本發(fā)明涉及發(fā)酵過程取樣檢測技術領域，特別是涉及一種取樣裝置及發(fā)酵罐無菌取樣方法。
背景技術：
生物反應器是利用酶或生物體(如微生物)所具有的生物功能，在體外進行生化反應的裝置系統(tǒng)，它是一種生物功能模擬機(容器)，如發(fā)酵罐、酶或細胞反應器等，在食品與發(fā)酵(如酒類、氨基酸、有機酸)、醫(yī)藥(抗生素、干擾素)、環(huán)境(生物降解)、生物能源(纖維素乙醇、產油微藻、沼氣)等生產和科研領域廣泛應用。
要維持生物反應器的高效運行，即獲得最大的生物轉化率和最低的成本，需要對反應器中的生物過程進行控制，其控制的基礎就是對反應器內各種參數進行檢測。
生物反應器的檢測方式有離線檢測和在線檢測兩種。離線檢測是由人工取樣，然后，將樣品送到化驗室或儀器室，通過專用儀器進行測定。在線檢測是把檢測儀器直接與反應器連接在一起或檢測傳感器探頭插入反應器內進行檢測。優(yōu)點是取樣和檢測過程可連續(xù)、迅速、準確完成，能及時、準確、連續(xù)的反映反應器生化過程的動態(tài)變化，有利于生物反應過程的優(yōu)化與控制。
在線檢測系統(tǒng)一般包含2個部分：(1)分析檢測技術和設備(檢測裝置)；(2)能將檢測裝置和反應器內部介質相結合的裝置即取樣裝置。
現有技術中的取樣裝置主要包括兩類，其中，一類是由管道和閥門組成，一類是分離膜過濾。管道閥門組成的取樣裝置不足之處在于：取出的是反應器內原樣，含有菌體、原料粗渣等，往往需經過過濾處理后才能進入儀器測定；為避免取樣過程的污染，必須需要配置滅菌裝置，如蒸汽、紫外燈等。對于分離膜過濾取樣，由于膜的孔徑阻止了菌體的通過，避免了外源污染，不足之處是液體中的雜質容易造成分離膜網孔的阻塞，過濾穩(wěn)定性差，需要經常清洗或更換。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的是提供一種取樣效率高、取樣質量好、使用安全方便的取樣裝置及發(fā)酵罐無菌取樣方法，以解決現有發(fā)酵罐無菌取樣裝置及取樣方法裝置中分離膜網孔易阻塞、易污染導致取樣樣品質量差、取樣效率低的問題。
為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種取樣裝置，包括高溫高壓氣體發(fā)生器、分離膜管、支撐體和樣品池，所述分離膜管固定在所述支撐體上，所述分離膜管的外壁周圈和外界直接接觸，所述分離膜管的一端通過第一管路與所述高溫高壓氣體發(fā)生器相連接，所述第一管路上設置有穩(wěn)壓穩(wěn)流閥，所述分離膜管的另一端通過第二管路與所述樣品池相連接，所述第二管路上設置有第一開關閥。
優(yōu)選的，所述支撐體上設置有流體通道，所述分離膜管的兩端分別與相應的所述流體通道相連接，所述流體通道分別與所述第一管路和所述第二管路相連接。
優(yōu)選的，所述第二管路上還設置有第二開關閥，所述第二開關閥靠近其中一個所述流體通道。
優(yōu)選的，所述分離膜管的兩端與所述流體通道的連接處設置有密封結構。
優(yōu)選的，所述分離膜管的材質為多孔陶瓷或有機高分子膜；優(yōu)選的，所述多孔陶瓷或有機高分子膜的孔徑在0.1-0.2μm。
優(yōu)選的，所述第二管路上還設置有第二開關閥，所述第二開關閥靠近所述分離膜管。
優(yōu)選的，所述取樣裝置還包括抽取裝置，所述抽取裝置通過第三管路與所述第二管路相連接，所述第三管路與所述第二管路的連接處位于所述第一開關閥與所述分離膜管之間。
優(yōu)選的，所述第三管路上設置有第三開關閥。
本發(fā)明中應用上述取樣裝置，還提供了一種發(fā)酵罐無菌取樣方法，其特征在于，包括如下步驟：
將取樣裝置中的支撐體和分離膜管插入發(fā)酵罐；
所述取樣裝置中的穩(wěn)壓穩(wěn)流閥、第一開關閥、第二開關閥和第三開關閥開啟，并通過高溫高壓氣體發(fā)生器向所述取樣裝置中通入高溫高壓氣體進行滅菌；
滅菌完成后關閉所述高溫高壓氣體發(fā)生器，并將所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥和所述第一開關閥關閉，所述第二開關閥和所述第三開關閥開啟，所述取樣裝置中的抽取裝置啟動，所述抽取裝置將所述分離膜管外部的發(fā)酵液，抽入所述分離膜管的內部；
所述抽取裝置抽取完成后關閉所述抽取裝置，并將所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥、所述第一開關閥和所述第二開關閥開啟，將所述第三開關閥關閉，所述高溫高壓氣體發(fā)生器啟動，所述高溫高壓氣體發(fā)生器產生的高溫高壓氣體推動所述分離膜管內部的發(fā)酵液進入所述取樣裝置中的樣品池。
優(yōu)選的，取樣完成后，保持所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥開啟，并將所述第一開關閥、所述第二開關閥和所述第三開關閥關閉，所述高溫高壓氣體發(fā)生器產生的高溫高壓氣體對所述分離膜管進行反沖洗。
本發(fā)明相對于現有技術取得了以下有益效果：
1、本發(fā)明中采用設置高溫高壓氣體發(fā)生器的方式，使得高溫高壓氣體可以消除取樣裝置管路內殘留的液滴，避免了分離膜管外發(fā)酵液進入管內后與殘留液體融合后產生濃度誤差的問題，進而保證了管內樣品濃度和管外發(fā)酵液濃度的一致性，同時高溫高壓氣體也可以防止管道內產生微生物，避免了發(fā)酵液樣品進入分離膜管內發(fā)生污染的問題，也了防止了管內壁生長微生物導致分離膜管內部堵塞的問題。
2、本發(fā)明中分離膜管的材質為多孔陶瓷或有機高分子膜，能耐高溫滅菌，孔徑在0.1-0.2μm之間，微生物不能通過，能有效防止取樣樣品中存在菌體，取出的樣品(發(fā)酵液)沒有雜質，不需過濾處理就適用于多種分析儀器直接測定。
3、本發(fā)明中在每次采樣過程中或者完成后，可以對分離膜管進行高溫高壓氣體的反向沖洗，清洗掉附著在管路外壁的菌體，保持管路外壁的長期清潔，避免了樣品流通的生物污染堵塞，提高了取樣效率。
4、本發(fā)明中在進行取樣工作之前，先通過高溫高壓氣體發(fā)生器產生的高溫高壓氣體對整個取樣裝置進行滅菌處理，保證取樣裝置本身不存在污染源，避免了由于取樣裝置的污染物導致整個發(fā)酵罐被污染的問題，提高了取樣過程的安全性能。
5、由于使用取樣裝置在發(fā)酵罐取出的樣品中含有豐富的營養(yǎng)物，易在流通管道(包括分離膜管、第一管路、第二管路、流體通道等)中產生殘留，引起流通管道的污染，本發(fā)明中通過高溫高壓氣體發(fā)生器產生的高溫高壓氣體對整個流通管道進行滅菌，可避免流通管道污染造成的管道堵塞，提高了管道流通的穩(wěn)定性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明取樣裝置的整體結構示意圖；
其中，1-高溫高壓氣體發(fā)生器、2-分離膜管、3-支撐體、4-樣品池、5-第一管路、6-穩(wěn)壓穩(wěn)流閥、7-第二管路、8-第一開關閥、9-流體通道、10-第二開關閥、11-密封結構、12-抽取裝置、13-第三開關閥、14-第三管路。
具體實施方式
下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明的目的是提供一種取樣效率高、取樣質量好、使用方便的取樣裝置及發(fā)酵罐無菌取樣方法，以解決現有發(fā)酵罐無菌取樣裝置及取樣方法裝置中分離膜網孔易阻塞、易污染導致取樣樣品質量差、取樣效率低的問題。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種取樣裝置，包括高溫高壓氣體發(fā)生器1、分離膜管2、支撐體3和樣品池4，所述分離膜管2固定在所述支撐體3上，所述分離膜管2的外壁周圈和外界直接接觸，所述分離膜管2的一端通過第一管路5與所述高溫高壓氣體發(fā)生器1相連接，所述第一管路5上設置有穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6，所述分離膜管2的另一端通過第二管路7與所述樣品池4相連接，所述第二管路7上設置有第一開關閥8。
本發(fā)明取樣裝置在工作過程中，高溫高壓氣體發(fā)生器1中產生高溫高壓氣體，高溫高壓氣體經過穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6的控制穩(wěn)定的輸送到取樣裝置的管路系統(tǒng)中，在取樣裝置進行取樣工作之前高溫高壓氣體可以對管路系統(tǒng)進行滅菌，在進行取樣工作時高溫高壓氣體推動由分離膜管2滲透入管路內部的樣品，使得樣品進入樣品池4中，等待使用；在取樣工作完成之后，關閉設置在第二管路7上的第一開關閥8，使得高溫高壓氣體在分離膜管2的孔隙中流出，形成氣體反沖洗，清洗掉附著在分離膜管2管路外壁的菌體，保持管路外壁的長期清潔。其中，支撐體3是由有機材料棒加工而成的圓柱體結構，直徑為1.0-2.5cm，分離膜管2的內徑徑為0.5-2.0mm。
由于高溫高壓氣體在管路中運動時產生很強的作用力(如對管壁沖擊力)，容易對管路產生損壞，或者對管路連接處(如第一管路5與分離膜管2的連接處，若第一管路5在高溫高壓氣體的作用下產生強烈震動或抖動，將破壞連接處的結構強度，影響使用壽命和密封性)的密封性能產生影響，為了保證管路的使用壽命和密封性，本發(fā)明中在所述支撐體3上設置有流體通道9，所述分離膜管2的兩端分別與相應的所述流體通道9相連接，所述流體通道9分別與所述第一管路5和所述第二管路7相連接。本發(fā)明中采用在支撐體3上設置流體通道9的方式，使得分離膜管2的兩端通過相應的流體通道9分別第一管路5和第二管路7相連接，避免了分離膜管2直接與第一管路5和第二管路7相連接，保證管路(包括分離膜管2、第一管路5、第二管路7等)的使用壽命和密封性，其中，流體通道9呈u型，即u型擴散管道，管道內徑為0.5-2.0mm。
為了避免反沖洗過程中高溫高壓氣體對第二管路7產生的不良影響，如氣體沖擊導致第二管路7使用壽命低，又或者由于過長的第二管路7導致反沖洗氣體壓力不足的問題，本發(fā)明中在所述第二管路7上還設置有第二開關閥7，所述第二開關閥7靠近其中一個所述流體通道9(此流體通道9為與第二管路7相連接的流體通道9)；在進行反沖洗過程中關閉第二開關閥7，縮短高溫高壓氣體在第二管路7中的流動距離。
本發(fā)明中所述分離膜管2的兩端與所述流體通道9的連接處設置有密封結構11，保證分離膜管2與流體通道9的密封性能，其中，密封結構11可以為密封圈。
本發(fā)明中所述分離膜管2的材質為多孔陶瓷或有機高分子膜；優(yōu)選的，所述多孔陶瓷或有機高分子膜的孔徑在0.1-0.2μm。
為了避免反沖洗過程中高溫高壓氣體對第二管路7產生的不良影響，如氣體沖擊導致第二管路7使用壽命低，又或者由于過長的第二管路7導致反沖洗氣體壓力不足的問題，本發(fā)明中在所述第二管路7上還設置有第二開關閥7，所述第二開關閥7靠近所述分離膜管2(即靠近第二管路7與分離膜管2的連接處)，在進行反沖洗過程中關閉第二開關閥7，縮短高溫高壓氣體在第二管路7中的流動距離。
為了提高取樣裝置的取樣效率，本發(fā)明中所述取樣裝置還包括抽取裝置12，所述抽取裝置12通過第三管路14與所述第二管路7相連接，所述第三管路14與所述第二管路7的連接處位于所述第一開關閥8與所述分離膜管2之間，在取樣過程中抽取裝置12抽取管路系統(tǒng)(包括分離膜管2、第一管路5、第二管路7、第三管路14等)內部的氣體，使得管路系統(tǒng)內部形成負壓，進而使得外界流體在負壓的作用下快速的進入管路系統(tǒng)內部，提高了取樣效率。
本發(fā)明中所述第三管路14上設置有第三開關閥13，實現對第三管路14的貫通或者關閉。
本發(fā)明中應用上述取樣裝置，還提供了一種發(fā)酵罐無菌取樣方法，包括如下步驟：
將取樣裝置中的支撐體3和分離膜管2插入發(fā)酵罐；
所述取樣裝置中的穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6、第一開關閥8、第二開關閥7和第三開關閥13開啟，并通過高溫高壓氣體發(fā)生器1向所述取樣裝置中通入高溫高壓氣體進行滅菌；
滅菌完成后關閉所述高溫高壓氣體發(fā)生器1，并將所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6和所述第一開關閥8關閉，所述第二開關閥7和所述第三開關閥13開啟，所述取樣裝置中的抽取裝置12啟動，所述抽取裝置12將所述分離膜管2外部的發(fā)酵液，抽入所述分離膜管2的內部；
所述抽取裝置12抽取完成后關閉所述抽取裝置12，并將所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6、所述第一開關閥8和所述第二開關閥7開啟，將所述第三開關閥13關閉，所述高溫高壓氣體發(fā)生器1啟動，所述高溫高壓氣體發(fā)生器1產生的高溫高壓氣體推動所述分離膜管2內部的發(fā)酵液進入所述取樣裝置中的樣品池4。
更進一步的，在取樣完成后，保持所述穩(wěn)壓穩(wěn)流閥6開啟，并將所述第一開關閥8、所述第二開關閥7和所述第三開關閥13關閉，所述高溫高壓氣體發(fā)生器1產生的高溫高壓氣體對所述分離膜管2進行反沖洗。
本發(fā)明中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。