CN100558876C - 自动进-排料封闭式固态发酵罐及其发酵工艺 - Google Patents
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Abstract
一种自动进-排料封闭式固态发酵罐及发酵工艺,它包括带加料口、排料口和进气口的罐体、带入口和出口的夹套、浅盘、中心轴、高压喷头、电机和传动装置,其特征在于:浅盘设置有30°-75°的扇形缺口,并焊接固定于发酵罐的内壁上,浅盘上有垂直穿透性的多个小孔,中心轴垂直活动穿过各层浅盘,中心轴上端连接能使其在竖直方向上升降的液压装置,同时中心轴还传动连接使其在水平方向上旋转的传动装置,在每层浅盘上方设置与中心轴固定连接的刮板。本发明的优点是结构简单;可实现连续进排料,进行自动化生产,降低劳动强度;进行无菌生产;性能优良;操作简便,可实现机械化控制和整体控温、控湿。
Description
技术领域:
本发明属于生物加工机械领域,特别是一种自动进-排料封闭式固态发酵罐及其发酵工艺。
背景技术:
固态发酵起源于中国,已有几千年的历史。近年来,由于固态发酵具有节能、节水的独特优势,属于清洁生产技术,逐步得到世界各国的重视。
固态发酵不同于液态发酵,在发酵过程中,营养物质分散不均,难于搅拌混匀,传质、传热、传气困难,发酵参数测量以及调控困难,工人劳动强度极大;但是固态发酵可以产生特有的代谢物质,并且发酵过程中节能节水,后处理简单,无需污水处理,所以被提上工业化大生产的日程。
现有的固态发酵反应器有:浅盘式发酵罐,转鼓式发酵罐,深层通风发酵罐。浅盘发酵的优点是,容易与外界发生物质、能量的交换,传质、传热、传气容易,菌体生长良好,缺点是,操作时,需要人工填装和摆放,劳动强度大,工作效率低,极易染菌;转鼓式发酵罐,不能连续生产,只能间歇操作,也需要人力操作,因此效率低;翻转盘发酵罐,虽然可以连续操作,但是结构复杂,不易控制;深层通风发酵罐,需要较高压力的无菌空气,耗能大,而且发酵培养基散热不佳。上述三种方法均不能很好地满足连续化无菌固态发酵的要求。
发明内容:
本发明的目的是要提供一种自动进-排料封闭式固态发酵罐及发酵工艺,结构简单、性能优良、操作方便、节约劳动力,可实现连续操作。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种自动进、排料封闭式固态发酵罐,它包括带加料口、排料口和进气口的罐体、带入口和出口的夹套、浅盘、中心轴、高压喷头、电机和传动装置,其特征在于:浅盘设置有30°-75°的扇形缺口,并焊接固定于发酵罐的内壁上,浅盘上有垂直穿透性的多个小孔,中心轴垂直活动穿过各层浅盘,中心轴上端连接能使其在竖直方向上升降的液压装置,同时中心轴还传动连接使其在水平方向上旋转的传动装置,在每层浅盘上方设置与中心轴固定连接的刮板。
上述小孔孔径为5mm,孔间距为10-15mm;
上述各层浅盘的扇形缺口排列方式:按照刮板旋转的反方向,下一层的扇形缺口起始角边与上一层的终止角边的夹角为10°-30°。
上述的浅盘为5~20个。
上述的刮板板面与竖直方向呈45-60°角。
使用上述自动进-排料封闭式固态发酵罐的发酵工艺,其步骤如下:
1、启动液压装置将中心轴提起,使刮板底部到浅盘距离为所需平铺发酵基质的厚度;2、然后从罐的顶部入口处将固态发酵基质灌入,与此同时,开动电机驱动中心轴带动刮板旋转,使得灌入第一层的发酵基质平铺在浅盘上,而多余的发酵基质则从缺口处落到第二层浅盘上,第二层浅盘铺满后再到第三层浅盘上,以此类推,直到最后一层浅盘铺满;3、进行发酵,发酵过程中可按常规进行通风,加湿,控制温度、压力参数;4、发酵结束后,启动液压装置和电机使中心轴边旋转边下降,在旋转与下降的过程中,发酵基质及产物被一同剔下,并从各浅盘扇形缺口处向下落,最后从锥形罐底的排料口排出;5、一个批次结束后,开启罐壁上安装的高压喷头,清洗浅盘、刮板、中心轴。
本发明的优点是:1、结构简单;2、可实现连续进排料,可进行自动化生产,降低劳动强度;3、可进行无菌生产,适用于无菌程度要求高的医药、酶制剂、抗生素固态发酵工业化生产;4、性能优良,浅盘上的发酵培养基的厚度可以控制,将所有的浅盘串联起来,多于的热量便于排出;5、操作简便,可完全实现机械化控制;6、可实现整体控温、控湿。
附图说明:
图1为本发明的结构示意图。
图2为带缺口的浅盘结构示意图。
图3为刮板形状示意图。
图4是图3的俯视图。
图5是刮板形状立体示意图。
具体实施方式:
见图1-5,本发明提供的发酵罐,其结构如下:设置带加料口4、排料口1和进气口14的罐体2,罐体2上设置带入口3和出口13的夹套,5~20层浅盘12焊接固定于发酵罐的内壁上,浅盘12上设置30°-75°的扇形缺口15,各层浅盘12的扇形缺口15排列方式:按照刮板旋转的反方向,下一层的扇形缺口15起始角边与上一层的扇形缺口15终止角边的夹角为10°-30°。浅盘12上有垂直穿透性的小孔若干,孔径为5mm,孔间距为10-15mm;中心轴8位于罐体中心,并垂直穿过所有的浅盘12,中心轴8上端连接液压装置6,能使其在竖直方向上升降,同时中心轴8还传动连接使其在水平方向上旋转的传动装置,传动装置可采用现有的齿轮传动机构,传动装置连接电机7。见图1、3、4,在每层浅盘12上方设置刮板11,刮板11与中心轴8通过螺栓固定连接,刮板板面与竖直方向呈45-60°角。在发酵罐内组装高压喷头9。
本发明使用上述自动进排料封闭式固态发酵罐的发酵工艺如下:
实施例:木霉孢子固态发酵
设损耗率为5%,压缩率为5%,则投料量为v/(1-5%)/(1-5%)=5.5m3
首先,将用高压喷头9将发酵罐清洗干净,并杀菌;利用液压装置6将中心轴8与刮板11提起,使刮板11底部到浅盘12的距离为0.08m。
然后利用气流输送系统将生料(麸皮、稻壳、玉米粉、稻草粉加水混合物)送至发酵罐顶加料口4处,上料流量等于生料从扇形缺口下降的流量。
首先,启动液压装置6将中心轴8提起,使刮板11底部到浅盘12距离为所需平铺发酵基质的厚度,然后从罐的顶部加料口4处将固态发酵基质灌入,与此同时,开动电机7带动中心轴8及刮板11一同旋转,使得灌入第一层的发酵基质平铺在浅盘12上,而多余的发酵基质则从扇形缺口15处落到第二层浅盘12上,第二层浅盘12铺满厚度量再到第三层浅盘12上,以此类推,直到最后一层浅盘12铺满。
发酵过程中可进行通风,加湿,控制温度、压力参数。
当发酵结束后,使中心轴8边旋转边下降,在旋转与下降的过程中,发酵基质及产物被一同剔下,并从扇形缺口处向下落,最后从锥形罐底的排料口1排出。
封闭入口与出口,从进气口14向罐内通入高温高压的水蒸气,并使其在120℃保持0.5h。
用离心泵向夹套中打入冷水,以帮助降温,直至物料中心温度为25℃。
将刮板11再提高80mm,并开始旋转,以无菌空气为载体向罐内喷射木霉孢子,在刮板11的作用下,使孢子均匀的分布于固态基质表面。
在发酵过程中,为保持预设的发酵工艺参数,开动电机7,使中心轴8带动刮板11旋转,带动气流湍动,则两浅盘间无滞流的气流,因此,浅盘的基质上方无滞留的热量,基质下方的热量可通过金属的浅盘向流动的空气中传递,刮板11的旋转,使得气流在整体上由罐底向罐顶运动,既保证了菌体生长所需的氧气,同时也将代谢的废气与热量带走,进而达到传热、传气的目的。通过高压喷头9向内注水,使其向罐内喷射雾状的液滴,以调节罐内的湿度,。
发酵结束后,保持罐温,停止注水,向罐内通入干燥的无菌空气,使基质干燥,当水分小于20%后,逐渐下降并旋转中心轴8,剔下各浅盘12表面的基质,使其通过扇形缺口15逐步向下滑落,最后所有的基质都排出罐外。
打开高压喷头9,冲洗罐壁、刮板11、浅盘12、中心轴8等部件,准备下一批次的生产。
Claims (6)
1、一种自动进-排料封闭式固态发酵罐,它包括带加料口、排料口和进气口的罐体,带入口和出口的夹套,浅盘,中心轴,高压喷头,电机和传动装置,其特征在于:浅盘设置有30°-75°的扇形缺口,并焊接固定于发酵罐的内壁上,浅盘上有垂直穿透性的多个小孔,中心轴垂直活动穿过各层浅盘,中心轴上端连接能使其在竖直方向上升降的液压装置,同时中心轴还传动连接使其在水平方向上旋转的传动装置,在每层浅盘上方设置与中心轴固定连接的刮板。
2、根据权利要求1所述的自动进-排料封闭式固态发酵罐,其特征在于:小孔孔径为5mm,孔间距为10-15mm。
3、根据权利要求1所述的自动进-排料封闭式固态发酵罐,其特征在于:各层浅盘的扇形缺口排列方式:按照刮板旋转的反方向,下一层的扇形缺口起始角边与上一层的终止角边的夹角为10°-30°。
4、根据权利要求1所述的自动进-排料封闭式固态发酵罐,其特征在于:浅盆为5-20个。
5、根据权利要求1所述的自动进-排料封闭式固态发酵罐,其特征在于:刮板板面与竖直方向呈45-60°角。
6、使用权利要求1所述的自动进-排料封闭式固态发酵罐的发酵工艺,其步骤如下:
(1)、启动液压装置将中心轴提起,使刮板底部到浅盘距离为所需平铺发酵基质的厚度;(2)、然后从罐的顶部入口处将固态发酵基质灌入,与此同时,开动电机驱动中心轴带动刮板旋转,使得灌入第一层的发酵基质平铺在浅盘上,而多余的发酵基质则从缺口处落到第二层浅盘上,第二层浅盘铺满后再到第三层浅盘上,以此类推,直到最后一层浅盘铺满;(3)、进行发酵,发酵过程中按常规进行通风,加湿,控制温度、压力参数;(4)、发酵结束后,启动液压装置和电机使中心轴边旋转边下降,在旋转与下降的过程中,发酵基质及产物被一同剔下,并从各浅盘扇形缺口处向下落,最后从锥形罐底的排料口排出;(5)、一个批次结束后,开启罐壁上安装的高压喷头,清洗浅盘、刮板、中心轴。
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