CN107384758A - 一种微生物菌群连续筛选装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微生物菌群连续筛选装置，包括培养基储存器、料液反应室和微生物菌群收集室；培养基储存器底部通过第一软管连接料液反应室，料液反应室底部通过第二软管连接微生物菌群收集室，微生物菌群收集室底部设置有排液软管；该装置基于微生物连续培养理论，使微生物筛选处于动态中，既能及时连续地补充微生物所需的营养物质，又能及时排出部分有害代谢产物，促进微生物生长繁殖，以培养基等营养物质为微生物的食物，促使相关微生物菌群形成食物链，最终快速筛选目的降解菌群，满足工业上规模化生产时微生物混合菌群筛选的需要。

Description

一种微生物菌群连续筛选装置

技术领域

本发明属于生物化工设备技术领域，具体涉及一种微生物菌群连续筛选装置，具体用于褐煤、泥炭等低阶煤、生物质等微生物转化菌群筛选。

背景技术

发酵罐广泛应用于微生物菌种的发酵，具有发酵快，清洁卫生和规模化生产的优点。传统的微生物发酵过程是多种微生物共同参与的结果，在长期的实验和生产实践中，人们逐步发现单一微生物往往只是参与了生化代谢过程中的一步或几步，因而仅能低效或者完全不可以实现发酵原料代谢催化过程，因此人类开始重新审视混合菌群所具有的独特优势：

(1)混合菌群对原料要求低，多为天然基质或废渣，价格低廉，且广泛易得。例如广泛开展的以木质纤维素为基质的发酵研究，不仅可以显著降低发酵成本，而且有利于废弃物的利用和环境保护。

(2)混合菌群发酵过程中原料常常包含多种营养物质，而单一微生物往往只利用其中一类或几类营养，而其他物质通常作为发酵废渣丢弃。混合菌群中微生物通常选择不同的基质作为营养，以提高原料利用率。

(3)混合菌群可以在同一发酵容器中经过相同或相似的工艺过程生产出不同的目的产物，充分利用设备、人员工作时间，提高劳动效率，设备利用率。

(4)混合菌群混合的多菌种间往往存在有益相互作用，相关混合菌种通过各自代谢过程取长补短，有利于彼此，实现了发酵中的多基因功能。通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用，促进生长代谢，提高生产效率。

(5)混合菌群多种微生物的相互作用形成的统一体，通过对某一营养物质的代谢产生不同的代谢产物，如茅台酒的酱香就是多种微生物共同作用的结果，研究表明含有醇类、酯类、有机酸、缩醛等几十种化合物，其风味优异而独特。

(6)相对于纯种发酵，混合菌群发酵微生物间存在复杂的拮抗作用，因此不易受杂菌污染。如白酒酿造、沼气发酵、堆肥发酵、饲料生产等。

白酒酿造中酒曲的制备就是一个混合菌群的筛选过程，在制造过程中，先是霉菌类的增殖，其酶活性使淀粉水解为可利用的单糖，霉菌的营养就有了保证；霉菌的增殖使曲块表面的糖分不断的增加，为酵母菌的增殖创造了条件，于是出现了酵母菌增殖的高峰，经过几天的积累之后，曲块表层之下的部位以酵母为主的增殖基本结束，曲块内部的环境(缺氧，有霉菌和酵母菌代谢的产物和菌体自溶物，温度较高)比较适宜于细菌的繁殖，于是细菌增殖的出现高峰。霉菌、酵母菌、细菌菌群三大类微生物混合协同作用，前期生长的微生物的菌体自溶物及代谢产物成为后一阶段占优势的微生物的食物，形成一个食物链。

发酵是由微生物完成的，因此筛选优良的微生物至关重要。传统的微生物平板筛选法就是根据目标微生物选择相应的专性固体培养基进行分离、筛选培养，是一种分批培养方式，操作繁琐耗时，仅适合单一菌种的筛选，没有解决微生物混合菌群筛选的问题。而目前不能很好的构建出可以服务于发酵工业生产的人工混合菌群，使其达最佳生态水平，发挥最大效应，这限制了混合菌群发酵的发展和应用。

现有的微生物菌群筛选装置，都存在一定的不足之处。专利(201110324515.3)公开了一种海洋油污微生物菌群的筛选和驯化方法，通过海洋油污发生地区获得菌源样品，而后经过一代、二代、三代富集培养，获得培养液，通过筛选富集，并经过一代、二代、三代富集培养获得富集培养液，再利用设计的装置，装置由缸体(11)、隔板(3)、右温度计(4)、左温度计(5)、造浪器(6)、控温装置(7)和照明装置(8)组成，添加营养物质进行驯化处理后得到驯化微生物菌群，筛选好的菌群可用于海洋油污事故地区的油污生物降解。专利(201010212119.7)公开了一种常温腐解玉米秸秆的复合菌系的构建方法，属于微生物筛选方法技术领域。包括以下步骤：(1)菌群的富集培养，(2)固体培养基的制备，(3)营养限制性诱导培养，(4)梯度降温诱导培养，和(5)继代培养后得到腐解玉米秸秆的复合菌系CSS-1，该方法筛选的复合菌系包括细菌、真菌和放线菌。本发明具有以下优点：是在固体培养基条件下筛选得到的，其复合菌系包括了细菌、真菌和放线菌，具有更好的腐解效果。专利(201510205731.4)公开了一种筛选矿物中微生物的装置，包括进气口、溢流口和进料口，所述进气口和进料口位于装置的下部，所述溢流口位于所述装置上部，所述装置的固定床层以石墨毡为床层隔板，还公开了一种嗜酸氧化硫化矿的微生物的筛选方法，同时采用石墨毡为床层隔板，有效提高了细菌培养的溶液中空气浓度，具有筛选周期短、减少了矿物颗粒摩擦对细菌损害及培养的微生物活性高的优势。

以上专利提供装置没有实现微生物菌群的连续筛选、需要三代富集培养或固体培养基继代培养，操作流程繁杂、筛选周期长。值得注意的是，微生物的生长存在连续培养的方式，连续培养又叫开放培养，是采用有效的措施让微生物在某特定的环境中保持旺盛生长状态的培养方法，根据生长曲线，营养物质的消耗和代谢产物的积累是导致微生物生长停止的主要原因。因此在微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物是实现微生物连续培养的基本原则。基于此原理，我们建立混合菌群筛选装置，将目的环境中存在的大量微生物类群接入人工设定的特定培养条件中，根据不同的目的设置不同的发酵原料、微生物来源、培养温度、氧气供给情况和培养基pH等。在培养基营养物质连续流动的状态下，使适合该条件生长的微生物大量繁殖，在数量上超过其他微生物，形成优势菌群。同时有益于该菌群的微生物也得以生长，最终建立稳定、高效的混合菌群发酵微生物体系。

发明内容

为了克服现有技术中微生物固体培养基平板筛选操作繁琐耗时，微生物菌群筛选操作流程繁杂、筛选周期长等不足,本发明提供一种微生物菌群连续筛选装置，该装置能够实现混合菌群的连续筛选，使微生物筛选处于动态中，能及时连续地补充微生物所需的营养物质，并且能及时排出部分有害代谢产物，改善微生物的生存条件，有利于微生物生长繁殖，显著缩短混合菌群筛选时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微生物菌群连续筛选装置，所述的装置包括培养基储存器、料液反应室和微生物菌群收集室；所述的培养基储存器底部通过第一软管连接料液反应室，所述的料液反应室底部通过第二软管连接微生物菌群收集室，所述的微生物菌群收集室底部设置有排液软管；培养基储存器储存培养基，培养基通过第一软管进入到料液反应室，不含碳源的培养基在料液反应室中与加入的微生物来源、发酵原料发生代谢反应，得到存活下来的以发酵原料为碳源的微生物菌群，菌群通过第二软管进入到微生物菌群收集室中；该装置能够实现培养基液体流动，使微生物筛选处于动态中，能及时连续地补充微生物所需的营养物质；在本发明中，首次将料液反应室和微生物菌群收集室分离开来，在现有的报道和相关专利中，目前尚无培养基流动状态进行微生物连续筛选的相关报道，滴落流入的液体培养基在料液反应室发生代谢反应，适者生存，不适者死亡分解，残留于料液反应室，筛选出来的菌群随液体培养基进入微生物菌群收集室。

所述的培养基储存器下方设置有排气软管，保证培养基储存器内部的培养基能够较为顺畅的在整个系统中流动。

所述的第一软管上设置有流量调节器，根据实验的实际情况，实验人员可以通过流量调节器实时对流量进行调节，控制培养基的供应量，从而达到控制菌群生长的目的；流量调节器下方的第一软管上设置有进料软管，实验人员通过进料软管可以添加不同的发酵原料、微生物来源，从而达到制备不同的菌群的目的。

所述的第一软管与第二软管的直径比为(4-2)：1，申请人经过大量的实验得出该比例，通过该设计，既可以提高料液反应室的压力改变微生物生长发育的渗透压，以促进营养物质进入微生物细胞，又可以减缓培养基流速，延长料液反应室中微生物代谢反应时间，实现较好实验效果。

所述的微生物菌群收集室内部下方设置有多孔介质吸附载体和滤膜，采用多孔介质吸附载体和滤膜相结合，使微生物菌群被吸附和收集，达到微生物菌群筛选的目的。

优选的，所述的料液反应室内部，第二软管顶端穿过料液反应室内部向上延伸一段距离，第二软管向上延伸的距离由实验人员根据具体情况来设定，以满足不同的实验效果，如此设计，在料液反应室中，培养基与发酵原料有足够的时间充分的发生代谢反应，得到对应的目的菌群，菌群通过第二软管进入到微生物菌群收集室中。

优选的，所述的排液软管上设置有放液调节器，通过放液调节器控制微生物菌群收集室内的代谢废物随营养成分消耗殆尽的培养基流出。

优选的，所述的多孔介质吸附载体为聚氨酯泡沫、活性炭、生物炭和蛭石中的一种。

优选的，滤膜是半透膜、微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的一种。

优选的，所述的培养基储存器上端中部设置有挂钩环，通过挂钩环方便将培养基储存器悬挂起来，方便培养基由于重力作用顺着软管往下流动。

优选的，所述的进料软管上设置有乳胶帽，乳胶帽为密封或密布网眼中的一种。

本发明的优点是：

(1)该装置实现微生物菌群连续筛选装置，基于微生物连续培养理论，以培养基营养物质为微生物的食物，以发酵原料为微生物筛选的碳源，控制培养条件，促使相关微生物菌群形成食物链，最终快速筛选目的降解菌群，完成低阶煤、生物质的微生物转化。

(2)该装置将培养基液体流动，使微生物筛选处于动态中，能及时连续地补充微生物所需的营养物质，能及时排出部分有害代谢产物，有效改善微生物的生存条件，促进微生物菌群生长繁殖，显著简化操作流程、缩短混合菌群筛选时间，满足工业上规模化生产时微生物菌群筛选的需要。

附图说明

图1为本发明结构简图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

实施例1：

一种微生物菌群连续筛选装置，所述的装置包括培养基储存器10、料液反应室11和微生物菌群收集室12；所述的培养基储存器10底部通过第一软管13连接料液反应室11，所述的料液反应室11底部通过第二软管14连接微生物菌群收集室12，所述的微生物菌群收集室12底部设置有排液软管15；培养基储存器10储存培养基，培养基通过第一软管13进入到料液反应室11，培养基在料液反应室14中与加入的物质发生代谢反应，得到对应的菌群，菌群通过第二软管14进入到微生物菌群收集室12中；该装置能够实现培养基液体流动，使微生物筛选处于动态中，能及时连续地补充微生物所需的营养物质。

实施例2：

在实施例1的基础上，本发明为了保证液体能够在整个装置中顺畅的流动，所述的培养基储存器10下方设置有排气软管16，其它部分与实施例1完全相同。

实施例3：

在实施例1的基础上，本发明为了方便实验人员实时调节流量和向该装置中添加物料，所述的第一软管13上设置有流量调节器17，流量调节器17下方的第一软管13上设置有进料软管18，其它部分与实施例1完全相同。

实施例4：

在实施例1的基础上，本发明为了提高料液反应室的压力，改变微生物生长发育的渗透压，促进营养物质进入微生物细胞，减缓培养基流速，延长料液反应室中微生物代谢反应时间，所述的第一软管13与第二软管14的直径比为(4-2)：1，其它部分与实施例1完全相同。

实施例5：

在实施例1的基础上，本发明为了达到微生物菌群筛选的目的，所述的微生物菌群收集室12内部下方设置有多孔介质吸附载体19和滤膜20，其它部分与实施例1完全相同。

实施例6：

在实施例1的基础上，本发明为了在料液反应室中，培养基与发酵原料有足够的时间充分的发生代谢反应，生产出对应的菌群，所述的料液反应室内部，第二软管顶端穿过料液反应室内部向上延伸一段距离。

实施例7：

在实施例1的基础上，本发明为了控制微生物菌群收集室废液的排出，所述的排液软管15上设置有放液调节器21，其它部分与实施例1完全相同。

实施例8：

在实施例1的基础上，本发明为了使微生物菌群被吸附和收集，达到微生物菌群筛选的目的，所述的多孔介质吸附载体19为聚氨酯泡沫、活性炭、生物炭和蛭石中的一种，所述的滤膜20是半透膜、微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的一种，其它部分与实施例1完全相同。

实施例9：

在实施例1的基础上，本发明为了方便将整个装置悬挂起来，实现培养基自上而下的流动，所述的培养基储存器10上端中部设置有挂钩环22，其它部分与实施例1完全相同。

实施例10：

在实施例1的基础上，本发明所述的进料软管18上设置有乳胶帽23，乳胶帽23为密封或密布网眼中的一种，其它部分与实施例1完全相同。

下面列举一个实验过程对本发明进行进一步的说明，但本发明的保护范围不限于下述的范围内。

培养基5.0g蛋白胨，5.0g NaCl，2.0g CaCO₃，1.0g酵母粉溶解在1L水中，pH自然，灌入培养基储存器10中，高温灭菌后，借助于培养基储存器10的上方设有的挂钩环22将装置悬垂于设定好培养温度为28℃的生化培养箱中，下方设有排气软管16连通空气，调节流量调节器17使培养基储存器中的培养基缓缓滴落，顺着第一软管13向下流动，第一软管13下方设有进料软管18，借助于进料软管18将5.0g粉末状发酵原料玉米秸秆和10.0mL微生物来源液体状的活性污泥灌入，进料软管18上有密封的乳胶帽23，进料软管18末端设有料液反应室11，5.0g粉末状发酵原料秸秆、10.0mL液体状的微生物来源活性污泥、滴落流入的液体培养基三者在料液反应室11发生代谢反应，适者生存，不适者淘汰，能够降解玉米秸秆的微生物菌群逐渐形成，通过下方设有的第二软管14，进入到微生物菌群收集室12，微生物菌群在此生长繁殖、扩大数量，微生物菌群收集室12底部设有多孔介质吸附载体19和滤膜20，使微生物菌群被吸附和收集，调节下方设有的放液调节器21，使富含代谢废物的培养基通过排液软管15排出，重复以上过程，直到微生物菌群筛选过程结束，进行鉴定。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种微生物菌群连续筛选装置，其特征在于，所述的装置包括培养基储存器、料液反应室和微生物菌群收集室；所述的培养基储存器底部通过第一软管连接料液反应室，所述的料液反应室底部通过第二软管连接微生物菌群收集室，所述的微生物菌群收集室底部设置有排液软管；

所述的培养基储存器下方设置有排气软管；

所述的第一软管上设置有流量调节器，流量调节器下方的第一软管上设置有进料软管；

所述的第一软管与第二软管的直径比为(4-2)：1；

所述的微生物菌群收集室内部下方设置有多孔介质吸附载体和滤膜。

2.如权利要求1所述的一种微生物菌群连续筛选装置，其特征在于，所述的料液反应室内部，第二软管顶端穿过料液反应室内部向上延伸一段距离。

3.如权利要求1所述的一种微生物菌群连续筛选装置，其特征在于，所述的排液软管上设置有放液调节器。

4.如权利要求1所述的一种微生物菌群连续筛选装置，其特征在于，所述的多孔介质吸附载体为聚氨酯泡沫、活性炭、生物炭和蛭石中的一种。

5.如权利要求1所述的一种微生物菌群连续筛选装置，其特征在于，所述的滤膜是半透膜、微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的一种。

6.如权利要求1所述的一种微生物菌群连续筛选装置，其特征在于，所述的培养基储存器上端中部设置有挂钩环。

7.如权利要求1所述的一种微生物菌群连续筛选装置，其特征在于，所述的进料软管上设置有乳胶帽，乳胶帽为密封或密布网眼中的一种。