CN112877202A - 一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，包括发酵罐，所述发酵罐内设有发泡‑‑消泡联合装置，所述发泡‑‑消泡联合装置包括外管体及内管体，所述外管体和所述内管体之间的空腔内设有多个隔断体，所述隔断体把所述外管体和所述内管体之间的空腔分割为多个相互独立的腔室，所述外管体上间隔性设有多个外微孔区，所述内管体上间隔性设有多个内微孔区；所述内管体一端通过开关体连接有多孔结构的上管体；该装置能提高发酵液中溶氧分布的均匀性，及时消除发酵液上方泡沫，提高注入酸液或碱液在发酵液内的均匀性，更加精准、均匀的调节发酵液内的pH，对发酵液上方的尾气进行抽取，配合尾气监控模块对尾气中的二氧化碳进行分析。

Description

一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统

技术领域

本发明涉及食药用菌菌种培养装备及控制系统技术领域，具体是一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统及使用方法。

背景技术

采用工业发酵技术能在短时间内大量快速生产食药用菌菌种和其他代谢产物，解决了传统工艺周期长、成本高的难题，为食药用菌、食品加工、生物制剂生产带来了巨大的效益。以食药用菌为例，液体菌种结合工业发酵技术的推广和应用，大大的降低了生产成本，缩短了生产时间，为菌种和菌包的工业化生产提供了重要支撑。但制约该领域发展的瓶颈是所培养的菌种在培养过程中，菌种培养状态和结果可控可测性差，严重影响行业的发展。具体存在的问题涉及多个方面，一方面在控制发酵罐内溶解氧时，通过空气分布器向发酵罐内注入空气的过程中，由于空气分布器所处的位置及发酵罐内培养液粘度的影响，导致注入的氧气分布不均，不利于菌种生长；其次现有的发酵罐多采用机械消泡、化学试剂消泡或两者联合消泡，专用机械消泡机构增加发酵罐内的复杂性及制作成本，化学试剂消泡容易影响产品的质量；再次，在调节发酵罐内的pH时，通过蠕动泵添加pH试剂时同样存在pH试剂分布不均的问题，解决pH试剂和氧气分布不均的问题需要长时间使用搅拌装置进行搅拌，操作繁琐，增加成本且影响生产效率。因此需要一种高效自动化的发酵控制装置，以解决传统发酵罐内注入氧气、pH试剂分布不均，消泡机械复杂，化学消泡试剂影响产品质量的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，包括发酵罐，所述培养发酵罐连接有智能温控模块，pH监控模块，溶解氧监控模块，尾气监控模块及所述系统控制模块；所述智能温控模块、pH监控模块、溶解氧监控模块、尾气监控模块分别与所述系统控制模块通讯连接；

优选的，所述智能温控模块包括温度测量装置，所述温度测量装置实时测量所述发酵罐内的温度并传输至所述系统控制模块内的PID温控算法模块，所述系统控制模块分析所述PID温控算法模块接收的温度数值超出预设温度范围，所述系统控制模块启动所述智能温控模块线性调节所述发酵罐内的温度至预设温度范围内；所述pH监控模块实时监测所述发酵罐内的pH并传输至所述系统控制模块内，当pH超出预设范围，所述系统控制模块启动所述pH调节模块调节所述发酵罐内的pH至预设范围内；所述溶解氧监控模块包括溶解氧测量模块、增氧模块及压力监测模块；所述溶解氧测量模块实时测量所述发酵罐内溶解氧值并传输至所述系统控制模块，当所述发酵罐内的溶解氧数值低于预设范围时，所述系统控制模块启动所述增氧模块，向所述发酵罐内通入消毒过滤后的空气，同时所述压力监测模块实时测量所述发酵罐内的压力并传输给所述系统控制模块，当所述发酵罐内的压力大设定值时，所述系统控制模块报警并打开放气阀；所述尾气监控模块收集发酵罐内的尾气并分析尾气中二氧化碳的含量，再把二氧化碳含量值传输给所述所述系统控制模块；

优选的，所述发酵罐内设有发泡--消泡联合装置，所述发泡--消泡联合装置包括外管体，所述外管体内嵌套有内管体，所述外管体和所述内管体之间的空腔内设有多个隔断体，所述隔断体把所述外管体和所述内管体之间的空腔分割为多个相互独立的腔室，所述外管体上间隔性设有多个外微孔区，所述内管体上间隔性设有多个内微孔区；所述内管体一端通过开关体连接有多孔结构的上管体；转动外管体和/或内管体，内管体下部的内微孔区通过腔室与外管体下部的外微孔区相连通，内管体上部的内微孔区与外管体上部的外微孔区不连通；再次转动外管体和/或内管体，内管体上部的内微孔区通过腔室与外管体上部的外微孔区相连通，内管体下部的内微孔区与外管体下部的外微孔区不连通；再次转动外管体和/或内管体，内管体上部、下部的内微孔区均不与外管体上部、下部的外微孔区相连通，开关体打开，内管体与上管体相连通。

优选的，所述内管体通过第一支管与气泵相连接，气泵通过第一支管向所述内管体内鼓入脉动消毒净化空气；所述内管体通过第二支管与所述pH调节模块的蠕动泵相连接。

优选的，所述内管体通过第三支管和气泵与所述尾气监控模块相连接。

优选的，所述发酵罐内上方设有消泡电极，所述消泡电极的最下方所在的高度不大于所述上管体最上方所在的高度。

优选的，所述发泡--消泡联合装置数量不少于两个且在所述发酵罐内成环型矩阵排列。

优选的，所述外管体和所述内管体的内壁和外壁上均设置有可自由振动的簧片，所述簧片上设有多个微孔。

优选的，所述外管体与所述发酵罐的本体活动连接，转动所述外管体调整其上方所述外微孔区在所述发酵罐内的位置。

优选的，所述外管体下方的外微孔区上微孔的密度大于上方的外微孔区上微孔的密度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过设置发泡--消泡联合装置、外管体、内管体、隔断体、腔室、外微孔区、内微孔区等结构，通过外管体和内管体的相对转动，实现了发泡--消泡联合装置的下部外微孔区连通下部内微孔区及上部外微孔区不连通上部内微孔区的结构，此时可通过外管体、内管体、外微孔区、内微孔区向发酵液的下部注入空气，提高下部溶氧量；同时实现了发泡--消泡联合装置的上部外微孔区连通上部内微孔区及下部外微孔区不连通下部内微孔区结构，此时可通过外管体、内管体、外微孔区、内微孔区向发酵液的上部注入空气，提高上部溶氧量；两者结合，分段向发酵液内注入空气可提高在向发酵液内注入空气气泡时气泡分布的均匀性，进而保证发酵液内溶氧量的均匀性，提高产品质量。

2.本发明通过设置发泡--消泡联合装置、外管体、内管体、隔断体、腔室、外微孔区、内微孔区、开关体、上管体等结构，通过外管体和内管体的相对转动，实现了发泡--消泡联合装置的上、下部外微孔区均不连通上、下部内微孔区结构，此时可通过与内管体、上管体往发酵液上方鼓入高压的空气，使发酵液上方的泡沫分散、破裂，达到消泡的效果，简化发酵罐内复杂的消泡机构，避免或减少化学消泡试剂使用量，提高产品质量。

3.设置发泡--消泡联合装置、外管体、内管体、隔断体、腔室、外微孔区、内微孔区等结构，通过外管体和内管体的相对转动，实现了发泡--消泡联合装置的下部外微孔区连通下部内微孔区及上部外微孔区不连通上部内微孔区的结构，以及上部外微孔区连通上部内微孔区及下部外微孔区不连通下部内微孔区结构，此时通过蠕动泵把酸液或碱液与高压气体混合，通过外微孔区、内微孔区、外管体、内管体，把酸液或碱液均匀的喷射到上部、下部的发酵液内，提高酸液或碱液在发酵液中分布的均匀性，提高调节pH的精准性。

4.设置发泡--消泡联合装置、外管体、内管体、隔断体、腔室、外微孔区、内微孔区等结构，通过外管体和内管体的相对转动，实现了发泡--消泡联合装置的上、下部外微孔区均不连通上、下部内微孔区结构，此时可通过与内管体、上管体往外抽取发酵液上方的尾气进行检测，分析为其中二氧化碳的含量，为掌握发酵液中菌种的发酵情况提供指导。

5.通过设置智能温控模块，pH监控模块，溶解氧监控模块，尾气监控模块及系统控制模块，在培养的菌种在培养过程中，能保证菌种培养状态和结果可控可测性，自动化程度高，大大的降低了生产成本，缩短了生产时间，为菌种和菌包的工业化生产提供了重要支撑。

附图说明

图1为本发明中总体结构剖图示意图；

图2为本发明中A处的放大结构示意图；

图3为本发明中发泡--消泡联合装置的下部外微孔区连通下部内微孔区及上部外微孔区不连通上部内微孔区结构示意图；

图4为本发明中发泡--消泡联合装置的上部外微孔区连通上部内微孔区及下部外微孔区不连通下部内微孔区结构示意图；

图5为本发明中发泡--消泡联合装置的上、下部外微孔区均不连通上、下部内微孔区结构示意图；

图6为本发明中发酵罐的系统控制模块流程图；

图7为本发明中控制系统控制发酵罐内溶氧量流程图。

图中：1、发酵罐；2、智能温控模块；3、pH监控模块；4、溶解氧监控模块；5、尾气监控模块；6、系统控制模块；7、发泡--消泡联合装置；701、外管体；702、内管体；703、隔断体；704、腔室；705、外微孔区；706、内微孔区；707、开关体；708、上管体；709、簧片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图6-7所示，一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，包括发酵罐1，培养发酵罐1连接有智能温控模块2，pH监控模块3，溶解氧监控模块4，尾气监控模块5及系统控制模块6；智能温控模块2、pH监控模块3、溶解氧监控模块4、尾气监控模块5分别与系统控制模块6通讯连接，从而保证各个模块的数据都可以传输给系统控制模块6，以便实现对发酵系统整个工艺流程自动化无人控制；发酵罐1包括内层和外夹层，内层用于储存发酵液，完成发酵过程。在发酵罐1的内层设有搅拌装置，其中搅拌装置设有两级，一级搅拌装置采用斜叶搅拌桨，二级搅拌装置采用直叶搅拌桨，一级和二级搅拌装置的相结合能提高发酵液的水平、上下流动，促进发酵液内营养物质、溶氧量、pH试剂等均匀分布。

智能温控模块2包括温度测量装置，智能温控模块2的温度测量装置为环氧密封结构温度传感器，具有较高的稳定性和精确性，温度测量装置实时测量发酵罐1内的温度并传输至系统控制模块6内的PID温控算法模块，系统控制模块6分析PID温控算法模块接收的温度数值超出预设温度范围，系统控制模块6启动智能温控模块2线性调节发酵罐1内的温度至预设温度范围内；在发酵罐1进行发酵的过程中，发酵罐1的外夹层内连接有用于调整发酵罐1内部温度的蒸汽管道，智能温控模块1还包括设置在蒸汽管道上的气动调节阀。当温度传感器检测到发酵罐1内的温度并传给系统控制模块6内的PID温控算法模块，当发酵罐1内的温度高于或低于预设范围时，系统控制模块6打开蒸汽管道上的气动调节阀，热水或冷水进入发酵罐1的外夹层并在外夹层内流动再流出，把热量或冷量传输给发酵罐1内的发酵液，同时在搅拌装置的搅拌下，使发酵罐1内的发酵液的温度呈线性升温或降温，以保证发酵液的稳定性；通过对温度传感器、进出水量温度、搅拌装置的控制，使发酵罐内温度的精度控制在±0.5℃，为发酵液的发酵过程提供稳定的发酵环境。

食药用菌原始培养基配制完成后具有稳定的pH，可以通过pH监测系统监测此次培养基是否符合标准，pH是一个是否生产完成的重要参数指标。pH监控模块3实时监测发酵罐1内的pH并传输至系统控制模块6内，当pH超出预设范围，系统控制模块6启动pH调节模块调节发酵罐内的pH至预设范围内；pH监控模块包括测量发酵液pH的专用pH电极，本发明pH电极采用瑞士梅特勒pH电极，具有较高的稳定性和精确性；pH调节模块包括与酸、碱溶液相对应的蠕动泵及酸、碱调节容器，内管体702通过第二支管与pH调节模块的蠕动泵相连接，在需要调节发酵液的pH时，加酸液的蠕动泵或加碱液的蠕动泵把酸液或碱液泵入第二支管内，利用发泡--消泡联合装置7完成酸液或碱液添加，能提高酸液或碱液在发酵液中的均匀性。

随着菌种生长，当生物量较大时，原本的通气量无法满足菌种耗氧。增大通气量则罐体压力会上升，存在安全及操作风险，所以本发明设置了联合进气量-压力-溶解氧监控系统。一方面通过对发酵罐1进气量的精准控制，及发酵罐1内压力的实施测量，在保证为发酵液提供足够的溶解氧的基础上，保证发酵罐1内的压力，提高安全生产系数。其中，溶解氧监控模块4包括溶解氧测量模块、增氧模块及压力监测模块；溶解氧测量模块包括检测发酵液中溶解氧的DO电极，本发明DO电极采用瑞士梅特勒DO电极，具有较高的稳定性和精确性，维护量较小；增氧模块包括气泵、过滤消毒器及发泡--消泡联合装置7中的部分部件，气泵把发酵罐1外部的空气抽入加压后，加压的空气经过过滤消毒器的过滤、消毒后，通过发泡--消泡联合装置7的部分部件进入发酵罐内，对发酵液补充足够氧气，保证发酵液中菌种的正常生长。在自动化的生产过程中，溶解氧测量模块实时测量发酵罐内溶解氧值并传输至系统控制模块6，当发酵罐内的溶解氧数值低于预设范围时，系统控制模块6启动增氧模块，向发酵罐1内通入消毒过滤后的空气，同时压力监测模块实时测量发酵罐1内的压力并传输给系统控制模块6，当发酵罐1内的压力大设定值时，系统控制模块6报警并打开放气阀，防止发酵罐1内气压过大，造成安全风险。

尾气监控模块5收集发酵罐内的尾气并分析尾气中二氧化碳的含量，再把二氧化碳含量值传输给系统控制模块6，在具体的生产过程中，该装置可利用发酵罐1内的发泡--消泡联合装置7吸取发酵罐1内发酵液上方的气体，并输入到尾气监控模块5内，通过尾气监控模块5测算尾气中的二氧化碳的含量，以获得当前发酵罐1内食药用菌菌种的代谢速率，从而可以判断菌种当前状态的生长周期，为生产提供精确的指导。

系统控制模块6采用PLC下位机控制系统，选用工业触控一体机，编程控制系统，液晶触屏，全中文菜单组态。操作人员直接用手点击屏幕，执行操作，输入设定。提供和编程组态人机界面友好。系统控制模块6对发酵罐1内的温度、溶解氧、pH、尾气二氧化碳、气体流量进行采集、记录、温度控制参数设定，数显数据实时显示，报表实时记录，各参数曲线实时绘制。系统控制模块6对发酵罐内各参数设有上限和下限值，出现异常时控制系统会产生蜂鸣报警。系统控制模块6具有多级密码控制系统，不同级别权限不同，可防止操作人员误操导致参数被误改。

在把培养基倒入发酵罐后，通过系统控制模块6获取发酵罐1内形态学参数及pH监控系统确定培养基符合标准。通过系统控制模块6输入设定参数，一键式启动灭菌程序，灭菌后发酵罐1自动降温。现场操作人员可通过系统控制模块6调出温度、压力、pH等历史记录、曲线，确认整个灭菌过程无误。接种后，系统控制模块6根据设定好的参数监控相关参数。温度控制系统调节培养温度，如果有参数异常，下位机控制系统会蜂鸣报警，操作人员处理报警即可。发酵罐1在培养过程中，操作人员可随时通过液晶显示屏观察罐体各系统实时参数，历史/实时报表，历史/实时曲线等判断发酵情况和状态，还可以通过进气量曲线和尾气二氧化碳曲线粗略判断营养物质消耗量等定量参数。培养结束后，操作人员可保存相关数据以备后期可追溯。

如图1-5所示，发酵罐1内设有发泡--消泡联合装置7，发泡--消泡联合装置7具有根据其内部部件不同的结构组成，具有不同的功能，在本实施例中主要用于：（1）发泡功能，使发酵罐1外部通入的空气形成微小的气泡并均匀的分布到上层和下层的发酵液中，提高发酵液中溶解氧的均匀性；（2）消泡功能，在不需要向发酵罐1中注氧时，该装置能向发酵罐1内发酵液上方的泡沫收集区鼓吹高压空气，使泡沫破裂，达到消泡的效果。

发泡--消泡联合装置7数量不少于两个且在发酵罐1内成环型矩阵排列，能提高该装置向发酵液中注氧时的均匀性，也能提高对发酵液上方泡沫消除的效果。

发泡--消泡联合装置7包括外管体701，外管体701浸润在发酵液内，通过其上方的外微孔区705向发酵液喷射空气，增加发酵液内的溶氧量；外管体701内嵌套有内管体702，内管体702通过第一支管与气泵相连接，气泵通过第一支管向内管体702内鼓入脉动消毒净化空气，一方面脉动的空气在通过内管体702上的内微孔区706及外管体701上的外微孔区705时形成的大气泡变成小气泡，然后结合搅拌装置的搅拌作用，使含有氧气的微小气泡均匀性的分布到发酵液中，提高发酵液内溶氧的均匀性；另一方面脉动的空气气流与内微孔区706、外微孔区705、簧片709碰撞，能使较大的空气气泡逐步变小，使微小气泡均匀性的分布到发酵液中，便于发酵液中菌种的对氧气的吸收；再次脉动的空气气流对内微孔区706、外微孔区705、簧片709冲击，能使微孔区706、外微孔区705、簧片709振动，防止长时间后发酵液堵塞微孔区706、外微孔区705，影响两者的通气功能。外管体701和内管体702的上端部封堵密闭，防止在通气时两者的端部漏气。

外管体701和内管体702之间的空腔内设有多个隔断体703，隔断体703把外管体701和内管体702之间的空腔分割为多个相互独立的腔室704，隔断体703具有较强的弹性，能够具有较好的密封性能，同时具有较好的耐磨性，在外管体701和内管体702长时间的相对运动过程中，不易被损坏。外管体701上间隔性设有多个外微孔区705，外管体701上部和下部的外微孔区705沿轴向非对称分布，上部或下部的外管体701上呈有外微孔区705--无外微孔区705--有外微孔区705--无外微孔区705分布；内管体702上间隔性设有多个内微孔区706，内管体702上部和下部的内微孔区706沿轴向非对称分布，上部或下部的内管体702上呈有内微孔区706--无内微孔区706--有内微孔区706--无内微孔区706分布；通过隔断体703及其形成的不同的腔室704，并结合外管体701和内管体702的相对转动，外管体701和内管体702相对应的上部分和下部分分别实现外微孔区705--内微孔区706相连通、外微孔区705--内微孔区706不相连通的组合，外微孔区705--内微孔区706相连通的组合时可对下部的发酵液注氧、注酸碱液体，也可对上部的发酵液注氧、注酸碱液体，外微孔区705--内微孔区706不相连通的组合可对发酵液上方的泡沫进行消泡。

外管体701和内管体702的内壁和外壁上均设置有可自由振动的簧片709，簧片709上设有多个微孔，簧片709及其自身上微孔的设计，在通过气泵通过第一支管向内管体702内鼓入脉动消毒净化空气时，脉动的空气能使簧片709自由的振动，一方面簧片709自由的振动结合自身的微孔结构，能把大空气气泡变成小空气气泡，小空气气泡均匀分布到发酵液中利于菌种对氧气的吸收；其次簧片709自由的振动能带动微孔区706、外微孔区705振动，防止长时间后发酵液堵塞微孔区706、外微孔区705，影响两者的通气功能。

在使用发泡--消泡联合装置7对发酵罐1内发酵液注入氧气时，当发酵液比较粘稠，较小的空气气泡从发酵液下方鼓入后不能顺利上浮到发酵液上方而导致发酵液中气泡整体分布不均时，可把发酵液分成上下两部分，并分别进行补充空气。

对下部的发酵液补充氧气时，转动外管体701和/或内管体702，内管体702下部的内微孔区706通过腔室704与外管体701下部的外微孔区705相连通，内管体702上部的内微孔区706与外管体701上部的外微孔区705不连通，开关体707关闭，此时通过第一支管与气泵向内管体702内鼓入脉动消毒净化空气，空气通过下部的内微孔区706、腔室704、下部的外微孔区705均匀的进入下部发酵液中，实现对下部发酵液单独注入空气，提高下部发酵液中溶氧的均匀性。

对上部的发酵液补充氧气时，再次转动外管体701和/或内管体702，内管体702上部的内微孔区706通过腔室704与外管体701上部的外微孔区705相连通，内管体702下部的内微孔区706与外管体701下部的外微孔区705不连通；开关体707关闭，此时通过第一支管与气泵向内管体702内鼓入脉动消毒净化空气，空气通过上部的内微孔区706、腔室704、上部的外微孔区705均匀的进入上部发酵液中，实现对上部发酵液单独注入空气，提高上部发酵液中溶氧的均匀性。

由于在单独向下部发酵液注入空气气泡时，根据发酵液的不同粘度，下层发酵液有一部分气泡会在浮力作用下上浮到上部发酵液中，通过设置使外管体701下方的外微孔区705上微孔的密度大于上方的外微孔区705上微孔的密度，在分别向下层发酵液、上层发酵液鼓入空气时，向内管体702内鼓入空气时间相同的条件下，进入上层发酵液的空气量小于进入下层发酵液的空气量。由于下层发酵液有一部分气泡会在浮力作用下上浮到上部发酵液中与上层发酵液内的空气气泡混合，使外管体701下方的外微孔区705上微孔的密度大于上方的外微孔区705上微孔的密度，能保证上层、下层发酵液内通入的空气量在最大程度上相等或相近，同时在搅拌装置的搅拌作用下，使上、下层发酵液内溶氧量相等或相近，以使得发酵液产品质量差异最大程度的减小，保证产品质量的稳定性。

外管体701与发酵罐1的本体活动连接，转动外管体701调整其上方外微孔区705在发酵罐1内的位置。外管体701和/或内管体702的转动，可以改变由外微孔区705和内微孔区706的位置，进而调整由外微孔区705喷出的空气气泡或酸碱液的位置和区域，促进空气气泡或酸碱液分布的均匀性。外管体701、内管体702分别通过不同的步进电机进行驱动，能控制外管体701、内管体702转动的角度，实现外管体701上的外微孔区705、内管体702上的内微孔区706不同组合方式，进而实现不同的功能。

在使用发泡--消泡联合装置7对发酵罐1内发酵液上方堆积的泡沫进行消除时，内管体702一端通过开关体707连接有多孔结构的上管体708，上管体708的端部处于封堵状态；开关体707选用电磁阀，可实现自动化控制开关体707的开关。再次转动外管体701和/或内管体702，内管体702上部、下部的内微孔区706均不与外管体701上部、下部的外微孔区705相连通，空气不能通过内管体702和外管体701进入发酵液中。此时开关体707打开，内管体702与上管体708相连通，上管体708位于发酵液上方，通入内管体702的高压空气会进入上管体708内，并通过上管体708上的多孔结构喷射而出，对发酵液上方聚集的气泡进行冲击、打散，使气泡破裂，达到消泡的功效。

发酵罐1内上方设有消泡电极，消泡电极的最下方所在的高度不大于上管体708最上方所在的高度。当发酵液上方的气泡堆积到消泡电极高度时，发泡--消泡联合装置7启动进行消泡工作，同时对消泡电极和上管体708高度的控制，能及时消泡，防止气泡堆积。

实施例2

内管体702通过第二支管与pH调节模块的蠕动泵相连接，在需要调节发酵液的pH时，加酸液的蠕动泵或加碱液的蠕动泵把酸液或碱液泵入第二支管内，可利用发泡--消泡联合装置7分别完成对下方发酵液和上方发酵液添加酸液或碱液。

对下部的发酵液补充酸液或碱液调节下部发酵液的pH时，转动外管体701和/或内管体702，内管体702下部的内微孔区706通过腔室704与外管体701下部的外微孔区705相连通，内管体702上部的内微孔区706与外管体701上部的外微孔区705不连通，开关体707关闭，此时通过第一支管与气泵向内管体702内鼓入脉动消毒净化气体，同时通过蠕动泵和第二支管把酸液或碱液泵入内管体702，具有压力的消毒净化气体和酸液或碱液混合，通过下部的内微孔区706、腔室704、下部的外微孔区705均匀的喷射到下部发酵液中，实现对下部发酵液单独注入酸液或碱液，提高下部发酵液中酸液或碱液的均匀性。

对上部的发酵液补充酸液或碱液调节下部发酵液的pH时，转动外管体701和/或内管体702，内管体702上部的内微孔区706通过腔室704与外管体701上部的外微孔区705相连通，内管体702下部的内微孔区706与外管体701下部的外微孔区705不连通，开关体707关闭，此时通过第一支管与气泵向内管体702内鼓入脉动消毒净化气体，同时通过蠕动泵和第二支管把酸液或碱液泵入内管体702，具有压力的消毒净化气体和酸液或碱液混合，通过上部的内微孔区706、腔室704、上部的外微孔区705均匀的喷射到上部发酵液中，实现对上部发酵液单独注入酸液或碱液，提高下部发酵液中酸液或碱液的均匀性。在使用高压的气体混合酸液或碱液时，为防止气体随着酸液或碱液进入到发酵液中对发酵液产生影响，可选用对发酵液质量无影响的惰性气体。

实施例3

内管体702通过第三支管和气泵与尾气监控模块5相连接，可利用发泡--消泡联合装置7完成发酵液上方尾气的取样工作。

对发酵液上方尾气进行取样时，转动外管体701和/或内管体702，内管体702上部、下部的内微孔区706均不与外管体701上部、下部的外微孔区705相连通，此时开关体707打开，内管体702与上管体708相连通，上管体708位于发酵液上方，气泵往外抽气，先排除外管体701、内管体702内积累的发酵液，再把发酵液上方的尾气抽到尾气监控模块5内，尾气监控模块5对尾气中的二氧化碳的含量进行分析计算，如此利用发泡--消泡联合装置7完成发酵罐1内尾气的采集工作。综上所述，本发明通过转动发泡--消泡联合装置7中的外管体701和内管体702，使外微孔区705和内微孔区706处于不同组合结构，能实现如下功能：（1）分别对下部分的发酵液、上部分的发酵液注入空气，提高空气气泡进入、分布在发酵液内的均匀性，进一步提高发酵液中溶氧分布的均匀性；（2）向发酵液上方的泡沫进行高压充气，消除发酵液上方的泡沫；（3）分别对下部分的发酵液、上部分的发酵液注入酸液或碱液，提高酸液或碱液在发酵液内的均匀性，更加精准、均匀的调节发酵液内的pH；（4）对发酵液上方的尾气进行抽取，配合尾气监控模块对尾气中的二氧化碳分析。 发泡--消泡联合装置7以自身简单的结构组成，具备了较为丰富的功能，大大降低了整个装置的复杂性，降低了设备的制作成本，具有较为显著技术效果和经济效益。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，包括发酵罐（1），其特征在于，所述培养发酵罐（1）连接有智能温控模块（2），pH监控模块（3），溶解氧监控模块（4），尾气监控模块（5）及所述系统控制模块（6）；所述智能温控模块（2）、pH监控模块（3）、溶解氧监控模块（4）、尾气监控模块（5）分别与所述系统控制模块（6）通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述智能温控模块（2）包括温度测量装置，所述温度测量装置实时测量所述发酵罐（1）内的温度并传输至所述系统控制模块（6）内的PID温控算法模块，所述系统控制模块（6）分析所述PID温控算法模块接收的温度数值超出预设温度范围，所述系统控制模块（6）启动所述智能温控模块（2）线性调节所述发酵罐（1）内的温度至预设温度范围内；所述pH监控模块（3）实时监测所述发酵罐（1）内的pH并传输至所述系统控制模块（6）内，当pH超出预设范围，所述系统控制模块（6）启动所述pH调节模块调节所述发酵罐（1）内的pH至预设范围内；所述溶解氧监控模块（4）包括溶解氧测量模块、增氧模块及压力监测模块；所述溶解氧测量模块实时测量所述发酵罐（1）内溶解氧值并传输至所述系统控制模块（6），当所述发酵罐（1）内的溶解氧数值低于预设范围时，所述系统控制模块（6）启动所述增氧模块，向所述发酵罐（1）内通入消毒过滤后的空气，同时所述压力监测模块实时测量所述发酵罐（1）内的压力并传输给所述系统控制模块（6），当所述发酵罐（1）内的压力大设定值时，所述系统控制模块（6）报警并打开放气阀；所述尾气监控模块（5）收集发酵罐内的尾气并分析尾气中二氧化碳的含量，再把二氧化碳含量值传输给所述所述系统控制模块（6）。

3.根据权利要求1所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述发酵罐（1）内设有发泡--消泡联合装置（7），所述发泡--消泡联合装置（7）包括外管体（701），所述外管体（701）内嵌套有内管体（702），所述外管体（701）和所述内管体（702）之间的空腔内设有多个隔断体（703），所述隔断体（703）把所述外管体（701）和所述内管体（702）之间的空腔分割为多个相互独立的腔室（704），所述外管体（701）上间隔性设有多个外微孔区（705），所述内管体（702）上间隔性设有多个内微孔区（706）；所述内管体（702）一端通过开关体（707）连接有多孔结构的上管体（708）；

转动外管体（701）和/或内管体（702），内管体（702）下部的内微孔区（706）通过腔室（704）与外管体（701）下部的外微孔区（705）相连通，内管体（702）上部的内微孔区（706）与外管体（701）上部的外微孔区（705）不连通；再次转动外管体（701）和/或内管体（702），内管体（702）上部的内微孔区（706）通过腔室（704）与外管体（701）上部的外微孔区（705）相连通，内管体（702）下部的内微孔区（706）与外管体（701）下部的外微孔区（705）不连通；再次转动外管体（701）和/或内管体（702），内管体（702）上部、下部的内微孔区（706）均不与外管体（701）上部、下部的外微孔区（705）相连通，开关体（707）打开，内管体（702）与上管体（708）相连通。

4.根据权利要求1所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述内管体（702）通过第一支管与气泵相连接，气泵通过第一支管向所述内管体（702）内鼓入脉动消毒净化空气；所述内管体（702）通过第二支管与所述pH调节模块的蠕动泵相连接。

5.根据权利要求1和4所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述内管体（702）通过第三支管和气泵与所述尾气监控模块（5）相连接。

6.根据权利要求1所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述发酵罐（1）内上方设有消泡电极，所述消泡电极的最下方所在的高度不大于所述上管体（708）最上方所在的高度。

7.根据权利要求1所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述发泡--消泡联合装置（7）数量不少于两个且在所述发酵罐（1）内成环型矩阵排列。

8.根据权利要求1和7所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述外管体（701）和所述内管体（702）的内壁和外壁上均设置有可自由振动的簧片（709），所述簧片（709）上设有多个微孔。

9.根据权利要求1和7所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述外管体（701）与所述发酵罐（1）的本体活动连接，转动所述外管体（701）调整其上方所述外微孔区（705）在所述发酵罐（1）内的位置。

10.根据权利要求1所述的一种食药用菌液体培养发酵系统的自动监测控制系统，其特征在于：所述外管体（701）下方的外微孔区（705）上微孔的密度大于上方的外微孔区（705）上微孔的密度。

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