一种微生物发酵设备的制作方法

1.本发明涉及微生物发酵技术领域，尤其涉及一种微生物发酵设备。


背景技术：

2.微生物发酵设备是一种用于生产微生物发酵产物的设备，包括发酵罐、搅拌器、控制系统等，其作用是提供适宜的生长环境，促进微生物的生长和代谢，从而产生所需的发酵产物，微生物发酵设备广泛应用于食品、医药、化工等领域，是现代工业生产中不可或缺的一部分。
3.中国专利公开号：cn113583816a，公开了如下内容，该发明涉及生物学装置领域，尤其涉及一种微生物发酵设备，包括底板，所述底板的上端通过支撑结构固定安装有朝向前后方向延伸的圆形框，所述圆形框的外表面活动套设有发酵箱，所述发酵箱的外形呈扇形形状，所述发酵箱的前端面连通有注液管，所述发酵箱的一侧外表面安装有泄压阀，所述圆形框的内侧安装有驱使发酵箱沿着圆形框外表面来回摆动的驱动机构，所述发酵箱的上端面对应位于圆形框的内侧处开设有滑动缺口，该发明适用于黄原胶发酵生产，在随着黄原胶发酵内侧液体变得粘稠时，该装置仍然可以确保对内侧各个位置的液体供气，同时也可以对各个位置的液体进行搅动，也可以防止粘稠液体沉降或者粘附在内壁。
4.但是，现有技术中，还存在以下问题：现有技术中，黄原胶在发酵过程中粘度会逐渐增大，而粘度的增大会导致对发酵工艺造成影响，例如，注气、搅拌等环节，进而导致发酵效果不佳，现有的发酵设备未考虑上述因素基于黄原胶的特性自适应的调整运行参数提高发酵效果，提升发酵效率。


技术实现要素：

5.为解决黄原胶在发酵过程中粘度会逐渐增大，而粘度的增大会导致对发酵工艺造成影响，影响发酵效果的问题，本发明提供一种微生物发酵设备，其包括：第一发酵仓，其提供有用以微生物发酵的第一腔体空间，所述第一腔体空间内设置有用以对发酵液进行搅拌的搅拌棒；第二发酵仓，其与所述第一发酵仓连接，连接部设置有阀门，以控制所述第一发酵仓内的发酵液转移至所述第二发酵仓内，所述第二发酵仓提供有用以微生物发酵的第二腔体空间，所述第二腔体空间内壁上通过滑轨设置有用以注气的滚动注气单元；检测装置，其包括设置在所述第一腔体空间内的第一粘度传感器和图像采集单元以及设置在所述第二腔体空间内的第二粘度传感器；上位机，其与所述第一发酵仓、第二发酵仓以及检测装置连接，包括数据分析单元以及控制单元，所述数据分析单元用以基于所述第一粘度传感器获取的粘度值确定所述第一腔体空间内发酵液的发酵阶段；所述控制单元用以控制所述搅拌棒、阀门以及滚动注气单元的运行，其中，
第一预设条件下，所述控制单元基于所述发酵液的表面色度变化情况调整所述搅拌棒的搅拌速率；第二预设条件下，所述控制单元控制所述阀门开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，并基于所述第二粘度传感器获取的粘度值确定粘度变化速率，基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元在所述滑轨上的移动速率以及所述滚动注气单元的注气速率；所述第一预设条件为所述发酵液处于第一发酵阶段，所述第二预设条件为所述发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段。
6.进一步地，所述滚动注气单元包括平行设置于安装杆上的第一滚体以及第二滚体，所述第一滚体以及第二滚体与电机连接，以使所述第一滚体以及第二滚体异向转动，所述第一滚体以及第二滚体上均设置有若干注气针头，以向发酵液内注入气体。
7.进一步地，所述数据分析单元基于所述第一粘度传感器获取的粘度值确定所述第一腔体空间内发酵液的发酵阶段，其中，所述数据分析单元将所述第一粘度传感器获取的粘度值与预设的粘度对比阈值进行对比，若对比结果满足第一粘度条件，所述数据分析单元判定所述第一腔体空间内发酵液的发酵阶段为第一发酵阶段；若对比结果满足第二粘度条件，所述数据分析单元判定所述第一腔体空间内发酵液的发酵阶段为第二发酵阶段；其中，所述第一粘度条件为所述第一粘度传感器获取的粘度值小于所述粘度对比阈值，所述第二粘度条件为所述第一粘度传感器获取的粘度值大于等于所述粘度对比阈值。
8.进一步地，所述控制单元基于所述发酵液的表面色度变化情况调整所述搅拌棒的搅拌速率，其中，所述控制单元控制所述搅拌棒的搅拌速率与所述图像采集单元所拍摄的图像中发酵液的色度值成正相关关系。
9.进一步地，所述控制单元基于所述第二粘度传感器获取的粘度值确定粘度变化曲线，其中，所述控制单元构建一直角坐标系，在所述直角坐标系中构建所述粘度变化曲线，所述直角坐标系为以时间为横轴以及以所述第二粘度传感器获取的粘度值为纵轴所构建的坐标系。
10.进一步地，所述控制单元基于所述粘度变化曲线确定粘度变化速率，其中，所述控制单元在所述直角坐标系中构建若干平行于所述纵轴方向且间距相等的直线将所述粘度变化曲线划分为若干曲线段，按照公式（1）计算所述第二发酵仓中发酵液的粘度变化速率vn，，公式（1）中，ki表示第i个曲线段中点的斜率，m表示曲线段的数量，i表示大于0的整数。
11.进一步地，所述控制单元基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元在所述滑轨上的移动速率，其中，所述控制单元控制所述滚动注气单元在所述滑轨上的移动速率与所述粘度变化速率成正相关关系。
12.进一步地，所述控制单元基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元的注气速率，其中，所述控制单元控制所述滚动注气单元的注气速率与所述粘度变化速率成正相关关系。
13.进一步地，所述第一发酵仓以及第二发酵仓内设置有加热保温单元，以减少发酵液的热量散失。
14.进一步地，还包括显示装置，所述显示装置与所述上位机相连接，用以显示所述检测装置所获取的检测参量以及发酵仓内的运行参量，所述检测参量包括所述第一粘度传感器以及第二粘度传感器所获取的粘度值，所述运行参量包括所述搅拌棒的搅拌速率以及所述滚动注气单元的移动速率与注气速率。
15.与现有技术相比，本发明通过设置第一发酵仓、第二发酵仓、检测装置、上位机以及显示装置，上位机基于第一粘度传感器获取的粘度值确定第一腔体空间内发酵液的发酵阶段，在发酵液处于第一发酵阶段时，基于发酵液的表面色度变化情况调整搅拌棒的搅拌速率，在发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段时，控制阀门开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，并基于第二粘度传感器获取的粘度值确定粘度变化速率，基于粘度变化速率调整滚动注气单元在滑轨上的移动速率以及滚动注气单元的注气速率，提高了微生物发酵设备对黄原胶的发酵液进行发酵的效率与效果。
16.尤其，本发明中，数据分析单元基于第一粘度传感器获取的粘度值确定第一腔体空间内发酵液的发酵阶段，在实际情况中，随着发酵的进行，发酵液中黄原胶含量的增加以及生成的黄原胶分子的交联和聚合导致发酵液的粘度增加，因此，根据第一粘度传感器所检测的粘度值能可靠地确定出第一腔体空间内发酵液的发酵阶段，便于后续在不同的发酵阶段针对性地作出处理与调整，保证了微生物发酵设备的发酵效率与效果。
17.尤其，本发明中，在发酵液处于第一发酵阶段时，控制单元基于发酵液的表面色度变化情况调整搅拌棒的搅拌速率，在实际情况中，在发酵液的粘度较小的第一发酵阶段中，随着发酵的进行，由于黄原胶分子的产生和积累，发酵液的颜色会变深，发酵液的粘度也会由于黄原胶的生成而增加，应对应增加搅拌棒的搅拌速率，以保证发酵液中氧气含量以及避免微生物聚集导致发酵不均匀，因此，在第一发酵阶段基于发酵液的表面色度变化情况能可靠地对搅拌棒的搅拌速率作出调整，提高了发酵液的发酵效率与效果。
18.尤其，本发明中，在发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段时，控制单元控制阀门开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，在实际情况中，发酵液进入粘度较大的第二发酵阶段后，由于生成的黄原胶分子的交联和聚合导致发酵液的粘度增加，使用搅拌棒已不能满足发酵液中微生物对氧气的需要，并且随着粘度的增加更会影响气体注入后的流通效率，会导致微生物聚集使发酵不均匀，因此，在发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段时，控制单元控制阀门开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，使用滚动注气单元代替搅拌棒对发酵液进行搅拌，滚动注气单元工作时，发酵液在滚动注气单元的两个滚体之间经两
个滚体的异向转动将发酵液“碾压”，以使发酵液混合均匀，保证了后续发酵液的发酵效果。
19.尤其，本发明中，在发酵液处于第二发酵阶段时，控制单元基于粘度变化速率调整滚动注气单元在滑轨上的移动速率，在实际情况中，在发酵液的粘度较大的第二发酵阶段中，滚动注气单元对发酵液进行“碾压”以使发酵液混合均匀，且发酵液的粘度增加越大，滚体对发酵液进行“碾压”的速率应越快，即滚动注气单元在滑轨上的移动速率应越大，因此，通过粘度变化速率能可靠地对滚动注气单元在滑轨上的移动速率进行调整，提高了发酵液的发酵效果。
20.尤其，本发明中，在发酵液处于第二发酵阶段时，控制单元基于粘度变化速率调整滚动注气单元的注气速率，在实际情况中，在发酵液的粘度较大的第二发酵阶段中，由于粘度增加越大，滚动注气单元在滑轨上的移动速率增大，滚动注气单元的注气速率应相应增大，以保证对发酵液每次注气时的注气量不会减少，以保证对发酵液的注气量能满足微生物对氧气的需要，因此，根据粘度变化速率能可靠地调整滚动注气单元的注气速率，保证了发酵液的发酵效果。
附图说明
21.图1为发明实施例的微生物发酵设备结构示意图；图2为发明实施例的滚动注气单元结构示意图；图3为发明实施例的上位机结构简图；图中，1：图像采集单元，2：第一腔体空间，3：搅拌棒，4：第一粘度传感器，5：阀门，6：第二腔体空间，7：滑轨，8：滚动注气单元，81：第一滚体，82：注气针头，83：第二滚体，84：安装杆，9：第二粘度传感器。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
23.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
24.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
25.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.请参阅图1、图2以及图3所示，其为本发明实施例的微生物发酵设备结构示意图、滚动注气单元结构示意图以及上位机结构简图，本发明的微生物发酵设备包括：第一发酵仓，其提供有用以微生物发酵的第一腔体空间2，所述第一腔体空间2内
设置有用以对发酵液进行搅拌的搅拌棒3；第二发酵仓，其与所述第一发酵仓连接，连接部设置有阀门5，以控制所述第一发酵仓内的发酵液转移至所述第二发酵仓内，所述第二发酵仓提供有用以微生物发酵的第二腔体空间6，所述第二腔体空间6内壁上通过滑轨7设置有用以注气的滚动注气单元8；检测装置，其包括设置在所述第一腔体空间2内的第一粘度传感器4与图像采集单元1以及设置在所述第二腔体空间6内的第二粘度传感器9；上位机，其与所述第一发酵仓、第二发酵仓以及检测装置连接，包括数据分析单元以及控制单元，所述数据分析单元用以基于所述第一粘度传感器4获取的粘度值确定所述第一腔体空间2内发酵液的发酵阶段；所述控制单元用以控制所述搅拌棒3、阀门5以及滚动注气单元8的运行，其中，第一预设条件下，所述控制单元基于所述发酵液的表面色度变化情况调整所述搅拌棒3的搅拌速率；第二预设条件下，所述控制单元控制所述阀门5开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，并基于所述第二粘度传感器9获取的粘度值确定粘度变化速率，基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元8在所述滑轨7上的移动速率以及所述滚动注气单元8的注气速率；所述第一预设条件为所述发酵液处于第一发酵阶段，所述第二预设条件为所述发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段。
27.具体而言，本发明对第一粘度传感器4以及第二粘度传感器9的具体结构不做限定，其可以是传感器与数据交互模组的组合结构，数据交互模组将获取的传感器所检测的数据发送至上位机，其只需能完成检测第一腔体空间2以及第二腔体空间6内发酵液的粘度值并发送至上位机的功能即可，其为现有技术，不再赘述。
28.具体而言，本发明对图像采集单元1的具体结构不做限定，其可以为ccd工业相机，其只需能完成获取发酵液表面图像的功能即可，其为现有技术此处不再赘述。
29.具体而言，本发明对上位机的具体形式不做限定，其可以为一外接计算机，其只需能完成数据处理以及数据交换的功能即可，不再赘述。
30.具体而言，本发明对数据分析单元以及控制单元的具体形式不做限定，其可以是计算机中不同的功能程序，其只需能完成对应的数据处理与交换的功能即可，不再赘述。
31.具体而言，本发明对滚动注气单元8在滑轨7上的具体移动方式不做限定，其可以是通过在滑轨7上安装电机，通过电机驱动滚动注气单元8在滑轨7上移动，其只需能完成滚动注气单元8在滑轨7上移动的功能即可，其为现有技术，不再赘述，对于滚动注气单元的移动速度可通过控制电机的转速进行对应的控制。
32.具体而言，本发明对控制单元获取发酵液的表面色度的具体方式不做限定，其可以是通过在控制单元内预设边缘检测算法以检测出发酵液表面的边缘，通过颜色分析计算发酵液表面的每个区域的色度值，其只需能完成获取发酵液表面色度的功能即可，其为现有成熟技术，不再赘述。
33.具体而言，本发明对上位机中的各单元与第一发酵仓、第二发酵仓以及检测装置的具体连接方式不做限定，其只需能完成上位机中的各单元与粘度传感器、图像采集单元
1、搅拌棒3、阀门5以及滚动注气单元8通信连接，以实现获取粘度值、图像以及对搅拌棒3、阀门5与滚动注气单元8的调整的功能即可，不再赘述。
34.具体而言，本发明中，在发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段时，控制单元控制阀门5开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，在实际情况中，发酵液进入粘度较大的第二发酵阶段后，由于生成的黄原胶分子的交联和聚合导致发酵液的粘度增加，使用搅拌棒3已不能满足发酵液中微生物对氧气的需要，并且随着粘度的增加更会影响气体注入后的流通效率，以及，会导致微生物聚集使发酵不均匀，因此，在发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段时，控制单元控制阀门5开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，使用滚动注气单元8代替搅拌棒3对发酵液进行搅拌，滚动注气单元8工作时，发酵液在滚动注气单元8的两个滚体之间经两个滚体的异向转动将发酵液“碾压”，以使发酵液混合均匀，保证了后续发酵液的发酵效果。
35.具体而言，请继续参阅图2所示，所述滚动注气单元8包括平行设置于安装杆84上的第一滚体81以及第二滚体83，所述第一滚体81以及第二滚体83与电机连接，以使所述第一滚体81以及第二滚体83异向转动，所述第一滚体81以及第二滚体83上均设置有若干注气针头82，以向发酵液内注入气体。
36.第一滚体81以及第二滚体82内均可以设置存储气体的空腔，并连接气泵，通过气泵向空腔内输入气体，使得注气针头82喷出气体，对于滚动注气单元的注气速度可通过控制气泵进行对应的控制，此处不再赘述。
37.具体而言，所述数据分析单元基于所述第一粘度传感器4获取的粘度值确定所述第一腔体空间2内发酵液的发酵阶段，其中，所述数据分析单元将所述第一粘度传感器4获取的粘度值n1与预设的粘度对比阈值n0进行对比，n0＞0，若对比结果满足第一粘度条件，所述数据分析单元判定所述第一腔体空间2内发酵液的发酵阶段为第一发酵阶段；若对比结果满足第二粘度条件，所述数据分析单元判定所述第一腔体空间2内发酵液的发酵阶段为第二发酵阶段；其中，所述第一粘度条件为n1＜n0，所述第二粘度条件为n1≥n0。
38.具体而言，在本实施例中，粘度对比阈值n0应当在合理粘度区间内，避免粘度对比阈值过大或过小导致发酵阶段的判定不准确，本领据技术人员可以将粘度对比阈值从粘度区间[2000，3000]内选定，粘度区间单位为毫帕秒。
[0039]
具体而言，本发明中，数据分析单元基于第一粘度传感器4获取的粘度值确定第一腔体空间2内发酵液的发酵阶段，在实际情况中，随着发酵的进行，发酵液中黄原胶含量的增加以及生成的黄原胶分子的交联和聚合导致发酵液的粘度增加，因此，根据第一粘度传感器4所检测的粘度值能可靠地确定出第一腔体空间2内发酵液的发酵阶段，便于后续在不同的发酵阶段针对性地作出处理与调整，保证了微生物发酵设备的发酵效率与效果。
[0040]
具体而言，所述控制单元基于所述发酵液的表面色度变化情况调整所述搅拌棒3的搅拌速率，其中，所述控制单元控制所述搅拌棒3的搅拌速率与所述图像采集单元1所拍摄的图像中发酵液的色度值成正相关关系；
所述控制单元获取所述图像采集单元1所拍摄的图像，确定所述图像中发酵液的色度值c，将所述色度值c与预设的第一色度对比阈值c1以及第二色度对比阈值c2进行对比，0＜c1＜c2，在第一色度对比条件下，所述控制单元判定将所述搅拌棒3的搅拌速率调整至第一搅拌速率值vb1；在第二色度对比条件下，所述控制单元判定将所述搅拌棒3的搅拌速率调整至第二搅拌速率值vb2；在第三色度对比条件下，所述控制单元判定将所述搅拌棒3的搅拌速率调整至第三搅拌速率值vb3；其中，所述第一色度对比条件为c≥c2，所述第二色度对比条件为c1≤c＜c2，所述第三色度对比条件为c＜c1，5rpm≥vb1＞vb2＞vb3。
[0041]
具体而言，在本实施例中，第一色度对比阈值c1以及第二色度对比阈值c2应当在合理色度区间内，避免色度对比阈值过大或过小导致对第一发酵阶段中的黄原胶的生成情况判断出现误差，本领域技术人员可以将色度对比阈值从色度区间[10，100]内选定，色度区间单位为icu，且第一色度对比阈值c1与第二色度对比阈值c2的色度差异比fc应控制在0.5以内，保证区分的情况下避免差异过大，设定fc=（c2-c1）/c1。
[0042]
具体而言，在本实施例中，本领域技术人员可在限定区间[1，5]内设定vb1~vb3，区间单位为转/分钟，设定时搅拌速率差异比fb需控制在0.3内，保证区分的情况下避免差异过大，设定fb=（vbi+1-vbi）/vbi，其中，vbi表示第i搅拌速率值，vbi+1表示第i+1搅拌速率值。
[0043]
具体而言，本发明中，在发酵液处于第一发酵阶段时，控制单元基于发酵液的表面色度变化情况调整搅拌棒3的搅拌速率，在实际情况中，在发酵液的粘度较小的第一发酵阶段中，随着发酵的进行，由于黄原胶分子的产生和积累，发酵液的颜色会变深，发酵液的粘度也会由于黄原胶的生成而增加，应对应增加搅拌棒3的搅拌速率，以保证发酵液中氧气含量以及避免微生物聚集导致发酵不均匀，因此，在第一发酵阶段基于发酵液的表面色度变化情况能可靠地对搅拌棒3的搅拌速率作出调整，提高了发酵液的发酵效率与效果。
[0044]
具体而言，所述控制单元基于所述第二粘度传感器9获取的粘度值确定粘度变化曲线，其中，所述控制单元构建一直角坐标系，在所述直角坐标系中构建所述粘度变化曲线，所述直角坐标系为以时间为横轴以及以所述第二粘度传感器9获取的粘度值为纵轴所构建的坐标系。
[0045]
具体而言，所述控制单元基于所述粘度变化曲线确定粘度变化速率，其中，所述控制单元在所述直角坐标系中构建若干平行于所述纵轴方向且间距相等的直线将所述粘度变化曲线划分为若干曲线段，按照公式（1）计算所述第二发酵仓中发酵液的粘度变化速率vn，，公式（1）中，ki表示第i个曲线段中点的斜率，m表示曲线段的数量，i表示大于0的
整数。
[0046]
具体而言，所述控制单元基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元8在所述滑轨7上的移动速率，其中，所述控制单元控制所述滚动注气单元8在所述滑轨7上的移动速率与所述粘度变化速率成正相关关系；所述控制单元将所述粘度变化速率vn与预设的第一速率对比阈值vn1以及第二速率对比阈值vn2进行对比，0＜vn1＜vn2＜0.5，在第一速率对比条件下，所述控制单元将所述滚动注气单元8在所述滑轨7上的移动速率调整至第一移动速率值vm1；在第二速率对比条件下，所述控制单元将所述滚动注气单元8在所述滑轨7上的移动速率调整至第二移动速率值vm2；在第三速率对比条件下，所述控制单元将所述滚动注气单元8在所述滑轨7上的移动速率调整至第三移动速率值vm3；其中，所述第一速率对比条件为vn≥vn2，所述第二速率对比条件为vn1≤vn＜vn2，所述第三速率对比条件为vn＜vn1，0.2m/s≥vm1＞vm2＞vm3。
[0047]
具体而言，在本实施例中，本领域技术人员可在限定区间[0，0.2]内设定vm1~vm3，区间单位为米/秒，设定时移动速率差异比fm需控制在0.3内，保证区分的情况下避免差异过大，设定fm=（vmi+1-vmi）/vmi，其中，vmi表示第i移动速率值，vmi+1表示第i+1移动速率值。
[0048]
具体而言，本发明中，在发酵液处于第二发酵阶段时，控制单元基于粘度变化速率调整滚动注气单元8在滑轨7上的移动速率，在实际情况中，在发酵液的粘度较大的第二发酵阶段中，滚动注气单元8对发酵液进行“碾压”以使发酵液混合均匀，且发酵液的粘度增加越大，滚体对发酵液进行“碾压”的速率应越快，即滚动注气单元8在滑轨7上的移动速率应越大，因此，通过粘度变化速率能可靠地对滚动注气单元8在滑轨7上的移动速率进行调整，提高了发酵液的发酵效果。
[0049]
具体而言，所述控制单元基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元8的注气速率，其中，所述控制单元控制所述滚动注气单元8的注气速率与所述粘度变化速率成正相关关系；在本实施例中，所述控制单元将所述粘度变化速率vn与预设的第一速率对比阈值vn1以及第二速率对比阈值vn2进行对比，0＜vn1＜vn2，在所述第一速率对比条件下，所述控制单元将所述滚动注气单元8的注气速率调整至第一注气速率值vq1；在所述第二速率对比条件下，所述控制单元将所述滚动注气单元8的注气速率调整至第二注气速率值vq2；在所述第三速率对比条件下，所述控制单元将所述滚动注气单元8的注气速率调整至第三注气速率值vq3；其中，2l/min≥vq1＞vq2＞vq3。
[0050]
具体而言，在本实施例中，第一速率对比阈值vn1以及第二速率对比阈值vn2在粘
度变化速率区间[0，0.5]内选定，避免速率对比阈值过大或过小导致对第二发酵阶段中的黄原胶的交联聚合情况判断出现误差，且第一速率对比阈值vn1与第二速率对比阈值vn2的粘度变化速率差异比fn应控制在0.3以内，保证区分的情况下避免差异过大，设定fn=（vn2-vn1）/vn1。
[0051]
具体而言，在本实施例中，本领域技术人员可在限定区间[0.5，2]内设定vq1~vq3，区间单位为升/分钟，设定时注气速率差异比fq需控制在0.3内，保证区分的情况下避免差异过大，设定fq=（vqi+1-vqi）/vqi，其中，vqi表示第i注气速率值，vqi+1表示第i+1注气速率值。
[0052]
具体而言，本发明中，在发酵液处于第二发酵阶段时，控制单元基于粘度变化速率调整滚动注气单元8的注气速率，在实际情况中，在发酵液的粘度较大的第二发酵阶段中，由于粘度增加越大，滚动注气单元8在滑轨7上的移动速率增大，滚动注气单元8的注气速率应相应增大，以保证对发酵液每次注气时的注气量不会减少，以保证对发酵液的注气量能满足微生物对氧气的需要，因此，根据粘度变化速率能可靠地调整滚动注气单元8的注气速率，保证了发酵液的发酵效果。
[0053]
具体而言，所述第一发酵仓以及第二发酵仓内设置有加热保温单元，以减少发酵液的热量散失。
[0054]
具体而言，本发明对加热保温单元的具体结构不做限定，其可以是温度传感器、加热器与数据交互模组的组合结构，数据交互模组将获取的温度传感器的数据发送至上位机，其只需能完成加热以及温度控制的功能即可，其为现有成熟技术，不再赘述。
[0055]
具体而言，还包括显示装置，所述显示装置与所述上位机相连接，用以显示所述检测装置所获取的检测参量以及发酵仓内的运行参量，所述检测参量包括所述第一粘度传感器4以及第二粘度传感器9所获取的粘度值，所述运行参量包括所述搅拌棒3的搅拌速率以及所述滚动注气单元8的移动速率与注气速率。
[0056]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种微生物发酵设备，其特征在于，包括：第一发酵仓，其提供有用以微生物发酵的第一腔体空间，所述第一腔体空间内设置有用以对发酵液进行搅拌的搅拌棒；第二发酵仓，其与所述第一发酵仓连接，连接部设置有阀门，以控制所述第一发酵仓内的发酵液转移至所述第二发酵仓内，所述第二发酵仓提供有用以微生物发酵的第二腔体空间，所述第二腔体空间内壁上通过滑轨设置有用以注气的滚动注气单元；检测装置，其包括设置在所述第一腔体空间内的第一粘度传感器和图像采集单元以及设置在所述第二腔体空间内的第二粘度传感器；上位机，其与所述第一发酵仓、第二发酵仓以及检测装置连接，包括数据分析单元以及控制单元，所述数据分析单元用以基于所述第一粘度传感器获取的粘度值确定所述第一腔体空间内发酵液的发酵阶段；所述控制单元用以控制所述搅拌棒、阀门以及滚动注气单元的运行，其中，第一预设条件下，所述控制单元基于所述发酵液的表面色度变化情况调整所述搅拌棒的搅拌速率；第二预设条件下，所述控制单元控制所述阀门开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，并基于所述第二粘度传感器获取的粘度值确定粘度变化速率，基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元在所述滑轨上的移动速率以及所述滚动注气单元的注气速率；所述第一预设条件为所述发酵液处于第一发酵阶段，所述第二预设条件为所述发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段。2.根据权利要求1所述的微生物发酵设备，其特征在于，所述滚动注气单元包括平行设置于安装杆上的第一滚体以及第二滚体，所述第一滚体以及第二滚体与电机连接，以使所述第一滚体以及第二滚体异向转动，所述第一滚体以及第二滚体上均设置有若干注气针头，以向发酵液内注入气体。3.根据权利要求2所述的微生物发酵设备，其特征在于，所述数据分析单元基于所述第一粘度传感器获取的粘度值确定所述第一腔体空间内发酵液的发酵阶段，其中，所述数据分析单元将所述第一粘度传感器获取的粘度值与预设的粘度对比阈值进行对比，若对比结果满足第一粘度条件，所述数据分析单元判定所述第一腔体空间内发酵液的发酵阶段为第一发酵阶段；若对比结果满足第二粘度条件，所述数据分析单元判定所述第一腔体空间内发酵液的发酵阶段为第二发酵阶段；其中，所述第一粘度条件为所述第一粘度传感器获取的粘度值小于所述粘度对比阈值，所述第二粘度条件为所述第一粘度传感器获取的粘度值大于等于所述粘度对比阈值。4.根据权利要求1所述的微生物发酵设备，其特征在于，所述控制单元基于所述发酵液的表面色度变化情况调整所述搅拌棒的搅拌速率，其中，所述控制单元控制所述搅拌棒的搅拌速率与所述图像采集单元所拍摄的图像中发酵液的色度值成正相关关系。5.根据权利要求1所述的微生物发酵设备，其特征在于，所述控制单元基于所述第二粘
度传感器获取的粘度值确定粘度变化曲线，其中，所述控制单元构建一直角坐标系，在所述直角坐标系中构建所述粘度变化曲线，所述直角坐标系为以时间为横轴以及以所述第二粘度传感器获取的粘度值为纵轴所构建的坐标系。6.根据权利要求5所述的微生物发酵设备，其特征在于，所述控制单元基于所述粘度变化曲线确定粘度变化速率，其中，所述控制单元在所述直角坐标系中构建若干平行于所述纵轴方向且间距相等的直线将所述粘度变化曲线划分为若干曲线段，按照公式（1）计算所述第二发酵仓中发酵液的粘度变化速率vn，，公式（1）中，ki表示第i个曲线段中点的斜率，m表示曲线段的数量，i表示大于0的整数。7.根据权利要求6所述的微生物发酵设备，其特征在于，所述控制单元基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元在所述滑轨上的移动速率，其中，所述控制单元控制所述滚动注气单元在所述滑轨上的移动速率与所述粘度变化速率成正相关关系。8.根据权利要求6所述的微生物发酵设备，其特征在于，所述控制单元基于所述粘度变化速率调整所述滚动注气单元的注气速率，其中，所述控制单元控制所述滚动注气单元的注气速率与所述粘度变化速率成正相关关系。9.根据权利要求1所述的微生物发酵设备，其特征在于，所述第一发酵仓以及第二发酵仓内设置有加热保温单元，以减少发酵液的热量散失。10.根据权利要求1所述的微生物发酵设备，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述上位机相连接，用以显示所述检测装置所获取的检测参量以及发酵仓内的运行参量，所述检测参量包括所述第一粘度传感器以及第二粘度传感器所获取的粘度值，所述运行参量包括所述搅拌棒的搅拌速率以及所述滚动注气单元的移动速率与注气速率。

技术总结
本发明涉及微生物发酵技术领域，尤其涉及一种微生物发酵设备，本发明通过设置第一发酵仓、第二发酵仓、检测装置、上位机以及显示装置，上位机基于第一粘度传感器获取的粘度值确定第一腔体空间内发酵液的发酵阶段，在发酵液处于第一发酵阶段时，基于发酵液的表面色度变化情况调整搅拌棒的搅拌速率，在发酵液由第一发酵阶段转换至第二发酵阶段时，控制阀门开启，将发酵液转移至所述第二发酵仓，并基于第二粘度传感器获取的粘度值确定粘度变化速率，基于粘度变化速率调整滚动注气单元在滑轨上的移动速率以及滚动注气单元的注气速率，提高了微生物发酵设备对黄原胶的发酵液进行发酵的效率与效果。的效率与效果。的效率与效果。


技术研发人员：范现国 马琪 胡长利 王倩 于洋
受保护的技术使用者：北京再益生物科技有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/7/18