一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，包括发酵罐、溶氧及检测反馈单元、螺旋切割装置和管路，发酵罐通过管路与溶氧及检测反馈单元和螺旋切割装置连接，所述发酵罐与溶氧及检测反馈单元连接形成一个循环通路，所述发酵罐与螺旋切割装置通过管路连接形成一个循环通路。本实用新型专利技术，通过优化螺旋切割器直径、入口压力、流速、切割片厚度、加气方式，控制菌球大小至最佳值，从而提高丝状真菌产酸量。

A mechanical device for controlling the size of mycelium in fermentation process

The utility model discloses a device for mechanically controlling the size of filamentous fungus ball in the fermentation process, which comprises a fermentation tank, a dissolved oxygen and detection feedback unit, a spiral cutting device and a pipeline. The fermentation tank is connected with the dissolved oxygen and detection feedback unit and the spiral cutting device through the pipeline, and the fermentation tank is connected with the dissolved oxygen and detection feedback unit to form a circulation channel, and the fermentation tank is connected with the dissolved oxygen and detection feedback unit to form a circulation channel It is connected with the spiral cutting device through a pipeline to form a circulation path. The utility model, by optimizing the diameter of the spiral cutter, the inlet pressure, the flow rate, the thickness of the cutting piece, and the aeration method, controls the size of the fungus ball to the optimal value, thereby improving the acid production of the filamentous fungus.

【技术实现步骤摘要】
一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备
本技术涉及发酵设备
，具体为一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备。
技术介绍
目前，丝状真菌在工业化生产中有着广泛的应用，如乳酸、柠檬酸、富马酸等有机酸的发酵，深层发酵中丝状真菌菌体通常存在3种形态：团块状、絮状和球状。团块状的菌体形态在发酵过程中接种量难于控制，且极大地限制了菌体内部的传氧、传质，产物产量明显偏低，一般不选用；当菌体为松散絮状时，营养物质和氧气在其内部传输较为顺利，但发酵液表现出明显的非牛顿型流体，形成假塑型流体，粘度大，流动指数低，降低营养物质、氧气在发酵液中的传递效率，同时还极易缠绕搅拌桨，热量不能及时扩散，严重阻碍菌体利用糖类等底物和氧气，从而导致细胞代谢速度偏慢，致使酸产量、发酵罐性能降低；对于球状菌体(以下简称菌球体)，发酵液流体虽然也是假塑性流体，但相对菌丝而言发酵液表观粘度较低，利于传质、传氧及溶氧，降低能耗。发酵液中的菌球体是有一个或数个孢子在生长过程物理作用形成的。菌球体的大小和数量关系到发酵的成败，一般来讲，菌球体越小、越多，产酸就越高，发酵周期也越短。控制不同的培养条件可以获得大小不同的菌球体，不同直径的菌球体对发酵产物产量具有一定影响：菌球直径过大，物质、氧气的传输遇到困难，难以到达菌球中心，易形成中空型菌球，影响菌体的正常代谢及目标产物的合成。如Aspergillusniger菌球的大小对其发酵生产柠檬酸、衣康酸、多聚半乳糖苷酶均具有显著影响。BaiDongmei报道RhizopusoryzaeR1021积累乳酸的最佳菌球直径为1.4mm，大于该直径，乳酸产量降低；ZhouYing认为当RhizopusoryzaeATCC20344在发酵罐中菌球直径小于0.43mm时，最有利于富马酸的生成。故对菌球大小的调控也是真菌形态控制的重要组成。华珊在论文“米曲霉形态与曲酸生产的关系”提出：菌球直径与细胞代谢密切相关，合适的菌球直径有利于目标产物的积累。将不同大小的菌球接种到发酵培养基中进行发酵培养，得到菌球直径与曲酸合成能力的关系。最佳菌球直径范围为0.25～0.35mm，此时单位细胞合成曲酸能力最强(0.778g/g)，最有利于发酵生产曲酸。当菌球直径大于0.3mm时，单位细胞曲酸积累量随菌球直径的增加而降低。菌球直径越大，对菌球内部溶氧及物质传递的阻碍作用越大。因此，菌球较大时，传质、传氧速度慢，对营养的利用及细胞代谢减慢，曲酸产量较低。由此可见，发酵过程中丝状真菌菌球大小有个优化值，菌球大小控制在发酵工程中至关重要，关系到发酵过程的效率和产量，因此研究控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的方法有非常实际的意义。影响丝状真菌菌球大小的环境因素主要包括培养基组成(如碳氮源的种类及浓度、磷酸盐的水平、金属离子的添加等)、环境条件(温度、pH、转速、溶解氧及二氧化碳水平、机械剪切力、通气量等)、接种量、孢子形状、表面活性剂的种类、补料方式等。通过对这些因素的调控可以获得最优菌球大小和产物积累的最佳形态。中国技术专利CN105647815A通过优化了种子培养基中葡萄糖、酵母提取物浓度和孢子浓度，控制米曲霉菌体形态和大小，菌体形态为球形，米曲霉的产酸能力比菌丝时明显提高，达到15.llg/L。同时，菌球直径范围处于为0.25-0.35mm时，单位细胞曲酸积累量最高为0.778g/g。综上所述发酵过程中丝状真菌形态和大小于产物积累至关重要，球状因能降低发酵液黏度，并利于传质、传氧、减少能耗，为许多产品发酵的首选形态。发酵培养中丝状真菌菌球的形成不但与菌种本身特性有关，且受pH、接种量、搅拌、碳氮源、金属离子及外源聚合物的添加等外界环境因素影响，通过调控各种外部的条件可以获得最佳的菌球结构及菌球大小，促进发酵产物的生成。目前丝状真菌形态的控制这些成功的先例，都是基于发酵工艺角度考虑的，而且往往是在试验和中试阶段得到的最优工艺参数，一旦工业生产放大，会产生较大偏差。目前关于菌体形态优化研究还有不足，本领域迫切需要开发有效控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，提高产酸量，优化丝状真菌的发酵过程，为丝状真菌的工业化应用提供更为精确的指导。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，包括发酵罐、溶氧及检测反馈单元、螺旋切割装置和管路，发酵罐通过管路与溶氧及检测反馈单元和螺旋切割装置连接，所述发酵罐与溶氧及检测反馈单元连接形成一个循环通路，所述发酵罐与螺旋切割装置通过管路连接形成一个循环通路。优选地，所述发酵罐包括发酵罐本体、所述发酵罐本体上设有循环液出口、回流液入口、后处理出液口、培养基加入口、PH调节液加入口和溶氧仪安装口。优选地，所述螺旋切割装置包括左旋切割器和右旋切割器，所述左旋切割器和右旋切割器结构相同，所述左旋切割器一侧连接着菌种加入装置。优选地，所述溶氧及检测反馈单元包括气源、空气过滤器、气体流量电磁阀、溶氧检测装置、手动单向阀、控制器和气源；所述控制器通过电缆线连接气体流量电磁阀和溶氧检测装置；所述溶氧及检测反馈单元控制气体流量电磁阀开度，所述溶氧检测装置安装在发酵罐内，所述气源上端安装有手动单向阀，所述手动单向阀上端安装有空气过滤器，所述空气过滤器上端安装有气体流量电磁阀。优选地，所述气源为制氧机、氧气瓶或空气压缩机；气源输出压力气体经由气液混合泵进气口输入主流道水管。优选地，所述发酵罐的循环液出口、通过管路与气液混合泵、液体流量计、压力表、菌种加入装置、左旋切割器、右旋切割器、静态液液混合器和总流量调节阀依次连接，最后经发酵罐的回流液入口返回发酵罐。优选地，所述气液混合泵的进水口与发酵罐的循环液出口相连，其出水口与管路相连，所述气液混合泵的出水口连接一条回水管路，通过回水控制阀调节回水流量，所述回水管路中的发酵液与管路中的发酵液通过静态液液混合器均匀混合后回流进入发酵罐，所述气液混合泵所述气液混合泵的进气口通过管路分别连接一气源，所述气源与气液混合泵之间的管路上依次设置手动单向阀、空气过滤器和气体流量电磁阀。优选地，所述左旋切割器包括：左螺旋切割腔、右螺旋切割腔、导水锥、切割片、固定螺母和固定轴、连接法兰；所述左螺旋切割腔和右螺旋切割腔通过连接法兰连接，所述左螺旋切割腔和右螺旋切割腔内部固定安装有固定轴，所述固定轴上安装有切割片，所述固定轴一端固定连接有导水锥，所述固定螺母位于左螺旋切割腔和右螺旋切割腔内壁上。优选地，所述切割片为表面涂覆有耐磨涂层的不锈钢材料，叶片通道为变螺距阶梯状螺旋曲面，所述切割片厚度为0.1-1mm。优选地，所述切割片厚度为0.5mm。本技术的有益效果是：本技术通过优化螺旋切割器直径、入口压力、流速、切割片厚度、加气方式，控制菌球大小至最佳值，从而提高丝状真菌产酸量；某些条件下菌球的直径与搅拌转速相关联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，包括发酵罐(1)、溶氧及检测反馈单元(34)、螺旋切割装置(33)和管路，其特征在于：发酵罐(1)通过管路与溶氧及检测反馈单元(34)和螺旋切割装置(33)连接，所述发酵罐(1)与溶氧及检测反馈单元(34)连接形成一个循环通路，所述发酵罐(1)与螺旋切割装置(33)通过管路连接形成一个循环通路。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，包括发酵罐(1)、溶氧及检测反馈单元(34)、螺旋切割装置(33)和管路，其特征在于：发酵罐(1)通过管路与溶氧及检测反馈单元(34)和螺旋切割装置(33)连接，所述发酵罐(1)与溶氧及检测反馈单元(34)连接形成一个循环通路，所述发酵罐(1)与螺旋切割装置(33)通过管路连接形成一个循环通路。


2.根据权利要求1所述的一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，其特征在于：所述发酵罐(1)包括发酵罐本体(17)、所述发酵罐本体(17)上设有循环液出口(23)、回流液入口(21)、后处理出液口(24)、培养基加入口(20)、PH调节液加入口(19)和溶氧仪安装口(22)。


3.根据权利要求1所述的一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，其特征在于：所述螺旋切割装置(33)包括左旋切割器(10)和右旋切割器(11)，所述左旋切割器(10)和右旋切割器(11)结构相同，所述左旋切割器(10)一侧连接着菌种加入装置(9)。


4.根据权利要求1所述的一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，其特征在于：所述溶氧及检测反馈单元(34)包括气源(16)、空气过滤器(14)、气体流量电磁阀(13)、溶氧检测装置(2)、手动单向阀(15)、控制器(12)和气源(16)；所述控制器(12)通过电缆线连接气体流量电磁阀(13)和溶氧检测装置(2)；所述溶氧及检测反馈单元(34)控制气体流量电磁阀(13)开度，所述溶氧检测装置(2)安装在发酵罐(1)内，所述气源(16)上端安装有手动单向阀(15)，所述手动单向阀(15)上端安装有空气过滤器(14)，所述空气过滤器(14)上端安装有气体流量电磁阀(13)。


5.根据权利要求4所述的一种机械式控制发酵过程中丝状真菌菌球大小的设备，其特征在于：所述气源(16)为制氧机、氧气瓶或空气压缩机；气源(16)输出压力气体经由气液混合泵(3)进气口输入主流道水管。


6.根据权利要求1所述的一种机械式控制发酵过程中丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建中，陈广，
申请(专利权)人：宜兴博登泰科工业装备有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32