一种自反馈的半液态发酵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自反馈的半液态发酵系统，属于生物工程技术领域。本发明专利技术的一种基于自反馈的高效半液态发酵系统，包括计算机、PLC控制器、溶氧仪和自反馈厌氧发酵反应器；本发明专利技术的自反馈厌氧发酵反应器能够减少传统发酵过程中杂菌的污染，且自动化水平高，能够降低生产成本。应用本发明专利技术的自反馈厌氧发酵反应器进行半液态发酵，可使黄酒发酵21天的酒精度提高8％，氨基态氮提高12％，提高发酵效率。

A semi liquid fermentation system with self feedback

The invention discloses a self feedback half liquid fermentation system, which belongs to the biotechnology field. An efficient semi liquid fermentation system based on self feedback, including a computer, a PLC controller, a dissolved oxygen instrument and a self feedback anaerobic fermentation reactor. The self feedback anaerobic fermentation reactor can reduce the contamination of the bacteria in the traditional fermentation process, and the automation level is high, and the production cost can be reduced. The use of the self feedback anaerobic fermentation reactor for semi liquid fermentation can improve the accuracy of the wine fermentation for 21 days by 8%, increase the amino nitrogen by 12%, and improve the fermentation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种自反馈的半液态发酵系统
本专利技术涉及一种自反馈的半液态发酵系统，属于生物工程

技术介绍
半液态发酵体系指介于液态和固态之间的发酵体系，往往特指含有一定含量固形物的发酵体系，固形物含量一般小于总体积的50％，这类体系由于其自身的特性，往往存在传质传氧困难的问题。同时半液态厌氧或兼性厌氧体系在其发酵过程中，尤其是半开放乃至开放体系中，这类体系由于菌群结构复杂，往往也需要一定的供氧以保证兼性厌氧和好氧微生物的生长。但是目前这类体系往往依据经验来进行混合、供氧，如黄酒中的开耙，复合果蔬发酵饮料中的返混等。随着人力成本和食品营养安全需求的不断提升，因此迫切需要一种能够不影响传统工艺的高效安全半液态厌氧发酵系统。目前半液态厌氧发酵系统如黄酒、发酵果蔬饮料等领域已出现了一批新型系统，如专利CN101805679B槽式的发酵系统，最大限度的保留原有传统发酵体系的工艺；但是这类体系仍然没有解决安全和自反馈调节这一问题，其工艺效率和安全性仍有提升空间。另一种常用的系统是罐式发酵系统，往往带有框桨等搅拌系统，但是这类体系往往传质效果不佳，传氧控制也不够精准。针对精准供氧传质，如专利CN101950165B中，通过构建包含包含工控机、PLC、温度传感器、智能仪表和现场执行器的体系，完成黄酒中的自动化控制开耙，但是这类系统往往要附加多种设备，增加了操作复杂性，且这类控制往往需要基于多种算法进行模拟，通用性有待改进。另一种在葡萄酒酿造中涌现的新型发酵系统，如专利CN1107719C，为了应对葡萄皮形成的“皮盖”，通过一个锥形的拦阻构件，在发酵过程中不停的形成小气泡以完成打破“皮盖”，并完成传质传氧；虽然并无较多外加设备，但是搅拌效果较差，也仅适用于厌氧发酵体系。综上所述，针对半液态的厌氧和兼性厌氧发酵体系，迫切需要一个传氧控制精准，传质效果好，且对原有发酵体系影响较小的自反馈式发酵系统。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种厌氧发酵反应器，包括反应器本体、隔膜和气体分布器；所述隔膜和气体分布器同轴设置于反应器内部，隔膜设置于气体分布器上方；所述隔膜呈漏斗状，包括相互连通的斗状结构和筒状结构；斗状结构的最大径向长度与发酵反应器直径相等，起到挡板的作用，将发酵反应器本体分别位于漏斗顶面上方和下方的区域隔离开，以适应不同发酵体系的返混效果要求；所述气体分布器呈圆环状，圆环上设置气孔，水平设置于隔膜筒状结构的正下方；气体分布器通过管道与设置在反应器侧壁上的通气口连接；隔膜所在的侧壁区域设置旁通阀；所述旁通阀的一个通道与位于漏斗斗状结构顶面上方的区域连接，另一个通道与位于漏斗斗状结构顶面下方的区域连接；在本专利技术的一种实施方式中，所述厌氧发酵反应器本体的侧壁上设置沿发酵反应器中轴对称的第一通气口和第二通气口；所述第一通气口用于接入检测元器件；第二通气口与气体分布器连接。在本专利技术的一种实施方式中，所述厌氧发酵反应器发酵反应器本体的侧壁上，近底部区域设置取样口，近顶部区域设置排气阀。在本专利技术的一种实施方式中，所述厌氧发酵反应器发酵反应器本体内部设置分别位于隔膜上下两侧的冷却盘管。第二个目的是提供一种基于自反馈的高效半液态发酵系统，包括计算机、PLC控制器、溶氧仪和自反馈厌氧发酵反应器；所述溶氧仪两端分别连接计算机和自反馈厌氧发酵反应器；所述PLC控制器分别与计算机、自反馈厌氧发酵反应器的旁通阀和环形气体分布器连接；所述自反馈厌氧发酵反应器内设置隔膜，所述隔膜将所述自反馈厌氧发酵反应器内部分为上、下两个区域；旁通阀的两个通路分别连接上述两个区域；所述环形气体分布器设置于隔膜正下方，与通气口连接。在本专利技术的一种实施方式中，所述高效半液态发酵系统还包括U型压差计、流量计、空气压缩机和氮气瓶；所述U型压差计的两端分别与自反馈厌氧发酵反应器的隔膜上下两侧连通；所述自反馈厌氧发酵反应器还依次通过流量计和三通切换阀与空气压缩机及氮气瓶连接。在本专利技术的一种实施方式中，所述隔膜呈漏斗状，包括斗状结构和筒状结构；斗状结构的最大径向长度与发酵反应器直径相等，所述环形气体分布器成圆环状，水平设置于隔膜筒状结构的正下方；环形气体分布器的圆环上设置气孔，并通过管道与设置在反应器侧壁上的通气口连接。在本专利技术的一种实施方式中，发酵反应器本体的侧壁上设置沿发酵反应器中轴对称的第一通气口和第二通气口；所述环形气体分布器与其中一个通气口连接。在本专利技术的一种实施方式中，发酵反应器本体的侧壁上，近底部区域设置取样口，近顶部区域设置排气阀。在本专利技术的一种实施方式中，隔膜的斗状结构附近设置旁通阀；所述旁通阀的一个通道与位于漏斗上方的区域连接，另一个通道与位于漏斗下方的区域连接。在本专利技术的一种实施方式中，发酵反应器本体内部还设置分别位于隔膜上下两侧的冷却盘管。在本专利技术的一种实施方式中，所述发酵反应器高径比为0.25～4.0。在本专利技术的一种实施方式中，所述发酵反应器高径比为0.6～2.5。在本专利技术的一种实施方式中，所述隔膜的斗状结构高度和筒状结构的高度之比为0.5～2.0。在本专利技术的一种实施方式中，所述隔膜的斗状结构高度和筒状结构的高度之比为0.7～1.5。在本专利技术的一种实施方式中，所述隔膜的高度与反应器高度之比为0.05-0.5。在本专利技术的一种实施方式中，所述隔膜的高度与反应器高度之比为0.1～0.3。在本专利技术的一种实施方式中，所述隔膜的宽度与反应器宽度为0.1～0.9。在本专利技术的一种实施方式中，所述隔膜的宽度与反应器宽度为0.2～0.6。在本专利技术的一种实施方式中，临界压强为>1.0个大气压时，旁通阀开启。在本专利技术的一种实施方式中，所述旁通阀进气口位于漏斗隔膜上方，距离隔膜顶面的距离占发酵反应器整体高度的0.07～0.17。在本专利技术的一种实施方式中，所述旁通阀进气口位于漏斗隔膜上方，距离隔膜顶面的距离占发酵反应器整体高度的0.09-0.12。在本专利技术的一种实施方式中，所述环形气体分布器的直径d2与隔膜底部直径d1的比值(d2:d1)介于0.2-1.5之间。在本专利技术的一种实施方式中，所述环形气体分布器的直径d2与隔膜底部直径d1的比值(d2:d1)介于0.5-1.2之间。在本专利技术的一种实施方式中，所述环形气体分布器为反应器提供的供氧强度介于0.05-1.0vvm之间。在本专利技术的一种实施方式中，所述供氧强度介于0.2-0.6vvm之间。本专利技术还提供所述厌氧发酵反应器或所述基于自反馈的高效半液态发酵系统在发酵领域的应用。有益效果：(1)本专利技术的自反馈厌氧发酵反应器能够减少传统发酵过程中杂菌的污染，且自动化水平高，能够降低生产成本。(2)应用本专利技术的自反馈厌氧发酵反应器进行半液态发酵，可使黄酒发酵21天的酒精度提高8％，氨基态氮提高12％，提高发酵效率。附图说明图1为半液态自反馈厌氧发酵反应器；1，排气阀；2，冷却盘管；3，旁通阀；4，隔膜；5，第一通气口；6，第二通气口；7，取样口；8，环形气体分布器；图2为半液态自反馈厌氧发酵反应器尺寸标注图；其中，H为自反馈厌氧发酵反应器的高度；h为隔膜顶部至反应器底部的高度；h1为隔膜斗状结构的高度；h2为隔膜筒状结构的高度；图3为发酵系统冷模实验装置示意图；3，旁通阀；7，取样口；8，环形气体分布器；9，自反馈厌氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种厌氧发酵反应器，其特征在于，包括反应器本体、隔膜和气体分布器；所述隔膜和气体分布器同轴设置于反应器内部，隔膜设置于气体分布器上方；所述隔膜呈漏斗状，包括相互连通的斗状结构和筒状结构；斗状结构的最大径向长度与发酵反应器直径相等；所述气体分布器呈圆环状，圆环上设置气孔，水平设置于隔膜筒状结构的正下方；气体分布器通过管道与设置在反应器侧壁上的通气口连接；隔膜所在区域的反应器侧壁设置旁通阀；所述旁通阀的一个通道与反应器位于漏斗斗状结构顶面上方的区域连接，另一个通道与位于漏斗斗状结构顶面下方的区域连接。

【技术特征摘要】
1.一种厌氧发酵反应器，其特征在于，包括反应器本体、隔膜和气体分布器；所述隔膜和气体分布器同轴设置于反应器内部，隔膜设置于气体分布器上方；所述隔膜呈漏斗状，包括相互连通的斗状结构和筒状结构；斗状结构的最大径向长度与发酵反应器直径相等；所述气体分布器呈圆环状，圆环上设置气孔，水平设置于隔膜筒状结构的正下方；气体分布器通过管道与设置在反应器侧壁上的通气口连接；隔膜所在区域的反应器侧壁设置旁通阀；所述旁通阀的一个通道与反应器位于漏斗斗状结构顶面上方的区域连接，另一个通道与位于漏斗斗状结构顶面下方的区域连接。2.根据权利要求1所述的厌氧发酵反应器，其特征在于，所述反应器本体的侧壁上设置沿发酵反应器中轴对称的第一通气口和第二通气口；所述第一通气口用于接入检测元器件；第二通气口与气体分布器连接。3.根据权利要求2所述的厌氧发酵反应器，其特征在于，所述厌氧发酵反应器发酵反应器本体的侧壁上，近底部区域设置取样口，近顶部区域设置排气阀；反应器本体内部设置分别位于隔膜上下两侧的冷却盘管。4.含有权利要求1～3任一所述厌氧发酵反应器的发酵设备或系统。5.一种基于自反馈的高效半液态发酵系统，其特征在于，包括计算机、PLC控制器、溶氧仪和权利要求1～3任一所述的厌氧发酵...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏小乐，管章瑞，周帅辉，贝佳铭，段亮杰，周景文，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32