[发明专利]一种在线取样补料系统及其方法

说明书

本发明涉及一种在线取样补料系统，其包括取样补料模块、送样模块，其中，取样补料模块包括取样模块、补料模块，控制模块与取样补料模块、送样模块连接实现基于MCU设计的自动控制。

技术领域

本发明属于一种生物反应过程在线取样补料系统领域，具体涉及微生物发酵用的一种在线取样补料系统及其方法。

背景技术

生物在线反应过程是一个时变、非线性的、复杂的动态变化过程。尽管现在生物技术在基因工程和代谢工程领域取得了巨大的进步，通过诱发变异、基因重组和培养能够得到高产菌株，然而通过优化控制使发酵过程产品生产最优仍是发酵工程领域中存在的主要问题之一，因此，对生物在线反应过程优化控制技术及智能化监控系统的研究日益受到重视。

当前在线检测设备有很多，主要是针对温度、pH、溶氧等物理化学参数，这些检测设备可以直接放入生物在线反应器如发酵罐中，直接测得相关参数。但是，反应过程中许多参数如还原糖、有机酸、合成中间体等是不能直接检测的，主要原因是检测设备不适于随反应器高温高压消毒，或者待测物质的浓度不在检测范围。因此，在线取样对生物在线反应的在线智能监控至关重要。

专利文献CN105890923A公开了一种无菌微量在线取样装置及取样方法，该装置在线无菌取样，死体积少，取样量微小，对发酵系统的影响极小，探头防堵反吹系统保障连续取样，管路清洗灭菌系统防染菌和液体残存。但是无法实现循环取样，造成取样浪费大，多次连续取样或长时间发酵或多或少会对发酵体系造成影响，影响发酵效率。

专利文献CN111289294A公开了一种生物反应过程在线循环取样装置及取样方法，该装置自动取样，死体积小，有效减少人工操作，但重复使用时对管道和切换阀高温灭菌难度大，尤其是对切换阀的灭菌，同时也存在多次连续取样或长时间发酵或多或少会对发酵体系造成影响，影响发酵效率。

发明内容

本发明人为了克服上述问题，进行了深入研究。具体而言，本发明提供了一种在线取样补料系统及其方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种在线取样补料系统，包括取样补料模块、送样模块，其中，

所述取样补料模块，其用于生物反应过程的在线取样和补料，包括取样模块、补料模块；所述取样模块，至少包括一个动力源I及与其相连的管道，所述管道一端接生物反应器，另一端分两条支路管道分别与生物反应器和送样模块送样主管道连接，动力源I为取样模块提供动力；所述补料模块，至少包括一个动力源II及与其相连的管道，所述管道一端接生物反应器，另一端接补料瓶，动力源II为补料模块提供动力；

所述送样模块，其用于送样及对管道的清洗消毒，至少包括一个动力源III及与其相连的管道；所述管道包括一条送样主管道和多条支路管道，其送样主管道上游接送样模块多条支路管道，中间接取样模块，下游接取样容器、废液容器、分析装置中的一种或多种，其支路管道另一端分别接无菌气体或清洗消毒用的液体容器，所述送样模块管道动力由动力源III提供；

所述取样模块与送样模块的各支路管道上均设有管路控制阀，其用于控制对应管道的工作状态；

所述控制模块，其用于对取样补料模块、送样模块的控制，使取样速度≥60mL/min，取样体积在2-10 mL内，取样误差控制在1%以内。

优选地，所述动力源I、动力源II为蠕动泵；所述所述动力源III为注射泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵。

优选地，所述取样补料模块管路控制阀为非接触式控制阀；进一步为夹断阀。

优选地，所述取样模块的管道为T型管道结构，通过管路控制阀开关状态，使管道形成“生物反应器-动力源I-生物反应器”的循环回流的闭环管路系统和“生物反应器-动力源I-送样模块”的取样开环管路系统。

优选地，所述T型管道到所述送样模块主管路管道的管道长度为10-25cm。