[发明专利]一种厌氧培养装置及其应用

说明书

本发明公开了一种厌氧培养装置及其应用，装置包括厌氧系统、发酵系统和控制系统；所述厌氧系统和发酵系统间通过管路连接，形成厌氧的气体循环，所述控制系统以分组形式实现单独控制各罐体的pH和温度条件；分组的模块化组装，操作便捷，实验过程重复性强，应用范围广，特别适合体外肠道菌群培养和厌氧菌的代谢进化研究。

技术领域

本发明属于微生物制备技术领域，具体涉及一种厌氧培养装置及其应用。

背景技术

由美国NIH发起的在2008年到2013年之间进行的人类微生物组计划和由欧盟发起在2008年到2012年之间进行的人类肠道宏基因组计划，以及近些年大量的相关研究表明，人类共生微生物的数量巨大，对人类健康产生巨大影响，而肠道微生物的影响最为核心和全面。相关研究报道，肠道微生物与人的免疫力及绝大部分慢性疾病都具有相关性。肠道微生态菌群结构对宿主健康产生重大影响的同时，疾病、食物、药物也对肠道菌群本身产生影响。基于此，研究肠道菌群和宿主以及食物成份及药物间的相互作用是很有必要的，也是目前肠道菌群研究的的一个热点。

目前肠道菌群研究主要通过动物实验模型探究，周期较长且实验繁琐，而体外发酵培养因其简单方便的优点，并已被广泛用与食品、药品及微生态制剂的相关研究。目前体外发酵培养肠道菌群的模型的有单相和三相连续厌氧发酵模型，这两种模型的工艺大多数存在发酵操作复杂，适用性不够广泛，参数不够准确等缺点，其中三相连续发酵模型在长期连续培养时，存在平行试验重复性不够，试验周期长等缺点。而且，随着高通量测序技术的升级及数据库的更新，肠道菌群体外培养模型的培养效果有待进一步评估。代谢进化是利用适应进化有效提高微生物发酵生产速率、产率和终浓度的技术。在微生物发酵过程中，底物利用过程一般产生能量(ATP)和还原力(NADH)，而很多产物的合成过程则是消耗还原力。通过遗传改造可以构建出初级的微生物细胞工厂，使目标产物成为唯一能够消耗还原力的代谢途径，从而使能量产生和还原力平衡相偶联。因此，通过在发酵反应器中分批传代培养微生物，筛选生长速率越来越快的突变菌，可以同步筛选出目标产物生产速率、产率和终浓度均显著提高的突变菌。肠道菌群与宿主之间主要通过菌群中的一些细菌，如双歧杆菌、乳酸菌、丁酸梭菌等产生的代谢产物产生相互作用，使用代谢进化手段，提高特定菌种的代谢产物浓度，生产速率和产量是很有意义的。

现有的培养方式或因控制装置的参数不能数字化记录和实时调节，导致不够准确和便捷，；或因集中控制导致不能模块化操作，导致装置适用性受限，设计定制性较低，使得在进行不同实验时操作复杂；或仅采用简单串连设计，使得连续发酵时不能同时进行平行实验，使得试验周期变长，且影响实验结果重复性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种厌氧培养装置及培养方法，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种厌氧培养装置，包括厌氧系统、发酵系统和控制系统；所述厌氧系统和发酵系统间通过管路连接，形成厌氧的气体循环，所述控制系统用于控制发酵系统的pH和温度条件；

所述厌氧系统包括氮气瓶和集气袋，所述氮气瓶用于向发酵系统内通入氮气，营造厌氧环境，所述集气袋用于收集发酵过程中产生的气体；

所述发酵系统包括通过管路连接的种子罐、发酵罐组和补料瓶组，所述种子罐和发酵罐组串联，所述补料瓶组与种子罐、发酵罐组连通，用于向种子罐和发酵罐组补充液体；所述发酵罐组包括至少两个并联的分组，所述各分组包括串联的若干发酵罐；所述补料瓶组包括培养基补料瓶和碱液补料瓶，所述培养基补料瓶与种子罐和各发酵罐组连通，所述碱液补料瓶与罐体总数相匹配，分别单独与种子罐和各发酵罐连通；

所述控制系统包括pH控制组件和温度控制组件；所述pH控制组件包括若干与罐体总数相匹配的pH控制分组，用于独立控制种子罐和发酵罐各罐体内的pH条件；所述温度控制组件包括若干与罐体总数相匹配的温度控制分组，用于独立控制种子罐和发酵罐各罐体内的温度条件。