CN102676387B - 基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法及装置，为解决现有技术接种效率低问题，方法是将单一菌种或者多菌种固体发酵料分别在一个或者多个并列可移动的、能耐受一定压力并带有搅拌功能的灭菌装置内分别完成高温灭菌、冷却、接种工艺过程，并且把接种后的固体发酵料各自送入对应的发酵室同时进行单一或者多种菌株的并列固体发酵。装置包括一个或者多个配有行走机构的固体发酵料的高温灭菌冷却搅拌接种罐和与之配用的多个并列的固体发酵室；将灭菌、冷却、接种与发酵分开在不同的设施和场地进行。其具有接种效率高，生产能力强、成本低，设备投资少，运行费用低，设备利用率高，方便操作，工作环境好，能适应大规模生产的单一菌种或多菌种并列生产的优点。

Description

基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法及装置
技术领域
本发明涉及固体发酵方法和设备，特别是涉及一种基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法及装置。
背景技术
传统的固体发酵，通常将灭菌、接种和发酵过程在同一罐体中进行；或将固体培养基在接种罐内进行高温灭菌，接种罐是双开门，一边与原料混合调配室相通，另一边与无菌发酵室相连，冷却、接种、发酵在无菌发酵室内的相关装置里进行。前者由于过程周期长，特别是发酵占用时间长，占用太多灭菌、冷却、接种的时间，因而压力装置的利用率低，不能适应大规模生产的需要；同样，后者也是因为发酵占用时间长，而冷却、接种、发酵等工艺过程全部转移到与之对应的无菌发酵室内的相关装置里进行，有效发酵空间难于配套扩大，同样影响接种罐的利用效率，也不能适应大规模生产的需要。对于多菌种的固体发酵，现有技术方法和装置存在的缺陷则更为突出。
发明内容
本发明所要解决的问题是，提供一种接种效率高，能适应大规模生产的单一菌种或多菌种的基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法，本发明目的还在于提供用于实施该方法的装置。
为实现上述目的，本发明基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法是将单一菌种或者多菌种固体发酵料分别在一个或者多个并列可移动的、能耐受一定压力并带有搅拌功能的灭菌装置内分别完成高温灭菌、冷却、接种工艺过程，并且把接种后的固体发酵料各自送入对应的发酵室同时进行单一或者多种菌株的并列固体发酵。其具有接种效率高，生产能力强，能适应大规模生产的单一菌种或多菌种并列生产的优点。
作为优化，所述耐受的压力为蒸气压力灭菌的常用压力；所述发酵室为无菌发酵室；所述可移动是通过灭菌装置底部安装行走轮来实现的或者是通过灭菌装置底部安装轨道轮，发酵室配装与之配用的轨道来实现的。
用于实现本发明所述发酵方法的装置包括一个或者多个配有行走机构的固体发酵料的高温灭菌冷却搅拌接种罐和与之配用的多个并列的固体发酵室；将灭菌、冷却、接种与发酵分开在不同的设施和场地进行。接种罐通过接种发酵料输送机构与固体发酵室配用。其具有接种效率高，生产能力强，能适应大规模生产的单一菌种或多菌种并列生产的优点。
作为优化，所述行走机构配用的行走轮为轨道轮，发酵室配有与轨道轮对应的轨道。
作为优化，所述发酵室多行并列间隔分布，并配装轨道；所述行走轮配有电驱动机构或者与接种罐对接的电驱动车头。
作为优化，所述发酵室可在轨道中心线左右布置并根据需要向前延伸或者并列增行扩大规模；所述轨道的起始端下面或者上方配有将发酵料预混的预混调配室；发酵室之间的间壁为配装轨道的轨道墙或者发酵室之间的间壁上为配装轨道的轨道墙体。
作为优化，所述搅拌是搅拌电驱动机构配有搅拌桨叶的搅拌轴，在灭菌、冷却、接种过程中对发酵料进行搅拌；所述搅拌接种罐安装在大架上，大架安装在行走轮上，驱动行走轮的行走电驱动机构和行走轮构成行走机构；所述搅拌接种罐上设有进料口、出料口、蒸汽进口、灭菌空气进口、菌种液进口、放空口、测温点、测压点，发酵室配有与出料口配用的投料口。进料口则带有盖板。
作为优化，所述进料口与出料口上下斜向相对；菌种液进口内连菌种液分配管、外连配有接种罐菌种液控制阀和种子罐菌液出口阀的短管，蒸汽进口外连蒸汽阀和蒸汽管，蒸汽管与接种罐菌种液控制阀和种子罐菌液出口阀之间的短管还通过带有控制阀的横联管和蒸汽管相连；短管在接种罐菌种液控制阀与横联管之间还通过三通接有配装排汽阀的横支管；
所述发酵室为无菌发酵室，其投料口通过波纹短管和控制阀与接种罐相连；所述接种罐配有电控系统，控制搅拌机构的正反转及行走机构的自动前进与后退，并且控制其速度；所述出料口配有灭菌空气吹堵口；所述测温点和测压点为温度检测器和压力检测器；灭菌空气进口通过灭菌空气阀连接灭菌气源管。所述波纹短管上下端分别通过阀门连接蒸汽管和通过阀门连接蒸汽放空管，用于对波纹短管进行灭菌。
作为优化，所述阀门为电控阀，所述电控系统还采集温度检测器和压力检测器的温度压力信号，控制电控阀的开关和开启程度；所述灭菌空气吹堵口位于所述出料口内端，并通过吹堵阀连接灭菌气源管。
作为优化，所述搅拌是正转时能够将发酵料推向前方，反转时能够将发酵料推向后方的搅笼式；所述放空口与蒸汽进口和灭菌空气进口相配用；所述搅拌轴安装在罐体水平中心轴线偏下的位置。
本发明装置是：由接种罐、大架、行走机构组成；行走机构由轨道、轨道轮、行走电机组成，；轨道轮安装在大架上，轨道轮与行走电机的动力轴传动相连，轨道轮位于轨道上；接种罐体安装在大架上，接种罐体上设有进料口、出料口、蒸汽进口、灭菌空气进口、菌种液进口、放空口、测温点、测压点、搅拌装置、灭菌空气吹堵口，上述各通道口和测温点、测压点均带有相关控制阀，而进料口则带有盖板，菌种液进口与罐内安装有喷嘴的菌液分配管相连，搅拌装置由搅拌电机、搅拌轴、搅拌桨叶组成，搅拌轴安装在罐体水平中心轴线偏下的位置并与搅拌电机相连，搅拌桨叶与搅拌轴垂直面呈8-10度夹角垂直安装在搅拌轴上。菌液进口联接短管与蒸汽阀、排汽阀、种子罐菌液出口阀、罐体菌种液控制阀相连。无菌发酵室进口波纹短管与罐体出料口控制阀、无菌发酵室物料进口控制阀、蒸汽阀、排汽阀相连。可在大架上设置电控系统，控制搅拌轴的正反转及行走机构的自动前进与后退，并且控制其速度。
本发明的优点是：1.由于将灭菌、冷却、接种与发酵分开在不同的设施和场地进行，就单一菌株固体发酵，发酵料(培养基)在接种罐内搅拌装置的作用下，可以高效率地完成灭菌、冷却、接种操作，接种后的培养基立即送入无菌室固体发酵，通常生产效率可提高5倍至数十倍。对于多菌株固体发酵优点更为突出，各菌株培养基分别实现高效率完成灭菌、冷却、接种操作，同样可实现规模化生产，接种后的培养基分别送入对应的无菌发酵室，再根据不同的菌株特性采用浅盘、槽式、带式等发酵方式进行固体发酵。
2.由于灭菌装置需要进行高温、高压灭菌作业，其材料和结构要求较高，它是固体发酵系统投资的主要部分，其利用率的高低直接影响生产成本，各菌株培养基在接种罐内分别实现高效率完成灭菌、冷却、接种操作，大大地降低了生产成本；无菌发酵室不需要进行高温、高压灭菌作业，其材料和结构要求较低，便于扩大规模，有利于减少或消除发酵罐间歇时间，提高生产效率，节省装置投资，降低生产成本。
3.由于将灭菌、冷却、接种与发酵分开在不同的设施和场地进行，功能分区明确、布局合理、操作过程流畅，工作环境好，无菌发酵室可在轨道中心线左右布置，根据生产需要自由延伸达到规模化要求。
4.每个无菌发酵室进行一种菌株的发酵，多个无菌发酵室可轻而易举地同时进行多种菌株的固体发酵，实现规模化生产。
采用上述技术方案后，本发明基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法及装置具有接种效率高，生产能力强、成本低，设备投资少，运行费用低，设备利用率高，方便操作，工作环境好，能适应大规模生产的单一菌种或多菌种并列生产的优点。
附图说明
图1和2分别是本发明基于多菌种的集成规模化高效固体发酵装置的侧视和主视结构示意图；图3是本发明基于多菌种的集成规模化高效固体发酵装置的出料状态结构示意图。图中标记：轨道1，轨道轮2，行走电机3，大架4，接种罐5，蒸汽进口6，灭菌空气进口7，菌种液进口8，放空口9，菌种液分配管10，进料口11，搅拌轴12，搅拌电机13，搅拌桨叶14，短管15，波纹短管16，轨道墙体17，发酵室18，预混调配室19，灭菌空气吹堵口20，出料口21。
具体实施方式
本发明基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法是将单一菌种或者多菌种固体发酵料分别在一个或者多个并列可移动的、能耐受一定压力并带有搅拌功能的灭菌装置内分别完成高温灭菌、冷却、接种工艺过程，并且把接种后的固体发酵料各自送入对应的发酵室同时进行单一或者多种菌株的并列固体发酵。所述耐受的压力为蒸气压力灭菌的常用压力；所述发酵室为无菌发酵室；所述可移动是通过灭菌装置底部安装行走轮来实现的或者是通过灭菌装置底部安装轨道轮，发酵室配装与之配用的轨道来实现的。配轮的基础上，还可以进一步配装动力驱动机构或者说配用与之灵活对接和分离的动力驱动(或者牵引)车头。
如图1-2所示，用于实现上述本发明发酵方法的装置包括一个或者多个配有行走机构的固体发酵料的高温灭菌冷却搅拌接种罐5和与之配用的多个并列的固体发酵室18；将灭菌、冷却、接种与发酵分开在不同的设施和场地进行。所述行走机构配用的行走轮为轨道轮2，发酵室18配有与轨道轮2对应的轨道1。所述发酵室18多行并列间隔分布，并配装轨道1；发酵室18之间的间壁上为配装轨道1的轨道墙体17。所述轨道轮可以是行走轮有电驱动机构(或者与接种罐对接的电驱动车头)。
所述发酵室18为无菌发酵室；所述发酵室18可在轨道中心线左右布置并根据需要向前延伸或者并列增行扩大规模；所述轨道1的起始端下面(或者上方)配有将发酵料预混的预混调配室19。
所述搅拌是搅拌电驱动机构配有搅拌桨叶14的搅拌轴12，搅拌轴12进一步配有搅拌电机13，在灭菌、冷却、接种过程中对发酵料进行搅拌；所述搅拌接种罐5安装在大架4上，大架4安装在轨道轮2上，驱动轨道轮2的行走电驱动机构(行走电机3和传动机构)和轨道轮2构成行走机构；所述搅拌接种罐5上设有配有盖板的进料口11、出料口21、蒸汽进口6、灭菌空气进口7、菌种液进口8、放空口9、测温点T、测压点P，发酵室18配有与出料口21配用的投料口。
所述进料口11与出料口21上下斜向相对；菌种液进口8内连菌种液分配管10、外连配有接种罐菌种液控制阀和种子罐菌液出口阀的短管15，蒸汽进口6外连蒸汽阀和蒸汽管，蒸汽管与接种罐菌种液控制阀和种子罐菌液出口阀之间的短管15还通过带有控制阀的横联管和蒸汽管相连；短管15在接种罐菌种液控制阀与横联管之间还通过三通接有配装排汽阀的横支管；
所述发酵室18为无菌发酵室，其投料口通过配有蒸汽灭菌机构的波纹短管16和控制阀与接种罐5相连；所述接种罐5配有电控系统，控制搅拌机构的正反转及行走机构的自动前进与后退，并且控制其速度；所述出料口21配有灭菌空气吹堵口(管)20，所述灭菌空气吹堵口20位于所述出料口21内端，并通过吹堵阀连接灭菌气源管；所述测温点T和测压点P为温度检测器和压力检测器；灭菌空气进口7通过灭菌空气阀连接灭菌气源管。所述波纹短管16上下端分别通过阀门连接蒸汽管和通过阀门连接蒸汽放空管。
所述阀门为电控阀，所述电控系统还采集温度检测器和压力检测器的温度压力信号，控制电控阀的开关和开启程度；所述搅拌优选正转时能够将发酵料推向前方，反转时能够将发酵料推向后方的搅笼式；所述放空口9与蒸汽进口6和灭菌空气进口7相配用。
其工作方式如下：
将接种罐5置于预混调配室19上方轨道1的起点位置。经预混调配固体物料从接种罐进料口11进入罐体内，开启测温、测压点，关闭与罐体相连全部阀门和物料进口，开蒸汽进口阀，蒸汽由蒸汽进口进入罐体对物料进行灭菌，在灭菌过程中启动搅拌电机13，间断正反转动，不断翻动物料；物料灭菌过程完成后，关闭蒸汽进口6，开启灭菌空气进口阀，用灭菌空气冷却物料，在冷却过程中启动搅拌电机13，间断正反转动，不断翻动物料，冷却废气从放空口9外排；物料冷却过程完成后，关闭灭菌空气进口7，对菌种液进口8联接短管15进行蒸汽灭菌后，开种子罐菌液出口阀，并开通菌种液进口8对罐内物料接种，在接种过程中启动搅拌电机13，间断正反转动，不断翻动物料；物料接种过程完成后，关闭种子罐菌液出口阀，关闭菌液进口，开通灭菌空气进口7，向罐内补充灭菌空气，保持罐内正压；拆开蒸汽进口的蒸汽外管和菌液进口联接短管15，启动行走电机3，在轨道墙体17的轨道1上移动罐体至无菌发酵室18上方并与无菌发酵室进口波纹短管16相连接，移动过程中电线和灭菌空气软管分别在罐体左右上方架设滑索上移动；对无菌发酵室物料进口波纹短管16进行蒸汽灭菌后，开通罐体出口和无菌发酵室进口，启动搅拌电机13将物料出罐并移送至各菌株对应的无菌发酵室18进行培养基固体发酵。在罐体出料过程中，如遇出口通道堵塞，可间断开启灭菌空气吹堵阀即打开灭菌空气吹堵口20，来自灭菌空气软管的压力空气吹堵罐体物料出口通道。接种罐体内培养基物料出完后，停搅拌电机13。关闭罐体物料出口控制阀和无菌发酵室物料进口控制阀，拆开罐体物料出口控制阀与无菌发酵室物料进口波纹短管16的连接部分，开启行走电机，在轨道1上将接种罐移至预混调配室19上方轨道1的起点位置，完成接种罐工艺操作的一个程序。然后可进行下一次程序操作。
总之，本发明能够将各菌种固体培养基分别在一个可移动的、能耐受一定压力并带有搅拌功能的灭菌装置内完成高温灭菌、冷却、接种工艺过程，并且把接菌后的固体培养基各自送入对应的无菌发酵室进行固体发酵。可移动的灭菌装置集灭菌、冷却、接种功能于一体，并设置有搅拌装置，具有设备利用率高，集成优化好，综合生产效率通常可提高5倍至数十倍；设施与场地的分区合理布局，操作环境好，发酵室可自由布置，适应规模化生产要求，接种生产效率高的优点。

Claims (5)

1.一种基于多菌种的集成规模化高效固体发酵方法，其特征在于将单一菌种或者多菌种固体发酵料分别在一个或者多个并列可移动的、能耐受一定压力并带有搅拌功能的灭菌装置内分别完成高温灭菌、冷却、接种工艺过程，并且把接种后的固体发酵料各自送入对应的发酵室同时进行单一或者多种菌株的并列固体发酵；所述耐受的压力为蒸气压力灭菌的常用压力；所述发酵室为无菌发酵室；所述可移动是通过灭菌装置底部安装行走轮来实现的或者是通过灭菌装置底部安装轨道轮，发酵室配装与之配用的轨道来实现的；
所述发酵方法通过如下装置实现，所述装置包括一个或者多个配有行走机构的固体发酵料的高温灭菌冷却搅拌接种罐和与之配用的多个并列的固体发酵室；将灭菌、冷却、接种与发酵分开在不同的设施和场地进行；
所述行走机构配用的行走轮为轨道轮，发酵室配有与轨道轮对应的轨道；
所述发酵室多行并列间隔分布，并配装轨道；所述行走轮配有电驱动机构或者与接种罐对接的电驱动车头；
所述发酵室可在轨道中心线左右布置并根据需要向前延伸或者并列增行扩大规模；所述轨道的起始端下面或者上方配有将发酵料预混的预混调配室；发酵室之间的间壁为配装轨道的轨道墙或者发酵室之间的间壁上为配装轨道的轨道墙体。
2.根据权利要求1所述发酵方法，其特征在于所述搅拌是搅拌电驱动机构配有搅拌桨叶的搅拌轴，在灭菌、冷却、接种过程中对发酵料进行搅拌；所述搅拌接种罐安装在大架上，大架安装在行走轮上，驱动行走轮的行走电驱动机构和行走轮构成行走机构；所述搅拌接种罐上设有进料口、出料口、蒸汽进口、灭菌空气进口、菌种液进口、放空口、测温点、测压点，发酵室配有与出料口配用的投料口。
3.根据权利要求2所述发酵方法，其特征在于所述进料口与出料口上下斜向相对；菌种液进口内连菌种液分配管、外连配有接种罐菌种液控制阀和种子罐菌液出口阀的短管，蒸汽进口外连蒸汽阀和蒸汽管，蒸汽管与接种罐菌种液控制阀和种子罐菌液出口阀之间的短管还通过带有控制阀的横联管和蒸汽管相连；短管在接种罐菌种液控制阀与横联管之间还通过三通接有配装排汽阀的横支管；
所述发酵室为无菌发酵室，其投料口通过波纹短管和控制阀与接种罐相连；所述接种罐配有电控系统，控制搅拌机构的正反转及行走机构的自动前进与后退，并且控制其速度；所述出料口配有灭菌空气吹堵口；所述测温点和测压点为温度检测器和压力检测器；灭菌空气进口通过灭菌空气阀连接灭菌气源管。
4.根据权利要求3所述发酵方法，其特征在于所述阀门为电控阀，所述电控系统还采集温度检测器和压力检测器的温度压力信号，控制电控阀的开关和开启程度；所述灭菌空气吹堵口位于所述出料口内端，并通过吹堵阀连接灭菌气源管。
5.根据权利要求2所述发酵方法，其特征在于所述搅拌是正转时能够将发酵料推向前方，反转时能够将发酵料推向后方的搅笼式；所述放空口与蒸汽进口和灭菌空气进口相配用；所述搅拌轴安装在罐体水平中心轴线偏下的位置。
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