一種基于多級發酵裝置的移種控制方法與流程

本發明涉及智能控制技術，具體涉及一種基于多級發酵裝置的移種控制方法。

背景技術：

發酵罐其實就是一種生物反應器，生物反應器是指為活細胞或酶提供適宜的反應環境，讓他們進行細胞增殖或生產的裝置系統。生物反應器為細菌的生長和繁殖提供適宜的生長環境，促進菌體生產人們需要的產物。當前的多級發酵裝置是為了獲得更高效率與高質量的收率。

然而，國內外的多級發酵裝置的移種過程基本相同，具體通過手動操作移種管線上的閥門對移種管路滅菌，一般為20-30分鐘。然后手動調節種子罐與發酵罐的罐壓，使種子罐與發酵罐產生壓差后打開移種管線上的移種閥門，使種子罐里的發酵液經無菌移種管線通過壓差移到發酵罐，通過觀察液位手動操作閥門控制來完成移種，移種完成后還需手動操作閥門對移剛完種的管線進行滅菌操作，使移種管線保持潔凈，減少污染，一般也需要20-30分鐘。

上述移種方法的缺陷如下：

1.現有手動操作滅菌移種管線-操作人員在發酵移動滅菌期間一直需要調節手動閥門來控制滅菌蒸汽，管線滅菌時間一般最低都需要20-30分鐘(如果管線直徑比較大，管線長度較長那時間會更長)人員效率低下，滅菌溫度重復性較差，不但控制精度不能保證，而且容易會因人為因素增加實驗失敗風險，使運營成本變高。

2.現有移種管線中，為了保證管道無死角、滅菌徹底會在管道末端安裝蒸汽小排氣閥門，在滅菌過程中會有大量冷凝水和蒸汽排出，這樣就會浪費蒸汽能源，增加耗能。

3.現有管線移種技術在移種時需要手動調節種子罐與發酵罐的壓力，產生壓差，如果操作不當會導致發酵液的倒流，發生污染，發酵生產失敗。

為此，如何實現多級發酵裝置的移種智能控制方法稱為當前需要解決的問題。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于多級發酵裝置的移種控制方法，該方法可以自動完成多級發酵裝置的每一次移種過程，且重復性強，減少成本，同時提高生產效率。

第一方面，本發明提供一種基于多級發酵裝置的移種控制方法，包括：

移種控制系統接收移種啟動指令之后，根據移種啟動指令中種子罐的標識、發酵罐的標識，查找種子罐和發酵罐的移種管線；

根據查找的移種管線，啟動對該移種管線的滅菌操作；

在滅菌完成后，查看種子罐和發酵罐內的壓差是否在預設范圍內；

若是，則向移種管線的控制器發送開啟指令，在該控制器根據開啟指令使移種管線形成通路，所述種子罐內的發酵液經移種管線移到發酵罐中。

可選地，所述方法還包括：

根據獲取的所述種子罐/發酵罐中的液位信息，確定移種過程是否完成；

若確定移種完成，則向移種管線的控制器發送關閉指令，該控制器根據關閉指令關閉移種管線的通路。

可選地，所述方法還包括：

啟動對所述移種管線的滅菌操作。

可選地，所述方法還包括：

移種控制系統接收操作人員觸發的移種啟動指令；

或者，

實時監控每一種子罐中的發酵信息，判斷當前的發酵信息是否滿足預設移種條件，若滿足，則發出移種啟動指令。

可選地，查看種子罐和發酵罐內的壓差是否在預設范圍內的步驟之后，所述方法還包括：

若種子罐和發酵罐內的壓差不在預設范圍，則向多級發酵裝置的壓力系統發送壓力處理請求；所述壓力處理請求包括：待處理的種子罐的標識；

在所述壓力系統根據所述壓力處理請求對待處理的種子罐增加壓力之后，獲取當前時刻的種子罐和發酵罐內的壓差；判斷該壓差是否在預設范圍內，

若是，則執行向移種管線的控制器發送開啟指令的步驟，否則，重復向多級發酵裝置的壓力系統發送壓力處理請求的步驟。

可選地，所述方法還包括：

若控制器根據開啟指令無法使移種管線形成通路，則發出報警信息；

或者，

若獲取到的液位信息在預設時間段內發生異常，則發出報警信息。

可選地，啟動對移種管線的滅菌操作，包括：

向滅菌控制系統發送啟動滅菌指令；該滅菌控制系統根據啟動滅菌指令啟動對移種管線的滅菌操作。

可選地，所述發酵信息包括下述的一種或多種：

種子罐的液位信息、種子罐的發酵時間、種子罐的生長曲線。

可選地，移種管線的控制器為移種管線上設置的智能控制閥門。

可選地，所述每一移種管線的末端安裝有蒸汽疏水閥，在滅菌操作中處于打開狀態，在移種過程中處于關閉狀態。

本發明具有的有益效果如下：

本發明提出一種基于多級發酵裝置的移種控制方法，在接收到移種啟動指令之后，智能控制對確定移種管線的滅菌操作，進而在種子罐和發酵罐的壓差是在預設范圍內，通過移種管線的控制器根據開啟指令使移種管線形成通路，進而實現種子罐到發酵罐的智能移種過程，上述過程全自動完成，無需人工干預，可重復性強，降低生產成本，提高了生產效率，同時可避免因為人員的誤操作導致發酵失敗的生產事故。

附圖說明

圖1為本發明一實施例提供的基于多級發酵裝置的移種控制方法的流程示意圖；

圖2為本發明另一實施例提供的基于多級發酵裝置的移種控制方法的流程示意圖；

圖3為本發明中智能移種控制系統的示意圖。

具體實施方式

為了更好的解釋本發明，以便于理解，下面結合附圖，通過具體實施方式，對本發明作詳細描述。

本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

為更好的理解本發明實施例中的多級發酵裝置的移種控制方法，以下對移種的相關信息進行說明。

菌種的擴大培養是生物發酵生產的第一道工序，該工序又稱之為種子制備。種子制備不僅要使菌體數量增加，更重要的是經過種子制備培養出具有高質量的生產種子供發酵生產使用。種子擴大培養的任務：得到純而壯的，即獲得活力旺盛的、接種數量足夠的培養物。對于不同產品的生物發酵過程來說，必須根據菌種生長繁殖速度快慢決定種子擴大培養的級數。如在抗生素生產中，放線菌的細胞生長繁殖較慢，常采用三級種子擴大培養。當種子罐里的細菌生長到一定個數(od)時，就需要通過無菌移種管線(移種系統)把種子罐里菌種移到發酵罐里繼續生長，提高生產效果與優質的培養物產物(蛋白)。

本發明實施例中，可將多級發酵過程的移種過程通過硬件(智能控制閥門組合)與控制軟件相結合完成全智能移種。

如圖1所示，圖1示出了多級發酵裝置的移種控制方法的流程示意圖，本實施例的移種控制方法可包括下述步驟。本實施例的方法的執行主體為移種控制系統，該移種控制系統通信連接滅菌控制系統、移種管線的控制器、種子罐和發酵罐的監控系統等，以便通過發送各種指令實現種子罐和發酵罐之間的移種操作。

本實施例的通信連接可為通過有線或無線的方式實現通信的。

101、移種控制系統接收移種啟動指令之后，根據移種啟動指令中種子罐的標識、發酵罐的標識，查找種子罐和發酵罐的移種管線。

舉例來說，移種啟動指令可為操作人員通過移種控制系統的顯示界面(即觸摸屏的操作界面)觸發的；或者，在可能的實現方式中，移種啟動指令還可為：實時監控每一種子罐中的發酵信息，判斷當前的發酵信息是否滿足預設移種條件，若滿足，則發出移種啟動指令。

另外，需要說明的是，由于本實施例的移種控制方法可適用于多級發酵裝置，故實現智能移種時，需要確認種子罐的標識和發酵罐的標識。本實施例中種子罐的標識可為種子罐的名稱、型號或排列的序列號等；

發酵罐的標識也可為發酵罐的名稱、型號或排列的序列號等。

特別說明的是，由于是多級發酵裝置，本實施例的移種管線可為多個種子罐或發酵罐使用的移種管線，為此，在移種之前需要確認使用的移種管線，以便進行合理的滅菌操作。

若上述移種控制方法適用的多級發酵裝置中待移種操作的種子罐和發酵罐之間的移種管線是唯一確定的，不需要在移種之前再進行確定，則可不執行上述的步驟101。上述的步驟101可根據實際需要確定是否設置。

102、根據查找的移種管線，啟動對該移種管線的滅菌操作。

舉例來說，該步驟可具體為向滅菌控制系統發送啟動滅菌指令；該滅菌控制系統根據啟動滅菌指令啟動對移種管線的滅菌操作。

本實施例中，針對每一個移種管線的滅菌時間可預設，故滅菌控制系統在接收到啟動滅菌指令后，可對移種管線進行預設滅菌時間(如20-30min)的滅菌操作。

特別地，本實施例中的多級發酵裝置中每一個移種管線的末端均安裝有蒸汽疏水閥，在滅菌操作中處于打開狀態，該蒸汽疏水閥可在滅菌過程中實現冷凝水和冷空氣排出，滅菌蒸汽不會被排出，進而可充分保證滅菌蒸汽的飽和性，減少滅菌蒸汽能源與排放物，降低耗能，環保。

103、在滅菌完成后，查看種子罐和發酵罐內的壓差是否在預設范圍內。

在具體實現過程中，可獲取實時監控的種子罐的壓力信息，發酵罐的壓力信息，進而獲取種子罐和發酵罐的壓差。

104、若步驟103中的壓差在預設范圍內，則向移種管線的控制器發送開啟指令，在該控制器根據開啟指令使移種管線形成通路，所述種子罐內的發酵液經移種管線移到發酵罐中。

舉例來說，移種管線的控制器可為移種管線上的智能控制閥門/自動控制閥門。或者，在其他實施例中，該控制器可為用于控制移種管線開通和關閉的智能控制器。

特別說明的是，移種過程中，當前移種管線的末端安裝的蒸汽疏水閥處于關閉狀態。

在實際應用中，上述方法還可包括下述的步驟105和步驟106。

105、根據實時獲取的所述種子罐中的液位信息，確定移種過程是否完成；若確定移種完成，則向移種管線的控制器發送關閉指令，該控制器根據關閉指令關閉移種管線的通路。

106、再次啟動對完成移種過程的移種管線的滅菌操作。

本實施例中在移種完成后還需對剛完成移種的移種管線進行滅菌操作，使移種管線保持潔凈，減少污染。

本實施例的方法，在接收到移種啟動指令之后，智能控制對確定移種管線的滅菌操作，進而在種子罐和發酵罐的壓差是在預設范圍內，通過移種管線的控制器根據開啟指令使移種管線形成通路，進而實現種子罐到發酵罐的智能移種過程，上述過程全自動完成，無需人工干預，可重復性強，降低生產成本，提高了生產效率，同時可避免因為人員的誤操作導致發酵失敗的生產事故。

圖2為本發明另一實施例提供的基于多級發酵裝置的移種控制方法的流程示意圖，如圖2和圖3所示，本實施例的方法包括：

201、種子罐的監控系統實時監控每一種子罐中的發酵信息，將監控的發酵信息發送移種控制系統。

本實施例的發酵信息可包括下述的一種或多種：

種子罐的液位信息、種子罐的發酵時間、種子罐的生長曲線、種子罐內的細菌數量等，本實施例僅為舉例說明，其他能夠判斷移種開始的發酵信息均可使用。

202、移種控制系統判斷當前種子罐的發酵信息是否滿足預設移種條件，若滿足，則可向移種控制系統內的移種控制裝置發出移種啟動指令。

當然，在具體應用中，若不滿足預設移種條件可重復上述的步驟201，繼續監控每一種子罐中的發酵信息，直至滿足預設移種條件。

203、移種控制裝置接收移種啟動指令，移種啟動指令包括：種子罐的標識、發酵罐的標識。

204、移種控制裝置根據接收的移種啟動指令，啟動對移種管線的滅菌操作。

本實施例中，種子罐和發酵罐之間的移種管線是唯一的，故，無需確定移種管線的步驟。

205、在滅菌完成后，移種控制裝置查看種子罐和發酵罐內的壓差是否在預設范圍內。

也就是說，在移種過程中，移種控制系統可實時獲取種子罐、發酵罐內部的壓力信息，進而移種控制系統內的移種控制裝置可根據壓力信息獲取壓差。

當然，在非移種的過程中，移種控制系統也可實時監控種子罐、發酵罐內部的壓力信息，實現對菌種培養的全面在線監控。

206、若步驟205中的壓差在預設范圍內，則移種控制裝置向移種管線的控制器發送開啟指令，在該控制器根據開啟指令使移種管線形成通路，所述種子罐內的發酵液經移種管線移到發酵罐中。

206a(圖中未示出)、若步驟205中的壓差不在預設范圍，則移種控制裝置向多級發酵裝置的壓力系統發送壓力處理請求；所述壓力處理請求包括：待處理的種子罐的標識；

在所述壓力系統根據所述壓力處理請求對待處理的種子罐增加壓力之后，獲取當前時刻的種子罐和發酵罐內的壓差；判斷該壓差是否在預設范圍內，

若是，則執行步驟206，否則，移種控制裝置重復向多級發酵裝置的壓力系統發送壓力處理請求的步驟。

207、移種控制裝置根據實時獲取的所述種子罐中的液位信息，確定移種過程是否完成；若確定移種完成，則移種控制裝置向移種管線的控制器發送關閉指令，該控制器根據關閉指令關閉移種管線的通路。

208、移種控制裝置控制滅菌控制系統再次啟動對上述使用過的移種管線的滅菌操作。

209(圖中未示出)、若移種管線的控制器根據開啟指令無法使移種管線形成通路，則發出報警信息。

在實際應用中，上述獲取到的液位信息在預設時間段內發生異常，則也發出報警信息。

當然，若移種完成，則可在移種控制系統的操作界面彈出移種完成的提示信息。

另外，移種控制系統還可根據預設時間段內完成移種過程生成移種完成報告，該移種完成報告包括每一次移種的種子罐的標識、發酵罐的標識、移種花費時間，移種的其他信息等。

上述的移種控制系統可包括移種控制裝置和存儲器、觸摸屏等，以使用戶通過觸摸屏等在移種控制系統的操作界面輸入相關的操作參數，移種控制系統將輸入的操作參數在存儲器中存儲，以便移種控制裝置在執行移種過程中可實時調用。移種控制系統還可展示移種的部分或其他界面，以便與用戶進行交互。

在其他實施例中，各步驟的執行主體的移種控制裝置還可為移種控制系統直接實現的，可無需設置移種控制裝置。

上述方法可具體表示如下：

移種前的管線自動滅菌→種子罐移種壓力的自動調節→發酵罐移種壓力的自動調節→自動移種閥組打開移種→移種后管線的自動滅菌→移種自動完成。

上述方法實現了無需人工干預，即實現無人值守，重復性強，降低生產成本、避免了因人員的誤操作發生的發酵失敗生產事故，提高生產效率。

圖3中所示的智能移種控制系統可包括：上述的移種控制系統，滅菌控制系統、移種管線的智能控制閥門、種子罐的壓力監測設備、發酵罐的壓力監測設備、多級發酵裝置等。

應說明的是，移種控制系統可通信連接滅菌控制系統、移種管線的智能控制閥門、種子罐的壓力監測設備、發酵罐的壓力監測設備等，實現對多級發酵裝置的全面監控和自動化移種。

本實施例的智能移種控制系統可執行上述的圖1和圖2所示的方法。

特別地，本實施例的多級發酵裝置的每一種子罐和發酵罐可對應特定的移種管線或者通用的移種管線等。

最后應說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。