CN1219874C - 固态发酵无菌操作的发酵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固态发酵无菌操作的发酵装置。包括：液体种子罐通过带有阀门的管道与带有下盖的固体培养基灭菌罐连通，固体培养基灭菌罐的壁上接有一根带有阀门的管道，在固体培养基灭菌罐的下端口通过一个100级超净操作平台与接种筒连通，接种筒的下端口安装在100级超净间上，该下端口的下方设置一机械滚筒筛的接种筒，接种筒的下口设置一培养浅盘，培养浅盘或蜂窝状培养器或传送带式培养器，它通过牵引装置与带有进气口的固态发酵反应器相通。从种子制备、培养基灭菌、无菌接种、无菌装料和无菌固态发酵反应器等一系列环节入手，形成一整套固态发酵无菌操作技术，以克服固态发酵过程中染菌问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种发酵方法及其装置，特别涉及一种固态发酵无菌操作的发酵方法及其专用装置。
背景技术
固态发酵是指培养基呈固态，虽然含水丰富，但没有或几乎没有自由流动水的状态下进行的一种或多种微生物发酵过程，底物(基质)是不溶于水的固体混合物料，其不仅可以提供微生物所需碳源、氮源、无机盐、水及其它营养物，还是微生物生长的场所。固态发酵最突出的优点为工艺过程简单、投资少、高产出，它的具体特点可归纳如下：(1)发酵成本低，原料廉价，可以直接利用工农业残渣(纤维质原料可再生性资源)等作为底物；(2)模拟自然生长环境，使微生物保持与自然界相似的生长状态；(3)无“废水、废渣、废气”等三废排放；(4)产品后处理简单，易于储藏、运输等特点。几千年前，我国就利用此技术酿酒和制造各种调味品。至今它仍是生产传统食品和饮料的主要方式。固态发酵可以生产酶制剂、单细胞蛋白、有机酸、酒精和生物杀虫剂等。由于固态发酵具有发酵成本低，原料价格低廉，无“三废”排放，环境污染小，工艺过程简单等特点，目前，逐步得到世界各国的重视。
虽然固态发酵是具有最悠久的发酵技术之一，但本世纪中叶，随着青霉素的发现，抗生素工业的逐渐兴起，带动了发酵工业的发展；第二次世界大战加剧了对青霉素大量生产的需要，这要求当时的发酵技术能够实现大规模工业化生产外，同时还必须做到纯种培养。而传统的固态发酵无法从根本上解决染菌浸染问题，所以在当时的历史条件下没有得到足够的重视与发展。深层液体发酵技术由于能够实现微生物纯种培养和规模化生产，符合历史发展的需求而得到系统的研究与使用，发展极为迅猛。但液体深层发酵也存在许多问题，例如：发酵成本高、与人畜争粮、环境污染等，这些弊端显然与现代发酵工业的发展不一致，成为限制其进一步发展的不利因素。
现代发酵工业对微生物纯种培养及大规模生产的严格要求，使液体深层发酵技术占据了统治地位。固态发酵工艺与设备因其易染菌，发酵条件难于控制，工业放大困难等原因，一直被认为是一种古老而落后的发酵方法。但固态发酵的诸多优点，如工艺流程简短，原料来源广、便宜，能耗低和无污染等，在生物反应器研制中具有强大的吸引力与生命力。固态发酵的关键是解决发酵过程中的染菌问题，而无菌操作涉及到从种子制备、培养基灭菌、无菌接种、无菌装料和无菌固态发酵反应器等一系列环节。如文献1CN11205834。
发明内容
本发明的目的之一是克服固态发酵工艺与设备因其易染菌，发酵条件难于控制，工业放大困难的缺点；为了缩短固态发酵过程的延迟期和种子生产周期，避免发酵过程中感染菌；从而本发明提供一种固态发酵无菌操作的发酵方法及其专用装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的固态发酵无菌操作的发酵专用装置，包括：液体种子罐、接种筒和固态发酵反应器；其特征在于：还包括一带有下盖的固体培养基灭菌罐、机械滚筒筛的接种筒、培养浅盘、蜂窝状培养器、传送带式培养器、100级超净间和100级超净操作平台；其中液体种子罐通过带有阀门的管道与带有下盖的固体培养基灭菌罐连通，该固体培养基灭菌罐的壁上接有一根带有阀门的管道，在所述的固体培养基灭菌罐的下端口通过所述的100级超净操作平台与接种筒连通，接种筒的下端口安装在100级超净间上，该下端口的下方设置一带有上盖的无菌接种筒，该接种筒通过固定架固定在100级超净间内壁上；接种筒的下口设置一培养浅盘，该培养浅盘放置在浅盘架上，其浅盘架固定在100级超净间内壁上；培养浅盘的下面还可设置一蜂窝状培养器，该蜂窝状培养器安置在100级超净间内的机械牵引装置上；在其蜂窝状培养器下面还可设置一传送带式培养器，100级超净间与带有进气口的固态发酵反应器相连通，蜂窝状培养器与传送带式培养器分别与机械牵引装置相连接。
所述的固体培养基灭菌罐是一配置加热或冷却夹套的压力容器，并且可以4-10转/分上下旋转，并且罐的上下呈锥形。
所述的液体种子罐为常规的液体深层标准发酵罐。
所述的100级超净间和100级超净平台是按EMP标准加工制造。
所述的无菌接种筒是垂直放置的压力容器，为了防治物料粘无菌接种筒壁，在其内部安装一可以拆卸洗涤的布筒，在无菌接种筒使用之前，经120℃蒸汽灭菌30分钟。
所述的接种筒全部由不锈钢材料制造，呈一斗状的容器，容器底部设有活动门，其内安装一机械滚筒筛。
所述的培养浅盘、蜂窝状培养器、传送带式培养器是指三种不同装料方式。
所述的固态发酵反应器是一密闭压力容器，可以120℃蒸汽灭菌的固态发酵反应器。
本发明提供的固态发酵无菌操作的发酵方法，在本发明的固态发酵无菌操作的发酵装置中进行，包括如下步骤：
(1)在液体种子罐制备出种子液，通过无菌空气压入固体培养基灭菌罐内，固体培养基120℃灭菌30min，之后，冷却培养基到30--40℃；同时固体培养基灭菌罐旋转3-6次，使液体种子液与固体培养基物料混合均匀；
(2)在100级超净操作平台内操作，迅速将固体培养基灭菌罐下盖和无菌接种筒上盖打开，并用接种筒内布筒连接到固体培养基灭菌罐下盖上，固体培养基灭菌罐内混合均匀的物料垂直下落到无菌接种筒内；
(3)在100级超净间内操作，将无菌接种筒下盖打开，通过接种筒的机械滚筒筛装料到培养浅盘或蜂窝状培养器或传送带式培养器上，由机械牵引到蒸汽灭菌后的密闭压力容器固态发酵反应器内进行固态发酵培养。
所述的培养浅盘是指在固态发酵反应器中排放浅盘式支架，在浅盘上放置2-5cm厚的固体培养基。
所述的蜂窝状培养器是指在固态发酵反应器中排放蜂窝状式支架，在蜂窝状培养器内堆放的固体培养基。
所述的传送带式培养器是指在固态发酵反应器中排放传送带式活动支架，在传送带上堆放2-5cm厚的固体培养基。
为了缩短固态发酵过程的延迟期和种子生产周期，本发明选用常规液体发酵制备固态发酵种子液，也称液固发酵工艺。
本发明的优点：(1)从种子制备、培养基灭菌、无菌接种、无菌装料和无菌固态发酵反应器等一系列环节入手，形成一整套固态发酵无菌操作技术，以克服固态发酵难以大规模纯种培养问题，建立起一套固态发酵大规模生产无菌操作方法；(2)本发明提出了液固发酵工艺，可缩短固态发酵过程的延迟期和种子生产周期；(3)采用锥型固体培养基灭菌罐进行固体培养基灭菌和接种混合，解决了大规模固体培养基难以灭菌和大规模无菌接种的问题；(4)采用100级超净间和100级超净平台解决了大规模固体培养物料传送和操作过程中的易染菌问题；(5)采用垂直放置的无菌接种筒和可以拆卸洗涤的无菌接种筒内布筒解决了大规模固体培养物料难以输送和粘壁问题；(6)采用机械滚筒筛接种筒解决了大规模固体培养物料易结团和人工接种易染菌的问题；(7)采用机械牵引浅盘放置浅盘架或蜂窝状培养器的操作架或传送带式培养器，避免培养物与外部接触，从而解决了大规模固体培养物料人工操作易染菌的问题；(8)采用密闭压力容器固态发酵反应器解决固态发酵过程中染菌问题。
附图说明
图1.本发明的装置结构示意图(垂直布置)
1、液体种子罐， 2、固体培养基灭菌罐，
3、固体培养基灭菌罐夹套， 4、无菌接种筒，
5、无菌接种筒内布筒， 6、滚筒筛，
7、滚筒筛接种筒， 8、培养浅盘，
9、蜂窝状培养器， 10、传送带式培养器，
11、100级超净间， 12、100级超净操作平台，
13、固态发酵反应器
具体实施方式
实施例1
按图1制作一套采用液固结合的无菌操作的发酵专用装置，包括：一标准的液体深层标准发酵罐作为液体种子罐1；接种筒4和固态发酵反应器13；固体培养基灭菌罐2，该固体培养基灭菌罐是一配置加热或冷却夹套的压力容器，并且可以4-10转/分上下旋转，并且罐的上下呈锥形；机械滚筒筛接种筒7、培养浅盘8、蜂窝状培养器9、传送带式培养器10、100级超净间11和100级超净操作平台12是按EMP标准加工制造；其中液体种子罐1通过带有阀门的管道14与固体培养基灭菌罐2连通，固体培养基灭菌罐2的壁上接有一根带有阀门的管道15，在固体培养基灭菌罐2的下端口通过一个100级超净操作平台12与接种筒4连通，无菌接种筒4是垂直放置的压力容器，为了防治物料粘无菌接种筒壁，在其内部防止可以拆卸洗涤的无菌接种筒内布筒5，在无菌接种筒使用之前，120℃蒸汽灭菌30min；接种筒4的下端口安装在100级超净间11上，该下端口的下方设置一带机械滚筒筛6的接种筒7，所述的带有机械滚筒筛的接种筒7全部由不锈钢材料制造，并且滚筒筛6，滚筒筛接种筒7的器壁便于拆卸清洗，没有死角；接种筒7的下口设置一培养浅盘8，培养浅盘8的下面设置一蜂窝状培养器9，该蜂窝状培养器安置在100级超净间内的机械牵引装置上；在其蜂窝状培养器9下面设置一传送带式培养器10，它与带有进气口的固态发酵反应器13相连通，蜂窝状培养器与传送带式培养器分别与机械牵引装置相连接。将培养浅盘8、蜂窝状培养器9或传送带式培养器10送入高压灭菌后的固态发酵反应器13中进行固态培养。
实施例2
由液体发酵罐1制备的种子液，通过无菌空气提高液体发酵罐的压力，将种子液输送到高压灭菌后的固体培养基灭菌罐2内；固体培养基120℃灭菌30min，之后，冷却培养基到30--40℃；固体培养基灭菌罐2旋转3-6次，使液体种子液与固体培养基物料混合均匀；在100级超净操作平台12内，迅速将固体培养基灭菌罐2下盖和无菌接种筒4上盖打开，并用无菌接种筒内布筒5连接到固体培养基灭菌罐2下盖上，固体培养基灭菌罐内混合均匀的物料垂直下落到无菌接种筒4内；在100级超净间11内，将无菌接种筒4下盖打开，通过机械滚筒筛接种筒7装料到培养浅盘8或蜂窝状培养器9或传送带式培养器10上，由机械牵引浅盘放置浅盘架到蒸汽灭菌后的密闭压力容器浅盘固态发酵反应器内传送带式培养器进行固态发酵培养。
实施例2：
由机械牵引蜂窝状培养器操作架到蒸汽灭菌后的密闭压力容器蜂窝状装料方式的固态发酵反应器进行固态发酵培养。其它操作过程同实施例1。
实施例3：
本实施例的操作过程同实施例1。区别在于由机械牵引传送带式培养器到蒸汽灭菌后的密闭压力容器传送带装料方式的固态发酵反应器内进行固态发酵培养。
Claims (8)
1、一种固态发酵无菌操作的发酵装置，包括：液体种子罐(1)、接种筒(4)和固态发酵反应器(13)；其特征在于：还包括固体培养基灭菌罐(2)、滚筒筛接种筒(7)、培养浅盘(8)、蜂窝状培养器(9)、传送带式培养器(10)、100级超净间(11)和100级超净操作平台(12)；其中液体种子罐(1)通过带有阀门(16)的管道(14)与带有下盖的固体培养基灭菌罐(2)连通，固体培养基灭菌罐(2)的壁上接有一根带有阀门(17)的管道(15)，在固体培养基灭菌罐(2)的下端口通过一个100级超净操作平台(12)与接种筒(4)连通，接种筒(4)的下端口安装在100级超净间(11)上，该下端口的下方设置一机械滚筒筛(6)的接种筒(7)，接种筒(7)的下口设置一培养浅盘(8)，培养浅盘(8)的下面设置一蜂窝状培养器(9)，在其下面设置一传送带式培养器(10)，100级超净间(11)与带有进气口的固态发酵反应器(13)相连通。
2、按权利要求1所述的固态发酵无菌操作的发酵装置，其特征在于：所述的固体培养基灭菌罐(2)是一配置加热或冷却夹套(3)的压力容器，并且以4-10转/分上下旋转，罐的上下呈锥形。
3、按权利要求1所述的固态发酵无菌操作的发酵装置，其特征在于：所述的无菌接种筒(4)是垂直放置的压力容器，在其内部设置一内布筒(5)。
4、按权利要求1所述的固态发酵无菌操作的发酵装置，其特征在于：所述的密闭压力容器固态发酵反应器(13)是指以120℃蒸汽灭菌的密闭压力容器。
5、按权利要求1所述的固态发酵无菌操作的发酵装置，其特征在于：所述的滚筒筛接种筒(7)全部由不锈钢材料制造，呈一斗状的容器，容器的底部设有活动门，其内安装一机械滚筒筛(6)。
6、按权利要求1所述的固态发酵无菌操作的发酵装置，其特征在于：所述的培养浅盘(8)是指在100级超净间(11)中排放浅盘式支架，在浅盘上放置2-5cm厚的固体培养基。
7、按权利要求1所述的固态发酵无菌操作的发酵装置，其特征在于：所述的蜂窝状培养器(9)是指在100级超净间(11)中排放蜂窝式支架，在蜂窝状培养器(9)内堆放固体培养基。
8、按权利要求1所述的固态发酵无菌操作的发酵装置，其特征在于：所述的传送带式培养器(10)是指在100级超净间(11)中排放传送带式活动支架，在传送带上堆放2-5cm厚的固体培养基。
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