[发明专利]一种链式提升固体发酵罐及发酵方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种链式提升固体发酵罐及发酵方法，属于生物发酵设备加工制造领域。 

背景技术

一般发酵工艺过程按照培养基物理性状不同，将发酵方式分为两大类：固态发酵和液态发酵。液态发酵主要有表面发酵和深层发酵，而一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，称之为固体基质发酵(so1id substrates fermentation)。按照这样的理解，既包括将固体悬浮在液体中的深层发酵，也包括在没有（或几乎没有）游离水的湿固体材料上培养微生物的工艺过程。而对于固态发酵来讲，是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物发酵的一个生物反应过程。从生物反应过程中的本质考虑，固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程。 

固态发酵是气体作为生物反应过程中的O₂、CO₂、热量、营养和产物的传递介质，表现为O₂、CO₂扩散比较容易，热量传递困难，存在明显的营养梯度，并且无大量有机废水产生。 

固体发酵具有操作简便、能耗低、发酵过程容易控制、对无菌要求相对较低、不易发生大面积的污染等优点。 

虽然固态发酵与液态发酵相比，具有它独特的优势，但也存在着许多不足。特别是传统固态发酵是发酵工业中古老而又落后工艺的代名词。甚至，在发酵工程或生化工程的教科书中，也很少提到固态发酵。现代发酵技术的关键条件是纯种大规模集约化培养。随着科学技术发展和可持续发展的影响，国内外逐 步重视对固态发酵的研究开发，已取得了很大进展。因此，依据固态发酵过程中是否能实现限定微生物纯种培养，分为传统固态发酵与现代固态发酵。现代固态发酵是为了充分发挥固态发酵的优势，针对传统固态发酵存在的问题，使之适应现代生物技术的发展而进行的，可以实现限定微生物的纯种大规模培养。 

生物反应器提供生物生长的环境，可以阻止外物进入和内部物质的外溢，必须无毒、耐振动、不易腐蚀，有良好的搅拌、通气、散热、冷却系统，能够进行无菌操作。固态发酵不同于深层液态发酵，反应基质以固态形式存在，反应体系内的传递过程极其复杂，包括气—固、气—液、液—固等形式，气相是其最主要的流动介质，因此固态发酵生物反应器与液体发酵反应器有着显著的区别，而目前限制固态发酵反应用于现代生物反应工程的一个重要因素就是适用的固态发酵反应器。 

迄今为止已有许多类型的固态发酵反应器问世（包括实验室、中试、工业生产规模）。B.Lonsane曾经归纳出了九种不同形式的工业规模的固态发酵反应器；转鼓式，木盒式，加盖盘式，垂直培养盒式，倾斜接种盒式，浅盘式，传送带式，圆柱式，混合式等。K.E.Aidou也提出了十种不同形式的固态发酵反应器，但以基质的运动情况则可以分为两类：①静态固态发酵反应器，包括浅盘式和塔柱式反应器；②动态固态发酵反应器，包括机械搅拌的筒柱式、转鼓式反应器等。第一类反应器内发酵基质在发酵过程中基本处于静止状态。其优点是结构简单，操作方便，工业放大问题小；其明显的缺点是：由于发酵基质的相对静止，热量、氧气和其他营养物质的传递困难，从而导致基质内部温度、湿度、酸碱度和菌体生长状态的严重不均匀。第二类反应器中的基质处于间断或连续的运动状态，而强化了传热和传质，设备结构紧凑，自动化程度相对较高，但由于机械部件多，结构复杂，灭菌消毒比较围难，固态基质的搅拌能耗 过大，发酵物料的持续运动有可能会破坏菌丝体，从而影响菌体的生长与代谢。对于实验室规模的发酵过程，搅拌所起的作用（如促进物质传递，使发酵基质内部参数均匀）不一定十分显著，因而这种设备的放大是一个突出的问题。无论何种形式的固态发酵反应器，都必须考虑以下几个方面的问题：①接种技术；②灭菌方式；③发酵基质的特性；④供气手段；⑤参数的测量和控制；⑥取样分析技术；⑦结构简单，操作方便。 

CN 202124625U涉及一种多功能生物固体发酵罐，包括设有夹套的卧式发酵罐，发酵罐的顶部开有进料口，底部开有出料口；卧式发酵罐的中部横向安装有卧式刮抄推进桨叶，在发酵罐的下部设有与卧式刮抄推进桨叶平行的绞龙；在发酵罐的顶部和绞龙的底部分别设有喷雾装置和气体通入装置；发酵罐顶部设有与抽真空系统相连的气压帽。该发明所公开的固体发酵罐虽然能够在一定程度上解决发酵过程中的物料混合、工业放大问题，但是结构复杂，不易于制造和使用。