[发明专利]呼吸式固态发酵方法及发酵罐

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，特别涉及呼吸式固态发酵方法及发酵罐。

背景技术

固态发酵(Solid-state fermentation，SSF)是指培养基呈固态，虽然含水丰富，但在没有或几乎没有自由流动水的状态下进行的一种或多种微生物发酵过程。自上世纪40年代以来，液体深层发酵一直是发酵行业的主角。随着时代的发展，液体深层发酵技术进一步发展遇到了障碍，高污染和高能耗就是其面临的最大问题，高浓度、高粘度发酵成为液体深层发酵的重要发展方向，然而高浓度、高粘度发酵的极限状态就是固态发酵。

从生态学和仿生学的观点来看，固态发酵更适宜于微生物的生存、繁殖和代谢。固态发酵，尤其是产品为生物量或初级代谢产物的固态发酵相对于液态深层发酵，表现出众多的优越性。

随着环境和资源问题的加剧，人们把目光转向木质纤维素类可再生资源的开发利用，而固态发酵技术是利用这类可再生资源的一个有效途径。近年来固态发酵技术已逐渐成为研究的新热点，其关键问题是开发合适的固态发酵反应器，实现固态发酵的大规模产业化。

固态发酵反应器从培养基的运动状态来分，可以分为静态式固态发酵反应器和动态式固态发酵反应器。静态固态发酵反应器是结构比较简单的固态发酵反应器，现在使用较多的是浅盘式和填充床式两种。虽然静态固态发酵能使微生物的生长环境接近其自然生长状态，但由于发酵过程产生的代谢热很难被有效移除，而使其难以被应用在大规模的生产上。动态式固态发酵过程中培养基处于连续或间歇搅拌状态。大多数的固态发酵大规模生产都是在有搅拌的系统中完成的。搅拌可以增加代谢热的散逸，同时也使发酵环境的一致性增加，为提高发酵效率提供了必要的条件。但搅拌对生产效率的影响却存在争议。一些文献报道：由搅拌导致的传质、传热性能的改善所带来的效果要优于搅拌所带来的不良影响；另有研究表明，搅拌会使生产效率降低，搅拌对固态发酵系统提出了额外的要求。首先，固态基质要能够耐剪切，并且不能存在由于搅拌而结块的倾向；第二，搅拌会损伤菌丝，进而可能影响其生长代谢。目前看来，常用的动态固态发酵反应器主要有转鼓式、搅拌式和气固流化床式(Durand A.Bioreactor designs forsolid state fermentation.Biochem.Eng.J.，2003，13(2-3)：113-125)。

专利号ZL02100176.6公开了一种气相双动态固态发酵方法及其发酵装置，其创新之处在于将培养基置于压力脉动及循环流动空气组成的双动态环境中进行发酵。用动态的空气替代了传统的机械搅拌，这是一个根本的革新，为后续的固态发酵反应器设计提供了新的思路和方向。

发明内容

【发明目的】固态发酵天然具有节水、节能的优势。但是由于固态发酵的连续相为气相，导致固态发酵过程中的散热问题成为固态发酵放大过程的一个主要障碍。为了解决固态发酵的散热问题，传统的方法是加大通气量、增加散热面积、增加搅拌的强度等。本发明的目的就是提供一种新的设计，有效解决固态发酵反应器的散热问题。

【本发明的构思】本发明借鉴专利ZL02100176.6的设计，模仿呼吸的原理和动作，并联两个相同的立式发酵罐，两个发酵罐一“呼”一“吸”，一“吸”一“呼”，“呼”是为了将发酵产生的废气排出减少对微生物的代谢抑制，“呼”所产生的部分真空也是促进培养基中水蒸气蒸发的动力源；“吸”也是为了“呼”发酵罐吸入的气体增加了罐内的压力，在有压力的情况下，“呼”的动作幅度将增加，有利于增加培养基中的孔隙度提供微生物生长更多的界面。

【本发明技术方案】本发明的基本构造如附图1：