呼吸窗式固態發酵系統的制作方法

專利名稱：呼吸窗式固態發酵系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種固態發酵設備，尤其是涉及一種呼吸窗式固態發酵系統。
背景技術：
自1945年實現青霉素液態深層發酵大規模工業化生產以來，因為液態深層發酵 能進行純培養，微生物發酵的條件可進行自動化控制，液態發酵設備的制造技術日趨完善， 所以在微生物發酵產品的工業化生產中，至今仍然占據主導地位。但液態深層發酵設備投 資大、生產成本高、生產過程中產生大量“三廢”，污染環境。固態發酵在我國具有悠久的歷史，與液態深層發酵相比，許多固態發酵的理論問 題，尚待進一步研究，發酵技術和發酵設備相對落后，但它具有液態深層發酵不具備的優 點，例如設備相對簡單，投資少，產品的產出率高，一般可達到液態深層發酵的幾倍到十倍， 基本上無”三廢“排放，無環境污染，節省能源，可利用農業生產和農副產品加工的廢棄物， 及天然的各種纖維草料等為原料，原料來源廣，價格非常便宜。固態發酵可廣泛用于食品、 飲料、酒精、生物制醫藥、生物農藥、生物酶制劑、有機酸、單細胞蛋白及固態廢棄物的處理 和環境保護等。固態發酵在技術上存在的根本問題是發酵過程的雜菌污染和難以進行大規模工 業化生產。我國現行的發酵方式仍然是傳統的自然發酵方式為主，包括曲盤、曲池、箱式厚 層通風發酵、厚層通風池式、隧道窯連續淺盤發酵等。近幾年國內研制了幾種密封的固態發 酵罐，大多是靜態箱式或帶間歇攪拌的靜態箱式或筒式發酵罐，或淺盤臥式筒體發酵罐等， 比自然發酵方式前進了一大步，但仍存在以下問題1)設備笨重，不便移動，有的根本不能用于工業生產，如臥式攪拌筒體發酵罐。2)設備投資高，發酵罐利用指數低，不能實現大規模工業化生產。3)在接種過程中不能避免污染，滅菌不徹底，不能實現純種培養。4)罐內溫度濕度調控方法落后，如溫度常用夾套或列管水溫控制，占用有用空間 大，濕度用罐內直接噴水法或加濕機噴霧，容易引起污染。5)有的專利在淺盤發酵時，往罐內充入無菌空氣到1. 5 3. 5kg/cm2，維持1 5min后，泄壓到0. 1 0. 5kg/cm2,維持10 60s之后，反復循環上述充壓和泄壓過程，能 耗太大，而且會造成發酵物料水分的大量揮發。
發明內容本實用新型的目的是提供一種既能進行純種培養，又能模塊化擴大生產，能自動 有效控制溫度、濕度和氧氣含量，進行熱和物質的傳遞，設備成本低，可移動，適應性廣，可 用于生物酶制劑等產業化生產的呼吸窗式固態發酵系統。本實用新型設有呼吸窗式固態發酵罐、固態發酵控制間和防潮驅動電機，呼吸窗 式固態發酵罐設在固態發酵控制間內，固態發酵控制間附設有用于調控固態發酵控制間的 空氣溫度調控裝置、用于調控固態發酵控制間的空氣濕度調控裝置、無菌空氣系統和冷卻
4循環水系統；呼吸窗式固態發酵罐為一個薄金屬板結構的長方體形罐體，呼吸窗式固態發 酵罐設有至少1個前開門扇，前開門扇和呼吸窗式固態發酵罐的后壁上分別設有至少2個 呼吸窗；呼吸窗式固態發酵罐外設有磁力耦合驅動的旋渦風泵、循環通風管和循環通風管 水冷卻器，循環通風管上設有氧氣在線監控接口、無菌空氣接口、溫度探頭接口和濕度探頭 接口，循環通風管水冷卻器設有冷卻水進水接口和冷卻水出水接口，呼吸窗式固態發酵罐 底部的4個腳設有軸承的滾輪；呼吸窗式固態發酵罐內設有氣體分布室、平行風導流管、引 流管、氣體匯集室和可移動的淺盤架，淺盤架由上到下可水平放置多層盛有固態培養基的 淺盤，防潮驅動電機通過凸凹連軸器與磁力耦合的旋渦風泵快裝連接。所述固態發酵控制間可分成至少2個小間，每一小間可放置至少2臺呼吸窗式固 態發酵罐。所述呼吸窗式固態發酵罐的前開門扇，可以是單開門扇，雙開門扇或多開門扇，前 開門扇的門框上設有密封圈槽，并裝有耐高溫的密封圈，前開門扇通過鉸鏈安裝在門框上， 當門關閉時，通過下向上翻螺絲、門鎖和安裝在門框上的耐高溫的密封圈實現緊密封。所述呼吸窗式固態發酵罐的呼吸窗可為帶圓角的長方形、圓形或其它形狀的呼吸 窗，每個呼吸窗可安裝有至少1片呼吸膜，所述呼吸膜最好為對0. 3 i! m微粒過濾效率高達 99. 97%的呼吸膜，呼吸膜為耐高溫的有機膜或無機膜，有機膜為聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜 等，無機膜為硅酸鹽纖維膜等，呼吸膜可以是單層或多層組成的混合膜，呼吸膜可讓空氣和 空氣中的水分子自由擴散通過，空氣中的雜菌及其孢子不能通過，呼吸膜通過不銹鋼壓環、 耐高溫的密封圈、螺絲緊密封安裝在呼吸窗的窗口上。所述呼吸窗式固態發酵罐設有一個依次由磁力耦合驅動的旋渦風泵、循環通風 管、循環通風管水冷卻器、氣體分布室、平行風導流管、引流管和氣體匯集室組成的強制通 風供氧導熱循環系統。為了使流過每一層水平放置盛有固態培養基淺盤表面的平行風束， 都有其固定的風道，平行風導流管和引流管都是由上到下分多層水平排列，每一層設至少2 根平行風導流管和引流管，每層的平行風導流管的出口，剛好進入水平排列放置的多個淺 盤一側的邊沿，引流管處在水平排列放置的多個淺盤的另一側，與平行風導流管一一相平 行的對應位置，引流管的一端對著平行風吹來的方向，另一端與氣體匯集室相通。所述發酵罐裝有的通風導熱循環系統設有溫度在線測控儀、循環通風管水冷卻器 和冷卻循環水系統，溫度在線測控儀的溫度測控探頭與溫度測控探頭接口相接，冷卻循環 水系統的出水口和進水口分別通過電磁閥與循環通風管水冷卻器的進水口和出水口相接， 進水口和出水口的電磁閥由溫度在線測控儀控制。所述發酵罐裝有的通風供氧循環系統設有氧氣在線監控器、無菌空氣系統、無菌 空氣接口和氧氣在線監控接口 ；氧氣在線監控器的測控探頭與氧氣在線監控接口相接，無 菌空氣系統的出口與無菌空氣接口通過電磁閥相連接，電磁閥的開關由氧氣在線監控器控 制；當發酵罐內耗氧量過高時，及時自動打開無菌空氣接口的電磁閥充入新鮮的無菌空氣， 同時進行強制通風循環把發酵罐內的氧氣濃度升高到接近正常范圍。所述長方體形罐體可為金屬板結構的長方體形罐體，所述長方體形罐體最好是薄 不銹鋼板外殼和不銹鋼角鋼制的內骨架。所述密封圈可為耐高溫的硅橡膠密封圈或聚四氟乙烯密封圈等。本實用新型提供的呼吸窗式固態發酵系統，是根據熱力學關于熱傳導和物質濃差
5擴散原理設計的，它包括呼吸窗式固態發酵罐和固態發酵控制間，呼吸窗式固態發酵罐處 在固態發酵控制間內，固態發酵控制間附設有空氣溫度調控裝置、空氣濕度調控裝置、無菌 空氣系統和冷卻循環水系統。呼吸窗固態發酵罐內的溫度和濕度，通過調控固態發酵控制 間的溫度和濕度來控制。呼吸窗式固態發酵罐為一個薄金屬板結構的長方體形的罐體，罐 體的前面為前開門扇，前開門扇和后壁上各有至少2個呼吸窗。呼吸窗式固態發酵罐外設 有磁力耦合驅動的旋渦風泵、循環通風管、循環通風管水冷卻器，循環通風管上設有氧氣在 線監控接口，無菌空氣接口和溫度、濕度探頭接口。循環通風管水冷卻器設有冷卻水進水接 口和出水接口。呼吸窗式固態發酵罐下部的四個腳安裝有軸承的滾輪。呼吸窗式固態發酵 罐內有氣體分布室、平行風導流管、引流管、氣體匯集室、可移動的淺盤架，淺盤架由上到下 可水平放置多層盛有固態培養基的淺盤，淺盤架連同裝在淺盤架上的淺盤可用裝卸機自由 裝卸。防潮驅動電機通過凸凹連軸器與磁力耦合的旋渦風泵快裝連接。以上呼吸窗式固態發酵罐的罐體特征和呼吸窗的特征可實現本實用新型的思想 之一，即呼吸窗固態發酵罐內的溫度和濕度，通過調控固態發酵控制間的溫度和濕度來控 制而不會發生雜菌污染。具體原理是呼吸窗裝有的耐高溫的有機膜和無機膜，它可以讓空 氣和空氣中的水分子自由擴散通過，但雜菌及雜菌孢子不能通過。此外發酵罐體，特別是長 方體薄不銹鋼板殼結構的發酵罐體，傳熱面積大，按熱力學關于熱傳導和物質濃差擴散原 理，利用這樣的呼吸窗和罐體材料結構可實現呼吸窗式固態發酵罐的罐內與罐外的物質轉 移和能量傳遞，直至達到平衡。這里所指的物質轉移具體指的是，固態發酵控制間空氣中的 水分子和氧氣分子透過膜向濕度和氧氣濃度較低的罐內擴散轉移，能量傳遞具體指的是罐 內與罐外的熱量由溫度高的一邊向溫度低的一邊傳遞，因此，只要控制固態發酵控制間的 溫度和濕度，便可實現對呼吸窗式固態發酵罐內溫濕度的無菌控制，試驗結果表明，使用方 便，實際可行。由于呼吸窗式固態發酵罐有一個依次由磁力耦合驅動的旋渦風泵、循環通風管、 循環通風管水冷卻器、氣體分布室、平行風導流管、引流管和氣體匯集室組成的強制通風供 氧導熱循環系統，為了使流過每一層水平放置盛有固態培養基淺盤表面的平行風束，都有 其固定的風道，平行風導流管和引流管都是由上到下分多層水平排列，每一層至少2根，每 層平行風導流管的出口，剛好進入水平排列放置的多個淺盤一側的邊沿，引流管的一頭處 在水平排列放置的多個淺盤的另一側，與平行風導流管一一相平行的對應位置，引流管的 另一頭水平與氣體匯集室連通。因此本強制通風循環系統具有以下特點磁力耦合驅動的 旋渦風泵推動循環風以較大的風壓朝一個方向運動，先進入固態發酵罐的氣體分布室形成 正壓，使循環風分別通過由上到下分多層水平排列的導流管，形成平行風束，吹過發酵淺盤 的表面，并把擴散到培養基表層的生物熱帶走，與此同時進行著固態發酵基質顆粒間隙中 的氣體如C02和流動氣流中的02交換，隨時補充固態發酵基質顆粒間隙中消耗的氧，當磁力 耦合驅動的旋渦風泵起動時，使與其直接相通的氣體匯集室內形成負壓，通過一頭水平與 氣體匯集室連通的引流管，將吹過發酵淺盤的表面的平行風吸入匯集室，從而使平行風束 由進入、吹過、離開發酵淺盤表面到進入氣體匯集室，形成一個固定的風道，保證發酵過程 熱質的成功交換和轉移。以上所述的強制通風供氧導熱循環系統的特點還在于發酵罐裝有的通風導熱循 環系統，由溫度在線測控儀、循環通風管水冷卻器和冷卻循環水系統組成，溫度在線測控儀
6的溫度測控探頭與溫度測控探頭接口相接，冷卻循環水系統的出水口和進水口分別通過電 磁閥與循環通風管水冷卻器的進水口和出水口相接；進水和出水口的電磁閥由溫度在線測 控儀控制；當發酵罐內因產生的生物熱使溫度迅速超過控制的上限時，自動打開循環通風 管水冷卻器進水和出水口的電磁閥，通過強制通風循環把發酵罐內的溫度降低到控制值以 下；以上所述的強制通風供氧導熱循環系統的特點還在于發酵罐裝有的通風供氧循 環系統由氧氣在線監控器、無菌空氣系統、無菌空氣接口和氧氣在線監控接口組成；氧氣在 線監控器的測控探頭與氧氣在線監控接口相接，無菌空氣系統的出口與無菌空氣接口通過 電磁閥相連接，電磁閥的開關由氧氣在線監控器控制；當發酵罐內耗氧量過高時，及時打開 無菌空氣接口的電磁閥充入新鮮的無菌空氣，同時進行強制通風循環把發酵罐內的氧氣濃 度升高到接近正常范圍。由此可見，本實用新型的強制通風供氧導熱循環系統，有效解決了淺盤固態發酵 過程中的熱量轉移和氧氣供給，因而為發酵過程微生物的正常生長和產物的形成，創造了 最佳的生長條件。本實用新型提供的呼吸窗式固態發酵系統，是根據熱力學關于熱傳導和物質濃差 擴散原理設計的，可實現本實用新型的目的，既能進行純種培養，又能模塊化擴大生產，能 自動有效控制溫度、濕度和氧氣含量，進行熱和物質的傳遞，能克服現在固態發酵中存在的 一般問題，設備成本低，可移動，適應性廣，可用于生物酶制劑等產業化生產。與現有的技術相比，本實用新型提供的呼吸窗式固態發酵系統，有以下的突出優占.1)根據熱力學原理設計的呼吸窗式固態發酵系統，由于通過調控固態發酵控制間 的溫度和濕度，實現對呼吸窗式固態發酵罐內溫度和濕度的調控，而不必考慮發酵控制間 空氣環境的滅菌，因此具有裝置簡單、結構科學、溫濕度調控方便準確、無雜菌污染、能提高 固態發酵罐利用指數、可完全實現自動化控制，具有現有固態發酵罐溫濕度調控一般技術 不可比擬的優點。2)呼吸窗式固態發酵系統包括呼吸窗式固態發酵罐和固態發酵控制間兩部分組 成。固態發酵控制間是控制呼吸窗式固態發酵進行發酵的場所，利用該系統可實現板塊式 產業化擴大生產。3)提供了一種設計新穎而實用的產生平行風束的強制循環通風導熱和在線氧氣 監控系統，在發酵罐內每層水平排列的發酵淺盤的表面，設有沿固定方向的風道，解決了淺 盤固態酵過程中的生物熱量轉移控制和供氧，保證了微生物發酵最佳生長溫度和氧環境， 而沒有占用罐內的有用空間，罐的利用指數高。4)強制循環通風供氧導熱系統使用的磁力耦合驅動的旋旋渦風泵，風壓高，密封 性好，可防止空氣污染。5)呼吸窗式固態發酵罐外殼為薄不銹鋼板設計，并設有4個帶軸承的滾輪，重量 輕，造價低，可移動，可連同發酵罐整體滅菌，無滅菌死角，可在無菌室接種，實現純培養。6)本實用新型提供的呼吸窗式固態發酵系統，適用范圍廣，可用于多種微生物淺 盤發酵的生產，如生物酶制劑、有機酸，生物醫藥、生物農藥等的生產。
圖1為本實用新型實施例的結構組成框圖。圖2為本實用新型實施例的呼吸窗式固態發酵罐的結構示意圖。圖3為本實用新型實施例的呼吸窗式固態發酵罐的前開門及呼吸窗的結構示意 圖。圖4為本實用新型實施例的呼吸窗式固態發酵罐后壁呼吸窗的結構示意圖。圖5為本實用新型實施例的循環空氣水冷卻器的俯視示意圖。圖6為本實用新型實施例的氣體分布室導流管的分布示意圖。圖中各標記為呼吸窗式固態發酵罐1，固態發酵罐控制間2，防潮驅動電機3，凸 凹快裝連軸器4，旋渦風泵5，連接法蘭盤6，連接法蘭盤7，循環通風管8，氧氣在線監控接口 9，氣體匯集室10，引流管11，發酵淺盤12，循環通風管水冷卻器13，淺盤架14，門扇15，門 框16，鉸鏈17，呼吸窗18，下向上翻螺絲19，冷卻水進水接口 21，冷卻水出水接口 22，平行 風導流管23，氣體分布室24，連接法蘭盤25，空氣溫度調控裝置26，空氣濕度調控裝置27， 無菌空氣系統28，冷卻循環水系統29，溫度測控探頭接口 35，濕度測控探頭接口 36，帶軸承 的滾輪37，無菌空氣接口 38。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的說明。本實用新型設有呼吸窗式固態發酵罐1、固態發酵控制間2和防潮驅動電機3，呼 吸窗式固態發酵罐1設在固態發酵控制間2內，固態發酵控制間2附設有用于調控固態發 酵控制間2的空氣溫度調控裝置26、用于調控固態發酵控制間2的空氣濕度調控裝置27、 無菌空氣系統28和冷卻循環水系統29 ；呼吸窗式固態發酵罐1為一個薄金屬板結構的長 方體形罐體，呼吸窗式固態發酵罐1設有至少1個前開門扇15，前開門扇15和呼吸窗式固 態發酵罐1的后壁上分別設有至少2個呼吸窗18 ；呼吸窗式固態發酵罐1外設有磁力耦合 驅動的旋渦風泵5、循環通風管8和循環通風管水冷卻器13，循環通風管8上設有氧氣在線 監控接口 9、無菌空氣接口 38、溫度探頭接口 35和濕度探頭接口 36，循環通風管水冷卻器 13設有冷卻水進水接口 21和冷卻水出水接口 22，呼吸窗式固態發酵罐1底部的4個腳設 有軸承的滾輪37 ；呼吸窗式固態發酵罐1內設有氣體分布室24、平行風導流管23、引流管 11、氣體匯集室10和可移動的淺盤架14，淺盤架14由上到下可水平放置多層盛有固態培養 基的淺盤12，防潮驅動電機3通過凸凹連軸器4與磁力耦合的旋渦風泵5快裝連接。所述固態發酵控制間2可分成至少2個小間，每一小間可放置至少2臺呼吸窗式 固態發酵罐1。所述呼吸窗式固態發酵罐1的前開門扇15，可以是單開門扇，雙開門扇或多開門 扇，前開門扇的門框16上設有密封圈槽，并裝有耐高溫的密封圈，前開門扇15通過鉸鏈17 安裝在門框16上，當門關閉時，通過下向上翻螺絲19、門鎖20和安裝在門框16上的耐高溫 的密封圈實現緊密封。所述呼吸窗式固態發酵罐1的呼吸窗18可為帶圓角的長方形、圓形或其它形狀的 呼吸窗，每個呼吸窗安裝有至少1片對0. 3 u m微粒過濾效率高達99. 97%的呼吸膜，呼吸膜 為耐高溫的有機膜或無機膜，有機膜為聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜等，無機膜為硅酸鹽纖維
8膜等，呼吸膜可以是單層或多層組成的混合膜，呼吸膜可讓空氣和空氣中的水分子自由擴 散通過，空氣中的雜菌及其孢子不能通過，呼吸膜通過不銹鋼壓環、耐高溫的密封圈、螺絲 緊密封安裝在呼吸窗的窗口上。呼吸窗式固態發酵罐1設有一個依次由磁力耦合驅動的旋渦風泵5、循環通風管 8、循環通風管水冷卻器13、氣體分布室24、平行風導流管23、引流管11和氣體匯集室10組 成的強制通風供氧導熱循環系統；為了使流過每一層水平放置盛有固態培養基淺盤12表 面的平行風束，都有其固定的風道，平行風導流管23和引流管11都是由上到下分多層水平 排列，每一層設至少2根平行風導流管23和引流管11，每層的平行風導流管23的出口，剛 好進入水平排列放置的多個淺盤一側的邊沿，引流管11處在水平排列放置的多個淺盤的 另一側，與平行風導流管23 —一相平行的對應位置，引流管11的一端對著平行風吹來的方 向，另一端與氣體匯集室10相通。發酵罐裝有的通風導熱循環系統設有溫度在線測控儀、循環通風管水冷卻器13 和冷卻循環水系統29，溫度在線測控儀的溫度測控探頭與溫度測控探頭接口 35相接，冷卻 循環水系統29的出水口和進水口分別通過電磁閥與循環通風管水冷卻器13的進水口 21 和出水口 22相接，進水口和出水口的電磁閥由溫度在線測控儀控制。發酵罐裝有的通風供氧循環系統設有氧氣在線監控器、無菌空氣系統28、無菌空 氣接口 38和氧氣在線監控接口 9 ；氧氣在線監控器的測控探頭與氧氣在線監控接口 9相 接，無菌空氣系統28的出口與無菌空氣接口 38通過電磁閥相連接，電磁閥的開關由氧氣在 線監控器控制；當發酵罐內耗氧量過高時，及時自動打開無菌空氣接口 38的電磁閥充入新 鮮的無菌空氣，同時進行強制通風循環把發酵罐內的氧氣濃度升高到接近正常范圍。所述金屬板結構是薄不銹鋼板外殼和不銹鋼角鋼制的內骨架。所述耐高溫的密封圈選用的是硅橡膠密封圈、聚四氟乙烯密封圈等。以下給出采用圖1 6所示的本實用新型的呼吸窗式固態發酵系統生產纖維素酶 的實例。由圖1 6可知，本實用新型的呼吸窗式固態發酵系統，包括呼吸窗式固態發酵罐 1、固態發酵控制間2和防潮驅動電機3，呼吸窗式固態發酵罐1處在固態發酵控制間2內， 固態發酵控制間2附設有空氣溫度調控裝置26、空氣濕度調控裝置27、無菌空氣系統28和 冷卻循環水系統29，呼吸窗固態發酵罐1內的溫度和濕度，通過調控固態發酵控制間2的溫 度和濕度來控制。呼吸窗式固態發酵罐1為一個薄不銹鋼板結構的長方體的罐體，罐體的 前面為門扇15，前門扇15和后壁上設有至少2個呼吸窗18，呼吸窗式固態發酵罐1外設有 磁力耦合驅動的旋渦風泵5、循環通風管8、循環通風管水冷卻器13。循環通風管上設有氧 氣在線監控接口 9、無菌空氣接口 38和溫度探頭接口 35和濕度探頭接口 36。循環通風管 水冷卻器13設有冷卻水進水接口 21和出水接口 22。呼吸窗式固態發酵罐下部的四個腳安 裝有軸承的滾輪37，以便于移動。呼吸窗式固態發酵罐1內設有氣體分布室24、平行風導 流管23、引流管11、氣體匯集室10和可移動的淺盤架14，淺盤架14由上到下可水平放置 多層盛有固態培養基的淺盤12，淺盤架14連同裝在淺盤架上的淺盤12可用裝卸機自由裝 卸。防潮驅動電機3通過凸凹連軸器4與磁力耦合驅動的旋渦風泵5快裝連接。呼吸窗式固態發酵系統固態發酵控制間2，可分成至少2個小間，每一小間至少可 放置2臺呼吸窗式固態發酵罐同時發酵，這樣可實現模塊化擴大生產。[0054]呼吸窗式固態發酵罐1的前開門扇15，可以是單開門扇，雙開門扇或多開門扇，門 框16上有密封圈槽，并裝有耐高溫的密封圈，通過鉸鏈17將門扇安裝在門框16上，當門關 閉時，通過下向上翻螺絲19、門鎖20和安裝在門框上的耐高溫的硅密封圈實現緊密封。呼吸窗式固態發酵罐1的呼吸窗18為帶圓角的長方形、圓形或其它形狀，每個呼 吸窗安裝有至少1片對0. 3 y m微粒過濾效率高達99. 97%的呼吸膜，呼吸膜為耐高溫的有 機膜或無機膜，有機膜包括聚丙烯膜和聚四氟乙烯膜等，無機膜為硅酸鹽纖維膜等，呼吸膜 可以是單層或多層組成的混合膜，呼吸膜可讓空氣和空氣中的水分子自由擴散通過，空氣 中的雜菌及其孢子不能通過，呼吸膜通過不銹鋼壓環、耐高溫的密封圈、螺絲緊密封安裝在 窗口上，耐高溫的密封圈選用的是硅橡膠密封圈。呼吸窗式固態發酵罐1設有依次由磁力耦合驅動的旋渦風泵5、循環通風管8、循 環通風管水冷卻器13、氣體分布室24、平行風導流管23、引流管11和氣體匯集室10組成 的強制通風供氧導熱循環系統，為了使流過每一層水平放置盛有固態培養基淺盤12表面 的平行風束，都有其固定的風道，平行風導流管23和引流管11都是由上到下分多層水平排 列，每一層至少2根。每層平行風導流管23的出口，剛好進入水平排列放置的多個淺盤一 側的邊沿，引流管11的一頭處在水平排列放置的多個淺盤的另一側，與平行風導流管一一 相平行的對應位置。引流管11的另一頭水平與氣體匯集室10連通。上述的強制通風供氧導熱循環系統的發酵罐裝有的通風導熱循環系統，由溫度在 線測控儀、循環通風管水冷卻器13和冷卻循環水系統29組成，溫度在線測控儀的溫度測控 探頭與溫度探頭接口 35相接，冷卻循環水系統29的出水口和進水口分別通過電磁閥與循 環通風管水冷卻器13的冷卻水進水接口 21和冷卻水出水接口 22相接；進水接口和出水接 口的電磁閥由溫度在線測控儀控制；當發酵罐內因產生的生物熱使溫度迅速超過控制的上 限時，自動打開循環通風管水冷卻器進水和出水口的電磁閥，通過強制通風循環把發酵罐 內的溫度降低到控制值以下。上述的強制通風供氧導熱循環系統的發酵罐裝有的通風供氧循環系統由氧氣在 線監控器、無菌空氣系統28、無菌空氣接口 38和氧氣在線監控接口 9組成；氧氣在線監控 器的測控探頭與氧氣在線監控接口 9相接，無菌空氣系統28的出口與無菌空氣接口 38通 過電磁閥相連接，電磁閥的開關由氧氣在線監控器控制。當發酵罐內耗氧量過高時，及時打 開無菌空氣接口 38的電磁閥充入新鮮的無菌空氣，同時進行強制通風循環把發酵罐內的 氧氣濃度升高到接近正常范圍。本實施例使用的菌種為里氏木霉(Trichoderma reesel) 6LZ11，登記入冊編號為 CGMCCNo. 3007。發酵基質為稻草粉、麥麩、尿素、硫酸胺、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、 固液比為1 (1.5 2.0)，pH為4.6 6.5。發酵條件為溫度28 30°C，相對濕度88% 95%，罐內氧氣含量為18% 21%。以下給出生產的工藝流程(1)配料裝盤。按配方配制固態發酵培養基并裝入淺盤，厚度為3 5cm，然后把 裝有培養基的淺盤12放入淺盤架14，再用裝卸機將其裝入呼吸窗式固態發酵罐1內，門關 好，卸下旋渦風泵的磁力防潮驅動電機3 ；(2)滅菌和冷卻。滅菌時(如果耦合磁鐵用的是耐高溫的釤鈷磁鐵，則只要卸下旋 渦風泵的驅動電機3，如果耦合磁鐵用的是不能耐高溫的釹鐵硼磁鐵，則必須連磁力耦合旋
10渦風泵5卸下，進行單獨常溫化學滅菌，滅菌后，在無菌室重新裝上)將已裝有培養基淺盤 的固態發酵罐1，推入蒸氣滅菌鍋中，121 123°C滅菌40 60min后，冷卻到近室溫；(3)接種和發酵培養。將已滅菌冷卻到近室溫的呼吸窗式固態發酵罐，經過緩沖區 和無菌風淋后，進入100級接種室用快速接種系統接種后，將氧氣在線監控器的探針和接 口 9相接，溫濕度測控探頭分別與與接口 35、36連接，再將固態發酵罐1轉入固態發酵控制 間2進行發酵培養；發酵培養時，裝上旋渦風泵的防潮驅動電機3，通過溫度和濕度測控系 統26和27，調控固態發酵控制間2的溫度和濕度，將接口 21、22與冷卻水循環系統29相 接，接口 38與無菌空氣系統28相接，并全部起動固態發酵的控制系統，發酵時間5 6天。4.產品干燥。發酵完成后，將呼吸窗式固態發酵罐1送入產品真空干燥間進行干 燥包裝。5.輻射滅菌。干燥包裝的產品，6°Co輻射滅菌。我國纖維素酶制劑輕工行業標準QB2585-2003規定CMCA_DNS酶活力為2000u/g， 在中試中，連續生產6批，平均CMCA-DNS酶活力為6142u/g，最高達到8006u/g。
權利要求呼吸窗式固態發酵系統，設有呼吸窗式固態發酵罐、固態發酵控制間和防潮驅動電機，其特征在于，呼吸窗式固態發酵罐設在固態發酵控制間內，固態發酵控制間附設有用于調控固態發酵控制間的空氣溫度調控裝置、用于調控固態發酵控制間的空氣濕度調控裝置、無菌空氣系統和冷卻循環水系統；呼吸窗式固態發酵罐為一個薄金屬板結構的長方體形罐體，呼吸窗式固態發酵罐設有至少1個前開門扇，前開門扇和呼吸窗式固態發酵罐的后壁上分別設有至少2個呼吸窗；呼吸窗式固態發酵罐外設有磁力耦合驅動的旋渦風泵、循環通風管和循環通風管水冷卻器，循環通風管上設有氧氣在線監控接口、無菌空氣接口、溫度探頭接口和濕度探頭接口，循環通風管水冷卻器設有冷卻水進水接口和冷卻水出水接口，呼吸窗式固態發酵罐底部的4個腳設有軸承的滾輪；呼吸窗式固態發酵罐內設有氣體分布室、平行風導流管、引流管、氣體匯集室和可移動的淺盤架，淺盤架由上到下可水平放置多層盛有固態培養基的淺盤，防潮驅動電機通過凸凹連軸器與磁力耦合的旋渦風泵快裝連接。
2.如權利要求1所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征在于所述固態發酵控制間分成 至少2個小間，每一小間放置至少2臺呼吸窗式固態發酵罐。
3.如權利要求1所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征在于所述呼吸窗式固態發酵罐 的前開門扇為單開門扇，雙開門扇或多開門扇，前開門扇的門框上設有密封圈槽，密封圈槽 上設有密封圈，前開門扇通過鉸鏈安裝在門框上。
4.如權利要求1所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征在于所述呼吸窗式固態發酵罐 的呼吸窗為帶圓角的長方形呼吸窗或圓形呼吸窗，每個呼吸窗安裝有至少1片呼吸膜。
5.如權利要求4所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征在于所述呼吸膜為對0.3i!m微 粒過濾效率高達99. 97%的呼吸膜，呼吸膜為有機膜或無機膜，有機膜為聚丙烯膜或聚四氟 乙烯膜，無機膜為硅酸鹽纖維膜，呼吸膜為單層或多層組成的混合膜。
6.如權利要求1所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征在于所述呼吸窗式固態發酵 罐設有一個依次由磁力耦合驅動的旋渦風泵、循環通風管、循環通風管水冷卻器、氣體分布 室、平行風導流管、引流管和氣體匯集室組成的通風供氧導熱循環系統；平行風導流管和引 流管都是由上到下分多層水平排列，每一層設至少2根平行風導流管和引流管，每層的平 行風導流管的出口，剛好進入水平排列放置的多個淺盤一側的邊沿，引流管處在水平排列 放置的多個淺盤的另一側，與平行風導流管一一相平行的對應位置，引流管的一端對著平 行風吹來的方向，另一端與氣體匯集室相通。
7.如權利要求6所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征還在于所述通風供氧導熱循環 系統設有溫度在線測控儀、循環通風管水冷卻器和冷卻循環水系統，溫度在線測控儀的溫 度測控探頭與溫度測控探頭接口相接，冷卻循環水系統的出水口和進水口分別通過電磁閥 與循環通風管水冷卻器的進水口和出水口相接，進水口和出水口的電磁閥由溫度在線測控 儀控制。
8.如權利要求6所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征還在于所述通風供氧導熱循環 系統設有氧氣在線監控器、無菌空氣系統、無菌空氣接口和氧氣在線監控接口 ；氧氣在線監 控器的測控探頭與氧氣在線監控接口相接，無菌空氣系統的出口與無菌空氣接口通過電磁 閥相連接，電磁閥的開關由氧氣在線監控器控制。
9.如權利要求1所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征在于所述長方體形罐體是金屬板結構的長方體形罐體，所述長方體形罐體是薄不銹鋼板外殼和不銹鋼角鋼制的內骨架。
10.如權利要求3所述的呼吸窗式固態發酵系統，其特征在于所述密封圈為硅橡膠密 封圈或聚四氟乙烯密封圈。
專利摘要呼吸窗式固態發酵系統，涉及一種固態發酵設備。根據熱力學原理設計的，包括呼吸窗式固態發酵罐和固態發酵控制間，固態發酵控制間設有空氣溫度和濕度調控裝置，無菌空氣和冷卻循環水系統，發酵罐處在固態發酵控制間內，可通過調控固態發酵控制間的溫度和濕度有效控制固態發酵罐內的溫濕度。發酵罐為薄金屬板長方體罐體，罐體的前門門扇和后壁上安有呼吸窗，并設有一個依次由磁力耦合驅動的旋渦風泵、循環通風管、循環通風管水冷卻器、氣體分布室、平行風導流管、引流管和氣體匯集室組成的強制通風供氧導熱循環系統，罐內有可移動的可放多層固態發酵淺盤的淺盤架和淺盤，可進行微生物的純培養，無三廢，適用于生物酶制劑等的產業化生產。
文檔編號C12M1/36GK201605269SQ2009201818
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月16日 優先權日2009年12月16日
發明者吳永慧, 周維金, 彭立娥, 李星洪, 王多祥 申請人:廈門北大泰普科技有限公司