具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1至图3描述根据本申请一些实施例所述的封闭式微生物培养系统。

本申请提供了一种封闭式微生物培养系统，如图1和图2所示，包括均为密闭容器的反应器1和补料器2、压滤采收装置3以及设置在三者之间用于对三者进行液路连通的液路循环模块4。

补料器2内能够被加入微生物和营养液；优选地，补料器2的顶部设置有补料口，补料器2能够通过补料口与微生物和营养液的供料设备相连通，以通过补料口将微生物和营养液加入补料器2内；同时，在一个培养周期结束后，可通过补料口向补料器2内加入营养物，以对补料器2内的营养液的组分进行调配。

如图2所示，液路循环模块4包括设置在反应器1与补料器2之间的供液管路41、采收管路42和一级溢流管47；其中供液管路41的两端分别与补料器2的出料口和反应器1的进料口相连通，补料器2内微生物和营养液形成的混合液能够通过供液管路41输送至反应器1内，以在反应器1内对微生物进行培养，通过反应器1对微生物的培养提供适宜的培养环境。优选地，供液管路41上设置有液体输送泵45，以通过液体输送泵45将补料器2内的混合液泵送至反应器1内。

在该实施例中，如图2所示，反应器1的筒体的预定高度处设置有第一溢流口，一级溢流管47的一端与第一溢流口相连通，一级溢流管47的另一端插接于补料器2的内部；当反应器1内的混合液的液面高度到达第一溢流口所在高度时，反应器1内的混合液能够经由第一溢流口和一级溢流管47溢流至补料器2内，从而保证不超过反应器1的预定承载量。

补料器2的上端设置有采收口，采收管路42的两端分别与补料器2的采收口和反应器1的出料口相连通；当微生物在反应器1内完成一个培养周期后，反应器1内的混合液能够经由采收管路42输送至补料器2内；优选地，采收管路42上设置有另外的一台液体输送泵45，以将反应器1内的混合液泵送至补料器2内，通过补料器2对完成一个培养周期后形成的混合液即产物混合液进行收集，并使产物混合液在补料器2内进行静置沉淀；经沉淀后，产物混合液中的微生物会沉淀在补料器2的下方，并在微生物的上方形成上清液；从而通过补料器对微生物沉淀实现对微生物的一级浓缩采收。

优选地，如图2所示，补料器2下端的封头为锥形封头，以便于混合液能够在补料器2内进行沉淀。

因此，通过在反应器1和补料器2之间设置一级溢流管47、分别安装有液体输送泵45的供液管路41和采收管路42，使反应器1和补料器2之间形成液相循环回路。

液路循环模块4还包括设置在补料器2与压滤采收装置3之间的排放管路43、回收管路44和二级溢流管48；排放管路43的两端分别与补料器2的出料口和压滤采收装置3的进料口相连通，产物混合液在补料器2内经一段时间的沉淀后得到的下层的微生物沉淀物能够通过排放管路43排放至压滤采收装置3中进行压滤，以对微生物和营养液进行进一步的分离，实现对微生物进行二级浓缩采收。

优选地，如图2所示，压滤采收装置3设置于补料器2的下方，以使补料器2内的混合液能够在位差的作用下通过排放管路43流入压滤采收装置3；排放管路43上设置第一电动阀46，通过第一电动阀46能够开启或关闭排放管路43。

压滤采收装置3的出液口通过回收管路44与补料器2上端的补料口相连通，优选地，压滤采收装置3的下方设置有密闭的储液器31，压滤采收装置3的出液口与储液器31的进液口相连通，经压滤采收装置3压滤后得到的营养液能够排放至储液器31内进行存放，压滤后得到的浓缩的微生物则可通过后续的操作进行目的产物提取。

储液器31的出液口与回收管路44相连通，使得储液器31内的营养液能够通过回收管路44输送回补料器2内；优选地，回收管路44上也设置有一台液体输送泵45，以将储液器31内的营养液泵送回补料器2内，从而通过补料器2对营养液进行回收，以再次利用营养液对微生物进行培养，实现营养液的循环利用。

需要说明的是，当重复利用存放在补料器2内的营养液对微生物进行培养时，可通过补料口向补料器2内加入营养物，以对补料器内的营养液的组分进行调配，使得补料器内的营养液的组分满足微生物的培养需求。

优选地，如图2所示，二级溢流管48设置在补料器2与储液器31之间，补料器2的筒体的预定高度处设置有第二溢流口，二级溢流管48的一端与第二溢流口相连通，二级溢流管48的另一端插入储液器31内；当补料器2内的混合液的液面高度到达第二溢流口所在的高度时，补料器2内的混合液能够经由第二溢流口和二级溢流管48溢流至储液器31内进行暂存，以保证补料器2内的混合液不超过补料器2的预定承载量。

因此，通过设置一级溢流管47和二级溢流管48能够分别保证反应器1和补料器2不超载，且能够将多余的混合液排至储液器31内进行暂存，在保证整个培养系统的密封性的同时，也避免了营养液的浪费，可在后续的微生物培养过程中对储液器31内的营养液进行循环利用。

综上，通过设置具有存料、补料和沉淀采收功能于一体的补料器2，并使补料器2与反应器1之间形成液路循环，补料器2与压滤采收装置3和储液器31之间也形成液路循环，能够对微生物进行全封闭培养，保证培养过程中没有杂菌干扰，产物品质可控；同时能够对营养液进行循环利用，降低微生物培养成本，同时也减轻了后续废水处理的负担。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图3所示，封闭式微生物培养系统还包括气路循环模块5。

气路循环模块5包括进气端与供气设备相连通的进气总管51，以及分别与进气总管51的出气端相连通的第一进气管路52和第二进气管路53。反应器1和补料器2的底部分别设置有曝气混匀装置6，优选地，曝气混匀装置6为环形管道，环形管道上开设有多个具有预定孔径的出气孔。第一进气管路52与反应器1内的曝气混匀装置6，从而能够通过曝气混匀装置6向反应器1内通入空气并在反应器1内形成鼓泡，以能够对反应器1内的混合液进行曝气混匀或用于对反应器1内的微生物进行气体吹脱。优选地，补料器2内的曝气混匀装置6与第二进气管路53相连通，空气能够经由补料器2内的曝气混匀装置6进入补料器2，以用于对补料器2内的混合液进行曝气混匀或对补料器2内的微生物进行气体吹脱。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图3所示，第一进气管路52和第二进气管路53上还分别设置有过滤器56、气体流量计57和第三电动阀58；空气先后经由过滤器56、气体流量计57和第三电动阀58后进入到对应的曝气混匀装置6，并通过过滤器56能够对进入曝气混匀装置6的空气进行过滤以滤除杂菌和颗粒，通过气体流量计57控制进气流量；通过第三电动阀58开启或关断曝气混匀装置6与对应的第一进气管路52或第二进气管路53的连通。

优选地，如图3所示，进气总管51上设置有第二电动阀55，通过第二电动阀55能够开启或切断进气总管51与供气设备的连通。

在该实施例中，优选地，如图3所示，在本申请的封闭式微生物培养系统用于氘代生物分子开发时，进气总管51上还可以设置干燥器54，以对进入进气总管51内的空气进行干燥，脱除空气中含有的水分，避免空气中的水蒸气进入反应器1内与反应器1中的重水发生氢氘交换，影响产物品质。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图3所示，气路循环模块5还包括第一排气管路59、第二排气管路510和第三排气管路511。反应器1和补料器2的顶端分别设置有尾气排放口，反应器1的尾气排放口处连通有第一排气管路59，补料器2的尾气排放口处连通有第二排气管路510，且第一排气管路59和第二排气管路510分别接入第三排气管路511，并通过第三排气管路511与进气总管51的出气端相连通。

优选地，如图3所示，第三排气管路511上设置有气液分离器512和气体缓冲罐513；补料器2和反应器1在微生物培养过程中产生的培养尾气能够进入到气液分离器512中，进行气液分离；气液分离器512的出液口处设置液体回收装置514，气液分离器512内分离下来的混合液能够排放至液体回收装置514内进行暂存收集，气液分离器512的出气口则与气体缓冲罐513相连通，经气液分离后的培养尾气能够进入到气体缓冲罐513内进行存放；当需要对补料器2或反应器1进行曝气混匀或者气体吹脱时，无需开启进气总管51，气体缓冲罐513内的气体能够进入到第一进气管路52和第二进气管路53中，以对培养尾气进行循环利用。

优选地，如图3所示，气体缓冲罐513上还设置有排气总管515，排气总管515能够与大气相连通，且排气总管515上设置有第四电动阀516，其开启过关断排气总管515。当气路循环模块5中的气体需要更新时，可同时打开进气总管51上的第二电动阀55打开和排气总管515上的第四电动阀516，以对封闭式微生物培养系统内的空气进行更新。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，反应器1上设置有控温装置，控温装置包括循环水泵11、加热器12、制冷器13和循环水箱14；反应器1的筒体的外侧套设安装有夹套筒体，夹套筒体的出水口通过第一循环管与循环水箱14的进水口相连通，夹套筒体的进水口通过第二循环管与循环水箱14的出水口相连通；加热器12、制冷器13和循环水泵11串接于第二循环管上；从而在夹套筒体与控温装置相连通并形成循环回路，通过控温装置能够向夹套筒体内输送预定温度的循环水，进而控制反应器1内部的温度，为微生物的培养提供适宜的温度。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，封闭式微生物培养系统还包括高温蒸汽灭菌装置15，高温蒸汽灭菌装置15能够输出高温蒸汽；反应器1上设置有蒸汽入口，蒸汽入口与高温蒸汽灭菌装置15相连通，补料器2上设置有蒸汽排放口，且蒸汽排放口上安装有蒸汽排出阀21；在通过封闭式微生物培养系统对微生物进行培养时，需要对整个系统进行灭菌处理，通过高温蒸汽灭菌装置15能够向反应器1内输送高温蒸汽，然后高温蒸汽经由补料器2上端的蒸汽排放口排出，从而使高温蒸汽流经整个系统，对整个系统进行高温蒸汽灭菌。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，封闭式微生物培养系统还包括样品异位检测装置7；样品异位检测装置7包括样品检测腔、第一循环泵和第二循环泵，样品检测腔的进液口通过第一循环泵与反应器1相连通，样品检测腔的出液口通过第二循环泵与反应器1相连通，通过第一循环泵能够将反应器1内的混合液抽出至样品检测腔内，样品检测腔内的混合液能够经由第二循环泵泵送回反应器1；因此在需要对反应器1内的混合液进行检测时，可通过样品检测腔对反应器1内的混合液进行采样，以用于采集样品的光谱数据等。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，封闭式微生物培养系统还包括酸碱调节装置；酸碱调节装置包括酸液储罐、酸液进料泵、碱液储罐和碱液进料泵；酸液储罐能够通过酸液进料泵向反应器1内输送酸液，碱液储罐能够通过碱液进料泵向反应器1内输送碱液，从而对反应器1内混合液的pH值(氢离子浓度指数)进行调节。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，反应器1的中部还设置有搅拌装置16，以用于对反应器1内的混合液进行搅拌。反应器1内还设置有全光谱照明装置17，全光谱照明装置17包括多个照明灯槽，多个照明灯槽环绕设置于搅拌装置16的周向，每个照明灯槽内均可配置全光谱照明灯，以对反应器1内的微生物培养提供光照。

优选地，如图1所示，反应器1上还设置有视窗18，以便于操作人员观测反应器1内的情况。

优选地，如图1所示，反应器1上还设置有刮壁器19，刮壁器19吸附在反应器1的筒体的内侧壁和夹套筒体的外侧壁上，以对反应器1的筒体的内壁进行刮擦。

在本申请的一个实施例中，优选地，封闭式微生物培养系统还包括培养参数在线监控模块；培养参数在线监控模块包括多种设置于反应器1上的传感器，以用于对反应器1内的pH值、温度、DO值(溶解氧含量)、光照强度、浊度和叶绿素荧光进行监测。

培养参数在线监控模块还包括设置于补料器2上液位传感器，以用于对补料器2内的液位进行检测。

优选地，封闭式微生物培养系统还包括控制系统9，培养参数在线监控模块与控制系统9通讯连接，以能够将监测到的数据反馈至控制系统9，并经控制系统9对接收到的各项数据进行分析。

控温装置、全光谱照明装置17、酸碱调节装置、液路循环模块4、气路循环模块5和反应器1的搅拌装置16也分别与控制系统9通讯连接。通过控制系统9对各项数据的分析，控制系统9能够控制对应的装置或模块的运行，以使各传感器测得的数据符合设定值。以酸碱度调节装置8为例，当酸碱度检测传感器检测到反应器1内混合液的pH值不在设定范围值内时，控制系统9能够控制对应的碱液进料泵或酸液进料泵相反应器1内输送碱液或酸液，以将反应器1内的pH值调节到设定范围值内。

因此，本申请的封闭式微生物培养系统，通过设置可调节封闭程度的气路循环模块5和液路循环模块4，在最大程度上避免了杂菌的干扰，并可满足不同微生物的培养过程中封闭性要求，尤其适用于某些极端厌氧微生物、深海微生物等以极端环境微生物作为细胞工厂的生产过程，以及基于环境保护、成本节约、品控稳定等要求而需严格控制原材料或生产产物进入外界环境的生产过程。此外，通过参数在线监控模块和智能化的控制系统9的设计，保证了培养参数和生长状态数据的及时传输、分析和反馈以及过程控制，有利于微生物培养工艺的参数优化，为提高产能提供了可能，同时也减少了人工运行成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。