CN102443535A - 一种固态发酵生物反应器 - Google Patents

一种固态发酵生物反应器 Download PDF

Info

Publication number
CN102443535A
CN102443535A CN201110329486XA CN201110329486A CN102443535A CN 102443535 A CN102443535 A CN 102443535A CN 201110329486X A CN201110329486X A CN 201110329486XA CN 201110329486 A CN201110329486 A CN 201110329486A CN 102443535 A CN102443535 A CN 102443535A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
temperature
fermentation
humidity
stirring
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.)
Granted
Application number
CN201110329486XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102443535B (zh
Inventor
赵兵
赵庆生
袁晓凡
王晓东
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 CN 201110329486 priority Critical patent/CN102443535B/zh
Publication of CN102443535A publication Critical patent/CN102443535A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102443535B publication Critical patent/CN102443535B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • C12M23/34—Internal compartments or partitions
    • 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
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C12M27/06—Stirrer or mobile mixing elements with horizontal or inclined stirrer shaft or axis
    • 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
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • 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
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
    • 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
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/10—Separation or concentration of fermentation products

Landscapes

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

Abstract

本发明涉及一种固态发酵生物反应器。所述反应器包括一反应箱体，所述反应箱体中部设置多孔的物料层隔板(5)，将反应箱体分成上层的发酵室(1)和下层的通气室(3)两部分；所述反应器还包括发酵控制系统，用于对搅拌单元、温度控制单元、湿度控制单元、供气控制单元和发酵尾气检测处理单元进行控制，以实现温度、湿度、通气、搅拌及尾气实时监测和控制。本发明实现了全封闭在线发酵，隔绝外界污染物的进入；尾气检测系统实时在线监测发酵气体状况，尾气回收设备处理尾气，保护环境，并且实现了温度、湿度、通气、搅拌及尾气控制系统的耦合工作，保证了微生物生长所必须的环境要素。

Description

一种固态发酵生物反应器
技术领域
本发明涉及发酵设备技术领域，具体地，本发明涉及一种固态发酵生物反应器。
背景技术
固态发酵(Solid State Fermentation，SSF)又称固体发酵，是指微生物在没有或几乎没有游离水的固体湿培养基上生长、繁殖、代谢的过程。固态发酵具有投资省、几乎无三废(废水、废气、固体废弃物)排放、能耗低、得率高、发酵时间短、成本低等液态发酵无法相比的特点，因而引起了广泛关注。固态发酵领域的研究及其在环境资源上的应用已取得了很大的进展，主要包括在生物燃料、生物农药、生物生长剂、生物肥料、工业废弃物生物解毒和降解等方面的应用。尤其在农业废弃物的资源化利用方面，固态发酵具有不可替代的优势。
生物反应器是固态发酵过程的核心关键技术，因此，反应器的研发与应用在固态发酵领域占有举足轻重的地位。近年来国内外已有许多类型的固态发酵反应器问世。常见的工业规模固态反应器有：转鼓式、木盒式、加盖盘式、垂直培养盘式、倾斜接种盒式、浅盘式、传送带式、圆盘式、混合式等反应器。
浅盘式反应器是最简单最传统的生物反应器，特别适合酒曲的加工。这种技术用于规模化生产比较容易，原因在于只要增加托盘的数目即可。但它需要很大的面积培养室，而且消耗很多人力。德国的Prophyta公司申请专利的这类反应器用来在无菌状态生产生物杀虫剂。这个反应器是一个塔状结构，里面装着穿孔的盘子，无菌空气可以穿过每一个盘。在每个盘子下面放有热交换器去除培养过程产生的热量(Durand A，Biochem.Eng.J.，2003，13：1 13-125)。这种反应器的主要缺点是物料处于静止状态，气-固、液-固等传质不均匀，发酵热难于及时排出，影响发酵效果。
填充床式反应器是静止式反应器，比浅盘式更易控制发酵参数。在大的浅盘反应器会出现中心缺氧和温度过高，在填充床反应器可通过通气部分解决这些问题，然而这种类型反应器没有搅拌器，床层底部到顶部的温度梯度不可避免，易出现物料局部温度过高。
转鼓式反应器是一个包括基质床层、气相流动空间和转鼓壁等组成的多相反应系统。与传统固态发酵生物反应器不同的是：基质床层不是铺成平面，而是由处于滚动状态的固体培养基颗粒构成。菌体生长在固体颗粒表面，转鼓以较低的转速转动，但菌丝体和培养基颗粒，特别是淀粉和粘性原料会结成块，影响物料的传质和传热，而且当鼓的转动速率增大时，剪切力的作用会影响菌丝体的生长。
其它反应器，如美国专利气相双动态固态发酵技术及装置(US20030138943 A1)，有效地改善了固态发酵过程中的热量传递和氧传递，能够实现工业化大规模纯种培养，但发酵罐为压力容器，需要压缩空气。
目前的固态发酵反应器中，大多为中试或规模化生产设备，一次投料从几十千克到几十吨不等。因其投料量大，不适用于实验室进行发酵过程研究。实验室规模主要采用Erlenmeyer摇瓶，1975～1980年间ORSTOM小组设计和申请专利的固态发酵设备也被许多研究人员广泛地采用，它是由长20cm、直径4cm的许多小圆柱构成，放在温度可调节的水浴当中，饱和水蒸汽通过每根柱，它不但能够为培养基供氧，并且采用自动取样器将柱子连接到气相色谱，能分析微生物的呼吸作用。张晞等研制的5L小型固态发酵反应器，依靠空气强制对流散热，并且加入了搅拌和喷水装置，以加强散热效果，可用于制备酱油种曲(张晞等，中国酿造2009，105-109)。而且，目前控制发酵室内的通气量和湿度通常采用喷雾补水或直接加水的方式调节物料的湿度，存在加湿不均匀、物料容易结块等缺陷。
目前，适用于实验室规模的微型及可以等比列放大的固态发酵生物反应器未见报道。因此，开发研制既适用于实验室研究又易于工业放大的固态发酵反应器，有助于实验室研发新的固态发酵技术的放大和应用，对于提升固态发酵产业技术水平具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于为了解决固态发酵过程中传质、传热不均匀，发酵条件难以控制，发酵重复性和发酵效果差等问题，提供了一种固态发酵生物反应器。
为了实现上述目的提供的固态发酵生物反应器包括一反应箱体；所述反应箱体中部设置多孔的物料层隔板5，将反应箱体分成上层的发酵室1和下层的通气室3两部分；多孔的物料层隔板是整个发酵系统的中心，物料发酵的地点，不添加该板没法实现发酵，添加该隔板优点是多孔可以使空气从底部通气室上行与物料充分接触，并且搅拌桨在隔板上来回行驶搅拌物料，促进传质传热。
所述反应器还包括发酵控制系统，用于对搅拌单元、温度控制单元、湿度控制单元、供气控制单元、发酵尾气检测处理单元的控制，以实现温度、湿度、通气、搅拌及尾气监测和控制。
所述供气控制单元包括外置空气压缩机、空气流量控制仪、空气过滤系统13、空气加热系统15、空气制冷系统20、超声雾化系统14以及无菌水入口21，所述空气过滤系统(13)经供气总管后分成并联三条支路，其中两支路分别经空气加热系统15和空气制冷系统20后与通气室3相连通，其中另一条支路经所述超声雾化系统14后于发酵室1连通，所述超声雾化系统14上部与无菌水入口21连通，所述供气控制单元中的空气经过滤之后加热或制冷达到设定温度后，空气进入通气室3；无菌水经超声雾化系统雾化后，直接进入发酵室1，分布于多孔的物料层隔板5上，以保持发酵物料的湿度。
作为上述方案的一种改进，所述发酵控制系统包括PLC主机、模拟量模块和触摸屏，触摸屏用于控制参数的设定、控制及显示。
其中，所述模拟量模块包括搅拌控制单元模块、温度控制单元模块、湿度控制单元模块、供气控制单元模块以及发酵尾气检测处理单元模块，
所述搅拌控制单元模块用于控制搅拌桨行程及行走方向、搅拌速度以及时间；
所述温度控制单元模块通过红外测温传感器9检测发酵室1内的温度，当所述温度低于设定温度时，自动启动加热套进行加热，达到设定温度后进行恒温，当所述温度高于设定温度时，启动制冷压缩机进行降温，使检测发酵室1内的温度保持设定值；
所述湿度控制单元模块通过湿度传感器检测发酵室内的湿度，当发酵室内的湿度的湿度过高或过低时，启动供气控制系统，以提高或降低测量发酵室1内的湿度，使其保持在设定值；
所述供气控制单元模块对空气压缩机、空气流量控制仪、空气过滤系统、空气加热系统、参数进行检测、调节，以实现对空气、水雾的流量和尾气的排放的控制；
所述发酵尾气检测处理单元模块通过红外传感器和电化学传感器对产生尾气中的二氧化碳浓度和氧气浓度进行测定，根据测量结果进行处理。
所述触摸屏用于对上述所需参数进行设定，所述PLC主机接受所述参数并通过模拟量模块进行控制，以实现固态发酵生物反应器内温度、湿度以及尾气的自动检测、控制。
作为上述方案的又一种改进，所述搅拌单元设置于发酵室1中，由驱动搅拌桨电机、驱动往复电机以及搅拌桨10组成，用于物料的搅拌、混匀；
所述温度控制单元包括红外测温传感器、加热套和制冷压缩机，所述红外测温传感器设置在搅拌桨的横梁中部，用于随搅拌系统的移动测定不同位置物料的温度，所述加热套和制冷压缩机分别用于对通入空气进行加热和冷却；
所述湿度控制单元包括湿度传感器，所述湿度传感器设固定于发酵室侧壁，用于测量发酵室内的湿度，并通过供气控制系统调节湿度；
所述供气控制单元包括外置空气压缩机、空气流量控制仪、空气过滤系统、空气加热系统、空气与雾化水混合装置，所述空气与雾化水混合装置设置于通气室3内，用于通入空气、水雾的流量控和尾气的排放；
所述触摸屏用于对上述所需参数进行设定，所述PLC主机接受所述参数并通过模拟量模块进行控制，以实现固态发酵生物反应器内温度、湿度以及尾气的自动检测、控制。
所述搅拌桨10为滚筒式搅拌桨；
所述发酵室1的后壁上设置保温层6，所述保温层6为方形保温水箱，采用加热装置升温、外接循环水降温，用于发酵室环境温度的恒定。
作为上述方案的还一种改进，所述物料层隔板上孔的形状为圆形或长方形，交错排列设置，以确保空气分布均匀。
作为上述方案的最后一种改进，所述通气室3底部配置排污口，以便于发酵结束后设备冲洗，所述发酵室1的侧壁上设置侧开窗19，用于发酵结束方便取出物料，以及清洗发酵室。
在本发明中通过设置搅拌系统，并且采用滚筒式的搅拌桨，从而很好的避免了在搅拌过程中产生的剪切力影响菌丝体的生长，同时在发酵过程中，搅拌系统使物料更加充分的混合，使气-固、液-固、固-固等传质更加均匀，避免了床层底部到顶部的温度梯度，使发酵产生的热量更加容易的排出。本发明的温度和湿度的控制系统，使过滤后的空气和水雾进入发酵系统时，温度和湿度的控制更加稳定和精确，同时在发酵室的后壁设置保温层，使发酵室内的温度更加恒定，从而使整个发酵系统处于最佳温度和湿度，提高了发酵效率。此外，所述的搅拌、温度和湿度可以通过本发明的发酵控制系统实现，不但节省了人力，使整个过程更加简单和准确。本发明的固态发酵生物反应器，它不但适用于实验室百克级小量物料发酵，同时易于放大到中试生产和超大规模工业生产，发酵和干燥过程在同一设备内顺序完成，具有放大简单、操作简便、产品稳定、能耗低、水耗少、易清洗、适用范围广等特点。
本发明具备了以下优点：
(1)通风室、发酵室、物料铺展层及搅拌桨均采用不锈钢材料，坚固耐腐蚀且对发酵微生物无毒副作用。
(2)实现了全封闭在线发酵，隔绝外界污染物的进入；尾气检测系统实时在线监测发酵气体状况，尾气回收设备处理尾气，便于分析发酵过程产生的挥发性成分，并能保护环境。
(3)温度、湿度、通气、搅拌及尾气控制系统实现耦合工作，保证了微生物生长所必须的环境要素。耦合工作的意义在于发酵温度上升后，可以通过增加通气量或增加湿度来降低温度，搅拌速率的改变。
(4)物料层底部进气，空气上行以及往复式搅拌系统保证了物料的传热、传质的均匀性。
(5)发酵室配有正开门及侧开门、通气室配有正开门及排污口，便于清洗、消毒。
除此之外，本发明的一种固态发酵生物反应器及其应用，要求发酵投放的物料重量可以小于1千克，便于实验室规模的固态发酵研究，适宜在高校及科研院所推广应用，同时发酵室、通气室及物料层可以等比例放大，并且系统稳定，重复性高，即适合小规模物料的投放，又可为规模化生产提供可靠的理论支撑。
附图说明
图1为本发明的固态发酵生物反应器系统组成示意图；
图2为本发明的固态发酵生物反应器正视图；
图3为本发明的固态发酵生物反应器立体图；
图4为本发明的发酵室与通气室内部示意图；
图5为本发明的固态发酵生物反应器搅拌系统示意图；
图6为本发明的固态发酵生物反应器物料层示意图；
图7为本发明的固态发酵生物反应器尾气吸收装置示意图。
1、发酵室            2、控制室            3、通气室
4、取样口            5、物料层            6、保温层
7、电机A             8、电机B             9、红外温度探头
10、搅拌桨           11、齿轮B            12、齿轮A
13、空气过滤系统     14、超声雾化系统     15、空气加热系统
16、保温层进水口     17、保温层出水口     18、通气室排污口
19、侧开窗           20、空气制冷系统     21、无菌水入口
具体实施方式
下面结合附图对本发明的反应器做进一步的说明。
如图1～3所示，本发明的固态发酵生物反应器包括一反应箱体、空气过滤系统13、超声雾化系统14、空气加热系统15、空气制冷系统20以及控制系统，所述反应箱体中部设置多孔的物料层隔板5，将反应箱体分成上层的发酵室1和下层的通气室3两部分，空气经过滤系统13过滤后，分为三条通道，一是与空气冷冻系统20连接；二是与空气加热系统15连接，空气加热或制冷由电脑控制，调节达到设定温度后进入通气室3；三是进入超声雾化系统14，三条通道均有电磁阀控制，无菌水由管道21进入超声雾化系统14保证水源供给，无菌水雾化后进入发酵室1。
具体地，本发明的装置还包括下面的系统：
(1)往复式搅拌系统：位于物料层上方的发酵室1内，与物料层接触，用于往复搅拌混匀物料，搅拌装置由驱动搅拌桨电机和驱动往复电机以及搅拌桨10组成；可定时往复运转，如图5所示，可设定搅拌时间间隔和往复时间；转速由计算机自动控制，数据实时保存；搅拌桨为滚筒式带刮刀翻料，保证物料搅拌均匀；
(2)温度自动控制系统：采用红外测温传感器9测定物料温度，红外温度传感器9固定在搅拌系统横梁中部，可随搅拌系统的来回移动测定不同位置物料的温度，测量范围0～100℃；空气温度调节采用加热套加热通气管道方式实现空气升温，通过制冷压缩机实现空气降温，温度可控范围5～100±0.2℃；发酵室后壁设置保温层6，为方形保温水箱，并设有保温层进水口16和保温层出水口17，用于实现水的循环，采用加热探头升温、外接循环水降温，辅助确保发酵室环境温度恒定；
(3)湿度自动控制系统：湿度传感器固定在发酵室侧壁，空气湿度调节采用超声波雾化器使无菌水雾化，无菌水雾化之前经粗过滤除杂及0.22μm滤芯过滤除菌，湿度可控范围5～100±1％；
(4)供气自动控制系统：位于物料层的下方通气室3，无菌空气经湿度调节、温度调节、流量控制，混合均匀后进入通气室3；进气方式采用底部进气，空气上行；尾气排放和新无菌空气补充可以根据发酵需要进行调节；
(5)发酵尾气检测、处理系统：位于柜式主体框架的后方，采用红外传感器测定二氧化碳浓度、电化学传感器测定氧气浓度，监测范围均为0～50,000ppm，数据实时保存；发酵尾气处理系统采用柱状多级吸收装置，通过填充不同吸附剂达到处理(或回收)尾气的效果；
(6)发酵控制系统：通过可编程逻辑控制器(PLC)的液晶显示屏实现温度、湿度、通气、搅拌及尾气实时控制和监测，也可以实现计算机远程控制和监测，有全自动、半自动和手动三种操作方式可供选择，发酵参数实时自动保存，触摸屏结合PLC实现控制界面操作简便，稳定。
本发明的反应器可采用柜式主体框架，该柜式主体框架为全封闭不锈钢板结构，发酵室前方及侧面开门，前方开门有双层真空玻璃视窗及快速取样口4，所述的物料层隔板5为不锈钢多孔板，孔形状为圆形或长方形，采用错位排列，如图6所示，确保空气分布均匀；物料隔板5将柜式主体框架分割成两个腔室，上方为发酵室1，下方为通气室3，两个腔室均设有紫外灭菌装置，发酵室1、通气室3及物料层的尺寸大小决定固态发酵投料量的多少，如图4所示，投放物料量在0.5～50000千克；通气室底部配置通气室排污口18，便于发酵结束后设备冲洗，所述发酵室1的侧壁上设置侧开窗19。
根据本发明的反应器，在进行固态发酵中应用，具体地包括以下步骤：
(1)发酵室紫外灭菌30min，开启全自动固态发酵反应器的通气、温度、湿度控制开关，保持发酵室通气正压状态，系统稳定10min；
(2)调节预发酵物料的初始含水量、初始pH至发酵所需状态，物料经湿法灭菌后冷却至发酵所需温度，接入发酵菌种，放入发酵室，启动搅拌开关，使物料均匀分布在多孔隔板上；
(3)设定发酵所需的温度、湿度、通气量以及搅拌速度，启动发酵自动控制系统开始发酵；
(4)发酵结束后关闭湿度控制开关，调高温度及通气量，通热风使发酵物料在封闭状态下快速干燥，待产品干燥至所需状态，取出物料；
(5)设备清洗：打开通气室的排污口，用无菌水冲洗物料层及搅拌桨，打开通气开关，通热风至设备内部干燥，关闭所有控制系统。
实施例1：
以下以海带渣为主要原料，利用上述的固态发酵装置生产苏云金芽孢杆菌(Bt)生物农药，来阐述利用本固态发酵生物反应器进行固态发酵的方法：
(1)干海带，粉碎至40目，加水调节初始含水量为75％，调节pH为7.0～7.4，经湿热灭菌20～30分钟后，冷却至30℃左右；
(2)菌种扩大培养：从苏云金芽孢杆菌斜面培养基上挑取一环苏云金芽孢杆菌菌苔，接种到100mL灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基中(牛肉膏0.3％，蛋白胨1％，NaCl 0.2％，pH 7.0～7.2)，进行摇瓶培养。培养条件为：温度30℃、转速200转/分钟，培养7～8小时，作为Bt菌种子液；
(3)固态发酵：启动发酵设备，紫外灯管照射灭菌30min。设定温度、湿度、通风分别为温度30℃、湿度85％、通气量1∶1～1∶2，待系统稳定10min后，按照10～15％(V/W)的接种量将Bt种子液接种到灭菌后的培养物料中，启动搅拌，搅拌混匀，启动发酵，设定搅拌速率及往复时间，发酵时间设定为40小时；
(4)终止发酵：关闭湿度控制开关，调节空气温度50～60℃通无菌风干燥发酵后的物料。得发酵产品。产品中Bt毒性蛋白为典型的菱形、方形，芽孢数达20亿CFU/克；
(5)设备清洗：取出物料，打开排污口，用无菌水冲洗物料层及搅拌桨，打开通气开关，通热风至设备内部干燥，关闭所有控制系统。
实施例2：
以下以麸皮为主要原料，利用上述的固态发酵装置生产绿僵菌生物农药，来阐述利用本固态发酵生物反应器进行固态发酵的方法：
(1)麸皮加水调节初始含水量为60％，调节pH为7.0，经湿热灭菌20～30分钟后，冷却至26℃左右；
(2)菌种扩大培养：种子培养在250mL三角瓶中加入100mL培养液，灭菌后，接种绿僵菌孢子液3mL，于26℃，150r/min振荡培养3d后作为绿僵菌种子液；
(3)固态发酵：启动发酵设备，紫外灯管照射灭菌30min。设定温度、湿度、通风分别为温度26℃、湿度80％、通气量1∶1～1∶2，待系统稳定10min后，按照5～10％(V/W)的接种量将绿僵菌种子液接种到灭菌后的培养物料中，启动搅拌，搅拌混匀，启动发酵，设定搅拌速率及往复时间，发酵时间设定为120小时；
(4)终止发酵：关闭湿度控制开关，调节空气温度30～40℃通无菌风干燥发酵后的物料。得发酵产品。产品中绿僵菌孢子量可达50亿/克，生物活性≥95％；
(5)设备清洗：取出物料，打开排污口，用无菌水冲洗物料层及搅拌桨，打开通气开关，通热风至设备内部干燥，关闭所有控制系统。
实施例3：
以下以芦笋下脚料为主要原料，利用上述的固态发酵装置生产白僵菌生物农药，来阐述利用本固态发酵生物反应器进行固态发酵的方法：
(1)芦笋下脚料加水调节初始含水量为60～65％，调节pH为8.0，经湿热灭菌20～30分钟后，冷却至30℃左右；
(2)菌种扩大培养：250ml三角瓶内装50ml种子培养基，接种活化后的斜面一环，于温度27℃、转速200r/min条件下摇床上培养48h；
(3)固态发酵：启动发酵设备，紫外灯管照射灭菌30min。设定温度、湿度、通风分别为温度27℃、湿度85％，待系统稳定10min后，按照5～10％(V/W)的接种量将种子液接种到灭菌后的培养物料中，启动搅拌，搅拌混匀，启动发酵，设定搅拌速率及往复时间，前12h不通气，12～48h通气量为1∶2，48～160h的通气量为1∶1，发酵时间设定为160小时；
(4)终止发酵：关闭湿度控制开关，调节空气温度30～40℃通无菌热风干燥发酵后的物料。得发酵产品。产品中白僵菌孢子量可达200亿/克，生物活性≥90％；
(5)设备清洗：取出物料，打开排污口，用无菌水冲洗物料层及搅拌桨，打开通气开关，通热风至设备内部干燥，关闭所有控制系统。
本发明改变了现有装置发酵一般无法保证物料的搅拌、通风、湿度、温度耦合工作，发酵多为静止浅盘式发酵或滚筒式发酵，传质传热效果不好的缺点，取得了良好的效果。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种固态发酵生物反应器，该反应器包括一反应箱体，其特征在于，所述反应箱体中部设置多孔的物料层隔板(5)，将反应箱体分成上层的发酵室(1)和下层的通气室(3)两部分；
所述反应器还包括发酵控制系统，用于对搅拌单元、温度控制单元、湿度控制单元、供气控制单元和发酵尾气检测处理单元进行控制，以实现温度、湿度、通气、搅拌及尾气实时监测和控制。
2.根据权利要求1所述的固态发酵生物反应器，其特征在于，所述供气控制单元包括外置空气压缩机、空气流量控制仪、空气过滤系统(13)、空气加热系统(15)、空气制冷系统(20)、超声雾化系统(14)以及无菌水入口(21)，所述空气过滤系统(13)经供气总管后分成并联三条支路，其中两支路分别经空气加热系统(15)和空气制冷系统(20)后与通气室(3)相连通，其中另一条支路经所述超声雾化系统(14)后与发酵室(1)连通，所述超声雾化系统(14)上部与无菌水入口(21)连通。
3.根据权利要求2所述的固态发酵生物反应器，其特征在于，
所述搅拌单元设置于发酵室(1)中，由驱动搅拌桨电机、驱动往复电机以及搅拌桨(10)组成，用于物料的搅拌、混匀；
所述温度控制单元包括红外测温传感器(9)、加热套和制冷压缩机，所述红外测温传感器(9)设置在搅拌桨的横梁中部，用于随搅拌系统的移动测定不同位置物料的温度，所述加热套和制冷压缩机分别用于通入空气的加热和冷却；
所述湿度控制单元包括湿度传感器，所述湿度传感器固定于发酵室侧壁，用于测量发酵室(1)内的湿度，并通过供气控制系统调节湿度；
所述供气控制单元空气加热系统中的空气经过滤之后加热或制冷达到设定温度后，空气进入通气室(3)；无菌水经超声雾化系统雾化后，直接进入发酵室(1)，分布于多孔的物料层隔板(5)上，以保持发酵物料的湿度；
所述发酵尾气检测处理单元包括红外传感器和电化学传感器，所述红外传感器和电化学传感器设置于反应箱体的后方，分别用于二氧化碳浓度和氧气浓度的测定。
4.根据权利要求3所述的固态发酵生物反应器，其特征在于，所述发酵控制系统包括：PLC主机、模拟量模块和触摸屏，
其中，所述模拟量模块包括搅拌控制单元模块、温度控制单元模块、湿度控制单元模块、供气控制单元模块以及发酵尾气检测处理单元模块，
所述搅拌控制单元模块，用于控制搅拌桨行程及行走方向、搅拌速度以及时间；
所述温度控制单元模块，通过红外测温传感器(9)检测发酵室(1)内的温度，当所述温度低于设定温度时，自动启动加热套进行加热，达到设定温度后进行恒温，当所述温度高于设定温度时，启动制冷压缩机进行降温，使检测发酵室(1)内的温度保持设定值；
所述湿度控制单元模块，通过湿度传感器检测发酵室内的湿度，当发酵室内的湿度过高或过低时，启动供气控制系统，以提高或降低测量发酵室(1)内的湿度，使其保持在设定值；
所述供气控制单元模块，对空气压缩机、空气流量控制仪、空气过滤系统、空气加热系统、空气制冷装置参数进行检测、调节，以实现对空气、水雾的流量控和尾气的排放的控制；
所述发酵尾气检测处理单元模块，通过红外传感器和电化学传感器对产生尾气中的二氧化碳浓度和氧气浓度进行测定，根据测量结果进行发酵参数的调整；
所述触摸屏用于对上述所需参数进行设定，所述PLC主机接受所述参数并通过模拟量模块进行控制，以实现固态发酵生物反应器内温度、湿度以及尾气的自动检测、控制。
5.根据权利要求1所述的固态发酵生物反应器，其特征在于，所述搅拌系统中包括搅拌桨(10)，所述搅拌桨(10)为滚筒式搅拌桨。
6.根据权利要求1所述的固态发酵生物反应器，其特征在于，所述发酵室(1)的后壁上设置保温层(6)，所述保温层(6)为方形保温水箱，采用加热装置升温、外接循环水降温，用于发酵室环境温度的恒定。
7.根据权利要求1所述的固态发酵生物反应器，其特征在于，所述物料层隔板上孔的形状为圆形或长方形，交错排列设置，以确保空气分布均匀。
8.根据权利要求1所述的固态发酵生物反应器，其特征在于，所述通气室(3)底部配置排污口，以便于发酵结束后设备冲洗。
9.根据权利要求1所述的固态发酵生物反应器，其特征在于，所述发酵室(1)的侧壁上设置侧开窗(19)。
CN 201110329486 2011-05-10 2011-10-26 一种固态发酵生物反应器 Expired - Fee Related CN102443535B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110329486 CN102443535B (zh) 2011-05-10 2011-10-26 一种固态发酵生物反应器

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110119195.8 2011-05-10
CN201110119195 2011-05-10
CN 201110329486 CN102443535B (zh) 2011-05-10 2011-10-26 一种固态发酵生物反应器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102443535A true CN102443535A (zh) 2012-05-09
CN102443535B CN102443535B (zh) 2013-05-01

Family

ID=46006473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110329486 Expired - Fee Related CN102443535B (zh) 2011-05-10 2011-10-26 一种固态发酵生物反应器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102443535B (zh)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102778868A (zh) * 2012-05-30 2012-11-14 李丽 用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统与方法
CN103869091A (zh) * 2014-03-28 2014-06-18 南京工业大学 一种在线检测生物发酵尾气中氧气和二氧化碳的装置及方法
CN104195032A (zh) * 2014-08-24 2014-12-10 侯梦斌 一种微生物固料发酵的设备与工艺
CN104603257A (zh) * 2012-06-06 2015-05-06 诺维信生物农业公司 适用于自动化的固态生物反应器
CN105076398A (zh) * 2014-04-30 2015-11-25 青岛海尔股份有限公司 酸奶发酵装置、冰箱及控制酸奶发酵程度的方法
CN105543082A (zh) * 2015-12-15 2016-05-04 路博超 一种基于osal的固态发酵控制系统
CN106281989A (zh) * 2016-10-09 2017-01-04 陕西省微生物研究所 实验室组合式浅盘固态发酵装置
CN106282009A (zh) * 2016-11-10 2017-01-04 山东省科学院生态研究所 一种固态物料发酵装置
CN106635762A (zh) * 2017-03-13 2017-05-10 温铁军 固体基质发酵装置及其使用方法
CN106701563A (zh) * 2017-01-24 2017-05-24 郑州良源分析仪器有限公司 全自动控制多功能固态发酵罐
CN106802684A (zh) * 2016-12-30 2017-06-06 徐州工程学院 基于mas的紫薯梨复合果醋发酵监控系统及其工作方法
CN106915980A (zh) * 2017-04-06 2017-07-04 南京贝特空调设备有限公司 一种配备超频技术的废弃物发酵装置
CN107083321A (zh) * 2017-05-31 2017-08-22 大庆天之草生物新材料科技有限公司 一种草本纤维原料运动式湿润发酵设备及方法
CN107136321A (zh) * 2017-05-09 2017-09-08 中科天华生物科技有限公司 用于构树树叶的加工方法
CN107500818A (zh) * 2017-09-14 2017-12-22 杭州瑞赛可环境工程有限公司 低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置及工艺
CN108383557A (zh) * 2018-06-01 2018-08-10 福建省农业科学院畜牧兽医研究所 一种畜禽粪便高效发酵系统
CN108641937A (zh) * 2018-05-25 2018-10-12 李文跃 一种秸秆饲料好氧厌氧发酵设备及其使用方法
CN108739559A (zh) * 2018-05-29 2018-11-06 福州大学 锦鳉鱼卵无水孵化装置
CN109652301A (zh) * 2018-11-15 2019-04-19 上海量能生物科技有限公司 组装式生物反应器
CN111662821A (zh) * 2020-06-18 2020-09-15 上海浦景化工技术股份有限公司 环境模拟监测装置及其使用方法和应用
CN117927867A (zh) * 2024-03-21 2024-04-26 中齐能源科技有限公司 微压空气能回收装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1114686A (zh) * 1994-07-08 1996-01-10 北京核工程研究设计院比尼新技术公司 一种移动式固体发酵方法
CN2587876Y (zh) * 2002-11-22 2003-11-26 中国科学院过程工程研究所 浸提式半连续固态发酵装置
CN1635104A (zh) * 2004-10-25 2005-07-06 邱俊达 可进行流水线式生产的多层网带式固体发酵设备
CN1995318A (zh) * 2006-12-25 2007-07-11 徐伟 厌氧型生物反应罐
CN201292368Y (zh) * 2008-10-24 2009-08-19 天津实发中科百奥工业生物技术有限公司 多层、多段式固态连续发酵装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1114686A (zh) * 1994-07-08 1996-01-10 北京核工程研究设计院比尼新技术公司 一种移动式固体发酵方法
CN2587876Y (zh) * 2002-11-22 2003-11-26 中国科学院过程工程研究所 浸提式半连续固态发酵装置
CN1635104A (zh) * 2004-10-25 2005-07-06 邱俊达 可进行流水线式生产的多层网带式固体发酵设备
CN1995318A (zh) * 2006-12-25 2007-07-11 徐伟 厌氧型生物反应罐
CN201292368Y (zh) * 2008-10-24 2009-08-19 天津实发中科百奥工业生物技术有限公司 多层、多段式固态连续发酵装置

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102778868A (zh) * 2012-05-30 2012-11-14 李丽 用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统与方法
CN102778868B (zh) * 2012-05-30 2014-11-05 李丽 用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统与方法
CN104603257A (zh) * 2012-06-06 2015-05-06 诺维信生物农业公司 适用于自动化的固态生物反应器
JP2015518734A (ja) * 2012-06-06 2015-07-06 ノボザイムス バイオアーゲー アクティーゼルスカブ 自動化のために構成された固体状態バイオリアクタ
CN103869091A (zh) * 2014-03-28 2014-06-18 南京工业大学 一种在线检测生物发酵尾气中氧气和二氧化碳的装置及方法
CN105076398A (zh) * 2014-04-30 2015-11-25 青岛海尔股份有限公司 酸奶发酵装置、冰箱及控制酸奶发酵程度的方法
CN104195032A (zh) * 2014-08-24 2014-12-10 侯梦斌 一种微生物固料发酵的设备与工艺
CN104195032B (zh) * 2014-08-24 2016-02-10 侯梦斌 一种微生物固料发酵的设备与工艺
CN105543082A (zh) * 2015-12-15 2016-05-04 路博超 一种基于osal的固态发酵控制系统
CN106281989A (zh) * 2016-10-09 2017-01-04 陕西省微生物研究所 实验室组合式浅盘固态发酵装置
CN106282009A (zh) * 2016-11-10 2017-01-04 山东省科学院生态研究所 一种固态物料发酵装置
CN106802684A (zh) * 2016-12-30 2017-06-06 徐州工程学院 基于mas的紫薯梨复合果醋发酵监控系统及其工作方法
CN106701563A (zh) * 2017-01-24 2017-05-24 郑州良源分析仪器有限公司 全自动控制多功能固态发酵罐
CN106701563B (zh) * 2017-01-24 2019-11-08 郑州良源分析仪器有限公司 全自动控制多功能固态发酵罐
CN106635762A (zh) * 2017-03-13 2017-05-10 温铁军 固体基质发酵装置及其使用方法
CN106635762B (zh) * 2017-03-13 2017-11-07 温铁军 固体基质发酵装置及其使用方法
CN106915980A (zh) * 2017-04-06 2017-07-04 南京贝特空调设备有限公司 一种配备超频技术的废弃物发酵装置
CN107136321A (zh) * 2017-05-09 2017-09-08 中科天华生物科技有限公司 用于构树树叶的加工方法
CN107083321A (zh) * 2017-05-31 2017-08-22 大庆天之草生物新材料科技有限公司 一种草本纤维原料运动式湿润发酵设备及方法
WO2018219115A1 (zh) * 2017-05-31 2018-12-06 大庆天之草生物新材料科技有限公司 一种草本纤维原料运动式湿润发酵设备及方法
CN107500818A (zh) * 2017-09-14 2017-12-22 杭州瑞赛可环境工程有限公司 低能量超声增强好氧微生物处理有机垃圾的装置及工艺
CN108641937B (zh) * 2018-05-25 2024-01-30 李文跃 一种秸秆饲料好氧厌氧发酵设备及其使用方法
CN108641937A (zh) * 2018-05-25 2018-10-12 李文跃 一种秸秆饲料好氧厌氧发酵设备及其使用方法
CN108739559A (zh) * 2018-05-29 2018-11-06 福州大学 锦鳉鱼卵无水孵化装置
CN108383557B (zh) * 2018-06-01 2023-05-30 福建省农业科学院畜牧兽医研究所 一种畜禽粪便高效发酵系统
CN108383557A (zh) * 2018-06-01 2018-08-10 福建省农业科学院畜牧兽医研究所 一种畜禽粪便高效发酵系统
CN109652301A (zh) * 2018-11-15 2019-04-19 上海量能生物科技有限公司 组装式生物反应器
CN111662821A (zh) * 2020-06-18 2020-09-15 上海浦景化工技术股份有限公司 环境模拟监测装置及其使用方法和应用
CN111662821B (zh) * 2020-06-18 2023-09-26 上海浦景化工技术股份有限公司 环境模拟监测装置及其使用方法和应用
CN117927867A (zh) * 2024-03-21 2024-04-26 中齐能源科技有限公司 微压空气能回收装置
CN117927867B (zh) * 2024-03-21 2024-06-14 中齐能源科技有限公司 微压空气能回收装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102443535B (zh) 2013-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102443535B (zh) 一种固态发酵生物反应器
Durand Bioreactor designs for solid state fermentation
CN106701563A (zh) 全自动控制多功能固态发酵罐
CN100368349C (zh) 生活垃圾的处理方法及其专用的发酵仓
CN102523917B (zh) 一种草菇栽培方法
Fujian et al. Effect of periodically dynamic changes of air on cellulase production in solid-state fermentation
US20160369226A1 (en) Solid-state biological reaction device and method for preparing filamentous organism spores by using the same
JP2002513557A5 (zh)
CN104531521A (zh) 一种浅盘式固体发酵设备
WO2020228760A1 (zh) 一种智能型层架循环履带式固态发酵设备及有氧固态发酵方法
CN104845877A (zh) 一种固态发酵反应器及其应用
CN109652322A (zh) 一种生活垃圾微生物降解剂及其制备方法
Mo et al. Control of gas phase for enhanced cellulase production by Penicillium decumbens in solid-state culture
CN110157613B (zh) 一种层架循环履带式固态发酵设备及固态发酵方法
CN204325159U (zh) 一种新型可控好氧堆肥反应处理装置
CN202224437U (zh) 一种厨余垃圾处理器
CN103205388B (zh) 一种高密度固体发酵生产地衣芽孢杆菌活菌的方法
CN205347256U (zh) 一种生物肥料的生产装置
CN104109700A (zh) 一种固液态联合发酵产莫纳可林k功能性红曲的方法
CN204569933U (zh) 一种丝状真菌卷曲木霉液体发酵罐设备
US20150197718A1 (en) Bioreactor to obtain bioactive substances through solid-state fermentation using macromycetes fungi
CN207567221U (zh) 一种智能生物菌肥生产用秸秆固态液态并行发酵系统
CN105420130A (zh) 一种饲用酿酒酵母液固两相发酵方法
CN206173336U (zh) 一种实验室组合式浅盘固态发酵装置
CN107475091A (zh) 一种用于固体发酵枯草芽孢杆菌的发酵装置及发酵方法

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: 20130501

Termination date: 20181026

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