[發明專利]一種氣囊鼓動式固態發酵方法及裝置

無效

• 申請號: 201010113697.5
• 申請日: 2010-02-24
• 公開（公告）號: CN101787344A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 陳洪章;張志國
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12M1/02
• 分類號: C12M1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于發酵工業技術領域

背景技術

固態發酵是在不含或者含有少量游離水的固體基質上進行的生物反應過程。 由于固態發酵具有能耗低，工藝簡單、能夠利用固體基質以及用水量少的特點， 在食品、酶、生物農藥等產品的生產上，固態發酵發揮著重要作用。

近年來，由于科學家和工程學家的努力，固態發酵已經從粗放的傳統生產方 式走向了以大規模和純種(或組合菌種)為特征的現代固態發酵。這使得固態發 酵的研究和應用有了長足的進步。不過，由于固態發酵體系較為復雜，種類又繁 多，因此固態發酵反應器的開發還不能很好的滿足固態發酵的需要。

固態發酵的工藝和裝置可以分為靜態和動態兩類。由于固體的導熱系數差， 靜態的固態發酵反應器比如前盤式和填充床式或者裝料系數太低，或者傳熱傳至 效率差。而動態的固態發酵反應器比如攪拌式和滾筒式雖然通過攪拌的作用強化 了傳遞過程，但是攪拌和滾筒的翻動對于微生物屬于剪切作用力，會對菌絲造成 較大的傷害。在惰性載體固態發酵中，由于顆粒較大，這種傷害作用更為明顯。

針對目前固態發酵反應器的不足，我們認為新反應器的開發應該在弱化攪拌 剪切作用和強化發酵過程傳遞為目標。吉林大學曾有學者設計過模仿動物胃腸蠕 動而設計的蠕動反應器(ZL?200610017078.X)。這種反應器通過蠕動對物料進行 擠壓研磨混合和輸送，較好的解決了攪拌剪切對微生物的傷害作用，并使用膜技 術進行物料內外的物質交換。但是，這種反應器沒有解決熱量傳遞的問題，因此 放大是有困難的；同時，這種反應器沒有專門的強化氣液傳遞的裝置，只能用于 厭氧發酵過程。

發明內容

本發明的目的是提供一種氣囊鼓動式固態發酵裝置及方法，既能熱量傳遞過 程，又盡量減少剪切作用力的，從而在強化傳遞過程的同時又盡量減少對菌體或 菌絲造成的破壞作用。

參閱說明書附圖1，為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案實現一 種一種氣囊鼓動式固態發酵裝置及方法，其實質特點是在該裝置具有底部凹陷的 罐體(5)、安裝在罐體底部能夠通過充氣放氣改變體積的氣囊(6)以及環形的 空氣分布器(10)組成，并通過氣囊的反復充放氣實現物料的翻動，以在強化熱 量傳遞的同時減少對微生物的傷害。

按照技術方案提供的一種氣囊鼓動式固態發酵裝置及方法其實質特點在于 在發酵罐的底部裝了可以反復充放氣的柔性氣囊。

按照技術方案提供的一種氣囊鼓動式固態發酵裝置及方法，其實質特點在 于，發酵過程中使用的強化傳熱傳質的方式是通過給氣囊中反復充放氣實現的。

本發明的基本思想是通過氣囊周期性的鼓動，推動物料在發酵反應器內運動 以有利于物料的混合和熱量的散失；同時通過氣囊反復膨脹，起到反復提高和降 低罐內壓力的作用，以強化料層內外氣體流動和增加不同相間傳質傳熱的作用。

本發明的生物反應器如圖1所示。在圓柱形的罐體(5)底部有一向下的凹 陷，凹陷處安裝氣囊(6)。氣囊上有氣囊進氣口(8)和氣囊排氣口(9)，氣囊 的作用是在充氣和放氣過程中推動物料上下運動，是物料變得松散，強化傳遞過 程。另外，罐體上分別設置發酵罐進氣口(1)，發酵罐排氣口(3)，用于接種和 進液體物料的噴頭(4)、空氣分布器(10)用以給物料通風以及進料口(2)、出 料口(7)用以進出物料。

其具體的操作方法是：

1.物料從進料口(2)裝入并封閉。進料時氣囊處于無氣壓狀態。

2.從發酵罐進氣口通入高溫蒸汽滅菌。

3.從噴頭出噴淋培養基和發酵種子液。

4.滅菌結束并冷卻后從進氣口通入菌懸液或者孢子粉。

5.在發酵過程中，周期性給氣囊充放氣。先打開氣囊進氣口(8)的閥門， 關閉氣囊排氣口(9)的閥門，使得氣囊隆起到最大。然后關閉氣囊進氣 閥。維持氣囊充滿氣的狀態15～150min后打開氣囊排氣閥掉氣囊中的空 氣。間隔15～150min后重復氣囊充放氣操作。

本發明具有以下優點：

1.使用氣囊鼓動的方式推動物料運動

2.氣囊充放氣帶來的罐內壓力變化兩種方式強化傳熱和傳質。相比常規的 攪拌作用剪切力小，對菌絲破壞小。

3.適用范圍廣，可以用于好氧固態發酵，也可以用于厭氧固態發酵。

4.裝料系數大，適合放大和工業應用。

附圖說明