一種固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于發(fā)酵工程和過程工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器及 其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 固態(tài)發(fā)酵是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度的水不溶性基質(zhì)中， 用一種或多種微生物的一個生物反應(yīng)過程。與液體發(fā)酵相比有諸多優(yōu)點，如：培養(yǎng)基簡單且 來源廣泛、投資少、能耗低、產(chǎn)物的產(chǎn)率高、后提取工藝簡單等。特別是能夠利用農(nóng)作物或農(nóng) 作物殘余物作為生物基質(zhì)，轉(zhuǎn)化成為人們有益或無害的高價值產(chǎn)品。既無損于自然生態(tài)系 統(tǒng)，又可解決污染問題，減輕資源危機。因此，現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)受到空前的關(guān)注。
[0003] 但是，目前固態(tài)發(fā)酵的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)幾乎處于停滯狀態(tài)，宄其原因有以下幾點： 1、無菌環(huán)境難以控制，染菌污染率高：大多數(shù)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器將物料的滅菌與發(fā)酵過程分 開操作，在發(fā)酵過程中又采用自然通風(fēng)，往往勞動強度大，效率低，生產(chǎn)能力小，而且容易造 成發(fā)酵過程中雜菌污染。2、進(jìn)料出料無法自動化：由于固體物料的特點，一般的反應(yīng)器只能 一次性進(jìn)料，一次性出料，無法進(jìn)行發(fā)酵的連續(xù)性，大大增加了發(fā)酵的時間，降低了生產(chǎn)效 率。3、取樣困難：固體物料流動性差，無法像液體發(fā)酵那樣方便取樣，致使發(fā)酵過程難以監(jiān) 測并控制。4、傳質(zhì)散熱效率差：自然通風(fēng)只能使固體物料表面與氣體接觸，發(fā)酵也只局限與 物料表層，而且發(fā)酵過程中產(chǎn)生的熱量難以及時散發(fā)出去，影響微生物生長和產(chǎn)物積累。
[0004] 因此發(fā)展一種適用的、穩(wěn)定的、高效的新型固體反應(yīng)器，并能有效地應(yīng)用到工業(yè)化 生產(chǎn)中是很有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器中的缺陷，提供一種適用 的、穩(wěn)定的、高效的固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器。
[0006] 本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供上述固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器在培養(yǎng)好氧微生物、 厭氧微生物以及兼性厭氧微生物進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵中的應(yīng)用。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器，它包括發(fā)酵罐、培養(yǎng)基制備罐和傳送帶系統(tǒng)；
[0009] 所述的發(fā)酵罐為臥式發(fā)酵罐，發(fā)酵罐外周設(shè)有夾套，發(fā)酵罐水平方向兩側(cè)設(shè)有第 一活動頂蓋和第二活動頂蓋，發(fā)酵罐底端設(shè)有出料口，發(fā)酵罐內(nèi)部自上而下設(shè)有2~10層 傳輸帶，相鄰兩層傳輸帶傳輸方向相反，且保證物料沿上一層傳輸帶傳輸至盡頭時可以自 由下落至下一層傳輸帶沿傳輸方向的起始處，最下一層傳輸帶沿傳輸方向的盡頭正對出料 口的正上方；
[0010] 發(fā)酵罐頂部設(shè)有第一出氣孔，第一出氣孔附近設(shè)有溫度探頭、濕度探頭和壓力探 頭；
[0011] 發(fā)酵罐內(nèi)靠近活動頂蓋的位置垂直設(shè)置二流體噴嘴系統(tǒng)，所述的二流體噴嘴系統(tǒng) 包括1~10個噴嘴和二流體噴嘴管路，噴嘴通過二流體噴嘴管路與發(fā)酵罐外部氣液管路 串聯(lián)，所述發(fā)酵罐外部氣液管路為相互并聯(lián)的無菌水管路、種子液管路、蒸汽管路和氣體管 路。
[0012] 所述的培養(yǎng)基制備罐主體為補料罐，補料罐頂部設(shè)有壓力傳感探頭和第二出氣 孔，補料罐底部設(shè)有出料管，出料管與發(fā)酵罐相連且正對最上層傳輸帶沿傳輸方向的起始 處；
[0013] 所述的傳送帶系統(tǒng)包括依次相連的電動機、減速箱、加料斗和輸送螺桿，輸送螺桿 一端與補料罐相連；其中，輸送螺桿外部設(shè)有冷卻夾套和加熱夾套。
[0014]其中，發(fā)酵罐為不銹鋼材質(zhì)，發(fā)酵罐通過底部的第一支架和第二支架固定在底座 上。
[0015]其中，夾套上設(shè)有熱交換介質(zhì)進(jìn)口和熱交換介質(zhì)出口，熱交換介質(zhì)進(jìn)口設(shè)于夾套 最頂端，熱交換介質(zhì)出口設(shè)于夾套最底端，且熱交換介質(zhì)進(jìn)口和熱交換介質(zhì)出口在水平方 向上的位置遠(yuǎn)離；其中，熱交換介質(zhì)包括水蒸汽和冷卻水。
[0016]其中，第一活動頂蓋與發(fā)酵罐側(cè)壁連接處設(shè)有固定螺栓，第二活動頂蓋與酵罐側(cè) 壁連接處設(shè)有固定螺栓。
[0017]其中，發(fā)酵罐內(nèi)部自上而下設(shè)有三層傳輸帶，分別為第一傳輸帶、第二傳輸帶和第 三傳輸帶，相鄰兩層傳輸帶傳輸方向相反，且保證物料沿第一傳輸帶傳輸至盡頭時可以自 由下落至第二傳輸帶沿傳輸方向的起始處，物料再沿第二傳輸帶傳輸至盡頭時可以自由下 落至第三傳輸帶沿傳輸方向的起始處，第三傳輸帶沿傳輸方向的傳輸盡頭正對出料口的正 上方。
[0018]其中，所述的二流體噴嘴系統(tǒng)優(yōu)選包括4個噴嘴、第一二流體噴嘴管路和第二二 流體噴嘴管路，4個噴嘴采用并聯(lián)的方式同時與第一二流體噴嘴管路和第二二流體噴嘴管 路連通；無菌水管路和蒸汽管路相互并聯(lián)，再與第一二流體噴嘴管路串聯(lián)；種子液管路和 氣體管路相互并聯(lián)，再與第二二流體噴嘴管路串聯(lián)；無菌水管路上設(shè)有第一液體過濾器和 第二液體過濾器，蒸汽管路上設(shè)有蒸汽發(fā)生器，種子液管路外接接種瓶，氣體管路上設(shè)有第 一氣體過濾器和第二氣體過濾器；無菌水管路和種子液管路上分別設(shè)有氣體流量計，蒸汽 管路和氣體管路上分別設(shè)有氣體流量計。
[0019]其中，4個噴嘴在發(fā)酵罐內(nèi)可以提供扇形噴霧模式。
[0020] 其中，出料管底端位于發(fā)酵罐內(nèi)第一傳輸帶沿傳輸方向的起始處，出料管上設(shè)有 蝶閥，蝶閥位于發(fā)酵罐外。
[0021] 其中，冷卻夾套由循環(huán)水進(jìn)行冷卻，加熱夾套由電加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱；其中，進(jìn)入 輸送螺桿總是先經(jīng)過加熱夾套，再經(jīng)過冷卻夾套。
[0022] 上述固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器在培養(yǎng)好氧微生物、厭氧微生物以及兼性厭氧微生物進(jìn) 行固態(tài)發(fā)酵中的應(yīng)用。
[0023]其中，上述其中固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器的使用方法包括裝料滅菌一傳輸一發(fā)酵一卸 料過程，該過程可重復(fù)進(jìn)行，能實現(xiàn)多批次發(fā)酵生產(chǎn)，大大減少了滅菌時間、動力消耗等，具 體步驟如下：
[0024] 裝料滅菌：由培養(yǎng)基制備罐中的加料斗加入物料，開啟電動機輸送物料進(jìn)入加熱 夾套，開啟電加熱裝置實現(xiàn)快速徹底加熱滅菌，經(jīng)過冷卻水輸送到補料罐。
[0025] 傳輸：開啟補料罐蝶閥開關(guān)，同時啟動傳送帶動力，調(diào)節(jié)速度，至物料均勾地分布 在3層傳送帶上后，關(guān)閉補料罐蝶閥。
[0026] 發(fā)酵：調(diào)節(jié)罐體內(nèi)部溫度、濕度、通氣量適宜后，由負(fù)壓接入種子液，開啟接種管道 閥門，將種子液噴灑于物料表面，完成接種。發(fā)酵過程中，輕輕地開啟傳輸帶動力同時打開 出料口，完成取樣。
[0027] 卸料：開啟傳輸帶，打開出料口，輸送出物料。對于重復(fù)批次發(fā)酵，可先由培養(yǎng)基制 備罐準(zhǔn)備好物料，卸料的同時或之后，開啟蝶閥，進(jìn)行物料傳輸。
[0028] 有益效果：
[0029] 本發(fā)明中的固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器，具有自動化強度高，發(fā)酵過程穩(wěn)定，操作簡便， 能進(jìn)行單批次和多批次發(fā)酵生產(chǎn)的優(yōu)點，可應(yīng)用于好氧、厭氧及兼性厭氧微生物的固體發(fā) 酵，不論是哪種應(yīng)用，該固體發(fā)酵反應(yīng)器都具有以下優(yōu)點或效果：
[0030] 1、自動化控制：本發(fā)明中的帶式反應(yīng)器應(yīng)用了螺桿、傳送帶輸送系統(tǒng)，使物料加入 后，自動控制各個過程，滿足了現(xiàn)代發(fā)酵工藝的要求，大大降低了人工勞動強度，提高了生 產(chǎn)效率。
[0031] 2、原位滅菌、連續(xù)發(fā)酵：本發(fā)明中的帶式反應(yīng)器物料滅菌、發(fā)酵是在同一個系統(tǒng)不 同罐體中進(jìn)行，有效地避免離位滅菌帶來的雜菌污染問題，同時能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)酵的連續(xù)進(jìn)行。
[0032] 3、本發(fā)明中的二流體噴嘴集加濕、接種、通氣、蒸汽管道功能于一身，免去了多重 管道帶來罐體結(jié)構(gòu)的繁瑣。而且通過該裝置使液體形成霧化狀態(tài)，能更加均勻地噴灑于物 料之上。
[0033] 4、本發(fā)明中加濕所用的無菌水是經(jīng)過液體過濾器制備的，較傳統(tǒng)的滅菌方法簡 單，同時節(jié)約滅菌所耗費的能源。
【附圖說明】
[0034] 圖1為固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器的主視圖。
[0035] 圖2為固態(tài)發(fā)酵帶式反應(yīng)器中的