专利名称：单光源检测摇床发酵液体的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物技术领域。
背景技术：
早期摇床主要功能是扩大繁殖菌种用于生产，而随生产需要，摇床增加了精确转数与恒温控制器件，但尚未实现智能控制；近年有人提出在摇床上的每个三角瓶内增加自动补充营养液与调整发酵液内Ph等功能，赋予三角瓶类似于常规发酵罐的功能，目的是创建最佳发酵环境，获得最好的发酵效果；但是这将使三角瓶接口十分复杂，必将为工业化生产该设备带来很大难度。目前检测发酵液体质量，仍然以菌体计数法，即取样测定发酵液体菌含量，或过滤，称取滤渣计算湿菌体重量，或烘干后称取干重，或取样进行化学成分分析等；称之为在线接触式检测，其操作过程较为复杂，误差也非常大。

发明内容
本发明以丁达尔的胶体光电现象原理为基础，菌体在生长一定阶段会产生大分子的糖类物质而使溶液胶体化，特别是随菌体增加，液体吸光度值也随之增大。本发明的方案是，包括摇床设备，置于摇床上进行液体发酵的三角瓶，其特征在于盛有发酵液体并涂有黑色涂层的玻璃三角瓶，固定于硅胶架上，硅胶架固定于摇床托盘上，三角瓶除底部和两个水平位置对应的透光孔外，其余全部涂有遮光黑色涂层；在硅胶架的两侧固定有对应的光发射电极和光接收电极，并与中间装有发酵液体的三角瓶透光孔位置相吻合，一端发射电极的光，透过发酵液体被另一端光接收电极所接收，使光信号变为电信号，随着三角瓶内生物菌体量逐渐增多，发酵液体浓度增大，使透过的光发生变化，光接收电极接收的电信号数值也随之发生变化，从而判定三角瓶内发酵液菌体的生长程度。所述光接收电极一端，连接有光电传感器，由于发酵液体浓度改变导致光的衰减变化而导致电信号变化，通过无线传送到显示屏，或手机，或媒体播放器上，以显示摇床三角瓶内发酵液菌体的生长程度。所述发射光源采用滤光片或光栅，使光源是红外光或选定波长的紫外光。所述透光孔，位于发酵液体的液面下方，对应于三角瓶外壁两侧的水平位置。利用光电吸收原理，采用特制遮光烧瓶，不需要取样即可获得发酵液体生长条件的各种信息，实现发酵液体在线的非接触式检测，并可绘制成标准工作曲线图，为摇床用于精确研究菌体发酵的最佳生长条件带来技术突破，为精确性指导工业化发酵带来极大的便利。本发明的优点是1)采用光电转换的数字信号作为检测手段，光源传播距离远，每秒钟可达数十km，于三角瓶内超短距离传播其中误差极小。2)菌体增长与吸光值增大成正比，用光电探测液体吸光度精确、快速、易操作。3)利用滤光片获取光源，简便耐用，技术成熟，易于实现工业化生产。4)与传统玻璃三角烧瓶相比，采用涂层遮光三角瓶，有许多优点 首先黑色涂层遮光性好，可避免衍射光线干扰，保证光电工作精度；其次，用镀铬材料涂层遮光，三角瓶传导性好，能有效利用摇床提供的温度，也为开发底部变温摇床托盘提供有利条件；5)硅胶固定架有弹性，坚固耐用，不仅防止三角瓶移位与脱落，还可以内置电器件。6) 本发明单光源检测摇床发酵液体的装置，可通过重复试验绘制光电吸收曲线，根据曲线编程智能控制摇床，重复发酵各个阶段，为工业大罐发酵提供准确的操作生产程序。7)不需要取样检测即可获得发酵条件及相关信息，特别是可提供摇床发酵正交实验设计，提供精确实验参数，提高科研效率。


图1为本发明单光源检测摇床、固定架与三角瓶结构图； 图2单个三角瓶结构图。图中代码说明
1、三角摇瓶； 2、感光区；
3、硅胶架；4、光发射电极；
5、光吸收电极； 6、摇床托盘；
7、固定螺栓； 8、光电转换传感器；
9、发射光透光孔；10、吸收光透光孔；11、遮光涂层。
具体实施例方式
参阅附图所示，盛有培养菌液发酵液体的三角瓶1，固定于硅胶架3上，硅胶架由固定螺栓7固定于摇床托盘6上，在硅胶架3的两侧固定有互相对应的光发射电极4和光接收电极5，中间部位用于放置三角瓶1 ；三角瓶1除瓶底和两个定位的透光孔9、10外，其余全部涂有黑色遮光涂层11 ；位于发酵液面以下，有所述光发射电极4与光吸收电极5，并与透光孔9、10相吻合，当三角瓶的一侧，光发射电极发出的光，透过发酵液被三角瓶另一侧光吸收电极所接收，通过光电转换传感器8变为数字信号，随菌体含量增加，发酵液体浓度发生变化，透过液体的光也会发生变化，从而确三角瓶内菌液的生长程度。所述光接收电极一端，由于发酵液体浓度改变导致光的衰减变化和电信号变化， 通过无线传送到显示屏，和(或)手机，和(或)媒体播放器上，以显示摇床三角瓶内发酵液菌体的生长程度。所述发射光源采用滤光片或光栅，使光源是红外光或选定波长的紫外光。所述除三角瓶除底部和透光孔外，均涂为遮光的黑色；透光孔，位于发酵液体的液面下方，水平对应于三角瓶外壁的两侧。随菌体发酵培养时间延长，菌液浓度增加，菌体含量增多，与吸光度值增加成正比；通过观察吸光度值的变化，即可确定摇床发酵液体的产品质量。光电生物摇床三角瓶除采用遮光涂膜和留有感光部位以外，其他与普通三角烧瓶完全相同；单光源检测发酵摇床工作流程是1)向三角瓶内加营养发酵液，根据不同菌种生长需要，精确配制营养基质；使用250ml遮光三角瓶时，加入营养液体IOOml或120ml，装量误差< 士0. 1% ；2)发酵液体灭菌，将加有发酵液体的遮光三角瓶，经过高压蒸汽灭菌，于121°C，压力0. 15Mpa保持15分钟，冷却至23 26°C时可以接入菌种；3)接种，接种球状液体菌种时，菌液中菌球浓度控制在106~7个/ml，每瓶加入5 10ml菌液；接种丝状菌体时，用0. 5cm2打孔器，取菌膜5 10片， 接入含有营养液体的遮光三角瓶中；接种时其中至少一只三角瓶不加菌种，为对照；4)打开发光电极调整发光灯，使灯光源发出的光源透过三角瓶感光区部位进入营养液体，被三角瓶的另一侧光吸收电极接收，转变为电信号，再经过倍增放大电路处理获得明显的数值信号。
为满足L9(3)4正交试验需要，通常以10只三角瓶为一组，其中9只接入菌种，1只不接菌种作为对照，重复三次，取平均值并做回归分析。硅胶固定架紧固于摇床托盘6上， 而发光电极、吸收光电极以及电缆置于硅胶架内，最后以槽型插座引出机外。
初调时通过微调旋扭，将光电接收显示器数置均调为零，设定转数(15(Γ160转/ 分)、温度(25l8°C)后开动摇床，随摇床工作时间延长，光电感受器上的数值出现变化，直到数值不变时为止，这时数值大的，对应的三角瓶内菌体含量最多，而对照瓶数值仍为零。
实施例1 菌种取三种不同酵母菌种，B021、B022和B023，分别制成含菌量为105~6个/ml悬浮菌液备用；灭菌取250ml遮光三角瓶，编号后各加入PDA马玲薯培养液IOOml < 士0. 1%，灭菌冷却后用移液器对其中三只各精确加入对应编号菌种5ml，以上每瓶重复三次，仅一只不加菌液，用于对照，共10瓶；安装将遮光三角瓶固定于硅胶架上，并旋紧旋扭，使光电极与三角瓶感光区域相吻合。打开控制面板上光电电源，使硅胶架一侧的发光电极透过滤光片发出特定光波，透过三角瓶感光区部位，至硅胶架另一侧的光吸收电极，开机操作打开摇床控制面板光电总开关，通过微调，使所有三角瓶光电感受器吸光度值均为零，调整摇床温度为^TC,转数为160转/分，启动摇床；观察每隔三小时测定一次光吸收值，直到光吸收值出现下降并且不变时为止。以时间为横坐标，以光吸收值为纵坐标，绘制曲线，以光吸收峰值最高时为该菌类型的最佳发酵时间；以光吸收峰值最大者，为最隹优势菌株。
实施例2 取实施例1中的优势酵母菌株，制成含菌量为105~6个/ml悬浮菌液备用；灭菌、安装与开机操作同实施例1 ；光电智能摇床工作后每隔3小时检测一次吸光度、取样分析菌体含量、酒精含量，根据分析结果，适当补加营养液与调整Ph，数据贮存，连续重复实验三次，取平均值，以时间为横坐标，以吸光度值、菌体含量和酒精含量为纵坐标做图，绘制该菌株光电智能检测摇床工作曲线。其使用方法是按本摇床提供的营养配方，进行装瓶、灭菌、冷却接种，安装、开机等，密切观察发酵时间内光吸收值与标准曲线光吸收值的对应结果，数值相近表明发酵系统工作正常，并按标准曲线提示适当加入营养液与调整ph，直至结束；若数值相差很大，会有报警并提示可能出现的异常，必要时停机检查，避免损失。
权利要求
1.一种单光源检测摇床发酵液体的装置，包括摇床设备，置于摇床上进行液体发酵的三角瓶，其特征在于盛有发酵液体并涂有黑色涂层的玻璃三角瓶，固定于硅胶架上，硅胶架固定于摇床托盘上，三角瓶除底部和两个水平位置对应的透光孔外，其余全部涂有遮光黑色涂层；在硅胶架的两侧固定有对应的光发射电极和光接收电极，并与中间装有发酵液体的三角瓶透光孔位置相吻合，一端发射电极的光，透过发酵液体被另一端光接收电极所接收，使光信号变为电信号，随着三角瓶内生物菌体量逐渐增多，发酵液体浓度增大，使透过的光发生变化，光接收电极接收的电信号数值也随之发生变化，从而判定三角瓶内发酵液菌体的生长程度。
2.根据权利要求1所述的单光源检测摇床发酵液体的装置，其特征在于，所述光接收电极一端，连接有光电传感器，由于发酵液体浓度改变导致光的衰减变化而导致电信号变化，通过无线传送到显示屏，或手机，或媒体播放器上，以显示摇床三角瓶内发酵液菌体的生长程度。
3.根据权利要求1所述的单光源检测摇床发酵液体的装置，其特征在于，所述发射光源采用滤光片或光栅，使光源是红外光或选定波长的紫外光。
4.根据权利要求1所述的单光源检测摇床发酵液体的装置，其特征在于，所述透光孔， 位于发酵液体的液面下方，对应于三角瓶外壁两侧的水平位置。
全文摘要
本发明提供一种单光源检测摇床发酵液体的装置，包括摇床设备，置于摇床上进行液体发酵的三角瓶盛有发酵液体并涂有黑色涂层的玻璃三角瓶，固定于硅胶架上，硅胶架固定于摇床托盘上，三角瓶除底部和两个水平位置对应的透光孔外，其余全部涂有遮光黑色涂层；在硅胶架的两侧固定有对应的光发射电极和光接收电极，并与中间装有发酵液体的三角瓶透光孔位置相吻合，一端发射电极的光，透过发酵液体被另一端光接收电极所接收，使光信号变为电信号，随着三角瓶内生物菌体量逐渐增多，发酵液体浓度增大，使透过的光发生变化，光接收电极接收的电信号数值也随之发生变化，从而判定三角瓶内发酵液菌体的生长程度。优点是，测试装置简便而准确。
文档编号G01N21/35GK102519898SQ201110449160
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘志强, 沈水兴 申请人:上海智城分析仪器制造有限公司