透明质酸钠发酵系统及利用其实现的透明质酸钠生产方法

技术领域

本发明涉及透明质酸钠处理技术领域，特别涉及一种能够实现透明质酸钠快速发酵生产并提高其发酵效果、产品质量的新工艺及系统，尤其是透明质酸钠发酵系统及利用其实现的透明质酸钠生产方法。

背景技术

透明质酸钠的生产工艺主要分为两大类，以动物组织为原料的提取法和细菌发酵法。采用提取法生产透明质酸钠时，透明质酸钠在原料中与蛋白质和其它粘多糖形成复合体，分离纯化复杂，其提取量主要取决于动物组织原料，基本无法控制。

利用发酵法生产透明质酸钠时，其存在状态主要是在发酵液中游离存在，易于分离纯化，可通过发酵法培养的参数条件进行控制，品质可控、产量无限制。因此，目前较为常用的方式是采用发酵法进行透明质酸钠的生产制备。

另外，目前在现有技术中也存在多种利用发酵法实现透明质酸钠生产的相关设备，例如在专利申请号为CN202022636903.2的专利文献中就公开了一种透明质酸钠发酵罐，其主要结构包括罐体，所述罐体的底端固定设有支撑柱，所述罐体底端的中部固定设有出料管，所述出料管的中部固定设有出料阀，所述罐体顶端的一侧通过进料管固定连接有进料筒，所述进料管的中部固定设有进料阀，所述罐体顶端的另一侧固定设有L型支板，所述L型支板的顶端固定设有正反转电机，所述正反转电机的传动轴固定连接有连接丝杆，所述连接丝杆通过丝杆螺母螺纹连接有移动板，所述移动板的一端固定连接有搅拌电机，所述搅拌电机的传动轴固定设有搅拌轴，所述罐体的顶端中部开设有通孔，所述搅拌轴与所述通孔穿插连接，所述搅拌轴两侧的底端均固定设有搅拌杆，所述罐体一侧的底端固定设有加热组件，所述罐体另一侧的顶端固定设有防爆管。

上述的现有技术专利中的发酵罐主要是采用罐体内部的加热组件实现对罐体内部的物料进行加热，其可以在一定程度上实现透明质酸钠生产过程中发酵效率并且通过设置的温度控制器能够准确把握电加热丝的加热温度，实现温度的精确控制，但是这种促进发酵生产的方式对透明质酸钠的精度处理上并没有起到作用，无法有效地提高发酵效果以及产品的纯度，单纯提高产品的发酵效率对整个生产工艺的质量提升作用不大。

为此，本发明在此提出了一种能够实现透明质酸钠快速发酵生产并提高其发酵效果、产品质量的新工艺及系统，用以更好地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一，所采用的技术方案是：透明质酸钠发酵系统，包括一发酵罐组，在所述发酵罐组的进料端连接有精度投料器，所述精度投料器用于向所述发酵罐组内部定量投料，所述发酵罐组的出料端连接有带泵的输出管路，在所述输出管路上安装有渗透膜机组，所述渗透膜机组用于实现对发酵处理后生成的透明质酸钠溶液实现精细提纯，所述发酵罐组内部用于完成透明质酸钠的发酵生产；在所述发酵罐组的两出料端处还安装有初滤单元。

在上述任一方案中优选的是，所述初滤单元包括一安装在所述发酵罐组对应的出料端的初滤筒，在所述初滤筒的上部进口端安装有初滤单向阀，在所述初滤筒的内腔内安装有一推压活塞，所述推压活塞的顶部向上活动且密封穿过所述初滤筒的可拆顶盖并与一固定设置的初滤推压缸的活塞杆相连接，在所述初滤筒的中段内腔内可拆卸的固定安装有一初滤网，在所述初滤网下方的所述初滤筒上安装有与外部的输出管路相连接的带有阀门的初滤排液管。

在上述任一方案中优选的是，所述精度投料器包括一螺旋输料器，在所述螺旋输料器的底部出口处连接有一进料总管，所述进料总管的底部通过三通连接有两个进料支管，两所述进料支管的末端分别连接所述发酵罐组的两个进料端，在各所述进料支管上均安装有进料单向阀。

在上述任一方案中优选的是，所述发酵罐组包括两个间隔设置的发酵罐体，在各所述发酵罐体的内部均通过发酵法制备透明质酸钠溶液，各所述发酵罐体的顶部分别连接有对应位置处的进料支管，各所述进料支管分别向对应位置处的发酵罐体内部输送菌种及反应液。

在上述任一方案中优选的是，在所述发酵罐体上分别安装有温度计、压力计。

在上述任一方案中优选的是，两所述发酵罐体之间通过一互连互通部件实现互连，所述互连互通部件包括分别密封安装在两所述发酵罐体的反应腔内的联动活塞，所述联动活塞与对应的反应腔之间为活动密封配合，在各所述联动活塞上方的反应腔内分别盛装有反应液及菌种，各所述联动活塞下方的反应腔被分隔成缓冲变量腔，两个所述分隔成缓冲变量腔之间通过互通管路连通，在各所述联动活塞的中心底部分别固定连接有一立式光轴，所述立式光轴的下端活动且密封穿出所述发酵罐体的底部，在各所述缓冲变量腔内的所述立式光轴的外侧壁上分别套接有一支撑弹簧，所述支撑弹簧的顶部支撑在对应位置处的所述联动活塞的底部、所述支撑弹簧的底部支撑在所述发酵罐体的底部。

在上述任一方案中优选的是，在各立式光轴的下方分别设置有一常开式的加热控制开关，两所述加热控制开关分别采用交叉控制的方式实现对其各自相邻侧的所述发酵罐体内部的加热器相连，即当左侧的加热控制开关接通时控制右侧的所述发酵罐体内部的加热器实现对反应液的加热，当右侧的加热控制开关接通时控制左侧的所述发酵罐体内部的加热器实现对反应液的加热；

各所述加热控制开关分别与其对应控制的所述发酵罐体上的加热开关实现双控连接。

在上述任一方案中优选的是，所述渗透膜机组包括若干个并联设置的渗透过滤单元，各所述渗透过滤单元的两端均通过渗透支管路与所述输出管路相连接，在各所述渗透支管路上分别安装有支路阀门，各所述支路阀门分别用于控制当前的渗透膜机组的开启与截断。

本发明还提供一种利用透明质酸钠发酵系统实现的透明质酸钠生产方法，包括如下步骤：

向精度投料器内部投放适量的菌种和反应物料及反应液；

控制精度投料器运转并依次向两个发酵罐体内部投入适量的反应液、物料及菌种；

控制两发酵罐体上的加热开关开启并对发酵罐体的反应腔内部进行加热，观察发酵罐体上的温度计、压力计的变化；

在反应腔内部利用发酵法进行反应时内部压力压强变化，当两个发酵罐体内部的反应速度不一致时，互连互通部件会进行调控来缩小两者之间的反应差距，以达到两个发酵罐体内部反应处于均衡的状态；

反应完成后开启对应管路阀门，利用初滤单元、渗透膜机组来完成反应后透明质酸钠溶液的过滤、提纯；过滤、提纯后利用外部收集设备收集透明质酸钠溶液。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发酵系统在对透明质酸钠进行发酵法制备时，采用了发酵罐组上的两个发酵罐体配合互连互通部件实现互连来达到相互均衡、促进反应的目的，有效地保证两个发酵罐体内部的反应的均衡。

2、本发酵系统在对反应后的反应液进行提纯过滤后，初滤单元、渗透膜机组配合可以有效地提高透明质酸钠反应液的精度，降低其内部杂质的含量。

3、渗透膜机组在此采用的多组互为备用的并联结构设计，可以有效地保证在渗透膜机组中的一个或部分渗透过滤单元出现故障后不影响整个渗透膜机组的运行，保证渗透膜机组的持续运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的内部结构示意图。

图2为本发明的发酵罐组的内部剖视结构示意图。

图3为本发明的发酵罐体的内部结构示意图。

图4为本发明的渗透膜机组+初滤单元的结构示意图。

图中，1、发酵罐组；2、输出管路；3、渗透膜机组；4、初滤单元；401、初滤筒；402、初滤单向阀；403、推压活塞；404、初滤推压缸；405、初滤排液管；5、螺旋输料器；6、进料总管；7、进料支管；8、进料单向阀；9、发酵罐体；10、温度计；11、压力计；12、反应腔；13、联动活塞；14、缓冲变量腔；15、互通管路；16、立式光轴；17、支撑弹簧；18、加热控制开关；19、加热器；20、渗透过滤单元；21、渗透支管路；22、支路阀门；23、搅拌器；24、搅拌电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。本发明具体结构如图1-4中所示。

实施例1：

本发明为解决上述技术问题之一，所采用的技术方案是：透明质酸钠发酵系统，包括一发酵罐组1，在所述发酵罐组1的进料端连接有精度投料器，所述精度投料器用于向所述发酵罐组1内部定量投料，所述发酵罐组1的出料端连接有带泵的输出管路2，在所述输出管路2上安装有渗透膜机组3，所述渗透膜机组3用于实现对发酵处理后生成的透明质酸钠溶液实现精细提纯，所述发酵罐组1内部用于完成透明质酸钠的发酵生产；在所述发酵罐组1的两出料端处还安装有初滤单元4。透明质酸钠发酵系统利用精度投料器进行精确投料，投料时可以根据需要控制投料量；物料进入到发酵罐组1后在其内部进行发酵反应并生成透明质酸钠溶液，利用初滤单元4、渗透膜机组3可以对输出的透明质酸钠溶液中的杂质进行过滤与提纯，有效地保证透明质酸钠溶液的纯度。

在上述任一方案中优选的是，所述初滤单元4包括一安装在所述发酵罐组1对应的出料端的初滤筒401，在所述初滤筒401的上部进口端安装有初滤单向阀402，在所述初滤筒401的内腔内安装有一推压活塞403，所述推压活塞403的顶部向上活动且密封穿过所述初滤筒401的可拆顶盖并与一固定设置的初滤推压缸404的活塞杆相连接，在所述初滤筒401的中段内腔内可拆卸的固定安装有一初滤网404，在所述初滤网404下方的所述初滤筒401上安装有与外部的输出管路2相连接的带有阀门的初滤排液管405。初滤单元4对进入到初滤筒401内部的透明质酸钠溶液进行初步过滤，过滤时直接启动滤推压缸带动推压活塞403在初滤筒401内部进行往复下压，在下压的过程中会使得溶液经过初滤网404进入到下方并由初滤排液管405排出，颗粒杂质则会被阻挡在初滤网404的上方，定期的清理初滤网404就可以将堆积的杂质进行清理干净。

在上述任一方案中优选的是，所述精度投料器包括一螺旋输料器5，在所述螺旋输料器5的底部出口处连接有一进料总管6，所述进料总管6的底部通过三通连接有两个进料支管7，两所述进料支管7的末端分别连接所述发酵罐组1的两个进料端，在各所述进料支管7上均安装有进料单向阀8。螺旋输料器5通过其自身的运转可以有效地将物料直接输送至对应的进料支管7，然后进入到发酵罐组1内部，进料单向阀8可以有效地控制反应截断，保证在发酵罐组1内部进行发酵时的密封性。

在上述任一方案中优选的是，所述发酵罐组1包括两个间隔设置的发酵罐体9，在各所述发酵罐体9的内部均通过发酵法制备透明质酸钠溶液，各所述发酵罐体9的顶部分别连接有对应位置处的进料支管7，各所述进料支管7分别向对应位置处的发酵罐体9内部输送菌种及反应液。两个发酵罐体9内部的反应相互独立，但是配合互连互通部件可以实现两个发酵罐体9内部的反应效果和效率保持相对均衡，从而保证两个反应腔12内制备透明质酸钠溶液的效率的均衡。

在上述任一方案中优选的是，在所述发酵罐体9上分别安装有温度计10、压力计11。温度计10、压力计11可以便于观察反应腔12内部的温度计10压力情况。

在上述任一方案中优选的是，两所述发酵罐体9之间通过一互连互通部件实现互连，所述互连互通部件包括分别密封安装在两所述发酵罐体9的反应腔12内的联动活塞13，所述联动活塞13与对应的反应腔12之间为活动密封配合，在各所述联动活塞13上方的反应腔12内分别盛装有反应液及菌种，各所述联动活塞13下方的反应腔12被分隔成缓冲变量腔14，两个所述分隔成缓冲变量腔14之间通过互通管路15连通，在各所述联动活塞13的中心底部分别固定连接有一立式光轴16，所述立式光轴16的下端活动且密封穿出所述发酵罐体9的底部，在各所述缓冲变量腔14内的所述立式光轴16的外侧壁上分别套接有一支撑弹簧17，所述支撑弹簧17的顶部支撑在对应位置处的所述联动活塞13的底部、所述支撑弹簧17的底部支撑在所述发酵罐体9的底部。互连互通部件在工作时主要是利用对应的反应腔12内部反应产生的放热带来的反应腔12的压强增加来实现对其下方平衡状态下的联动活塞13实现向下推移，如果两个发酵罐体9内部的反应效率相同时两侧的压力相同，此时两个联动活塞13还是会处于相对平衡静止的状态，当其中一侧的发酵罐体9内部的反应过快时其反应腔12内部的压力就会增大的幅度更大，此时该反应腔12内的压强就会推动联动活塞13克服该处的支撑弹簧17的弹力，并使得联动活塞13下移，此时由于两个联动活塞13及互通管路15组成的两个分隔成缓冲变量腔14之间是密封互通的，因此当一侧的联动活塞13下移时就会迫使另一侧的联动活塞13上移，从而使得另一侧的反应腔12的体积压缩，气压增大，从而起到促进该侧的反应加速的目的，促使两个反应腔12的反应趋于均衡。

实施例2：

本发明为解决上述技术问题之一，所采用的技术方案是：透明质酸钠发酵系统，包括一发酵罐组1，在所述发酵罐组1的进料端连接有精度投料器，所述精度投料器用于向所述发酵罐组1内部定量投料，所述发酵罐组1的出料端连接有带泵的输出管路2，在所述输出管路2上安装有渗透膜机组3，所述渗透膜机组3用于实现对发酵处理后生成的透明质酸钠溶液实现精细提纯，所述发酵罐组1内部用于完成透明质酸钠的发酵生产；在所述发酵罐组1的两出料端处还安装有初滤单元4，各对应管路上按需安装动力泵。

透明质酸钠发酵系统利用精度投料器进行精确投料，投料时可以根据需要控制投料量；物料进入到发酵罐组1后在其内部进行发酵反应并生成透明质酸钠溶液，利用初滤单元4、渗透膜机组3可以对输出的透明质酸钠溶液中的杂质进行过滤与提纯，有效地保证透明质酸钠溶液的纯度。

在上述任一方案中优选的是，所述初滤单元4包括一安装在所述发酵罐组1对应的出料端的初滤筒401，在所述初滤筒401的上部进口端安装有初滤单向阀402，在所述初滤筒401的内腔内安装有一推压活塞403，所述推压活塞403的顶部向上活动且密封穿过所述初滤筒401的可拆顶盖并与一固定设置的初滤推压缸404的活塞杆相连接，在所述初滤筒401的中段内腔内可拆卸的固定安装有一初滤网404，在所述初滤网404下方的所述初滤筒401上安装有与外部的输出管路2相连接的带有阀门的初滤排液管405。

初滤单元4对进入到初滤筒401内部的透明质酸钠溶液进行初步过滤，过滤时直接启动滤推压缸带动推压活塞403在初滤筒401内部进行往复下压，在下压的过程中会使得溶液经过初滤网404进入到下方并由初滤排液管405排出，颗粒杂质则会被阻挡在初滤网404的上方，定期的清理初滤网404就可以将堆积的杂质进行清理干净。

在上述任一方案中优选的是，所述精度投料器包括一螺旋输料器5，在所述螺旋输料器5的底部出口处连接有一进料总管6，所述进料总管6的底部通过三通连接有两个进料支管7，两所述进料支管7的末端分别连接所述发酵罐组1的两个进料端，在各所述进料支管7上均安装有进料单向阀8。

螺旋输料器5通过其自身的运转可以有效地将物料直接输送至对应的进料支管7，然后进入到发酵罐组1内部，进料单向阀8可以有效地控制反应截断，保证在发酵罐组1内部进行发酵时的密封性。

在上述任一方案中优选的是，所述发酵罐组1包括两个间隔设置的发酵罐体9，在各所述发酵罐体9的内部均通过发酵法制备透明质酸钠溶液，各所述发酵罐体9的顶部分别连接有对应位置处的进料支管7，各所述进料支管7分别向对应位置处的发酵罐体9内部输送菌种及反应液。

两个发酵罐体9内部的反应相互独立，但是配合互连互通部件可以实现两个发酵罐体9内部的反应效果和效率保持相对均衡，从而保证两个反应腔12内制备透明质酸钠溶液的效率的均衡。

在上述任一方案中优选的是，在所述发酵罐体9上分别安装有温度计10、压力计11。

温度计10、压力计11可以便于观察反应腔12内部的温度计10压力情况。

在上述任一方案中优选的是，两所述发酵罐体9之间通过一互连互通部件实现互连，所述互连互通部件包括分别密封安装在两所述发酵罐体9的反应腔12内的联动活塞13，所述联动活塞13与对应的反应腔12之间为活动密封配合，在各所述联动活塞13上方的反应腔12内分别盛装有反应液及菌种，各所述联动活塞13下方的反应腔12被分隔成缓冲变量腔14，两个所述分隔成缓冲变量腔14之间通过互通管路15连通，在各所述联动活塞13的中心底部分别固定连接有一立式光轴16，所述立式光轴16的下端活动且密封穿出所述发酵罐体9的底部，在各所述缓冲变量腔14内的所述立式光轴16的外侧壁上分别套接有一支撑弹簧17，所述支撑弹簧17的顶部支撑在对应位置处的所述联动活塞13的底部、所述支撑弹簧17的底部支撑在所述发酵罐体9的底部。

互连互通部件在工作时主要是利用对应的反应腔12内部反应产生的放热带来的反应腔12的压强增加来实现对其下方平衡状态下的联动活塞13实现向下推移，如果两个发酵罐体9内部的反应效率相同时两侧的压力相同，此时两个联动活塞13还是会处于相对平衡静止的状态，当其中一侧的发酵罐体9内部的反应过快时其反应腔12内部的压力就会增大的幅度更大，此时该反应腔12内的压强就会推动联动活塞13克服该处的支撑弹簧17的弹力，并使得联动活塞13下移，此时由于两个联动活塞13及互通管路15组成的两个分隔成缓冲变量腔14之间是密封互通的，因此当一侧的联动活塞13下移时就会迫使另一侧的联动活塞13上移，从而使得另一侧的反应腔12的体积压缩，气压增大，从而起到促进该侧的反应加速的目的，促使两个反应腔12的反应趋于均衡。

在上述任一方案中优选的是，在各立式光轴16的下方分别设置有一常开式的加热控制开关18，两所述加热控制开关18分别采用交叉控制的方式实现对其各自相邻侧的所述发酵罐体9内部的加热器19相连，即当左侧的加热控制开关18接通时控制右侧的所述发酵罐体9内部的加热器19实现对反应液的加热，当右侧的加热控制开关18接通时控制左侧的所述发酵罐体9内部的加热器19实现对反应液的加热；

各所述加热控制开关18分别与其对应控制的所述发酵罐体9上的加热开关实现双控连接。

当联动活塞13下移会带动该侧的立式光轴16下移，从而抵压触发控制另一侧的发酵罐体9的加热控制开关18接通，从而使得反应较慢的一侧的发酵罐体9内部的加热器19加热，提高该侧的反应腔12内部的温度，进而起到二次促进反应速率的目的，加热后该侧的反应腔12内部的反应效率增加，如此往复，从而使得两个反应腔12内部的反应再次趋于平衡。

在上述任一方案中优选的是，所述渗透膜机组3包括若干个并联设置的渗透过滤单元20，各所述渗透过滤单元20的两端均通过渗透支管路21与所述输出管路2相连接，在各所述渗透支管路21上分别安装有支路阀门22，各所述支路阀门22分别用于控制当前的渗透膜机组3的开启与截断。

渗透膜机组3在此采用的多组互为备用的并联结构设计，可以有效地保证在渗透膜机组3中的一个或部分渗透过滤单元20出现故障后不影响整个渗透膜机组3的运行，保证渗透膜机组3的持续运行。

在上述任一方案中优选的是，在各个发酵罐体9的反应腔12内均安装有搅拌器23，所述搅拌器23的顶部向上活动穿出所述发酵罐体9的顶部并由一固定设置的搅拌电机24进行控制驱动。

搅拌电机24驱动时可以带动搅拌器23实现对反应腔12内部的反应液的搅拌驱动，有效地保证反应液的均衡性。

利用透明质酸钠发酵系统实现的透明质酸钠生产方法，包括如下步骤：

向精度投料器内部投放适量的菌种和反应物料及反应液；

控制精度投料器运转并依次向两个发酵罐体9内部投入适量的反应液、物料及菌种；

控制两发酵罐体9上的加热开关开启并对发酵罐体9的反应腔12内部进行加热，观察发酵罐体9上的温度计10、压力计11的变化；

在反应腔12内部利用发酵法进行反应时内部压力压强变化，当两个发酵罐体9内部的反应速度不一致时，互连互通部件会进行调控来缩小两者之间的反应差距，以达到两个发酵罐体9内部反应处于均衡的状态；

反应完成后开启对应管路阀门，利用初滤单元4、渗透膜机组3来完成反应后透明质酸钠溶液的过滤、提纯；过滤、提纯后利用外部收集设备收集透明质酸钠溶液。

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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。