[发明专利]一种层叠组合式固态发酵方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态发酵方法及固态发酵系统，具体涉及一种适用于工业化生产的可实现自动连续或间歇式发酵的方法，以及实现该方法的固态发酵系统。

背景技术

固态发酵是指微生物在没有或基本没有游离水的固态基质上的生长过程。与液态发酵相比，固态发酵有很多优点，如：发酵过程粗放，无须严格无菌条件；水分活度低，基质水不溶性高，微生物易生长，酶活力高，酶系丰富；后处理简便、污染少，基本无废水排放。但固态发酵存在传热传质困难、手工操作多、劳动强度大、易感染杂菌和生产场所空间利用率低等问题，难以达到工业化规模生产的要求，严重影响固态发酵的广泛应用，其主要原因是目前的固态发酵反应器的设计水平相对滞后，不能满足发酵规模化的要求。

传统的固态发酵工艺一般是将配置好原料放置于发酵池内进行发酵处理，发酵一段时间后，须经翻料后继续发酵一段时间，然后再把发酵好的物料出池进入下一道工序。采用机器翻料时，由于移动式翻料机在发酵池搅拌时存在一些死角，处于死角的原料没有经过搅拌所以发酵不充分，因而使产品质量和性能指标受到影响而达不到使用要求，满足不了下道工序要求。如果采用人工翻料，则存在劳动强度大，翻料所需时间长，不适合大规模工业化生产。

固态发酵技术经过不断的发展，现在也涌现出一些新工艺和设备，主要包括空气固体流化床、填充床，转鼓式固态发酵罐、搅拌式固态发酵罐，浅盘式固态发酵等几种形式。空气固体流化床、填充床用于固态发酵，存在设备昂贵、耗能高、装载率小，不能实现规模化发酵的问题；转鼓式和搅拌式发酵罐，在大规模生产时热传递效率下降，转动或搅拌过程会破坏真菌菌丝结构，不适宜丝状真菌的发酵，而且设备造价高，操作复杂，使用范围受到限制；采用人工或半机械化的浅盘发酵装置，其占地面大，通气性差，成本高，生物发酵培养条件难以控制，不能实现大规模工业化连续生产。

针对上述问题，申请号为200910152732.1的发明专利申请中公开了一种自动链带式固态发酵反应装置及其自动固态发酵的方法，该装置包括依次连接的接种桶，螺旋输送器和发酵装置，从液体种子的制备，到固体发酵的各个环节，再到发酵后加工工序均实现了机械自动化操作。该发明从原理上讲可实现连续生产，提高生产效率，但是用于大规模固态发酵生产还存在如下问题：(1)该发明对发酵物料所处环境温度和湿度不能进行有效控制。(2)不能实现强制通风增氧。(3)不能实现连续和间歇生产可调，工艺适应性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种层叠组合式固态发酵方法及其系统，该方法能对发酵环境进行控制，该系统结构简单、安装维护方便，可实现固态发酵的规模化间歇或连续生产。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种层叠组合式固态发酵方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)层叠组合式固态发酵系统的准备：层叠组合式固态发酵系统包括固液混合器、调质螺旋输送器、层叠组合式固态发酵装置、分料器、水平绞龙、风机、提升机和湿度调节器；所述的固液混合器、调质螺旋输送器、层叠组合式固态发酵装置、分料器、风机、提升机和湿度调节器均安装在封闭发酵室内；固液混合器的顶部设有原料进口，固液混合器的上部侧面设有液体进口，固液混合器的底部设有出口；调质螺旋输送器的上部左边设有第一进口和第二进口，调质螺旋输送器的第二进口与固液混合器的出口相连，调质螺旋输送器的下部右边的出口与层叠组合式固态发酵装置的进口相连，层叠组合式固态发酵装置的底部的出口与分料器的进口相连，分料器的下部设有第一出口和第二出口，分料器的第一出口和第二出口上均设有料门，分料器的第一出口与提升机下端的进口相连，分料器的第二出口与水平绞龙的进口相连，提升机的上部出口与调质螺旋输送器的第一进口或与层叠组合式固态发酵装置的进口相连；风机的输出端分别通过出风管与层叠组合式固态发酵装置的层叠组合式发酵床的进风口相连，进风管的一端与风机的输入端相连，进风管的另一端穿过封闭发酵室伸向室外；

2)发酵原料的称量与调配：按发酵原料与发酵种子液的配比为100g∶0.5-5ml，进行称量，发酵原料从固液混合器(1)顶部原料进口进入，发酵种子液从固液混合器(1)上部侧面液体进口进入与发酵原料在固液混合器(1)充分混合和调配；

3)混合物料的调质：将固液混合器内混合好的物料送入调质螺旋输送器中进行调质，调节螺旋输送器的转速，使物料以10-80mm/s的速度前进，在此过程中物料中的水分和菌液能有充足的时间在物料中扩散和重新分配，从而使物料水分和菌液的分配能均匀一致，得到经充分调质的混合物料；