一种微界面强化发酵系统及工艺技术方案

本发明专利技术涉及一种微界面强化发酵系统及工艺，包括：细菌进料单元、气相进料单元、液相进料单元、发酵单元、微界面发生器和后处理单元。与传统方法相比，本发明专利技术通过破碎空气使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与原料混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果；同时，微米级气泡能够与原料充分混合形成气液乳化物，通过将气液两相充分混合，能够保证系统中的细菌能够充分吸收物料中的氧气，进一步提高了所述系统的发酵效率。

【技术实现步骤摘要】
一种微界面强化发酵系统及工艺
本专利技术涉及细菌发酵
，尤其涉及一种微界面强化发酵系统及工艺。
技术介绍
发酵指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。发酵有时也写作酦酵，其定义由使用场合的不同而不同。通常所说的发酵，多是指生物体对于有机物的某种分解过程。发酵是人类较早接触的一种生物化学反应，如今在食品工业、生物和化学工业中均有广泛应用。传统上人们利用固态发酵生产面包、麦芽、酒曲、酒精饮料、酱油、豆豉、蘑菇等食品或生产中间原料。近代研究发现利用固态发酵生产的一些食品中含有生理活性物质，表明了固态发酵在生产这些食品及食品添加剂上有优势。随着能源危机与环境问题的日益严重，固态发酵技术以其特有的优点引起人们极大的兴趣。人们在固态发酵领域的研究及其在资源环境、蛋白质饲料中的应用取得了较大进展，主要表现在生物饲料、生物燃料、生物农药、生物转化、生物解毒及生物修复等方面的成功开发应用，为固态发酵的不断发展提供了强有力支持，为传统技术发扬光大提供了广阔的应用前景。中国专利公开号：CN207632812U公开了一种嗜酸普鲁兰芽孢杆菌发酵系统，所述发酵系统包括培养瓶、一级种子罐、二级种子罐、混合罐、缓冲罐、发酵罐、贮料罐及碟片离心机；所述培养瓶连接所述混合罐顶部；所述一级种子罐连接所述二级种子罐；所述二级种子罐连接所述发酵罐；所述混合罐连接所述缓冲罐，混合罐设有第一搅拌叶，第一搅拌叶上端连接有第一搅拌电机；所述缓冲罐连接在所述混合罐和发酵罐之间；所述发酵罐设有第二搅拌叶，所述第二搅拌叶连接有第二搅拌电机；所述贮料罐上部连接所述发酵罐下部；所述贮料罐下部连接所述碟片离心机。由此可见，所述系统存在以下问题：第一，所述系统中仅通过搅拌叶对空气进行破碎，空气在破碎后形成大气泡，然而由于气泡体积过大，无法与混合后的物料充分混合，细菌吸收氧气不均匀，降低了所述系统的发酵效率。第二，所述系统在细菌与氧气接触不均匀的情况下，易产生副产物，从而导致系统中物料无法使用，增加了所述系统的能耗。第三，所述系统使用搅拌叶对细菌和物料进行搅拌，在搅拌过程中搅拌叶会对细菌造成破坏，从而导致原料中细菌数量减少，降低发酵效率。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种微界面强化发酵系统及工艺，用以克服现有技术中无菌空气不能与物料充分混合导致的发酵效率低的问题。一方面，本专利技术提供一种微界面强化发酵系统，包括：细菌进料单元，其用以为系统培养和提供含有培养基的细菌；气相进料单元，其用以为系统提供无菌空气；液相进料单元，其用以为系统提供液相原料；发酵单元，其分别与所述细菌进料单元、气相进料单元和液相进料单元相连，用以混合所述细菌、无菌空气和原料并进行发酵；微界面发生器，其设置在所述发酵单元中并与所述气相进料单元相连，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给空气，使空气破碎形成直径≥1μm、＜1mm的微米级气泡以提高培养基与混合气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将煤浆与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化所述发酵单元中细菌的发酵效率；后处理单元，其与所述发酵单元相连，用以对所述发酵单元发酵完成的产物进行后处理以生成成品晶体。进一步地，所述细菌进料单元与所述发酵单元相连，包括：培养皿，用以培养母种细菌；培养罐，用以对所述培养皿中的母种细菌进行进一步培养以形成原种细菌；所述培养皿采用纯粹分离对细菌进行培养以形成母种细菌，并在培养完成后将母种细菌移植至所述培养罐中进行扩大培养以形成原种细菌。进一步地，在移植所述母种细菌时，使用试管作为移植容器。进一步地，所述气相进料单元包括：空气压缩机，用以将空气输送至所述发酵单元；第一灭菌器，其设置在所述空气压缩机和所述发酵单元之间，用以对所述空气压缩机输送的空气进行杀菌，并将杀菌后的无菌空气输送至所述发酵单元。进一步地，所述液相进料单元包括：多个原料罐，用以分别装载指定种类的用以发酵的原料；配制槽，其分别与各所述原料罐相连，用以混合和调配各原料罐中的原料；第二灭菌器，其设置在所述配制槽与所述发酵单元之间，用以对所述配制槽输出的混合原料进行灭菌并将除菌后的混合原料输送至发酵单元。进一步地，所述发酵单元包括：一级发酵罐，其分别与所述细菌进料单元、气相进料单元和液相进料单元相连，用以分别接收细菌、无菌空气和原料并使细菌在培养基中进行一级发酵；二级发酵罐，其分别与所述气相进料单元和液相进料单元相连且二级发酵罐与所述一级发酵罐出料口相连，用以将一级发酵罐中发酵完成的物料及细菌输送至二级发酵罐以进行二级发酵；pH调节罐，其与所述二级发酵罐相连，用以通过向二级发酵罐中输送指定溶液以将二级发酵罐内物料的pH值维持在指定范围内。进一步地，所述微界面发生器分别设置在所述一级发酵罐和二级发酵罐内部，用以将微米级气泡直接输送至各所述发酵罐内部并在发酵罐内使微米级气泡与物料充分混合形成气液乳化物以使各发酵罐中细菌与微米级气泡充分接触。进一步地，所述后处理单元包括：离心分离机，其与所述发酵单元相连，用以对发酵单元输出的发酵液进行固液分离以对发酵液进行浓缩；离子交换柱，其与所述离心分离机相连，用以对离心分离机输出的浓缩发酵液进行离子交换；结晶槽，其与所述离子交换柱相连，用以将离子交换完成的浓缩发酵液进行结晶形成成品晶体；晶体分离器，其与所述结晶槽相连，用以对结晶槽输出的成品晶体与液体进行分离；干燥器，其与所述晶体分离器相连，用以对晶体分离器输出的成品晶体进行干燥以去除成品晶体表面附着的水分；成品罐，其与所述干燥器相连，用以装载所述干燥器输出的干燥后成品晶体。进一步地，所述系统中还设有蒸汽抽离机，其分别与所述细菌进料单元、液相进料单元和发酵单元，用以抽离各所述单元中的水蒸汽。另一方面，本专利技术提供一种微界面强化发酵工艺,包括：步骤1：使用细菌进料单元中的培养皿并采用纯粹分离对细菌进行培养以形成母种细菌，在培养完成后使用试管将母种细菌移植至培养罐中以进行扩大培养，形成原种细菌，原种细菌形成后，将含有原种细菌的培养基输送至所述发酵单元；步骤2：将指定的原料分别装入对应的原料罐中，并分别将各原料罐中的原料输送至所述配置槽中以进行混合和调配，调配完成后，配制槽将调配后的混合原料输送至所述发酵单元；步骤3：使用所述空气压缩机向所述发酵单元中输送空气，空气在输送过程中经过所述第一灭菌器，第一灭菌器会对空气进行灭菌，将空气中含有的细菌去除，并将灭菌后的无菌空气输送至所述微界面发生器；步骤4：微界面发生器会对无菌空气进行破碎，使无菌空气形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，微界面发生器会将微米级气泡输送至所述发酵单元中；步骤5：微米级气泡进入所述发酵单元后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微界面强化发酵系统，其特征在于，包括：/n细菌进料单元，其用以为系统培养和提供含有培养基的细菌；/n气相进料单元，其用以为系统提供无菌空气；/n液相进料单元，其用以为系统提供液相原料；/n发酵单元，其分别与所述细菌进料单元、气相进料单元和液相进料单元相连，用以混合所述细菌、无菌空气和原料并进行发酵；/n微界面发生器，其设置在所述发酵单元中并与所述气相进料单元相连，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给空气，使空气破碎形成直径≥1μm、＜1mm的微米级气泡以提高培养基与混合气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将原料与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化所述发酵单元中细菌的发酵效率；/n后处理单元，其与所述发酵单元相连，用以对所述发酵单元发酵完成的产物进行后处理以生成成品晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种微界面强化发酵系统，其特征在于，包括：
细菌进料单元，其用以为系统培养和提供含有培养基的细菌；
气相进料单元，其用以为系统提供无菌空气；
液相进料单元，其用以为系统提供液相原料；
发酵单元，其分别与所述细菌进料单元、气相进料单元和液相进料单元相连，用以混合所述细菌、无菌空气和原料并进行发酵；
微界面发生器，其设置在所述发酵单元中并与所述气相进料单元相连，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给空气，使空气破碎形成直径≥1μm、＜1mm的微米级气泡以提高培养基与混合气体间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将原料与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化所述发酵单元中细菌的发酵效率；
后处理单元，其与所述发酵单元相连，用以对所述发酵单元发酵完成的产物进行后处理以生成成品晶体。


2.根据权利要求1所述的微界面强化发酵系统，其特征在于，所述细菌进料单元与所述发酵单元相连，包括：
培养皿，用以培养母种细菌；
培养罐，用以对所述培养皿中的母种细菌进行进一步培养以形成原种细菌；
所述培养皿采用纯粹分离对细菌进行培养以形成母种细菌，并在培养完成后将母种细菌移植至所述培养罐中进行扩大培养以形成原种细菌。


3.根据权利要求2所述的微界面强化发酵系统，其特征在于，在移植所述母种细菌时，使用试管作为移植容器。


4.根据权利要求1所述的微界面强化发酵系统，其特征在于，所述气相进料单元包括：
空气压缩机，用以将空气输送至所述发酵单元；
第一灭菌器，其设置在所述空气压缩机和所述发酵单元之间，用以对所述空气压缩机输送的空气进行杀菌，并将杀菌后的无菌空气输送至所述发酵单元。


5.根据权利要求1所述的微界面强化发酵系统，其特征在于，所述液相进料单元包括：
多个原料罐，用以分别装载指定种类的用以发酵的原料；
配制槽，其分别与各所述原料罐相连，用以混合和调配各原料罐中的原料；
第二灭菌器，其设置在所述配制槽与所述发酵单元之间，用以对所述配制槽输出的混合原料进行灭菌并将除菌后的混合原料输送至发酵单元。


6.根据权利要求1所述的微界面强化发酵系统，其特征在于，所述发酵单元包括：
一级发酵罐，其分别与所述细菌进料单元、气相进料单元和液相进料单元相连，用以分别接收细菌、无菌空气和原料并使细菌在培养基中进行一级发酵；
二级发酵罐，其分别与所述气相进料单元和液相进料单元相连且二级发酵罐与所述一级发酵罐出料口相连，用以将一级发酵罐中发酵完成的物料及细菌输送至二级发酵罐以进行二级发酵；
pH调节罐，其与所述二级发酵罐相连，用以通过向二级发酵罐中输送指定溶液以将二级发酵罐内物料的pH值维持在指定范围内。


7.根据权利要求6所述的微界面强化发酵系统，其特征在于，所述微界面发生器分别设置在所述一级发酵罐和二级发酵罐内部，用以将微米级气泡直接输送至各所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志炳，周政，张锋，李磊，孟为民，王宝荣，杨高东，罗华勋，杨国强，田洪舟，
申请(专利权)人：南京延长反应技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32