[發(fā)明專利]一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910241984.1
• 申請(qǐng)日: 2009-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN102102081A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莫海濤;張小勇;肖傳緒;李佐虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
• 主分類號(hào): C12M1/16
• 分類號(hào): C12M1/16;C12M1/12;C12P1/00;A61L2/07
• 代理公司: 北京法思騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固態(tài)發(fā)酵的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置及其方法。

背景技術(shù)

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(zhǎng)、繁殖以及代謝的過(guò)程。固態(tài)發(fā)酵與液體發(fā)酵相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如：培養(yǎng)基簡(jiǎn)單且來(lái)源廣泛；投資少，能耗低；產(chǎn)物的產(chǎn)率高，后提取工藝簡(jiǎn)單等。

現(xiàn)代意義上的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)多為純種培養(yǎng)過(guò)程，需要在無(wú)雜菌污染的條件下進(jìn)行生產(chǎn)。所謂發(fā)酵染菌是指在發(fā)酵過(guò)程中，生產(chǎn)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(guò)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(lái)抑制雜菌生長(zhǎng)，使用甲醛等殺菌劑，以防止空氣中雜菌進(jìn)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(yīng)器被認(rèn)為是最有效的措施，雖然各種密閉式反應(yīng)器相繼被采用，但所有的操作過(guò)程并不都是在嚴(yán)格無(wú)菌條件下完成的，所以仍然無(wú)法避免雜菌污染。染菌仍是固態(tài)發(fā)酵中的一個(gè)致命弱點(diǎn)，輕者影響目標(biāo)產(chǎn)物的收率和產(chǎn)品質(zhì)量，重者導(dǎo)致發(fā)酵“倒罐”，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)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(shù)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(shí)驗(yàn)室小試、中試和工業(yè)規(guī)模。對(duì)搖瓶中固體培養(yǎng)基的接種多是在潔凈工作臺(tái)上進(jìn)行，基本能達(dá)到嚴(yán)格意義上的無(wú)菌操作，一般不易染菌。而固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器，連有滅菌和供無(wú)菌空氣管路，以及控制系統(tǒng)，在潔凈工作臺(tái)上無(wú)菌接種不方便，也不實(shí)際。

目前，固體發(fā)酵的滅菌多采用在放置反應(yīng)器的無(wú)菌室內(nèi)對(duì)空氣進(jìn)行紫外滅菌，后打開反應(yīng)器，對(duì)實(shí)消過(guò)的固體培養(yǎng)基接種、拌種，再對(duì)反應(yīng)器密封后進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵。由于操作空間大、時(shí)間長(zhǎng)，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(yīng)用中，工業(yè)規(guī)模的固態(tài)發(fā)酵，主要采用對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)消，其接種多采用在蒸料罐中對(duì)降溫后的固體培養(yǎng)基進(jìn)行接種、拌種操作，再進(jìn)入主發(fā)酵罐進(jìn)行培養(yǎng)。但由于操作復(fù)雜，需要多個(gè)設(shè)備和管路才能完成，就增加了染菌的機(jī)率。

一般固體發(fā)酵過(guò)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(shí)現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱。

而常規(guī)的發(fā)酵反應(yīng)器按培養(yǎng)基的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分有兩種，即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)反應(yīng)器。一般的靜態(tài)反應(yīng)器，如淺盤式、圓柱式、培養(yǎng)盒式等等，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于溫度和濕度難以控制，以及傳氧傳熱困難，很難實(shí)現(xiàn)工程放大，而逐漸被動(dòng)態(tài)反應(yīng)器所取代。動(dòng)態(tài)反應(yīng)器包括轉(zhuǎn)鼓式、攪動(dòng)式以及流化床式等。它們采用培養(yǎng)基和發(fā)酵罐進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有效地提高了傳熱，傳氧，但由于機(jī)械部件較多，一方面易染菌，對(duì)純種培養(yǎng)不利，另一方面培養(yǎng)基的相對(duì)運(yùn)動(dòng)易損傷生長(zhǎng)良好的固體菌絲體，使發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生了障礙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)中固體發(fā)酵的染菌，及菌體和培養(yǎng)基間較難實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱等問(wèn)題，從而提出一種氣相接種和補(bǔ)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(wú)菌接種、培養(yǎng)以及補(bǔ)料等發(fā)酵過(guò)程的各環(huán)節(jié)入手，設(shè)計(jì)完整的固態(tài)發(fā)酵無(wú)菌培養(yǎng)的裝置和方法，以克服固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中染菌問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種氣相接種和補(bǔ)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(bǔ)液罐4、空氣壓縮機(jī)8、緩沖罐7、空氣過(guò)濾器6和蒸汽發(fā)生器5；其中，所述的空氣壓縮機(jī)8、緩沖罐7和空氣過(guò)濾器6依次連接，用于產(chǎn)生無(wú)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(jìn)氣端通過(guò)進(jìn)氣閥門10與所述的空氣過(guò)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(shè)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(guò)種子罐3、補(bǔ)料罐4的出料端閥門11、13連接種子罐3和補(bǔ)料罐4的出口端；

所述的進(jìn)氣閥門10與所述的文丘里管2之間的氣路上，還分別通過(guò)蒸汽發(fā)生器5、補(bǔ)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(bǔ)料罐的進(jìn)口端4和液體種子罐3的進(jìn)口端；

在高速氣流通過(guò)文丘里管2時(shí)，由于喉部氣體的流速增加形成負(fù)壓將液體種子或補(bǔ)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(wú)菌接種和無(wú)菌補(bǔ)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(nèi)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(bǔ)料罐4底部的管路分別經(jīng)消毒閥門16、17連接至蒸汽發(fā)生器5，進(jìn)一步地用產(chǎn)生的蒸汽對(duì)種子罐中的液體培養(yǎng)基、或補(bǔ)料罐中的水和營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行實(shí)消。