[发明专利]全自动控制多功能固态发酵罐

说明书

本发明公开了一种全自动控制多功能固态发酵罐，包括圆形立式发酵罐主体和发酵控制系统，发酵罐主体上端一侧设有进料绞龙，发酵罐主体内部设有多个隔板，每个发酵层内设有高料层料位自动控制装置；每个发酵层内均设有无菌空分布系统，无菌空分布系统与位于发酵罐主体外侧的无菌空气发生罐连接，发酵罐主体内部转动安装有主轴，隔板上端设有搅拌桨叶。本发明集干料混合、加水拌料、蒸汽灭菌、接种、自控发酵、低温干燥、原料粉碎、自动出料、成品破碎八种功能于一体，使固态发酵所有操作均可在多功能生物固态发酵罐中完成，通过本设备可连续完成固体类生物制品的发酵、生产制备过程。

技术领域

本发明涉及一种立式全自动固态连续发酵设备，具体来说涉及一种全自动控制多功能固态发酵罐。

背景技术

工业生产上的发酵方式主要有深层液体发酵和固态发酵两种。其中深层液态发酵方式是最主要的发酵工艺，技术较为成熟，在工业化生产中被广泛应用。但是也存在着工艺流程复杂，容易染菌，发酵后处理复杂，三废排放多，产芽孢率低等缺点。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（Solid-state fermentation，SSF)。历史悠久的固态发酵重新被人们重视起来，作为一种新的工业生产方式，现代固态发酵在生产中体现出自己特有的优越性。固态发酵是没有或只有少量游离水存在，在具有可以满足微生物生长代谢的一定湿度的固态营养基质中进行微生物发酵过程。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。和传统的深层液体发酵工艺相比，固态发酵具有培养基含水量低，所需反应器体积小；产物浓度高，产品纯化费用低；无废水排放，污染物较少，可用于生产生物饲料、生物肥料、生物农药、酶制剂、有机酸、功能食品等众多产品；所需通气压力低，能耗少；培养基来源广泛等优越性，具有节水节能等优势，属于清洁生产技术。

固态发酵由不溶于水的固体、少量的水分及空气组成，发酵过程微生物产热导致水分蒸发，使发酵体系具有气液固不均匀三相，存在严重的浓度梯度及传热、传质困难，这样很难控制pH、水分、发酵温度等，使发酵产量大大下降。较大规模的固态发酵装置，目前主要有浅盘发酵，厚层通风发酵池，圆盘式固态发酵，立式锥形固态发酵罐等。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；厚层通风发酵池，存在进料出料无法自动化，接种及发酵过程容易染菌，无法混合等缺点；圆盘式固态发酵存在装料系数低，混合不均匀，接种困难，出料不干净等缺点，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；翻转盘发醉罐，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，并且只有单一的发酵功能，无法实现灭菌、真空低温干燥等功能；立式锥形固态存在发酵罐物料混合不均匀，能耗大，接种困难，发酵过程中对物料无法均匀混合，温度不均匀等问题。此外，固态发酵中PH、溶氧、基质浓度等不易在线检测，因此已有的固态发酵设备存在诸多缺点，使固态发酵的生产应用几乎处于停滞状态，无法实现固态发酵的工业化规模生产。

固态发酵反应器的研制对于固态发酵的工业化推广具有重要意义，根据基质的运动情况，固态发酵反应器可以分为两类：静态固态发酵反应器和动态固态发酵反应器。好养菌固态发酵影响因素受物料含水量，通气量，温度影响较大，好氧菌固态发酵反应器主要应该解决对于固态发酵温度、通气、物料含水量、防染菌等方面的控制。已有的固态发酵装置中通常将通气、加湿、散热分开处理，存在原理及制造复杂，操作控制复杂，发酵过程易染菌，或设备造价高等方面的问题。

固态发酵最难解决的就是搅拌系统的设计，搅拌系统直接关系到传质传热及溶氧的效率，并且，对液态难以发酵的丝状菌体而言，转速不能太快，否则会切断菌丝而影响发酵质量，搅拌中保持混合均匀、料层厚度一致，才能保证物料受热均匀、通气均匀，提高发酵成绩。