本實用新型涉及發(fā)酵裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微生物發(fā)酵裝置，特別是用于制備鳥氨酸的發(fā)酵裝置。

背景技術(shù)：

鳥氨酸(Ornithine)是堿性氨基酸的一種，其不參與蛋白質(zhì)的合成，而是以游離態(tài)存在。在生物體內(nèi)，鳥氨酸可參與鳥氨酸循環(huán)(尿酸循環(huán)，Krebs-Henseleit循環(huán))，對于氨態(tài)氮的排出有重要作用。此外，鳥氨酸成鹽后，可用于治療肝性腦病及急、慢性肝病等，因此，鳥氨酸也是一種重要的醫(yī)藥中間體。目前，鳥氨酸的生產(chǎn)方法包括化學法、酶轉(zhuǎn)化法和發(fā)酵法。

化學法主要以弱堿(Ba(OH)₂)水解精氨酸得到鳥氨酸及少量瓜氨酸，此方法需消耗大量的弱堿及會產(chǎn)生瓜氨酸等雜質(zhì)，導致成本較高及樣品純度較低；酶轉(zhuǎn)化法是在精氨酸酶的作用下將精氨酸水解為鳥氨酸及少量瓜氨酸，此方法中精氨酸酶需先用細菌發(fā)酵后提純，導致成本較高，且依然存在雜質(zhì)瓜氨酸；發(fā)酵法是利用谷氨酸棒狀桿菌直接發(fā)酵產(chǎn)生鳥氨酸，再從發(fā)酵液中分離出鳥氨酸。相較之下，利用微生物發(fā)酵技術(shù)制備鳥氨酸的工藝成本不高且樣品純度較高，如繼而用于制備鳥氨酸鹽，將有助于提高鳥氨酸鹽的產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)酵罐是微生物發(fā)酵領(lǐng)域的主要裝置之一，也是發(fā)酵設(shè)備工藝中的主體設(shè)備。目前，已有的發(fā)酵罐存在以下問題：

1.為提高發(fā)酵液混合效果，通常發(fā)酵罐內(nèi)會有不同形式組合的攪拌槳葉及擋板，但發(fā)酵結(jié)束后，由于發(fā)酵液一般粘度較高，發(fā)酵罐內(nèi)部的槳葉、擋板及罐蓋下方經(jīng)常會殘留較多的料液，為清洗帶來較大的不便。尤其是槳葉及罐蓋下方，很難清洗干凈，如果用大量的水沖洗，會明顯加大用水量并將發(fā)酵液稀釋，提高后續(xù)純化成本，且容易存在清洗死角，提高了后續(xù)發(fā)酵染菌的風險。因此，需要定期將罐蓋打開徹底清洗，生產(chǎn)維護難度較高。

2.發(fā)酵過程中每隔一段時間需從罐中取樣檢測菌體生長情況及代謝產(chǎn)物生產(chǎn)情況，以對控制工藝做出合理的控制。現(xiàn)有的發(fā)酵罐取樣方式無法實現(xiàn)可視化，即無法判斷取樣的量，同時無法判斷管道殘留發(fā)酵液是否用蒸汽沖洗干凈，容易導致染菌。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為改善現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，以提升發(fā)酵工藝的可控性，特別是鳥氨酸發(fā)酵工藝的可控性，并降低染菌風險，提出此新型的發(fā)酵裝置。

本實用新型提供一種發(fā)酵裝置，包括可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置；其中，

所述可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置包括：發(fā)酵罐體1、發(fā)酵罐蓋2、攪拌軸3、底閥12、取樣視鏡13、取樣閥14、取樣口16；

所述發(fā)酵罐蓋2與發(fā)酵罐體1連接，并且所述發(fā)酵罐蓋2可覆蓋與其毗鄰的發(fā)酵罐體1的開口，以使所述開口呈密閉狀態(tài)；

所述攪拌軸3位于發(fā)酵罐體1內(nèi)，例如可以與發(fā)酵罐蓋2或發(fā)酵罐體1的底部連接；作為實例，攪拌軸3與發(fā)酵罐蓋2相連時，可通過電機運轉(zhuǎn)；其與發(fā)酵罐體1底部相連時，可通過電機或磁力運轉(zhuǎn)。

所述取樣視鏡13通過可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置的底閥12與所述發(fā)酵罐體1的底部連接，所述取樣口16通過取樣閥14與所述取樣視鏡13連接。

所述取樣視鏡13內(nèi)部為貫通的，以便通過取樣口16和取樣閥14取樣。

根據(jù)本實用新型，在所述取樣視鏡13拆卸后，可以在可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置的底閥12的開口端部進行密閉處理。

根據(jù)本實用新型，所述發(fā)酵裝置還可以包括與所述發(fā)酵罐體1連接的清洗裝置和移種裝置。

根據(jù)本實用新型，所述清洗裝置位于所述可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置的內(nèi)部。

根據(jù)本實用新型，所述清洗裝置包括進水口4、清洗噴頭5、位于所述清洗噴頭5的側(cè)壁的噴嘴15；

所述進水口4可以有一個或多個，任選地位于發(fā)酵罐體1的側(cè)壁上部和/或發(fā)酵罐蓋2的上部；所述清洗噴頭5與進水口4連接；

所述噴頭5可以具有一個或多個，可拆卸地安裝于所述進水口4位于發(fā)酵罐蓋2內(nèi)側(cè)的一端。

根據(jù)本實用新型，位于所述噴頭側(cè)壁的噴嘴15可以具有一個或多個；優(yōu)選地，當存在多個噴嘴15時，它們可以等間距排列，例如呈圓形或橢圓形排列；

對于所述噴嘴15的形狀沒有特別限制，其實例可以是螺旋形錐狀。

根據(jù)本實用新型，所述移種裝置與所述可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置中的發(fā)酵罐體1側(cè)壁上部連接。

根據(jù)本實用新型，所述移種裝置包括：與發(fā)酵罐體1側(cè)壁上部連接的管路10以及設(shè)置在管路10上且在自距發(fā)酵罐體1較遠的一端向較近的一端的方向上依次排列的第一閥門7、液體流量計6、第二閥門8和第三閥門9；

所述移種裝置的管路10的另一端與種子罐17的底閥18連接。

所述管路10在種子罐17的底閥18和第一閥門7之間可以進一步與蒸汽管路11連接，且所述蒸汽管路11與管路10的連接可以在需要時打開或封閉，以將蒸汽管路11中的蒸汽和管路10連通或隔斷。為實現(xiàn)消毒作用，蒸汽管路11與管路10的連接打開時，種子罐17的底閥18處于關(guān)閉狀態(tài)，第一閥門7和第二閥門8處于打開狀態(tài)，蒸汽通過管路10進入移種裝置，由第二閥門8排出管路10之外，從而對管路10及連接閥門進行消毒。消毒完畢后，蒸汽管路11與管路10的連接封閉，關(guān)閉第二閥門8。隨后，打開種子罐17的底閥18、第一閥門7和第三閥門9，進行移種。

根據(jù)本實用新型，所述移種裝置的管路10可以為不銹鋼管，更優(yōu)選為316L不銹鋼管。

根據(jù)本實用新型，所述液體流量計6可以為渦街流量計。

根據(jù)本實用新型，所述第一閥門7、第二閥門8、第三閥門9可以為隔膜閥。

根據(jù)本實用新型，所述取樣視鏡13包括視鏡底板，視鏡玻璃，其可采用耐高溫和蒸汽的已知材料制成。

根據(jù)本實用新型，所述可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置用于觀察、判斷發(fā)酵反應(yīng)的進行程度以及可視化取樣的實現(xiàn)；所述清洗裝置用于發(fā)酵反應(yīng)結(jié)束后對發(fā)酵裝置進行清洗；所述移種裝置用于精準控制移種量。

本實用新型的有益效果：

本發(fā)明提供的發(fā)酵裝置可取得的有利效果包括：

1.所述可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置是在取樣口處增加可視鏡，發(fā)酵過程中從罐中取樣時，可通過可視鏡看清發(fā)酵液的狀態(tài)及取樣后管道是否殘留發(fā)酵液，一來可判斷發(fā)酵反應(yīng)的進程，二來能降低染菌風險；

2.所述清洗裝置是將進水管與噴頭相連，高壓水進入到噴頭后，進一步進入位于噴頭外壁的螺旋狀噴嘴后高速旋轉(zhuǎn)霧化噴出，可大大增強對殘留發(fā)酵液的沖刷效果，同時可減少用水量，提高發(fā)酵液的回收率；

3.所述移種裝置是在種子罐與發(fā)酵裝置之間增加的可精確控制移種量的裝置，其可以避免因移種量過大或過小導致的發(fā)酵異常。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例1的發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，各附圖標記具有下列含義：1為罐體；2為罐蓋；3為攪拌軸；4為進水口；5為噴頭；6為液體流量計；7為第一閥門；8為第二閥門；9為第三閥門；10為管路；11為蒸汽管路；12為可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置的底閥；13為取樣視鏡；14為取樣閥門；16為取樣口；17為種子罐；18為種子罐17的底閥。

圖2是本實用新型實施例1的發(fā)酵裝置噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，各附圖標記具有下列含義：4為進水口；5為噴頭，15為噴嘴。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型的保護范圍并不限于此。除非另有說明，下列實施例中，使用的原料、材料或部件均可商購或根據(jù)已知方法制備。

實施例1本實用新型的發(fā)酵裝置

本實施例中使用的發(fā)酵裝置包括可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置、清洗裝置、移種裝置和種子罐17。所述發(fā)酵裝置的高徑比為2.2:1，體積為100L，種子罐17高徑比為2.2:1，體積為10L。

所述可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置包括：發(fā)酵罐體1、發(fā)酵罐蓋2、攪拌軸3、底閥12、取樣視鏡13、取樣閥14、取樣口16；

所述發(fā)酵罐蓋2與發(fā)酵罐體1密閉連接；所述攪拌軸3位于發(fā)酵罐體1中部，與罐蓋2連接；所述取樣視鏡13通過可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置的底閥12與發(fā)酵罐體1的底部連接，所述取樣口16通過取樣閥14與所述取樣視鏡13連接；

所述清洗裝置位于所述可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置內(nèi)部；所述清洗裝置包括進水口4、清洗噴頭5和位于所述清洗噴頭5側(cè)壁的噴嘴15；

所述進水口4為一個，位于發(fā)酵罐蓋2的上部；所述清洗噴頭5與進水口4連接；所述清洗噴頭5可拆卸地安裝于所述進水口4位于發(fā)酵罐蓋2內(nèi)側(cè)的一端；所述清洗噴頭5的側(cè)壁上有多個噴嘴15，且成規(guī)則的圓形排列；所述噴嘴15為螺旋形錐狀；

包括：與發(fā)酵罐體1側(cè)壁上部連接的管路10以及設(shè)置在管路10上且在自距發(fā)酵罐體1較遠的一端向較近的一端的方向上依次排列的第一閥門7、液體流量計6、第二閥門8和第三閥門9；

所述移種裝置的管路10的另一端與種子罐17的底閥18連接；

所述管路10在種子罐17的底閥18和第一閥門7之間可以進一步與蒸汽管路11連接，且所述蒸汽管路11與管路10的連接可以在需要時打開或封閉，以將蒸汽管路11中的蒸汽和管路10連通或隔斷；

所述管路10為316L不銹鋼管；所述液體流量計6為渦街流量計；

所述第一閥門7、第二閥門8、第三閥門9為隔膜閥。

所述取樣視鏡13包括視鏡底板和視鏡玻璃，其由可耐高溫蒸汽的材質(zhì)制備得到；其中，所述視鏡底板為不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)裝四氟墊圈，分別用4個螺母與可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置的底閥12和取樣閥14相連接；所述視鏡玻璃材質(zhì)為耐高溫玻璃，壁厚5mm，長度10cm，可耐壓差3MPa。

實施例2實施例1發(fā)酵裝置的應(yīng)用

在發(fā)酵反應(yīng)開始前，通過所述移種裝置將所述用于制備鳥氨酸的發(fā)酵裝置與種子罐17連接。所述移種裝置是在種子罐17與發(fā)酵裝置之間增加的可控制移種量的裝置，其可以避免因移種量過大或過小導致的發(fā)酵異常。移種之前，先進行管路消毒處理：先打開第一閥門7、第二閥門8，關(guān)閉第三閥門9及種子罐17的底閥18，從第一閥門7所連接的蒸汽管路11向所述移種裝置中通入蒸汽，對管路10及連接閥門進行消毒；30分鐘之后停止通入蒸汽(對蒸汽管路11的連接口做密閉處理)，關(guān)閉第二閥門8，打開種子罐17的底閥18、第一閥門7和第三閥門9，向種子罐17中鼓入空氣，以加大種子罐17中的壓力，將種子液經(jīng)移種裝置壓入可視化發(fā)酵反應(yīng)裝置中，在經(jīng)過液體流量計6時，可準確計量移入發(fā)酵裝置中種子液的體積。

在反應(yīng)過程中，取樣時，通過取樣視鏡13，可以觀察發(fā)酵液的狀態(tài)，以監(jiān)控反應(yīng)進程。

在反應(yīng)結(jié)束后，將制備得到的鳥氨酸從取樣口16排出，通過取樣視鏡13也可以觀測到樣品是否全部排出，待樣品全部排出后，關(guān)閉第三閥門9，向進水口4中通入高壓水，所述高壓水進入到清洗噴頭5后，進一步進入位于清洗噴頭5側(cè)壁上的成規(guī)則的圓形排列的螺旋形錐狀噴嘴15后高速旋轉(zhuǎn)霧化噴出，大大增強對殘留發(fā)酵液的沖刷效果，同時可減少用水量，提高發(fā)酵液的回收率。

上述實施例僅用于解釋說明本實用新型的發(fā)明構(gòu)思，而非對本實用新型保護范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在本實用新型內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行的調(diào)整或變型，均落入本實用新型的保護范圍。