[发明专利]一种内部列管分布式的固态发酵方法及发酵罐

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，特别涉及内部分布列管的固态发酵方法及发酵罐。

背景技术

固态发酵（Solid-state fermentation, SSF）是指使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，即指在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，培养一种或多种微生物的生物反应过程。液体深层发酵自上世纪40年代以来一直是发酵行业的主角。但随着时代的发展，液体深层发酵技术高污染和高能耗等问题使其进一步发展遇到了障碍。固态发酵天然具有节水、节能的独特优势，属于清洁生产技术，近年来受到世界各国的重视。

从生态学和仿生学的观点来看，固态发酵中微生物是在接近于自然条件的状况下生长的，更适宜于微生物的生存、繁殖和代谢。固态发酵，尤其是产品为生物量或初级代谢产物的固态发酵相对于液态深层发酵，展现出更大的优势。

 近年来随着环境和资源问题的加剧，木质纤维素类可再生资源的开发利用引起了人们的极大关注，利用这类可再生资源的一个重要有效途径就是固态发酵技术。近年来固态发酵技术已逐渐成为研究的新热点，其关键问题是开发合适的固态发酵反应器，实现固态发酵的大规模产业化。

 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，有良好的通气、散热、冷却性能，能够进行无菌操作。固态发酵的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，目前缺乏适用的固态发酵反应器正是限制固态发酵大规模应用于现代生物反应工程的一个重要因素。

 固态发酵反应器以培养基的运动状态情况可以分为两类，①静态式固态发酵反应器，包括浅盘式和塔柱式反应器；②动态式固态发酵反应器，包括机械搅拌的筒、柱式、转鼓式反应器等。静态固态发酵反应器内发酵基质在发酵过程中基本处于静止状态，其结构简单、操作方便、放大问题小，但正由于基质的相对静止，热量、氧气和其他营养物质的传递困难，从而导致基质内部湿度、温度、酸碱度和菌体生长状态的严重不均匀，使其难以被应用在大规模的生产上。动态式固态发酵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，大多数的固态发酵大规模生产都是在有搅拌的系统中完成的，但由于机械部件多，结构复杂，灭菌消毒比较困难，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。

专利号ZL02100176.6公开了一种气相双动态固态发酵方法及其发酵装置，其创新之处在于将培养基置于压力脉动及循环流动空气组成的双动态环境中进行发酵。用动态的空气替代了传统的机械搅拌，这是一个根本的革新，为后续的固态发酵反应器设计提供了新的思路和方向。

发明内容

【发明目的】固态发酵天然具有节水、节能的优势。但是由于固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程，气体是生物反应过程中热量、营养和产物的传递介质，因此热量传递困难，存在明显的温度梯度，散热问题成为固态发酵工业放大的主要障碍。传统的解决办法主要有加大通气量，增加搅拌的强度等，但均各有利弊，并不能有效解决散热问题。本发明的目的就是提供一种新的设计，有效解决固态发酵反应器的散热问题。

 【本发明的构思】本发明借鉴专利ZL02100176.6的设计，将间接冷却改为直接接触冷却，在罐内均匀分布竖直列管，两端分别相连成蛇形状。在列管中通入冷却水来带走物料产生的热量，解决了只依靠气体传递散热慢的弊端，有效解决固态发酵过程中的散热问题，由于列管竖直放置，使得物料盘可以多层累积放置，既能有利于提高发酵效率，又能增加发酵罐的处理量，极大便利于工业放大。

 【本发明技术方案】本发明的基本构造如附图1：