CN115141714A - 一种厌氧菌发酵系统及发酵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种厌氧菌发酵系统及发酵方法，属于发酵控制领域。一种厌氧菌发酵系统，包括：发酵容器，用于实施发酵，发酵容器开有第一醪液进口、醪液出口、氮气进口以及尾气出口；灭菌容器，用于实施灭菌，灭菌容器设有第二醪液进口、空气进口、空气出口，第二醪液进口用于与醪液出口连通。其能够有效解决现有的利用一氧化碳作为碳源对乙醇梭菌进行发酵，产物会自发酸化的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于发酵控制领域，特别涉及一种厌氧菌发酵系统及发酵方法。
背景技术
乙醇梭菌是一种严格厌氧菌，在利用一氧化碳作为微生物碳源进行严格的厌氧发酵时，发酵完成得到的成熟醪液在无人为干预的条件下会自发酸化，导致目标产物乙醇的获取量大大的降低。
发明内容
本申请的目的在于提供一种厌氧菌发酵系统及发酵方法，以解决现有的利用一氧化碳作为碳源对乙醇梭菌进行发酵，产物会自发酸化的技术问题。
本发明实施例提供了一种发酵系统，包括：发酵容器，用于实施发酵，所述发酵容器开有第一醪液进口、醪液出口、氮气进口以及尾气出口；灭菌容器，用于实施灭菌，所述灭菌容器设有第二醪液进口、空气进口、空气出口，所述第二醪液进口用于与醪液出口连通。
可选的，所述第一醪液进口设于发酵容器顶部，所述氮气进口设于发酵容器底部；所述第二醪液进口设于灭菌容器顶部，所述空气进口设于灭菌容器底部。
可选的，所述发酵容器内底部设有第一环管，第一环管通过入口与所述氮气进口连通，第一环管开有若干第一出气孔；所述灭菌容器内底部设有第二环管，第二环管通过入口与空气进口连通，第二环管开有若干第二出气孔。
可选的，若干所述第一出气孔均匀分布于所述第一环管顶面；若干所述第二出气孔均匀分布于所述第二环管顶面。
可选的，所述发酵容器设有第一循环管道，第一循环管道一端与发酵容器底部连通，另一端与发酵容器顶部连通，第一循环管道设有第一循环泵；所述灭菌容器设有第二循环管道，第二循环管道一端与灭菌容器底部连通，另一端与灭菌容器顶部连通，第二循环管道设有第二循环泵。
可选的，所述第一循环管道顶端连有第一雾化器，所述第二循环管道顶端连有第二雾化器。
可选的，还包括：换热器，所述换热器设有换热进口、换热出口、介质进口以及介质出口，所述换热进口醪液出口连通，所述换热出口通过供液管与第二醪液进口连通。
可选的，所述供液管连有双通阀，双通阀的一个出口与第二醪液进口连通，另一个出口连通有旁管，旁管与发酵容器顶部连通，所述供液管设有温度传感器，温度传感器与双通阀的控制系统电连接。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种发酵方法，包括如下步骤：
采用一氧化碳作为微生物碳源，进行乙醇梭菌的厌氧发酵，得到醪液；
采用氮气置换所述醪液中的残留一氧化碳，得到置换醪液；
采用压缩空气对所述置换醪液进行曝气，得到灭菌醪液。
可选的，还包括如下步骤：
将所述置换醪液加热至65-70℃，而后进行所述曝气。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的发酵系统，通过设置发酵容器，实施利用一氧化碳作为碳源的乙醇梭菌的厌氧发酵，得到含乙醇的醪液，通过设置氮气进口，利用氮气置换醪液中的残留一氧化碳，防止残留一氧化碳被乙醇梭菌利用，优先发酵生成乙酸，避免醪液酸化；通过设置灭菌容器及空气进口，对醪液实施灭菌，通过空气进口通入压缩空气，利用空气对置换后的醪液进行曝气，利用压缩空气中的氧气抑制并毒死乙醇梭菌，对含乙醇醪液进行有效灭菌。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明实施例提供的厌氧菌发酵系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的厌氧菌发酵系统的第一环管的示意图；
图3是本发明实施例提供的厌氧菌发酵系统的第二环管的示意图；
图4是本发明实施例提供的方法的流程图。
附图标记：
10-发酵容器；11-第一醪液进口；12-醪液出口；13-尾气出口；14-第一环管；141-第一出气孔；15-第一循环管道；151-第一循环泵；152-第一雾化器；16-氮气进口；20-灭菌容器；21-第二醪液进口；22-空气进口；23-空气出口；24-第二环管；241-第二出气孔；25-第二循环管道；251-第二循环泵；252-第二雾化器；30-换热器；31-换热进口；32-换热出口；321-供液管；322-旁管；323-双通阀；324-温度传感器；33-介质入口；34-介质出口。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，请参照图1和图2，提供了一种发酵系统，包括：发酵容器10，用于实施发酵，所述发酵容器10开有第一醪液进口11、醪液出口12、氮气进口16以及尾气出口13；灭菌容器20，用于实施灭菌，所述灭菌容器20设有第二醪液进口21、空气进口22、空气出口23，所述第二醪液进口21用于与醪液出口12连通。通过设置发酵容器10，实施利用一氧化碳作为碳源的乙醇梭菌的厌氧发酵，得到含乙醇的醪液，通过设置氮气进口16，利用氮气置换醪液中的残留一氧化碳，防止残留一氧化碳被乙醇梭菌利用，优先发酵生成乙酸，避免醪液酸化；通过设置灭菌容器20及空气进口22，对醪液实施灭菌，通过空气进口22通入压缩空气，利用空气对置换后的醪液进行曝气，利用压缩空气中的氧气抑制并毒死乙醇梭菌，对含乙醇醪液进行有效灭菌。
作为一种可选的实施方式，所述第一醪液进口11设于发酵容器10顶部，所述氮气进口16设于发酵容器10底部；所述第二醪液进口21设于灭菌容器20顶部，所述空气进口22设于灭菌容器20底部。通过上述设置，使醪液与氮气、醪液与压缩空气均采用对流接触的方式进行置换和曝气，有效提升接触效率和反应效率。
作为一种可选的实施方式，所述发酵容器10内底部设有第一环管14，第一环管14通过入口与所述氮气进口16连通，第一环管14开有若干第一出气孔141；所述灭菌容器20内底部设有第二环管24，第二环管24通过入口与空气进口22连通，第二环管24开有若干第二出气孔241。通过设置第一环管14和第二环管24，有效增大氮气和压缩空气与醪液的接触面积和接触均匀度，从而进一步优化置换和曝气的效率。
优选地，若干所述第一出气孔141均匀分布于所述第一环管14顶面；若干所述第二出气孔241均匀分布于所述第二环管24顶面。
作为一种可选的实施方式，所述发酵容器10设有第一循环管道15，第一循环管道15一端与发酵容器10底部连通，另一端与发酵容器10顶部连通，第一循环管道15设有第一循环泵151；所述灭菌容器20设有第二循环管道25，第二循环管道25一端与灭菌容器20底部连通，另一端与灭菌容器20顶部连通，第二循环管道25设有第二循环泵251。通过设置第一循环管道15和第二循环管道25，分别利用第一循环泵151和第二循环泵251将醪液从容器底部循环至容器顶部，使醪液通过循环多次与氮气和压缩空气进行置换和曝气，提升置换和曝气的效率和完成率。
作为一种可选的实施方式，所述第一循环管道15顶端连有第一雾化器152，所述第二循环管道25顶端连有第二雾化器252。通过设置第一雾化器152和第二雾化器252，将循环后的醪液打散，进一步提升醪液与气体的接触面积，进一步提升置换和曝气的效率和效果。
作为一种可选的实施方式，还包括：换热器30，所述换热器30设有换热进口31、换热出口32、介质进口33以及介质出口34，所述换热进口31醪液出口12连通，所述换热出口32通过供液管321与第二醪液进口21连通。通过设置换热器30，对置换后的醪液进行加热，避免一些中温生长的产酸杂菌(例如醋酸菌)对醪液进行污染，通过调整加热温度，能够对上述中温生长的杂菌进行有效灭杀。
需要说明的是，本事实例中，采用热蒸汽进行换热，对置换后的醪液进行加热，其他实施例中也可采用其他加热装置进行加热，只需能够将杂菌灭杀，并且不影响乙醇梭菌及醪液质量即可。
作为一种可选的实施方式，所述供液管321连有双通阀323，双通阀323的一个出口与第二醪液进口21连通，另一个出口连通有旁管322，旁管322与发酵容器10顶部连通，所述供液管设有温度传感器324，温度传感器324与双通阀323的控制系统电连接。通过上述设置，当温度传感器324检测到换热器30加热后的醪液温度不足后，控制双通阀323打开其与旁管322连通的出口，并关闭其与第二醪液进口21连通的出口，将醪液打回发酵容器10内，从而采用换热器30进行二次加热。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种发酵方法，包括如下步骤：
S1、采用一氧化碳作为微生物碳源，进行乙醇梭菌的厌氧发酵，得到醪液。
S2、采用氮气置换所述醪液中的残留一氧化碳，得到置换醪液。
S3、采用压缩空气对所述置换醪液进行曝气，得到灭菌醪液。
作为一种可选的实施方式，还包括如下步骤：
S2.1、将所述置换醪液加热至65-70℃，而后进行所述曝气。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种厌氧菌发酵系统，其特征在于，包括：
发酵容器(10)，用于实施发酵，所述发酵容器(10)开有第一醪液进口(11)、醪液出口(12)、氮气进口(16)以及尾气出口(13)；
灭菌容器(20)，用于实施灭菌，所述灭菌容器(20)设有第二醪液进口(21)、空气进口(22)、空气出口(23)，所述第二醪液进口(21)用于与醪液出口(12)连通。
2.根据权利要求1所述的厌氧菌发酵系统，其特征在于，所述第一醪液进口(11)设于发酵容器(10)顶部，所述氮气进口(16)设于发酵容器(10)底部；所述第二醪液进口(21)设于灭菌容器(20)顶部，所述空气进口(22)设于灭菌容器(20)底部。
3.根据权利要求2所述的厌氧菌发酵系统，其特征在于，所述发酵容器(10)内底部设有第一环管(14)，第一环管(14)通过入口与所述氮气进口(16)连通，第一环管(14)开有若干第一出气孔(141)；所述灭菌容器(20)内底部设有第二环管(24)，第二环管(24)通过入口与空气进口(22)连通，第二环管(24)开有若干第二出气孔(241)。
4.根据权利要求3所述的厌氧菌发酵系统，其特征在于，若干所述第一出气孔(141)均匀分布于所述第一环管(14)顶面；若干所述第二出气孔(241)均匀分布于所述第二环管(24)顶面。
5.根据权利要求1所述的厌氧菌发酵系统，其特征在于，所述发酵容器(10)设有第一循环管道(15)，第一循环管道(15)一端与发酵容器(10)底部连通，另一端与发酵容器(10)顶部连通，第一循环管道(15)设有第一循环泵(151)；所述灭菌容器(20)设有第二循环管道(25)，第二循环管道(25)一端与灭菌容器(20)底部连通，另一端与灭菌容器(20)顶部连通，第二循环管道(25)设有第二循环泵(251)。
6.根据权利要求5所述的厌氧菌发酵系统，其特征在于，所述第一循环管道(15)顶端连有第一雾化器(152)，所述第二循环管道(25)顶端连有第二雾化器(252)。
7.根据权利要求5所述的厌氧菌发酵系统，其特征在于，还包括：
换热器(30)，所述换热器(30)设有换热进口(31)、换热出口(32)、介质进口(33)以及介质出口(34)，所述换热进口(31)醪液出口(12)连通，所述换热出口(32)通过供液管(321)与第二醪液进口(21)连通。
8.根据权利要求7所述的厌氧菌发酵系统，其特征在于，所述供液管(321)连有双通阀(323)，双通阀(323)的一个出口与第二醪液进口(21)连通，另一个出口连通有旁管(322)，旁管(322)与发酵容器(10)顶部连通，所述供液管设有温度传感器(324)，温度传感器(324)与双通阀(323)的控制系统电连接。
9.一种发酵方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用一氧化碳作为微生物碳源，进行乙醇梭菌的厌氧发酵，得到醪液；
采用氮气置换所述醪液中的残留一氧化碳，得到置换醪液；
采用压缩空气对所述置换醪液进行曝气，得到灭菌醪液。
10.根据权利要求9所述的发酵方法，其特征在于，还包括如下步骤：
将所述置换醪液加热至65-70℃，而后进行所述曝气。
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Citations (8)
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- 2022-06-14 CN CN202210668841.4A patent/CN115141714A/zh active Pending
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