[发明专利]一种气囊鼓动式固态发酵方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于发酵工业技术领域

背景技术

固态发酵是在不含或者含有少量游离水的固体基质上进行的生物反应过程。 由于固态发酵具有能耗低，工艺简单、能够利用固体基质以及用水量少的特点， 在食品、酶、生物农药等产品的生产上，固态发酵发挥着重要作用。

近年来，由于科学家和工程学家的努力，固态发酵已经从粗放的传统生产方 式走向了以大规模和纯种(或组合菌种)为特征的现代固态发酵。这使得固态发 酵的研究和应用有了长足的进步。不过，由于固态发酵体系较为复杂，种类又繁 多，因此固态发酵反应器的开发还不能很好的满足固态发酵的需要。

固态发酵的工艺和装置可以分为静态和动态两类。由于固体的导热系数差， 静态的固态发酵反应器比如前盘式和填充床式或者装料系数太低，或者传热传至 效率差。而动态的固态发酵反应器比如搅拌式和滚筒式虽然通过搅拌的作用强化 了传递过程，但是搅拌和滚筒的翻动对于微生物属于剪切作用力，会对菌丝造成 较大的伤害。在惰性载体固态发酵中，由于颗粒较大，这种伤害作用更为明显。

针对目前固态发酵反应器的不足，我们认为新反应器的开发应该在弱化搅拌 剪切作用和强化发酵过程传递为目标。吉林大学曾有学者设计过模仿动物胃肠蠕 动而设计的蠕动反应器(ZL 200610017078.X)。这种反应器通过蠕动对物料进行 挤压研磨混合和输送，较好的解决了搅拌剪切对微生物的伤害作用，并使用膜技 术进行物料内外的物质交换。但是，这种反应器没有解决热量传递的问题，因此 放大是有困难的；同时，这种反应器没有专门的强化气液传递的装置，只能用于 厌氧发酵过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种气囊鼓动式固态发酵装置及方法，既能热量传递过 程，又尽量减少剪切作用力的，从而在强化传递过程的同时又尽量减少对菌体或 菌丝造成的破坏作用。

参阅说明书附图1，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现一 种一种气囊鼓动式固态发酵装置及方法，其实质特点是在该装置具有底部凹陷的 罐体(5)、安装在罐体底部能够通过充气放气改变体积的气囊(6)以及环形的 空气分布器(10)组成，并通过气囊的反复充放气实现物料的翻动，以在强化热 量传递的同时减少对微生物的伤害。

按照技术方案提供的一种气囊鼓动式固态发酵装置及方法其实质特点在于 在发酵罐的底部装了可以反复充放气的柔性气囊。

按照技术方案提供的一种气囊鼓动式固态发酵装置及方法，其实质特点在 于，发酵过程中使用的强化传热传质的方式是通过给气囊中反复充放气实现的。

本发明的基本思想是通过气囊周期性的鼓动，推动物料在发酵反应器内运动 以有利于物料的混合和热量的散失；同时通过气囊反复膨胀，起到反复提高和降 低罐内压力的作用，以强化料层内外气体流动和增加不同相间传质传热的作用。

本发明的生物反应器如图1所示。在圆柱形的罐体(5)底部有一向下的凹 陷，凹陷处安装气囊(6)。气囊上有气囊进气口(8)和气囊排气口(9)，气囊 的作用是在充气和放气过程中推动物料上下运动，是物料变得松散，强化传递过 程。另外，罐体上分别设置发酵罐进气口(1)，发酵罐排气口(3)，用于接种和 进液体物料的喷头(4)、空气分布器(10)用以给物料通风以及进料口(2)、出 料口(7)用以进出物料。

其具体的操作方法是：

1.物料从进料口(2)装入并封闭。进料时气囊处于无气压状态。

2.从发酵罐进气口通入高温蒸汽灭菌。

3.从喷头出喷淋培养基和发酵种子液。

4.灭菌结束并冷却后从进气口通入菌悬液或者孢子粉。

5.在发酵过程中，周期性给气囊充放气。先打开气囊进气口(8)的阀门， 关闭气囊排气口(9)的阀门，使得气囊隆起到最大。然后关闭气囊进气 阀。维持气囊充满气的状态15～150min后打开气囊排气阀掉气囊中的空 气。间隔15～150min后重复气囊充放气操作。

本发明具有以下优点：

1.使用气囊鼓动的方式推动物料运动

2.气囊充放气带来的罐内压力变化两种方式强化传热和传质。相比常规的 搅拌作用剪切力小，对菌丝破坏小。

3.适用范围广，可以用于好氧固态发酵，也可以用于厌氧固态发酵。

4.装料系数大，适合放大和工业应用。

附图说明