[實用新型]一種旋轉式固態發酵生物反應器

有效

• 申請號: 201020222296.9
• 申請日: 2010-06-03
• 公開（公告）號: CN201686699U
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 姚日生;李鳳和;胡華佳;李曼曼;鄧勝松;楊世明;張遙
• 申請（專利權）人: 安徽安生生物化工科技有限責任公司;合肥工業大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/02;C12M1/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 吳啟運

一、技術領域

本實用新型涉及一種生物發酵設備，確切地說是一種旋轉式固態發酵生物反應器。

二、背景技術

20世紀90年代以來，隨著能源危機與環境問題的日益嚴重，人們開始關注以天然生物為原料的發酵工藝，特別是固態發酵技術以其特有的優點如無“三廢”排放引起人們極大的興趣。目前在固態發酵領域的研究及其在資源環境、蛋白質飼料中的應用取得了較大進展，主要表現在生物飼料、生物燃料、生物農藥、生物轉化、生物解毒及生物修復等方面的應用。

固態發酵(solid?state?fermentation)是指利用自然底物做碳源及能源，或利用惰性底物做固體支持物，其體系無水或接近于無水的任何發酵過程。與其他培養方式相比，固態發酵優點有：培養基簡單且來源廣泛，多為便宜的天然基質或工業生產的下腳料；基質含水量低，可大大減少生物反應器的體積，產物提取容易、產率較高，且不需要廢水處理，低含水量的發酵殘渣后處理簡單；發酵過程一般不需要嚴格的無菌操作，供氧和溫度可以采用直接空氣強制通風來控制；與液體發酵相比，在產量不變的情況下，固體發酵節省能源30％，原料處理和產物提取可分別節省開支70％～80％；過程裝置簡單、投資少。

但是和液態發酵相比，固態發酵也有一些缺點：固態發酵是一種接近自然狀態的發酵，最顯著的特征就是水分活度低。其中菌體的生長、對營養物質的吸收和代謝產物的分泌在各處都是不均勻的，使得發酵參數的檢測和控制都比較困難，許多液態發酵的生物傳感器也無法應用于固態發酵，這樣使得連續操作和自動化變得很困難。而且微生物生長及代謝時產生的熱量使固體培養基的溫度升高，導致水分的損耗，這也是固態發酵的一個難題。

因此，在新型反應器的設計中不僅要從三傳一反(傳質、傳熱、動量傳遞和生物生長與反應動力學)來考慮，而且要充分考慮到反應物的性質。故在新型生物反應器的設計時要求既不會破壞細胞的結構，又可以達到攪拌的目的，這主要體現在反應器工作時的剪切力較小，不會對細胞分子產生太大的破碎作用，最大程度的保證了細胞的完整性。

三、發明內容

本實用新型旨在提供一種用于固態發酵的生物反應器，所要解決的技術問題是既能對固體物料(主要是培養基)實現充分攪拌和生物培養，又能保證生物細胞的完整性，特別是不破壞菌絲體。

本生物反應器的技術方案包括筒體1、支座2和固定軸3以及傳動和加熱裝置，與現有技術的區別是筒體1繞固定軸3旋轉，筒體1一端有開口4，既作為進料口，又作為出料口，筒體1內壁上固定有起攪拌和出料導向作用的擋板5，為此擋板5應向著出口4方向向下傾斜，這就是擋板5與母線有一夾角；固定軸3為至少一端封閉的中空管并固定在支座2上，固定軸3上開有孔6、孔7并設置溫度傳感器8，孔6位于筒體1之外，或者開在軸的一端上，若干個孔7和溫度傳感器8位于筒體1之內，若干個孔7開在軸3的下方，若干個溫度傳感器8也固定在軸3的下方防止被物料堵塞，孔6、孔7的作用是正常發酵時用于排氣散熱，在需要的時候向筒體1內充入滅菌的空氣和補充無菌水，溫度傳感器8通過溫度儀表盤9與溫控儀11連接，以控制發酵溫度。

所述的傳動裝置由設置在筒體1上公知的齒圈齒輪傳動，可驅動筒體1順時針方向轉動，需要時也可驅動筒體1反時針方向轉動。

所述的加熱裝置由設置在筒體1下方的電熱板10輻射傳熱。電熱板10與溫控儀11連接。

本反應器的攪拌是通過固定在旋轉筒體上的擋板5將物料帶動到一定的高度，然后拋落，從而實現固態物料及高粘度流體的流動與混合。同時，避免了劇烈攪拌對菌體的影響，并降低了能耗。

本反應器的工作流程：首先按一定的比例從加料口4投入物料，投料結束后密封，開動筒體驅動的電動機，開始轉動筒體1及攪拌物料，同時通過控溫儀11來控制溫度。擋板5將物料帶動到一定的高度，然后物料沿筒壁和擋板緩緩滑下，從而實現對物料的充分攪拌。反應過程可以通過溫度傳感器8將發酵設備中的溫度傳到控溫儀11上從而確定最佳反應條件。最后物料從出料口4排出，對筒體1進行清潔為下一批做準備。

本反應器適用于低壓力操作條件下的間歇反應，尤其是用在固態生物發酵的物料反應中。正是基于間歇操作，本設計采用人孔及投料口和出料口的一體三合一方式，以改善筒體旋轉過程中系統的密封性。

本反應器采用筒體的旋轉和擋板攪拌的形式打破了化工工業生產中反應釜的常規的軸心電動帶動攪拌，不僅能提高攪拌的效果，還可以應用于高黏度的流體中，尤其是應用于發酵生產中。擋板的攪拌作用，也可以使攪拌混合的效果進一步提高。

本實用新型的進一步改進點在于：