专利名称：一种发酵装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微生物发酵领域，具体的说是涉及一种发酵装置。
背景技术：
微生物发酵是一种复杂的生化过程，在这个生产工艺过程中会有很多因素需要进 行调控，例如培养基、灭菌时间、温度、PH值、氧气的补给等，而泡沫的控制是其中重要的一 项。发酵过程大部分都是 好氧性的，由于通气和搅拌，发酵过程中会产生大量的泡沫，在通 气过程中，伴随机械搅拌、空气被分成细小的气泡，从溶氧的角度讲，气泡越细越好，使空气 中的氧和发酵液中的CO2能充分的进行交换，这些气泡升到发酵液面形成泡沫。另一方面 微生物在进行发酵活动时，往往会代谢产生许多气体，这些代谢气体凝结形成气泡，上升到 发酵液面，成为发酵泡沫，菌体代谢越旺盛，泡沫的产生量越多。发酵过程中产生过多持久的泡沫会阻碍发酵的正常进行，大量泡沫的溢出会带走 发酵液、菌体细胞和发酵产物，并容易造成发酵污染，甚至影响通气搅拌的正常进行，妨碍 代谢气的排出，对菌体呼吸造成影响，使菌体代谢异常，影响产率。在生物表面活性剂的发 酵生产中，泡沫问题更加突出，由于表面活性剂的存在，发酵过程中产生的泡沫更加稳定， 限制了整个生物表面活性剂的发酵产业的工业化。大量的泡沫的产生会对工艺生产造成巨大的危害，如减少生产能力、影响产品质 量、影响生产的正常进行等，这就需要人们通过各种方法来消除泡沫，常用的方式主要有化 学消泡和机械消泡。化学消泡是指向发酵液中流加一定量的消泡剂，利用消泡剂降低泡沫 的机械强度或降低液膜表面粘度的性质消除泡沫。化学消泡具有消泡效果好，使用方便的 优点，并且对于泡沫的生成还具有抑制作用。然而使用消泡剂的化学消泡影响氧气的溶解， 对微生物供氧极为不利。机械消泡是通过机械力所引起的强烈震动或压力的不断变化促使 泡沫破裂。机械消泡不需要外加消泡剂，避免了对溶氧能力的影响，并且可重复使用，但机 械消泡不如化学消泡迅速可靠，不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素。专利CN201520758U公开了一种泡沫回流发酵系统，该系统利用无菌压缩空气作 为泡沫液化、回流动力，解决了发酵过程中泡沫控制、发酵产物流失、发酵过程中需添加消 泡剂、不适用于规模化发酵生产等问题。该系统包括一级泡沫回流罐2和二级泡沫回流罐 3，在二级泡沫回流罐3通入空气，使得发酵罐1中溢出的含菌体细胞的泡沫在无菌空气的 推动下进入一级泡沫回流罐2消泡液化，在重力作用下液化液进入二级泡沫回流罐3，二级 泡沫回流罐中的液化液通过无菌压缩空气压返回发酵罐1中继续发酵，过多的泡沫可以进 入泡沫产物分离装置4将产物分离出来。但是该系统难以控制发酵过程中产生的大量泡 沫，当泡沫量较多时，发酵液、菌体细胞和发酵产物伴随泡沫直接进入泡沫产物分离装置， 泡沫产物分离装置仅能分离获得发酵产物，造成泡沫带出的发酵液和菌体细胞流失，容易 损失发酵液和菌体细胞，造成工业化生产资源浪费、生产成本高昂等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种避免发酵液和菌体细胞流失的发酵装置。为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案一种发酵装置，包括发酵罐、一级泡沫回流罐、泡沫中转罐和二级泡沫回流罐，发 酵罐、一级泡沫回流罐、泡沫中转罐和二级泡沫回流罐有无菌空气入口，发酵罐和一级泡沫 回流罐有泡沫出口，一级泡沫回流罐、泡沫中转罐和二级泡沫回流罐有泡沫入口和液化泡 沫出口，发酵罐和二级泡沫回流罐有液化泡沫入口，发酵罐的泡沫出口通过管道与一级泡 沫回流罐的泡沫入口连接，一级泡沫回流罐的泡沫出口通过管道与泡沫中转罐的泡沫入口 连接，一级泡沫回流罐的液化泡沫出口通过管道与二级泡沫回流罐的液化泡沫入口连接并 且连接管道上有一个阀门，泡沫中转罐的液化泡沫出口和二级泡沫回流罐的液化泡沫出口 通过三通管与发酵罐的液化泡沫入口连接。本发明在发酵罐通入无菌空气，使含菌体细胞的泡沫在空气压力推动下溢出沿管 道流入一级泡沫回流罐，在一级泡沫回流罐中通入无菌空气，利用空气压缩的作用将泡沫 破裂、液化，液化的含菌体细胞和发酵液的泡沫在一级泡沫回流罐中聚集，多余的泡沫在空 气压力推动下沿管道进入泡沫中转罐。当一级泡沫回流罐中的液化泡沫达到设定量后，打 开阀门，一级泡沫回流罐中含菌体细胞和发酵液的液化泡沫沿管道流入二级泡沫回流罐。 然后关闭阀门，向泡沫中转罐和二级泡沫回流罐中通入无菌压缩空气，所述泡沫中转罐中 的泡沫经无菌空气压缩液化，并且在无菌压缩空气作用下，所述泡沫中转罐和二级泡沫回 流罐中的液化泡沫沿三通管压回到发酵罐中。本发明将多余的含发酵液和菌体细胞的泡沫导入泡沫中转罐，然后经无菌空气压缩 液化流回发酵罐继续发酵，避免了直接进入泡沫产物分离装置而造成发酵液和菌体细胞流失。本发明所述无菌空气入口、泡沫入口和液化泡沫入口可以设在各罐体的任意位 置，泡沫出口可以设在罐顶的任意位置，液化泡沫出口可以设在罐底的任意位置，但无菌空 气入口、泡沫入口、液化泡沫入口、泡沫出口和液化泡沫出口各自独立，不共用同一开口。为了解决发酵泡沫产生量较大，控制超出泡沫中转罐容积量的泡沫，本发明在三 通管与发酵罐液化泡沫入口的连接管道上增加一个阀门，通过开关阀门控制发酵罐与泡沫 中转罐和二级泡沫回流罐之间相连接的管道。阀门打开，发酵罐与泡沫中转罐和二级泡沫 回流罐三者相通；阀门关闭后，所述泡沫中转罐与发酵罐之间以及二级泡沫回流罐与发酵 罐之间封闭，所述泡沫中转罐与二级泡沫回流罐之间相通。当发酵产生泡沫量较大超出泡 沫中转罐容积且无法快速高效消泡时，可以关闭阀门，使泡沫中转罐中的泡沫溢出流入二 级泡沫回流罐，在无菌压缩空气作用下使泡沫在二级泡沫回流罐中液化，再调节二级泡沫 回流罐的罐压至大于泡沫中转罐的罐压，打开阀门，将液化泡沫压回到发酵罐。本发明在所述一级泡沫回流罐液化泡沫出口与所述二级泡沫回流罐液化泡沫入 口连接管道上设置的阀门和三通管与发酵罐液化泡沫入口连接管道上增加的阀门主要用 于开启或关闭管道控制介质流动，可以为任意具有开断作用的阀门，包括闸阀、截止阀、球 阀、旋拧阀、球塞阀和隔膜阀。为了进一步提高消泡效果、加快消泡速度，本发明增加了消泡剂罐，消泡剂罐有消 泡剂出口，一级泡沫回流罐、泡沫中转罐和二级泡沫回流罐分别设有消泡剂入口，消泡剂罐 的消泡剂出口通过管道分别与一级泡沫回流罐、泡沫中转罐和二级泡沫回流罐的消泡剂入口连接。当发酵产生泡沫量较大，单独利用无菌压缩空气无法快速高效消泡时，可以向一级 泡沫回流罐、泡沫中转罐和二级泡沫回流罐中加入消泡剂。本发明还在一级泡沫回流罐、泡沫中转罐和二级泡沫回流罐上增加了搅拌器，一 方面可以通过搅拌器运转过程中产生的机械力使泡沫破裂，另一方面搅拌器运转可以混勻 消泡剂加快消泡速度，同时提高溶氧能力降低消泡剂对微生物发酵的影响。本发明所述搅 拌器设在罐顶或罐底的中心位置，包括一个搅拌轴和两个以上消泡桨，所述消泡桨可以为 耙式、旋转圆板式、冲击反射式、离心力式或转向板式。此时，无菌空气入口、泡沫入口、液化 泡沫入口、泡沫出口和液化泡沫出口均设在除搅拌器所在位置以外的指定位置。本发明所述发酵装置，还包括产物收集罐，产物收集罐有提取剂入口和发酵产物 出口，同时在泡沫中转罐和二级泡沫回流罐上增加泡沫出口，产物收集罐通过管道分别与 泡沫中转罐泡沫出口和二级泡沫回流罐泡沫出口连接。当发酵产生泡沫量超出泡沫中转罐 和二级泡沫回流罐容积且无法快速高效消泡时，泡沫从泡沫出口溢出通过管道流入产物收 集罐，通过提取剂入口在产物收集罐中加入提取剂，提取泡沫中带出的产物，从发酵产物出 口收集泡沫中的发酵产物。为了实时控制各罐体内的溶氧、温度和pH，本发明在发酵罐、一级泡沫回流罐、泡 沫中转罐和二级泡沫回流罐增加了溶氧装置、温控装置和PH调节装置。本发明还在各罐体之间连接管道和三通管上增加了控压装置和蒸汽灭菌装置，以 保证各罐体内压力，并防止发酵污染。本发明发酵罐、一级泡沫回流罐、泡沫中转罐、二级泡沫回流罐、产物收集罐和消 泡剂罐可以为任意形状容器，包括平底、圆底和尖底。本发明所述发酵装置，并不限于只包括一个泡沫中转罐和二级泡沫回流罐，还可 以为包括多个泡沫中转罐和多个二级泡沫回流罐的发酵装置，以更好的控制发酵过程中发 酵生产产生的大量泡沫，减少菌体细胞及发酵产物流失，适用于规模化发酵生产和生物表 面活性剂等发酵过程中产生大量泡沫的产品的工业化发酵生产。
图1示专利CN201520758U所述泡沫回流系统结构示意图，其中，1为发酵罐，2为 一级泡沫回流罐，3为二级泡沫回流罐，4为泡沫产物收集罐，5为空气入口，6为发酵液出 口，7为无菌空气通入口，8为提取剂入口，9为发酵产物出口 ；图2示本发明所述发酵装置结构示意图；图3示本发明所述含三通管阀门的发酵装置结构示意图；图4示本发明所述含消泡剂罐的发酵装置结构示意图；图5示本发明所述含产物收集罐的发酵装置结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例公开了一种发酵装置。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改 进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显 而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的装置已经通过较佳实施例进行了描述，相 关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的装置进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种发酵装置进行详细说明。本发明主要利用空气压缩的作用，将泡沫破裂、液化，如图2所示发酵罐1中发酵 产生大量泡沫，通过无菌空气入口 11通入无菌空气，在无菌压缩空气压力推动下含菌体细 胞的泡沫从泡沫出口 12溢出沿管道从泡沫入口 22流入一级泡沫回流罐2。通过无菌空气 入口 21向一级泡沫回流罐中通入无菌空气，利用空气压缩的作用将泡沫破裂、液化，液化 的含菌体细胞和发酵液的泡沫在一级泡沫回流罐2中聚集，多余的泡沫在空气压力推动下 从泡沫出口 23溢出沿管道从泡沫入口 32进入泡沫中转罐3。当一级泡沫回流罐2中液化 泡沫达到设定量后，打开所述阀门5，一级泡沫回流罐3中液化泡沫从液化泡沫出口 24流出 沿管道从液化泡沫入口 42流入二级泡沫回流罐4。然后关闭阀门5，通过无菌空气入口 31 和41分别向泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4中通入无菌压缩空气，泡沫中转罐3中的泡 沫经无菌空气压缩液化，同时在无菌压缩空气作用下，泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4中 的液化泡沫分别从液化泡沫出口 33和43流出沿三通管6从液化泡沫入口 13回到发酵罐 1中。本发明所述无菌空气入口、泡沫入口和液化泡沫入口可以设在各罐体的任意位 置，泡沫出口可以设在罐顶的任意位置，液化泡沫出口可以设在罐底的任意位置。如图2所 示无菌空气入口、泡沫入口、泡沫出口和液化泡沫入口均设在各罐的罐顶，液化泡沫出口均 设在各罐的罐底中心位置。由图3可知本发明在三通管与发酵罐液化泡沫入口的连接管道上增加一个阀门 7,阀门7可以通过开关控制发酵罐1与泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4之间相连接的管 道。阀门7打开，发酵罐1与泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4三者相通；阀门7关闭后， 所述泡沫中转罐3与发酵罐1之间以及二级泡沫回流罐4与发酵罐1之间封闭，所述泡沫 中转罐3与二级泡沫回流罐4之间相通。一级泡沫回流罐2中多余的泡沫在空气压力推动 下从泡沫出口 23溢出沿管道从泡沫入口 32进入泡沫中转罐3。当发酵产生泡沫量较大超 出泡沫中转罐3容积且无法快速高效消泡时，关闭阀门7，泡沫中转罐3中的泡沫从液化泡 沫出口 33流出沿管道从液化泡沫出口 43流入二级泡沫回流罐4，在无菌压缩空气作用下泡 沫在二级泡沫回流罐4液化，再调节二级泡沫回流罐4罐压大于泡沫中转罐3罐压，打开阀 门7，液化的泡沫从液化泡沫出口 43沿管道压回到发酵罐1。如图3所示本发明在一级泡沫回流罐2的液化泡沫出口 24与所述二级泡沫回流 罐4的液化泡沫入口 42连接管道上设置的阀门5和三通管6与发酵罐1液化泡沫入口 13 连接管道上增加的阀门7主要用于开启或关闭管道控制介质流动，可以为任意具有开断作 用的阀门，包括闸阀、截止阀、球阀、旋拧阀、球塞阀和隔膜阀。如图3所示阀门5和阀门7 为隔膜阀。为了进一步提高消泡效果、加快消泡速度，本发明增加了消泡剂罐8，图4为本发 明增加了消泡剂罐8的发酵装置结构示意图。消泡剂罐8有消泡剂出口 81，一级泡沫回流 罐2、泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4分别设有消泡剂入口 25、34和44，消泡剂罐8的消 泡剂出口 81通过管道分别与一级泡沫回流罐2、泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4的消泡 剂入口 25、34和44连接。当发酵产生泡沫量较大，单独利用无菌压缩空气无法快速高效消泡时，可以向一级泡沫回流罐2、泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4中加入消泡剂，消泡剂罐 8中消泡剂从消泡剂出口 81进入管道然后分别通过消泡剂入口 25、34和44进入一级泡沫 回流罐2、泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4。当然，当发酵产生泡沫量不大时，同样可以利 用消泡剂消泡以提高消泡效果、加快消泡速度。为了降低消泡剂对微生物发酵的影响，可以在一级泡沫回流罐2、泡沫中转罐3和 二级泡沫回流罐4上增加搅拌器。本发明在一级泡沫回流罐2、泡沫中转罐3和二级泡沫回 流罐4上增加了搅拌器沈、35和45，搅拌器运转可以混勻消泡剂加快消泡速度，同时提高溶 氧能力达到降低消泡剂对微生物发酵影响的目的，另一方面搅拌器运转过程中产生的机械 力还可以使泡沫破裂，搅拌器设在罐顶或罐底的中心位置，包括一个搅拌轴和两个以上消 泡桨，消泡桨可以为耙式、旋转圆板式、冲击反射式、离心力式或转向板式。如图4所示本发 明所述搅拌器26、35和45均设在罐顶的位置，包括一个搅拌轴和两个消泡桨，所述消泡桨 为耙式。无菌空气入口、泡沫入口、泡沫出口和液化泡沫入口均设在除搅拌器所在位置以外 的位置。本发明还增加了产物收集罐9，所述产物收集罐9有泡沫入口 91和92、提取剂入 口 93和发酵产物出口 94，所述泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4分别有泡沫出口 36和46， 所述产物收集罐9泡沫入口 91和92通过管道分别与所述二级泡沫回流罐4泡沫出口 46 和所述泡沫中转罐泡沫出口 36连接。如图5所示发酵罐1中发酵产生大量泡沫，通过无菌 空气入口 11通入无菌空气，在无菌压缩空气压力推动下含菌体细胞的泡沫从泡沫出口 12 溢出沿管道从泡沫入口 22流入一级泡沫回流罐2。通过无菌空气入口 21向一级泡沫回流 罐中通入无菌空气，利用空气压缩的作用将泡沫破裂、液化，液化的含菌体细胞和发酵液的 泡沫在一级泡沫回流罐2中聚集，多余的泡沫在空气压力推动下从泡沫出口 23溢出沿管道 从泡沫入口 32进入泡沫中转罐3。当一级泡沫回流罐2中液化泡沫达到设定量后，打开所 述阀门5，一级泡沫回流罐2中液化泡沫从液化泡沫出口 M流出沿管道从液化泡沫入口 42 流入二级泡沫回流罐4。然后关闭阀门5，通过无菌空气入口 31向泡沫中转罐3通入无菌 压缩空气，泡沫中转罐3中的泡沫经无菌空气压缩液化。当发酵产生泡沫量较大超出泡沫 中转罐3容积且无法快速高效消泡时，关闭阀门7，泡沫中转罐3中的泡沫从液化泡沫出口 33流出沿管道从液化泡沫出口 43流入二级泡沫回流罐4，在无菌压缩空气作用下泡沫在二 级泡沫回流罐4液化，再调节二级泡沫回流罐4罐压大于泡沫中转罐3罐压，打开阀门7，液 化的泡沫从液化泡沫出口 43沿管道压回到发酵罐1，多余的泡沫在无菌压缩空气压力推动 下从泡沫中转罐3的泡沫出口 36和二级泡沫回流罐4的泡沫出口 46溢出沿管道通过泡沫 入口 92和91流入产物收集罐9，通过提取剂入口 93在产物收集罐9中加入提取剂，提取泡 沫中带出的发酵产物，然后从发酵产物出口 94收集泡沫中的发酵产物。当然，同样可以同 时向一级泡沫回流罐2、泡沫中转罐3和二级泡沫回流罐4中加入消泡剂，利用消泡剂消泡 以提高消泡效果、加快消泡速度。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种发酵装置，包括发酵罐(1)、一级泡沫回流罐O)、泡沫中转罐C3)和二级泡沫 回流罐G)，所述发酵罐(1)、一级泡沫回流罐O)、泡沫中转罐⑶和二级泡沫回流罐⑷ 有无菌空气入口，所述发酵罐(1)和一级泡沫回流罐( 有泡沫出口，所述一级泡沫回流罐 O)、泡沫中转罐C3)和二级泡沫回流罐(4)有泡沫入口和液化泡沫出口，所述发酵罐(1) 和二级泡沫回流罐(4)有液化泡沫入口，所述发酵罐(1)的泡沫出口(1 通过管道与所述 一级泡沫回流罐O)的泡沫入口 0 连接，所述一级泡沫回流罐O)的泡沫出口 03)通 过管道与所述泡沫中转罐C3)的泡沫入口(3 连接，所述一级泡沫回流罐( 的液化泡沫 出口 04)通过管道与所述二级泡沫回流罐(4)的液化泡沫入口 0 连接并且连接管道上 有一个阀门(5)，所述泡沫中转罐(3)的液化泡沫出口(3 和所述二级泡沫回流罐的 液化泡沫出口 ^幻通过三通管(6)与所述发酵罐(1)的液化泡沫入口(1 连接。
2.根据权利要求1所述发酵装置，其特征在于，所述三通管(6)与所述发酵罐(1)液化 泡沫入口(1 的连接管道上有一个阀门(7)。
3.根据权利要求1或2所述发酵装置，其特征在于，还包括消泡剂罐(8)，消泡剂罐(8) 有消泡剂出口(81)，一级泡沫回流罐O)、泡沫中转罐C3)和二级泡沫回流罐(4)分别设有 消泡剂入口，消泡剂罐(8)的消泡剂出口(81)通过管道分别与一级泡沫回流罐O)、泡沫中 转罐(3)和二级泡沫回流罐⑷的消泡剂入口连接。
4.根据权利要求3所述发酵装置，其特征在于，所述一级泡沫回流罐( 、泡沫中转罐 (3)和二级泡沫回流罐(4)还包括搅拌器。
5.根据权利要求1-4任意一项所述发酵装置，其特征在于，还包括产物收集罐(9)，所 述产物收集罐(9)有提取剂入口(9 和发酵产物出口(94)，所述泡沫中转罐C3)和二级泡 沫回流罐(4)有泡沫出口，所述产物收集罐(9)通过管道分别与所述泡沫中转罐C3)泡沫 出口(36)和所述二级泡沫回流罐(4)泡沫出口 06)连接。
6.根据权利要求1-5任意一项所述发酵装置，其特征在于，所述发酵罐(1)、一级泡沫 回流罐O)、泡沫中转罐C3)和二级泡沫回流罐(4)均有溶氧装置、温控装置和pH调节装 置。
7.根据权利要求1-6任意一项所述发酵装置，其特征在于，所述发酵罐(1)、一级泡沫 回流罐( 、泡沫中转罐( 和二级泡沫回流罐(4)之间连接管道和三通管(6)均有控压装 置和蒸汽灭菌装置。
全文摘要
本发明涉及微生物发酵领域，公开了一种发酵装置，该发酵装置包括发酵罐、一级泡沫回流罐、泡沫中转罐和二级泡沫回流罐，所述发酵罐通过管道与所述一级泡沫回流罐连接，所述泡沫中转罐通过管道与所述一级泡沫回流罐连接，所述二级泡沫回流罐通过管道与所述一级泡沫回流罐连接并且在连接管道上有一个阀门，所述发酵罐通过三通管与所述泡沫中转罐和所述二级泡沫回流罐连接。本发明可控制发酵过程中发酵生产产生的大量泡沫，减少发酵菌体细胞及发酵产物流失，适用于规模化发酵生产和生物表面活性剂等发酵过程中产生大量泡沫的产品的工业化发酵生产。
文档编号C12N1/21GK102061282SQ201010567068
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者丁仕奇, 刘梅, 刘洁, 孙文, 李君君, 王媚, 范吉峰, 贡国鸿 申请人:安徽帝元生物科技有限公司