專利名稱：一種氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明屬于固態(tài)發(fā)酵的技術領域，特別涉及一種氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固 體發(fā)酵裝置及其方法。
背景技術：
固態(tài)發(fā)酵指微生物在沒有或者幾乎沒有游離水的固體培養(yǎng)基上生長、繁殖以及代 謝的過程。固態(tài)發(fā)酵與液體發(fā)酵相比有諸多優(yōu)點，例如培養(yǎng)基簡單且來源廣泛；投資少， 能耗低；產物的產率高，后提取工藝簡單等?，F(xiàn)代意義上的固態(tài)發(fā)酵技術多為純種培養(yǎng)過程，需要在無雜菌污染的條件下進行 生產。所謂發(fā)酵染菌是指在發(fā)酵過程中，生產菌種以外的其他微生物侵入發(fā)酵培養(yǎng)基，從而 使發(fā)酵過程失去了真正意義上的純種培養(yǎng)。雖然人們采取了多種手段和防范措施，如降低 培養(yǎng)基的含水量和PH值來抑制雜菌生長，使用甲醛等殺菌劑，以防止空氣中雜菌進入，這 些方法都有一定的局限性。加大接種量和使用封閉式反應器被認為是最有效的措施，雖然 各種密閉式反應器相繼被采用，但所有的操作過程并不都是在嚴格無菌條件下完成的，所 以仍然無法避免雜菌污染。染菌仍是固態(tài)發(fā)酵中的一個致命弱點，輕者影響目標產物的收 率和產品質量，重者導致發(fā)酵“倒罐”，造成嚴重的經濟損失。造成固態(tài)發(fā)酵染菌的因素是多方面的，其中，接種技術是造成固態(tài)發(fā)酵染菌的主 要因素之一。固態(tài)發(fā)酵從規(guī)模上可分為搖瓶培養(yǎng)、實驗室小試、中試和工業(yè)規(guī)模。對搖瓶 中固體培養(yǎng)基的接種多是在潔凈工作臺上進行，基本能達到嚴格意義上的無菌操作，一般 不易染菌。而固態(tài)發(fā)酵反應器，連有滅菌和供無菌空氣管路，以及控制系統(tǒng)，在潔凈工作臺 上無菌接種不方便，也不實際。目前，固體發(fā)酵的滅菌多采用在放置反應器的無菌室內對空氣進行紫外滅菌，后 打開反應器，對實消過的固體培養(yǎng)基接種、拌種，再對反應器密封后進行固態(tài)發(fā)酵。由于操 作空間大、時間長，各種雜菌，尤其是空氣中真菌孢子的侵染難以避免，所以固態(tài)發(fā)酵中染 菌現(xiàn)象仍得不到徹底的解決。在應用中，工業(yè)規(guī)模的固態(tài)發(fā)酵，主要采用對培養(yǎng)基進行實 消，其接種多采用在蒸料罐中對降溫后的固體培養(yǎng)基進行接種、拌種操作，再進入主發(fā)酵罐 進行培養(yǎng)。但由于操作復雜，需要多個設備和管路才能完成，就增加了染菌的機率。一般固體發(fā)酵過程中，由于固體培養(yǎng)基不能象液體發(fā)酵中培養(yǎng)基可以完全均勻混 合，菌體和培養(yǎng)基間可輕松地實現(xiàn)傳質和傳熱。而常規(guī)的發(fā)酵反應器按培養(yǎng)基的運動狀態(tài)分有兩種，即靜態(tài)和動態(tài)反應器。一般 的靜態(tài)反應器，如淺盤式、圓柱式、培養(yǎng)盒式等等，雖然結構簡單，但由于溫度和濕度難以控 制，以及傳氧傳熱困難，很難實現(xiàn)工程放大，而逐漸被動態(tài)反應器所取代。動態(tài)反應器包括 轉鼓式、攪動式以及流化床式等。它們采用培養(yǎng)基和發(fā)酵罐進行相對運動，有效地提高了傳 熱，傳氧，但由于機械部件較多，一方面易染菌，對純種培養(yǎng)不利，另一方面培養(yǎng)基的相對運 動易損傷生長良好的固體菌絲體，使發(fā)酵過程產生了障礙。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術中固體發(fā)酵的染菌，及菌體和培養(yǎng)基間較難 實現(xiàn)傳質和傳熱等問題，從而提出一種氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置及其方法。本發(fā)明將從培養(yǎng)基滅菌、無菌接種、培養(yǎng)以及補料等發(fā)酵過程的各環(huán)節(jié)入手，設計 完整的固態(tài)發(fā)酵無菌培養(yǎng)的裝置和方法，以克服固態(tài)發(fā)酵過程中染菌問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝 置，包括固體發(fā)酵罐、液體種子罐、補液罐4、空氣壓縮機8、緩沖罐7、空氣過濾器6和蒸汽 發(fā)生器5 ；其中，所述的空氣壓縮機8、緩沖罐7和空氣過濾器6依次連接，用于產生無菌空 氣，其特征在于，所述的固體發(fā)酵裝置還包括文丘里管2 ；所述的文丘里管2的進氣端通過進氣閥門10與所述的空氣過濾器6相連；所述的 文丘里管2的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐1，該固體發(fā)酵罐1上設有泄壓閥門9，用于控 制出氣、泄壓；所述的文丘里管2的喉部分別通過種子罐3、補料罐4的出料端閥門11、13連 接種子罐3和補料罐4的出口端；所述的進氣閥門10與所述的文丘里管2之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器5、 補料罐4、液體種子罐3的氣路端閥門15、14、12連接蒸汽發(fā)生器5、補料罐的進口端4和液 體種子罐3的進口端；在高速氣流通過文丘里管2時，由于喉部氣體的流速增加形成負壓將液體種子或 補料液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐1的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接 種和無菌補料。所述的固體發(fā)酵罐為臥式或者立式壓力密閉容器，容器內部安置淺盤式支架或傳 送帶式支架，用于堆放固體培養(yǎng)基。所述的液體種子罐3為液體深層發(fā)酵罐，該罐底部的管路與所述的補料罐4底部 的管路分別經消毒閥門16、17連接至蒸汽發(fā)生器5，進一步地用產生的蒸汽對種子罐中的 液體培養(yǎng)基、或補料罐中的水和營養(yǎng)液進行實消。為實現(xiàn)上述的另一目的，本發(fā)明還提出了一種氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體 發(fā)酵方法，該方法利用了文丘里管2，所述的文丘里管2的進氣端通過進氣閥門10與所述的 空氣過濾器6相連；所述的文丘里管2的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐1，該固體發(fā)酵罐1 上設有泄壓閥門9，用于控制出氣、泄壓；所述的文丘里管2的喉部分別通過種子罐3、補料 罐4的出料端閥門11、13連接種子罐3和補料罐4的出口端；所述的進氣閥門10與所述的文丘里管2之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器5、 補料罐4、液體種子罐3的氣路端閥門15、14、12連接蒸汽發(fā)生器5、補料罐4、液體種子罐 3 ；在高速氣流通過文丘里管2時，由于喉部氣體的流速增加形成負壓將液體種子或 補液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐1的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接種 和無菌補料；具體步驟包括1)空氣依次通過空氣壓縮機8、緩沖罐7和空氣過濾器6，經進氣閥門10與所述的 文丘里管2進氣端相連，用于提供無菌空氣；
2)所述的蒸汽發(fā)生器5的氣路端閥門15打開時，產生的蒸汽用于對固體發(fā)酵罐中 的固體培養(yǎng)基進行原位滅菌；3)所述的液體種子罐3的氣路端閥門12和出料端閥門11打開時，文丘里管2借 助無菌空氣吸入液體種子，形成氣霧，噴入固體培養(yǎng)基，完成無菌接種；4)所述的補料罐4的氣路端閥門14和出料端閥門13打開時，文丘里管2借助無 菌空氣吸入水或營養(yǎng)液，形成氣霧，噴入固體培養(yǎng)基，完成無菌補料；5)所述的固體發(fā)酵罐1的泄壓閥門9打開，控制出氣，用于泄壓，對固體培養(yǎng)基和 菌體施以周期性的充壓與泄壓以強化固體發(fā)酵中的傳質、傳熱和氣體交換的特點，降低發(fā) 酵時間。所述的方法還包括通過打開液體種子罐3和補料罐4底部的消毒閥門16、17，分 別利用蒸汽發(fā)生器5產生的蒸汽對液體種子罐3的液體培養(yǎng)基、或補料罐4中的水和營養(yǎng) 液進行實消。所述的固體發(fā)酵采用強制通風或者周期變壓方式進行，期間可采用氣相運送無菌 水和液體營養(yǎng)液進行補料，整個過程均在密閉空間內完成。本發(fā)明對固體和液體培養(yǎng)基采用原位滅菌的方法可大大降低染菌的可能性。由于 常規(guī)固體培養(yǎng)基在滅菌罐滅菌后進行接種時需機械或人工攪拌，還要通過各種裝置轉入發(fā) 酵罐，因此，每增加一個操作環(huán)節(jié)，經過一個設備或管路就會增加染菌的機會，本發(fā)明在配 制好固體培養(yǎng)基后放置在發(fā)酵罐的培養(yǎng)架上直接原位滅菌將給正常純種發(fā)酵打下良好的 基礎，確保發(fā)酵的順利進行。本發(fā)明采用的氣相接種方式是依靠氣流輸送完成對固體培養(yǎng)基的接種，即在嚴格 無菌條件下，制備種子液或孢子粉，然后利用無菌空氣將菌液或孢子輸送到已實消過的固 態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)中。而文丘里管是在化工領域應用的一個裝置。其原理是理想的流體在管道中 流動時，在同一管道的任一截面的動能和壓力能的總和是不變的，但是能量的形式可以互 相轉換。文丘里管是利用流體在其收縮段(喉部)中流速的增加，形成一定程度的真空或 負壓，從而將另一種流體吸入。本發(fā)明利用文氏管的工作原理，使高速氣流通過文氏管，由 于喉部氣體的流速增加，形成負壓將液體種子吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體 培養(yǎng)基中，完成無菌接種的目的。文氏管接種時一般選擇菌懸液作為種子液，同時，為防止 種子液過于粘稠，不利于抽提，可選擇適宜的種子液培養(yǎng)時間，以獲得較佳的操作粘度。首先為保證無菌接種，本發(fā)明的思路是采用培養(yǎng)基靜止狀態(tài)，而利用氣相作為手 段進行接種和補液、以及強化傳質和傳熱。因為在固體發(fā)酵中氣相無處不在，可以迅速到達 培養(yǎng)基，是最有效的調控手段，同時對于菌絲體沒有什么傷害。因此在發(fā)酵過程中，為保障 氣流接種后分布在固體培養(yǎng)基表面的菌體迅速生長，本發(fā)明可采用周期變壓發(fā)酵方法來實 現(xiàn)。周期變壓固態(tài)發(fā)酵方法的原理是氣相壓力脈動在單顆粒水平上可將分子擴散變 為對流擴散，在傳遞界面上產生周期性法向作用力，大大加強傳遞速率，從而明顯強化發(fā)酵 過程中的傳質、傳熱和氣體交換。操作時在密閉反應器中對培養(yǎng)介質和菌體施以周期性的 充壓與泄壓而進行的發(fā)酵過程。因而利用周期變壓可明顯強化固體發(fā)酵中的傳質、傳熱和 氣體交換的特點，可顯著降低發(fā)酵時間，提高發(fā)酵效率。由于在固體發(fā)酵中，好氧菌在對數(shù)期生長時需要大量的氧氣，所以加大了周期變壓的頻率，因而培養(yǎng)基中的水分會大量散失，進而引起培養(yǎng)基表面干燥，變得堅硬，從而會 影響菌體的繼續(xù)生長。尤其在一些培養(yǎng)周期較長的發(fā)酵過程中，及時在發(fā)酵過程中補充水 分，有的還有必要補加營養(yǎng)液。這點在常規(guī)的發(fā)酵中進行這種操作是有一定難度的，常常會 帶入雜菌。而本發(fā)明采用文丘里管可以輕松地將滅菌后的無菌水、液體營養(yǎng)液或者緩沖液， 用來補充長時間發(fā)酵發(fā)生的菌體需要的水分、營養(yǎng)以及調節(jié)PH值。本發(fā)明針對固體反應器接種不便和易染菌的問題，由以上各個環(huán)節(jié)的精密設計， 確保了整個固體發(fā)酵過程的順利進行，實現(xiàn)了“嚴格滅菌、氣流接種、變壓發(fā)酵、無菌補料” 的全封閉的固態(tài)發(fā)酵。所述的蒸汽發(fā)生器，產生的蒸汽對發(fā)酵罐內的固體培養(yǎng)基進行實消，也可以對種 子罐中的液體培養(yǎng)基和補料罐中的水或者營養(yǎng)液進行實消。所述的一種新型的培養(yǎng)基滅菌、無菌接種、培養(yǎng)和補料的固態(tài)發(fā)酵方法是先對發(fā) 酵所需的固體和液體培養(yǎng)基進行滅菌，液體菌種培養(yǎng)完成后，采用氣相通過文丘里管輸送 到固體培養(yǎng)基上接種，進行固體發(fā)酵，期間可采用氣相運送水和營養(yǎng)液進行補料。所述的培養(yǎng)基滅菌的固態(tài)發(fā)酵方法，是采用蒸汽發(fā)生器產生的蒸汽對發(fā)酵罐內的 固體培養(yǎng)基進行實消，而且也可以對種子罐中的液體培養(yǎng)基和補料罐中的水或者營養(yǎng)液進 行實消。該固態(tài)發(fā)酵方法是利用無菌空氣快速流經文丘里管時喉部產生的負壓，液體菌液 隨氣流輸送進入發(fā)酵罐，并接種至固體培養(yǎng)基上。而且在發(fā)酵過程中采用無菌氣流輸送無 菌水和培養(yǎng)液，對固體基進行補料；全部發(fā)酵過程均在密閉空間內完成。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)利用氣流經過文丘里管產生的負壓可直接將菌種送入發(fā)酵罐中，直接隨發(fā)酵 通氣進行操作，操作簡單，方便快速，而且采用氣相為輸送相，節(jié)省能耗。在發(fā)酵過程中還采 用該方法可補充無菌水和營養(yǎng)液；(2)利用文氏管將液體菌種接種到固體培養(yǎng)基上，無需另外添加設備，投資小，效 果好；(3)采用氣相進行變壓發(fā)酵的方法實現(xiàn)了培養(yǎng)基內外的熱量和物質的充分的交 換，大大強化了發(fā)酵中的傳質傳熱，明顯提高了發(fā)酵效率，縮短了發(fā)酵時間；(4)整個發(fā)酵過程的滅菌、接種、補料和發(fā)酵的操作完全在密閉的反應器和管路中 進行，與外界環(huán)境隔絕，杜絕了染菌的可能；(5)所有固體發(fā)酵的環(huán)節(jié)中沒有固體物料的攪拌和翻動，避免對正常生長過程中 的菌絲的破壞。另外，該系統(tǒng)還可以用于對固體和液體培養(yǎng)基進行滅菌，針對固體反應器接種不 便和易染菌的問題，尤其在以氣相作為主要動力源進行傳質和傳熱，以氣相為流動相進行 液體菌種的接種，可以不破壞發(fā)酵過程形成的良好菌絲。因此，本發(fā)明實現(xiàn)了“嚴格滅菌、氣 流接種、變壓發(fā)酵、無菌補料”的全封閉的固態(tài)發(fā)酵，具有操作簡單、不易染菌、能耗低、不破 壞菌絲、產率高的特點。


圖1本發(fā)明提供的固態(tài)發(fā)酵裝置圖。
具體實施例方式實施例1固體發(fā)酵的菌種為維涅蘭德固氮菌(A. vinelandii)。首先配置固氮菌的液體培養(yǎng) 基，加入種子罐3中，打開消毒閥門16通入蒸汽，對培養(yǎng)基進行實消。冷卻后接入從斜面制 得的菌懸液，在30°C培養(yǎng)，攪拌速度為130rpm。培養(yǎng)IOh后得到均勻流動性良好的液體菌 種。期間準備固體培養(yǎng)基(先配置液體培養(yǎng)基，再按固液比1 3加入草泥炭)，放置在固 體發(fā)酵罐1的淺盤上，料層高度為2cm。打開氣路端閥門15用蒸汽對固體培養(yǎng)基在120°C 進行滅菌30min，然后冷卻至30°C。待液體菌種培養(yǎng)結束后開啟空壓機，以及氣路端閥門15、12和出料端閥門11，調 節(jié)空氣速度為12m7hr。當空氣經緩沖罐、過濾器快速流經文丘里管時，菌液由種子罐3進 入主空氣管路，隨無菌空氣以細小液滴狀態(tài)攜帶進入主發(fā)酵罐1中。進入反應器1后由于 氣速迅速降低，菌液沉降到固體培養(yǎng)基上，接種量為10%?？刂坪媒臃N速度，經過20min完 成接種。然后關閉出料端閥門11和氣路端閥門12，打開閥門9，控制溫度在30°C，調節(jié)氣 量，進行固體發(fā)酵。定時開關泄壓閥門9和進氣閥門10，采用周期變壓方法進行培養(yǎng)，壓力 在OMI^a和1. 之間周期變動，繼續(xù)在30°C培養(yǎng)72hr后即可完成發(fā)酵。發(fā)酵完成后經過 檢測沒有發(fā)現(xiàn)雜菌，固氮菌活菌數(shù)達到了 750億/g，纖維素酶(FPA)產量為8.58IU g—1。實施例2固體發(fā)酵的菌種為維涅蘭德固氮菌(A. vinelandii)。首先配置固氮菌的液體培養(yǎng) 基，加入種子罐3中，打開消毒閥門16通入蒸汽，對培養(yǎng)基進行實消。冷卻后接入從斜面制 得的菌懸液，在30°C培養(yǎng)，攪拌速度為130rpm。培養(yǎng)IOh后得到均勻流動性良好的液體菌 種。期間準備固體培養(yǎng)基(先配置液體培養(yǎng)基，再按固液比1 3加入草泥炭)，放置在固 體發(fā)酵罐1的淺盤上，料層高度為2cm。打開氣路端閥門15用蒸汽對固體培養(yǎng)基在120°C 進行滅菌30min，然后冷卻至30°C。待液體菌種培養(yǎng)結束后開啟空壓機，以及氣路端閥門15、氣路端閥門12和出料端 閥門11，調節(jié)空氣速度為12m7hr。當空氣經緩沖罐、過濾器快速流經文丘里管時，菌液由 種子罐3進入主空氣管路，隨無菌空氣以細小液滴狀態(tài)攜帶進入主發(fā)酵罐1中。進入反應 器1后由于氣速迅速降低，菌液沉降到固體培養(yǎng)基上，接種量為10%。控制好接種速度，經 過20min完成接種。然后關閉出料端閥門11和氣路端閥門12，打開泄氣閥門9，控制溫度 在30°C，調節(jié)氣量，進行固體發(fā)酵。定時開關泄壓閥門9和進氣閥門10，采用周期變壓方法 進行培養(yǎng)，壓力在OMPa和1. 之間周期變動，繼續(xù)在30°C培養(yǎng)72hr后即可完成發(fā)酵。 發(fā)酵完成后經過檢測沒有發(fā)現(xiàn)雜菌，固氮菌活菌數(shù)達到了 750億/g，纖維素酶(FPA)產量為 8. 58IU再進行種子液的培養(yǎng)，在30°C下培養(yǎng)12hr后，調節(jié)空氣流速為15m3/hr，接種至固 體培養(yǎng)基上，固體培養(yǎng)基的料層厚度為km，接種量為10%。繼續(xù)發(fā)酵。在固體發(fā)酵過程中打開消毒閥門17對補料罐中的水進行實消，并冷卻待用。當固 體培養(yǎng)基水含量低于50%時，打開出料端閥門13和氣路端閥門14，無菌水會以水霧狀吹 入發(fā)酵罐中，給固體培養(yǎng)基補充水分。采用周期變壓方法進行培養(yǎng)，壓力在OMPa和2. OMPa 之間周期變動，高低壓維持時間分別為2分鐘和5分鐘。整個發(fā)酵周期為80hr，纖維素酶 (FPA)產量為 9. 05IU g4。
實施例3發(fā)酵菌種為斜臥青霉(Penicilliumdecumbens)。先進行種子液的培養(yǎng)，在30°C下培養(yǎng)20hr后，調節(jié)空氣流速為2. 0m3/hr，接種至 固體培養(yǎng)基上(以粒徑2mm左右的麥秸為固體基質)，固體培養(yǎng)基的料層厚度為3cm，接種 量為10%。采用周期變壓方法進行培養(yǎng)，壓力在0.5MI^和l.SMI^a之間周期變動，高低壓 維持時間分別為3分鐘和3分鐘。繼續(xù)發(fā)酵期間保持反應器的濕度在50 80%，如濕度 低于設定值，則將滅菌后的無菌水通過氣流以霧狀送入反應器中。整個發(fā)酵周期為114hr， β -Gase 達到 38. 85IU g-1。實施例4發(fā)酵菌種為斜臥青霉(Penicilliumdecumbens)。先進行種子液的培養(yǎng)，在30°C下培養(yǎng)20hr后，調節(jié)空氣流速為2. 0m3/hr，接種至 固體培養(yǎng)基上(以粒徑2mm左右的麥秸為固體基質)，固體培養(yǎng)基的料層厚度為3cm，接種 量為10%。采用周期變壓方法進行培養(yǎng)，壓力在0.5MI^和l.SMI^a之間周期變動，高低壓 維持時間分別為3分鐘和3分鐘。繼續(xù)發(fā)酵期間保持反應器的濕度在50 80%，如濕度 低于設定值，則將滅菌后的無菌水通過氣流以霧狀送入反應器中。整個發(fā)酵周期為114hr， β -Gase 達到 38. 85IU g-1。先進行種子液的培養(yǎng)，在30°C下培養(yǎng)18hr后，調節(jié)空氣流速為2. 2m3/hr，接種至 固體培養(yǎng)基上，固體培養(yǎng)基的料層厚度為3cm，接種量為10%。采用周期變壓方法進行培 養(yǎng)，壓力在OMI^a和1.5MI^之間周期變動。發(fā)酵期間將滅菌后的液體培養(yǎng)基以水霧狀送入 反應器中，補充到固體培養(yǎng)基上，以滿足發(fā)酵中菌體生長的需要。整個發(fā)酵周期為120hr， β -Gase 高達 40. 14IU g-1。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明 的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置，包括固體發(fā)酵罐(1)、液體種子 罐(3)、補液罐(4)、空氣壓縮機(8)、緩沖罐(7)、空氣過濾器(6)和蒸汽發(fā)生器(5)；其中， 所述的空氣壓縮機(8)、緩沖罐(7)和空氣過濾器(6)依次連接，用于產生無菌空氣；其特 征在于，所述的固體發(fā)酵裝置還包括文丘里管O)；所述的文丘里管( 的進氣端通過進氣閥門(10)與所述的空氣過濾器(6)相連；所述 的文丘里管O)的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐(1)，該固體發(fā)酵罐(1)上設有泄壓閥門 (9)，用于控制出氣以泄壓；所述的文丘里管O)的喉部分別通過種子罐(3)、補料罐(4)的 出料端閥門(11、13)連接種子罐(3)和補料罐的出口端；所述的進氣閥門(10)與所述的文丘里管( 之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器 (5)、補料罐(4)、液體種子罐(3)的氣路端閥門(15、14、12)連接蒸汽發(fā)生器(5)、補料罐的 進口端(4)和液體種子罐(3)的進口端；在高速氣流通過文丘里管O)時，由于喉部氣體的流速增加形成負壓將液體種子或補 料液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐(1)的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接 種和無菌補料。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置，其特征在于， 所述的固體發(fā)酵罐為臥式或者立式壓力密閉容器，容器內部安置淺盤式支架或傳送帶式支 架，用于堆放固體培養(yǎng)基。
3.根據(jù)權利要求1所述的氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置，其特征在于， 所述的液體種子罐C3)為液體深層發(fā)酵罐，該罐底部的管路與所述的補料罐(4)底部的管 路分別經消毒閥門(16、17)連接至蒸汽發(fā)生器(5)，進一步地用產生的蒸汽對種子罐中的 液體培養(yǎng)基、或補料罐中的水和營養(yǎng)液進行實消。
4.一種氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵方法，該方法利用了文丘里管O)，所 述的文丘里管( 的進氣端通過進氣閥門(10)與所述的空氣過濾器(6)相連；所述的文丘 里管O)的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐(1)，該固體發(fā)酵罐(1)上設有泄壓閥門(9)，用 于控制出氣、泄壓；所述的文丘里管O)的喉部分別通過種子罐(3)、補料罐的出料端 閥門(11、13)連接種子罐(3)和補料罐(4)的出口端；所述的進氣閥門(10)與所述的文丘里管( 之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器 (5)、補料罐(4)、液體種子罐(3)的氣路端閥門(15、14、12)連接蒸汽發(fā)生器(5)、補料罐 (4)、液體種子罐(3)；在高速氣流通過文丘里管O)時，由于喉部氣體的流速增加形成負壓將液體種子或補 液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐(1)的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接種 和無菌補料；具體步驟包括1)空氣依次通過空氣壓縮機(8)、緩沖罐(7)和空氣過濾器(6)，經進氣閥門(10)與所 述的文丘里管(2)進氣端相連，用于提供無菌空氣；2)所述的蒸汽發(fā)生器( 的氣路端閥門(1 打開時，產生的蒸汽用于對固體發(fā)酵罐中 的固體培養(yǎng)基進行原位滅菌；3)所述的液體種子罐(3)的氣路端閥門(12)和出料端閥門(11)打開時，文丘里管(2) 借助無菌空氣吸入液體種子，形成氣霧，噴入固體培養(yǎng)基，完成無菌接種；4)所述的補料罐⑷的氣路端閥門(14)和出料端閥門(13)打開時，文丘里管(2)借 助無菌空氣吸入水或營養(yǎng)液，形成氣霧，噴入固體培養(yǎng)基，完成無菌補料；5)所述的固體發(fā)酵罐(1)的進氣閥門(10)和泄壓閥門(9)打開或關閉，以控制進氣和 出氣，對固體培養(yǎng)基和菌體施以周期性的充壓與泄壓以強化固體發(fā)酵中的傳質、傳熱和氣 體交換，減少發(fā)酵時間，提高發(fā)酵效率。
5.根據(jù)權利要求4所述的氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵方法，其特征在于， 所述的方法還包括通過打開液體種子罐C3)和補料罐(4)底部的消毒閥門(16、17)，分別 利用蒸汽發(fā)生器( 產生的蒸汽對液體種子罐(3)的液體培養(yǎng)基、或補料罐中的水和 營養(yǎng)液進行實消。
6.根據(jù)權利要求4所述的氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵方法，其特征在于， 所述的固體發(fā)酵采用強制通風或者周期變壓方式進行，期間可采用氣相運送無菌水和液體 營養(yǎng)液進行補料，整個過程均在密閉空間內完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣相接種和補料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置，其特征在于，該裝置還包括文丘里管；所述的文丘里管的進氣端通過氣路閥門與所述的空氣過濾器相連；所述的文丘里管的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐，該固體發(fā)酵罐上設有泄壓的閥門；所述的文丘里管的喉部分別通過種子罐、補料罐的出料端閥門連接種子罐和補料罐的出口端；所述的氣路閥門與文丘里管之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器、補料罐、液體種子罐的氣路端閥門連接蒸汽發(fā)生器、補料罐的進口端和液體種子罐的進口端；高速氣流通過文丘里管時喉部氣體的流速增加形成負壓將液體種子或補料液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接種和無菌補料。
文檔編號C12P1/00GK102102081SQ20091024198
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者張小勇, 李佐虎, 肖傳緒, 莫海濤 申請人:中國科學院過程工程研究所