CN111394225B - 一种微生物连续发酵系统以及连接发酵方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微生物连续发酵系统，包括：第一流体，第一流体的输送压强和间隔时长能够调节；发酵罐，发酵罐的侧边设置有入口，发酵罐的底部中心设置有出口，第一流体由入口流入，向出口流出；辅助器材，辅助器材设置于发酵罐内，并且两者的轴线重合，辅助器材包括多个半径不同的辅助筒、与辅助筒固定的多个发光件以及刷毛，多个辅助筒依次套接，辅助筒上设置有贯穿其厚度方向的第一流入口，至少部分辅助筒能够绕轴线旋转，相邻辅助筒的转速不同。本发酵系统适宜微生物的连续发酵，通过相邻辅助筒差速转动使得其上的刷毛实现对筒壁表面的清洁，并且同时形成对其内部液体的搅动，减少微生物团聚沉淀，促使其受光均匀，促进其繁殖。

Description

一种微生物连续发酵系统以及连接发酵方法
技术领域
本发明涉及微生物发酵技术领域，具体为食品、饲料中微生物发酵，尤其涉及一种微生物连续发酵系统以及连接发酵方法。
背景技术
光合细菌(Photo Synthetic Bacteria,简称PSB)是地球上最早出现具有原始光能合成体系的原核生物，是一大类在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称，广泛存在于自然界的水田、湖泊、江河、海洋、活性污泥以及土壤中。目前运用较多的为红螺菌科光合细菌。
光合细菌具有多种异养功能：固氮、脱氮、固碳、硫化物氧化等，与水体中的氮、磷、硫循环密切相关，在水体的自净过程中扮演着重要角色，具体表现在：1、净化水质，光合细菌在水底层缺氧的情况下，能将有害物质吸收，成就自体生长进而形成优势种群并释放出大量的抑菌酵素，可使其它的病原菌生长受阻，从而起到了水质净化剂的作用；2、用作饲料添加剂，将光合细菌的菌液以3～5％的量添加剂饲料中,可降低饲料系数、增强机体抗病能力，促进其生长，大幅度提高产量；3、保护鱼虾苗种培育，光合细菌应用于鱼虾蟹贝的育苗中，可促进幼体生长、变态,提高成活率；4、作为饵料，光合细菌菌群可直接被鱼虾滤食，更是浮游动物的好饵料，而浮游动物则是虾、蟹、鱼类苗种及鳙鱼等成鱼的直接食料；5、防治鱼病，光合细菌通过对有害物质的异养作用，达到净化水质，减少疾病的发生，通过降解鱼药及污水的污染，改善鱼类的生长环境，增强鱼体体质，光合细菌占优势时，可抑制其它病原菌的滋生；6、消除好氧因子，底质中的有害物质在分解转化中，要消耗氧，而光合细菌吸收了耗氧物质后，起到间接增氧的作用。
但光合细菌的生长需要有适宜的外部环境和合理的营养条件，才能正常地、高速地繁殖，产出优质的菌液，而目前光合细菌的发酵设备和方法还有一定缺陷，光照不均匀，光合细菌容易团聚沾附在容器内壁等，因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种微生物连续发酵系统以及连接发酵方法，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种微生物连续发酵系统，包括：
第一流体，所述第一流体的输送压强和间隔时长能够调节；
发酵罐，所述发酵罐的侧边设置有入口，所述发酵罐的底部中心设置有出口，第一流体由所述入口流入，向所述出口流出；
辅助器材，所述辅助器材设置于所述发酵罐内，并且两者的轴线重合，所述辅助器材包括多个半径不同的辅助筒、与所述辅助筒固定的多个发光件以及刷毛，所述多个辅助筒依次套接，所述辅助筒上设置有贯穿其厚度方向的第一流入口，至少部分所述辅助筒能够绕所述轴线旋转，相邻所述辅助筒的转速不同，所述辅助筒由透明材质制成，所述多个发光件均匀设置于所述辅助筒，所述刷毛设置于所述辅助筒的表面，所述刷毛的长度大于相邻所述辅助筒之间的距离。
优选地，所述发光件位于所述辅助筒的内部，所述辅助筒的表面正对所述发光件的位置设置有第一散光部，所述第一散光部具有凸出所述辅助筒筒壁的弧形面。
优选地，所述发酵系统还包括第二流体，所述辅助筒内部具有容纳腔并与第二流体连通，所述第一散光部采用弹性透明材料制成，并受所述第二流体的作用力产生凸出所述辅助筒筒壁的弧形面。
优选地，所述发光件沿所述辅助筒的轴线延伸，多个所述发光件沿所述辅助筒的周向排布，所述第一散光部沿所述辅助筒的轴线延伸，多个所述第一散光部沿所述辅助筒的周向排布。
优选地，所述发光件沿所述辅助筒的周向延伸，多个所述发光件沿所述辅助筒的轴线排布，所述第一散光部沿所述辅助筒的周向延伸，多个所述第一散光部沿所述辅助筒的轴线排布。
优选地，所述第二流体为水流。
优选地，所述发酵系统还包括导流板，所述辅助筒的顶部设置有与所述容纳腔连通的第二流入口，所述导流板设置于所述发酵辅助器材的顶部，并设置有与所述第二流入口相对应的通孔。
优选地，所述多个辅助筒间隔旋转。
优选地，所述发酵罐的底部设置有多个环形滑槽，所述多个环形滑槽的轴线与所述发酵罐的轴线重合，所述辅助筒嵌设于对应的所述环形滑槽内。
优选地，所述第一流体为培养物、营养物或惰性气体。
优选地，所述第一散光部为半球形。
优选地，所述第一散光部为半圆柱形，所述第一散光部的轴向与所述第一流体的流动方向呈一夹角。
优选地，所述第一散光部的轴向与所述第一流体的流动方向呈90°。
优选地，所述发光件的光照强度为1000-6000lux。
优选地，所述发酵罐设置有温控器以及温度传感器，所述温控器控制所述发酵罐内的温度为10-34℃。
优选地，所述发酵罐设置有排气管，所述排气管连接有排气阀。
优选地，所述发酵罐设置有伸入其内部的pH计、照度计和溶解氧探测器。
本发明还提供了一种微生物连接发酵方法，包括以下步骤：
启动第一流体向发酵罐内输送培养物、营养物或惰性气体；
发酵分为活跃期以及休眠期，两个时期分别控制相邻辅助筒转速差以及发酵罐内光照强度、温度。
优选地，发酵活跃期，控制相邻辅助筒的转速差为20-50r/min，控制所述发酵罐内的光照强度为3000-6000lux，温度为30-34℃。
优选地，发酵休眠期，控制相邻辅助筒的转速差为5-10r/min，控制所述发酵罐内的光照强度为1000-2000lux，温度为10-15℃。
优选地，还包括步骤：启动第二流体进入辅助筒内以控制第一散光部在发酵活跃期和休眠期产生不同形变。
优选地，在发酵活跃期，控制第一散光部的最大高度在5-10cm。
优选地，在发酵休眠期，控制第一散光部的最大高度在0-2cm。
优选地，当所述发酵罐内pH值不小于9时，增大第一流体通入量，或添加醋酸。
优选地，控制所述发酵罐内的最大液体体积为所述发酵罐体积的1/3-1/2。
优选地，控制辅助器材的转速，使得第一流体由一辅助筒的第一流入口经过至少1/3辅助筒周长后流入另一辅助筒的第一流入口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发酵系统适宜光合细菌的连续发酵，通过相邻辅助筒差速转动使得其上的刷毛，实现了对筒壁表面的清洁，避免由于光合细菌的趋光性造成容易附着在辅助筒表面而造成光源被遮挡，光合细菌受光不足，并且同时形成对其内部液体的搅动，减少光合细菌团聚沉淀，进一步促使其受光均匀，促进其繁殖。
(2)本发酵系统通过间隔持续性输入的第一流体(培养物、营养物或惰性气体)实现发酵罐内的辅助筒旋转，通过电机在发酵罐内水位较高时实现辅助筒旋转，节约能源，降低成本。
(3)本发酵系统通过多个辅助筒使得布光更为均匀，实现多级光源分布，增强光合细菌的受光均匀度，同时降低对光合细菌搅拌要求。
(4)本发酵系统通过设置在辅助筒上的第一散光部，通过其弧形面实现光源的扩散均布，提高光照均匀度，促进光合细菌繁殖，同时凸起的第一散光部对第一流体具有一定阻拦作用，加强辅助筒内液体的紊动，提高光合细菌的均匀分布；进一步地，通过采用弹性透明材料制作第一散光部，配合第二流体，实现对第一散光部的突出高度调控，即控制其散光作用以及阻挡体积，进而调整光照均匀度以及搅拌力度，控制光合细菌的繁殖。
(5)本发酵系统通过导流板，实现在辅助筒旋转时将第二流体均匀、持续地输入辅助筒容纳腔内，实现对第一散光部形变的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的立体结构示意图，其中，为示意清楚，导流板与辅助筒分离；
图2为本发明中辅助筒的立体结构示意图；
图3为本发明一实施例中辅助筒的透视示意图；
图4为图3的部分剖视放大示意图；
图5为本发明另一实施例中辅助筒的透视示意图；
图6为图5的部分剖视放大示意图；
图7为本发明中导流板的立体结构示意图；
图8为图7中A部分的放大示意图。
具体地，100-发酵罐，110-入口，120-出口，130-环形滑槽，
200-辅助器材，210-辅助筒，211-第一流入口，212-容纳腔，213-第二流入口，220-发光件，230-刷毛排，231-刷毛，240-第一散光部，
300-导流板，310-通孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种微生物连续发酵系统，包括：第一流体、发酵罐100以及辅助器材200，本发酵系统适宜光合细菌的连续发酵，通过相邻辅助筒210差速转动使得其上的刷毛231，实现了对筒壁表面的清洁，避免由于光合细菌的趋光性造成容易附着在辅助筒210表面而造成光源被遮挡，光合细菌受光不足，并且同时形成对其内部液体的搅动，减少光合细菌团聚沉淀，进一步促使其受光均匀，促进其繁殖。
具体地，第一流体的输送压强和间隔时长能够调节，第一流体可以为培养物、营养物或惰性气体，因此，其前序装置应包括液体罐、气体罐、相应泵体以及连接管、控制阀等，这是本领域技术人员可以根据需求、场地等灵活设置的，不再赘述。培养物为光合细菌菌种，本发酵系统优选适用于红螺菌科光合细菌。营养物可以采用光合细菌培养液，优选采用乙酸钠3.3g/L、氯化铵0.6g/L、磷酸二氢钾0.9g/L、硫酸镁0.5g/L、酵母膏1.5g/L与适量蒸馏水混合，同时营养物也可以为二氧化碳气体、氮气等，惰性气体可以采用氦气，以仅起到对辅助器材200的冲击作用。
如图2所示，发酵罐100的侧边设置有入口110，发酵罐100的底部中心设置有出口120，第一流体由入口110流入，向出口120流出，入口110优选沿发酵罐100的高度方向延伸为狭长条状，以使得第一流体沿辅助器材200的切线方向进入，充分冲击辅助器材200，使其旋转。为对发酵进程更好的调控，发酵罐100优选设置有温控器以及温度传感器，温控器控制发酵罐100内的温度为10-34℃。发酵罐100还可以设置有伸入其内部的pH计、照度计和溶解氧探测器。进一步优选地，发酵罐100设置有排气管，排气管连接有排气阀，以对发酵罐100内产生的气体进行适当排出，以上器材或设备均采用现有技术。
如图1所示，辅助器材200设置于发酵罐100内，并且两者的轴线重合，辅助器材200包括多个半径不同的辅助筒210，多个辅助筒210依次套接，至少部分辅助筒210能够绕轴线旋转，相邻辅助筒210的转速不同，以实现刷毛231清洁作用以及对辅助筒210内液体搅动。优选地，多个辅助筒210间隔旋转，即相邻辅助筒210一个转动一个不转动，不转动的辅助筒210底部与发酵罐100固定，转动的辅助筒210底部与发酵罐100滑动连接。进一步优选地，如图2所示，发酵罐100的底部设置有多个环形滑槽130，多个环形滑槽130的轴线与发酵罐100的轴线重合，辅助筒210嵌设于对应的环形滑槽130内，以实现辅助筒210稳定地在发酵罐100内旋转。
如图3和图5所示，辅助器材200还包括与辅助筒210固定的多个发光件220以及刷毛231。辅助筒210上设置有贯穿其厚度方向的第一流入口211，以使得第一流体进入，通过间隔持续性输入的第一流体实现辅助筒210旋转，同时也可以通过电机在发酵罐100内水位较高时实现辅助筒210旋转，节约能源，降低成本。辅助筒210由透明材质制成，多个发光件220均匀设置于辅助筒210，可以是设置在辅助筒210的表面，也可以设置在辅助筒210的内部，本实施例中，设置于辅助筒210的内部，以实现对发光件220更好的保护发光件220的光照强度优选为1000-6000lux，进一步优选地，发光件220的光照强度可调，以适应不同的发酵需求。本发酵系统通过多个辅助筒210使得布光更为均匀，实现多级光源分布，增强光合细菌的受光均匀度，同时降低对光合细菌搅拌要求。刷毛231设置于辅助筒210的表面，刷毛231一般可以成排设置为刷毛231排230排布于辅助筒210的表面，刷毛231的长度大于相邻辅助器材200之间的距离，以实现对其相邻辅助筒210表面的清扫，避免由于光合细菌的趋光性造成容易附着在辅助筒210表面进而造成光源被遮挡，同时使得沉淀在辅助筒210表面的光合细菌再次悬浮，使得光照均匀投射，促进光合细菌受光。
根据本发明的一优选实施方式，如图3-6所示，发光件220位于辅助筒210的内部，辅助筒210的表面正对发光件220的位置设置有第一散光部240，第一散光部240具有凸出辅助筒210筒壁的弧形面。第一散光部240可以为半球形，沿发光件220的轴线设置有多个，当然，第一散光部240也可以为半圆柱形，直接覆盖于发光件220的上方，优选地，第一散光部240的轴向与第一流体的流动方向呈一夹角，进一步优选地，该夹角为90°。通过第一散光部240的弧形面实现光源的扩散均布，提高光照均匀度，促进光合细菌繁殖，同时凸起的第一散光部240对第一流体具有一定阻拦作用，加强辅助筒210内液体的紊动。一实施例中，如图3-4所示，发光件220沿辅助筒210的轴线延伸，多个发光件220沿辅助筒210的周向排布，第一散光部240沿辅助筒210的轴线延伸，多个第一散光部240沿辅助筒210的周向排布。另一实施例中，如图5-6所示，发光件220沿辅助筒210的周向延伸，多个发光件220沿辅助筒210的轴线排布，第一散光部240沿辅助筒210的周向延伸，多个第一散光部240沿辅助筒210的轴线排布。该两种实施例可以同时使用，并间隔交替设置于同一辅助器材200内，以实现光照更加均匀，液体紊动多样从而使得光合细菌的分布更加均匀。
根据本发明的一优选实施方式，发酵系统还包括第二流体，辅助筒210内部具有容纳腔212并与第二流体连通，第一散光部240采用弹性透明材料制成，并受第二流体的作用力产生凸出辅助筒210筒壁的弧形面，即该弧形面的凸出高度受第二流体控制，第二流体通过控制其散光作用以及阻挡体积，进而调整光照均匀度以及搅拌力度，控制光合细菌的繁殖。优选地，第二流体为水流，以实现较好的散光作用。
根据本发明的一优选实施方式，如图1、图7和图8所示，发酵系统还包括导流板300，辅助筒的顶部设置有与容纳腔212连通的第二流入口213，导流板300设置于发酵辅助器材200的顶部，并设置有与第二流入口213相对应的通孔310，以实现在辅助筒210旋转时将第二流体均匀、持续地输入辅助筒210容纳腔212内，实现对第一散光部240形变的控制。
一种微生物连接发酵方法，包括以下步骤：
启动第一流体向发酵罐100内输送培养物、营养物或惰性气体；
发酵分为活跃期以及休眠期，两个时期分别控制相邻辅助筒转速差以及发酵罐内光照强度、温度。具体为：发酵活跃期，控制相邻辅助筒的转速差为20-50r/min，控制发酵罐100内的光照强度为3000-6000lux，温度为30-34℃；发酵休眠期，控制相邻辅助筒的转速差为5-10r/min，控制发酵罐100内的光照强度为1000-2000lux，温度为10-15℃。
根据本发明的一优选实施方式，还包括步骤：启动第二流体进入辅助筒210内以控制第一散光部240在发酵活跃期和休眠期产生不同形变，具体为，在发酵活跃期，控制第一散光部240的最大高度在5-10cm，在发酵休眠期，控制第一散光部240的最大高度在0-2cm。
根据本发明的一优选实施方式，当发酵罐100内pH值不小于9时，增大第一流体通入量，或添加醋酸。
根据本发明的一优选实施方式，控制发酵罐100内的最大液体体积为发酵罐100体积的1/3-1/2。
根据本发明的一优选实施方式，控制辅助器材200的转速，使得第一流体由一辅助筒210的第一流入口211经过至少1/3辅助筒210周长后流入另一辅助筒210的第一流入口211。
综上所述，本发酵系统适宜光合细菌的连续发酵，通过相邻辅助筒差速转动使得其上的刷毛，实现了对筒壁表面的清洁，避免由于光合细菌的趋光性造成容易附着在辅助筒表面而造成光源被遮挡，光合细菌受光不足，并且同时形成对其内部液体的搅动，减少光合细菌团聚沉淀，进一步促使其受光均匀，促进其繁殖。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种微生物连续发酵系统，其特征在于，包括：
第一流体，所述第一流体的输送压强和间隔时长能够调节；
发酵罐，所述发酵罐的侧边设置有入口，所述发酵罐的底部中心设置有出口，第一流体由所述入口流入，向所述出口流出；
辅助器材，所述辅助器材设置于所述发酵罐内，并且两者的轴线重合，所述辅助器材包括多个半径不同的辅助筒、与所述辅助筒固定的多个发光件以及刷毛，所述多个辅助筒依次套接，所述辅助筒上设置有贯穿其厚度方向的第一流入口，至少部分所述辅助筒能够绕所述轴线旋转，相邻所述辅助筒的转速不同，所述辅助筒由透明材质制成，所述多个发光件均匀设置于所述辅助筒，所述刷毛设置于所述辅助筒的表面，所述刷毛的长度大于相邻所述辅助筒之间的距离；
所述发光件位于所述辅助筒的内部，所述辅助筒的表面正对所述发光件的位置设置有第一散光部，所述第一散光部具有凸出所述辅助筒筒壁的弧形面；
所述发酵系统还包括第二流体，所述辅助筒内部具有容纳腔并与第二流体连通，所述第一散光部采用弹性透明材料制成，并受所述第二流体的作用力产生凸出所述辅助筒筒壁的弧形面；
所述第二流体为水流。
2.根据权利要求1所述的微生物连续发酵系统，其特征在于，所述发光件沿所述辅助筒的轴线延伸，多个所述发光件沿所述辅助筒的周向排布，所述第一散光部沿所述辅助筒的轴线延伸，多个所述第一散光部沿所述辅助筒的周向排布。
3.根据权利要求1所述的微生物连续发酵系统，其特征在于，所述发光件沿所述辅助筒的周向延伸，多个所述发光件沿所述辅助筒的轴线排布，所述第一散光部沿所述辅助筒的周向延伸，多个所述第一散光部沿所述辅助筒的轴线排布。
4.根据权利要求1所述的微生物连续发酵系统，其特征在于，所述发酵系统还包括导流板，所述辅助筒的顶部设置有与所述容纳腔连通的第二流入口，所述导流板设置于所述发酵辅助器材的顶部，并设置有与所述第二流入口相对应的通孔。
5.根据权利要求1所述的微生物连续发酵系统，其特征在于，所述多个辅助筒间隔旋转。
6.利用如权利要求1-5中任一项所述的一种微生物连续发酵系统的连续发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：
启动第一流体向发酵罐内输送培养物、营养物或惰性气体；
发酵分为活跃期以及休眠期，两个时期分别控制相邻辅助筒转速差以及发酵罐内光照强度、温度。
7.根据权利要求6所述的一种微生物连续发酵方法，其特征在于，还包括步骤：启动第二流体进入辅助筒内以控制第一散光部在发酵活跃期和休眠期产生不同形变。
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