CN208883870U - 反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种反应器。其中所述反应器包括：罐体；气体分布器，所述气体分布器设置于所述罐体内，可与外部气源连通，在所述气体分布器上分布有多个孔；和气泡粉碎盘，所述气泡粉碎盘设置在所述气体分布器的上方。

Description

反应器

技术领域

本实用新型涉及生物工程、化学工程和环境工程领域，具体涉及一种反应器以及利用所述反应器制备酵母培养物的方法。

背景技术

酵母培养物是在特定工艺条件控制下由酵母在特制的培养基上经过充分发酵后所形成的微生态制品。酵母培养物一般的生产工艺主要有菌种扩大培养阶段和发酵罐发酵阶段，现有的菌种扩大培养阶段主要经过原种酵母菌种的斜面培养—三角瓶培养—卡氏罐培养—种子罐培养等阶段。种子罐是一种利用微生物培养种子的装置，适用于酸奶及乳酸菌饮料母液发酵、酿造、佐料、制药、化工及真菌培植，其作用可加热、保温及冷却，通过搅拌系统使罐内的原料混合。

在使用种子罐对酵母培养物的菌种进行培养时，通常需要对菌种进行通氧搅拌培养，现有技术的种子罐在罐体设置有单一的直通入罐体底部的进气管，压缩气体通过该进气管实现对种子罐内培养的菌种的通氧操作。在通常情况下，在种子罐中配料组分(培养底物)没有较大浓度提升变化的情况下，种子罐需要经过3-4天的生产周期，成熟酵母种子液的质量指标中，其中酵母细胞数量一般只达到2.5-4*10⁸个成熟细胞(菌落单体)，为提高成熟种子液指标的要求，还需要更长的培养时间或改变培养基的营养成分，这就导致培养时间延长、需要通入更多的压缩气体造成生产效率低、设备利用率低，同时增加营养成分含量也使生产成本显著提高。

背景技术部分的内容仅仅是实用新型人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，在本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种反应器，包括：

罐体；

气体分布器，所述气体分布器设置于所述罐体内，可与外部气源连通，在所述气体分布器上分布有多个孔；和

气泡粉碎盘，所述气泡粉碎盘设置在所述气体分布器的上方。

根据本实用新型的一个方面，其中所述气体分布器为环形管道。

根据本实用新型的一个方面，其中所述孔的开口方向为管道所在平面呈 45度角。

根据本实用新型的一个方面，其中所述孔的直径为4-5mm。

根据本实用新型的一个方面，其中所述气泡粉碎盘可转动。

根据本实用新型的一个方面，其中所述气泡粉碎盘为圆盘，所述圆盘直径为所述反应器罐体直径的1/2-2/3。

根据本实用新型的一个方面，其中所述气泡粉碎盘上分布有多个气孔，所述气孔的直径为10-15mm。

根据本实用新型的一个方面，其中所述气泡粉碎盘上还设置有多个气泡粉碎齿。

根据本实用新型的一个方面，其中所述气泡粉碎齿的个数为6个，相邻两个气泡粉碎齿之间的夹角为60度，同时，粉碎齿与圆盘之间平面呈60度夹角。

根据本实用新型的一个方面，其中所述反应器还包括电机、搅拌轴和搅拌桨，所述搅拌桨位于所述罐体内，并固定安装在所述搅拌轴上并可随所述搅拌轴转动，所述电机可驱动所述搅拌轴转动。

根据本实用新型的一个方面，其中所述气泡粉碎盘固定安装在所述搅拌轴上。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提供了上述的反应器作为种子罐的应用。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提供了利用上述的反应器制备酵母培养物的方法，包括：

对菌种进行扩大培养；

将扩大培养后的菌种接入上述的反应器中进行培养，其中在向所述反应器中通气的同时利用所述气体分布器均匀分布气体，利用所述气泡粉碎盘进行气泡粉碎；和

将在所述反应器中培养后的菌种接入发酵罐中培养，制得酵母培养物。

根据本实用新型的一个方面，所述对菌种进行扩大培养的步骤包括以下中的一个或多个：

向斜面/平板培养基中接入菌种，制得斜面/平板培养菌种；

将斜面/平板培养菌种接入三角瓶中的培养基中进行培养，制得三角瓶培养菌种；和

将三角瓶培养菌种接入卡氏罐中的培养基中进行培养，制得卡氏罐培养菌种。

根据本实用新型的一个方面，所述酵母培养物的制备方法还包括在所述将扩大培养后的菌种接入上述的反应器中进行培养之前向所述反应器中的灭菌前的培养基中添加消泡剂；和/或，在上述的反应器中进行培养的过程中向所述反应器中添加消泡剂。

根据本实用新型的一个方面，其中所述向所述反应器中的灭菌前的培养基中添加消泡剂的量为消泡剂总量的20-30％，其中消泡剂总量为酵母培养物总量的0.4-1.0‰。优选的，在反应器中进行培养的过程中向所述反应器中添加消泡剂，添加的量为消泡剂总量的70-80％。

根据本实用新型的一个方面，其中所述在上述的反应器中进行培养的过程中向所述反应器中添加消泡剂为在所述菌种的对数增长期之前分多次加入所述消泡剂。

根据本实用新型的一个方面，其中所述在所述菌种的对数增长期之前分多次加入所述消泡剂为按1：1比例分两次加入所述剩余70-80％的消泡剂。

在本实用新型的另一方面，提供一种酵母培养物，根据上述制备酵母培养物的方法制备而成。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的一个实施例的反应器的示意图；

图2是本实用新型的一个实施例的气体分布器的示意图；

图3是本实用新型的一个实施例的气体分布器的示意图；

图4是本实用新型的一个实施例的设置有气泡粉碎齿的气泡粉碎盘的仰视示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"上"、"下"、"底"、"内" 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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，"多个"的含义是一个、两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装，或一体地安装。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实用新型中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，在本实用新型的第一实施方式中，提供了一种反应器100。所述反应器100包括：罐体1、气体分布器2和气泡粉碎盘3。所述气体分布器2(详细结构将在下面描述)设置于所述罐体1内，在本实用新型的优选实施例中气体分布器2设置于所述罐体1的底部，本领域技术人员还可以设想将所述气体分布器2设置在所述罐体1内的其他位置，这些都在本实用新型的保护范围之内。所述气体分布器2可与外部气源连通，例如可与外部空气源(或压缩空气源)连通以实现对所述罐体1内通气。所述气体分布器2 可为管道，并可在所述气体分布器上设置有多个孔，例如1个、2个、3个或 3个以上。所述气泡粉碎盘3(详细结构将在下面描述)设置在所述气体分布器2的上方。

如图2所示，根据本实用新型的一个优选实施例，示出了本实用新型的气体分布器2的仰视示意图。所述气体分布器2可为环形管道，例如环形圆形管道或环形方形管道，在本实施例示出的是整体连通的管道，本领域技术人员应当理解，所述管道也可以是一端开口一端闭合的管道，如图3所示，闭合位置也可以设置在所述管道的任意位置，这些都在本实用新型的保护范围之内。在所述气体分布器2上还可均匀分布有多个孔21，所述孔21的直径可为4-5mm。根据本实用新型的一个优选实施例，所述孔21的开口方向可为管道所在平面呈45度角向下，这样更有利于从进气管6通入的气体经过气体分布器2喷射出去后，使气体在罐体1内的存留时间延长，使得氧气被更好地吸收。

如图4所示，根据本实用新型的一个优选实施例，示出了本实用新型的气泡粉碎盘3的仰视示意图。所述气泡粉碎盘3可为圆盘，所述圆盘直径可为所述反应器罐体1直径的1/2-2/3，本领域技术人员应当理解，所述气泡粉碎盘3也可为方盘、椭圆盘等形状，这些都在本实用新型的范围之内。在所述气泡粉碎盘上还可均匀设置有多个气孔，例如1个、2个、3个或3个以上，所述气孔的直径可为10-15mm。根据本实用新型的一个优选实施例，如图4所示，所述气泡粉碎盘3上还可设置有多个气泡粉碎齿4，例如可以为2 个、3个、4个或4个以上，在本实施例中示出了6个气泡粉碎齿4，相邻两个气泡粉碎齿之间的夹角可为60度，本领域技术人员应当理解，相邻两个气泡粉碎齿之间的夹角可以为任意角度，这些都在本实用新型的保护范围之内。根据本实用新型的一个优选实施例，所述气泡粉碎齿4与所述气泡粉碎盘3 之间成60度的角度。所述气泡粉碎齿4例如可以是窄条，其上分布有齿。所述气泡粉碎齿4可以通过焊接的方式设置在所述气泡粉碎盘3上，本领域技术人员也可以构思出其他的连接方式，例如螺丝连接等都在本实用新型的保护范围之内。根据本实用新型的一个优选实施例，所述气泡粉碎盘3或气泡粉碎盘3与气泡粉碎齿4组合的结构可以转动，例如可将气泡粉碎盘设置在罐体1内的转轴上从而实现其转动。从罐体1底部的气体分布器2喷射出去的压缩气体，上翻过程中，会产生比较激烈的搅动，可以通过气泡粉碎盘3 和气泡粉碎齿4的重新分配和缓冲，对产生的大气泡起到粉碎搅拌以及盖封混合作用，使得大气泡变成更小的气泡，上升过程在罐体1内更加均匀分布，使其上升时间大大延长，在培养过程中压缩气体内的氧气被吸收的可能性更大。这样，同样的供氧量，培养过程中在罐体1内的培养液中溶解的氧的量就会变得更多，更有利于培养同时还可以减少压缩气体的供给量，节省压缩气体的供应。

根据本实用新型的一个优选实施例，如图1所示，本实用新型提供的反应器100还包括电机7、搅拌轴9和搅拌桨10。其中所述搅拌桨10位于所述罐体1内，并固定安装在所述搅拌轴9上并可随所述搅拌轴9转动，所述电机7可驱动所述搅拌轴9转动。根据本实用新型的公开，本领域技术人员可以设想选择使用多层搅拌桨10，例如两层、三层等，搅拌桨10可以选择使用常规的锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式结构等。根据本实用新型的一个优选实施例，所述气泡粉碎盘3或气泡粉碎盘3及气泡粉碎齿4组合结构可安装在所述搅拌轴9上，例如安装在所述搅拌轴9的下端，例如通过紧钉螺栓的方式安装在所述搅拌轴9的下端，从而可以随着搅拌轴9的转动与所述搅拌桨10一起转动，从而实现对罐体1内的培养液内的气体进行更好地搅拌。如图1所示，本实用新型提供的反应器100还包括进气口5和进气管6，所述进气口5用于与外部气源连通，经过所述进气管6将外部气源输送到气体分布器2中，用于向罐体1内的培养液中通气。如图1所示，本实用新型提供的反应器100还可包括减速机8、冷却水进口11、冷却水出口12、挡流板13、盘管14、保温层15、罐体入孔16、进料口17、出料口18和支腿19，根据本实用新型的公开和现有技术，本领域技术人员可对这些部件作合理的改动，这些都在本实用新型的保护范围之内。

在本实用新型的第二实施方式中，本实用新型提供了一种利用本实用新型公开的反应器100制备酵母培养物的方法。所述方法包括:

对菌种进行扩大培养；

将扩大培养后的菌种接入本实用新型提供的反应器100中进行培养，其中在向所述反应器100中通气的同时利用所述气体分布器2均匀分布气体，利用所述气泡粉碎盘3或气泡粉碎盘3和气泡粉碎齿4组合结构进行气泡粉碎和封盖；和

将在所述反应器100中培养后的菌种接入发酵罐中培养，制得酵母培养物。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述对菌种进行扩大培养的步骤包括以下中的一个或多个：

向斜面/平板培养基中接入菌种，制得斜面/平板培养菌种；

将斜面/平板培养菌种接入三角瓶中的培养基中进行培养，制得三角瓶培养菌种；和

将三角瓶培养菌种接入卡氏罐中的培养基中进行培养，制得卡氏罐培养菌种。

根据本实用新型的一个优选实施例，上述斜面/平板培养基中各组分重量份为：麦芽浸粉:30.0g,大豆蛋白胨3.0g，琼脂15.0g，加水定容至1000mL, 调PH:5.6±0.2(上述组分重量仅代表各组分之间的重量比例，不代表实际的质量)。将斜面/平板培养基加热使各组分充分溶解，然后分装于若干支试管或平板中，密封试管或平板，将试管或平板于121℃灭菌30min，取出试管摆斜面或放置平板，冷却后备用。将上述斜面/平板培养基置于干燥箱或培养箱中放置48h进行无菌测试试验合格后，接入事先准备好的酵母菌种，其中每个斜面试管或平板接入酵母菌量2-3白金耳，在30±1℃条件下培养96h，制成斜面/平板培养菌种。

根据本实用新型的一个优选实施例，按配方要求配置三角瓶液体培养基，所述液体培养基中各组分重量份为：葡萄糖35-50g；酱汁：150-200ml(其中，盐含量按14-18g/100ml，全氮按1.5-1.7g/100ml计)；盐水：250-300ml(含盐量22-23g/100ml)；加水定容至1000mL(保证含氮量≤0.25g/100ml,氯化钠：≤10g/100ml,葡萄糖：≤5％)。其中所述酱汁是指脱脂豆粕、小麦粉按照 1:0.8比例经制曲工艺后，按照原料：盐水约为1:2.2±0.1(w/w)的比例添加浓度为22±0.1g/100ml的盐水混合入发酵舱，这其中也添加1％比例的酵母液(这例如可以是之前的发酵醪，经过6个月发酵到期后，压榨取汁，是循环用汁，后面的用前面的发酵酱汁。这个发酵醪发酵过程中，也按照工艺要求添加增香酵母液进行增香)经过发酵6个月成熟以后，形成酱醪再经过压榨取酱汁。将制备好的三角瓶液体培养基分装于若干个500mL的三角瓶中，例如每个三角瓶中可加入200-300ml的液体培养基，并调节pH值为4.5-5.1；密封后在121℃温度下灭菌30min，冷却后备用。在无菌条件下，每个三角瓶中的液体培养基接入上述制得的斜面/平板培养菌种，例如可以使用白金耳或接种环把斜面/平板培养菌种向三角瓶中的液体培养基移植2-3次，使得三角瓶中液体培养基中的酵母菌种的数量达到5-8*10⁴个/ml左右。可以对三角瓶进行摇床培养，温度控制在30±1℃，转速可为200-300r/min；摇床培养 72-96h后制得三角瓶培养菌种。

根据本实用新型的一个优选实施例，制备得到三角瓶培养菌种后还可以将所述三角瓶培养菌种全部接入卡氏罐中进行培养，使得卡式罐中液体培养基中的酵母细胞数量达到2-5*10⁶个/ml左右，所述卡氏罐中的液体培养基可以选用和三角瓶中相同的液体培养基，例如可以向卡氏罐中加入20-30L的所述液体培养基，并调节pH值为4.5-5.1，在无菌培养条件下通气培养48-72h，温度控制在30±1℃，其中控制通气的速度可为0.1-0.3m³/h，制备得到卡氏罐培养菌种，其成熟液指标为：细胞数≥2×10⁸；发芽率20-30％；杂菌≤100cfu/ml；pH4.5-5.5。

根据本实用新型的一个优选实施例，酵母菌种经过扩大培养后，将制备得到的扩大培养后的酵母菌种移植到本实用新型提供的反应器100中继续进行培养。在所述反应器100中事先加入反应器液体培养基，例如可加入 2000-3000L的反应器液体培养基，所述反应器液体培养基按照配方完成制备，其中各组分的重量份为：葡萄糖75Kg，毛油(全氮：1.5g/100ml,氯化钠： 16.5g/100ml)：330L，配制盐水(浓度：22.0g/100ml):660L，定容至2000L，并调节pH值为4.5-5.1。密封后可在121℃温度下灭菌30min，也可以采用间接蒸汽灭菌的方法，温度控制在100-105℃，灭菌时间为25-40min，保温 20-30min。降温至30±1℃接入上述扩大培养后的菌种，使得其中酵母菌接种量为反应器100中混合物总重量的1％左右，细胞浓度达到：1-3*10⁶个/ml。根据本实用新型的一个优选实施例，在反应器100中的液体培养基灭菌之前，可向反应器100中的液体培养基中加入消泡剂，使得消泡剂的重量含量在 0.4-1.0‰。本实用新型优选采用灭菌前添加消泡剂总量的20-30％，可以保证消泡剂经过加热后，达到充分混合均匀，形成细小液滴，以便在反应器中接入扩大培养后的菌种后保证长时间不会出现泡沫外溢现象。将扩大培养后的菌种按照1:(75-100)的比例接入反应器100中后，如图1所示，封闭反应器100的罐体入孔16和进料口17，开启电机7启动搅拌，同时打开进气口5阀门、过滤器(图1中未示出)阀门让外部气源经过净化处理后通过过滤器和进气管6、气体分布器2喷射进反应器100，在气体上翻过程中，会产生比较激烈的搅动，可以通过气泡粉碎盘3和气泡粉碎齿4的重新分配和缓冲，对产生的大气泡起到粉碎搅拌以及封盖混合作用，使得大气泡变成更小的气泡，上升过程在罐体1内更加均匀分布，使其上升时间大大延长，在培养过程中压缩气体内的氧气被吸收的可能性更大。这样，同样的供氧量，培养过程中在罐体1内的培养液中溶解的氧的量就会变得更多，更有利于培养同时还可以减少压缩气体的供给量，节省压缩气体的供应。其中通气量设定为10-20m³/h，进行自动保温培养，培养温度为30±1℃，培养时间为40-48h，制备得到反应器培养菌种，其成熟液指标为：细胞数≥5×10⁸；发芽率20-30％；杂菌≤100cfu/ml；pH4.5-5.5。

根据本实用新型的一个优选实施例，在反应器中进行培养的过程中还可向所述反应器的混合液中添加消泡剂，例如在反应器中的菌种的对数增长期之前分多次加入消泡剂，例如可以分为按1:1比例的两次添加，此过程的消泡剂添加量可占向反应器中添加的消泡剂总量的70-80％，保证菌种在反应器 100中的培养过程中不会有泡沫溢出现象。本实用新型采用在反应器100中的液体培养基灭菌前后分次添加消泡剂，可以充分保证酵母菌种在前期培养过程中始终有泡沫覆盖，但无泡沫溢出，增加更多溶氧机会，减少通入氧气快速脱出液面排放掉。注意，本实用新型并不限于必须添加两次消泡剂，例如可以仅在反应器100中的液体培养基灭菌之前，向反应器100中的液体培养基中加入消泡剂，使得消泡剂的重量含量在0.4-1.0‰。

根据本实用新型的一个优选实施例，制备得到经反应器100培养后的反应器培养菌种后，将其投入到发酵罐中发酵。提前将所述发酵罐中的发酵醪发酵进行30-40d后，开始对发酵醪进行升温，升温幅度保证在1℃/日左右为宜，最终将发酵罐缓慢升温至22-30℃，pH控制在5.0-5.5，然后将经反应器培养成熟的酵母菌种投入所述发酵罐中进行发酵。其中所述发酵醪是指脱脂豆粕、小麦粉按照1:0.8左右的比例经制曲工艺后，按照原料：盐水约为1:2.2±0.1(w/w)的比例添加浓度为22±0.1g/100ml的盐水混合入发酵舱发酵而成。将利用本实用新型公开的反应器制备得到的反应器培养菌种按照添加量仅为1％左右加入发酵罐中，就可以使发酵醪中酵母细胞数达到5× 10⁶个/ml以上，远远超过酵母液添加量为发酵醪的量的3-5％，发酵醪中酵母细胞数达到10⁵--10⁶个/ml左右的一般工艺要求。这样大数量的酵母细胞数在发酵初始，可以更快的繁殖，在发酵过程中迅速形成优势菌体，并抑制其他杂菌的生长繁殖和代谢，并抑制由其他杂菌产生的其他杂味物质，保证发酵产生的风味物质向着我们需要的方向进行。

利用本实用新型提供的反应器进行制备酵母培养物的过程中，在所述反应器中配料成分不变的情况下，经过40-48h的培养，成熟酵母液细胞数指标提升40-70％，增长到5.5-6×10⁸个以上，而且培养时间较原来的72-96h，缩短至40-48h，并且设备利用率提高80％以上。同时发酵罐内加入少量的反应器培养菌种就可达到发酵效果，生产成本低。

本实用新型还提供一种酵母培养物，是根据上述的制备酵母培养物的方法制备而成。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种反应器，包括：

罐体；

其特征在于，所述反应器还包括：气体分布器，所述气体分布器设置于所述罐体内，可与外部气源连通，在所述气体分布器上分布有多个孔；和

气泡粉碎盘，所述气泡粉碎盘设置在所述气体分布器的上方。

2.根据权利要求1所述的反应器，其中所述气体分布器为环形管道；和/或，所述孔的开口方向为管道所在平面呈45度角；和/或，所述孔的直径为4-5mm。

3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述气泡粉碎盘可转动。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的反应器，其中所述气泡粉碎盘为圆盘，所述圆盘直径为所述反应器罐体直径的1/2-2/3；和/或，所述气泡粉碎盘上分布有多个气孔，所述气孔的直径为10-15mm。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的反应器，其中所述气泡粉碎盘上还设置有多个气泡粉碎齿，所述气泡粉碎齿优选地与所述气泡粉碎盘成60度角。

6.根据权利要求5所述的反应器，其中所述气泡粉碎齿的个数为6个，相邻两个气泡粉碎齿之间的夹角为60度。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的反应器，其中所述反应器还包括电机、搅拌轴和搅拌桨，所述搅拌桨位于所述罐体内，并固定安装在所述搅拌轴上并可随所述搅拌轴转动，所述电机可驱动所述搅拌轴转动。

8.根据权利要求7所述的反应器，其中所述气泡粉碎盘固定安装在所述搅拌轴上。