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1、(10)授权公告号 CN 102816689 B (45)授权公告日 2013.10.16 CN 102816689 B *CN102816689B* (21)申请号 201210274535.9 (22)申请日 2012.08.03 C12M 1/04(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12N 1/00(2006.01) (73)专利权人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 5 号 (72)发明人 赵之平 石教育 王可达 李梅生 陈康成 CN 101985595 A,2011.03.16, CN 102533529 A,2012.07.04, 。
2、CN 101985600 A,2011.03.16, CN 201272799 Y,2009.07.15, (54) 发明名称 平板膜给氧自循环式微生物培养装置及方法 (57) 摘要 本发明涉及微生物好氧培养设备， 特别涉及 一种平板膜给氧自循环式微生物培养装置及方 法， 属于环保技术领域。本发明的装置包括 ： 供气 泵、 进气阀、 气体流量计、 加热器、 液封瓶、 储气槽、 进气口、 疏水性微孔平板膜、 膜支撑孔板、 自循环 导流筒、 加料及取样口、 接种口、 出气口、 上盖、 外 器壁等 ； 气体经过疏水性微孔平板膜被分散为气 泡后， 再经过膜支撑孔板进入培养器内腔 ； 根据 膜支撑孔板上。
3、通气小孔与自循环导流筒的相对位 置， 使液体培养基上升过程相对于自循环导流筒 既能形成外循环， 又能形成内循环， 培养液的循环 使微生物在培养基中呈悬浮态， 有利于微生物与 空气充分接触 ； 本发明克服了传统膜生物反应器 需要另外安装空气过滤器及扰动或搅拌装置的不 足。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 张敏 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 (10)授权公告号 CN 102816689 B CN 102816689 B *CN102816689B* 1/2 页 2 1。
4、. 平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 其特征在于 ： 包括供气泵、 进气阀、 空气流量 计、 培养器、 加热器、 液封瓶 ； 供气泵、 进气阀、 空气流量计通过管路顺次连接后， 再与培养器 的进气口连接， 培养器置于加热器中， 培养器的出气口用通气管置于液封瓶的液面以下进 行液封 ； 其中， 培养器包括储气槽、 进气口、 疏水性微孔平板膜、 膜支撑孔板、 自循环导流筒、 加料及取样口、 接种口、 出气口、 上盖、 外器壁、 第一垫圈、 第二垫圈、 螺栓、 固定柱、 支架 ； 储 气槽为中空的圆柱体， 储气槽内壁下半部分的直径小于上半部分的直径， 储气槽内壁成阶 梯型， 在储气槽下半部分设有与。
5、管路相连接的进气口 ； 第一垫圈的外径与储气槽上半部分 阶梯内壁的直径相同 ； 疏水性微孔平板膜的直径与储气槽上半部分阶梯内壁的直径相同 ； 在疏水性微孔平板膜上开有用于螺栓穿过的螺栓孔 ； 外器壁的外径与储气槽上半部分阶梯 内壁的直径相同， 外器壁的内径与膜支撑孔板的直径相同 ； 膜支撑孔板上开有小孔， 且设有 用于支撑自循环导流筒的支架 ； 固定柱的下端与储气槽外壁固连， 上端设有螺纹 ； 上盖上 开有加料及取样口、 接种口、 出气口， 加料及取样口、 接种口、 出气口均可通过第二垫圈的中 空部分直接与空气接触 ； 上盖上还开有用于固定柱穿过的螺栓孔 ； 上盖上设有用于固定外 器壁的突台，。
6、 突台的内径与外器壁的外径相同 ； 第一垫圈放置于储气槽的阶梯面上， 第一 垫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撑孔板 ； 储气槽、 第一垫 圈、 疏水性微孔平板膜、 膜支撑孔板通过螺栓固连 ； 外器壁的径向下端部分通过储气槽内壁 和膜支撑孔板固定， 外器壁的径向上端部分通过上盖固定， 外器壁的轴向通过第一垫圈和 第二垫圈固定 ； 储气槽的外壁与固定柱的下端部分固连， 固定柱的上端部分通过螺栓与上 盖固连 ； 自循环导流筒固定于膜支撑孔板的支架上。 2. 如权利要求 1 所述的平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 其特征在于 ： 所述的膜 支撑孔板表面至少固联两个支架。 。
7、3. 如权利要求 1 所述的平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 其特征在于 ： 所述的自 循环导流筒为上下均无底盖的圆柱形， 材料包括 ： 玻璃， 不锈钢、 聚四氟乙烯。 4. 如权利要求 1 所述的平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 其特征在于 ： 所述的储 气槽、 第一垫圈、 疏水性微孔平板膜、 膜支撑孔板通过螺栓固连， 至少用 2 个螺栓固连。 5. 如权利要求 1 所述的平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 其特征在于 ： 所述的疏 水性微孔平板膜主要为疏水性微孔高分子有机膜。 6. 如权利要求 1 或 5 所述的平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 其特征在于 ： 所述 的疏水性微孔平板。
8、膜为微滤膜或超滤膜。 7. 如权利要求 1 或 5 所述的平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 其特征在于 ： 所述 的疏水性微孔平板膜主要为聚偏氟乙烯、 聚四氟乙烯、 聚丙烯、 聚乙烯、 聚氯乙烯的微滤膜 或超滤膜。 8. 如权利要求 1 或 3 所述的平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 其特征在于 ： 所述 的自循环导流筒的整体浸没于液体内， 距离上液面高度为液高的 1/20-1/4， 下缘与膜支撑 孔板间的间距为液高的 1/20-1/4。 9. 采用权利要求 1 所述的平板膜给氧自循环式微生物培养装置的微生物培养方法 ： 其 特征在于 ： 具体步骤如下 ： 步骤一、 将盛有液体培养基的培养。
9、器置于加热器的恒温水浴内， 将出口管液封， 开启进 气泵 ； 权 利 要 求 书 CN 102816689 B 2 2/2 页 3 步骤二、 空气进入储气槽后经过疏水性平板微孔膜的过滤作用， 过滤掉空气中的细 菌及杂质， 并使空气经疏水性平板微孔膜的微孔分散成微小气泡进入液体培养基， 增加 气 - 液接触面积， 从而提高溶氧速率， 同时培养器内部设有自循环导流筒， 当膜支撑孔板上 的通气小孔位于支架内侧时， 自循环导流筒内侧的培养液随气泡上升而向上运动， 在自循 环导流筒的导流作用下， 使液体培养基到达自循环导流筒上缘后向下运动， 在培养器内形 成外循环 ； 当膜支撑孔板上的通气小孔位于支架外。
10、侧时， 自循环导流筒外侧的培养液随气 泡上升而向上运动， 在自循环导流筒的导流作用下， 使液体培养基到达自循环导流筒上缘 后向下运动， 在培养器内形成内循环 ； 培养液的循环， 确保微生物呈悬浮态， 与氧气充分接 触， 利用培养液中的溶解氧进行呼吸代谢。 权 利 要 求 书 CN 102816689 B 3 1/6 页 4 平板膜给氧自循环式微生物培养装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及微生物好氧培养设备， 特别涉及一种平板膜给氧自循环式微生物培养 装置及方法， 属于微生物培养领域和膜技术领域。 背景技术 0002 目前， 微生物好氧培养及细胞发酵产酶通常将微生物接种到装有微生物生长培养。
11、 基的三角瓶中， 然后用多层纱布将三角瓶瓶口包裹并置于恒温振荡器中进行培养， 微生物 好氧培养往往需氧进行呼吸代谢， 而恒温振荡器具有通气设备， 三角瓶震荡过程中使流通 的空气透过纱布浸入三角瓶并溶解于培养基中， 使微生物进行呼吸代谢。 0003 微生物细胞的呼吸强度与微生物的种类以及细胞的生长期有关。 不同微生物细胞 生长过程中呼吸强度不同， 同一种微生物在不同的生长阶段， 其呼吸强度亦有差别。 在微生 物生长的各个阶段， 菌体密度和呼吸强度各不相同， 致使好氧速率有较大差别， 在微生物耗 氧速率发生改变时， 相应地对通氧量进行调节。 通常情况下， 氧气溶解到液体培养基中是通 过气 - 液两。
12、相的界面进行的。增大气 - 液两相接触面积， 将有利于提高氧气溶解到液体培 养基中的溶氧速率。当前围绕微生物培养器的研究取得了一定的进展， 但现有的一些反应 器仍然存在一些问题 ： 通过恒温振荡器震荡或者摇床转动使氧气溶解在培养基中的溶解度 很小， 而且震荡方式易使培养基形成漩涡， 不利于微生物与氧气的充分接触， 同时由于该恒 温振荡器具备的通气设备， 无法控制通过的空气流量， 而且不具备过滤空气中细菌的过滤 装置， 这就导致微生物培养过程中的生物量较低， 因此， 现有报道的微生物培养器的诸多缺 点在一定程度上限制了微生物培养器的商业化应用。 发明内容 0004 本发明的目的是为了解决现有微生。
13、物好氧培养及细胞发酵产酶过程中氧气接触 不充分， 通氧过程须另设空气过滤装置及扰动或搅拌装置等问题， 提供了一种平板膜给氧 自循环式微生物培养装置及方法。 0005 本发明的目的是通过下述技术方案来实现的 ： 0006 本发明的一种平板膜给氧自循环式微生物培养装置， 包括 ： 供气泵、 进气阀、 空气 流量计、 培养器、 加热器、 液封瓶 ； 连接关系为供气泵、 进气阀、 空气流量计通过管路顺次连 接后， 再与培养器的进气口连接， 培养器置于加热器中， 培养器的出气口用通气管置于液封 瓶的液面以下进行液封， 防止微生物染杂菌。 0007 其中， 培养器包括 ： 储气槽、 进气口、 疏水性微孔平。
14、板膜、 膜支撑孔板、 自循环导 流筒、 加料及取样口、 接种口、 出气口、 上盖、 外器壁、 第一垫圈、 第二垫圈、 螺栓、 固定柱、 支 架 ； 0008 其连接关系为 ： 储气槽为中空的圆柱体， 储气槽内壁下半部分的直径小于上半部 分的直径， 储气槽内壁成阶梯型， 在储气槽下半部分设有与管路相连接的进气口 ； 第一垫圈 的外径与储气槽上半部分阶梯内壁的直径相同 ； 疏水性微孔平板膜的直径与储气槽上半部 说 明 书 CN 102816689 B 4 2/6 页 5 分阶梯内壁的直径相同 ； 在疏水性微孔平板膜上开有用于螺栓穿过的螺栓孔 ； 外器壁的外 径与储气槽上半部分阶梯内壁的直径相同， 。
15、外器壁的内径与膜支撑孔板的直径相同 ； 膜支 撑孔板上开有小孔， 且设有用于支撑自循环导流筒的支架 ； 固定柱的下端与储气槽外壁固 连， 上端设有螺纹 ； 上盖上开有加料及取样口、 接种口、 出气口， 加料及取样口、 接种口、 出气 口均可通过第二垫圈的中空部分直接与空气接触 ； 上盖上还开有用于固定柱穿过的螺栓 孔 ； 上盖上设有用于固定外器壁的突台， 突台的内径与外器壁的外径相同 ； 第一垫圈放置 于储气槽的阶梯面上， 第一垫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 膜支撑孔板 ； 储气槽、 第一垫圈、 疏水性微孔平板膜、 膜支撑孔板通过螺栓固连 ； 外器壁的 径向下端部分通。
16、过储气槽内壁和膜支撑孔板固定， 外器壁的径向上端部分通过上盖固定， 外器壁的轴向通过第一垫圈和第二垫圈固定 ； 储气槽的外壁与固定柱的下端部分固连， 固 定柱的上端部分通过螺栓与上盖固连 ； 自循环导流筒固定于膜支撑孔板的支架上。 0009 所述的膜支撑孔板表面固联有至少两个支架， 用来支撑自循环导流筒。 0010 所述的自循环导流筒为上下均无底盖的圆柱形， 材料优选为 ： 玻璃， 不锈钢或者聚 四氟乙烯。 0011 所述的储气槽、 第一垫圈、 疏水性微孔平板膜、 膜支撑孔板通过螺栓固连， 至少用 2 个螺栓固连。 0012 本发明所采用的膜滤器的膜材料主要为疏水性微孔高分子有机膜， 例如 ：。
17、 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) 的微滤膜或超 滤膜。 0013 所述的自循环导流筒的上缘浸没于液体内， 距离上液面高度为液高的 1/20-1/4， 下缘与膜支撑孔板间的间距为液高的 1/20-1/4。 0014 其工作过程为 ： 空气经过供气泵和空气流量计到达培养器， 通过进气口进入储气 槽， 空气经过疏水性微孔平板膜的膜孔被分散为微小气泡后， 再经过膜支撑孔板的气孔进 入装有液体培养基的培养器内腔 ； 根据膜支撑孔板上的通气小孔与支撑自循环导流筒的支 架的位置关系， 培养液随着气泡的上升向上运动， 到达。
18、自循环导流筒的上缘沿筒壁向下流 动， 在培养器内部相对于自循环导流筒形成外循环或者内循环形式， 培养液的循环运动， 使 微生物在培养基中呈悬浮态， 有利于微生物与空气充分接触 ； 多余的空气通过与出气口相 通的管路流到液封瓶中。 0015 本发明的一种平板膜给氧自循环式微生物培养方法 ： 具体步骤如下 ： 0016 步骤一、 将盛有液体培养基的培养器置于加热器的恒温水浴内， 将出口管液封， 开 启进气泵 ； 0017 步骤二、 空气进入储气槽后经过疏水性平板微孔膜的过滤作用， 过滤掉空气中的 细菌及杂质， 并使空气经疏水性平板微孔膜的微孔分散成微小气泡进入液体培养基， 增加 气 - 液接触面积。
19、， 从而提高溶氧速率， 同时培养器内部设有自循环导流筒， 当膜支撑孔板上 的通气小孔位于支架内侧时， 自循环导流筒内侧的培养液随气泡上升而向上运动， 在自循 环导流筒的导流作用下， 使液体培养基到达自循环导流筒上缘后向下运动， 在培养器内形 成外循环 ； 当膜支撑孔板上的通气小孔位于支架外侧时， 自循环导流筒外侧的培养液随气 泡上升而向上运动， 在自循环导流筒的导流作用下， 使液体培养基到达自循环导流筒上缘 后向下运动， 在培养器内形成内循环 ； 培养液的循环确保微生物呈悬浮态， 与氧气充分接 说 明 书 CN 102816689 B 5 3/6 页 6 触， 利用培养液中的溶解氧进行呼吸代谢。
20、。 0018 有益成果 0019 1、 本发明采用培养器采用平板微孔或超滤膜给氧气升式供气， 将空气分散为微小 气泡， 有效降低了传统震荡搅拌或者搅拌器搅拌过程中剪切力对微生物的剪切力， 增大了 气 - 液接触面积， 提高培养基中的溶氧率。 0020 2、 本发明所用的培养器设置有自循环导流筒， 以自循环导流筒为基准， 可形成内 循环和外循环两种方式， 提高氧气利用率， 微生物培养过程的生物量， 无须另外安装空气过 滤器及扰动或搅拌装置， 降低过程中能耗。 0021 3、 本发明采用的培养器组合方便， 操作简单， 可适用于高压蒸汽灭菌， 易于反应器 的放大。 0022 4、 本发明所用的膜为疏。
21、水性微孔高分子有机膜， 由于高分子有机膜的结构稳定， 抗污染及微生物腐蚀能力强， 再生简易且可以高温蒸汽灭菌等优点， 适用于微生物培养过 程中的一些复杂环境， 本培养器中起曝气作用的微孔膜， 本身孔径较小， 在空气通过的同 时， 有效截留空气中的细菌及霉菌等有害微生物， 而且膜在与液体培养基中微生物接触过 程中， 不易使微生物在膜表面沉积， 不易堵塞及污染膜孔， 从而可提高微生物培养过程中的 生物量。 0023 5、 培养基中溶氧速率提高， 微生物呼吸强度增大， 生物量或菌体密度提高 50至 一倍， 细胞发酵所产酶的酶活力提高 50以上。 附图说明 0024 图 1 是本发明一种平板膜给氧自循。
22、环式微生物培养装置及方法的结构图 ； 0025 图 2 是本发明所述的培养器的剖视图， 即图 1 中 A-A 面剖视图 ； 0026 图 3 是本发明所述的培养器中 B 的局部放大图 ； 0027 图 4 是实施例 1 所述的培养器中膜支撑孔板及自循环导流筒的俯视图 ； 0028 图 5 是实施例 2 所述的培养器中膜支撑孔板及自循环导流筒的俯视图 ； 0029 其中， 1- 供气泵、 2- 进气阀、 3- 空气流量计、 4- 培养器、 5- 加热器、 6- 液封瓶、 401- 储气槽、 402- 进气口、 403- 疏水性微孔平板膜、 404- 膜支撑孔板、 405- 自循环导流筒、 406。
23、- 加料及取样口， 407- 接种口、 408- 出气口、 409- 上盖、 4010- 外器壁、 4011- 第一垫圈、 4012- 第二垫圈、 4013- 螺栓、 4014- 固定柱、 4015- 支架。 具体实施方式 0030 下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。 0031 实施例 1 0032 一种平板膜给氧自循环式微生物培养装置及方法， 包括 ： 供气泵 1、 进气阀 2、 空气 流量计3、 培养器4、 加热器5、 液封瓶6 ； 如图1所示 ； 供气泵1、 进气阀2、 空气流量计3通过 管路顺次连接后， 再与培养器 4 的进气口 402 连接， 培养器 4 置于加热器 5 中， 。
24、培养器 4 的 出气口 408 用通气管置于液封瓶 6 的液面以下进行液封， 防止微生物染杂菌。 0033 其中， 培养器 4 包括 ： 储气槽 401、 进气口 402、 疏水性微孔平板膜 403、 膜支撑孔板 404、 自循环导流筒 405、 加料及取样口 406、 接种口 407、 出气口 408、 上盖 409、 外器壁 4010、 说 明 书 CN 102816689 B 6 4/6 页 7 第一垫圈 4011、 第二垫圈 4012、 螺栓 4013、 固定柱 4014、 支架 4015 ； 0034 其连接关系为 ： 储气槽 401 为中空的圆柱体， 储气槽 401 内壁下半部分的。
25、直径小 于上半部分的直径， 储气槽401内壁成阶梯型， 在储气槽401下半部分设有与管路相连接的 进气口 ； 第一垫圈4011的外径与储气槽401上半部分阶梯内壁的直径同为80mm ； 疏水性微 孔平板膜 403 的直径与储气槽 401 上半部分阶梯内壁的直径同为 80mm ； 疏水性微孔平板膜 用膜 403 为聚四氟乙烯 PTFE， 平均孔径为 0.02m， 膜厚度为 80m ； 如图 4 所示在疏水性 微孔平板膜 403 上开有 6 个直径为 0.5cm 用于螺栓穿过的螺栓孔 ； 外器壁的外径与储气槽 401 上半部分阶梯内壁的直径同为 80mm， 外器壁 4010 的内径与膜支撑孔板 4。
26、04 的直径同为 75mm ； 如图 4 所示 ： 膜支撑孔板 404 上开有孔径为 1mm 的小孔， 且设有 3 个用于支撑自循环 导流筒 405 的支架 4015， 支架高度为 0.5cm， 自循环导流筒 405 为玻璃材质， 内径为 5cm， 高 度为 3cm， 上缘浸没于培养液中， 距离液面高度为液高的 1/4， 且通气小孔位于自循环导流 筒405的内侧 ； 固定柱4014的下端与储气槽401外壁固连， 上端设有螺纹 ； 上盖409上开有 加料及取样口406、 接种口407、 出气口408， 加料及取样口406、 接种口407、 出气口408均可 通过第二垫圈 4012 的中空部分直接。
27、与空气接触 ； 上盖 409 上还开有用于固定柱 4014 穿过 的螺栓孔 ； 上盖 409 上设有用于固定外器壁 4010 的突台， 突台的内径与玻璃的外器壁 4010 的外径相同 ； 第一垫圈4011放置于储气槽401的阶梯面上， 第一垫圈4011上方放有孔径为 0.02m的聚四氟乙烯疏水性微孔平板膜403， 疏水性微孔平板膜403上方放有膜支撑孔板 404 ； 储气槽401、 第一垫圈4011、 疏水性微孔平板膜403、 膜支撑孔板404通过螺栓固连 ； 外 器壁 4010 的径向下端部分通过储气槽 401 内壁和膜支撑孔板 404 固定， 外器壁 4010 的径 向上端部分通过上盖 4。
28、09 固定， 外器壁 4010 的轴向通过第一垫圈 4011 和第二垫圈 4012 固 定 ； 储气槽401的外壁与固定柱4014的下端部分固连， 固定柱4014的上端部分通过螺栓与 上盖 409 固连 ； 自循环导流筒 405 固定于膜支撑孔板 404 的支架 4015 上。 0035 本发明的一种中空纤维膜给氧自循环式微生物培养方法 ： 具体步骤如下 ： 0036 步骤一、 配制200ml用于鹰嘴豆孢克鲁维酵母产酶的YEPD培养基(具体组成 ： 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， 包上纱布， 。
29、将组装好的培养器 4 和装有 YEPD 培养基的三角瓶分别放入高温蒸汽灭菌锅 在 121下灭菌 15min ； 0037 步骤二、 在无菌操作台内， 首先将 YEPD 培养基通过加料及取样口 406、 加到培养器 4中， 接着， 用接种环取一环鹰嘴豆孢克鲁维酵母从接种口407加入到培养器4中， 进样垫封 闭以上两口， 将盛有液体培养基的培养器置于加热器 3 的恒温水浴内， 用通气管依次将进 气泵 1， 进气阀 2， 空气流量计 3 及培养器 5 的进气口 402 连接， 向液封瓶 6 中加入 100ml 去 离子水， 将连接出气口 408 的通气管置于液封瓶 6 液面以下进行液封 ； 0038。
30、 步骤三、 开启进气泵 1， 调节进气阀 2 及空气流量计 3 使空气流量保持至 80ml/ min ； 调节加热器 5 使加热器的恒温水浴锅内温度为 30， 开始鹰嘴豆孢克鲁维酵母的好氧 发酵产酶过程 ； 0039 步骤四、 在鹰嘴豆孢克鲁维酵母发酵产酶过程中， 所通空气中氧气经过疏水性中 空纤维微孔膜丝 403 的过滤作用， 过滤掉空气中的细菌及杂质， 使空气经疏水性平板微孔 膜 403 壁面的微孔分散成微小气泡进入液体培养基， 通过增加气 - 液接触面积来提高培养 基中的溶氧速率， 同时培养器内部设有自循环导流筒 405， 如图 4 所示 ： 培养液随气泡上升 说 明 书 CN 1028。
31、16689 B 7 5/6 页 8 在自循环导流筒 405 的内侧向上运动， 在自循环导流筒 405 的导流作用下， 当 YEPD 液体培 养基到达自循环导流筒 405 上缘后向下运动， 在培养器内形成外循环， 增大氧气与微生物 接触机会， 鹰嘴豆孢克鲁维酵母利用其中的溶解氧进行呼吸代谢。 0040 步骤五、 从取样口 (406) 进行取样， 将样品置于低温离心机中 4、 8000rpm 下离 心 5min， 上清液作为粗酶液， 取适当稀释的酶液 0.5ml， 加入 2的菊粉溶液， 55下反应 10min， 煮沸 5min 终止酶活， DNS 法测得酶活力为 320U/ml ； 下层沉淀置于烘。
32、箱中烘至恒重， 称重得生物量为 14.2g/L ； 0041 传统的产酶方法为 ： 配制200ml YEPD培养基于500ml三角瓶中， 包上纱布， 在摇床 中30、 170rpm下培养120h， 取样， 测酶活为186U/ml， 酵母的生物量为8.6g/L， 采用平板膜 给氧自循环式微生物培养装置及方法使 Kl-Inu 酵母所产酶活力提高了 72， 同时酵母的 生物量提高了 65.1。 0042 实施例 2 0043 一种平板膜给氧自循环式微生物培养装置及方法， 包括 ： 供气泵 1、 进气阀 2、 空气 流量计3、 培养器4、 加热器5、 液封瓶6 ； 如图1所示 ； 供气泵1、 进气阀2。
33、、 空气流量计3通过 管路顺次连接后， 再与培养器 4 的进气口 402 连接， 培养器 4 置于加热器 5 中， 培养器 4 的 出气口 408 用通气管置于液封瓶 6 的液面以下进行液封， 防止微生物染杂菌。 0044 其中， 培养器 4 包括 ： 储气槽 401、 进气口 402、 疏水性微孔平板膜 403、 膜支撑孔板 404、 自循环导流筒 405、 加料及取样口 406、 接种口 407、 出气口 408、 上盖 409、 外器壁 4010、 第一垫圈 4011、 第二垫圈 4012、 螺栓 4013、 固定柱 4014、 支架 4015 ； 0045 其连接关系为 ： 储气槽 4。
34、01 为中空的圆柱体， 储气槽 401 内壁下半部分的直径小 于上半部分的直径， 储气槽401内壁成阶梯型， 在储气槽401下半部分设有与管路相连接的 进气口 ； 第一垫圈4011的外径与储气槽401上半部分阶梯内壁的直径同为80mm ； 疏水性微 孔平板膜 403 的直径与储气槽 401 上半部分阶梯内壁的直径同为 80mm ； 疏水性微孔平板膜 用膜 403 为聚四氟乙烯 PTFE， 平均孔径为 0.02m， 膜厚度为 80m ； 如图 5 所示 ： 在疏水性 微孔平板膜 403 上开有 6 个直径为 0.5cm 用于螺栓穿过的螺栓孔 ； 外器壁的外径与储气槽 401 上半部分阶梯内壁的直。
35、径同为 80mm， 外器壁 4010 的内径与膜支撑孔板 404 的直径同为 75mm ； 如图 5 所示 ： 膜支撑孔板 404 上开有孔径为 1mm 的小孔， 且设有 3 个用于支撑自循环 导流筒 405 的支架 4015， 支架高度为 0.5cm， 自循环导流筒 405 为玻璃材质， 内径为 3cm， 高 度为 3cm， 上缘浸没于培养液中， 距离液面高度为液高的 1/4， 通气的小孔位于自循环导流 筒 405 的外侧 ； 同时， 膜支撑孔板 404 中心处开有 6 个小孔， 避免自循环导流筒 405 中心处 出现循环死区 ； 固定柱4014的下端与储气槽401外壁固连， 上端设有螺纹 。
36、； 上盖409上开有 加料及取样口406、 接种口407、 出气口408， 加料及取样口406、 接种口407、 出气口408均可 通过第二垫圈 4012 的中空部分直接与空气接触 ； 上盖 409 上还开有用于固定柱 4014 穿过 的螺栓孔 ； 上盖 409 上设有用于固定外器壁 4010 的突台， 突台的内径与玻璃的外器壁 4010 的外径相同 ； 第一垫圈4011放置于储气槽401的阶梯面上， 第一垫圈4011上方放有孔径为 0.02m的聚四氟乙烯疏水性微孔平板膜403， 疏水性微孔平板膜403上方放有膜支撑孔板 404 ； 储气槽401、 第一垫圈4011、 疏水性微孔平板膜403、。
37、 膜支撑孔板404通过螺栓固连 ； 外 器壁 4010 的径向下端部分通过储气槽 401 内壁和膜支撑孔板 404 固定， 外器壁 4010 的径 向上端部分通过上盖 409 固定， 外器壁 4010 的轴向通过第一垫圈 4011 和第二垫圈 4012 固 说 明 书 CN 102816689 B 8 6/6 页 9 定 ； 储气槽401的外壁与固定柱4014的下端部分固连， 固定柱4014的上端部分通过螺栓与 上盖 409 固连 ； 自循环导流筒 405 固定于膜支撑孔板 404 的支架 4015 上。 0046 本发明的一种平板膜给氧自循环式微生物培养方法 ： 具体步骤如下 ： 0047 。
38、步骤一、 配制200ml用于大肠杆菌培养的LB培养基(组成为 ： 0.5的酵母提取物 yeast extract， 1的胰蛋白胨 tryptone， 1的氯化钠 NaCl) 于 500ml 三角瓶中， 包上纱 布， 将组装好的培养器 4 和装有 LB 培养基的三角瓶分别放入高温蒸汽灭菌锅在 121下灭 菌 15min ； 0048 步骤二、 在无菌操作台内， 将 LB 培养基及大肠杆菌分别通过加料及取样口 406、 接 种口407加到培养器4中后， 用进样垫封闭以上两口， 将盛有液体培养基的培养器置于加热 器 3 的恒温水浴内， 用通气管依次将进气泵 1， 进气阀 2， 空气流量计 3 及培养。
39、器 5 的进气口 402 连接， 向液封瓶 6 中加入 100ml 去离子水， 将连接出气口 408 的通气管置于液封瓶 6 液 面以下进行液封 ； 0049 步骤三、 开启进气泵 1， 调节进气阀 2 及空气流量计 3 使空气流量保持至 80ml/ min ； 调节加热器 5 使加热器的恒温水浴锅内温度为 37， 开始大肠杆菌的培养 ； 0050 步骤四、 在大肠杆菌培养过程中， 所通空气中氧气经过疏水性中空纤维微孔膜丝 403 的过滤作用， 过滤掉空气中的细菌及杂质， 并使空气经疏水性平板微孔膜 403 微孔分散 成微小气泡进入液体培养基， 通过增加气 - 液接触面积来提高培养基中的溶氧速。
40、率， 同时 培养器内部设有自循环导流筒 405， 如图 5 所示 ： 液体随气泡上升在自循环导流筒 405 的外 侧向上运动， 在自循环玻璃圆筒的导流作用下， 当 LB 液体培养基到达自循环导流筒 405 上 缘后向下运动， 在培养器内形成内循环， 增大氧气与微生物接触机会， 大肠杆菌利用其中的 溶解氧进行呼吸代谢。 0051 步骤五、 从取样口 406 进行取样， 测得菌体密度为 6.9109CFU/mL。 0052 传统的大肠杆菌培养方法为 ： 配制200ml LB培养基于250ml三角瓶中， 包上纱布， 在摇床中 37、 170rpm 下培养 24h， 取样， 测得菌体密度为 4.510。
41、9CFU/mL， 采用平板膜给 氧自循环式微生物培养装置及方法使菌体密度提高了 53。 0053 以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何 熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内， 可理解想到的变换和替换， 都应涵盖在本 发明的包含范围之内。 说 明 书 CN 102816689 B 9 1/4 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 102816689 B 10 2/4 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 102816689 B 11 3/4 页 12 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102816689 B 12 4/4 页 13 图 5 说 明 书 附 图 CN 102816689 B 13 。