呼吸窗式固态发酵系统的制作方法

专利名称：呼吸窗式固态发酵系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种固态发酵设备，尤其是涉及一种呼吸窗式固态发酵系统。
背景技术：
自1945年实现青霉素液态深层发酵大规模工业化生产以来，因为液态深层发酵 能进行纯培养，微生物发酵的条件可进行自动化控制，液态发酵设备的制造技术日趋完善， 所以在微生物发酵产品的工业化生产中，至今仍然占据主导地位。但液态深层发酵设备投 资大、生产成本高、生产过程中产生大量“三废”，污染环境。固态发酵在我国具有悠久的历史，与液态深层发酵相比，许多固态发酵的理论问 题，尚待进一步研究，发酵技术和发酵设备相对落后，但它具有液态深层发酵不具备的优 点，例如设备相对简单，投资少，产品的产出率高，一般可达到液态深层发酵的几倍到十倍， 基本上无”三废“排放，无环境污染，节省能源，可利用农业生产和农副产品加工的废弃物， 及天然的各种纤维草料等为原料，原料来源广，价格非常便宜。固态发酵可广泛用于食品、 饮料、酒精、生物制医药、生物农药、生物酶制剂、有机酸、单细胞蛋白及固态废弃物的处理 和环境保护等。固态发酵在技术上存在的根本问题是发酵过程的杂菌污染和难以进行大规模工 业化生产。我国现行的发酵方式仍然是传统的自然发酵方式为主，包括曲盘、曲池、箱式厚 层通风发酵、厚层通风池式、隧道窑连续浅盘发酵等。近几年国内研制了几种密封的固态发 酵罐，大多是静态箱式或带间歇搅拌的静态箱式或筒式发酵罐，或浅盘卧式筒体发酵罐等， 比自然发酵方式前进了一大步，但仍存在以下问题1)设备笨重，不便移动，有的根本不能用于工业生产，如卧式搅拌筒体发酵罐。2)设备投资高，发酵罐利用指数低，不能实现大规模工业化生产。3)在接种过程中不能避免污染，灭菌不彻底，不能实现纯种培养。4)罐内温度湿度调控方法落后，如温度常用夹套或列管水温控制，占用有用空间 大，湿度用罐内直接喷水法或加湿机喷雾，容易引起污染。5)有的专利在浅盘发酵时，往罐内充入无菌空气到1. 5 3. 5kg/cm2，维持1 5min后，泄压到0. 1 0. 5kg/cm2,维持10 60s之后，反复循环上述充压和泄压过程，能 耗太大，而且会造成发酵物料水分的大量挥发。
发明内容本实用新型的目的是提供一种既能进行纯种培养，又能模块化扩大生产，能自动 有效控制温度、湿度和氧气含量，进行热和物质的传递，设备成本低，可移动，适应性广，可 用于生物酶制剂等产业化生产的呼吸窗式固态发酵系统。本实用新型设有呼吸窗式固态发酵罐、固态发酵控制间和防潮驱动电机，呼吸窗 式固态发酵罐设在固态发酵控制间内，固态发酵控制间附设有用于调控固态发酵控制间的 空气温度调控装置、用于调控固态发酵控制间的空气湿度调控装置、无菌空气系统和冷却
4循环水系统；呼吸窗式固态发酵罐为一个薄金属板结构的长方体形罐体，呼吸窗式固态发 酵罐设有至少1个前开门扇，前开门扇和呼吸窗式固态发酵罐的后壁上分别设有至少2个 呼吸窗；呼吸窗式固态发酵罐外设有磁力耦合驱动的旋涡风泵、循环通风管和循环通风管 水冷却器，循环通风管上设有氧气在线监控接口、无菌空气接口、温度探头接口和湿度探头 接口，循环通风管水冷却器设有冷却水进水接口和冷却水出水接口，呼吸窗式固态发酵罐 底部的4个脚设有轴承的滚轮；呼吸窗式固态发酵罐内设有气体分布室、平行风导流管、引 流管、气体汇集室和可移动的浅盘架，浅盘架由上到下可水平放置多层盛有固态培养基的 浅盘，防潮驱动电机通过凸凹连轴器与磁力耦合的旋涡风泵快装连接。所述固态发酵控制间可分成至少2个小间，每一小间可放置至少2台呼吸窗式固 态发酵罐。所述呼吸窗式固态发酵罐的前开门扇，可以是单开门扇，双开门扇或多开门扇，前 开门扇的门框上设有密封圈槽，并装有耐高温的密封圈，前开门扇通过铰链安装在门框上， 当门关闭时，通过下向上翻螺丝、门锁和安装在门框上的耐高温的密封圈实现紧密封。所述呼吸窗式固态发酵罐的呼吸窗可为带圆角的长方形、圆形或其它形状的呼吸 窗，每个呼吸窗可安装有至少1片呼吸膜，所述呼吸膜最好为对0. 3 i! m微粒过滤效率高达 99. 97%的呼吸膜，呼吸膜为耐高温的有机膜或无机膜，有机膜为聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜 等，无机膜为硅酸盐纤维膜等，呼吸膜可以是单层或多层组成的混合膜，呼吸膜可让空气和 空气中的水分子自由扩散通过，空气中的杂菌及其孢子不能通过，呼吸膜通过不锈钢压环、 耐高温的密封圈、螺丝紧密封安装在呼吸窗的窗口上。所述呼吸窗式固态发酵罐设有一个依次由磁力耦合驱动的旋涡风泵、循环通风 管、循环通风管水冷却器、气体分布室、平行风导流管、引流管和气体汇集室组成的强制通 风供氧导热循环系统。为了使流过每一层水平放置盛有固态培养基浅盘表面的平行风束， 都有其固定的风道，平行风导流管和引流管都是由上到下分多层水平排列，每一层设至少2 根平行风导流管和引流管，每层的平行风导流管的出口，刚好进入水平排列放置的多个浅 盘一侧的边沿，引流管处在水平排列放置的多个浅盘的另一侧，与平行风导流管一一相平 行的对应位置，引流管的一端对着平行风吹来的方向，另一端与气体汇集室相通。所述发酵罐装有的通风导热循环系统设有温度在线测控仪、循环通风管水冷却器 和冷却循环水系统，温度在线测控仪的温度测控探头与温度测控探头接口相接，冷却循环 水系统的出水口和进水口分别通过电磁阀与循环通风管水冷却器的进水口和出水口相接， 进水口和出水口的电磁阀由温度在线测控仪控制。所述发酵罐装有的通风供氧循环系统设有氧气在线监控器、无菌空气系统、无菌 空气接口和氧气在线监控接口 ；氧气在线监控器的测控探头与氧气在线监控接口相接，无 菌空气系统的出口与无菌空气接口通过电磁阀相连接，电磁阀的开关由氧气在线监控器控 制；当发酵罐内耗氧量过高时，及时自动打开无菌空气接口的电磁阀充入新鲜的无菌空气， 同时进行强制通风循环把发酵罐内的氧气浓度升高到接近正常范围。所述长方体形罐体可为金属板结构的长方体形罐体，所述长方体形罐体最好是薄 不锈钢板外壳和不锈钢角钢制的内骨架。所述密封圈可为耐高温的硅橡胶密封圈或聚四氟乙烯密封圈等。本实用新型提供的呼吸窗式固态发酵系统，是根据热力学关于热传导和物质浓差
5扩散原理设计的，它包括呼吸窗式固态发酵罐和固态发酵控制间，呼吸窗式固态发酵罐处 在固态发酵控制间内，固态发酵控制间附设有空气温度调控装置、空气湿度调控装置、无菌 空气系统和冷却循环水系统。呼吸窗固态发酵罐内的温度和湿度，通过调控固态发酵控制 间的温度和湿度来控制。呼吸窗式固态发酵罐为一个薄金属板结构的长方体形的罐体，罐 体的前面为前开门扇，前开门扇和后壁上各有至少2个呼吸窗。呼吸窗式固态发酵罐外设 有磁力耦合驱动的旋涡风泵、循环通风管、循环通风管水冷却器，循环通风管上设有氧气在 线监控接口，无菌空气接口和温度、湿度探头接口。循环通风管水冷却器设有冷却水进水接 口和出水接口。呼吸窗式固态发酵罐下部的四个脚安装有轴承的滚轮。呼吸窗式固态发酵 罐内有气体分布室、平行风导流管、引流管、气体汇集室、可移动的浅盘架，浅盘架由上到下 可水平放置多层盛有固态培养基的浅盘，浅盘架连同装在浅盘架上的浅盘可用装卸机自由 装卸。防潮驱动电机通过凸凹连轴器与磁力耦合的旋涡风泵快装连接。以上呼吸窗式固态发酵罐的罐体特征和呼吸窗的特征可实现本实用新型的思想 之一，即呼吸窗固态发酵罐内的温度和湿度，通过调控固态发酵控制间的温度和湿度来控 制而不会发生杂菌污染。具体原理是呼吸窗装有的耐高温的有机膜和无机膜，它可以让空 气和空气中的水分子自由扩散通过，但杂菌及杂菌孢子不能通过。此外发酵罐体，特别是长 方体薄不锈钢板壳结构的发酵罐体，传热面积大，按热力学关于热传导和物质浓差扩散原 理，利用这样的呼吸窗和罐体材料结构可实现呼吸窗式固态发酵罐的罐内与罐外的物质转 移和能量传递，直至达到平衡。这里所指的物质转移具体指的是，固态发酵控制间空气中的 水分子和氧气分子透过膜向湿度和氧气浓度较低的罐内扩散转移，能量传递具体指的是罐 内与罐外的热量由温度高的一边向温度低的一边传递，因此，只要控制固态发酵控制间的 温度和湿度，便可实现对呼吸窗式固态发酵罐内温湿度的无菌控制，试验结果表明，使用方 便，实际可行。由于呼吸窗式固态发酵罐有一个依次由磁力耦合驱动的旋涡风泵、循环通风管、 循环通风管水冷却器、气体分布室、平行风导流管、引流管和气体汇集室组成的强制通风供 氧导热循环系统，为了使流过每一层水平放置盛有固态培养基浅盘表面的平行风束，都有 其固定的风道，平行风导流管和引流管都是由上到下分多层水平排列，每一层至少2根，每 层平行风导流管的出口，刚好进入水平排列放置的多个浅盘一侧的边沿，引流管的一头处 在水平排列放置的多个浅盘的另一侧，与平行风导流管一一相平行的对应位置，引流管的 另一头水平与气体汇集室连通。因此本强制通风循环系统具有以下特点磁力耦合驱动的 旋涡风泵推动循环风以较大的风压朝一个方向运动，先进入固态发酵罐的气体分布室形成 正压，使循环风分别通过由上到下分多层水平排列的导流管，形成平行风束，吹过发酵浅盘 的表面，并把扩散到培养基表层的生物热带走，与此同时进行着固态发酵基质颗粒间隙中 的气体如C02和流动气流中的02交换，随时补充固态发酵基质颗粒间隙中消耗的氧，当磁力 耦合驱动的旋涡风泵起动时，使与其直接相通的气体汇集室内形成负压，通过一头水平与 气体汇集室连通的引流管，将吹过发酵浅盘的表面的平行风吸入汇集室，从而使平行风束 由进入、吹过、离开发酵浅盘表面到进入气体汇集室，形成一个固定的风道，保证发酵过程 热质的成功交换和转移。以上所述的强制通风供氧导热循环系统的特点还在于发酵罐装有的通风导热循 环系统，由温度在线测控仪、循环通风管水冷却器和冷却循环水系统组成，温度在线测控仪
6的温度测控探头与温度测控探头接口相接，冷却循环水系统的出水口和进水口分别通过电 磁阀与循环通风管水冷却器的进水口和出水口相接；进水和出水口的电磁阀由温度在线测 控仪控制；当发酵罐内因产生的生物热使温度迅速超过控制的上限时，自动打开循环通风 管水冷却器进水和出水口的电磁阀，通过强制通风循环把发酵罐内的温度降低到控制值以 下；以上所述的强制通风供氧导热循环系统的特点还在于发酵罐装有的通风供氧循 环系统由氧气在线监控器、无菌空气系统、无菌空气接口和氧气在线监控接口组成；氧气在 线监控器的测控探头与氧气在线监控接口相接，无菌空气系统的出口与无菌空气接口通过 电磁阀相连接，电磁阀的开关由氧气在线监控器控制；当发酵罐内耗氧量过高时，及时打开 无菌空气接口的电磁阀充入新鲜的无菌空气，同时进行强制通风循环把发酵罐内的氧气浓 度升高到接近正常范围。由此可见，本实用新型的强制通风供氧导热循环系统，有效解决了浅盘固态发酵 过程中的热量转移和氧气供给，因而为发酵过程微生物的正常生长和产物的形成，创造了 最佳的生长条件。本实用新型提供的呼吸窗式固态发酵系统，是根据热力学关于热传导和物质浓差 扩散原理设计的，可实现本实用新型的目的，既能进行纯种培养，又能模块化扩大生产，能 自动有效控制温度、湿度和氧气含量，进行热和物质的传递，能克服现在固态发酵中存在的 一般问题，设备成本低，可移动，适应性广，可用于生物酶制剂等产业化生产。与现有的技术相比，本实用新型提供的呼吸窗式固态发酵系统，有以下的突出优占.1)根据热力学原理设计的呼吸窗式固态发酵系统，由于通过调控固态发酵控制间 的温度和湿度，实现对呼吸窗式固态发酵罐内温度和湿度的调控，而不必考虑发酵控制间 空气环境的灭菌，因此具有装置简单、结构科学、温湿度调控方便准确、无杂菌污染、能提高 固态发酵罐利用指数、可完全实现自动化控制，具有现有固态发酵罐温湿度调控一般技术 不可比拟的优点。2)呼吸窗式固态发酵系统包括呼吸窗式固态发酵罐和固态发酵控制间两部分组 成。固态发酵控制间是控制呼吸窗式固态发酵进行发酵的场所，利用该系统可实现板块式 产业化扩大生产。3)提供了一种设计新颖而实用的产生平行风束的强制循环通风导热和在线氧气 监控系统，在发酵罐内每层水平排列的发酵浅盘的表面，设有沿固定方向的风道，解决了浅 盘固态酵过程中的生物热量转移控制和供氧，保证了微生物发酵最佳生长温度和氧环境， 而没有占用罐内的有用空间，罐的利用指数高。4)强制循环通风供氧导热系统使用的磁力耦合驱动的旋旋涡风泵，风压高，密封 性好，可防止空气污染。5)呼吸窗式固态发酵罐外壳为薄不锈钢板设计，并设有4个带轴承的滚轮，重量 轻，造价低，可移动，可连同发酵罐整体灭菌，无灭菌死角，可在无菌室接种，实现纯培养。6)本实用新型提供的呼吸窗式固态发酵系统，适用范围广，可用于多种微生物浅 盘发酵的生产，如生物酶制剂、有机酸，生物医药、生物农药等的生产。
图1为本实用新型实施例的结构组成框图。图2为本实用新型实施例的呼吸窗式固态发酵罐的结构示意图。图3为本实用新型实施例的呼吸窗式固态发酵罐的前开门及呼吸窗的结构示意 图。图4为本实用新型实施例的呼吸窗式固态发酵罐后壁呼吸窗的结构示意图。图5为本实用新型实施例的循环空气水冷却器的俯视示意图。图6为本实用新型实施例的气体分布室导流管的分布示意图。图中各标记为呼吸窗式固态发酵罐1，固态发酵罐控制间2，防潮驱动电机3，凸 凹快装连轴器4，旋涡风泵5，连接法兰盘6，连接法兰盘7，循环通风管8，氧气在线监控接口 9，气体汇集室10，引流管11，发酵浅盘12，循环通风管水冷却器13，浅盘架14，门扇15，门 框16，铰链17，呼吸窗18，下向上翻螺丝19，冷却水进水接口 21，冷却水出水接口 22，平行 风导流管23，气体分布室24，连接法兰盘25，空气温度调控装置26，空气湿度调控装置27， 无菌空气系统28，冷却循环水系统29，温度测控探头接口 35，湿度测控探头接口 36，带轴承 的滚轮37，无菌空气接口 38。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的说明。本实用新型设有呼吸窗式固态发酵罐1、固态发酵控制间2和防潮驱动电机3，呼 吸窗式固态发酵罐1设在固态发酵控制间2内，固态发酵控制间2附设有用于调控固态发 酵控制间2的空气温度调控装置26、用于调控固态发酵控制间2的空气湿度调控装置27、 无菌空气系统28和冷却循环水系统29 ；呼吸窗式固态发酵罐1为一个薄金属板结构的长 方体形罐体，呼吸窗式固态发酵罐1设有至少1个前开门扇15，前开门扇15和呼吸窗式固 态发酵罐1的后壁上分别设有至少2个呼吸窗18 ；呼吸窗式固态发酵罐1外设有磁力耦合 驱动的旋涡风泵5、循环通风管8和循环通风管水冷却器13，循环通风管8上设有氧气在线 监控接口 9、无菌空气接口 38、温度探头接口 35和湿度探头接口 36，循环通风管水冷却器 13设有冷却水进水接口 21和冷却水出水接口 22，呼吸窗式固态发酵罐1底部的4个脚设 有轴承的滚轮37 ；呼吸窗式固态发酵罐1内设有气体分布室24、平行风导流管23、引流管 11、气体汇集室10和可移动的浅盘架14，浅盘架14由上到下可水平放置多层盛有固态培养 基的浅盘12，防潮驱动电机3通过凸凹连轴器4与磁力耦合的旋涡风泵5快装连接。所述固态发酵控制间2可分成至少2个小间，每一小间可放置至少2台呼吸窗式 固态发酵罐1。所述呼吸窗式固态发酵罐1的前开门扇15，可以是单开门扇，双开门扇或多开门 扇，前开门扇的门框16上设有密封圈槽，并装有耐高温的密封圈，前开门扇15通过铰链17 安装在门框16上，当门关闭时，通过下向上翻螺丝19、门锁20和安装在门框16上的耐高温 的密封圈实现紧密封。所述呼吸窗式固态发酵罐1的呼吸窗18可为带圆角的长方形、圆形或其它形状的 呼吸窗，每个呼吸窗安装有至少1片对0. 3 u m微粒过滤效率高达99. 97%的呼吸膜，呼吸膜 为耐高温的有机膜或无机膜，有机膜为聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜等，无机膜为硅酸盐纤维
8膜等，呼吸膜可以是单层或多层组成的混合膜，呼吸膜可让空气和空气中的水分子自由扩 散通过，空气中的杂菌及其孢子不能通过，呼吸膜通过不锈钢压环、耐高温的密封圈、螺丝 紧密封安装在呼吸窗的窗口上。呼吸窗式固态发酵罐1设有一个依次由磁力耦合驱动的旋涡风泵5、循环通风管 8、循环通风管水冷却器13、气体分布室24、平行风导流管23、引流管11和气体汇集室10组 成的强制通风供氧导热循环系统；为了使流过每一层水平放置盛有固态培养基浅盘12表 面的平行风束，都有其固定的风道，平行风导流管23和引流管11都是由上到下分多层水平 排列，每一层设至少2根平行风导流管23和引流管11，每层的平行风导流管23的出口，刚 好进入水平排列放置的多个浅盘一侧的边沿，引流管11处在水平排列放置的多个浅盘的 另一侧，与平行风导流管23 —一相平行的对应位置，引流管11的一端对着平行风吹来的方 向，另一端与气体汇集室10相通。发酵罐装有的通风导热循环系统设有温度在线测控仪、循环通风管水冷却器13 和冷却循环水系统29，温度在线测控仪的温度测控探头与温度测控探头接口 35相接，冷却 循环水系统29的出水口和进水口分别通过电磁阀与循环通风管水冷却器13的进水口 21 和出水口 22相接，进水口和出水口的电磁阀由温度在线测控仪控制。发酵罐装有的通风供氧循环系统设有氧气在线监控器、无菌空气系统28、无菌空 气接口 38和氧气在线监控接口 9 ；氧气在线监控器的测控探头与氧气在线监控接口 9相 接，无菌空气系统28的出口与无菌空气接口 38通过电磁阀相连接，电磁阀的开关由氧气在 线监控器控制；当发酵罐内耗氧量过高时，及时自动打开无菌空气接口 38的电磁阀充入新 鲜的无菌空气，同时进行强制通风循环把发酵罐内的氧气浓度升高到接近正常范围。所述金属板结构是薄不锈钢板外壳和不锈钢角钢制的内骨架。所述耐高温的密封圈选用的是硅橡胶密封圈、聚四氟乙烯密封圈等。以下给出采用图1 6所示的本实用新型的呼吸窗式固态发酵系统生产纤维素酶 的实例。由图1 6可知，本实用新型的呼吸窗式固态发酵系统，包括呼吸窗式固态发酵罐 1、固态发酵控制间2和防潮驱动电机3，呼吸窗式固态发酵罐1处在固态发酵控制间2内， 固态发酵控制间2附设有空气温度调控装置26、空气湿度调控装置27、无菌空气系统28和 冷却循环水系统29，呼吸窗固态发酵罐1内的温度和湿度，通过调控固态发酵控制间2的温 度和湿度来控制。呼吸窗式固态发酵罐1为一个薄不锈钢板结构的长方体的罐体，罐体的 前面为门扇15，前门扇15和后壁上设有至少2个呼吸窗18，呼吸窗式固态发酵罐1外设有 磁力耦合驱动的旋涡风泵5、循环通风管8、循环通风管水冷却器13。循环通风管上设有氧 气在线监控接口 9、无菌空气接口 38和温度探头接口 35和湿度探头接口 36。循环通风管 水冷却器13设有冷却水进水接口 21和出水接口 22。呼吸窗式固态发酵罐下部的四个脚安 装有轴承的滚轮37，以便于移动。呼吸窗式固态发酵罐1内设有气体分布室24、平行风导 流管23、引流管11、气体汇集室10和可移动的浅盘架14，浅盘架14由上到下可水平放置 多层盛有固态培养基的浅盘12，浅盘架14连同装在浅盘架上的浅盘12可用装卸机自由装 卸。防潮驱动电机3通过凸凹连轴器4与磁力耦合驱动的旋涡风泵5快装连接。呼吸窗式固态发酵系统固态发酵控制间2，可分成至少2个小间，每一小间至少可 放置2台呼吸窗式固态发酵罐同时发酵，这样可实现模块化扩大生产。[0054]呼吸窗式固态发酵罐1的前开门扇15，可以是单开门扇，双开门扇或多开门扇，门 框16上有密封圈槽，并装有耐高温的密封圈，通过铰链17将门扇安装在门框16上，当门关 闭时，通过下向上翻螺丝19、门锁20和安装在门框上的耐高温的硅密封圈实现紧密封。呼吸窗式固态发酵罐1的呼吸窗18为带圆角的长方形、圆形或其它形状，每个呼 吸窗安装有至少1片对0. 3 y m微粒过滤效率高达99. 97%的呼吸膜，呼吸膜为耐高温的有 机膜或无机膜，有机膜包括聚丙烯膜和聚四氟乙烯膜等，无机膜为硅酸盐纤维膜等，呼吸膜 可以是单层或多层组成的混合膜，呼吸膜可让空气和空气中的水分子自由扩散通过，空气 中的杂菌及其孢子不能通过，呼吸膜通过不锈钢压环、耐高温的密封圈、螺丝紧密封安装在 窗口上，耐高温的密封圈选用的是硅橡胶密封圈。呼吸窗式固态发酵罐1设有依次由磁力耦合驱动的旋涡风泵5、循环通风管8、循 环通风管水冷却器13、气体分布室24、平行风导流管23、引流管11和气体汇集室10组成 的强制通风供氧导热循环系统，为了使流过每一层水平放置盛有固态培养基浅盘12表面 的平行风束，都有其固定的风道，平行风导流管23和引流管11都是由上到下分多层水平排 列，每一层至少2根。每层平行风导流管23的出口，刚好进入水平排列放置的多个浅盘一 侧的边沿，引流管11的一头处在水平排列放置的多个浅盘的另一侧，与平行风导流管一一 相平行的对应位置。引流管11的另一头水平与气体汇集室10连通。上述的强制通风供氧导热循环系统的发酵罐装有的通风导热循环系统，由温度在 线测控仪、循环通风管水冷却器13和冷却循环水系统29组成，温度在线测控仪的温度测控 探头与温度探头接口 35相接，冷却循环水系统29的出水口和进水口分别通过电磁阀与循 环通风管水冷却器13的冷却水进水接口 21和冷却水出水接口 22相接；进水接口和出水接 口的电磁阀由温度在线测控仪控制；当发酵罐内因产生的生物热使温度迅速超过控制的上 限时，自动打开循环通风管水冷却器进水和出水口的电磁阀，通过强制通风循环把发酵罐 内的温度降低到控制值以下。上述的强制通风供氧导热循环系统的发酵罐装有的通风供氧循环系统由氧气在 线监控器、无菌空气系统28、无菌空气接口 38和氧气在线监控接口 9组成；氧气在线监控 器的测控探头与氧气在线监控接口 9相接，无菌空气系统28的出口与无菌空气接口 38通 过电磁阀相连接，电磁阀的开关由氧气在线监控器控制。当发酵罐内耗氧量过高时，及时打 开无菌空气接口 38的电磁阀充入新鲜的无菌空气，同时进行强制通风循环把发酵罐内的 氧气浓度升高到接近正常范围。本实施例使用的菌种为里氏木霉(Trichoderma reesel) 6LZ11，登记入册编号为 CGMCCNo. 3007。发酵基质为稻草粉、麦麸、尿素、硫酸胺、硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、 固液比为1 (1.5 2.0)，pH为4.6 6.5。发酵条件为温度28 30°C，相对湿度88% 95%，罐内氧气含量为18% 21%。以下给出生产的工艺流程(1)配料装盘。按配方配制固态发酵培养基并装入浅盘，厚度为3 5cm，然后把 装有培养基的浅盘12放入浅盘架14，再用装卸机将其装入呼吸窗式固态发酵罐1内，门关 好，卸下旋涡风泵的磁力防潮驱动电机3 ；(2)灭菌和冷却。灭菌时(如果耦合磁铁用的是耐高温的钐钴磁铁，则只要卸下旋 涡风泵的驱动电机3，如果耦合磁铁用的是不能耐高温的钕铁硼磁铁，则必须连磁力耦合旋
10涡风泵5卸下，进行单独常温化学灭菌，灭菌后，在无菌室重新装上)将已装有培养基浅盘 的固态发酵罐1，推入蒸气灭菌锅中，121 123°C灭菌40 60min后，冷却到近室温；(3)接种和发酵培养。将已灭菌冷却到近室温的呼吸窗式固态发酵罐，经过缓冲区 和无菌风淋后，进入100级接种室用快速接种系统接种后，将氧气在线监控器的探针和接 口 9相接，温湿度测控探头分别与与接口 35、36连接，再将固态发酵罐1转入固态发酵控制 间2进行发酵培养；发酵培养时，装上旋涡风泵的防潮驱动电机3，通过温度和湿度测控系 统26和27，调控固态发酵控制间2的温度和湿度，将接口 21、22与冷却水循环系统29相 接，接口 38与无菌空气系统28相接，并全部起动固态发酵的控制系统，发酵时间5 6天。4.产品干燥。发酵完成后，将呼吸窗式固态发酵罐1送入产品真空干燥间进行干 燥包装。5.辐射灭菌。干燥包装的产品，6°Co辐射灭菌。我国纤维素酶制剂轻工行业标准QB2585-2003规定CMCA_DNS酶活力为2000u/g， 在中试中，连续生产6批，平均CMCA-DNS酶活力为6142u/g，最高达到8006u/g。
权利要求呼吸窗式固态发酵系统，设有呼吸窗式固态发酵罐、固态发酵控制间和防潮驱动电机，其特征在于，呼吸窗式固态发酵罐设在固态发酵控制间内，固态发酵控制间附设有用于调控固态发酵控制间的空气温度调控装置、用于调控固态发酵控制间的空气湿度调控装置、无菌空气系统和冷却循环水系统；呼吸窗式固态发酵罐为一个薄金属板结构的长方体形罐体，呼吸窗式固态发酵罐设有至少1个前开门扇，前开门扇和呼吸窗式固态发酵罐的后壁上分别设有至少2个呼吸窗；呼吸窗式固态发酵罐外设有磁力耦合驱动的旋涡风泵、循环通风管和循环通风管水冷却器，循环通风管上设有氧气在线监控接口、无菌空气接口、温度探头接口和湿度探头接口，循环通风管水冷却器设有冷却水进水接口和冷却水出水接口，呼吸窗式固态发酵罐底部的4个脚设有轴承的滚轮；呼吸窗式固态发酵罐内设有气体分布室、平行风导流管、引流管、气体汇集室和可移动的浅盘架，浅盘架由上到下可水平放置多层盛有固态培养基的浅盘，防潮驱动电机通过凸凹连轴器与磁力耦合的旋涡风泵快装连接。
2.如权利要求1所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征在于所述固态发酵控制间分成 至少2个小间，每一小间放置至少2台呼吸窗式固态发酵罐。
3.如权利要求1所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征在于所述呼吸窗式固态发酵罐 的前开门扇为单开门扇，双开门扇或多开门扇，前开门扇的门框上设有密封圈槽，密封圈槽 上设有密封圈，前开门扇通过铰链安装在门框上。
4.如权利要求1所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征在于所述呼吸窗式固态发酵罐 的呼吸窗为带圆角的长方形呼吸窗或圆形呼吸窗，每个呼吸窗安装有至少1片呼吸膜。
5.如权利要求4所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征在于所述呼吸膜为对0.3i!m微 粒过滤效率高达99. 97%的呼吸膜，呼吸膜为有机膜或无机膜，有机膜为聚丙烯膜或聚四氟 乙烯膜，无机膜为硅酸盐纤维膜，呼吸膜为单层或多层组成的混合膜。
6.如权利要求1所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征在于所述呼吸窗式固态发酵 罐设有一个依次由磁力耦合驱动的旋涡风泵、循环通风管、循环通风管水冷却器、气体分布 室、平行风导流管、引流管和气体汇集室组成的通风供氧导热循环系统；平行风导流管和引 流管都是由上到下分多层水平排列，每一层设至少2根平行风导流管和引流管，每层的平 行风导流管的出口，刚好进入水平排列放置的多个浅盘一侧的边沿，引流管处在水平排列 放置的多个浅盘的另一侧，与平行风导流管一一相平行的对应位置，引流管的一端对着平 行风吹来的方向，另一端与气体汇集室相通。
7.如权利要求6所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征还在于所述通风供氧导热循环 系统设有温度在线测控仪、循环通风管水冷却器和冷却循环水系统，温度在线测控仪的温 度测控探头与温度测控探头接口相接，冷却循环水系统的出水口和进水口分别通过电磁阀 与循环通风管水冷却器的进水口和出水口相接，进水口和出水口的电磁阀由温度在线测控 仪控制。
8.如权利要求6所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征还在于所述通风供氧导热循环 系统设有氧气在线监控器、无菌空气系统、无菌空气接口和氧气在线监控接口 ；氧气在线监 控器的测控探头与氧气在线监控接口相接，无菌空气系统的出口与无菌空气接口通过电磁 阀相连接，电磁阀的开关由氧气在线监控器控制。
9.如权利要求1所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征在于所述长方体形罐体是金属板结构的长方体形罐体，所述长方体形罐体是薄不锈钢板外壳和不锈钢角钢制的内骨架。
10.如权利要求3所述的呼吸窗式固态发酵系统，其特征在于所述密封圈为硅橡胶密 封圈或聚四氟乙烯密封圈。
专利摘要呼吸窗式固态发酵系统，涉及一种固态发酵设备。根据热力学原理设计的，包括呼吸窗式固态发酵罐和固态发酵控制间，固态发酵控制间设有空气温度和湿度调控装置，无菌空气和冷却循环水系统，发酵罐处在固态发酵控制间内，可通过调控固态发酵控制间的温度和湿度有效控制固态发酵罐内的温湿度。发酵罐为薄金属板长方体罐体，罐体的前门门扇和后壁上安有呼吸窗，并设有一个依次由磁力耦合驱动的旋涡风泵、循环通风管、循环通风管水冷却器、气体分布室、平行风导流管、引流管和气体汇集室组成的强制通风供氧导热循环系统，罐内有可移动的可放多层固态发酵浅盘的浅盘架和浅盘，可进行微生物的纯培养，无三废，适用于生物酶制剂等的产业化生产。
文档编号C12M1/36GK201605269SQ2009201818
公开日2010年10月13日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者吴永慧, 周维金, 彭立娥, 李星洪, 王多祥 申请人:厦门北大泰普科技有限公司