[发明专利]高细胞密度发酵过程中溶氧控制系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种发酵工艺，更确切地说涉及一种发酵过程中溶解氧的控制系统。

背景技术：

在发酵过程中，提高微生物细胞密度，可大幅提高单位体积容器的生产效率，降低生物量的分离成本，还可缩短生产周期、减少设备投入，从而降低生产成本，提高生产效率，因此，从事高细胞密度发酵，是当今发酵领域发展最为迅速的新兴技术之一。对于绝大部分微生物的代谢活动，都需吸进氧气，排出二氧化碳，微生物进行呼吸时，只能利用溶解于培养液中的氧分子，氧分子通过细胞膜进入细胞才能被微生物利用，因此，溶解氧浓度是微生物发酵尤其是高细胞密度发酵过程中影响菌体生长和代谢的重要因素之一。微生物在不同的生长阶段，对溶解氧的需求不同，适宜的溶解氧的浓度控制对发酵过程起着重要作用；尤其是在发酵后期，由于菌体密度急剧增加，耗氧量极大，满足溶氧的要求往往成为能否发酵成功的限制因素。对于高细胞密度发酵，要使发酵过程中保持适宜的溶解氧浓度，发酵设备必须有很宽范围的调节溶解氧的控制能力。

传统的溶氧调节，常采用调节通气量、搅拌速度、提高发酵罐内压等措施，对于常规发酵，需氧量较小的情况下，还可以满足要求，但对高密度发酵，需氧量最大值很大时，通过上述方式解决起来就很困难：1、通气量大、转速高导致能耗大；2、通气量大、空气流速高，氧气利用率低，罐内宜形成泡沫，影响设备利用；3、搅拌速度过高对细胞易造成伤害，胞内物质释放影响代谢产物的稳定；4、设备整体设计要求高、造成设备投资大；5、超过一定细胞密度，往往还无法实现。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足提供一种高细胞密度发酵过程中溶氧控制系统，能大幅提高溶氧浓度。

本发明的特征在于在发酵罐的进口、出口之间设置无菌空气分布器，在发酵罐出口与无菌空气分布器之间设置发酵液循环泵、无菌空气分布器空气进口控制阀，在发酵罐进口与无菌空气分布器之间设置分布器内发酵液压力调节控制阀，无菌空气分布器进口设置无菌空气分布器进气口压力表、发酵液主路控制阀；发酵液循环泵与分布器内发酵液压力调节控制阀之间设置发酵液旁路控制阀、发酵液循环泵出口压力表。

由上述技术方案可知，本发明对现有发酵设备提出改进设计，将发酵液导出罐外，在发酵液导出支路上利用溶氧控制系统对发酵液溶氧浓度进行调节、对分布器膜进行清洗，能大幅提高溶氧浓度，实现溶氧宽范围的调节，同时节省能耗，降低设备的整体要求，减少投资，具有很好的应用前景，具有重大的现实意义。

附图说明：

附图是本发明的结构示意图。

图中，1.发酵罐，2.无菌空气分布器，3.发酵液循环泵，4.发酵液旁路控制阀，5.发酵液循环泵出口压力表，6.无菌空气分布器空气进口控制阀，7.分布器内发酵液压力调节控制阀，8.无菌空气分布器进气口压力表，9.发酵液主路控制阀。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如附图所示，在发酵罐1的进口、出口之间设置无菌空气分布器2，在发酵罐1出口与无菌空气分布器2之间设置发酵液循环泵3、无菌空气分布器空气进口控制阀6，在发酵罐1进口与无菌空气分布器2之间设置分布器内发酵液压力调节控制阀7，无菌空气分布器2进口设置无菌空气分布器进气口压力表8、发酵液主路控制阀9；发酵液循环泵3与分布器内发酵液压力调节控制阀7之间设置发酵液旁路控制阀4、发酵液循环泵出口压力表5。

本发明的无菌空气分布器2利用大孔径管式超滤膜组件改制成，无菌空气分压高、雾化细，溶解氧浓度可随分压、流速调节，溶解氧最大浓度值较常规发酵罐内通空气、搅拌大幅提高；采用大孔径管式超滤膜改造，发酵液不会堵塞组件发酵液流通管道；只要调整好发酵液循环泵出口压力表、无菌空气分布器进气口压力表的压力值，保证后者大于前者，阻止了发酵液穿过超滤膜，不会形成膜孔堵塞和污染。

在无菌空气分布器2旁开设发酵液流通旁路，当停用无菌空气分布器2时，只要打开发酵液旁路控制阀4，然后关闭发酵液主路控制阀9，让无菌空气将无菌空气分布器2的发酵液清理干净，再关闭分布器内发酵液压力调节控制，7，然后关闭无菌空气阀门即刻完成清理分布器、停止使用分布器的过程。