CN102093950B - 一种气湿耦合固态发酵罐及其发酵工艺 - Google Patents

一种气湿耦合固态发酵罐及其发酵工艺 Download PDF

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Abstract

本发明气湿耦合固态发酵罐包括外侧设有用于对进行控制温度的夹套的主罐体，以及罐盖和物料管组成，罐盖的顶面为筛网式罐盖面，罐盖通过顶端边沿设置的紧固扣与主罐体紧固；筛网式物料罐底置于支撑环架上，并设有用于密封的橡胶圈垫一；主罐体底部设置气湿耦合单元，气湿耦合单元由分支状通气管、无菌水层和通气管组成，菌水层内分布有分支状通气管，分支状通气管与通气管连接。该固态发酵装置通过将气体通入无菌水层过滤空气中菌尘的同时将含有水分子的空气通入物料中，可以在实现空气罐内除菌的同时维持物料的湿度，并散去固态发酵中产生的多余热量，实现好氧菌的固态发酵。具有原理新颖，结构简单，操作方便，造价低，便于推广和生产。

Description

一种气湿耦合固态发酵罐及其发酵工艺
技术领域
本发明属于微生物固态发酵领域，涉及到一种好氧菌的固态发酵罐及其发酵工艺。
背景技术
工业生产上的发酵方式主要有深层液体发酵和固态发酵两种。其中深层液态发酵方式是最主要的发酵工艺，技术较为成熟，在工业化生产中被广泛应用。但是也存在着工艺流程复杂，容易染菌，发酵后处理复杂，三废排放多，产芽孢率低等缺点。历史悠久的固态发酵重新被人们重视起来,作为一种新的工业生产方式，现代固态发酵在生产中体现出自己特有的优越性。固态发酵是没有或只有少量游离水存在，在具有可以满足微生物生长代谢的一定湿度的固态营养基质中进行微生物发酵过程。和传统的深层液体发酵工艺相比，固态发酵具有培养基含水量低，所需反应器体积小；产物浓度高，产品纯化费用低；无废水排放，污染物较少，属于清洁生产技术；所需通气压力低，能耗少；培养基来源广泛等优越性，具有节水节能等优势，属于清洁生产技术。
固态发酵反应器的研制对于固态发酵的工业化推广具有重要意义，根据基质的运动情况，固态发酵反应器可以分为两类：静态固态发酵反应器和动态固态发酵反应器。好养菌固态发酵影响因素受物料含水量，通气量，温度影响较大，好氧菌固态发酵反应器主要应该解决对于固态发酵温度、通气、物料含水量、防菌、等方面的控制。已有的固态发酵装置中通常将通气、加湿、散热分开处理，存在原理及制造复杂，操作控制复杂，造价高等方面的问题。
在对通入空气除菌时采用的方法主要有辐射杀菌、热杀菌、静电除菌，过滤除菌采用的介质如棉花、玻璃纤维、活性炭存在体填充费时费力，松紧度不易掌握的缺点；纸类过滤介质如超细玻璃纤维纸受潮后强度降低，影响空气过滤效果。
发明内容
[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的提供一种将通气、气体除菌、物料加湿、散热四种操作耦合在一起，同时能实现固态发酵过程中防菌、控温等要求，原理新颖、结构简单、性能优良、操作方便、造价低的的固态发酵装置及其发酵工艺。
本发明的技术方案是：一种气湿耦合固态发酵罐，包括外侧设有用于对进行控制温度的夹套的主罐体，以及罐盖和物料管，所述撑物料罐的通过支撑环架置于所述主罐体中，其特征在于，所述罐盖的顶面为筛网式罐盖面，所述罐盖通过顶端边沿设置的紧固扣与主罐体紧固；所述物料罐的底部为筛网式物料罐底，所述物料罐与所述支撑环架之间设有用于密封的橡胶圈垫一；所述主罐体底部设置气湿耦合单元，所述气湿耦合单元由分支状通气管、无菌水层和通气管组成，所述菌水层内分布有所述分支状通气管，所述分支状通气管与所述通气管连接。
进一步，所述分支状通气管上布有通气孔，所述通气孔的直径小于10mm。
进一步，所述紧固扣上设有密封垫二，所述密封垫二用于在所述紧固扣封闭所述物料罐与所述罐主体内壁缝隙防止气体从缝隙流失。
进一步，所述主罐体上还设有用于无菌水层形成和排出的无菌水进水管和无菌水出水管。
本发明的另一目的是提供上述气湿耦合固态发酵装置的发酵工艺，具体步骤包括如下：
首先，打开紫外灭菌灯对气湿耦合固态发酵罐及室内环境进行灭菌，打开夹套进水管和夹套出水管使发酵罐夹套内水保持流通，并通过温度传感器及温控仪调节罐内温度；
2.然后，打开罐内无菌水进水管使罐内无菌水层的水位高于底部分支状通气管，在物料罐内底部平整铺设多层已灭菌的纱布，将灭菌冷却后的培养物料及种子液混匀后平摊于纱布之上，在物料层上方覆盖多层已灭菌的纱布；
3.其次，盖上罐盖并将罐盖紧固扣与主罐体紧扣，打开空压机及储气罐进行通气，进行固态发酵，控制通气流量以防罐内无菌水层被强大气流激起水花溅到物料罐底部；
最后，发酵结束后取出物料罐，对发酵产品进行干燥、粉碎、过筛等后处理。
本发明的固态发酵装置的优点：
1 .原理新颖，将通气、气体除菌、物料加湿、散热四种操作耦合在一起实施固态发酵。
2.固态发酵装置性能优良，可以实现固态发酵中的温度、通气、空气除菌、物料加湿、物料散热等操作的控制。
3.结构简单，制作成本低，操作方便。
附图说明
图1是本发明的气湿耦合固态发酵罐整体结构图的结构示意图。
图2 是本发明的主罐体的结构示意图。
图3 是本发明的罐体内底部分枝状通气管道。
图4是本发明的物料罐的结构示意图。
图5是本发明的罐盖结构示意图。
图中：
1. 主罐体 11．出水管
2.罐盖 12．支撑环架
3．进水管 13．通气孔
4．夹套 14．筛网式物料罐底
5．物料罐 15． 橡胶圈垫一
6．夹套进水管 16．筛网式罐盖面
7．夹套出水管 17．紧固扣
8．物料层 18.橡胶垫圈二
9．无菌水层 19. 分支状通气管
10．通气管  
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1-3所示，本发明气湿耦合固态发酵装置，主罐体1外侧设用于控制有温度的夹套4，夹套4设有进水管1和出水管7，通过管道泵实现夹套内部水的循环；主罐体1罐内设有罐内物料支撑环架12，物料罐5置于物料支撑环架12上，主罐体1内底部设有无菌水层9，无菌水层9内铺设的分支状通气管2，分支状通气管2上分布有通气孔13，分支状通气管19通过通气管10与空气压缩机相连，气体通过罐体内底部的无菌水层9过滤掉气体中含带的菌尘的同时，在通过无菌水层9时夹带有水分子的气流对上面架设的物料罐5内物料层8进行通气加湿，同时带走物料发酵过程中产生的热量。无菌水通过罐内无菌水层进水管3及罐内无菌水层出水管11实现进水、排水以及无菌水层流动。
图4是本发明的物料罐的结构示意图。如图4所示，物料罐5底部为筛网式物料罐底14；物料罐5外底部设有橡胶圈垫一15。
图5是本发明的罐盖的结构示意图。如图5所示，罐盖2为筛网式罐盖面16便于气体流通，罐盖2上设有紧固扣17和橡胶垫圈二18，在紧固扣17和橡胶垫圈二18的压力作用下封闭物料罐5与罐主体1内壁缝隙防止气体从缝隙流失，
使用上述气湿耦合固态发酵装置的发酵工艺如下：
实施例 苏云金芽孢杆菌固态发酵
1.请参见图1，打开紫外灭菌灯对气湿耦合固态发酵装置及室内环境进行灭菌，打开夹套进水管1和夹套出水管7使夹套内水保持流通，并通过温度传感器及温控仪调节热水器温度控制罐内温度使之保持在30℃；
2.打开罐内无菌水进水管3使罐内无菌水的水位高于底部分支状通气管2，在物料罐内底部平整铺设灭菌后多层防菌纱布，将灭菌冷却后的培养物料（麦麸、豆饼粉、玉米粉、米糠按一定比例搭配）500g、无菌水300ml、培养好的种子液  200ml混匀后平摊于物料罐内8层纱布之上，在物料上方覆盖8层防菌纱布；
3.请参见见图5，盖上罐盖并将罐盖紧固扣17与主罐体紧扣，打开空压机及储气罐进行通气，控制通气流量以防罐内无菌水被强大气流激起水花溅到物料罐5底部，每隔2h进行通气30min进行固态发酵50h；
4.发酵结束后取出物料罐对发酵产品，排空夹套内水及罐内无菌水，对发酵后进行干燥、粉碎、过筛，对发酵后产品进行活芽孢数测定，整个发酵周期结束。

Claims (5)

1. 一种气湿耦合固态发酵罐，包括外侧设有用于控制温度的夹套（4）的主罐体（1），以及罐盖（2）和物料罐（5），所述物料罐（5）通过支撑环架（12）置于所述主罐体（1）中，其特征在于，所述罐盖(2)的顶面为筛网式罐盖面（16），所述罐盖（2）通过顶端边沿设置的紧固扣（17）与主罐体（1）紧固；所述物料罐(5)的底部为筛网式物料罐底（14），所述物料罐（5）与所述支撑环架（12）之间设有用于密封的橡胶圈垫一（15）；所述主罐体（1）底部设置气湿耦合单元，所述气湿耦合单元由分支状通气管(19)、无菌水层(9)和通气管(10)组成，所述无菌水层(9)内分布有所述分支状通气管(19)，所述分支状通气管(19)与所述通气管(10)连接。
2.根据权利要求1所述的气湿耦合固态发酵罐，其特征在于：所述分支状通气管(19)上布有通气孔（13），所述通气孔（13）的直径小于10mm。
3.根据权利要求1所述的气湿耦合固态发酵罐，其特征在于：所述紧固扣（17）上设有密封垫二（18），所述密封垫二（18）用于在所述紧固扣（17）封闭所述物料罐（5）与所述罐主体（1）内壁缝隙防止气体从缝隙流失。
4.根据权利要求1所述的气湿耦合固态发酵罐，其特征在于：所述主罐体（1）上还设有用于无菌水层形成和排出的无菌水进水管(3)和无菌水出水管(11)。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的气湿耦合固态发酵罐的发酵工艺，其特征在于，包括步骤具体如下：
步骤1：打开紫外灭菌灯对气湿耦合固态发酵装置及室内环境进行灭菌，打开夹套进水管和出水管使夹套内水保持流通，并通过温度传感器及温控仪调节热水器温度控制罐内温度；
步骤2：打开罐内无菌水进水管使罐内无菌水的水位高于底部分支通气管，在物料罐内底部平整铺设灭菌后多层防菌纱布，将灭菌冷却后的培养物料、无菌水、培养好的种子液混匀后平摊于物料罐内纱布之上，在物料上方覆盖多层防菌纱布；
步骤3：盖上罐盖并将罐盖紧固扣与主罐体紧扣，打开空压机及储气罐进行通气，控制通气流量以防罐内无菌水被强大气流激起水花溅到物料罐底部，进行固态发酵；
步骤4：发酵结束后取出物料罐对发酵产品进行干燥、粉碎、过筛后处理，排空夹套及罐内底部存水。
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Assignee: Beijing Chenji Guotai Technology Co., Ltd.

Assignor: University of Science and Technology Beijing

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Denomination of invention: Ventilation-humidification coupled solid-state fermentation tank and fermentation process thereof

Granted publication date: 20121107

License type: Exclusive License

Record date: 20140708

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Granted publication date: 20121107

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