CN102191276B - 呼吸式固态发酵方法及发酵罐 - Google Patents

呼吸式固态发酵方法及发酵罐 Download PDF

Info

Publication number
CN102191276B
CN102191276B CN201110107956.8A CN201110107956A CN102191276B CN 102191276 B CN102191276 B CN 102191276B CN 201110107956 A CN201110107956 A CN 201110107956A CN 102191276 B CN102191276 B CN 102191276B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fermentor tank
fermentation
tank
air
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201110107956.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102191276A (zh
Inventor
陈洪章
李宏强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Process Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Process Engineering of CAS filed Critical Institute of Process Engineering of CAS
Priority to CN201110107956.8A priority Critical patent/CN102191276B/zh
Publication of CN102191276A publication Critical patent/CN102191276A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102191276B publication Critical patent/CN102191276B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/16—Solid state fermenters, e.g. for koji production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/56—Floating elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/18—Flow directing inserts
    • C12M27/22—Perforated plates, discs or walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/40—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pressure

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种呼吸式固态发酵方法及发酵罐，其结构由可承压的双罐体、呼吸式充排气系统和液体循环系统组成。发酵过程中通过呼吸式充排气系统，交替将一个罐体内的空气部分抽出充入另外一个罐体中，然后抽气的发酵罐吸入新鲜空气，充气的罐体迅速排气，两罐交替充排。本发明的设计使罐体内的废气可以充分排出，排气的过程可加速培养基中水分蒸发及时带走发酵过程中产生的热量。反应器内部压力的周期变化对微生物形成周期刺激，有利于促进微生物的生长。

Description

呼吸式固态发酵方法及发酵罐
技术领域
本发明属于生物化工领域，特别涉及呼吸式固态发酵方法及发酵罐。
背景技术
固态发酵(Solid-state fermentation，SSF)是指培养基呈固态，虽然含水丰富，但在没有或几乎没有自由流动水的状态下进行的一种或多种微生物发酵过程。自上世纪40年代以来，液体深层发酵一直是发酵行业的主角。随着时代的发展，液体深层发酵技术进一步发展遇到了障碍，高污染和高能耗就是其面临的最大问题，高浓度、高粘度发酵成为液体深层发酵的重要发展方向，然而高浓度、高粘度发酵的极限状态就是固态发酵。
从生态学和仿生学的观点来看，固态发酵更适宜于微生物的生存、繁殖和代谢。固态发酵，尤其是产品为生物量或初级代谢产物的固态发酵相对于液态深层发酵，表现出众多的优越性。
随着环境和资源问题的加剧，人们把目光转向木质纤维素类可再生资源的开发利用，而固态发酵技术是利用这类可再生资源的一个有效途径。近年来固态发酵技术已逐渐成为研究的新热点，其关键问题是开发合适的固态发酵反应器，实现固态发酵的大规模产业化。
固态发酵反应器从培养基的运动状态来分，可以分为静态式固态发酵反应器和动态式固态发酵反应器。静态固态发酵反应器是结构比较简单的固态发酵反应器，现在使用较多的是浅盘式和填充床式两种。虽然静态固态发酵能使微生物的生长环境接近其自然生长状态，但由于发酵过程产生的代谢热很难被有效移除，而使其难以被应用在大规模的生产上。动态式固态发酵过程中培养基处于连续或间歇搅拌状态。大多数的固态发酵大规模生产都是在有搅拌的系统中完成的。搅拌可以增加代谢热的散逸，同时也使发酵环境的一致性增加，为提高发酵效率提供了必要的条件。但搅拌对生产效率的影响却存在争议。一些文献报道：由搅拌导致的传质、传热性能的改善所带来的效果要优于搅拌所带来的不良影响；另有研究表明，搅拌会使生产效率降低，搅拌对固态发酵系统提出了额外的要求。首先，固态基质要能够耐剪切，并且不能存在由于搅拌而结块的倾向；第二，搅拌会损伤菌丝，进而可能影响其生长代谢。目前看来，常用的动态固态发酵反应器主要有转鼓式、搅拌式和气固流化床式(Durand A.Bioreactor designs forsolid state fermentation.Biochem.Eng.J.，2003，13(2-3)：113-125)。
专利号ZL02100176.6公开了一种气相双动态固态发酵方法及其发酵装置，其创新之处在于将培养基置于压力脉动及循环流动空气组成的双动态环境中进行发酵。用动态的空气替代了传统的机械搅拌，这是一个根本的革新，为后续的固态发酵反应器设计提供了新的思路和方向。
发明内容
【发明目的】固态发酵天然具有节水、节能的优势。但是由于固态发酵的连续相为气相，导致固态发酵过程中的散热问题成为固态发酵放大过程的一个主要障碍。为了解决固态发酵的散热问题，传统的方法是加大通气量，增加散热面积，增加搅拌的强度等。本发明的目的就是提供一种新的设计，有效解决固态发酵反应器的散热问题。
【本发明的构思】本发明借鉴专利ZL02100176.6的设计，模仿呼吸的原理和动作，并联两个相同的立式发酵罐，两个发酵罐一“呼”一“吸”，一“吸”一“呼”，“呼”是为了将发酵产生的废气排出减少对微生物的代谢抑制，“呼”所产生的部分真空也是促进培养基中水蒸气蒸发的动力源；“吸”也是为了“呼”发酵罐吸入的气体增加了罐内的压力，在有压力的情况下，“呼”的动作幅度将增加，有利于增加培养基中的孔隙度提供微生物生长更多的界面。
【本发明技术方案】本发明的基本构造如附图1：
发酵罐的基本结构为一个圆柱体，高径比为，1∶0.5-1∶10。发酵罐采用不锈钢、碳钢或者内部使用不锈钢衬里外部使用碳钢加工制造。发酵罐的罐盖27采用带密封的快开门结构，罐盖27上布置有放气阀10，用于排出发酵罐内的废气，温度、湿度和压力传感器11用于监控反应器内部温度、湿度和压力并配合发酵自动控制系统对罐体的操作，通过轴封12安装在罐盖27顶部中间的布流器13，布流器可以旋转便于将种子液或培养基均匀喷洒到料盘上的培养基。发酵罐底部是锥形结构，锥形的角度根据需要可以在60°-150°之间选择，发酵罐底部安装排污阀17，用于冷凝水或者发酵过程培养基的排放。发酵罐底部另外设置两个管路，一个连接蒸汽管20，并有蒸汽阀控制，一个连接进气管，空气通过进气阀15和热交换器和过滤器16后进入发酵罐。这个管路还连接进液阀9，通过管路上的蠕动泵14可以将发酵罐底部的无菌水或发酵液21打到发酵罐顶部料盘上。料盘2的高度为5-50cm，直径和发酵罐的直径相配合，料盘上部有凹槽23结构，凹槽中安装O型圈，用于密封料盘和反应器壁之间的空隙。这样可以防止在“呼吸”操作过程中产生空气的短路，也保证培养基和种子液可以均匀的分布于各层料盘中。根据料盘高度和反应器高的比例，反应器内部安装2-50层料盘。两个结构和配置相同的发酵罐为一组，为了说明方便，将两个罐分别标记为A罐和B罐。
进行普通的固态发酵时，小型实验用发酵罐放置于无菌间内操作，大型生产用罐将罐体顶部置于生产车间的二层地面以上，罐体开口的车间为10000级的无菌车间，用于培养基的装盘和装罐操作。培养基3灭菌后接入菌种后装入料盘2，打开罐盖27，通过料盘十字架25将料盘2吊装入罐体内部，并向发酵罐底部充入一定体积的无菌水用于调节培养基的湿度。关闭罐盖27后开始进入发酵状态。发酵过程的控制流程如下：开动往复泵4，打开控流电磁阀6和8，关闭控流电磁阀5和7，将发酵罐A中的气体部分抽到发酵罐B中，发酵罐顶部安装有压力传感器11，当发酵罐A内部的压力达到-0.02MPa(表压)到-0.08MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀6和8，打开发酵罐A上的进气阀15，给发酵罐A充入新鲜空气，空气经过热交换器和过滤器16，确保气体的温度适合发酵过程，同时确保气体无菌。与此同时，打开发酵罐B罐盖27上的排气阀10，将发酵罐B内的气体排出。间隔5-60分钟后，通过控制系统打开往复泵4，打开控流阀5和7，将发酵罐B中的气体抽到发酵罐A中，当发酵罐B内部的压力达到-0.02MPa(表压)到-0.08MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀5和7，打开发酵罐B上的进气阀15，给发酵罐B充入新鲜空气。与此同时，打开发酵罐A罐盖27上的排气阀10，将发酵罐A的气体排出。根据发酵罐温度变化情况，间隔5-60分钟后进入下一次呼吸操作。发酵结束后打开罐盖27，将物料从顶部取出。
本发酵罐也可用于惰性载体固态发酵。这种发酵方式时，反应器的操作如下：打开罐盖27，将惰性载体3放入料盘2中，将料盘通过料盘十字架25吊装入反应器内。关闭罐盖27，从蒸汽管20通入饱和蒸汽给反应器及惰性载体3灭菌。灭菌结束反应器温度降低到发酵温度时，从进液阀9接入种子液，将灭菌过程中产生的冷凝水从排污阀17中排出后，从蒸汽管给发酵罐打入液体培养基。开启蠕动泵14将培养基从反应器顶部进液阀9，通过布流器13将培养基均匀喷洒到料盘2中的惰性载体3中，顶部的惰性载体吸收的培养基达到一定程度后会从料盘2底部的网眼26中漏下，从而使反应器中的各层惰性载体都吸收充分的培养基。发酵开始后，开动往复泵4，打开控流电磁阀6和8，关闭控流电磁阀5和7，将发酵罐A中的气体部分抽到发酵罐B中，发酵罐顶部安装有压力传感器11，当发酵罐A内部的压力达到-0.02MPa(表压)到-0.08MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀6和8，打开发酵罐A上的进气阀15，给发酵罐A充入新鲜空气，空气经过热交换器和过滤器16，确保气体的温度适合发酵过程，同时确保气体无菌。与此同时，打开发酵罐B罐盖27上的排气阀10，将发酵罐B内的气体排出。间隔1-30分钟后，通过控制系统打开往复泵4，打开控流阀5和7，将发酵罐B中的气体抽到发酵罐A中，当发酵罐B内部的压力达到-0.02MPa(表压)到-0.08MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀5和7，打开发酵罐B上的进气阀15，给发酵罐B充入新鲜空气。与此同时，打开发酵罐A罐盖27上的排气阀10，将发酵罐A的气体排出。根据发酵罐温度变化情况，间隔1-30分钟后进入下一次呼吸操作。发酵结束后打开罐盖27，将惰性载体从顶部取出，连同底部留存的发酵液一起进行发酵产物的提取和纯化。
惰性载体发酵时，发酵方式也可以为连续发酵。连续发酵的反应器操作方式如下：打开罐盖27，将惰性载体3放入料盘2中，将料盘通过料盘十字架25吊装入反应器内。关闭罐盖27，从蒸汽管20通入饱和蒸汽给反应器及惰性载体3灭菌。灭菌结束反应器温度降低到发酵温度时，从进液阀9接入种子液，将灭菌过程中产生的冷凝水从排污阀17中排出后，从进液阀9给发酵罐连续打入液体培养基。开启蠕动泵14将流到底部的培养基从反应器顶部进液阀9，通过布流器13再次均匀喷洒到料盘2中的惰性载体3中，顶部的惰性载体吸收的培养基达到一定程度后会从料盘2底部的网眼26中漏下，从而使反应器中的各层惰性载体都吸收充分的培养基。待系统稳定后，反应器中发酵完全的培养基通过A罐蒸汽阀18和B罐蒸汽阀19开始从蒸汽管20向外部排出发酵液。排出速率和进料速率相等，且保证排料速率(L／h)和反应器内部留存的发酵液体积(L)之比(稀释率)为0.01-0.1(1／h)。发酵开始后，开动往复泵4，打开控流电磁阀6和8，关闭控流电磁阀5和7，将发酵罐A中的气体部分抽到发酵罐B中，发酵罐顶部安装有压力传感器11，当发酵罐A内部的压力达到-0.02MPa(表压)到-0.08MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀6和8，打开发酵罐A上的进气阀15，给发酵罐A充入新鲜空气，空气经过热交换器和过滤器16，确保气体的温度适合发酵过程，同时确保气体无菌。与此同时，打开发酵罐B罐盖27上的排气阀10，将发酵罐B内的气体排出。间隔1-60分钟后，通过控制系统打开往复泵4，打开控流阀5和7，将发酵罐B中的气体抽到发酵罐A中，当发酵罐B内部的压力达到-0.02MPa(表压)到-0.08MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀5和7，打开发酵罐B上的进气阀15，给发酵罐B充入新鲜空气。与此同时，打开发酵罐A罐盖27上的排气阀10，将发酵罐A的气体排出。根据发酵罐温度变化情况，间隔1-60分钟后进入下一次呼吸操作。将得到发酵液进行连续或间歇的分离和纯化，即得到发酵产品。
本发明具有以下特点和优势：
1.发酵罐结构简单，内部不存在机械运动部件，增加了设备的整体可靠性；
2.采用“呼吸”式供氧，在较为彻底的排出发酵废气的同时，可以增加培养基中水分的蒸发，有利于培养基的温度控制；
3.发酵罐采用了仿生学原理，利用“呼吸”的方式排出反应产生的废气，吸入所需的新鲜空气，反应器内部存在压力氧气浓度和二氧化碳浓度的周期变化，形成了对微生物生长有利外界周期刺激环境，有利于提高微生物的发酵水平；
4.一罐多用，既可以用于普通的固态发酵，又可以用于惰性载体固态发酵还可以用于连续惰性载体固态发酵；
附图说明
图1呼吸式固态发酵罐，
图2料盘侧视图和俯视图
1，罐壁；2，料盘；3，培养基或惰性载体；4，往复泵；5，控流电磁阀(1)；6，控流电磁阀(2)；7，控流电磁阀(3)；8，控流电磁阀(4)；9，进液阀；10，放气阀；11，温度、压力和湿度传感器；12，轴封；13，布流器；14，蠕动泵；15，进气阀；16，热交换器和过滤器；17，排污阀；18，A罐蒸汽阀；19，B罐蒸汽阀；20，蒸汽管；21，无菌水或发酵液；22，O型圈；23，凹槽；24，料盘底；25，料盘十字架；26，网眼；27，罐盖。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
利用呼吸式固态发酵罐发酵绿色木霉(Trichoderma reesei)生产纤维素酶。
采用高径比为1∶2，直径为1.5m，罐体圆柱体高度为3m的发酵罐，体积为5.3m3。罐底部的锥形角度选择为150°，锥形体积为0.118m3，可用于存放一定质量的无菌水，用于空气的湿度调节。料盘高度为15cm，料盘层数为20层。固态发酵所使用的培养基为汽爆玉米秸秆和麦麸，其质量比为4∶1，两者充分混合后加入2.5倍(质量比)的无机盐溶液，无机盐溶液的组成是：(NH4)25O4，15g/L；MgSO4，6g/L；KH2PO4，3g／L。培养基在蒸料罐中121℃，40min灭菌后接种绿色木霉液体种子，接种量为0.5L种子液／kg干培养基。接种完成后使物料的含水量约为75％(质量比)。接种完成后将培养基在无菌车间装盘，装盘高度为10cm，保留料盘上部有5cm的空间。
培养基灭菌的同时，给发酵罐进行空消。空消的过程如下：打开蒸汽阀18，19，从蒸汽管20向罐体内通入饱和蒸汽，稍微打开放气阀10，保持在灭菌过程中有蒸汽少量排出，以彻底灭菌。灭菌过程保持罐内压力0.1MPa，灭菌时间为30min。
灭菌完成后，打开罐盖27，通过料盘十字架25将料盘2吊装入罐体内部。关闭罐盖27后开始进入发酵状态。发酵过程的控制流程如下：开动往复泵4，打开控流电磁阀6和8，关闭控流电磁阀5和7，将发酵罐A中的气体部分抽到发酵罐B中，发酵罐顶部安装有压力传感器11，当发酵罐A内部的压力达到-0.02MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀6和8，打开发酵罐A上的进气阀15，给发酵罐A充入新鲜空气，空气经过热交换器和过滤器16，确保气体的温度在20-22℃之间，同时确保气体无菌。与此同时，打开发酵罐B罐盖27上的排气阀10，将发酵罐B内的气体排出。间隔30分钟后，通过控制系统打开往复泵4，打开控流阀5和7，将发酵罐B中的气体抽到发酵罐A中，当发酵罐B内部的压力达到-0.02MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀5和7，打开发酵罐B上的进气阀15，给发酵罐B充入新鲜空气。与此同时，打开发酵罐A罐盖27上的排气阀10，将发酵罐A的气体排出。间隔25分钟后进入下一次呼吸操作。发酵结束后打开罐盖27，将物料从顶部取出，将生产的酶曲直接低温干燥后用作饲料添加剂。
实施例2
利用呼吸式固态发酵罐发酵Xanthomonas campestris CGMCC1.1781生产黄原胶。
采用高径比为1∶1，直径为2m，罐体圆柱体高度为2m的发酵罐，体积为6.28m3。罐底部的锥形角度选择为120°，锥形体积为0.524m3，可用于存放一定质量的培养基。料盘高度为10cm，料盘层数为20层。固态发酵所使用的培养基为葡萄糖30g L-1、NH4NO31g L-1，酵母粉2g L-1、MgSO4·7H2O0.25g L-1、Na2HPO40.1g L-1、CaCO33g L-1。
料盘中装入边长为0.5cm的聚氨酯泡沫塑料块，装盘高度为6cm，保留料盘上部有4cm的空间。
打开罐盖27，将料盘通过料盘十字架25吊装入反应器内。关闭罐盖27，从蒸汽管20通入饱和蒸汽给反应器及惰性载体3(聚氨酯泡沫塑料)灭菌。灭菌结束反应器温度降低到发酵温度时，从进液阀9接入X.campestris CGMCC1.1781种子液，接种量为2L／kg泡沫塑料，将灭菌过程中产生的冷凝水从排污阀17中排出后，从蒸汽管给发酵罐打入液体培养基，培养基的加入量为18kg／kg泡沫塑料。开启蠕动泵14将培养基从反应器顶部进液阀9，通过布流器13将培养基均匀喷洒到料盘2中的惰性载体3中，顶部的惰性载体吸收的培养基达到一定程度后会从料盘2底部的网眼26中漏下，从而使反应器中的各层惰性载体都吸收充分的培养基。发酵开始后，开动往复泵4，打开控流电磁阀6和8，关闭控流电磁阀5和7，将发酵罐A中的气体部分抽到发酵罐B中，发酵罐顶部安装有压力传感器11，当发酵罐A内部的压力达到-0.08MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀6和8，打开发酵罐A上的进气阀15，给发酵罐A充入新鲜空气，空气经过热交换器和过滤器16，确保气体的温度在20-25℃，同时确保气体无菌。与此同时，打开发酵罐B罐盖27上的排气阀10，将发酵罐B内的气体排出。间隔1-30分钟后，通过控制系统打开往复泵4，打开控流阀5和7，将发酵罐B中的气体抽到发酵罐A中，当发酵罐B内部的压力达到-0.08MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀5和7，打开发酵罐B上的进气阀15，给发酵罐B充入新鲜空气。与此同时，打开发酵罐A罐盖27上的排气阀10，将发酵罐A的气体排出。根据发酵罐温度变化情况，间隔1-30分钟后进入下一次呼吸操作。发酵72h后，打开罐盖27，将惰性载体从顶部取出，连同底部留存的发酵液一起进行发酵产物的提取和纯化。
实施例3
用本发明连续固态发酵Streptomyces clavuligerus生产克拉霉素。
采用高径比为1∶5，直径为1m，罐体圆柱体高度为5m的发酵罐，体积为3.93m3。罐底部的锥形角度选择为60°，锥形体积为0.453m3，可用于存放一定质量的培养基。料盘高度为50cm，料盘层数为10层。固态发酵所使用的培养基为甘油12g/L、黄豆粉提取液300ml／L、胨10g/L和KH2PO40.8g/L。
料盘中装入边长为1cm的聚氨酯泡沫塑料块，装盘高度为45cm，保留料盘上部有5cm的空间。
连续发酵的反应器操作方式如下：打开罐盖27，将料盘通过料盘十字架25吊装入反应器内。关闭罐盖27，从蒸汽管20通入饱和蒸汽给反应器及惰性载体3灭菌。灭菌结束反应器温度降低到发酵温度时，从进液阀9接入种子液，接种量为2L／kg泡沫塑料，将灭菌过程中产生的冷凝水从排污阀17中排出后，从进液阀9给发酵罐连续打入液体培养基。开启蠕动泵14将流到底部的培养基从反应器顶部进液阀9，通过布流器13再次均匀喷洒到料盘2中的惰性载体3中，顶部的惰性载体吸收的培养基达到一定程度后会从料盘2底部的网眼26中漏下，从而使反应器中的各层惰性载体都吸收充分的培养基，反应器中惰性载体的体积约为3.5m3，培养基容量为3.5吨。待系统稳定后，反应器中发酵完全的培养基通过A罐蒸汽阀18和B罐蒸汽阀19开始从蒸汽管20向外部排出发酵液。排出速率和进料速率相等，且保证排料速率(L／h)和反应器内部留存的发酵液体积(L)之比(稀释率)为0.04(1／h)。发酵开始后，开动往复泵4，打开控流电磁阀6和8，关闭控流电磁阀5和7，将发酵罐A中的气体部分抽到发酵罐B中，发酵罐顶部安装有压力传感器11，当发酵罐A内部的压力达到-0.05MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀6和8，打开发酵罐A上的进气阀15，给发酵罐A充入新鲜空气，空气经过热交换器和过滤器16，确保气体的温度为22-24℃，同时确保气体无菌。与此同时，打开发酵罐B罐盖27上的排气阀10，将发酵罐B内的气体排出。间隔5分钟后，通过控制系统打开往复泵4，打开控流阀5和7，将发酵罐B中的气体抽到发酵罐A中，当发酵罐B内部的压力达到-0.05MPa(表压)时，通过控制系统停止往复泵4，关闭控流阀5和7，打开发酵罐B上的进气阀15，给发酵罐B充入新鲜空气。与此同时，打开发酵罐A罐盖27上的排气阀10，将发酵罐A的气体排出。根据发酵罐温度变化情况，间隔5分钟后进入下一次呼吸操作。将得到发酵液进行连续或间歇的分离和纯化，即得到发酵产品。

Claims (2)

1.一种呼吸式固态发酵方法，其特征在于：将待发酵的固态物料或者吸收了液体培养基的惰性载体置于交替出现负压、常压和高压的环境中进行发酵，所述的交替出现负压、常压和高压为：由装在两个发酵罐之间的往复泵（4）将一个发酵罐A内的空气抽出排到另外一个发酵罐B中，当发酵罐A内部的压力达到表压为-0.02MPa到-0.08MPa时，通过控制系统停止往复泵（4），关闭控流阀（6）和（8），打开发酵罐A上的进气阀（15），给发酵罐A充入新鲜空气，空气经过热交换器和过滤器（16），确保气体的温度适合发酵过程，同时确保气体无菌,与此同时，打开发酵罐B罐盖（27）上的排气阀（10），将发酵罐B内的气体排出,间隔1-60分钟后，通过控制系统打开往复泵（4），打开控流阀（5）和（7），将发酵罐B中的气体抽到发酵罐A中，当发酵罐B内部的压力达到表压为-0.02MPa到-0.08MPa时，通过控制系统停止往复泵（4），关闭控流阀（5）和（7），打开发酵罐B上的进气阀（15），给发酵罐B充入新鲜空气,与此同时，打开发酵罐A罐盖（27）上的排气阀（10），将发酵罐A的气体排出,以上为一次呼吸操作,根据发酵罐温度变化情况，间隔1-60分钟后进入下一次呼吸操作，直至发酵结束。
2.一种呼吸式固态发酵罐，其特征在于：发酵罐的基本结构为一个圆柱体，高径比为1：0.5-1：10，发酵罐采用不锈钢、碳钢或者内部使用不锈钢衬里外部使用碳钢加工制造，发酵罐的罐盖（27）采用带密封的快开门结构，罐盖（27）上布置有放气阀（10）,用于排出发酵罐内的废气，温度、湿度和压力传感器（11）用于监控反应器内部温度、湿度和压力并配合发酵自动控制系统对罐体的操作，布流器（13）通过轴封（12）安装在罐盖（27）顶部中间，布流器（13）可以旋转便于将种子液或培养基均匀喷洒到料盘上的培养基，发酵罐底部是锥形结构，锥形的角度根据需要在60°-150°之间选择，发酵罐底部安装排污阀（17），用于冷凝水或者发酵过程培养基的排放，发酵罐底部另外设置两个管路，一个连接蒸汽管（20），并有蒸汽阀控制，一个连接进气管，空气通过进气阀（15）和热交换器和过滤器（16）后进入发酵罐，这个管路还连接进液阀（9），通过管路上的蠕动泵（14）可以将发酵罐底部的无菌水或发酵液（21）打到发酵罐顶部料盘上，料盘（2）的高度为5-50cm，直径和发酵罐的直径相配合，通过料盘十字架（25）吊装入发酵罐内，料盘（2）底部开有网眼（26），使得顶部的惰性载体吸收的培养基达到一定程度后会从网眼（26）中漏下，从而使反应器中的各层惰性载体都吸收充分的培养基，料盘上部有凹槽（23）结构，凹槽中安装O型圈，用于密封料盘和反应器壁之间的空隙，这样可以防止在“呼吸”操作过程中产生空气的短路，也保证培养基和种子液可以均匀的分布于各层料盘中，根据料盘高度和反应器高的比例，反应器内部安装2-50层料盘，两个结构和配置相同的发酵罐为一组。
CN201110107956.8A 2011-04-28 2011-04-28 呼吸式固态发酵方法及发酵罐 Expired - Fee Related CN102191276B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110107956.8A CN102191276B (zh) 2011-04-28 2011-04-28 呼吸式固态发酵方法及发酵罐

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110107956.8A CN102191276B (zh) 2011-04-28 2011-04-28 呼吸式固态发酵方法及发酵罐

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102191276A CN102191276A (zh) 2011-09-21
CN102191276B true CN102191276B (zh) 2014-09-24

Family

ID=44600143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110107956.8A Expired - Fee Related CN102191276B (zh) 2011-04-28 2011-04-28 呼吸式固态发酵方法及发酵罐

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102191276B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102504992B (zh) * 2011-10-27 2014-07-23 新疆天物科技发展有限公司 一种发酵槽下吸式防堵塞排气系统及其制作方法
CN102925336B (zh) * 2012-10-31 2014-06-04 中国科学院过程工程研究所 一种链式提升固体发酵罐及发酵方法
CN103952289B (zh) * 2014-04-23 2015-11-04 河南农业大学 一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器
CN106190813B (zh) * 2016-07-01 2017-08-04 合肥职业技术学院 双歧杆菌与纳豆芽孢杆菌共生培养装置、培养方法和应用
CN106723219A (zh) * 2016-10-31 2017-05-31 黑龙江省科学院微生物研究所 适用于豆粕固体好氧发酵的发酵罐
CN108004120B (zh) * 2018-01-16 2020-10-13 江苏丰泽生物工程设备制造有限公司 一体化管路布置立式大型发酵罐及其管路布置方法
CN112586604A (zh) * 2020-08-12 2021-04-02 淮阴师范学院 基于压力脉动技术的灵芝-黄芪双向发酵制备饲料添加剂的方法及装置
CN115851416B (zh) * 2023-02-09 2023-07-21 克拉玛依市新奥达石油技术服务有限公司 一种石油开采用微生物发酵罐微生物繁殖装置及繁殖工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1219871C (zh) * 2002-01-22 2005-09-21 中国科学院过程工程研究所 气相双动态固态发酵方法及其发酵装置
CN100335608C (zh) * 2004-12-21 2007-09-05 中国科学院过程工程研究所 一种惰性载体式固态连续化发酵的装置和方法
CN101768544A (zh) * 2010-02-24 2010-07-07 中国科学院过程工程研究所 一种以蠕动为周期刺激动力源的好氧固态发酵反应器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1219871C (zh) * 2002-01-22 2005-09-21 中国科学院过程工程研究所 气相双动态固态发酵方法及其发酵装置
CN100335608C (zh) * 2004-12-21 2007-09-05 中国科学院过程工程研究所 一种惰性载体式固态连续化发酵的装置和方法
CN101768544A (zh) * 2010-02-24 2010-07-07 中国科学院过程工程研究所 一种以蠕动为周期刺激动力源的好氧固态发酵反应器

Also Published As

Publication number Publication date
CN102191276A (zh) 2011-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102191276B (zh) 呼吸式固态发酵方法及发酵罐
CN103060212B (zh) 一种单细胞甲醇蛋白的工业化生产方法
CN102057836B (zh) 一种采用子母式培养罐快速生产食用菌液体菌种的方法
CN107955797B (zh) 丁酸梭菌的分段连续发酵工艺
CN102382766A (zh) 潮汐式动物细胞培养生物反应器
CN103865958A (zh) 一种采用固定化酵母细胞连续发酵生产乙醇的方法
CN105087383A (zh) 全功能高效食药用菌固态发酵系统进行固态发酵的方法
CN102845225A (zh) 海鲜菇液体菌种发酵工艺方法
WO2007045125A1 (fr) Procede et systeme de culture tissulaire ou de fermentation microbienne de type a stockage
CN207452144U (zh) 一种杂交瘤细胞过滤灌流培养制备抗体的装置
CN103695315B (zh) 一种用微生物发酵生产甲壳低聚糖的方法
CN101880699B (zh) 一种用微生物发酵生产甲壳低聚糖的方法
CN105039213A (zh) 一种好氧反硝化枯草芽孢杆菌制剂及其制备方法
CN105176853B (zh) 一株同时生产甲醇蛋白和木聚糖酶的毕赤酵母及其应用
CN106906253A (zh) 一种利用表面固定化技术发酵生产l‑乳酸的方法
CN108203710B (zh) 一种利用纯秸秆固体补料诱导里氏木霉产纤维素酶的方法及其使用的补料器
CN100463961C (zh) 一种富铬酿酒酵母、富铬酵母产品及其生产方法
CN101397538B (zh) 一种新型循环式填充床反应器
CN202415569U (zh) 潮汐式动物细胞培养生物反应器
CN102492614A (zh) 一种用于固液分相微生物发酵方法
CN205741024U (zh) 一种丢糟液态、固态组合两步法发酵试验装置
CN201116297Y (zh) 变压控温秸秆分解装置
CN201999942U (zh) 生物反应容器及生物人工肝用往返翻转灌流型生物反应器
CN202688312U (zh) 一种丝状真菌华根霉固定化液态发酵装置
CN101974500A (zh) 高纯中温α-淀粉酶的生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140924

Termination date: 20170428

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee