一種一體化固態(tài)發(fā)酵反應器及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于發(fā)酵工程和過程工程技術領域，具體涉及一種一體化固態(tài)發(fā)酵反應器 及其應用。
【背景技術】
[0002] 生物技術是本世紀最具影響力的高新技術新興產業(yè)帶，是最有生命力的經濟增長 鏈，生物工程將成為21世紀我國重點發(fā)展的支柱產業(yè)，生物技術的發(fā)展對人類生活的各個 領域將產生越來越大的影響。
[0003] 固態(tài)發(fā)酵是微生物利用固體基質作為能源和載體，進行的一種生物反應過程。由 于所用培養(yǎng)基氣固表面積大，微生物易于生長，而且因為微生物是在最接近自然狀態(tài)的情 況下生長，因此可產生一些在液體發(fā)酵時不會產生的酶或其他代謝產物，特別是許多絲狀 真菌，只有在固態(tài)發(fā)酵是才能達到最佳的生長和代謝水平。另外，固態(tài)發(fā)酵后處理簡便、污 染少、基本無廢水排放，由于這些特點，固態(tài)發(fā)酵已被廣泛地用于生產生物飼料、生物肥料、 生物農藥、酶制劑、有機酸、功能食品等眾多廣品。
[0004] 但是，現有的固態(tài)發(fā)酵反應器在原位滅菌、自動化控制、傳質散熱、連續(xù)操作等方 面缺乏較為全面的研宄，致使其功能單一、應用范圍狹小，從而也制約了現代固態(tài)發(fā)酵技術 的快速發(fā)展。因此，開發(fā)一種多功能、高效率的固態(tài)發(fā)酵生產裝置，是所屬技術領域面臨的 難題。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現有固態(tài)發(fā)酵反應器中的缺陷，提供一種多功 能，高效率的一體化固態(tài)發(fā)酵反應器。
[0006] 本發(fā)明還要解決的問題是提供上述一體化固態(tài)發(fā)酵反應器在培養(yǎng)好氧微生物、厭 氧微生物以及兼性厭氧微生物進行固態(tài)發(fā)酵中的應用。
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0008] 一種一體化固態(tài)發(fā)酵反應器，它包括依次相連的加料系統(tǒng)、發(fā)酵罐和回轉真空雙 錐干燥機；
[0009] 所述的發(fā)酵罐為臥式發(fā)酵罐，發(fā)酵罐外周設有夾套，發(fā)酵罐水平方向兩側設有第 一活動頂蓋和第二活動頂蓋，發(fā)酵罐底端設有出料口，發(fā)酵罐內部自上而下設有2~10層 傳輸帶，相鄰兩層傳輸帶傳輸方向相反，且保證物料沿上一層傳輸帶傳輸至盡頭時可以自 由下落至下一層傳輸帶沿傳輸方向的起始處，最下一層傳輸帶沿傳輸方向的盡頭正對出料 口的正上方；
[0010] 發(fā)酵罐頂部設有出氣孔，出氣孔附近設有溫度探頭、濕度探頭和壓力探頭；
[0011] 發(fā)酵罐內靠近活動頂蓋的位置垂直設置二流體噴嘴系統(tǒng)，所述的二流體噴嘴系統(tǒng) 包括1~10個噴嘴和二流體噴嘴管路，噴嘴通過二流體噴嘴管路與發(fā)酵罐外部氣液管路 串聯，所述發(fā)酵罐外部氣液管路為相互并聯的無菌水管路、種子液管路、蒸汽管路和氣體管 路；
[0012] 所述的加料系統(tǒng)包括依次相連的電動機、加料斗、輸送螺桿、出料管；
[0013]其中，
[0014]輸送螺桿外部設有加熱夾套、保溫夾套和冷卻夾套；
[0015]出料管與發(fā)酵罐相連，且出料管與發(fā)酵罐相連且正對最上層傳輸帶沿傳輸方向的 起始處。
[0016] 其中，所述的發(fā)酵罐為不銹鋼材質，發(fā)酵罐底端設有出料口，發(fā)酵罐通過底部的第 一支架和第二支架固定在底座上。
[0017] 其中，所述的夾套上設有熱交換介質進口和熱交換介質出口，熱交換介質進口設 于夾套最頂端，熱交換介質出口設于夾套最底端，且熱交換介質進口和熱交換介質出口在 水平方向上的位置遠離。
[0018] 其中，第一活動頂蓋與發(fā)酵罐側壁連接處設有固定螺栓，第二活動頂蓋與酵罐側 壁連接處設有固定螺栓。
[0019] 其中，發(fā)酵罐內部自上而下設有三層傳輸帶，分別為第一傳輸帶、第二傳輸帶和第 三傳輸帶，相鄰兩層傳輸帶傳輸方向相反，且保證物料沿第一傳輸帶傳輸至盡頭時可以自 由下落至第二傳輸帶沿傳輸方向的起始處，物料再沿第二傳輸帶傳輸至盡頭時可以自由下 落至第三傳輸帶沿傳輸方向的起始處，第三傳輸帶沿傳輸方向的傳輸盡頭正對出料口的正 上方。
[0020] 其中，所述的二流體噴嘴系統(tǒng)包括4個噴嘴、第一二流體噴嘴管路和第二二流體 噴嘴管路，4個噴嘴采用并聯的方式同時與第一二流體噴嘴管路和第二二流體噴嘴管路連 通；無菌水管路和蒸汽管路相互并聯，再與第一二流體噴嘴管路串聯；種子液管路和氣體 管路相互并聯，再與第二二流體噴嘴管路串聯；無菌水管路上設有第一液體過濾器和第二 液體過濾器，蒸汽管路上設有蒸汽發(fā)生器，種子液管路外接接種瓶，氣體管路上設有第一氣 體過濾器和第二氣體過濾器；無菌水管路和種子液管路上分別設有氣體流量計，蒸汽管路 和氣體管路上分別設有氣體流量計。
[0021] 其中，出料管底端正對最上層傳輸帶沿傳輸方向的起始處，出料管上設有蝶閥，蝶 閥位于發(fā)酵罐外。
[0022] 其中，冷卻夾套由循環(huán)水進行冷卻，加熱夾套由電加熱系統(tǒng)進行加熱，保溫夾套由 酚醛保溫材料進行保溫；其中，進入輸送螺桿的物料總是先經過加熱夾套，再經過保溫夾 套，最后經過冷卻夾套。
[0023] 其中，回轉真空雙錐干燥機頂部進料口通過活套法蘭與出料口連通。
[0024] 上述的一體化固態(tài)發(fā)酵反應器在培養(yǎng)好氧微生物、厭氧微生物以及兼性厭氧微生 物進行固態(tài)發(fā)酵中的應用。
[0025] 其中，上述一體化固態(tài)發(fā)酵反應器的使用方法包括裝料滅菌一傳輸一發(fā)酵一卸 料一干燥過程，如此往復進行，可實現滅菌、發(fā)酵、干燥的重復進行，大大縮短了了發(fā)酵時 間，具體步驟為：
[0026] 裝料滅菌：由培養(yǎng)基制備罐中的加料斗加入物料，并由絞龍攪拌均勻，通入蒸汽、 控制條件對物料進行滅菌；
[0027] 傳輸：開啟培養(yǎng)基制備罐內部的絞龍，并打開蝶閥開關，同時啟動發(fā)酵罐傳輸帶動 力，調節(jié)速度，使物料均勻地分布在3層傳輸帶上；
[0028] 發(fā)酵：調節(jié)罐體內部溫度、濕度、通氣量適宜后，由負壓接入種子液，開啟接種管道 閥門，將種子液噴灑于物料表面，完成接種。發(fā)酵過程中，輕輕地開啟傳輸帶動力同時打開 出料口，完成取樣；
[0029] 卸料：開啟傳輸帶，打開出料口，輸送出物料；
[0030] 干燥：對需要干燥的發(fā)酵產品，連接好真空干燥機，開啟加熱裝置并設置真空度， 干燥物料至所需要求。
[0031] 有益效果
[0032] 本發(fā)明中的一體化固態(tài)發(fā)酵器，具有自動化強度高，發(fā)酵過程穩(wěn)定，操作簡便，能 進行單批次和多批次發(fā)酵生產的優(yōu)點，可應用于好氧、厭氧及兼性厭氧微生物的固態(tài)發(fā)酵， 不論是哪種應用，該生產裝置都具有以下優(yōu)點或效果：
[0033] 1、自動化控制：本發(fā)明中的生產裝置應用了螺桿、傳輸帶輸送系統(tǒng)，使物料加入 后，自動控制各個過程，滿足了現代發(fā)酵工藝的要求，大大降低了人工勞動強度，提高了生 產效率。
[0034] 2、原位滅菌、連續(xù)發(fā)酵：本發(fā)明中的生產裝置物料滅菌、發(fā)酵是在同一個系統(tǒng)不同 罐體中進行，有效地避免離位滅菌帶來的雜菌污染問題，同時能夠實現發(fā)酵的連續(xù)進行。
[0035] 3、本發(fā)明中的真空干燥機干燥效果顯著，較常壓干燥，具有減少干燥時間，容易控 制，受熱均勻，還可以使產品的質量得到提高。
[0036] 4、本發(fā)明中的二流體噴嘴集加濕、接種、通氣、蒸汽管道功能于一身，免去了多重 管道帶來罐體結構的繁瑣。而且通過該裝置使液體形成霧化狀態(tài)，能更加均勻地噴灑于物 料之上。
[0037]5、本發(fā)明中加濕所用的無菌水是經過液體過濾器制備的，較傳統(tǒng)的滅菌方法簡 單，同時節(jié)約滅菌所耗費的能源。
【附圖說明】
[0038] 圖1為一體化固態(tài)發(fā)酵反應器的主視圖。
[0039] 圖2為二流體噴嘴系統(tǒng)示意圖。
[0040] 圖3為實施例2中單批次固體發(fā)酵y-聚谷氨酸示意圖。