[發(fā)明專利]一種淺盤式固體發(fā)酵設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410757428.0
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104531521A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒雙全;鄒芳芳;李丹;吳麗云;黃福墩;黃鉻星;季艷林;崔朋輝;賴慧靈;馮力彪
• 申請（專利權(quán)）人: 福建農(nóng)大科技開發(fā)總公司
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種淺盤式固體發(fā)酵設(shè)備，屬于發(fā)酵設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

迄今為止，已有許多類型的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器問世。B．Lonsane?曾經(jīng)歸納出了9種不同形式的工業(yè)規(guī)模的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器：轉(zhuǎn)鼓式、木盒式、加蓋盤式、垂直培養(yǎng)盒式、傾斜接種盒式、淺盤式、傳送帶式、圓柱式和混合式等。K．E．Aidou也提出了10種不同形式的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器，但以基質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況則可以分為兩類：①靜態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器，包括淺盤式和塔柱式反應(yīng)器；②動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器，包括機(jī)械攪拌的簡、栓式和轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器等。真正用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備很少有定型產(chǎn)品（蔣勤,，2011）。

固態(tài)發(fā)酵不同于深層液態(tài)發(fā)酵，反應(yīng)基質(zhì)以固態(tài)形式存在，反應(yīng)體系內(nèi)的傳遞過程極其復(fù)雜，包括氣-固、氣-液、液-固等形式，氣相是其最主要的流動(dòng)介質(zhì)，因此固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器與液體發(fā)酵反應(yīng)器有著顯著的區(qū)別；多數(shù)固態(tài)發(fā)酵控制手段通常采用提供宏觀最佳的溫度、含水量、通氣量及適宜pH值來實(shí)現(xiàn)發(fā)酵控制，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)也基本上只考慮這幾個(gè)方面的調(diào)控。在傳統(tǒng)化工中，一碰到固體反應(yīng)物料的傳質(zhì)、傳熱問題就是機(jī)械翻動(dòng)，即氣相不動(dòng)，固相動(dòng)，連續(xù)穩(wěn)定操作。其翻動(dòng)的目的就是使顆粒混合，加速反應(yīng)顆粒之間或與氣相分子間的接觸頻率，并使料層間的氣體由分子擴(kuò)散變?yōu)閷α鲾U(kuò)散。但對發(fā)酵過程中的微生物反應(yīng)而言，過多的翻動(dòng)對生長是不利的，使菌絲體斷裂，翻動(dòng)引起的剪切力對菌體往往會(huì)有傷害。

傳統(tǒng)發(fā)酵設(shè)備中的厚層通風(fēng)發(fā)酵往往通風(fēng)不均勻，放大困難，最后也要伴以機(jī)械攪拌。翻動(dòng)固體物料除設(shè)備機(jī)械密封困難，能耗高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易引起雜菌污染等問題外，最為嚴(yán)重的還是培養(yǎng)基易結(jié)團(tuán)，不可能象干硬顆粒物料那樣，機(jī)械攪拌達(dá)到單顆粒混合尺度。即團(tuán)塊內(nèi)部的大量顆粒不受機(jī)械翻動(dòng)的影響，因此變分子擴(kuò)散為對流擴(kuò)散的有效性是十分有限的。對菌體而言，實(shí)際達(dá)不到溫度、濕度、供氧均勻的目的。這就是我們徹底放棄通常意義上的所謂固體培養(yǎng)基連續(xù)或間斷運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的根本原因。動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)微生物生長較快并且均一，放大過程中所遇到的困難是由于物料運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在生長過程中菌絲被傷害，這個(gè)問題的嚴(yán)重性隨著發(fā)酵器容積的增大而增加。此外，在放大過程中還會(huì)存在：發(fā)酵體系濕度控制，保持不染菌，發(fā)酵基質(zhì)聚集成球狀而影響傳質(zhì)傳熱等諸多方面的問題。例如，轉(zhuǎn)鼓式動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器，菌絲體和培養(yǎng)基顆粒(特別是淀粉和粘性原料)會(huì)結(jié)成塊。在這些情況下，除了轉(zhuǎn)鼓的阻力影響外，要分離這些聚合體非常困難。當(dāng)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)速率增大時(shí)，剪切力的作用會(huì)影響菌絲體的生長。流化床式反應(yīng)器操作的難易主要取決于顆粒的大小和粒徑分布。一般來說，粒徑分布越窄的細(xì)小顆粒越容易保持流化狀態(tài)。相反，易聚合成團(tuán)的顆粒由于撞擊、碰撞難以維持流化狀態(tài)。填充床反應(yīng)器在設(shè)計(jì)上必須要使床層的干燥最小化，因?yàn)榇矊拥母稍飼?huì)導(dǎo)致床層的濕度變化，進(jìn)而影響微生物的生長，另外，床層底部到頂部的溫度梯度是不可避免的。壓力脈動(dòng)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器設(shè)計(jì)主要是以流體靜力學(xué)理論為基礎(chǔ)(固相培養(yǎng)基靜態(tài))，以法向作用力為動(dòng)力源(氣相動(dòng)態(tài)周期作用力)，強(qiáng)調(diào)生物反應(yīng)器是一個(gè)非線性活細(xì)胞代謝與周圍環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量、熱量、能量、信息交換的生態(tài)系統(tǒng)，是由生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)組成的特定空間，而不是單一的裝置。用無菌空氣對密閉低壓容器的氣相壓力施以周期性脈動(dòng)。罐體氣相壓力通過無菌空氣進(jìn)行充壓與泄壓。壓力脈動(dòng)對固體培養(yǎng)基是靜態(tài)，但對氣相則是動(dòng)態(tài)。壓力脈動(dòng)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、易密封，不易染菌，循環(huán)風(fēng)機(jī)動(dòng)力小，無菌空氣用量小，發(fā)酵總能耗低，但是會(huì)影響菌絲體的生成。

淺盤式反應(yīng)器，淺盤式生物反應(yīng)器(Tray?Bioreactor)?這種類型生物反應(yīng)器非常古老，是最簡單的，特別適合酒曲的加工。以前家庭作坊常用這種類型發(fā)酵各種各樣混合在一起的農(nóng)業(yè)原材料。這種技術(shù)用于規(guī)模化生產(chǎn)比較容易，這是由于只要增加托盤的數(shù)目就可以了。盡管這種技術(shù)已經(jīng)廣泛用于工業(yè)上(主要是亞洲國家)，這種反應(yīng)器屬于靜態(tài)反應(yīng)器，操作相對簡單，但裝料量少，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，可增加淺盤數(shù)目。淺盤室內(nèi)的溫度和濕度容易控制，特別適用于制曲。但這種反應(yīng)器由于存在對流空氣，散熱效果較差，對淺盤物料的厚度有所限制，并且占地面積較大，固需要耗費(fèi)一定的人力，但對于中小型的廠家較為合適。