发酵罐专利
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名称:一种连续转鼓式黑曲霉菌株扩培固态发酵设备技术领域:本发明属于生物反应器技术领域,具体涉及一种转鼓式固态发酵设备,尤其适用于大批量的麸曲的生产。
背景技术:(背景中应加入搜到的所有相关专利,并分析其优缺点)
目前,各种有机酸,蛋白质,酒类产品的生产均采用微生物发酵,固态发酵具有设备简单,投资少,操作简便,能耗低,发酵周期短,下游处理工艺简单等优点,被广泛采用。但由于其发酵过程受到的影响因素很多(基质含水量、颗粒度、pH值、发酵温度、气相组成和通气速率等),且分析手段不尽完善,相关的研究比较缓慢。就固态麸曲的工业生产来说,大量麸曲的制备仍然采用传统的工艺:原种--斜面--茄子瓶--麸曲。这样一个发酵罐需要制备几百个三角瓶麸曲,麸曲菌种制备过程劳动量大,麸曲染菌几率高。本发明是一种麸曲菌种制备装置,能替代几百个三角瓶的扩培,实现菌种生产的标准化,保证产品的同批次同质性。
发明内容:
本发明的目的在与克服现有技术的不足,提供一种设计合理,操作方便,自动化程度高,能有效解决发酵罐散热,传质,灭菌困难,以及保证操作无菌等问题的固态发酵设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
1.一种固态发酵设备,其特征在于:包括发酵罐,主管路,驱动装置,热交换装置,蒸汽灭菌装置,无菌通风装置,支架,其中该接种管与发酵罐固接,接种管中设有球阀,避免杂菌的污染。该驱动装置固接于发酵罐的外侧,以提供发酵罐旋转的动力。
该发酵罐的整体结构是双锥回转结构,当发酵罐旋转时,能较好的促进物料的混合,保证物料的均匀性。另外该发酵罐还制有用于保证发酵温度的分层夹套结构,用于接种的接种管,投入或排放物料的端部开口,用于观察其内部状态的一组视镜,用于取样的取样阀和用于排水,排气,排蒸汽的排放阀,和用于灭菌或通气的主管路。
前所述的夹套的进出水管路是同轴管路,并采用旋转接头的方式与发酵罐相连接。另外,夹套里面设置分隔板,实现夹套的分层,从而避免夹套水循环的短路,并能充分的利用夹套的换热面积。夹套与热交换器连接,实现发酵罐的升温或降温,从而保证发酵的温度条件25-38℃。
2.而且,所述的发酵罐主体为一个两端为圆锥,中间为圆筒的固接结构。
3.而且,所述接种管1固接在发酵罐端部封头上,该接种管中制有球阀,且球阀通道大小正与接种管2尺寸配合,接种管的端部用带螺纹的塞头封口。
4.而且,所述夹套设置在发酵罐外部,中间有分隔板,且夹套进出水管路采用旋转接头与热交换器相连。
5.而且,所述驱动装置通过齿轮减速器和正反转调速器连接于前述发酵罐。
6.而且,所述发酵罐设备配有中央控制板,中央控制板与前述发酵罐,驱动装置,正反转减速器,水泵,蒸汽发生器,空气压缩机,质量流量控制器等连接。
7.而且,所述视镜为一组,共两个,开在发酵罐的锥形结构处,两侧各一个。
8.而且,所述热交换器a通过主管道与发酵罐内部相通,另一端接连与空气过滤器,质量流量控制计,空气压缩机构成无菌通风装置
9.而且,所述蒸汽灭菌装置,包括蒸汽发生器,蒸汽储气罐,通过主管路与发酵罐内部相通
本发明上述技术方案后,其有益效果在于:通过旋转的方式来实现对物料的混合,且双锥的设计使得混料效果更好,能改善物料与物料,物料与空气的传质传热效果,进而保证了物料性质的均一性,使得发酵罐一次能够进行大批量的生产。再有,蒸汽灭菌,接种,发酵过程全部都在发酵罐内进行,避免了操作过程中的杂菌污染,其中接种采用液体接种的方式,劳动强度小,操作过程染菌几率小。配置的中央控制板能实时的控制发酵过程中发酵罐的转速,转动方向,以及发酵罐内温度,湿度,空气流量等条件,保证菌种处在最优化的环境条件下生长,从而最大程度的利用资源,提高生产效率,且实现了自动化生产。籍此,应用本
新型的固态发酵设备能在较短时间内能获得大批量,高质量的菌种或其他发酵产品,生产效率高,生产过程安全。同时,降低了接种,灭菌的费用和发酵过程中的费用,提高了其经济性。
附图说明:
图1为固态发酵设备的剖面结构示意图
图2为夹套内分隔板的示意图
图3为接种管使用原理的示意图
附图标识说明
具体实施方式:(实施方案中最好能加入说明的数据,不仅仅是只有文字性的描述)参见附图1,图2,图3下面通过具体实施例对本发明详细叙述。
1.一种固态发酵设备,包括中间圆柱,两端双锥的发酵罐9,在罐体内进行灭菌,接种,混料,发酵等操作;罐体一端部封头上设置排气(汽)口12,用于液体接种的接种管14;侧壁上设置有用于观察其内部状态的视镜11,还有用于取样的取样口10。蒸汽与空气共用主管道31,与罐体内部相通。罐主体的外部是夹套8,夹套中制有分隔板32,实现夹套内的水循环。
2.本发明的创新点在于:
1)发酵罐9总体采用双锥形状,两端的双锥与中间的圆柱有一定角度。这样整个罐体内腔的横截面大小不同。当罐体转动时,可促进物料的混合,改善物料与物料,物料与空气的传热,和传质效果,保证床层性质的均一性。这一定程度上可以替代传统发酵罐的搅拌桨的作用。且双锥的角度可根据实际情况,取不同值30-60°。
2)接种管路是采用如图3所示的管路,,连接于前述发酵罐9的接种管14中有个球阀15,接种前后球阀15关闭,避免杂菌经过球阀进入发酵罐9内,球阀15的通孔正好与接种管13配合,方便种子管13伸入前述发酵罐9内进行液体接种,且种子管13 伸入时,设置在接种管14 的密封圈也起到保证无菌的作用。接种管14的外端部用带螺纹塞头30封口,蒸汽(121℃,1atm)灭菌时(多少摄氏度),球阀15打开,端部也需进行灭菌操作。当需
要接种时,先将种子管13与接种管14对接好,端部实现密封,打开球阀15,将接种管2进一步伸入发酵罐内部,实现接种。接种完成后先将种子管13拔出球阀15,待关闭球阀15后在将整个接种管拔出,并用带螺纹塞子30堵住端部。
3)前述发酵罐9的外部设置夹套8,通过进水管21和出水管18与热交换器19相连,夹套8内部水的进出口开在罐体转轴的一侧,且整个夹套空间被如图2所示分隔板32分割层上下两层,从而避免水循环的短路,充分的利用换热面积。夹套水的进出口管路采用旋转接头17连接,这样能保证发酵罐1旋转时,仍然能向夹套8中通入用于热交换的水,从而实现发酵罐9的降温或加温。需要指出的是前述分隔板32可使用多层,或螺旋,波浪形等形式来实现导流的效果。在需要蒸汽灭菌时可以通过底部的排污口20将夹套水排尽。同时可将夹套水的进出口改成蒸汽的进出口,这样蒸汽灭菌前,向夹套通蒸汽,可以减少蒸汽灭菌时发酵罐9内腔内的由于冷凝水的产生而导致的物料的含水率的变化。
3.电动机5通过齿轮减速器6与前述发酵罐9外部连接,以此发酵罐9整体获得动力,实现一定转速(0-10rpm)的转动,进一步与电动机5连接的有正反转调速器29,其可以控制发酵罐1转动的方向和转速。需要说明的是,前所述的齿轮减速器6可以由涡轮蜗杆减速器或传送带代替。
4.主管路31是与前述发酵罐9内腔连通的主要通道,在整个发酵过程中的不同阶段起不同的作用。当物料装入发酵罐9后,需要蒸汽灭菌,在开启蒸汽发生器27,待蒸汽储气罐28气压达到一定值后开阀b,蒸汽通过主管路31进入内腔进行灭菌,同时通过开阀c,d或a,蒸汽也进入空气过滤器3中灭菌或水泵24中灭菌,从而保证发酵条件的无杂菌影响。在发酵过程中,通过开启空气压缩机1,阀c,调节质量流量控制器2,热交换器4可以由主管路31向发酵罐9补充发酵过程中所需要的空气。开启水泵24,开阀a可以在发酵罐9需要补水的情况下,向发酵罐9中补水。
5.中央控制板26与发酵罐9,驱动装置,正反转变速器29,热水泵21,水泵24,蒸汽发生器27,空气压缩机1,质量流量控制器2等连接,能实时的控制电动机5,蒸汽发生器27,空气压缩机1,热水泵21,水泵24,各类电磁阀的开关,调节正反转变速器29,质量流量控制器2,保证微生物在最适的条件下生长。实现自动化的控制系统。
需要说明的是,如果只需要麸曲的发酵物,而不需要含存活的菌种,可在利用蒸汽灭菌装置对发酵罐进行灭菌,然后打开进(出)料口23,收集相应的发酵产品。