[實用新型]白腐菌固體發酵系統

無效

• 申請號: 200820098607.8
• 申請日: 2008-06-20
• 公開（公告）號: CN201241154Y
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 段傳人;朱麗平;姚月良;向凌海
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M1/38;C12M1/12
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

技術領域

本實用新型涉及一種發酵裝置，具體涉及一種用于白腐菌固體發酵的自動化反應裝置，本裝置可用于環境保護、生物制漿、食品釀造等領域。

背景技術

白腐菌的獨特和有效的降解能力，使其成為環境保護領域的一支強勁的生力軍，將這類對異生物質具有光譜進攻性絲狀真菌的活性潛能，轉化為對環境中不同狀態介質內的污染物的現實控制，是各國科學家和相關工業界共同的追求目標和不懈的努力方向。盡管相比于成熟的細菌體系而言，白腐真菌在環境保護中的應用，還處于探索和建立階段；盡管由于這類菌生理代謝的特殊性和對環境因子近乎苛刻的要求，成為實現工業化的嚴重障礙；但是這一切，并沒有阻擋人們在環境保護實踐中利用白腐真菌固體發酵的種種研究、開發和嘗試。

將白腐菌固體發酵應用于污染處理的最初和最多的實踐，是在生物制漿和水污染控制領域，生物制漿是利用微生物所具有的分解木素的能力來除去制漿原料中的木素，使植物組織與纖維彼此分離制成紙漿的過程。一般是在對植物纖維原料進行化學處理或機械磨漿前對其進行生物預處理，目前生物制漿已經進入了工廠化階段，并取得了良好的效果。

生物制漿技術是一種高效清潔的制漿工藝。利用白腐菌固體發酵對木素的降解作用脫除木素，可以減輕造紙工業的環境污染問題。白腐菌是自然界降解木素最有效的一類微生物，它能產生降解木素或變性木素的活性酶系，木素過氧化物酶(LiP)、錳過氧化物酶(MnP)和酚氧化酶(漆酶，Laccase)系統構成了白腐菌降解木素的主要活性酶系。白腐菌的這一特性已經利用在生物制漿、生物漂白等研究領域，有些已經進入中試階段，顯示了其良好的應用前景。

在文獻<<絲狀真菌發酵生產中形態的影響與發酵罐設計>>(生物技術-2003年1期)一文中提到專門針對絲狀真菌的發酵罐的設計，由于促使菌球形成并不能克服真菌發酵液粘稠帶來的所有問題，而且對有些真菌其菌球形成不利于發酵產物的生產，一個簡單的方法就是把發酵液稀釋，但稀釋發酵液只能暫時緩解發酵液粘稠問題，設計特殊的發酵系統才能從根本上解決發酵過程中發酵液粘稠所帶來的困難及其它一系列問題。

目前，大多數機械攪拌的發酵罐都是安裝徑向流的渦輪式攪拌槳，但近來的研究表明軸向流的攪拌槳在真菌發酵的許多方面具有優勢。在以水和CMC為介質的冷模實驗表明，軸向流攪拌槳較之徑向流槳，在介質的混合性能、傳質效果和功率消耗等方面均有明顯改善，在對微生物發酵實驗中發現軸向流攪拌槳能更好地適用于高密度和高粘度的微生物發酵攪拌，高密度培養最終可使菌體濃度提高12％，產物含量提高10％，高粘度發酵可使生產強度提高20％。而有的研究表明在裝配渦輪槳、軸向流槳的發酵罐中，只要給定的容量傳質系數一致，真菌的代謝產物生產沒有明顯差別。軸向流的翼型槳具有剪切性能溫和、輸送效率高、混合迅速、低能耗及傳質系數高等優點，已成功地應用于生產赤霉素、井岡霉素等工業發酵罐。另一種設計是在發酵罐中安裝兩種不同的攪拌槳，在兩根分離的驅動桿上安裝了兩個不同的攪拌槳，并可以不同的速度旋轉，每個槳起不同的作用，在發酵罐底部可安裝一個高速的渦輪槳，主要用于打碎氣泡和氧的大量傳輸，在上面則安裝一個慢速的軸向流攪拌槳，它使發酵液流向底部的渦輪槳。兩種槳的配合使用可以改善發酵液的混合。對產黃青霉素發酵的研究表明，采用軸向流槳和渦輪槳組合替代傳統沿用的多層渦輪槳，可以強化混合和供氧，并可通過調整槳徑和攪拌轉速來保證適宜的剪切環境(青霉素發酵需要較強的剪切環境)。研究絲狀真菌發酵的替代混合體系一方面是為了改進大體積液體的混合，另一方面是渦輪槳的高剪切力(特別是高速旋轉時)會使微生物菌絲斷裂，影響菌體形態、生長和代謝活力，不利于有些發酵產物的生產。如攪拌速率提高后，由于剪切力導致菌絲體的變形和損害，導致土曲霉(ATerreus)衣康酸產量的急劇下降。必須指出，攪拌率的提高將導致氧傳輸率的上升及溶解氧的增加，而溶解氧有時也會使真菌的代謝產物生產降低，如以出芽短梗霉(Apullulans)生產細胞外多糖，就是溶解氧而不是剪切力使其產量下降；另外，在發酵的不同時期，菌體對剪切力的敏感程度不同，液泡化將使菌絲容易破碎。對于高攪拌速度所產生的剪切力除對菌絲的物理損傷外，對其亦會產生生理抑制，但這方面的研究并不多。Roukas研究了黑曲霉Aniger在不同攪拌速率下發酵生產檸檬酸的情況，檢測了TCA循環中的幾種關鍵酶，結果是順烏頭酸酶和異檸檬酸脫氫酶活性隨攪拌速率的增加而上升，而檸檬酸合成酶的活性下降，而這正是檸檬酸積累所不希望的。徑向流渦輪槳的高剪切力會導致一些絲狀真菌發酵產物的形成受抑制，但軸向流翼型槳的剪切力也未必比渦輪槳低，有研究報導在同樣的葉輪直徑罐直徑比情況下，軸向流攪拌槳(被認為是低剪切力系統)比渦輪槳所引起的菌絲破壞更大，但軸向流槳能使大體積發酵液得到更好地混合，從而改善營養物質的分配和溶解氧的供給。Li等在生產規模上對Aoryzae的流加發酵研究表明，葉輪功率的增加對生物量、菌體形態及裂殖的影響不大。