[发明专利]一种多功能固态发酵反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态发酵装置，特别涉及一种具有多功能的固态发酵反应器。

背景技术

与固态发酵相比，液体发酵在物料输送、发酵条件的控制方面具有一定的优势，青霉素成功的工业化生产几乎使得液体深层发酵技术代表了整个发酵工业。然而，20世纪90年代开始，资源能源危机与环境问题的突出，固态发酵技术以其特有的优点，又引起了人们极大的兴趣。固态发酵的优点主要有：①培养基简单且来源广泛，多为便宜的天然基质或者工农业生产的废弃物；②投资少，能耗低；③产率高，提取工艺简单；④无“三废”的排放等。

固态发酵指微生物在没有或者几乎没有游离水的固体培养基上生长、繁殖以及代谢的过程。微生物生长和代谢所需的氧大部分来自气相，也有一部分存在于与固体基质混合在一起的水中。所以固态发酵涉及气、液、固三相，其传质传热状况比在液体深层发酵中变得复杂。在固态发酵中，对于微生物反应器的设计除了氧的传递需要考虑外，还需要考虑如何控制培养基的温度和固态培养基的含水量，另外还需要考虑两个方面：菌体的形态以及剪切力对菌体的影响；如何实现固态发酵的无菌培养过程。对固态发酵反应器的设计出现过如下几种类型：填充床反应器、流化床反应器、转鼓反应器、浅盘式反应器、搅拌反应器。人们一直对这些固态发酵反应器进行研究和改进，但是这些反应器都没有从根本上同时解决氧传递、热传递和水分传递以及提供接近自然条件下菌体的生长环境，同时这些固态发酵反应器在实现无菌培养以及工业化放大的时候都遇到了困难。

理想的固态发酵反应器应该具有以下特征：(1)用于建造的材料必须坚固、耐腐蚀同时对发酵中的微生物没有负面作用；(2)能够阻止发酵过程中的污染物进入环境；(3)能够有效的调节温度、湿度、气体中氧气的浓度等参数；(4)给微生物生长提供接近自然的环境；(5)维持发酵反应器中基质床层性质的均一性；(6)产物容易收集，发酵罐容易清洗；(7)容易实现机械化操作；(8)操作中废弃物排放尽可能少，能耗尽可能低。

本研究所研究员李佐虎先生提出的压力脉动的方法为固态发酵反应器的设计提供了一种全新的思路。其原理主要是以流体静力学理论为基础，以法向作用力为动力源，强调生物反应器是一个非线性活细胞代谢与周围环境进行质量、热量、能量、信息交换的生态系统。其固态发酵反应器为卧式[专利公开号：CN 1219871C]，内部结构较为复杂，接种操作需要在反应器外进行，对于纯种培养还需要一个超净工作空间，限制了其使用范围。

随着农业和畜牧业的发展，产生了大量有机废弃物如秸秆和畜禽粪便，如果不加以利用，将会造成了资源的严重浪费和环境的污染。作物秸秆和畜禽粪便以及其他固态废弃物中含有大量有机质和养分，据估算可以提供氮素470-550万吨，磷素280-310万吨，钾素560-590万吨，有机质约6亿吨，同时还包括大量的微量元素。将这些有机物料进行有效的腐熟处理，不仅可以解决环境问题，还可以为农业的发展提供充足的有机肥源。将固态有机废弃物腐熟作为有机废弃物资源化的一个重要手段，已经得到世界各国的重视，固态有机废弃物堆肥化的比率正逐年上升。然而常规的堆肥工艺通常包括高温发酵阶段(14天)，后熟化阶段(21天)，最终熟化阶段(21天)，耗时约8周。周期过长限制了固态有机废弃物的资源化利用，而采用本发明的固态发酵反应器进行腐熟，可以显著的缩短高温发酵阶段，整个腐熟周期可以缩短为2周，本发明的固态发酵反应器还可以用于食品和医药等领域，显著提高发酵效率。

发明内容

本发明的目的是为了彻底解决现有固态发酵反应器在固态发酵过程中容易染菌，传热和供氧效率低下，水分散失严重，微生物生长不均匀，产物提取复杂，难于工业放大等工程问题；从而提供一种将微生物固态发酵的操作，将培养基质灭菌、接种、培养、产物分离等功能，均能在一个固态发酵反应器中实现的多功能固态发酵反应器。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供的多功能固态发酵反应器的结构，包括主罐1、辅助系统和控制中心CC三个部分。