專(zhuān)利名稱(chēng)：一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于模擬牛、羊等反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵的固相、液相、氣相三相分流式排放的連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)及其發(fā)酵方法。
背景技術(shù)：
反芻動(dòng)物瘤胃的消化，主要依靠棲居在瘤胃中的各種微生物和原生動(dòng)物對(duì)日糧中的各種成分的分解和發(fā)酵，研究證明，飼料中的干物質(zhì)約40% 80%在瘤胃中消化，其中 80%為碳水化合物；約有60% 80%的有機(jī)物，10% 100%的粗脂肪也在瘤胃中消化，而總能量的23% 87%也在瘤胃中消化。尤其是飼料中的粗纖維，約90%在瘤胃內(nèi)發(fā)酵，僅約10%在大腸消化，半纖維素很少或未發(fā)現(xiàn)在瘤胃后消化的。瘤胃作為一個(gè)生物發(fā)酵罐，應(yīng)當(dāng)具備適宜于種群復(fù)雜、數(shù)量巨大的瘤胃微生物在其中生長(zhǎng)繁殖的條件，這些條件隨著微生物的生長(zhǎng)繁殖會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。但是，微生物的生存環(huán)境，包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、溫度、酸堿度等又要求相對(duì)穩(wěn)定，因此，瘤胃內(nèi)各種環(huán)境因素又必須隨時(shí)處于嚴(yán)密的調(diào)控之中。目前，研究瘤胃的方法主要有三種，分別為體內(nèi)法、半體內(nèi)法和體外法。體內(nèi)法是指在動(dòng)物的左臁部瘤胃背囊處安裝永久性瘤胃瘺管，通過(guò)瘺管采集瘤胃內(nèi)容物樣品進(jìn)行微生物學(xué)研究或飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的評(píng)定。體內(nèi)法研究一直是測(cè)定飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最常用的方法，但是它存在試驗(yàn)周期長(zhǎng)，環(huán)境條件不易控制等缺點(diǎn)，這使得該方法不適用于大規(guī)模的飼料評(píng)定，只能作為一種參比方法。半體內(nèi)法主要是指尼龍袋法，該方法是直接將飼料樣品裝入尼龍袋中，通過(guò)瘤胃瘺管懸置于瘤胃中測(cè)定飼料營(yíng)養(yǎng)成分的消化情況。該法被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)飼料在瘤胃中的降解程度，但該法需要帶瘺管的反芻動(dòng)物，其測(cè)定結(jié)果受多種外界因素影響，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果變異較大。體外法是指采集新鮮瘤胃食糜或瘤胃液， 在模擬瘤胃條件的裝置中進(jìn)行微生物培養(yǎng)，所以又稱(chēng)人工瘤胃法，相對(duì)于體內(nèi)法、半體內(nèi)法來(lái)說(shuō)，體外法具有操作簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、環(huán)境條件容易控制、重復(fù)性好等特點(diǎn)，并且，它可以在較短時(shí)間內(nèi)測(cè)定大量的飼料樣品。該法適合于實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)分析，這對(duì)于日趨復(fù)雜的現(xiàn)代反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究來(lái)說(shuō)顯得尤為重要。目前，典型的體外法主要有批次培養(yǎng)法和連續(xù)培養(yǎng)法。批次培養(yǎng)法是將微生物接種物和發(fā)酵底物一次性加入發(fā)酵容器里，經(jīng)一定時(shí)間培養(yǎng)后，在固定時(shí)間內(nèi)結(jié)束培養(yǎng)，故又屬于靜態(tài)發(fā)酵，該法由于不能實(shí)現(xiàn)底物和產(chǎn)物的分離， 導(dǎo)致瘤胃發(fā)酵環(huán)境發(fā)生改變，因此不適合于長(zhǎng)期體外模擬發(fā)酵試驗(yàn)。批次培養(yǎng)法主要有兩階段法、產(chǎn)氣法和簡(jiǎn)單消化法等。然而，體外連續(xù)培養(yǎng)法實(shí)現(xiàn)了底物(飼料)和緩沖液的連續(xù)進(jìn)入和食糜(固相和液相)的連續(xù)排出，因而更加接近活體內(nèi)瘤胃發(fā)酵情況，相比于批次培養(yǎng)法來(lái)說(shuō)具有更準(zhǔn)確的模擬瘤胃內(nèi)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)際上應(yīng)用較廣的體外連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)主要有單外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)和雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)。單外流是指消化食糜固相和液相均以相同速度外流的系統(tǒng)；而雙外流是將消化糜固相和液相外流速度分別加以控制的系統(tǒng)。單外流連續(xù)體外發(fā)酵裝置的典型代表的特點(diǎn)是把被測(cè)日糧放入尼龍袋中，再把尼龍袋放入發(fā)酵罐內(nèi)供微生物降解，但該裝置沒(méi)有考慮瘤胃內(nèi)的固相和液相外流速度不同的情況，而且產(chǎn)氣量的測(cè)定存在較大誤差。雙外流連續(xù)體外發(fā)酵裝置的典型代表為連續(xù)培養(yǎng)裝置，該裝置依靠發(fā)酵罐內(nèi)的過(guò)濾膜保持固體外流速度和液體外流速度的不同，通過(guò)持續(xù)向發(fā)酵罐內(nèi)通入C02維持發(fā)酵罐內(nèi)的厭氧環(huán)境， 但是該裝置無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分已發(fā)酵和剛投入的飼料，無(wú)法測(cè)定單一飼料的消化率。隨后，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的Harmah等人設(shè)計(jì)了一套連續(xù)培養(yǎng)裝置，該裝置雖然實(shí)現(xiàn)了氣、液、固相的分離，并采用了磁力攪拌系統(tǒng)和內(nèi)部加熱方式，但是排出的固相食糜中液體居多，依然不能很好的將液相與固相分開(kāi)，而且采用的是內(nèi)加熱的方式，存在著加熱不勻的現(xiàn)象。目前，瘤胃模擬技術(shù)的應(yīng)用范圍包括纖維素消化及其影響因素；非蛋白氮的應(yīng)用；瘤胃微生物的新陳代謝及其影響因素；反芻動(dòng)物飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定；瘤胃發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究；瘤胃微生物及其與宿主間的共生關(guān)系；極端情況(如高精料，高稀釋率)下瘤胃的發(fā)酵情況；藥物和能源開(kāi)發(fā)研究(如產(chǎn)甲烷菌)等?；铙w外研究方法的優(yōu)越性使得人們?cè)絹?lái)越重視瘤胃模擬技術(shù)的運(yùn)用。但是，由于影響人工瘤胃模擬技術(shù)的因素很多，如PH，稀釋率，攪拌速率，飼喂量，飼喂頻率等。因此，控制好體外發(fā)酵條件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和科學(xué)性至關(guān)重要。而且人工瘤胃裝置需要長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)工作，整個(gè)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)補(bǔ)液，實(shí)時(shí)收集發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的氣體，持續(xù)攪拌，定時(shí)添加飼料，采集液體、固體樣品，因此工作繁重，需要占用大量人力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種用于模擬牛、羊等反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵的固相、液相、氣相三相分流式排放的連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)及其發(fā)酵方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵罐體a、攪拌裝置b、排液閥C、排固裝置d、注射泵e、計(jì)算機(jī)f、CH4, CO2檢測(cè)儀j ；所述發(fā)酵罐體a由罐體體部3和發(fā)酵罐蓋2蓋合密封構(gòu)成；該發(fā)酵罐體a外壁采用雙層結(jié)構(gòu)，兩層之間夾有保溫水層7 ；在該發(fā)酵罐體a外壁的下側(cè)設(shè)有保溫水入口 10，上側(cè)設(shè)有保溫水出口 4 ；所述攪拌裝置b安裝在發(fā)酵罐蓋2上，置于罐體體部3內(nèi)；在發(fā)酵罐體a的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有溢流管14，用以排出溢流液；在溢流管14內(nèi)設(shè)有濾筒12，在溢流管14 上向下方開(kāi)設(shè)有溢流管支管13 ；發(fā)酵罐體a通過(guò)該溢流管支管13與排液閥c相連通；在發(fā)酵罐蓋2上還設(shè)有排氣口 17與排液閥c相連通；該發(fā)酵罐體a上部為圓柱形，底部為錐形， 圓柱形罐體的底部水平安裝有篩網(wǎng)8 ；在該底部錐形的底端開(kāi)設(shè)有固相食糜出口 9，通過(guò)球閥與排固裝置d相通；在發(fā)酵罐體a上開(kāi)設(shè)有緩沖液入口 11，通過(guò)該緩沖液入口 11與所述注射泵e相連通；在發(fā)酵罐蓋2上還設(shè)有檢氣口 18，用以與CH4、CO2檢測(cè)儀j相連通；在發(fā)酵罐蓋2上還設(shè)有進(jìn)氣口 19和飼料入口 1 ；該進(jìn)氣口 19用以向發(fā)酵罐體a內(nèi)注入氣體；該飼料入口 1用以向發(fā)酵罐體a內(nèi)投放飼料；在該發(fā)酵罐體a的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有溫度探測(cè)口 5 和PH值探測(cè)口 6，分別插入溫度探頭i和pH探頭h ；所述攪拌裝置b包括電機(jī)21、聯(lián)軸器20和槳葉22 ；所述電機(jī)21通過(guò)聯(lián)軸器20 的傳動(dòng)，帶動(dòng)槳葉22轉(zhuǎn)動(dòng)；所述排液閥C，用以排出流入的溢流液；
所述排固裝置d，用以排出流入的固相食糜；所述注射泵e，用以通過(guò)緩沖液入口 11向發(fā)酵罐體a內(nèi)注入緩沖液；所述計(jì)算機(jī)f至少包括信號(hào)采集部分和程序控制部分；該信號(hào)采集部分與CH4、C02 檢測(cè)儀j、溫度探頭i和PH探頭h相連接，用以接收其采集獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)；該程序控制裝置與攪拌裝置b、注射泵e和CH4、CO2檢測(cè)儀j相連接，用以控制其進(jìn)行工作；所述CH4、CO2檢測(cè)儀j，用以檢測(cè)輸入氣體中CH4、CO2的含量。所述排液閥c由閥體31和閥蓋M蓋合密封構(gòu)成；該排液閥c外壁采用雙層結(jié)構(gòu)， 兩層之間夾有冷卻水層32 ；在該排液閥c外壁的下側(cè)設(shè)有冷卻水入口 29，上側(cè)設(shè)有冷卻水出口 23 ；在閥蓋M上設(shè)有進(jìn)液口 26，用以與所述溢流管支管13相連通；在閥蓋M上還設(shè)有排液口 27 ；該排液口 27受置于排液閥c內(nèi)的浮球杠桿30控制打開(kāi)或關(guān)閉；在閥蓋M上還設(shè)有進(jìn)氣口 25與發(fā)酵罐體a的排氣口 17相連通；在閥蓋M的底側(cè)還開(kāi)設(shè)有排污口 28。所述排固裝置d由閥體34和活塞33構(gòu)成；閥體34上設(shè)有固相食糜入口 35，用以與所述發(fā)酵罐體a上的固相食糜出口 9相連通；在閥體34底側(cè)設(shè)有固相食糜出口 37 ；所述活塞33置于閥體34內(nèi)，用以將排固裝置d內(nèi)的固相食糜從固相食糜出口 37推出；在閥體 34上，固相食糜出口 37的上側(cè)還設(shè)有緩沖液入口 36。在所述CH4、0)2檢測(cè)儀j的前端還設(shè)置有氣體流量計(jì)g，用以對(duì)氣體的流量進(jìn)行檢測(cè)；該氣體流量計(jì)g與所述計(jì)算機(jī)f的信號(hào)采集部分相連接，用以將所檢測(cè)的氣體流量數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)f。所述發(fā)酵系統(tǒng)還設(shè)有五個(gè)閥門(mén)k、1、m、η、ο ；所述發(fā)酵罐體a的排氣口 18與氣體流量計(jì)g相連接；該氣體流量計(jì)g的輸出端經(jīng)三通分成兩條支路，一條支路經(jīng)閥門(mén)k與大氣相通，另一條支路在通過(guò)閥門(mén)1后又分為兩條支路；該閥門(mén)1后的兩條支路，一條與CH4、O)2 檢測(cè)儀j相連接，另一路再經(jīng)過(guò)閥門(mén)m與三通相連；該三通的另外兩個(gè)通口，一個(gè)通口為N2 氣體輸入口，另一個(gè)通口則通過(guò)閥門(mén)ο與發(fā)酵罐體a的進(jìn)氣口 19 ；在CH4、0)2檢測(cè)儀j的輸出端還設(shè)有閥門(mén)η ；所述閥門(mén)k、1、m、η、ο均與所述計(jì)算機(jī)f的程序控制部分相連接，受計(jì)算機(jī)f的控制。一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵方法，基于上述的發(fā)酵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該發(fā)酵方法包括如下步驟步驟1，設(shè)定發(fā)酵罐體保溫水的溫度、排液閥冷卻水的溫度、攪拌裝置的轉(zhuǎn)速、注射泵注入緩沖液的頻率、液體稀釋率、CH4, CO2檢測(cè)儀的檢測(cè)間隔時(shí)間；步驟2，向發(fā)酵罐體內(nèi)加入一定量的緩沖液，待發(fā)酵罐體內(nèi)的溫度上升到所述發(fā)酵罐體保溫水的溫度后，接種與所加入緩沖液等體積的瘤胃液；步驟3，注射泵根據(jù)所設(shè)定的注入緩沖液的頻率，向發(fā)酵罐體內(nèi)持續(xù)注入緩沖液；步驟4，向發(fā)酵罐體內(nèi)加入飼料，并通入隊(duì)氣體以排出罐內(nèi)剩余的空氣后，將發(fā)酵罐體密封；步驟5，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐體內(nèi)的溫度值和pH值，并通過(guò)CH4、0)2檢測(cè)儀按照設(shè)定的時(shí)間間隔檢測(cè)所產(chǎn)生發(fā)酵氣體中CH4、o)2的含量；步驟6，定時(shí)收集排液閥中的溢流液和排固裝置中的固相食糜；重復(fù)上述步驟3至步驟6，直至發(fā)酵反應(yīng)結(jié)束。所述步驟1之前還設(shè)置有對(duì)發(fā)酵罐體氣密性進(jìn)行檢測(cè)的步驟，該步驟如下
通過(guò)進(jìn)氣口向發(fā)酵罐體中注入一定壓力的隊(duì)氣體，檢測(cè)發(fā)酵罐體內(nèi)的壓力狀況是否穩(wěn)定。如果壓力狀況不穩(wěn)定，則檢查各個(gè)接口氣密性，直至壓力狀況穩(wěn)定。對(duì)于所述步驟4中，通入N2氣體以排出罐內(nèi)剩余的空氣的步驟具體通過(guò)以下閥門(mén)控制方法實(shí)現(xiàn)首先，關(guān)閉閥門(mén)m、1，同時(shí)打開(kāi)閥門(mén)O，向發(fā)酵罐體通入N2氣體；其次，排出發(fā)酵罐體內(nèi)剩余空氣后，關(guān)閉閥門(mén)O，并開(kāi)啟閥門(mén)k。對(duì)于所述步驟5中，通過(guò)CH4、0)2檢測(cè)儀檢測(cè)所產(chǎn)生發(fā)酵氣體中CH4、0)2的含量的步驟具體通過(guò)以下閥門(mén)控制方法實(shí)現(xiàn)首先，關(guān)閉閥門(mén)k、m、n，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)1，使所產(chǎn)生發(fā)酵氣體進(jìn)入CH4、CO2檢測(cè)儀；
其次，關(guān)閉閥門(mén)m、1，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)k，關(guān)閉CH4、CO2檢測(cè)儀的進(jìn)氣口，CH4、CO2檢測(cè)儀對(duì)已輸入的發(fā)酵氣體進(jìn)行檢測(cè)，并將所檢測(cè)發(fā)酵氣體中CH4、o)2的含量發(fā)送給計(jì)算機(jī)；最后，開(kāi)啟閥門(mén)m、n，向CH4、⑶2檢測(cè)儀通入N2氣體，待排出CH4、⑶2檢測(cè)儀中的被檢測(cè)發(fā)酵氣體后，關(guān)閉閥門(mén)m、η。本發(fā)明的有益效果是(1)解決了現(xiàn)有雙外流瘤胃模擬發(fā)酵裝置不能收集、計(jì)量發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的氣體的缺點(diǎn)。(2)該發(fā)酵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐內(nèi)固相、液相、氣相的分別連續(xù)排放，而且固相、液相分離率高，只需通過(guò)相應(yīng)計(jì)量手段就可實(shí)現(xiàn)排出的固相、液相、氣相精確計(jì)量。(3)自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
圖1為固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為發(fā)酵罐體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為攪拌裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為排液閥結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為排固裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖1為本發(fā)明固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該發(fā)酵系統(tǒng)包括發(fā)酵罐體a、攪拌裝置b、排液閥C、排固裝置d、注射泵e、計(jì)算機(jī)f、CH4、 CO2檢測(cè)儀j。所述發(fā)酵罐體a為整個(gè)發(fā)酵系統(tǒng)的核心反應(yīng)裝置，其他各個(gè)裝置均用以協(xié)調(diào)發(fā)酵罐體a內(nèi)的反應(yīng)工作。圖2為發(fā)酵罐體的結(jié)構(gòu)示意圖。參見(jiàn)圖1、圖2，該發(fā)酵罐體a由罐體體部3和發(fā)酵罐蓋2蓋合密封構(gòu)成。該發(fā)酵罐體a外壁采用雙層結(jié)構(gòu)，兩層之間夾有保溫水層7。在該發(fā)酵罐體a外壁的下側(cè)設(shè)有保溫水入口 10，上側(cè)設(shè)有保溫水出口 4。通過(guò)該保溫水入口 10和保溫水出口 4輸入輸出發(fā)酵罐體保溫水，以維持罐內(nèi)發(fā)酵溫度的恒定。由于瘤胃發(fā)酵的反應(yīng)溫度通常為39°C，因此該發(fā)酵罐體保溫水的溫度為39°C。該攪拌裝置 b安裝在發(fā)酵罐蓋2上，置于罐體體部3內(nèi)。在發(fā)酵罐體a的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有溢流管14，用以排出溢流液。在溢流管14內(nèi)設(shè)有濾筒12，用以過(guò)濾溢流液。在溢流管14上向下方開(kāi)設(shè)有溢流管支管13。發(fā)酵罐體a通過(guò)該溢流管支管13與排液閥c相連通。該溢流管支管13開(kāi)設(shè)位置決定了發(fā)酵罐體a內(nèi)的液面位置，當(dāng)發(fā)酵罐體a內(nèi)的液面超過(guò)溢流管支管13的開(kāi)設(shè)位置時(shí)，罐內(nèi)液體會(huì)自動(dòng)通過(guò)溢流管支管13排到排液閥c內(nèi)。另外，在發(fā)酵罐蓋2上還設(shè)有排氣口 17，用以與排液閥c相連通。該發(fā)酵罐體a上部為圓柱形，底部為錐形，圓柱形罐體的底部水平安裝有一篩網(wǎng)8，不同孔徑的篩網(wǎng)可以根據(jù)試驗(yàn)的需要進(jìn)行更換。當(dāng)發(fā)酵罐體 a內(nèi)的飼料在微生物的作用下，降解到一定細(xì)度時(shí)，即可穿過(guò)篩網(wǎng)8，積聚在發(fā)酵罐體a的底部。在該底部錐形的底端開(kāi)設(shè)有固相食糜出口 9，通過(guò)一球閥與排固裝置d相通，球閥打開(kāi)時(shí)，積聚在發(fā)酵罐體a底部的固相食糜在重力作用下流入排固裝置d中。在發(fā)酵罐體a上開(kāi)設(shè)有緩沖液入口 11，通過(guò)該緩沖液入口 11與所述注射泵e相連通。在發(fā)酵罐蓋2上還設(shè)有檢氣口 18，用以與CH4、CO2檢測(cè)儀j相連通，輸出被檢氣體。除此之外，在發(fā)酵罐蓋2上還設(shè)有進(jìn)氣口 19和飼料入口 1。該進(jìn)氣口 19用以向發(fā)酵罐體a內(nèi)注入氣體。該飼料入口 1用以向發(fā)酵罐體a內(nèi)投放飼料。在該發(fā)酵罐體a的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有溫度探測(cè)口 5和pH值探測(cè)口 6，分別插入溫度探頭i和pH探頭h，用以發(fā)酵罐體內(nèi)的溫度值和pH值。圖3為攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，所述攪拌裝置b包括電機(jī)21、聯(lián)軸器 20和槳葉22。其中，電機(jī)21通過(guò)聯(lián)軸器20的傳動(dòng)，帶動(dòng)槳葉22轉(zhuǎn)動(dòng)，以攪拌發(fā)酵罐體a 內(nèi)的固相、液相成分均勻混合。所述排液閥C，用以排出流入的溢流液。所述排固裝置d，用以排出流入的固相食糜。所述注射泵e，用以通過(guò)緩沖液入口 11向發(fā)酵罐體a內(nèi)注入緩沖液該注射泵e通過(guò)以恒定速度向發(fā)酵罐體a內(nèi)注入緩沖液，以維持發(fā)酵罐體a內(nèi)PH值在6-7之間。本系統(tǒng)中，所用緩沖液是依據(jù)反芻動(dòng)物唾液成分配制而成的，其主要成分為每 IOOOml 緩沖液中含 NaHCO3 9. 8g ；Na2HPO4. 12H20 9. 3g ；NaClO. 47g ；KCl 0. 57g ；MgSO4. 7H20 0. 12g ；無(wú)水CaCl2O. 04g。因反芻動(dòng)物在進(jìn)行反芻活動(dòng)中口腔會(huì)不斷分泌唾液注入瘤胃中， 維持瘤胃內(nèi)酸堿平衡，故本系統(tǒng)的緩沖液即模擬反芻動(dòng)物分泌唾液，并通過(guò)以一定速率模擬唾液向瘤胃中注入的速率。所述計(jì)算機(jī)f為整個(gè)發(fā)酵系統(tǒng)的信號(hào)采集及程序控制裝置。該計(jì)算機(jī)f至少包括信號(hào)采集部分和程序控制部分兩部分。該信號(hào)采集部分與CH4、o)2檢測(cè)儀j、溫度探頭i和 PH探頭h相連接，用以接收其采集獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)。該程序控制裝置與攪拌裝置b、注射泵 e和CH4、CO2檢測(cè)儀j相連接，用以控制其進(jìn)行工作。所述CH4、CO2檢測(cè)儀j，用以檢測(cè)輸入氣體中CH4、CO2的含量。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)的瘤胃模擬發(fā)酵系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐體內(nèi)發(fā)酵所產(chǎn)生的固相、液相和氣相產(chǎn)物可以高效分離，分別進(jìn)入排固裝置、排液閥和CH4、CO2檢測(cè)儀。只需通過(guò)相應(yīng)的計(jì)量手段就可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)排出的三相產(chǎn)物的精確計(jì)量，從而方便對(duì)不同飼料發(fā)酵反應(yīng)效果進(jìn)行深入研究。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)有不斷對(duì)發(fā)酵罐體補(bǔ)入緩沖液的注射泵，從而解決了現(xiàn)有靜態(tài)發(fā)酵裝置不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵的缺點(diǎn)。并且，該系統(tǒng)整個(gè)控制過(guò)程全部可以由計(jì)算機(jī)進(jìn)行高程度的自動(dòng)化控制，可全程實(shí)現(xiàn)發(fā)酵環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
所述排液閥c置于低于發(fā)酵罐體a處。圖4為排液閥的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該排液閥c由閥體31和閥蓋M蓋合密封構(gòu)成。該排液閥c外壁采用雙層結(jié)構(gòu)，兩層之間夾有冷卻水層32。在該排液閥c外壁的下側(cè)設(shè)有冷卻水入口 29，上側(cè)設(shè)有冷卻水出口 23。通過(guò)該冷卻水入口四和冷卻水出口 23輸入輸出排液閥冷卻水，以維持排液閥內(nèi)的溫度恒定， 從而迅速停止流入排液閥內(nèi)溢流液的發(fā)酵反應(yīng)。因?yàn)榱鑫竷?nèi)微生物在反應(yīng)體系溫度等于或低于4°C時(shí)，會(huì)喪失活性，不能繼續(xù)分解飼料進(jìn)行發(fā)酵，故為了能夠迅速停止流入溢流液的發(fā)酵反應(yīng)，本實(shí)施例中該排液閥冷卻水的溫度設(shè)定為4°C。在閥蓋M上設(shè)有進(jìn)液口 26，用以與所述溢流管支管13相連通。在閥蓋M上還設(shè)有排液口 27。該排液口 27受置于排液閥c內(nèi)的浮球杠桿30控制打開(kāi)或關(guān)閉。同時(shí)，為了保持排液閥c與發(fā)酵罐體a內(nèi)的氣壓一致以能順暢排出溢流液，在閥蓋對(duì)上還設(shè)有進(jìn)氣口 25與發(fā)酵罐體a的排氣口 17相連通。 另外，在閥蓋M的底側(cè)還開(kāi)設(shè)有排污口 28，用以排出流入排液閥c內(nèi)的固相雜質(zhì)。圖5為排固裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該排固裝置d由閥體34和活塞33構(gòu)成。閥體34上設(shè)有固相食糜入口 35，用以與所述發(fā)酵罐體a上的固相食糜出口 9相連通。 在閥體；34底側(cè)設(shè)有固相食糜出口 37。所述活塞33置于閥體34內(nèi)，用以將排固裝置d內(nèi)的固相食糜從固相食糜出口 37推出。由于發(fā)酵罐內(nèi)i內(nèi)的飼料在微生物的作用下不斷分解代謝，累積的代謝產(chǎn)物會(huì)改變發(fā)酵體系的酸堿平衡，因此需要注入緩沖液來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)酵體系的酸堿平衡以維持瘤胃微生物生存的最適PH值。故在閥體34上，固相食糜出口 37的上側(cè)還設(shè)有緩沖液入口 36，以補(bǔ)充排出固相食糜時(shí)所帶出的液相成分。另外，本發(fā)明的發(fā)酵系統(tǒng)除了設(shè)置CH4、C02檢測(cè)儀j對(duì)發(fā)酵罐體a所發(fā)酵產(chǎn)生的氣體中CH4、0)2的含量進(jìn)行檢測(cè)外，還在CH4、0)2檢測(cè)儀j的前端設(shè)置有氣體流量計(jì)g，用以對(duì)氣體的流量進(jìn)行檢測(cè)。該氣體流量計(jì)g與所述計(jì)算機(jī)f的信號(hào)采集部分相連接，用以將所檢測(cè)的氣體流量數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)f。為了更好的對(duì)所述CH4、CO2檢測(cè)儀j和氣體流量計(jì)g的氣體檢測(cè)工作進(jìn)行自動(dòng)化控制，在所述發(fā)酵系統(tǒng)中還設(shè)有五個(gè)閥門(mén)k、l、m、n、o。如圖1所示，所述發(fā)酵罐體a的排氣口 18與氣體流量計(jì)g相連接。該氣體流量計(jì)g的輸出端經(jīng)三通分成兩條支路，一條支路經(jīng)閥門(mén)k與大氣相通，另一條支路在通過(guò)閥門(mén)1后又分為兩條支路。該閥門(mén)1后的兩條支路， 一條與CH4、CO2檢測(cè)儀j相連接，另一路再經(jīng)過(guò)閥門(mén)m與三通相連。該三通的另外兩個(gè)通口，一個(gè)通口為純隊(duì)氣體輸入口，另一個(gè)通口則通過(guò)閥門(mén)ο與發(fā)酵罐體a的進(jìn)氣口 19。在 CH4, CO2檢測(cè)儀j的輸出端還設(shè)有閥門(mén)n，以控制CH4、CO2檢測(cè)儀j的排氣。所述閥門(mén)k、1、 m、n、o均與所述計(jì)算機(jī)f的程序控制部分相連接，受計(jì)算機(jī)f的控制對(duì)所述CH4、0)2檢測(cè)儀 j和氣體流量計(jì)g的氣體檢測(cè)工作進(jìn)行自動(dòng)化控制。上述結(jié)構(gòu)的固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)在實(shí)際操作過(guò)程中是通過(guò)下述發(fā)酵方法進(jìn)行控制的。圖6為該發(fā)酵方法的流程圖。如圖所示，該發(fā)酵方法包括如下步驟步驟1，設(shè)定發(fā)酵罐體保溫水的溫度、排液閥冷卻水的溫度、攪拌裝置的轉(zhuǎn)速、注射泵注入緩沖液的頻率、液體稀釋率、CH4, CO2檢測(cè)儀的檢測(cè)間隔時(shí)間；所謂液體稀釋率是因反芻動(dòng)物如牛、羊不斷的采食飼料和飲水進(jìn)入瘤胃中被微生物發(fā)酵，故新注入的飼料和水會(huì)使瘤胃內(nèi)原有的內(nèi)容物濃度降低，新注入的飼料和水與瘤胃體積的比值即為液體稀釋率。
這里，各個(gè)參數(shù)的設(shè)定值可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行調(diào)整。本實(shí)施例中，上述參數(shù)的設(shè)定值分別為發(fā)酵罐體保溫水的溫度為39°C、排液閥冷卻水的溫度為4°C、攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為15rpm、注射泵注入緩沖液的頻率為200次/min、液體稀釋率為1. 2。步驟2，向發(fā)酵罐體內(nèi)加入一定量的緩沖液，待發(fā)酵罐體內(nèi)的溫度上升到所述發(fā)酵罐體保溫水的溫度后，接種與所加入緩沖液等體積的瘤胃液；這里，由于是第一次向發(fā)酵罐體內(nèi)一次性加入一定量的緩沖液，因此緩沖液可以通過(guò)注射泵e緩慢加入，也可以選擇通過(guò)飼料入口 1直接加入。而所加入的緩沖液的量可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要而定，本實(shí)施例中是向發(fā)酵罐體內(nèi)加入500ml的緩沖液。步驟3，注射泵根據(jù)所設(shè)定的注入緩沖液的頻率，向發(fā)酵罐體內(nèi)持續(xù)注入緩沖液；步驟4，向發(fā)酵罐體內(nèi)加入飼料，并通入隊(duì)氣體以排出罐內(nèi)剩余的空氣后，將發(fā)酵罐體密封；這里，飼料是通過(guò)飼料入口 1投入的，隊(duì)氣體是通過(guò)進(jìn)氣口 19通入的。通入隊(duì)氣體的時(shí)間應(yīng)當(dāng)以罐內(nèi)所剩余的空氣狀況而定，本實(shí)施例中設(shè)定為通入IOs的隊(duì)氣體。完成上述步驟4后，該發(fā)酵罐體內(nèi)即開(kāi)始發(fā)酵反應(yīng)。步驟5，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐體內(nèi)的溫度值和pH值，并通過(guò)CH4、0)2檢測(cè)儀按照設(shè)定的時(shí)間間隔檢測(cè)所產(chǎn)生發(fā)酵氣體中CH4、o)2的含量；步驟6，定時(shí)收集排液閥中的溢流液和排固裝置中的固相食糜；重復(fù)上述步驟3至步驟6，直至發(fā)酵反應(yīng)結(jié)束。通過(guò)上述發(fā)酵方法，實(shí)驗(yàn)者可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵反應(yīng)過(guò)程中發(fā)酵罐體內(nèi)的溫度值、 PH值以及所產(chǎn)生發(fā)酵氣體中CH4、CO2的含量，并能夠定時(shí)收集反應(yīng)所產(chǎn)生的液相、固相產(chǎn)物。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程全部由計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)者可以方便、全面的掌握整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。上述發(fā)酵過(guò)程可以通過(guò)定時(shí)的向發(fā)酵罐體內(nèi)補(bǔ)充飼料和緩沖液等反應(yīng)物，使得發(fā)酵罐體內(nèi)的發(fā)酵反應(yīng)可以持續(xù)不斷地進(jìn)行下去，可以滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)需要。在本實(shí)施例中，設(shè)定為每隔12小時(shí)向發(fā)酵罐體內(nèi)加入20g飼料，每隔8小時(shí)收集排液閥c中的溢流液和排固裝置d中的固相食糜，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。另外，該發(fā)酵方法在上述步驟1之前還設(shè)置有對(duì)發(fā)酵罐體氣密性進(jìn)行檢測(cè)的步驟，該步驟如下通過(guò)進(jìn)氣口 19向發(fā)酵罐體中注入一定壓力的隊(duì)氣體，檢測(cè)發(fā)酵罐體內(nèi)的壓力狀況是否穩(wěn)定？如果壓力狀況不穩(wěn)定，則檢查各個(gè)接口氣密性，直至壓力狀況穩(wěn)定。通過(guò)這樣的預(yù)先檢查，可以保證整個(gè)發(fā)酵反應(yīng)過(guò)程在理想的狀態(tài)下進(jìn)行，所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不會(huì)因罐體氣密性問(wèn)題而受到影響。另外，為了可以更好的對(duì)所述CH4、0)2檢測(cè)儀j和氣體流量計(jì)g的氣體檢測(cè)工作進(jìn)行自動(dòng)化控制，本發(fā)明的發(fā)酵方法中還設(shè)計(jì)有針對(duì)所述五個(gè)閥門(mén)k、l、m、n、o的具體控制流程，具體如下所述對(duì)于所述步驟4中，通入N2氣體以排出罐內(nèi)剩余的空氣的步驟具體通過(guò)以下閥門(mén)控制方法實(shí)現(xiàn)首先，關(guān)閉閥門(mén)m、l，同時(shí)打開(kāi)閥門(mén)0，向發(fā)酵罐體通入N2氣體，用N2替換出因加料時(shí)帶入的空氣；
其次，排出發(fā)酵罐體內(nèi)剩余空氣后，關(guān)閉閥門(mén)O，并開(kāi)啟閥門(mén)k，使發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的氣體，經(jīng)微量氣體流量計(jì)g計(jì)量后，從閥門(mén)k排出到大氣。由于微量氣體流量計(jì)g中氣體的流動(dòng)方向是單向的，而且是不可逆的，這樣，就可以維持發(fā)酵罐體內(nèi)的厭氧環(huán)境，以適于體外瘤胃模擬發(fā)酵的進(jìn)行。對(duì)于所述步驟5中，通過(guò)CH4、0)2檢測(cè)儀檢測(cè)所產(chǎn)生發(fā)酵氣體中CH4、0)2的含量的步驟具體通過(guò)以下閥門(mén)控制方法實(shí)現(xiàn)首先，關(guān)閉閥門(mén)k、m、η,同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)1，使所產(chǎn)生發(fā)酵氣體進(jìn)入CH4、CO2檢測(cè)儀；其次，關(guān)閉閥門(mén)m、1，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)k，關(guān)閉CH4、CO2檢測(cè)儀的進(jìn)氣口，CH4、CO2檢測(cè)儀對(duì)已輸入的發(fā)酵氣體進(jìn)行檢測(cè)，并將所檢測(cè)發(fā)酵氣體中CH4、o)2的含量發(fā)送給計(jì)算機(jī)；最后，開(kāi)啟閥門(mén)m、n，向CH4、⑶2檢測(cè)儀通入N2氣體，待排出CH4、⑶2檢測(cè)儀中的被檢測(cè)發(fā)酵氣體后，關(guān)閉閥門(mén)m、η。這樣，可以通過(guò)N2氣體沖洗CH4、CO2檢測(cè)儀，使之不會(huì)殘留有被檢測(cè)發(fā)酵氣體，而影響下一次檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。上述對(duì)五個(gè)閥門(mén)k、l、m、n、o的控制，均采用計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)控制的方式完成。這樣，可以大大提高整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減輕了實(shí)驗(yàn)人員的操作負(fù)擔(dān)，同時(shí)增加了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本發(fā)明通過(guò)上述技術(shù)方案，提供一種用于模擬牛、羊等反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵的固相、 液相、氣相三相分流式排放的自動(dòng)化程度高的連續(xù)發(fā)酵的發(fā)酵系統(tǒng)及其發(fā)酵方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在此設(shè)計(jì)思想之下所作任何不具有創(chuàng)造性的改造，均應(yīng)視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)酵罐體(a)、 攪拌裝置(b)、排液閥(C)、排固裝置(d)、注射泵(e)、計(jì)算機(jī)(f)、CH4、C02檢測(cè)儀(j)；所述發(fā)酵罐體(a)由罐體體部( 和發(fā)酵罐蓋( 蓋合密封構(gòu)成；該發(fā)酵罐體(a)外壁采用雙層結(jié)構(gòu)，兩層之間夾有保溫水層(7)；在該發(fā)酵罐體(a)外壁的下側(cè)設(shè)有保溫水入口(10)，上側(cè)設(shè)有保溫水出口(4)；所述攪拌裝置(b)安裝在發(fā)酵罐蓋( 上，置于罐體體部(3)內(nèi)；在發(fā)酵罐體(a)的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有溢流管(14)，用以排出溢流液；在溢流管(14)內(nèi)設(shè)有濾筒(12)，在溢流管(14)上向下方開(kāi)設(shè)有溢流管支管(1 ；發(fā)酵罐體(a)通過(guò)該溢流管支管(13)與排液閥(c)相連通；在發(fā)酵罐蓋(2)上還設(shè)有排氣口(17)與排液閥(c)相連通；該發(fā)酵罐體(a)上部為圓柱形，底部為錐形，圓柱形罐體的底部水平安裝有篩網(wǎng)(8)； 在該底部錐形的底端開(kāi)設(shè)有固相食糜出口(9)，通過(guò)球閥與排固裝置(d)相通；在發(fā)酵罐體 (a)上開(kāi)設(shè)有緩沖液入口(11)，通過(guò)該緩沖液入口(11)與所述注射泵(e)相連通；在發(fā)酵罐蓋⑵上還設(shè)有檢氣口(18)，用以與CH4、C02檢測(cè)儀(j)相連通；在發(fā)酵罐蓋⑵上還設(shè)有進(jìn)氣口(19)和飼料入口(1)；該進(jìn)氣口(19)用以向發(fā)酵罐體(a)內(nèi)注入氣體；該飼料入口(1)用以向發(fā)酵罐體(a)內(nèi)投放飼料；在該發(fā)酵罐體(a)的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有溫度探測(cè)口(5) 和PH值探測(cè)口(6)，分別插入溫度探頭⑴和pH探頭(h)；所述攪拌裝置(b)包括電機(jī)、聯(lián)軸器OO)和槳葉02)；所述電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器OO)的傳動(dòng)，帶動(dòng)槳葉02)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述排液閥(c)，用以排出流入的溢流液； 所述排固裝置(d)，用以排出流入的固相食糜；所述注射泵(e)，用以通過(guò)緩沖液入口(11)向發(fā)酵罐體(a)內(nèi)注入緩沖液； 所述計(jì)算機(jī)(f)至少包括信號(hào)采集部分和程序控制部分；該信號(hào)采集部分與014、0)2檢測(cè)儀(j)、溫度探頭(i)和PH探頭(h)相連接，用以接收其采集獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)；該程序控制裝置與攪拌裝置(b)、注射泵(e)和CH4、C02檢測(cè)儀(j)相連接，用以控制其進(jìn)行工作； 所述CH4、CO2檢測(cè)儀(j)，用以檢測(cè)輸入氣體中CH4、CO2的含量。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于所述排液閥(c)由閥體(31)和閥蓋 (24)蓋合密封構(gòu)成；該排液閥(c)外壁采用雙層結(jié)構(gòu)，兩層之間夾有冷卻水層(32)；在該排液閥(c)外壁的下側(cè)設(shè)有冷卻水入口(四)，上側(cè)設(shè)有冷卻水出口 ；在閥蓋04)上設(shè)有進(jìn)液口( )，用以與所述溢流管支管(13)相連通；在閥蓋04)上還設(shè)有排液口 (XT)； 該排液口 (XT)受置于排液閥(c)內(nèi)的浮球杠桿(30)控制打開(kāi)或關(guān)閉；在閥蓋04)上還設(shè)有進(jìn)氣口 0 與發(fā)酵罐體(a)的排氣口(17)相連通；在閥蓋04)的底側(cè)還開(kāi)設(shè)有排污口 (28)。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于所述排固裝置(d)由閥體(34)和活塞 (33)構(gòu)成；閥體(34)上設(shè)有固相食糜入口(35)，用以與所述發(fā)酵罐體(a)上的固相食糜出口(9)相連通；在閥體(34)底側(cè)設(shè)有固相食糜出口(37)；所述活塞(33)置于閥體(34) 內(nèi)，用以將排固裝置⑷內(nèi)的固相食糜從固相食糜出口(37)推出；在閥體(34)上，固相食糜出口(37)的上側(cè)還設(shè)有緩沖液入口(36)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于在所述CH4、C02檢測(cè)儀(j)的前端還設(shè)置有氣體流量計(jì)(g)，用以對(duì)氣體的流量進(jìn)行檢測(cè)；該氣體流量計(jì)(g)與所述計(jì)算機(jī)(f)的信號(hào)采集部分相連接，用以將所檢測(cè)的氣體流量數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)(f)。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)酵系統(tǒng)還設(shè)有五個(gè)閥門(mén)(k)、 (1)、(m)、(η)、(ο)；所述發(fā)酵罐體(a)的排氣口 (18)與氣體流量計(jì)(g)相連接；該氣體流量計(jì)(g)的輸出端經(jīng)三通分成兩條支路，一條支路經(jīng)閥門(mén)(k)與大氣相通，另一條支路在通過(guò)閥門(mén)(1)后又分為兩條支路；該閥門(mén)(1)后的兩條支路，一條與CH4、C02檢測(cè)儀(j)相連接，另一路再經(jīng)過(guò)閥門(mén)(m)與三通相連；該三通的另外兩個(gè)通口，一個(gè)通口為隊(duì)氣體輸入口，另一個(gè)通口則通過(guò)閥門(mén)(ο)與發(fā)酵罐體(a)的進(jìn)氣口 (19)；在CH4、C02檢測(cè)儀(j)的輸出端還設(shè)有閥門(mén)(η)；所述閥門(mén)(k)、(1)、(m)、(η)、(ο)均與所述計(jì)算機(jī)(f)的程序控制部分相連接，受計(jì)算機(jī)(f)的控制。
6.一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵方法，基于權(quán)利要求1所述的發(fā)酵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其特征在于該發(fā)酵方法包括如下步驟步驟1，設(shè)定發(fā)酵罐體保溫水的溫度、排液閥冷卻水的溫度、攪拌裝置的轉(zhuǎn)速、注射泵注入緩沖液的頻率、液體稀釋率、CH4, CO2檢測(cè)儀的檢測(cè)間隔時(shí)間；步驟2，向發(fā)酵罐體內(nèi)加入一定量的緩沖液，待發(fā)酵罐體內(nèi)的溫度上升到所述發(fā)酵罐體保溫水的溫度后，接種與所加入緩沖液等體積的瘤胃液；步驟3，注射泵根據(jù)所設(shè)定的注入緩沖液的頻率，向發(fā)酵罐體內(nèi)持續(xù)注入緩沖液； 步驟4，向發(fā)酵罐體內(nèi)加入飼料，并通入隊(duì)氣體以排出罐內(nèi)剩余的空氣后，將發(fā)酵罐體密封；步驟5，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐體內(nèi)的溫度值和pH值，并通過(guò)CH4、0)2檢測(cè)儀按照設(shè)定的時(shí)間間隔檢測(cè)所產(chǎn)生發(fā)酵氣體中CH4、0)2的含量；步驟6，定時(shí)收集排液閥中的溢流液和排固裝置中的固相食糜； 重復(fù)上述步驟3至步驟6，直至發(fā)酵反應(yīng)結(jié)束。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)酵方法，其特征在于所述步驟1之前還設(shè)置有對(duì)發(fā)酵罐體氣密性進(jìn)行檢測(cè)的步驟，該步驟如下通過(guò)進(jìn)氣口向發(fā)酵罐體中注入一定壓力的隊(duì)氣體，檢測(cè)發(fā)酵罐體內(nèi)的壓力狀況是否穩(wěn)定。如果壓力狀況不穩(wěn)定，則檢查各個(gè)接口氣密性，直至壓力狀況穩(wěn)定。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)酵方法，基于權(quán)利要求5所述的發(fā)酵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其特征在于 對(duì)于所述步驟4中，通入隊(duì)氣體以排出罐內(nèi)剩余的空氣的步驟具體通過(guò)以下閥門(mén)控制方法實(shí)現(xiàn)首先，關(guān)閉閥門(mén)(m)、(1)，同時(shí)打開(kāi)閥門(mén)(ο)，向發(fā)酵罐體通入N2氣體； 其次，排出發(fā)酵罐體內(nèi)剩余空氣后，關(guān)閉閥門(mén)(ο)，并開(kāi)啟閥門(mén)(k)。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)酵方法，基于權(quán)利要求5所述的發(fā)酵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其特征在于 對(duì)于所述步驟5中，通過(guò)CH4、0)2檢測(cè)儀檢測(cè)所產(chǎn)生發(fā)酵氣體中CH4、0)2的含量的步驟具體通過(guò)以下閥門(mén)控制方法實(shí)現(xiàn)首先，關(guān)閉閥門(mén)(k)、(m)、(n)，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)(1)，使所產(chǎn)生發(fā)酵氣體進(jìn)入CH4、CO2檢測(cè)儀；其次，關(guān)閉閥門(mén)(m)、⑴，同時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)(k)，關(guān)閉CH4、CO2檢測(cè)儀的進(jìn)氣口，CH4、CO2檢測(cè)儀對(duì)已輸入的發(fā)酵氣體進(jìn)行檢測(cè)，并將所檢測(cè)發(fā)酵氣體中CH4、0)2的含量發(fā)送給計(jì)算機(jī)； 最后，開(kāi)啟閥門(mén)(m)、(η)，向CH4XO2檢測(cè)儀通入N2氣體，待排出CH4XO2檢測(cè)儀中的被檢測(cè)發(fā)酵氣體后，關(guān)閉閥門(mén)(m)、(η)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固液氣三相分流式瘤胃模擬連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)酵罐體(a)、攪拌裝置(b)、排液閥(c)、排固裝置(d)、注射泵(e)、計(jì)算機(jī)(f)、CH4、CO2檢測(cè)儀(j)。通過(guò)該發(fā)酵系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐體內(nèi)發(fā)酵所產(chǎn)生的固相、液相和氣相產(chǎn)物可以高效分離，分別進(jìn)入排固裝置、排液閥和CH4、CO2檢測(cè)儀。通過(guò)相應(yīng)的計(jì)量手段就可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)排出的三相產(chǎn)物的精確計(jì)量，從而方便對(duì)不同飼料發(fā)酵反應(yīng)效果進(jìn)行深入研究。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)有不斷對(duì)發(fā)酵罐體補(bǔ)入緩沖液的注射泵，從而解決了現(xiàn)有靜態(tài)發(fā)酵裝置不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵的缺點(diǎn)。并且，該系統(tǒng)整個(gè)控制過(guò)程全部可以由計(jì)算機(jī)進(jìn)行高程度的自動(dòng)化控制。
文檔編號(hào)C12M1/00GK102286359SQ20111016759
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者卜登攀, 周凌云, 姜雅慧, 安朋朋, 徐俊, 楊紅建, 沈維軍, 王加啟, 陳強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所