本實(shí)用新型涉及一種發(fā)酵與泡沫分離耦合裝置，特別適用于發(fā)酵與泡沫分離耦合生產(chǎn)具有表面活性的發(fā)酵產(chǎn)物。

背景技術(shù)：

在發(fā)酵過(guò)程中，由于產(chǎn)物積累形成的反饋抑制作用會(huì)嚴(yán)重降低發(fā)酵的產(chǎn)量。特別是對(duì)于生產(chǎn)具有表面活性的發(fā)酵產(chǎn)物，在發(fā)酵后期，由于產(chǎn)品的表面活性很容易產(chǎn)生泡沫，造成菌體溢出、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失、管路堵塞等問(wèn)題。CN1800201A公開了一種泡沫分離發(fā)酵液中具有表面活性的發(fā)酵產(chǎn)物的方法，簡(jiǎn)化了提取工藝，降低能耗，減少污染。但是這種方法不能在線分離發(fā)酵產(chǎn)物，發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)物抑制作用無(wú)法解除，產(chǎn)量難以提高。

目前，存在一種發(fā)酵與泡沫分離耦合裝置，該裝置采用在發(fā)酵罐內(nèi)安裝膜組件用來(lái)截留菌體，在發(fā)酵罐外通過(guò)泡沫分離收集發(fā)酵產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)酵與泡沫分離耦合分離產(chǎn)品。但是采用罐內(nèi)添加膜組件一方面限制了發(fā)酵罐的大小和結(jié)構(gòu)，另一方面難以實(shí)現(xiàn)膜組件的安裝、清洗、換膜和滅菌等工作，另外，每次進(jìn)行發(fā)酵之前必須對(duì)該裝置進(jìn)行分別滅菌才能進(jìn)行安裝，操作復(fù)雜，容易染菌，所以該裝置較難用于連續(xù)的工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是要解決上述提到的膜組件的安裝、清洗、換膜和滅菌等工作；解決難以進(jìn)行連續(xù)滅菌、清洗的問(wèn)題，提供一種可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的發(fā)酵與泡沫分離耦合裝置。當(dāng)前技術(shù)中，采用發(fā)酵罐內(nèi)部安裝膜過(guò)濾器存在的一些問(wèn)題，內(nèi)部進(jìn)行組裝只適用于小型發(fā)酵罐，由于膜過(guò)濾器要比出料口大才能保證膜過(guò)濾器的穩(wěn)定性、發(fā)酵罐的封閉性，所以必須將膜過(guò)濾器從發(fā)酵罐頂部穿過(guò)內(nèi)部空腔到達(dá)出料口進(jìn)行安裝，操作難度大，對(duì)發(fā)酵罐的大小和結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格，而且一旦在發(fā)酵過(guò)程中出現(xiàn)膜過(guò)濾器堵塞等問(wèn)題，就無(wú)法將發(fā)酵液抽到泡沫分離塔中，泡沫分離操作無(wú)法進(jìn)行，所以發(fā)酵罐內(nèi)部安裝膜過(guò)濾器實(shí)施的可行性差。本實(shí)用新型采用在發(fā)酵罐外部安裝膜過(guò)濾器，該膜過(guò)濾器由兩個(gè)法蘭和一張纖維素膜構(gòu)成，是一個(gè)單獨(dú)的裝置，通過(guò)管道與發(fā)酵罐和泡沫分離裝置連通構(gòu)成一個(gè)整體裝置，不限制膜過(guò)濾器與發(fā)酵罐的連接位置，以及發(fā)酵罐的大小、結(jié)構(gòu)等。當(dāng)膜過(guò)濾器與發(fā)酵罐和泡沫分離裝置組合成一個(gè)整體裝置時(shí)，可以利用發(fā)酵罐中的蒸汽進(jìn)行整體滅菌，利用發(fā)酵罐中的清洗水進(jìn)行整體清洗；作為一個(gè)單獨(dú)的裝置，可以隨時(shí)進(jìn)行卸載、清洗、換膜和局部滅菌等操作。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種發(fā)酵與泡沫分離耦合裝置，該裝置的組成包括發(fā)酵罐、膜過(guò)濾器和泡沫分離裝置；

所述發(fā)酵罐包括圓柱狀的罐體，罐體的內(nèi)部設(shè)置有攪拌槳，罐體的頂部分別設(shè)置有加料口和排氣口，罐體的中部設(shè)置有回流進(jìn)料口；所述罐體底部排料口處設(shè)有三通接頭，一端為設(shè)有出料閥的出料口，另一端為設(shè)有取樣閥的取樣口；出料閥通過(guò)管路與膜過(guò)濾器相連；

所述膜過(guò)濾器安裝在出料閥與抽料閥之間，膜過(guò)濾器包括兩個(gè)法蘭，以及固定于兩個(gè)法蘭之間的無(wú)機(jī)纖維素膜；抽料閥的另一端與蠕動(dòng)泵的一端相連，蠕動(dòng)泵另一端與泡沫分離裝置中的泡沫分離塔進(jìn)料口相連；

所述泡沫分離裝置包括圓柱形泡沫分離塔，泡沫分離塔的頂部連接泡沫收集器、泡沫分離塔的中下部設(shè)置有進(jìn)料口，泡沫分離塔底部設(shè)置有回流口和氣泡分布器，氣泡分布器接有鼓氣泵；所述回流口通過(guò)回流閥與發(fā)酵罐的回流進(jìn)料口相連。

本實(shí)用新型的有益效果有：本實(shí)用新型的膜過(guò)濾器安裝在發(fā)酵罐外部，方便安裝、卸載、清洗，不限制發(fā)酵罐的大小和形狀。本實(shí)用新型將發(fā)酵罐出料口與膜過(guò)濾器、泡沫分離塔相連并形成循環(huán)回路，可以通過(guò)發(fā)酵罐的取樣管路滅菌將發(fā)酵與泡沫分離耦合裝置進(jìn)行整體滅菌，操作簡(jiǎn)單、連續(xù)。本實(shí)用新型進(jìn)行發(fā)酵與泡沫分離裝置的清洗時(shí)，可以將發(fā)酵罐中的清洗水通過(guò)循環(huán)回路流經(jīng)膜過(guò)濾器和泡沫分離裝置，實(shí)現(xiàn)整體清洗，節(jié)約用水。本實(shí)用新型采用循環(huán)回流的方式將泡沫分離塔余液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)回流到發(fā)酵罐中，降低原材料的流失。本實(shí)用新型通過(guò)將發(fā)酵與泡沫分離裝置耦合可以降低產(chǎn)物抑制作用，減少發(fā)酵后期泡沫的產(chǎn)生，從而減少由于大量泡沫溢出造成的生產(chǎn)效率降低、環(huán)境污染、管路阻塞等問(wèn)題。本實(shí)用新型的泡沫分離塔位于發(fā)酵罐外部，可以分別控制和優(yōu)化發(fā)酵與泡沫分離的操作條件。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型發(fā)酵與分離耦合裝置示意圖。

其中，1－發(fā)酵罐；2－膜過(guò)濾器；3－抽料閥；4－蠕動(dòng)泵；5－泡沫分離裝置；6－回流閥。

圖2為本實(shí)用新型發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，100－發(fā)酵罐體；101－攪拌槳；102－加料口；103－排氣口；104－回流進(jìn)料口；105－出料閥；106－取樣閥。

圖3為本實(shí)用新型泡沫分離塔的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，500－泡沫分離塔柱；501－泡沫收集器；502－進(jìn)料口；503－回流口；504－氣泡分布器；505－鼓氣泵。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的實(shí)施例參照附圖1－3詳細(xì)說(shuō)明如下，但僅作為說(shuō)明，并不是限制本實(shí)用新型。

本實(shí)用新型是一種發(fā)酵與泡沫分離耦合裝置，該裝置的組成如圖1所示，包括發(fā)酵罐、膜過(guò)濾器、蠕動(dòng)泵、泡沫分離裝置、回流閥和抽料閥；

所述發(fā)酵罐(1)包括圓柱狀的罐體(100)，罐體(100)的內(nèi)部設(shè)置有攪拌槳(101)，罐體(100)的頂部分別設(shè)置有加料口(102)和排氣口(103)，罐體(100)的中部設(shè)置有回流進(jìn)料口(104)；所述罐體(100)底部排料口處設(shè)有三通接頭，一端為設(shè)有出料閥(105)的出料口，另一端為設(shè)有取樣閥(106)的取樣口；出料閥(105)通過(guò)管路與膜過(guò)濾器(2)相連；

所述膜過(guò)濾器(2)安裝在出料閥(105)與抽料閥(3)之間，膜過(guò)濾器包括兩個(gè)法蘭，以及固定于兩個(gè)法蘭之間的無(wú)機(jī)纖維素膜；所述的的無(wú)機(jī)纖維素膜孔徑為0.45μm；膜過(guò)濾器的作用為截留出料液中菌體；抽料閥的另一端與蠕動(dòng)泵(4)的一端相連，蠕動(dòng)泵(4)另一端與泡沫分離裝置(5)中的泡沫分離塔進(jìn)料口(502)相連；料液在蠕動(dòng)泵(4)提供的外力作用下經(jīng)膜過(guò)濾后從泡沫分離塔進(jìn)料口(502)進(jìn)入泡沫分離裝置(5)中；

所述泡沫分離裝置(5)包括圓柱形泡沫分離塔(500)，泡沫分離塔(500)的頂部連接泡沫收集器(501)、泡沫分離塔(500)的中下部設(shè)置有進(jìn)料口(502)，泡沫分離塔(500)底部設(shè)置有回流口(503)和氣泡分布器(504)，氣泡分布器(504)接有鼓氣泵(505)；所述的泡沫分離塔頂部設(shè)置有產(chǎn)物接收裝置泡沫收集器(501)；所述的泡沫分離塔進(jìn)料口(502)通過(guò)蠕動(dòng)泵(4)與發(fā)酵罐出料口相連，料液進(jìn)入泡沫分離塔后，通過(guò)鼓氣泵(505)經(jīng)氣泡分布器(504)向泡沫分離塔中通入氣泡；所述氣泡分布器(504)的孔徑可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行選擇；所述回流口(503)通過(guò)回流閥(6)與發(fā)酵罐回流進(jìn)料口(104)相連。所述泡沫分離塔(500)塔高80cm，內(nèi)徑4cm.

實(shí)施例1

本實(shí)用新型裝置進(jìn)行發(fā)酵與泡沫分離耦合生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物時(shí)，首先需要對(duì)裝置進(jìn)行滅菌，待發(fā)酵罐罐體(100)滅菌結(jié)束后，關(guān)閉出料閥(105)，打開取樣閥(106)，進(jìn)行取樣管路滅菌5-10min；取樣管路滅菌結(jié)束后，關(guān)閉取樣閥(106)，打開出料閥(105)、抽料閥(3)和回流閥(6)進(jìn)行發(fā)酵罐外裝置和管路的滅菌，蒸汽從出料閥(105)經(jīng)過(guò)管道依次對(duì)膜過(guò)濾器(2)、泡沫分離裝置(4)以及循環(huán)管路進(jìn)行蒸汽滅菌15-30min。滅菌結(jié)束后，關(guān)閉所有閥門。采用整體裝置的連續(xù)滅菌較各裝置分別滅菌，滅菌次數(shù)減少2次，滅菌時(shí)間減少30-60min，所用蒸汽的量減少約60％。

發(fā)酵與泡沫分離耦合裝置滅菌結(jié)束后，用接種針接種一環(huán)多粘類芽孢桿菌到種子培養(yǎng)基中,32℃培養(yǎng)24h，將活化好的多粘類芽孢桿菌種子液以10％的接種量從發(fā)酵罐加料口(102)接種到發(fā)酵罐(1)中，發(fā)酵罐(1)的裝液量為其體積的70％，培養(yǎng)溫度33℃、攪拌轉(zhuǎn)速200r/min、通氣量150mL/min。在攪拌槳(101)的作用下將種子液和發(fā)酵液進(jìn)行混勻，菌體在發(fā)酵罐內(nèi)生長(zhǎng)，定時(shí)從取樣口取樣檢測(cè)菌體含量和產(chǎn)品效價(jià)，發(fā)酵36h后，檢測(cè)菌體含量達(dá)到4.17g/L，多粘菌素E含量達(dá)到4730U/mL。開啟出料閥(105)，發(fā)酵液在蠕動(dòng)泵(4)提供的動(dòng)力作用下經(jīng)膜過(guò)濾截留菌體后進(jìn)入泡沫分離裝置(4)中；當(dāng)料液達(dá)到泡沫分離塔(500)高度的1/4時(shí)，打開鼓氣泵(505)，通氣量為100mL/min的條件下進(jìn)行泡沫分離，氣體通過(guò)40目、孔徑為380μm的氣泡分布器(504)形成一定大小的氣泡，具有表面活性的發(fā)酵產(chǎn)物吸附在氣液界面上，泡沫在液面以上聚集逐漸從塔頂溢出到泡沫收集器(501)，為保持分離塔的裝液量不變，開啟回流閥(6)將含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的泡沫分離余液回流進(jìn)入發(fā)酵罐(1)，循環(huán)進(jìn)行操作，直至發(fā)酵結(jié)束。發(fā)酵結(jié)束后檢測(cè)總效價(jià)較非耦合裝置提高24％，濃縮富集比為3.8。其中，所述種子培養(yǎng)基的組成為：葡萄糖20g/L，酵母浸粉40g/L，氯化鈉1g/L，磷酸二氫鉀0.5g/L，氨水調(diào)節(jié)初始pH為6.8，115-121℃高壓蒸汽滅菌15-30min。所述發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為：葡萄糖20g/L，蛋白胨10g/L，氯化鈉1g/L，磷酸二氫鉀0.1g/L，硫酸銨10g/L，硫酸亞鐵0.1g/L，氨水調(diào)節(jié)初始pH為7，115-121℃高壓蒸汽滅菌15-30min。

待發(fā)酵結(jié)束后，關(guān)閉發(fā)酵罐出料閥(105)，打開取樣閥(106)，將發(fā)酵液通過(guò)取樣口全部排出，然后關(guān)閉取樣閥(106)，打開出料閥(105)，使得發(fā)酵與分離裝置連通，向發(fā)酵罐中注水，發(fā)酵罐中的水可以通過(guò)循環(huán)管路流經(jīng)膜過(guò)濾器(2)和泡沫分離裝置(5)，進(jìn)行發(fā)酵與泡沫分離耦合裝置的整體清洗，一次清洗結(jié)束后，關(guān)閉出料閥(105)，打開取樣閥(106)，將清洗廢水通過(guò)發(fā)酵罐取樣口排出，通過(guò)切換取樣閥(106)與出料閥(105)，再次清洗，直到發(fā)酵與泡沫分離裝置清洗結(jié)束。采用整體裝置進(jìn)行連續(xù)清洗與各裝置分別清洗相比，清洗次數(shù)減少2次，清洗時(shí)間減少約40min，所用水的量減少約30％。

膜過(guò)濾器(2)的清洗除了可以采用實(shí)施例1進(jìn)行清洗外，還可以實(shí)現(xiàn)膜過(guò)濾器(2)的單獨(dú)清洗，換膜等操作。關(guān)閉發(fā)酵罐出料閥(105)和抽料閥(3)，可以實(shí)現(xiàn)膜過(guò)濾器(2)的卸載、換膜、清洗和局部滅菌工作。

本實(shí)用新型未詳細(xì)說(shuō)明的內(nèi)容均為現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從實(shí)施例及現(xiàn)有技術(shù)獲得啟發(fā)，進(jìn)行變形得到其它實(shí)施例。

本實(shí)用新型未盡事宜為公知技術(shù)。