自动进－排料封闭式固态发酵罐及其发酵工艺

摘要

一种自动进－排料封闭式固态发酵罐及发酵工艺，它包括带加料口、排料口和进气口的罐体、带入口和出口的夹套、浅盘、中心轴、高压喷头、电机和传动装置，其特征在于：浅盘设置有30°－75°的扇形缺口，并焊接固定于发酵罐的内壁上，浅盘上有垂直穿透性的多个小孔，中心轴垂直活动穿过各层浅盘，中心轴上端连接能使其在竖直方向上升降的液压装置，同时中心轴还传动连接使其在水平方向上旋转的传动装置，在每层浅盘上方设置与中心轴固定连接的刮板。本发明的优点是结构简单；可实现连续进排料，进行自动化生产，降低劳动强度；进行无菌生产；性能优良；操作简便，可实现机械化控制和整体控温、控湿。

说明书

技术领域：

本发明属于生物加工机械领域，特别是一种自动进-排料封闭式固态发酵罐及其发酵工艺。

背景技术：

固态发酵起源于中国，已有几千年的历史。近年来，由于固态发酵具有节能、节水的独特优势，属于清洁生产技术，逐步得到世界各国的重视。

固态发酵不同于液态发酵，在发酵过程中，营养物质分散不均，难于搅拌混匀，传质、传热、传气困难，发酵参数测量以及调控困难，工人劳动强度极大；但是固态发酵可以产生特有的代谢物质，并且发酵过程中节能节水，后处理简单，无需污水处理，所以被提上工业化大生产的日程。

现有的固态发酵反应器有：浅盘式发酵罐，转鼓式发酵罐，深层通风发酵罐。浅盘发酵的优点是，容易与外界发生物质、能量的交换，传质、传热、传气容易，菌体生长良好，缺点是，操作时，需要人工填装和摆放，劳动强度大，工作效率低，极易染菌；转鼓式发酵罐，不能连续生产，只能间歇操作，也需要人力操作，因此效率低；翻转盘发酵罐，虽然可以连续操作，但是结构复杂，不易控制；深层通风发酵罐，需要较高压力的无菌空气，耗能大，而且发酵培养基散热不佳。上述三种方法均不能很好地满足连续化无菌固态发酵的要求。

发明内容：

本发明的目的是要提供一种自动进-排料封闭式固态发酵罐及发酵工艺，结构简单、性能优良、操作方便、节约劳动力，可实现连续操作。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种自动进、排料封闭式固态发酵罐，它包括带加料口、排料口和进气口的罐体、带入口和出口的夹套、浅盘、中心轴、高压喷头、电机和传动装置，其特征在于：浅盘设置有30°-75°的扇形缺口，并焊接固定于发酵罐的内壁上，浅盘上有垂直穿透性的多个小孔，中心轴垂直活动穿过各层浅盘，中心轴上端连接能使其在竖直方向上升降的液压装置，同时中心轴还传动连接使其在水平方向上旋转的传动装置，在每层浅盘上方设置与中心轴固定连接的刮板。

上述小孔孔径为5mm，孔间距为10-15mm；

上述各层浅盘的扇形缺口排列方式：按照刮板旋转的反方向，下一层的扇形缺口起始角边与上一层的终止角边的夹角为10°-30°。

上述的浅盘为5～20个。

上述的刮板板面与竖直方向呈45-60°角。

使用上述自动进-排料封闭式固态发酵罐的发酵工艺如下：

1、启动液压装置将中心轴提起，使刮板底部到浅盘距离为所需平铺发酵基质的厚度；2、然后从罐的顶部入口处将固态发酵基质灌入，与此同时，开动电机驱动中心轴带动刮板旋转，使得灌入第一层的发酵基质平铺在浅盘上，而多余的发酵基质则从缺口处落到第二层浅盘上，第二层浅盘铺满厚再到第三层浅盘上，以此类推，直到最后一层浅盘铺满；3、进行发酵，发酵过程中可按常规进行通风，加湿，控制温度、压力参数；4、发酵结束后，启动液压装置和电机使中心轴边旋转边下降，在旋转与下降的过程中，发酵基质及产物被一同剔下，并从各浅盘扇形缺口处向下落，最后从锥形罐底的排料口排出；5、一个批次结束后，开启罐壁上安装的高压喷头，清洗浅盘、刮板、中心轴。

本发明的优点是：1、结构简单；2、可实现连续进排料，可进行自动化生产，降低劳动强度；3、可进行无菌生产，适用于无菌程度要求高的医药、酶制剂、抗生素固态发酵工业化生产；4、性能优良，浅盘上的发酵培养基的厚度可以控制，将所有的浅盘串联起来，多于的热量便于排出；5、操作简便，可完全实现机械化控制；6、可实现整体控温、控湿。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为带缺口的浅盘结构示意图。

图3为刮板形状示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是刮板形状立体示意图。

具体实施方式：

见图1-5，本发明提供的发酵罐，其结构如下：设置带加料口4、排料口1和进气口14的罐体2，罐体2上设置带入口3和出口13的夹套，5～20层浅盘12焊接固定于发酵罐的内壁上，浅盘12上设置30°-75°的扇形缺口15，各层浅盘12的扇形缺口15排列方式：按照刮板旋转的反方向，下一层的扇形缺口15起始角边与上一层的扇形缺口15终止角边的夹角为10°-30°。浅盘12上有垂直穿透性的小孔若干，孔径为5mm，孔间距为10-15mm；中心轴8位于罐体中心，并垂直穿过所有的浅盘12，中心轴8上端连接液压装置6，能使其在竖直方向上升降，同时中心轴8还传动连接使其在水平方向上旋转的传动装置，传动装置可采用现有的齿轮传动机构，传动装置连接电机7。见图1、3、4，在每层浅盘12上方设置刮板11，刮板11与中心轴8通过螺栓固定连接，刮板板面与竖直方向呈45-60°角。在发酵罐内组装高压喷头9。

本发明使用上述自动进排料封闭式固态发酵罐的发酵工艺如下：

实施例：木霉孢子固态发酵

取浅盘12直径1.5m，扇形缺口15角度为45°，浅盘12上的培养基堆积厚度为0.08m，整个发酵罐安装10块浅盘，则可容纳培养基体积为：

设损耗率为5％，压缩率为5％，则投料量为v/(1-5％)/(1-5％)＝5.5m³

首先，将用高压喷头9将发酵罐清洗干净，并杀菌；利用液压装置6将中心轴8与刮板11提起，使刮板11底部到浅盘12的距离为0.08m。

然后利用气流输送系统将生料(麸皮、稻壳、玉米粉、稻草粉加水混合物)送至发酵罐顶加料口4处，上料流量等于生料从扇形缺口下降的流量。

首先，启动液压装置6将中心轴8提起，使刮板11底部到浅盘12距离为所需平铺发酵基质的厚度，然后从罐的顶部加料口4处将固态发酵基质灌入，与此同时，开动电机7带动中心轴8及刮板11一同旋转，使得灌入第一层的发酵基质平铺在浅盘12上，而多余的发酵基质则从扇形缺口15处落到第二层浅盘12上，第二层浅盘12铺满厚度量再到第三层浅盘12上，以此类推，直到最后一层浅盘12铺满。

发酵过程中可进行通风，加湿，控制温度、压力参数。

当发酵结束后，使中心轴8边旋转边下降，在旋转与下降的过程中，发酵基质及产物被一同剔下，并从扇形缺口处向下落，最后从锥形罐底的排料口1排出。

封闭入口与出口，从进气口14向罐内通入高温高压的水蒸气，并使其在120℃保持0.5h。

用离心泵向夹套中打入冷水，以帮助降温，直至物料中心温度为25℃。

将刮板11再提高80mm，并开始旋转，以无菌空气为载体向罐内喷射木霉孢子，在刮板11的作用下，使孢子均匀的分布于固态基质表面。

在发酵过程中，为保持预设的发酵工艺参数，开动电机7，使中心轴8带动刮板11旋转，带动气流湍动，则两浅盘间无滞流的气流，因此，浅盘的基质上方无滞留的热量，基质下方的热量可通过金属的浅盘向流动的空气中传递，刮板11的旋转，使得气流在整体上由罐底向罐顶运动，既保证了菌体生长所需的氧气，同时也将代谢的废气与热量带走，进而达到传热、传气的目的。通过高压喷头9向内注水，使其向罐内喷射雾状的液滴，以调节罐内的湿度，。

发酵结束后，保持罐温，停止注水，向罐内通入干燥的无菌空气，使基质干燥，当水分小于20％后，逐渐下降并旋转中心轴8，剔下各浅盘12表面的基质，使其通过扇形缺口15逐步向下滑落，最后所有的基质都排出罐外。

打开高压喷头9，冲洗罐壁、刮板11、浅盘12、中心轴8等部件，准备下一批次的生产。