[发明专利]一种制药发酵罐及发酵控制系统

说明书

本发明公开了一种制药发酵罐及发酵控制系统，该制药发酵罐包括发酵罐体、第一加热机构、压力保持与换气机构、第二加热机构、冷却机构、控制模块，其结合多种加热方式和加热位置，并结合前述部件，实现了对发酵培养基全面且均衡的加热升温灭菌，尤其是结合改进的升温与控温步骤、由公式推导的有依据的理论灭菌时间，摒弃了现有不确定性的控制方式，能够同时实现对灭菌过程的粗调和微调，不仅获得了优异的灭菌效果，而且还降低了加热升温以及控温灭菌过程对发酵培养基的破坏，并且灭菌时间可以相应减少，对加热能源的需求降低，灭菌生产效率高，能够自动化控制，生产过程更安全，适用于作为发酵控制系统的一部分且用于发酵培养基的除菌。

技术领域

本发明属于微生物制药发酵领域，具体涉及一种制药发酵罐及发酵控制系统。

背景技术

发酵制药工程是采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，以微生物细胞（动物细胞和植物细胞）作为生产工厂，利用细菌体内的酶催化底物（如葡萄糖）生产得到最终化合物（如抗生素、维生素等药品）。发酵制药的工艺过程包括菌种的选育、培养基的配制、培养基的灭菌、扩大培养和接种、种子罐扩大培养、发酵生产和药品的分离、提纯、干燥、包装等。

对发酵培养基的灭菌和接种等操作可以在制药发酵罐中进行。其中，对发酵培养基进行彻底地灭菌处理是较为关键的步骤，常用方式是向制药发酵罐内的发酵培养基中通入高温蒸汽，利用高温蒸汽的强穿透能力，通过蒸汽释放热能，使各种细菌、真菌蛋白质、酶和核酸分子内部的化学键（特别是氢键）受到破坏，引起不可逆的变性，使微生物死亡。

在上述灭菌处理过程中，传统的操作过程是通过手动操作制药发酵罐上的阀门和机械监测仪表，人工进行蒸汽加入，或者通过人工远程控制阀门的开闭，然后根据固定的经验灭菌时间判断操作结果，然而，这些方式由于控制的不确定性，可能存在操作滞后、误操作、阀门开度单一等缺陷，容易造成罐内压力和温度过高，产生设备损坏和人身安全风险；或者造成局部升温过快，破坏物料有效成分；或者升温效果不佳，造成消毒灭菌的效果不可控；同时，由于现有控制方式的不确定性较大，而为了追求完全灭菌的效果，容易造成蒸汽过量使用，导致发酵培养基被大幅度破坏，营养成分损失，不仅造成能源的大量浪费，而且灭菌时间过长，造成生产效率低下。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种改进的制药发酵罐，该制药发酵罐能够在保证灭菌效果的基础上兼具降低对发酵培养基的破坏、所需加热能源少、灭菌生产效率高，适于工业自动化大规模应用。

本发明同时还提供了一种包括上述制药发酵罐的发酵控制系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制药发酵罐，该制药发酵罐包括：发酵罐体；

第一加热机构，其部分设置在所述发酵罐体的外壁上且用于向所述发酵罐体的内部热传导；

压力保持与换气机构，其与所述发酵罐体连通；

第二加热机构，该第二加热机构包括第一子加热组件、第二子加热组件，所述第一子加热组件与所述发酵罐体连通，所述第二子加热组件通过所述压力保持与换气机构与所述发酵罐体连通；

冷却机构，其部分设置在所述发酵罐体的外壁上且用于使所述发酵罐体的内部降温；

控制模块，该控制模块分别与所述第一加热机构、所述压力保持与换气机构、所述第二加热机构和所述冷却机构通信连接；

所述第一加热机构的加热热源、所述第一子加热组件的加热热源、所述第二子加热组件的加热热源分别为蒸汽；

所述制药发酵罐包括灭菌状态，当所述制药发酵罐处于灭菌状态时，向所述发酵罐体内加入发酵培养基，并根据如下工序进行灭菌处理：