[发明专利]一种气相接种和补料的纯种培养的固体发酵装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于固态发酵的技术领域，特别涉及一种气相接种和补料的纯种培养的固体发酵装置及其方法。

背景技术

固态发酵指微生物在没有或者几乎没有游离水的固体培养基上生长、繁殖以及代谢的过程。固态发酵与液体发酵相比有诸多优点，例如：培养基简单且来源广泛；投资少，能耗低；产物的产率高，后提取工艺简单等。

现代意义上的固态发酵技术多为纯种培养过程，需要在无杂菌污染的条件下进行生产。所谓发酵染菌是指在发酵过程中，生产菌种以外的其他微生物侵入发酵培养基，从而使发酵过程失去了真正意义上的纯种培养。虽然人们采取了多种手段和防范措施，如降低培养基的含水量和pH值来抑制杂菌生长，使用甲醛等杀菌剂，以防止空气中杂菌进入，这些方法都有一定的局限性。加大接种量和使用封闭式反应器被认为是最有效的措施，虽然各种密闭式反应器相继被采用，但所有的操作过程并不都是在严格无菌条件下完成的，所以仍然无法避免杂菌污染。染菌仍是固态发酵中的一个致命弱点，轻者影响目标产物的收率和产品质量，重者导致发酵“倒罐”，造成严重的经济损失。

造成固态发酵染菌的因素是多方面的，其中，接种技术是造成固态发酵染菌的主要因素之一。固态发酵从规模上可分为：摇瓶培养、实验室小试、中试和工业规模。对摇瓶中固体培养基的接种多是在洁净工作台上进行，基本能达到严格意义上的无菌操作，一般不易染菌。而固态发酵反应器，连有灭菌和供无菌空气管路，以及控制系统，在洁净工作台上无菌接种不方便，也不实际。

目前，固体发酵的灭菌多采用在放置反应器的无菌室内对空气进行紫外灭菌，后打开反应器，对实消过的固体培养基接种、拌种，再对反应器密封后进行固态发酵。由于操作空间大、时间长，各种杂菌，尤其是空气中真菌孢子的侵染难以避免，所以固态发酵中染菌现象仍得不到彻底的解决。在应用中，工业规模的固态发酵，主要采用对培养基进行实消，其接种多采用在蒸料罐中对降温后的固体培养基进行接种、拌种操作，再进入主发酵罐进行培养。但由于操作复杂，需要多个设备和管路才能完成，就增加了染菌的机率。

一般固体发酵过程中，由于固体培养基不能象液体发酵中培养基可以完全均匀混合，菌体和培养基间可轻松地实现传质和传热。

而常规的发酵反应器按培养基的运动状态分有两种，即静态和动态反应器。一般的静态反应器，如浅盘式、圆柱式、培养盒式等等，虽然结构简单，但由于温度和湿度难以控制，以及传氧传热困难，很难实现工程放大，而逐渐被动态反应器所取代。动态反应器包括转鼓式、搅动式以及流化床式等。它们采用培养基和发酵罐进行相对运动，有效地提高了传热，传氧，但由于机械部件较多，一方面易染菌，对纯种培养不利，另一方面培养基的相对运动易损伤生长良好的固体菌丝体，使发酵过程产生了障碍。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术中固体发酵的染菌，及菌体和培养基间较难实现传质和传热等问题，从而提出一种气相接种和补料的纯种培养的固体发酵装置及其方法。

本发明将从培养基灭菌、无菌接种、培养以及补料等发酵过程的各环节入手，设计完整的固态发酵无菌培养的装置和方法，以克服固态发酵过程中染菌问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种气相接种和补料的纯种培养的固体发酵装置，包括：固体发酵罐、液体种子罐、补液罐4、空气压缩机8、缓冲罐7、空气过滤器6和蒸汽发生器5；其中，所述的空气压缩机8、缓冲罐7和空气过滤器6依次连接，用于产生无菌空气，其特征在于，所述的固体发酵装置还包括文丘里管2；

所述的文丘里管2的进气端通过进气阀门10与所述的空气过滤器6相连；所述的文丘里管2的出气端连接所述的固体发酵罐1，该固体发酵罐1上设有泄压阀门9，用于控制出气、泄压；所述的文丘里管2的喉部分别通过种子罐3、补料罐4的出料端阀门11、13连接种子罐3和补料罐4的出口端；

所述的进气阀门10与所述的文丘里管2之间的气路上，还分别通过蒸汽发生器5、补料罐4、液体种子罐3的气路端阀门15、14、12连接蒸汽发生器5、补料罐的进口端4和液体种子罐3的进口端；

在高速气流通过文丘里管2时，由于喉部气体的流速增加形成负压将液体种子或补料液吸入，并与气体混合，形成气雾后，喷入固体发酵罐1的固体培养基中，完成无菌接种和无菌补料。

所述的固体发酵罐为卧式或者立式压力密闭容器，容器内部安置浅盘式支架或传送带式支架，用于堆放固体培养基。

所述的液体种子罐3为液体深层发酵罐，该罐底部的管路与所述的补料罐4底部的管路分别经消毒阀门16、17连接至蒸汽发生器5，进一步地用产生的蒸汽对种子罐中的液体培养基、或补料罐中的水和营养液进行实消。