專利名稱：平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物好氧培養(yǎng)設(shè)備，特別涉及一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法，屬于微生物培養(yǎng)領(lǐng)域和膜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，微生物好氧培養(yǎng)及細胞 發(fā)酵產(chǎn)酶通常將微生物接種到裝有微生物生長培養(yǎng)基的三角瓶中，然后用多層紗布將三角瓶瓶口包裹并置于恒溫振蕩器中進行培養(yǎng)，微生物好氧培養(yǎng)往往需氧進行呼吸代謝，而恒溫振蕩器具有通氣設(shè)備，三角瓶震蕩過程中使流通的空氣透過紗布浸入三角瓶并溶解于培養(yǎng)基中，使微生物進行呼吸代謝。微生物細胞的呼吸強度與微生物的種類以及細胞的生長期有關(guān)。不同微生物細胞生長過程中呼吸強度不同，同一種微生物在不同的生長階段，其呼吸強度亦有差別。在微生物生長的各個階段，菌體密度和呼吸強度各不相同，致使好氧速率有較大差別，在微生物耗氧速率發(fā)生改變時，相應地對通氧量進行調(diào)節(jié)。通常情況下，氧氣溶解到液體培養(yǎng)基中是通過氣-液兩相的界面進行的。增大氣-液兩相接觸面積，將有利于提高氧氣溶解到液體培養(yǎng)基中的溶氧速率。當前圍繞微生物培養(yǎng)器的研究取得了一定的進展，但現(xiàn)有的一些反應器仍然存在一些問題通過恒溫振蕩器震蕩或者搖床轉(zhuǎn)動使氧氣溶解在培養(yǎng)基中的溶解度很小，而且震蕩方式易使培養(yǎng)基形成漩渦，不利于微生物與氧氣的充分接觸，同時由于該恒溫振蕩器具備的通氣設(shè)備，無法控制通過的空氣流量，而且不具備過濾空氣中細菌的過濾裝置，這就導致微生物培養(yǎng)過程中的生物量較低，因此，現(xiàn)有報道的微生物培養(yǎng)器的諸多缺點在一定程度上限制了微生物培養(yǎng)器的商業(yè)化應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有微生物好氧培養(yǎng)及細胞發(fā)酵產(chǎn)酶過程中氧氣接觸不充分，通氧過程須另設(shè)空氣過濾裝置及擾動或攪拌裝置等問題，提供了一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明的一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，包括供氣泵、進氣閥、空氣流量計、培養(yǎng)器、加熱器、液封瓶；連接關(guān)系為供氣泵、進氣閥、空氣流量計通過管路順次連接后，再與培養(yǎng)器的進氣口連接，培養(yǎng)器置于加熱器中，培養(yǎng)器的出氣口用通氣管置于液封瓶的液面以下進行液封，防止微生物染雜菌。其中，培養(yǎng)器包括儲氣槽、進氣口、疏水性微孔平板膜、膜支撐孔板、自循環(huán)導流筒、加料及取樣口、接種口、出氣口、上蓋、外器壁、第一墊圈、第二墊圈、螺栓、固定柱、支架；其連接關(guān)系為儲氣槽為中空的圓柱體，儲氣槽內(nèi)壁下半部分的直徑小于上半部分的直徑，儲氣槽內(nèi)壁成階梯型，在儲氣槽下半部分設(shè)有與管路相連接的進氣口 ；第一墊圈的外徑與儲氣槽上半部分階梯內(nèi)壁的直徑相同；疏水性微孔平板膜的直徑與儲氣槽上半部分階梯內(nèi)壁的直徑相同；在疏水性微孔平板膜上開有用于螺栓穿過的螺栓孔；外器壁的外徑與儲氣槽上半部分階梯內(nèi)壁的直徑相同，外器壁的內(nèi)徑與膜支撐孔板的直徑相同；膜支撐孔板上開有小孔，且設(shè)有用于支撐自循環(huán)導流筒的支架；固定柱的下端與儲氣槽外壁固連，上端設(shè)有螺紋；上蓋上開有加料及取樣口、接種口、出氣口，加料及取樣口、接種口、出氣口均可通過第二墊圈的中空部分直接與空氣接觸；上蓋上還開有用于固定柱穿過的螺栓孔；上蓋上設(shè)有用于固定外器壁的突臺，突臺的內(nèi)徑與外器壁的外徑相同；第一墊圈放置于儲氣槽的階梯面上，第一墊圈上方放有疏水性微孔平板膜，疏水性微孔平板膜上方放有膜支撐孔板；儲氣槽、第一墊圈、疏水性微孔平板膜、膜支撐孔板通過螺栓固連；外器壁的徑向下端部分通過儲氣槽內(nèi)壁和膜支撐孔板固定，外器壁的徑向上端部分通過上蓋固定，外器壁的軸向通過第一墊圈和第二墊圈 固定；儲氣槽的外壁與固定柱的下端部分固連，固定柱的上端部分通過螺栓與上蓋固連；自循環(huán)導流筒固定于膜支撐孔板的支架上。所述的膜支撐孔板表面固聯(lián)有至少兩個支架，用來支撐自循環(huán)導流筒。所述的自循環(huán)導流筒為上下均無底蓋的圓柱形，材料優(yōu)選為玻璃，不銹鋼或者聚四氟乙烯。所述的儲氣槽、第一墊圈、疏水性微孔平板膜、膜支撐孔板通過螺栓固連，至少用2個螺栓固連。本發(fā)明所采用的膜濾器的膜材料主要為疏水性微孔高分子有機膜，例如聚偏氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(PVC)的微濾膜或超濾膜。所述的自循環(huán)導流筒的上緣浸沒于液體內(nèi)，距離上液面高度為液高的1/20-1/4，下緣與膜支撐孔板間的間距為液高的1/20-1/4。其工作過程為空氣經(jīng)過供氣泵和空氣流量計到達培養(yǎng)器，通過進氣口進入儲氣槽，空氣經(jīng)過疏水性微孔平板膜的膜孔被分散為微小氣泡后，再經(jīng)過膜支撐孔板的氣孔進入裝有液體培養(yǎng)基的培養(yǎng)器內(nèi)腔；根據(jù)膜支撐孔板上的通氣小孔與支撐自循環(huán)導流筒的支架的位置關(guān)系，培養(yǎng)液隨著氣泡的上升向上運動，到達自循環(huán)導流筒的上緣沿筒壁向下流動，在培養(yǎng)器內(nèi)部相對于自循環(huán)導流筒形成外循環(huán)或者內(nèi)循環(huán)形式，培養(yǎng)液的循環(huán)運動，使微生物在培養(yǎng)基中呈懸浮態(tài)，有利于微生物與空氣充分接觸；多余的空氣通過與出氣口相通的管路流到液封瓶中。本發(fā)明的一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)方法具體步驟如下步驟一、將盛有液體培養(yǎng)基的培養(yǎng)器置于加熱器的恒溫水浴內(nèi)，將出口管液封，開啟進氣泵；步驟二、空氣進入儲氣槽后經(jīng)過疏水性平板微孔膜的過濾作用，過濾掉空氣中的細菌及雜質(zhì)，并使空氣經(jīng)疏水性平板微孔膜的微孔分散成微小氣泡進入液體培養(yǎng)基，增加氣-液接觸面積，從而提高溶氧速率，同時培養(yǎng)器內(nèi)部設(shè)有自循環(huán)導流筒，當膜支撐孔板上的通氣小孔位于支架內(nèi)側(cè)時，自循環(huán)導流筒內(nèi)側(cè)的培養(yǎng)液隨氣泡上升而向上運動，在自循環(huán)導流筒的導流作用下，使液體培養(yǎng)基到達自循環(huán)導流筒上緣后向下運動，在培養(yǎng)器內(nèi)形成外循環(huán)；當膜支撐孔板上的通氣小孔位于支架外側(cè)時，自循環(huán)導流筒外側(cè)的培養(yǎng)液隨氣泡上升而向上運動，在自循環(huán)導流筒的導流作用下，使液體培養(yǎng)基到達自循環(huán)導流筒上緣后向下運動，在培養(yǎng)器內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)；培養(yǎng)液的循環(huán)確保微生物呈懸浮態(tài)，與氧氣充分接觸，利用培養(yǎng)液中的溶解氧進行呼吸代謝。有益成果I、本發(fā)明采用培養(yǎng)器采用平板微孔或超濾膜給氧氣升式供氣，將空氣分散為微小氣泡，有效降低了傳統(tǒng)震蕩攪拌或者攪拌器攪拌過程中剪切力對微生物的剪切力，增大了氣-液接觸面積，提高培養(yǎng)基中的溶氧率。2、本發(fā)明所用的培養(yǎng)器設(shè)置 有自循環(huán)導流筒，以自循環(huán)導流筒為基準，可形成內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種方式，提高氧氣利用率，微生物培養(yǎng)過程的生物量，無須另外安裝空氣過濾器及擾動或攪拌裝置，降低過程中能耗。3、本發(fā)明采用的培養(yǎng)器組合方便，操作簡單，可適用于高壓蒸汽滅菌，易于反應器的放大。4、本發(fā)明所用的膜為疏水性微孔高分子有機膜，由于高分子有機膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗污染及微生物腐蝕能力強，再生簡易且可以高溫蒸汽滅菌等優(yōu)點，適用于微生物培養(yǎng)過程中的一些復雜環(huán)境，本培養(yǎng)器中起曝氣作用的微孔膜，本身孔徑較小，在空氣通過的同時，有效截留空氣中的細菌及霉菌等有害微生物，而且膜在與液體培養(yǎng)基中微生物接觸過程中，不易使微生物在膜表面沉積，不易堵塞及污染膜孔，從而可提高微生物培養(yǎng)過程中的生物量。5、培養(yǎng)基中溶氧速率提高，微生物呼吸強度增大，生物量或菌體密度提高50%至一倍，細胞發(fā)酵所產(chǎn)酶的酶活力提高50%以上。


圖I是本發(fā)明一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明所述的培養(yǎng)器的剖視圖，即圖I中A-A面剖視圖；圖3是本發(fā)明所述的培養(yǎng)器中B的局部放大圖；圖4是實施例I所述的培養(yǎng)器中膜支撐孔板及自循環(huán)導流筒的俯視圖；圖5是實施例2所述的培養(yǎng)器中膜支撐孔板及自循環(huán)導流筒的俯視圖；其中，I-供氣泵、2-進氣閥、3-空氣流量計、4-培養(yǎng)器、5-加熱器、6_液封瓶、401-儲氣槽、402-進氣口、403_疏水性微孔平板膜、404-膜支撐孔板、405-自循環(huán)導流筒、406-加料及取樣口，407-接種口、408-出氣口、409_上蓋、4010-外器壁、4011-第一墊圈、4012-第二墊圈、4013-螺栓、4014-固定柱、4015-支架。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明。實施例I一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法，包括供氣泵I、進氣閥2、空氣流量計3、培養(yǎng)器4、加熱器5、液封瓶6 ;如圖I所示；供氣泵I、進氣閥2、空氣流量計3通過管路順次連接后，再與培養(yǎng)器4的進氣口 402連接，培養(yǎng)器4置于加熱器5中，培養(yǎng)器4的出氣口 408用通氣管置于液封瓶6的液面以下進行液封，防止微生物染雜菌。其中，培養(yǎng)器4包括儲氣槽401、進氣口 402、疏水性微孔平板膜403、膜支撐孔板404、自循環(huán)導流筒405、加料及取樣口 406、接種口 407、出氣口 408、上蓋409、外器壁4010、第一墊圈4011、第二墊圈4012、螺栓4013、固定柱4014、支架4015 ；其連接關(guān)系為儲氣槽401為中空的圓柱體，儲氣槽401內(nèi)壁下半部分的直徑小于上半部分的直徑，儲氣槽401內(nèi)壁成階梯型，在儲氣槽401下半部分設(shè)有與管路相連接的進氣口 ；第一墊圈4011的外徑與儲氣槽401上半部分階梯內(nèi)壁的直徑同為80mm ;疏水性微孔平板膜403的直徑與儲氣槽401上半部分階梯內(nèi)壁的直徑同為80mm ;疏水性微孔平板膜用膜403為聚四氟乙烯PTFE，平均孔徑為O. 02 μ m,膜厚度為80 μ m ;如圖4所示在疏水性微孔平板膜403上開有6個直徑為O. 5cm用 于螺栓穿過的螺栓孔；外器壁的外徑與儲氣槽401上半部分階梯內(nèi)壁的直徑同為80mm，外器壁4010的內(nèi)徑與膜支撐孔板404的直徑同為75mm ;如圖4所示膜支撐孔板404上開有孔徑為Imm的小孔，且設(shè)有3個用于支撐自循環(huán)導流筒405的支架4015，支架高度為O. 5cm,自循環(huán)導流筒405為玻璃材質(zhì)，內(nèi)徑為5cm，高度為3cm，上緣浸沒于培養(yǎng)液中，距離液面高度為液高的1/4，且通氣小孔位于自循環(huán)導流筒405的內(nèi)側(cè)；固定柱4014的下端與儲氣槽401外壁固連，上端設(shè)有螺紋；上蓋409上開有加料及取樣口 406、接種口 407、出氣口 408，加料及取樣口 406、接種口 407、出氣口 408均可通過第二墊圈4012的中空部分直接與空氣接觸；上蓋409上還開有用于固定柱4014穿過的螺栓孔；上蓋409上設(shè)有用于固定外器壁4010的突臺，突臺的內(nèi)徑與玻璃的外器壁4010的外徑相同；第一墊圈4011放置于儲氣槽401的階梯面上，第一墊圈4011上方放有孔徑為O. 02 μ m的聚四氟乙烯疏水性微孔平板膜403，疏水性微孔平板膜403上方放有膜支撐孔板404 ;儲氣槽401、第一墊圈4011、疏水性微孔平板膜403、膜支撐孔板404通過螺栓固連；夕卜器壁4010的徑向下端部分通過儲氣槽401內(nèi)壁和膜支撐孔板404固定，外器壁4010的徑向上端部分通過上蓋409固定，外器壁4010的軸向通過第一墊圈4011和第二墊圈4012固定；儲氣槽401的外壁與固定柱4014的下端部分固連，固定柱4014的上端部分通過螺栓與上蓋409固連；自循環(huán)導流筒405固定于膜支撐孔板404的支架4015上。本發(fā)明的一種中空纖維膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)方法具體步驟如下步驟一、配制200ml用于鷹嘴豆孢克魯維酵母產(chǎn)酶的YETO培養(yǎng)基(具體組成1 %的酵母提取物yeast extract, 2 %蛋白胨peptone, 2 %葡萄糖glucose)于500ml三角瓶中，包上紗布，將組裝好的培養(yǎng)器4和裝有YEH)培養(yǎng)基的三角瓶分別放入高溫蒸汽滅菌鍋在121°C下滅菌15min ；步驟二、在無菌操作臺內(nèi)，首先將YEro培養(yǎng)基通過加料及取樣口 406、加到培養(yǎng)器4中，接著，用接種環(huán)取一環(huán)鷹嘴豆孢克魯維酵母從接種口 407加入到培養(yǎng)器4中，進樣墊封閉以上兩口，將盛有液體培養(yǎng)基的培養(yǎng)器置于加熱器3的恒溫水浴內(nèi)，用通氣管依次將進氣泵I，進氣閥2，空氣流量計3及培養(yǎng)器5的進氣口 402連接，向液封瓶6中加入IOOml去離子水，將連接出氣口 408的通氣管置于液封瓶6液面以下進行液封；步驟三、開啟進氣泵1，調(diào)節(jié)進氣閥2及空氣流量計3使空氣流量保持至80ml/min ;調(diào)節(jié)加熱器5使加熱器的恒溫水浴鍋內(nèi)溫度為30°C，開始鷹嘴豆孢克魯維酵母的好氧發(fā)酵產(chǎn)酶過程；步驟四、在鷹嘴豆孢克魯維酵母發(fā)酵產(chǎn)酶過程中，所通空氣中氧氣經(jīng)過疏水性中空纖維微孔膜絲403的過濾作用，過濾掉空氣中的細菌及雜質(zhì)，使空氣經(jīng)疏水性平板微孔膜403壁面的微孔分散成微小氣泡進入液體培養(yǎng)基，通過增加氣-液接觸面積來提高培養(yǎng)基中的溶氧速率，同時培養(yǎng)器內(nèi)部設(shè)有自循環(huán)導流筒405，如圖4所示培養(yǎng)液隨氣泡上升在自循環(huán)導流筒405的內(nèi)側(cè)向上運動，在自循環(huán)導流筒405的導流作用下，當YEH)液體培養(yǎng)基到達自循環(huán)導流筒405上緣后向下運動，在培養(yǎng)器內(nèi)形成外循環(huán)，增大氧氣與微生物接觸機會，鷹嘴豆孢克魯維酵母利用其中的溶解氧進行呼吸代謝。步驟五、從取樣口(406)進行取樣，將樣品置于低溫離心機中4°C、8000rpm下離心5min，上清液作為粗酶液，取適當稀釋的酶液O. 5ml，加入2 %的菊粉溶液，55°C下反應IOmin,煮沸5min終止酶活，DNS法測得酶活力為320U/ml ;下層沉淀置于烘箱中烘至恒重，稱重得生物量為14. 2g/L ；傳統(tǒng)的產(chǎn)酶方法為配制200ml YET O培養(yǎng)基于500ml三角瓶中，包上紗布，在搖床中30°C、170rpm下培養(yǎng)120h，取樣，測酶活為186U/ml，酵母的生物量為8. 6g/L，采用平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法使Kl-Inu酵母所產(chǎn)酶活力提高了 72%，同時酵母的生物量提高了 65. 1%。實施例2一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法，包括供氣泵I、進氣閥2、空氣流量計3、培養(yǎng)器4、加熱器5、液封瓶6 ;如圖I所示；供氣泵I、進氣閥2、空氣流量計3通過管路順次連接后，再與培養(yǎng)器4的進氣口 402連接，培養(yǎng)器4置于加熱器5中，培養(yǎng)器4的出氣口 408用通氣管置于液封瓶6的液面以下進行液封，防止微生物染雜菌。其中，培養(yǎng)器4包括儲氣槽401、進氣口 402、疏水性微孔平板膜403、膜支撐孔板404、自循環(huán)導流筒405、加料及取樣口 406、接種口 407、出氣口 408、上蓋409、外器壁4010、第一墊圈4011、第二墊圈4012、螺栓4013、固定柱4014、支架4015 ；其連接關(guān)系為儲氣槽401為中空的圓柱體，儲氣槽401內(nèi)壁下半部分的直徑小于上半部分的直徑，儲氣槽401內(nèi)壁成階梯型，在儲氣槽401下半部分設(shè)有與管路相連接的進氣口 ；第一墊圈4011的外徑與儲氣槽401上半部分階梯內(nèi)壁的直徑同為80mm ;疏水性微孔平板膜403的直徑與儲氣槽401上半部分階梯內(nèi)壁的直徑同為80mm ;疏水性微孔平板膜用膜403為聚四氟乙烯PTFE，平均孔徑為O. 02 μ m，膜厚度為80 μ m ;如圖5所示在疏水性微孔平板膜403上開有6個直徑為O. 5cm用于螺栓穿過的螺栓孔；外器壁的外徑與儲氣槽401上半部分階梯內(nèi)壁的直徑同為80mm，外器壁4010的內(nèi)徑與膜支撐孔板404的直徑同為75mm ;如圖5所示膜支撐孔板404上開有孔徑為Imm的小孔，且設(shè)有3個用于支撐自循環(huán)導流筒405的支架4015，支架高度為O. 5cm,自循環(huán)導流筒405為玻璃材質(zhì)，內(nèi)徑為3cm，高度為3cm，上緣浸沒于培養(yǎng)液中，距離液面高度為液高的1/4，通氣的小孔位于自循環(huán)導流筒405的外側(cè)；同時，膜支撐孔板404中心處開有6個小孔，避免自循環(huán)導流筒405中心處出現(xiàn)循環(huán)死區(qū)；固定柱4014的下端與儲氣槽401外壁固連，上端設(shè)有螺紋；上蓋409上開有加料及取樣口 406、接種口 407、出氣口 408，加料及取樣口 406、接種口 407、出氣口 408均可通過第二墊圈4012的中空部分直接與空氣接觸；上蓋409上還開有用于固定柱4014穿過的螺栓孔；上蓋409上設(shè)有用于固定外器壁4010的突臺，突臺的內(nèi)徑與玻璃的外器壁4010的外徑相同；第一墊圈4011放置于儲氣槽401的階梯面上，第一墊圈4011上方放有孔徑為O. 02 μ m的聚四氟乙烯疏水性微孔平板膜403，疏水性微孔平板膜403上方放有膜支撐孔板404 ;儲氣槽401、第一墊圈4011、疏水性微孔平板膜403、膜支撐孔板404通過螺栓固連；夕卜器壁4010的徑向下端部分通過儲氣槽401內(nèi)壁和膜支撐孔板404固定，外器壁4010的徑向上端部分通過上蓋409固定，外器壁4010的軸向通過第一墊圈4011和第二墊圈4012固定；儲氣槽401的外壁與固定柱4014的下端部分固連，固定柱4014的上端部分通過螺栓與上蓋409固連；自循環(huán)導流筒405固定于膜支撐孔板404的支架4015上。本發(fā)明的一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)方法具體步驟如下步驟一、配制200ml用于大腸桿菌培養(yǎng)的LB培養(yǎng)基(組成為0. 5%的酵母提取物yeast extract, I %的胰蛋白胨tryptone, I %的氯化鈉NaCl)于500ml三角瓶中，包上紗布，將組裝好的培養(yǎng)器4和裝有LB培養(yǎng)基的三角瓶分別放入高溫蒸汽滅菌鍋在121°C下滅菌 15min ；步驟二、在無菌操作臺內(nèi)，將LB培養(yǎng) 基及大腸桿菌分別通過加料及取樣口 406、接種口 407加到培養(yǎng)器4中后，用進樣墊封閉以上兩口，將盛有液體培養(yǎng)基的培養(yǎng)器置于加熱器3的恒溫水浴內(nèi)，用通氣管依次將進氣泵1，進氣閥2，空氣流量計3及培養(yǎng)器5的進氣口402連接，向液封瓶6中加入IOOml去離子水，將連接出氣口 408的通氣管置于液封瓶6液面以下進行液封；步驟三、開啟進氣泵1，調(diào)節(jié)進氣閥2及空氣流量計3使空氣流量保持至80ml/min ;調(diào)節(jié)加熱器5使加熱器的恒溫水浴鍋內(nèi)溫度為37°C，開始大腸桿菌的培養(yǎng)；步驟四、在大腸桿菌培養(yǎng)過程中，所通空氣中氧氣經(jīng)過疏水性中空纖維微孔膜絲403的過濾作用，過濾掉空氣中的細菌及雜質(zhì)，并使空氣經(jīng)疏水性平板微孔膜403微孔分散成微小氣泡進入液體培養(yǎng)基，通過增加氣-液接觸面積來提高培養(yǎng)基中的溶氧速率，同時培養(yǎng)器內(nèi)部設(shè)有自循環(huán)導流筒405，如圖5所示液體隨氣泡上升在自循環(huán)導流筒405的外側(cè)向上運動，在自循環(huán)玻璃圓筒的導流作用下，當LB液體培養(yǎng)基到達自循環(huán)導流筒405上緣后向下運動，在培養(yǎng)器內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，增大氧氣與微生物接觸機會，大腸桿菌利用其中的溶解氧進行呼吸代謝。步驟五、從取樣口 406進行取樣，測得菌體密度為6. 9X 109CFU/mL。傳統(tǒng)的大腸桿菌培養(yǎng)方法為配制200ml LB培養(yǎng)基于250ml三角瓶中，包上紗布，在搖床中37°C、170rpm下培養(yǎng)24h，取樣，測得菌體密度為4. 5 X 109CFU/mL，采用平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法使菌體密度提高了 53%。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換和替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于包括供氣泵、進氣閥、空氣流量計、培養(yǎng)器、加熱器、液封瓶；供氣泵、進氣閥、空氣流量計通過管路順次連接后，再與培養(yǎng)器的進氣口連接，培養(yǎng)器置于加熱器中，培養(yǎng)器的出氣口用通氣管置于液封瓶的液面以下進行液封；其中，培養(yǎng)器包括儲氣槽、進氣口、疏水性微孔平板膜、膜支撐孔板、自循環(huán)導流筒、加料及取樣口、接種口、出氣口、上蓋、外器壁、第一墊圈、第二墊圈、螺栓、固定柱、支架；儲氣槽為中空的圓柱體，儲氣槽內(nèi)壁下半部分的直徑小于上半部分的直徑，儲氣槽內(nèi)壁成階梯型，在儲氣槽下半部分設(shè)有與管路相連接的進氣口 ；第一墊圈的外徑與儲氣槽上半部分階梯內(nèi)壁的直徑相同；疏水性微孔平板膜的直徑與儲氣槽上半部分階梯內(nèi)壁的直徑相同；在疏水性微孔平板膜上開有用于螺栓穿過的螺栓孔；外器壁的外徑與儲氣槽上半部分階梯內(nèi)壁的直徑相同，外器壁的內(nèi)徑與膜支撐孔板的直徑相同；膜支撐孔板上開有小孔，且設(shè)有用于支撐自循環(huán)導流筒的支架；固定柱的下端與儲氣槽外壁固連，上端設(shè)有螺紋；上蓋上開有加料及取樣口、接種口、出氣口，加料及取樣口、接種口、出氣口均可通過第二墊圈的中空部分直接與空氣接觸；上蓋上還開有用于固定柱穿過的螺栓孔；上蓋上設(shè)有用于固定外器壁的突臺，突臺的內(nèi)徑與外器壁的外徑相同；第一墊圈放置于儲氣槽的階梯面上，第一墊圈上方放有疏水性微孔平板膜，疏水性微孔平板膜上方放有膜支撐孔板；儲氣槽、第一墊圈、疏水性微孔平板膜、膜支撐孔板通過螺栓固連；外器壁的徑向下端部分通過儲氣槽內(nèi)壁和膜支撐孔板固定，外器壁的徑向上端部分通過上蓋固定，外器壁的軸向通過第一墊圈和第二墊圈固定；儲氣槽的外壁與固定柱的下端部分固連，固定柱的上端部分通過螺栓與上蓋固連；自循環(huán)導流筒固定于膜支撐孔板的支架上。
2.如權(quán)利要求I所述的平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的膜支撐孔板表面至少固聯(lián)兩個支架。
3.如權(quán)利要求I所述的平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的自循環(huán)導流筒為上下均無底蓋的圓柱形，材料包括玻璃，不銹鋼、聚四氟乙烯。
4.如權(quán)利要求I所述的平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的儲氣槽、第一墊圈、疏水性微孔平板膜、膜支撐孔板通過螺栓固連，至少用2個螺栓固連。
5.如權(quán)利要求I所述的平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的疏水性微孔平板膜主要為疏水性微孔高分子有機膜。
6.如權(quán)利要求I或5所述的平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的疏水性微孔平板膜為微濾膜或超濾膜。
7.如權(quán)利要求I或5或6所述的平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的疏水性微孔平板膜主要為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯的微濾膜或超濾膜。
8.如權(quán)利要求I或3所述的平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的自循環(huán)導流筒的整體浸沒于液體內(nèi)，距離上液面高度為液高的1/20-1/4，下緣與膜支撐孔板間的間距為液高的1/20-1/4。
9.平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)方法其特征在于具體步驟如下 步驟一、將盛有液體培養(yǎng)基的培養(yǎng)器置于加熱器的恒溫水浴內(nèi)，將出口管液封，開啟進氣泵； 步驟二、空氣進入儲氣槽后經(jīng)過疏水性平板微孔膜的過濾作用，過濾掉空氣中的細菌及雜質(zhì)，并使空氣經(jīng)疏水性平板微孔膜的微孔分散成微小氣泡進入液體培養(yǎng)基,增加氣-液接觸面積，從而提高溶氧速率，同時培養(yǎng)器內(nèi)部設(shè)有自循環(huán)導流筒，當膜支撐孔板上的通氣 小孔位于支架內(nèi)側(cè)時，自循環(huán)導流筒內(nèi)側(cè)的培養(yǎng)液隨氣泡上升而向上運動，在自循環(huán)導流筒的導流作用下，使液體培養(yǎng)基到達自循環(huán)導流筒上緣后向下運動，在培養(yǎng)器內(nèi)形成外循環(huán)；當膜支撐孔板上的通氣小孔位于支架外側(cè)時，自循環(huán)導流筒外側(cè)的培養(yǎng)液隨氣泡上升而向上運動，在自循環(huán)導流筒的導流作用下，使液體培養(yǎng)基到達自循環(huán)導流筒上緣后向下運動，在培養(yǎng)器內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)；培養(yǎng)液的循環(huán)，確保微生物呈懸浮態(tài)，與氧氣充分接觸，利用培養(yǎng)液中的溶解氧進行呼吸代謝。
全文摘要
本發(fā)明涉及微生物好氧培養(yǎng)設(shè)備，特別涉及一種平板膜給氧自循環(huán)式微生物培養(yǎng)裝置及方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置包括供氣泵、進氣閥、氣體流量計、加熱器、液封瓶、儲氣槽、進氣口、疏水性微孔平板膜、膜支撐孔板、自循環(huán)導流筒、加料及取樣口、接種口、出氣口、上蓋、外器壁等；氣體經(jīng)過疏水性微孔平板膜被分散為氣泡后，再經(jīng)過膜支撐孔板進入培養(yǎng)器內(nèi)腔；根據(jù)膜支撐孔板上通氣小孔與自循環(huán)導流筒的相對位置，使液體培養(yǎng)基上升過程相對于自循環(huán)導流筒既能形成外循環(huán)，又能形成內(nèi)循環(huán)，培養(yǎng)液的循環(huán)使微生物在培養(yǎng)基中呈懸浮態(tài)，有利于微生物與空氣充分接觸；本發(fā)明克服了傳統(tǒng)膜生物反應器需要另外安裝空氣過濾器及擾動或攪拌裝置的不足。
文檔編號C12N1/00GK102816689SQ20121027453
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者趙之平, 石教育, 王可達, 李梅生, 陳康成 申請人:北京理工大學