CN114164101A - 一种有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐及其应用，包括：罐体、控流器、搅拌电机、搅拌杆、桨叶、加热管和进气管。所述罐体上设置有加料口和放料口。所述控流器竖向设置在罐体内，该控流器为两端封口的筒体，其上端和下端侧壁上均开设有横向分布的条形开口，所述条形开口之间的筒体侧壁具有若干出液孔。所述搅拌电机固定在罐体上方，所述搅拌杆竖向设置控流器的内腔中，且搅拌杆的上端与搅拌电机连接。所述桨叶固定在搅拌杆的侧壁上。所述加热管位于控流器的内腔中，所述进气管的端口穿过控流器的底面后位于控流器的内腔中。该发酵罐不仅能够避免机械搅拌对微生物造成的影响，而且能够提供更加适合罐内微生物的繁殖的温度环境。
Description
技术领域
本发明涉及氨基葡萄糖制备技术领域，具体涉及一种有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐及其应用。
背景技术
氨基葡萄糖在生物体内具有许多重要生理功能，传统的氨基葡萄糖生产方法是以虾蟹壳等为原料，经过浓盐酸水解而来。这种方法会产生大量废液，处理成本高且不易处理。而且这种方法得到的氨基葡萄糖不适于海鲜过敏者服用。目前，采用微生物发酵制取氨基葡萄糖已经得到了广泛应用，这种方法制备的氨基葡萄糖无鱼腥味，生产资源丰富，而且对环境更加友好。然而，本发明人发现，现有的发酵设备对发酵过程带来了诸多不利影响，其中一个重要的问题是在搅拌过程中很容易造成附着在发酵罐内壁上的微生物脱落，影响发酵效率。另外，发酵罐采用外壁夹层加热的方式确保罐内温度，但这对直接附着在发酵罐内壁上的微生物带来了不利影响，其主要原因是管壁处的温度高于罐内，而温度监测的是罐内温度，导致发酵罐内壁上的微生物所在处的温度环境与所需的温度有较大差异，造成微生物繁殖、代谢减慢。
发明内容
针对上述的问题，本发明提供一种有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐及其应用，该发酵罐不仅能够避免机械搅拌对微生物造成的影响，而且能够提供更加适合罐内微生物的繁殖的温度环境。为实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。
首先，公开一种有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，包括：罐体、控流器、搅拌电机、搅拌杆、桨叶、加热管和进气管。其中：所述罐体上设置有加料口和放料口，以便于向罐体内输入培养液等物料或者将发酵液放出。所述控流器竖向设置在罐体内，该控流器为两端封口的筒体，其上端和下端侧壁上均开设有横向分布的条形开口，所述条形开口之间的筒体侧壁具有若干出液孔，且所述条形开口与其相邻的出液孔之间具有高度不小于20cm的未开孔区域，且在满足该条件的前提下将所述条形开口设置尽可能靠近罐体的端部。所述搅拌电机固定在罐体上方，所述搅拌杆竖向设置控流器的内腔中，且搅拌杆的上端与搅拌电机连接。所述桨叶固定在搅拌杆的侧壁上，且该桨叶分布在所述出液孔所在区域范围内。所述加热管位于控流器的内腔中，且加热管与控流器内壁不接触，所述进气管的端口穿过控流器的底面后位于控流器的内腔中。
进一步地，所述出液孔为变径孔，且该变径孔的直径从所述筒体的外壁向内壁逐渐增大。这种结构的孔有助于形成小范围内的射流，实现对控流器外部液体的搅动。
进一步地，所述罐体固定在支架上，所述放料口设置在罐体的底面上，且罐体的底面为锥形，以便于发酵液的排出。
进一步地，所述罐体的侧壁上连接有温度监测仪，以便于监测罐体内发酵液的温度。
进一步地，所述罐体的侧壁上连接有pH监测仪，以便于监测罐体内发酵液酸碱值。
进一步地，所述控流器的顶壁和底面上均设置有通孔，所述搅拌杆穿过罐体的顶壁上的通孔后进入控流器的内腔中。所述进气管的端口穿过控流器的底面上的通孔后进入控流器的内腔中。
进一步地，所述加热管为螺旋管，其上端口和下端口分别和热水器的进口、出口连接，以便于向加热管中通入热水并进行循环，确保罐体内的发酵温度。
进一步地，所述罐体的外壁上设置有保温层，以降低罐体内热量的散失。可选地，所述保温层的材质包括泡沫、玻璃棉、岩棉等。
进一步地，所述桨叶为板体，其有助于引起控流器内液体的大范围同时搅动，满足搅拌需要。
进一步地，所述罐体的外壁上设置有液位计，以便显示罐体内的液位。
进一步地，所述罐体的定壁上设置有放气阀，以保持罐体内外的气压平衡。
其次，公开所述有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐在化工、医药等领域中的应用。
基于上述的技术方案，本发明具有以下方面的有益效果：
本发明的这种发酵罐放弃了传统的纯机械式搅拌进行罐内液体搅拌的方式和直接对罐体外壁加热提供发酵所需温度的方式，而是在罐体内设置了具有特殊结构的控流器，其不仅能够很好地避免传统机械搅拌引起的液体在发酵罐内旋转对罐体内壁施加的剪切力造成内壁上微生物脱落的问题，而且能够为微生物提供更多的附着面，促进发酵效率。其原因在于：传统的纯机械搅拌的方式会带动罐内液体沿着罐内壁进行旋转，进而对罐体内壁上附着的微生物形成剪切作用，尤其在微生物繁殖的初期，其很容易在这种搅拌带来的剪切作用下从罐体内壁上脱落。为此，本发明采用了上述的控流器解决该问题，当搅拌器在控流器内搅拌时，其产生的液体旋转无法直接传递到控流器的外部，而是在控流器内壁的阻碍与出液孔的透液作用下以射流的形式从控流器的侧壁外表面行射出，每个出液孔相当于一个扰流器，其中射出的液体流形成小范围的液体扰动，进而实现控流器外部液体的搅动作用，经过控流器转换后的这种搅动不具有对罐体的内壁的剪切作用，不会对罐体内壁上的微生物造成剥落，防止影响发酵效率和发酵周期。另外，发酵罐内微生物的附着面积对发酵效率有较大的影响，通过设置控流器可以有效增加罐体内微生物的附着面积，提高发酵效率。
进一步地，本发明将加热管设置在控流器内，相对于传统的直接对罐体外壁进行加热的方式，本发明的这种加热方式可以利用射流将热量带出并均匀分布在罐体内，确保罐体内温度均衡，防止造成罐体内壁上的微生物所处温度环境与所需的温度有较大差异的问题，有助于提高发酵效率、缩短发酵周期。另外，通过利用控流器形成的射流进行温度的分布更加节能，其原因是温度的传递只能从管体内部向四周的发酵液进行单向辐射传递，而不像上述传统的加热方式一样是同时向罐体内液体和罐体外空气进行热传递，容易造成更多热量损失的同时，还影响罐体内的温度，影响发酵效率和周期。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中微生物发酵罐的结构示意图。
图2为本发明实施例中控流器的结构示意图。
图3为本发明实施例中控流器侧壁上出液孔的局部示意图。
图中标记代表：1-罐体、1.1-加料口、1.2-放料口、2-控流器、2.1-条形开口、2.2-出液孔、2.3-未开孔区域、2.4-通孔、3-搅拌电机、4-搅拌杆、5-桨叶、6-加热管、7-进气管、8-支架、9-温度监测仪、10-pH监测仪、11-液位计、12-放气阀。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
另外，本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等及其类似用语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。现结合说明书附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。
参考图1和图2，对于该图示例的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其包括：罐体1、控流器2、搅拌电机3、搅拌杆4、桨叶5、加热管6和进气管7。其中：
所述罐体1为圆柱形结构，其内部具有空腔，用于设置发酵所需的辅助部件也存储发酵液。所述罐体1固定在支架8上，且罐体1的顶壁上设置有加料口1.1以便于向罐体1内输入培养液、接入发酵菌种等。所述罐体1的底面为锥形，且该底面上设置有放料口1.2，以便于将发酵液排出，排出的发酵液进入后续的处理工序，最终将发酵液中的代谢产物--氨基葡萄糖分离提取出来。所述罐体1的外壁上设置有保温层，以降低罐体内热量的散失。可选地，所述保温层的材质包括泡沫、玻璃棉、岩棉等。
所述控流器2竖向设置在罐体1的内腔中心，具体地，所述控流器2为两端封口的圆筒，其上端和下端侧壁上均开设有横向分布的条形开口2.1，即该条形开沿着控流器2的侧壁的周向分布，以便于罐体1内上、下部的液体进入控流器2的内腔中。
进一步地，参考图2，所述控流器2的上部的条形开口2.1和下部的条形开口2.1之间的筒体侧壁上开设有若干个出液孔2.2，且所述条形开口2.1与其相邻的出液孔之间具有高度不小于20cm的未开孔区域2.3，即控流器2的上部的条形开口2.1与其相邻的一行出液孔2.2之间的垂直距离不小于20cm，这一区域的控流器2侧壁上不具有出液孔2.2。同样地，控流器2的下部的条形开口2.1与其相邻的一行出液孔2.2之间的垂直距离不小于20cm，这一区域的控流器2侧壁上不具有出液孔2.2。在满足上述距离的条件下，所述条形开口2.4设置地尽可能靠近罐体1的端部，即控流器2的上部的条形开口2.1设置地尽可能靠近控流器2的上部端面，控流器2的下部的条形开口2.1设置地尽可能靠近控流器2的下部端面，以便于罐体1内上、下部的液体进入控流器2内。
所述搅拌电机3固定在罐体1上方，所述搅拌杆4竖向设置控流器2的内腔中，且所述控流器2的顶壁和底面上均设置有通孔2.4，所述搅拌杆4穿过该通孔2.4和罐体1的顶壁后与所述搅拌电机3连接。所述桨叶5固定在搅拌杆4的侧壁上，且该桨叶5分布在所述出液孔2.2所在区域范围内，所述桨叶5为板体，其有助于引起控流器2内液体的大范围同时搅动，满足搅拌需要。正如前文所述，种发酵罐放弃了传统的纯机械式搅拌进行罐内液体搅拌的方式和直接对罐体1外壁加热提供发酵所需温度的方式，而是在罐体1内设置了具有特殊结构的控流器2，其不仅能够很好地避免传统机械搅拌引起的罐体内壁上微生物脱落的问题，而且能够为微生物提供更多的附着面，促进发酵效率。其原因在于：传统的纯机械搅拌的方式会带动罐内液体沿着罐内壁进行旋转，进而对罐体1内壁上附着的微生物形成剪切作用，尤其在微生物繁殖的初期，其很容易在这种搅拌带来的剪切作用下从罐体1内壁上脱落。为此，本发明采用了上述的控流器2解决该问题，当搅拌器在控流器2内搅拌时，其产生的液体旋转无法直接传递到控流器2的外部，而是在控流器2内壁的阻碍与出液孔2.2的透液作用下以射流的形式从控流器2的侧壁外表面行射出，每个出液孔2.2相当于一个扰流器，其中射出的液体流形成小范围的液体扰动，进而实现控流器2外部液体的搅动作用，经过控流器转换后的这种搅动不具有对罐体1的内壁的剪切作用，不会对罐体内壁上的微生物造成剥落，防止影响发酵效率和发酵周期。另外，发酵罐内微生物的附着面积对发酵效率有较大的影响，通过设置控流器2可以有效增加罐体内微生物的附着面积，提高发酵效率。
所述加热管6位于控流器2的内腔中，且所述加热管6为螺旋管，其上端口和下端口分别和热水器的进口、出口连接，以便于向加热管6中通入热水并进行循环，确保罐体内的发酵温度。相对于传统的直接对罐体1外壁进行加热的方式，本发明的这种加热方式可以利用射流将热量带出并均匀分布在罐体1内，确保罐体1内温度均衡，防止造成罐体1内壁上的微生物所处温度环境与所需的温度有较大差异的问题，有助于提高发酵效率、缩短发酵周期。另外，通过利用控流器2形成的射流进行温度的分布更加节能，其原因是温度的传递只能从管体内部向四周的发酵液进行单向辐射传递，而不像上述传统的加热方式一样是同时向罐体1内液体和罐体1外空气进行热传递，容易造成更多热量损失的同时，还影响罐体1内的温度，影响发酵效率和周期。
所述控流器2底面上均设置有通孔2.4，所述进气管7的端口穿过控流器2的底面上的通孔2.4后进入控流器2的内腔中。以便于向罐体内同屋无菌空气，确保发酵所需的氧气。进一步地，所述罐体1的定壁上设置有放气阀12，以保持罐体1内外的气压平衡。
参考图3，在一个优选的实施例中，所述出液孔2.2为变径孔，且该变径孔的直径从所述筒体的外壁向内壁逐渐增大。这种结构的孔有助于形成小范围内的射流，实现对控流器2外部液体的无剪切力搅动。
继续参考图1，在其他的实施例中，所述罐体1的侧壁上连接有温度监测仪9和pH监测仪10，以便于监测罐体1内发酵液的温度和酸碱值，当条件不适合发酵时及时进行调整，保证发酵的正常进行。
继续参考图1，在其他的实施例中，所述罐体1的外壁上设置有液位计11，以便显示罐体1内的液位。
需要说明的是，其他发酵所需的辅助部件可直接参考现有的微生物发酵制备氨糖的发酵设备，此处不再赘述。
进一步地，以葡萄糖液体培养基为能源，以N-乙酰氨糖谷氨酸棒杆菌重组菌为发酵菌种。分别采用传统的发酵罐和上述实施例中的发酵罐进行发酵试验，所述传统的发酵罐采用在罐体内直接搅拌和对罐体外壁直接加热的方式。发酵完成后计算发酵液中氨糖的浓度、发酵周期以及葡萄糖转化为氨糖的转化率，采用的发酵罐罐体溶剂为80m3。结果如表1所示，可以看出，相对于传统的发酵罐，采用本发明的发酵罐得到的发酵液中氨糖的浓度、发酵周期以及葡萄糖转化为氨糖的转化率均得到了显著提高，说明本发明的发酵罐能够大幅度促进发酵效率。
表1
| 试验批次 | 采用发酵装置 | 氨糖浓度 | 葡萄糖转化率 | 发酵时间 |
| 试验1 | 本发明 | 142.74 g/L | 48.94% | 51.36h |
| 试验2 | 本发明 | 144.27 g/L | 50.68% | 51.18h |
| 试验3 | 本发明 | 141.66 g/L | 52.37% | 50.94h |
| 试验4 | 本发明 | 140.82 g/L | 49.59% | 51.23h |
| 试验5 | 本发明 | 142.19 g/L | 50.43% | 50.71h |
| 试验6 | 传统装置 | 121.32 g/L | 41.41% | 65.28h |
| 试验7 | 传统装置 | 126.18 g/L | 43.02% | 64.79h |
| 试验8 | 传统装置 | 124.45 g/L | 42.62% | 64.24h |
最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，包括：
罐体，所述罐体上设置有加料口和放料口；
控流器，所述控流器竖向设置在罐体内，该控流器为两端封口的筒体，其上端和下端侧壁上均开设横向分布的条形开口，所述条形开口之间的筒体侧壁具有若干出液孔，且该条形开口与其相邻的出液孔间具有高度不小于20cm的未开孔区域，且在满足该条件前提下将所述条形开口设置地靠近罐体的端部；
搅拌杆，所述搅拌杆竖向设置控流器的内腔中，且该搅拌杆的上端与搅拌电机连接；所述搅拌电机固定在罐体上方；
桨叶，所述桨叶固定在搅拌杆的侧壁上，且该桨叶分布在所述出液孔所在区域范围内；
加热管，所述加热管位于控流器内腔中，且该加热管与控流器内壁不接触；
进气管，所述进气管的端口穿过控流器的底面后位于控流器的内腔中。
2.根据权利要求1所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，所述出液孔为变径孔，且该变径孔的直径从所述筒体的外壁向内壁逐渐增大；优选地，所述桨叶为板体。
3.根据权利要求1所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，所述罐体固定在支架上，所述放料口设置在罐体的底面上，且罐体的底面为锥形。
4.根据权利要求1所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，所述罐体的侧壁上连接有温度监测仪。
5.根据权利要求1所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，所述罐体的侧壁上连接有pH监测仪。
6.根据权利要求1所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，所述控流器的顶壁和底面上均设置有通孔，所述搅拌杆穿过罐体的顶壁上的通孔后进入控流器的内腔中；所述进气管的端口穿过控流器的底面上的通孔后进入控流器的内腔中。
7.根据权利要求1所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，所述加热管为螺旋管，其上端口和下端口分别和热水器的进口、出口连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，所述罐体的外壁上设置有保温层；优选地，所述保温层的材质包括泡沫、玻璃棉、岩棉中的任意一种。
9.根据权利要求1-7任一项所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐，其特征在于，所述罐体的外壁上设置有液位计；优选地，所述罐体的定壁上设置有放气阀。
10.根据权利要求1-9任一项所述的有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐在化工、医药领域中的应用。
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| CN202111653444.1A CN114164101A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种有助于促进氨糖发酵效率的微生物发酵罐及其应用 |
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