出管道，5為輸氣/排氣閥，6為培養(yǎng)架，7為透析反應(yīng)器。無菌培養(yǎng)倉也應(yīng)該安裝在無菌室或無菌的生產(chǎn)車間內(nèi)。接種時(shí)打開接種窗，用接種針或接種槍向透析反應(yīng)器上接種目的微生物菌種；假如微生物局部發(fā)生感染，也通過接種窗及時(shí)加以清除，完成后立即關(guān)上。需要時(shí)，通過培養(yǎng)基傳輸管道向透析反應(yīng)器內(nèi)腔注入新鮮液體培養(yǎng)基，通過排出管道排除廢舊培養(yǎng)基；萬一培養(yǎng)基發(fā)生感染，也隨時(shí)通過培養(yǎng)基傳輸管道向透析反應(yīng)器內(nèi)腔注入高溫液體培養(yǎng)基，以達(dá)到滅菌的目的，完成后立即關(guān)緊龍頭。需要時(shí)，通過輸氣/排氣閥抽出無菌培養(yǎng)倉內(nèi)的廢氣，輸入潔凈新鮮的空氣。
在小型工廠內(nèi)，而且對生產(chǎn)的滅菌要求又不是特別嚴(yán)格的情況下，可以用無菌室替代無菌倉。
透析培養(yǎng)裝置適宜于培養(yǎng)好氣性真菌，如啤酒酵母、熱帶假絲酵母、白地霉、華根霉和各種食用蕈的生產(chǎn)，以及低等動(dòng)物的細(xì)胞培養(yǎng)，尤其適宜于以獲取菌體或子實(shí)體等微生物本體的發(fā)酵工程。
實(shí)用蕈如果作為飼料開發(fā)，在生產(chǎn)過程中當(dāng)菌絲體生長發(fā)育到高峰時(shí)即可采收，不需要等到其轉(zhuǎn)化成為菌蕾或子實(shí)體，以提高產(chǎn)量和縮短生產(chǎn)周期。如果作為食品開發(fā)，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)菌體完整的生長周期，并且采用適當(dāng)措施促使菌絲生長出更多更大的子實(shí)體。
跟現(xiàn)有的發(fā)酵裝置相比，本發(fā)明的有益效果是傳統(tǒng)的固體發(fā)酵設(shè)備簡單，成本低，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)周期長，產(chǎn)量低。傳統(tǒng)的液體發(fā)酵設(shè)備雖然節(jié)約勞動(dòng)力，生產(chǎn)周期短，易于自動(dòng)控制，能夠大幅度提高質(zhì)量和產(chǎn)量。但是設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)昂貴，生產(chǎn)技術(shù)難于掌握，特別是產(chǎn)品的后處理的難度很大，一旦感染，損失慘重。同時(shí)這兩類傳統(tǒng)發(fā)酵工具，除了大型真菌的子實(shí)體外，其初級(jí)產(chǎn)品(包括微生物的營養(yǎng)器官、繁殖器官和代謝產(chǎn)物)大都不能形成固態(tài)的大型致密菌團(tuán)。
本發(fā)明是一種集液態(tài)和固態(tài)發(fā)酵方法之優(yōu)點(diǎn)為一體的微生物培養(yǎng)設(shè)備，不僅能夠方便地配制、滅菌、消毒和傳輸培養(yǎng)基，還能夠依據(jù)微生物生長周期的需要適時(shí)適量地補(bǔ)給水分、養(yǎng)料、光照和空氣等，是一種能大量生產(chǎn)微生物超大致密菌團(tuán)的新技術(shù)。
由于透析培養(yǎng)裝置在微生物發(fā)酵過程中，成功地把微生物細(xì)胞跟培養(yǎng)液隔離開來了。培養(yǎng)基是液態(tài)的，所培養(yǎng)的微生物則自始至終保持固體狀態(tài)。這樣可以帶來如下好處一、隨時(shí)可以根據(jù)需要補(bǔ)充、更換新的不同構(gòu)成或比例的培養(yǎng)基，從而充分延長微生物的對數(shù)生長期，使之不斷增殖形成幾乎完全由微生物細(xì)胞緊密積聚而成的菌團(tuán)。
二、可以分別對培養(yǎng)基和微生物進(jìn)行必要處置，兩者“井水不犯河水”。例如培養(yǎng)基發(fā)生感染，可以隨時(shí)進(jìn)行滅菌或者更換，而不影響微生物的正常生長；假如微生物局部發(fā)生感染，可以及時(shí)清除微生物的局部雜菌，而不會(huì)釀成全盤失敗的后果。
三、所培養(yǎng)的微生物自始至終保持固體狀態(tài)，且不與培養(yǎng)基相混合，從而大大簡省了發(fā)酵的“下游”工作，可以使發(fā)酵的后處理變得極其簡單。廢舊培養(yǎng)液也能夠方便地回收或者從中提取有用的物質(zhì)(包括代謝產(chǎn)物)。


圖1是透析反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為透析反應(yīng)器主體，2為內(nèi)腔，3為液體培養(yǎng)基，4為微生物菌種，5為培養(yǎng)基進(jìn)口，6為培養(yǎng)基出口，7為透析反應(yīng)器頂蓋，8為吊環(huán)，9為培養(yǎng)基傳輸管道。
圖2是培養(yǎng)架的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為支架，2為掛鉤，3為透析反應(yīng)器。
圖3是無菌培養(yǎng)倉的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為倉體，2為接種窗，3為培養(yǎng)基傳輸管道，4為廢舊培養(yǎng)基排出管道，5為輸氣/排氣閥，6為培養(yǎng)架，7為透析反應(yīng)器。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式一.按照圖2所示的結(jié)構(gòu)，用聚碳酸脂、聚芳砜或其他高分子合成材料注塑成培養(yǎng)架，并且將安裝在無菌培養(yǎng)室或無菌車間內(nèi)。
二.按照圖1所示的結(jié)構(gòu)，將較粗的原木截?cái)啵醒胪诳?，制成透析反?yīng)器主體，并且在體壁上部和下部適當(dāng)部位各鉆一個(gè)插孔；用聚碳酸脂、聚芳砜或其他高分子合成材料注塑成帶吊環(huán)的頂蓋、培養(yǎng)基進(jìn)口和培養(yǎng)基出口等；將帶吊環(huán)的頂蓋封住透析反應(yīng)器主體上端，將培養(yǎng)基進(jìn)口插入體壁上部的插孔，將培養(yǎng)基出口插入下部的插孔，并一一用強(qiáng)力粘接劑粘牢。把若干制造好了的透析反應(yīng)器通過吊環(huán)，掛到培養(yǎng)架的掛鉤上。
三.先將無菌培養(yǎng)倉倉體劃分成若干部分，接著用透明無毒的有機(jī)玻璃制作各倉體部分，用聚碳酸脂、聚芳砜或其他高分子合成材料注塑成培養(yǎng)基傳輸管道、廢舊培養(yǎng)基排出管道和輸氣/排氣閥，再按照圖1所示的結(jié)構(gòu)，在培養(yǎng)架的四周和上部拼裝好無菌培養(yǎng)倉倉體，并把培養(yǎng)基傳輸管道、廢舊培養(yǎng)基排出管道和輸氣/排氣閥安裝到無菌培養(yǎng)倉倉體上。到此一個(gè)透析培養(yǎng)裝置宣告制造完成。
權(quán)利要求
1.一種固液結(jié)合的微生物培養(yǎng)裝置，由透析反應(yīng)器、培養(yǎng)架和無菌培養(yǎng)倉構(gòu)成，其特征是培養(yǎng)架安裝在無菌培養(yǎng)倉內(nèi)，透析反應(yīng)器吊掛在培養(yǎng)架上。
2.權(quán)利要求1所述的透析反應(yīng)器，其特征是用微孔陶瓷或者木材等生物材料做成，內(nèi)部是空腔，液態(tài)培養(yǎng)基盛于透析反應(yīng)器的空腔內(nèi)，微生物菌種則接種于透析反應(yīng)器的外表面。
全文摘要
一種固液結(jié)合的微生物培養(yǎng)裝置，由透析反應(yīng)器、培養(yǎng)架和無菌培養(yǎng)倉構(gòu)成，不僅能夠方便地配制、滅菌、消毒和傳輸培養(yǎng)基，還能夠適時(shí)適量地補(bǔ)給水分、養(yǎng)料、光照和空氣等，充分延長微生物的對數(shù)生長期，使之不斷增殖形成超大致密菌團(tuán)。微生物始終保持固體狀態(tài)，不與培養(yǎng)基相混合，能夠分別對培養(yǎng)基和微生物進(jìn)行滅菌、清除感染等必要處置，大大簡化了發(fā)酵的后處理工作。所生產(chǎn)的超大致密菌團(tuán)可用作畜禽飼料、醫(yī)藥原料、生物化肥及紡織原料等。
文檔編號(hào)C12M1/00GK1752200SQ20041004677
公開日2006年3月29日 申請日期2004年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月20日
發(fā)明者田志祥, 張曉 申請人:湖南大學(xué)