一种丁酸梭菌发酵罐及发酵方法技术

本申请提供一种丁酸梭菌发酵罐及发酵方法，丁酸梭菌发酵罐包括罐体、温控系统、气控系统、酸碱度检测装置以及中控装置，温控系统包括温度传感器以及温控装置；温度传感器设置于容纳腔内，并位于罐体底部，温度传感器用于监测发酵材料的温度；温控装置用于调控容纳腔内的温度；气控系统包括氧气检测装置以及置换装置，氧气检测装置设置于容纳腔，并用于检测容纳腔内的氧气浓度；置换装置可拆卸地安装于罐口，并封闭容纳腔，置换装置用于置换容纳腔内的气体；酸碱度检测装置设置于容纳腔内，并位于罐体底部，酸碱度检测装置用于检测发酵材料的酸碱度。本申请实现在丁酸梭菌发酵的整个过程中均自动调整发酵环境，提高发酵的成功率。提高发酵的成功率。提高发酵的成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种丁酸梭菌发酵罐及发酵方法


[0001]本申请涉及发酵装置
，具体涉及一种丁酸梭菌发酵罐及发酵方法。

技术介绍

[0002]丁酸梭菌(Clostridium butyricum)又名酪酸菌，是梭状芽孢杆菌属的一个种，主要存在于奶酪、天然酸奶、动物的粪便、某些土壤等环境中。一直以来，丁酸梭菌作为具有强烈整肠作用的益生菌制剂，被广泛用于以改善腹部症状为目的的医药品及饲料中。同时，由于丁酸梭菌能激活免疫系统，也有人将其作为抗肿瘤免疫激活剂使用。此外，丁酸梭菌还可以当作微生物肥料使用，能起到促长、防病的作用。
[0003]在传统的丁酸梭菌发酵过程中，多采用人工进料的方式进行加注原料，但在发酵过程中，各种参数均不能有效监测，若丁酸梭菌的发酵环境在发酵过程中受到影响，只能在发酵结束后通过结果检测发现发酵失败，同时也很难找出发酵失败的原因。

技术实现思路

[0004]本申请实施方式提出了一种丁酸梭菌发酵罐及发酵方法，以改善上述技术问题。
[0005]第一方面，本申请实施方式提供一种丁酸梭菌发酵罐，包括罐体、温控系统、气控系统、酸碱度检测装置以及中控装置，罐体设置有容纳腔与罐口，容纳腔用于容纳添加有丁酸梭菌的发酵材料，罐口连通容纳腔；罐体的罐壁包括内层与外层，内层用于围成容纳腔，外层环绕包裹内层；温控系统包括温度传感器以及温控装置；温度传感器设置于容纳腔内，并位于罐体底部，温度传感器用于监测发酵材料的温度；温控装置用于调控容纳腔内的温度；气控系统包括氧气检测装置以及置换装置，氧气检测装置设置于容纳腔，并用于检测容纳腔内的氧气浓度；置换装置可拆卸地安装于罐口，并封闭容纳腔，置换装置用于置换容纳腔内的气体；酸碱度检测装置设置于容纳腔内，并位于罐体底部，酸碱度检测装置用于检测发酵材料的酸碱度；中控装置设置于罐体的外表面，温度传感器、氧气检测装置、置换装置以及酸碱度检测装置均电性连接于中控装置。
[0006]在上述方案中，可以通过温控系统自动调控容纳腔内的温度；例如当丁酸梭菌发酵罐外界温度变化时，可能引起容纳腔内的温度变化，使得容纳腔内的温度不再是丁酸梭菌最适宜的发酵温度，此时可以通过温控系统调节容纳腔内的温度，使得容纳腔内的温度可以迅速变化至丁酸梭菌最适宜的发酵温度，同时可以通过温控系统稳定容纳腔内的温度为丁酸梭菌最适宜的发酵温度，避免通过调节罐体外的环境温度来调节容纳腔内的温度，从而可以降低能耗，降低发酵成本。
[0007]通过气控系统可以自动调控容纳腔内的氧气浓度，以使容纳腔内的氧气浓度可以根据发酵阶段而改变，以适宜丁酸梭菌的繁殖过程和发酵过程；例如在发酵阶段前的准备阶段，气控系统可以调节容纳腔内的氧气浓度，以使此时的氧气浓度适宜丁酸梭菌的繁殖，从而提高丁酸梭菌在发酵材料中的浓度占比，从而提高发酵效率；在发酵阶段中，气控系统可以调节容纳腔的氧气浓度，使得容纳腔形成大致的无氧环境，从而形成丁酸梭菌的发酵
环境，以达到精准调控容纳腔内有氧或无氧环境。
[0008]通过酸碱度检测装置，可以在发酵过程中或发酵过程后检测发酵材料的酸碱度，并与当前阶段理论上的酸碱度范围进行比对，从而可以初步判断发酵是否顺利或成功，例如在发酵过程中检测到的酸碱度与理论上的酸碱度范围相差较大，则可以初步判定发酵失败，以可以及时寻找发酵失败的原因，并及时调整发酵环境或发酵进程。
[0009]在一些实施方式中，温控装置包括管道以及通水阀，管道贴设于内层与外层之间，在沿罐口的轴线螺旋缠绕并覆盖内层，管道的两端均伸出外层，且分别形成进水端和出水端；通水阀具有连通的进水口与出水口，出水口与进水端连通；进水口用于使水流流入，并经出水口流入进水端，并由出水端流出，以调控容纳腔内的温度。
[0010]在一些实施方式中，进水口包括第一进水口以及第二进水口，第一进水口用于通入热水，第二进水口用于通入冷水，出水口选择性地与第一进水口或第二进水口连通，以调控容纳腔内的温度。
[0011]上述方案中，通过在管道通入热水或冷水，来调控容纳腔内的温度。例如在管道内通入热水时，可以使容纳腔内的温度升高，在管道内通入冷水时，可以使容纳腔内的温度降低。通过一根管道实现对容纳腔内温度的调控，可以降低温控装置的成本。
[0012]在一些实施方式中，进水口还包括第三进水口，第三进水口用于通入蒸馏水，出水口选择性地与第一进水口、第二进水口以及第三进水口连通；丁酸菌发酵罐还包括三通阀，三通阀具有入口、第一出口以及第二出口，入口选择性地连通第一出口或第二出口，三通阀设置于内层与外层之间，且入口连通出水口，第一出口连通出水端，第二出口穿过内层，并连通容纳腔；在第一进水口或第二进水口连通出水口的情况下，第一出口连通入口；在第三进水口连通出水口的情况下，第二出口连通入口。
[0013]上述方案中，可以通过管道通入蒸馏水调节发酵材料的水占比。
[0014]在一些实施方式中，置换装置包括密封盖、第一进气管、第二进气管以及排气管；密封盖设置于罐口，并盖合容纳腔；第一进气管、第二进气管以及排气管穿设于密封盖并连通容纳腔，第一进气管的远离容纳腔的一端用于选择性地通入氧气或关闭，第二进气管的远离容纳腔的一端用于选择性地通入氮气或关闭，排气管用于选择性地排出容纳腔内的气体或关闭。
[0015]在一些实施方式中，气控系统还包括压强检测装置，压强检测装置设置于排气管，压强检测装置具有第一检测端以及第二检测端，第一检测端用于检测容纳腔内的压强，第二检测端用于检测罐体外的压强。
[0016]第二方面，本申请实施方式还提供了一种丁酸梭菌的发酵方法，其特征在于，应用于如上述的丁酸梭菌发酵罐，包括：向容纳腔内装入添加有丁酸梭菌的发酵材料，并关闭置换装置；获取氧气检测装置测得的容纳腔内的氧气浓度值，根据获取的氧气浓度值与预设的氧气阈值之间的大小关系，确定对应的控制策略，并基于确定的控制策略向置换装置发送目标控制指令；获取温度传感器测得的容纳腔内的温度值，根据获取的温度值与预设的温度阈值之间的大小关系，确定对应的控制策略，并基于确定的控制策略向温控装置发送目标控制指令；以及
获取酸碱度检测装置测得的发酵材料酸碱度，并根据获取的发酵材料酸碱度是否落入预设的酸碱度阈值范围，确定对应的发酵结果。。
[0017]在一些实施方式中，置换装置包括第一进气管、第二进气管以及排气管，预设的氧气阈值包括预设的第一氧气浓度阈值以及预设的第二氧气浓度阈值，其中预设的第一氧气浓度阈值大于预设的第二氧气浓度阈值；获取氧气检测装置测得的容纳腔内的氧气浓度值，根据获取的氧气浓度值与预设的氧气阈值之间的大小关系，确定对应的控制策略，并基于确定的控制策略向置换装置发送目标控制指令，还包括：获取容纳腔内的发酵材料中丁酸梭菌的浓度占比以及容纳腔内的氧气浓度值；在获取的丁酸梭菌的浓度占比小于预设的丁酸梭菌的浓度占比的情况下，若获取的氧气浓度值小于预设的第一氧气浓度阈值，打开第一进气管和排气管，并关闭第二进气管，以向容纳腔内通入氧气，直至获取的氧气浓度值上升至与预设的第一氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种丁酸梭菌发酵罐，其特征在于，包括：罐体，所述罐体设置有容纳腔与罐口，所述容纳腔用于容纳添加有丁酸梭菌的发酵材料，所述罐口连通所述容纳腔；所述罐体的罐壁包括内层与外层，所述内层用于围成所述容纳腔，所述外层环绕包裹所述内层；温控系统，所述温控系统包括温度传感器以及温控装置；所述温度传感器设置于所述容纳腔内，并位于所述罐体底部，所述温度传感器用于监测发酵材料的温度；所述温控装置用于调控所述容纳腔内的温度；气控系统，所述气控系统包括氧气检测装置以及置换装置，所述氧气检测装置设置于所述容纳腔，并用于检测容纳腔内的氧气浓度；所述置换装置可拆卸地安装于所述罐口，并封闭所述容纳腔，所述置换装置用于置换所述容纳腔内的气体；酸碱度检测装置，所述酸碱度检测装置设置于所述容纳腔内，并位于所述罐体底部，所述酸碱度检测装置用于检测所述发酵材料的酸碱度；以及中控装置，所述中控装置设置于所述罐体的外表面，所述温度传感器、所述氧气检测装置、所述置换装置以及所述酸碱度检测装置均电性连接于所述中控装置。2.根据权利要求1所述的丁酸梭菌发酵罐，其特征在于，所述温控装置包括：管道，所述管道贴设于所述内层与所述外层之间，在沿所述罐口的轴线螺旋缠绕并覆盖所述内层，所述管道的两端均伸出所述外层，且分别形成进水端和出水端；以及通水阀，所述通水阀具有连通的进水口与出水口，所述出水口与所述进水端连通；所述进水口用于使水流流入，并经所述出水口流入所述进水端，并由所述出水端流出，以调控所述容纳腔内的温度。3.根据权利要求2所述的丁酸梭菌发酵罐，其特征在于，所述进水口包括第一进水口以及第二进水口，所述第一进水口用于通入热水，所述第二进水口用于通入冷水，所述出水口选择性地与所述第一进水口或所述第二进水口连通，以调控所述容纳腔内的温度。4.根据权利要求3所述的丁酸梭菌发酵罐，其特征在于，所述进水口还包括第三进水口，所述第三进水口用于通入蒸馏水，所述出水口选择性地与所述第一进水口、所述第二进水口以及所述第三进水口连通；所述丁酸菌发酵罐还包括三通阀，所述三通阀具有入口、第一出口以及第二出口，所述入口选择性地连通所述第一出口或所述第二出口，所述三通阀设置于所述内层与所述外层之间，且所述入口连通所述出水口，所述第一出口连通所述出水端，所述第二出口穿过所述内层，并连通所述容纳腔；在所述第一进水口或第二进水口连通所述出水口的情况下，所述第一出口连通所述入口；在所述第三进水口连通所述出水口的情况下，所述第二出口连通所述入口。5.根据权利要求1所述的丁酸梭菌发酵罐，其特征在于，所述置换装置包括密封盖、第一进气管、第二进气管以及排气管；所述密封盖设置于所述罐口，并盖合所述容纳腔；所述第一进气管、所述第二进气管以及所述排气管穿设于所述密封盖并连通所述容纳腔，所述第一进气管的远离所述容纳腔的一端用于选择性地通入氧气或关闭，所述第二进气管的远离所述容纳腔的一端用于选择性地通入氮气或关闭，所述排气管用于选择性地排出所述容纳腔内的气体或关闭。6.根据权利要求5所述的丁酸梭菌发酵罐，其特征在于，所述气控系统还包括压强检测装置，所述压强检测装置设置于所述排气管，所述压强检测装置具有第一检测端以及第二
检测端，所述第一检测端用于检测所述容纳腔内的压强，所述第二检测端用于检测所述罐体外的压强。7.一种丁酸梭菌的发酵方法，其特征在于，应用于如权利要求1
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6任一项所述的丁酸梭菌发酵罐，包括：向所述容纳腔内装入添加有丁酸梭菌的发酵材料，并关闭所述置换装置；获取所述氧气检测装置测得的所述容纳腔内的氧气浓度值，根据获取的氧气浓度值与预设的氧气阈值之间的大小关系，确定对应的控制策略，并基于确定的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖英平，马灵燕，吕文涛，汪雯，肖兴宁，曾新福，杨彩梅，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：