一种固态发酵带式反应器及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于发酵工程和过程工程技术领域，具体涉及一种固态发酵带式反应器及 其应用。
【背景技术】
[0002] 固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性基质中， 用一种或多种微生物的一个生物反应过程。与液体发酵相比有诸多优点，如：培养基简单且 来源广泛、投资少、能耗低、产物的产率高、后提取工艺简单等。特别是能够利用农作物或农 作物残余物作为生物基质，转化成为人们有益或无害的高价值产品。既无损于自然生态系 统，又可解决污染问题，减轻资源危机。因此，现代固态发酵技术受到空前的关注。
[0003] 但是，目前固态发酵的工业化规模生产几乎处于停滞状态，宄其原因有以下几点： 1、无菌环境难以控制，染菌污染率高：大多数固态发酵反应器将物料的灭菌与发酵过程分 开操作，在发酵过程中又采用自然通风，往往劳动强度大，效率低，生产能力小，而且容易造 成发酵过程中杂菌污染。2、进料出料无法自动化：由于固体物料的特点，一般的反应器只能 一次性进料，一次性出料，无法进行发酵的连续性，大大增加了发酵的时间，降低了生产效 率。3、取样困难：固体物料流动性差，无法像液体发酵那样方便取样，致使发酵过程难以监 测并控制。4、传质散热效率差：自然通风只能使固体物料表面与气体接触，发酵也只局限与 物料表层，而且发酵过程中产生的热量难以及时散发出去，影响微生物生长和产物积累。
[0004] 因此发展一种适用的、稳定的、高效的新型固体反应器，并能有效地应用到工业化 生产中是很有意义的。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是克服现有固态发酵反应器中的缺陷，提供一种适用 的、稳定的、高效的固态发酵带式反应器。
[0006] 本发明还要解决的技术问题是提供上述固态发酵带式反应器在培养好氧微生物、 厌氧微生物以及兼性厌氧微生物进行固态发酵中的应用。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0008] -种固态发酵带式反应器，它包括发酵罐、培养基制备罐和传送带系统；
[0009] 所述的发酵罐为卧式发酵罐，发酵罐外周设有夹套，发酵罐水平方向两侧设有第 一活动顶盖和第二活动顶盖，发酵罐底端设有出料口，发酵罐内部自上而下设有2~10层 传输带，相邻两层传输带传输方向相反，且保证物料沿上一层传输带传输至尽头时可以自 由下落至下一层传输带沿传输方向的起始处，最下一层传输带沿传输方向的尽头正对出料 口的正上方；
[0010] 发酵罐顶部设有第一出气孔，第一出气孔附近设有温度探头、湿度探头和压力探 头；
[0011] 发酵罐内靠近活动顶盖的位置垂直设置二流体喷嘴系统，所述的二流体喷嘴系统 包括1~10个喷嘴和二流体喷嘴管路，喷嘴通过二流体喷嘴管路与发酵罐外部气液管路 串联，所述发酵罐外部气液管路为相互并联的无菌水管路、种子液管路、蒸汽管路和气体管 路。
[0012] 所述的培养基制备罐主体为补料罐，补料罐顶部设有压力传感探头和第二出气 孔，补料罐底部设有出料管，出料管与发酵罐相连且正对最上层传输带沿传输方向的起始 处；
[0013] 所述的传送带系统包括依次相连的电动机、减速箱、加料斗和输送螺杆，输送螺杆 一端与补料罐相连；其中，输送螺杆外部设有冷却夹套和加热夹套。
[0014]其中，发酵罐为不锈钢材质，发酵罐通过底部的第一支架和第二支架固定在底座 上。
[0015]其中，夹套上设有热交换介质进口和热交换介质出口，热交换介质进口设于夹套 最顶端，热交换介质出口设于夹套最底端，且热交换介质进口和热交换介质出口在水平方 向上的位置远离；其中，热交换介质包括水蒸汽和冷却水。
[0016]其中，第一活动顶盖与发酵罐侧壁连接处设有固定螺栓，第二活动顶盖与酵罐侧 壁连接处设有固定螺栓。
[0017]其中，发酵罐内部自上而下设有三层传输带，分别为第一传输带、第二传输带和第 三传输带，相邻两层传输带传输方向相反，且保证物料沿第一传输带传输至尽头时可以自 由下落至第二传输带沿传输方向的起始处，物料再沿第二传输带传输至尽头时可以自由下 落至第三传输带沿传输方向的起始处，第三传输带沿传输方向的传输尽头正对出料口的正 上方。
[0018]其中，所述的二流体喷嘴系统优选包括4个喷嘴、第一二流体喷嘴管路和第二二 流体喷嘴管路，4个喷嘴采用并联的方式同时与第一二流体喷嘴管路和第二二流体喷嘴管 路连通；无菌水管路和蒸汽管路相互并联，再与第一二流体喷嘴管路串联；种子液管路和 气体管路相互并联，再与第二二流体喷嘴管路串联；无菌水管路上设有第一液体过滤器和 第二液体过滤器，蒸汽管路上设有蒸汽发生器，种子液管路外接接种瓶，气体管路上设有第 一气体过滤器和第二气体过滤器；无菌水管路和种子液管路上分别设有气体流量计，蒸汽 管路和气体管路上分别设有气体流量计。
[0019]其中，4个喷嘴在发酵罐内可以提供扇形喷雾模式。
[0020] 其中，出料管底端位于发酵罐内第一传输带沿传输方向的起始处，出料管上设有 蝶阀，蝶阀位于发酵罐外。
[0021] 其中，冷却夹套由循环水进行冷却，加热夹套由电加热系统进行加热；其中，进入 输送螺杆总是先经过加热夹套，再经过冷却夹套。
[0022] 上述固态发酵带式反应器在培养好氧微生物、厌氧微生物以及兼性厌氧微生物进 行固态发酵中的应用。
[0023]其中，上述其中固态发酵带式反应器的使用方法包括装料灭菌一传输一发酵一卸 料过程，该过程可重复进行，能实现多批次发酵生产，大大减少了灭菌时间、动力消耗等，具 体步骤如下：
[0024] 装料灭菌：由培养基制备罐中的加料斗加入物料，开启电动机输送物料进入加热 夹套，开启电加热装置实现快速彻底加热灭菌，经过冷却水输送到补料罐。
[0025] 传输：开启补料罐蝶阀开关，同时启动传送带动力，调节速度，至物料均勾地分布 在3层传送带上后，关闭补料罐蝶阀。
[0026] 发酵：调节罐体内部温度、湿度、通气量适宜后，由负压接入种子液，开启接种管道 阀门，将种子液喷洒于物料表面，完成接种。发酵过程中，轻轻地开启传输带动力同时打开 出料口，完成取样。
[0027] 卸料：开启传输带，打开出料口，输送出物料。对于重复批次发酵，可先由培养基制 备罐准备好物料，卸料的同时或之后，开启蝶阀，进行物料传输。
[0028] 有益效果：
[0029] 本发明中的固态发酵带式反应器，具有自动化强度高，发酵过程稳定，操作简便， 能进行单批次和多批次发酵生产的优点，可应用于好氧、厌氧及兼性厌氧微生物的固体发 酵，不论是哪种应用，该固体发酵反应器都具有以下优点或效果：
[0030] 1、自动化控制：本发明中的带式反应器应用了螺杆、传送带输送系统，使物料加入 后，自动控制各个过程，满足了现代发酵工艺的要求，大大降低了人工劳动强度，提高了生 产效率。
[0031] 2、原位灭菌、连续发酵：本发明中的带式反应器物料灭菌、发酵是在同一个系统不 同罐体中进行，有效地避免离位灭菌带来的杂菌污染问题，同时能够实现发酵的连续进行。
[0032] 3、本发明中的二流体喷嘴集加湿、接种、通气、蒸汽管道功能于一身，免去了多重 管道带来罐体结构的繁琐。而且通过该装置使液体形成雾化状态，能更加均匀地喷洒于物 料之上。
[0033] 4、本发明中加湿所用的无菌水是经过液体过滤器制备的，较传统的灭菌方法简 单，同时节约灭菌所耗费的能源。
【附图说明】
[0034] 图1为固态发酵带式反应器的主视图。
[0035] 图2为固态发酵带式反应器中的