一种有氧发酵系统及工艺技术方案

本发明专利技术涉及一种有氧发酵系统及工艺，包括：发酵罐，用以使用指定菌种对物料进行发酵、分离罐、至少两个微界面发生器和回流管。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气泡，使微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，从而防止副产物的生成，进一步提高了所述系统的发酵效率。

【技术实现步骤摘要】
一种有氧发酵系统及工艺
本专利技术涉及微生物有氧发酵
，尤其涉及一种有氧发酵系统及工艺。
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有氧发酵系统及工艺，用以克服现有技术中无菌空气不能与物料充分混合从而产生副产物导致的发酵效率低的问题。一方面，本专利技术提供一种有氧发酵系统，包括：发酵罐，用以使用指定菌种对物料进行发酵，所述发酵罐包括：设置在下方，用以装载发酵原料和发酵菌种并为二者的发酵提供反应空间的全混流生化反应区以及设置在上方，用以对发酵后物料进行输送以及气液分离的平推流生化反应区；分离罐，其与所述发酵罐相连，用以对所述发酵罐输出的物料进行分离，以生成气态菌种和发酵液；微界面发生器，其设置在所述全混流生化反应区内的指定位置，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无菌空气，使无菌空气破碎形成直径≥1μm、＜1mm的微米级气泡以提高发酵原料与无菌空气间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将发酵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氧化原料与空气间反应效率；回流管，其分别与所述发酵罐和分离罐相连，用以对发酵罐输出的物料进行预热并在预热后将物料回流至发酵罐或输出至分离罐。进一步地，所述微界面发生器包括：第一微界面发生器，其为一气动式微界面发生器，所述第一微界面发生器设置在所述全混流生化反应区内并位于反应区底部，用以将无菌空气破碎形成微米尺度的微气泡并在破碎完成后将微气泡输出至发酵罐、并与发酵罐内物料混合形成气液乳化物；第二微界面发生器，其为液动式或气液联动式微界面发生器，所述第二微界面发生器设置在所述全混流生化反应区内并位于反应区顶部，用以接收所述回流管输出的物料，使用物料卷吸所述活塞流生化反应区内未充分使用的无菌空气并将无菌空气破碎形成微米尺度的微气泡，并将微气泡与物料混合形成气液乳化物以输出至全混流生化反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲，从而延长微气泡在全混流生化反应区内的停留时间。进一步地，所述发酵罐中全混流生化反应区包括：格栅，其设置在所述发酵罐内部，用以过滤物料中的不可溶颗粒物；pH调节液进料口，其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述格栅上方，用以输送pH调节液以调节物料的pH值；发酵原料进料口，其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述格栅下方，用以输送发酵原料；发酵菌种进料口，其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述发酵原料进料口下方，用以向发酵罐内部输送指定菌种并对发酵原料进行发酵；第一气相进料管道，其设置在所述发酵罐侧壁并与所述微界面发生器相连，用以将无菌空气从侧面输送至所述发酵罐内的微界面发生器中；残渣出口，其设置在所述发酵罐底部，用以将发酵后的残渣排出系统；隔板，其设置于所述发酵罐内壁并位于所述格栅下方，用以阻挡所述发酵原料进口输出的发酵原料和所述发酵菌种进料口输出的细菌产生的波动。进一步地，所述平推流反应区包括：排气管道，其设置在所述发酵罐顶端，用以在发酵罐中物料发酵完成后将尾气排出系统；第二气相进料管道，其设置在所述发酵罐内，且所述第二进料管底端与所述第二微界面发生器相连，第二进料管顶端位于发酵罐内液面上方，用以将发酵罐顶部未使用的无菌空气卷吸至所述发酵罐内的微界面发生器中以使微界面发生器对无菌空气进行破碎；出料口，其设置在所述发酵罐侧壁，用以将发酵完成的物料输出发酵罐；回流进料管道，其设置在所述发酵罐侧壁，用以将所述回流管输出的部分物料输出至发酵罐内的微界面发生器。进一步地，所述回流管包括：循环泵，其与所述发酵罐相连，用以输出发酵罐中发酵完成的物料；换热器，其与所述循环泵相连，用以对循环泵输出的物料进行换热以使物料达到指定温度。进一步地，所述换热器的输出端设有分流管，所述分流管分别与所述发酵罐和所述分离罐相连，用以分别对物料进行回流以及将物料输出至分离罐。进一步地，所述分离罐为一密封罐，包括：进料口，其设置在所述分离罐顶端，用以将所述回流管输出的物料输送至分离罐内部；排气口，其设置在所述分离罐顶端，用以输出气态菌种；出料口，其设置在所述分离罐底端，用以输出分离后的发酵液并将发酵液输送至下一工段。另一方面，本专利技术提供一种有氧发酵工艺，包括：步骤1：通过所述发酵原料进料口将指定种类的发酵原料输送至所述发酵罐中的全混流生化反应区内，并通过所述发酵菌种进料口将指定种类的菌种输送至发酵罐内；步骤2：通过所述第一气相进料管道向所述第一微界面发生器输送无菌空气，第一微界面发生器将无菌空气破碎成微米尺度的微气泡并将微气泡输出至所述发酵罐中的发酵原料中，通过微气泡与发酵原料充分混合以为细菌提供有氧环境；步骤3：细菌与发酵原料在有氧环境下发生反应，发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有氧发酵系统，其特征在于，包括：/n发酵罐，用以使用指定菌种对物料进行发酵，所述发酵罐包括：设置在下方，用以装载发酵原料和发酵菌种并为二者的发酵提供反应空间的全混流生化反应区以及设置在上方，用以对发酵后物料进行输送以及气液分离的平推流生化反应区；/n分离罐，其与所述发酵罐相连，用以对所述发酵罐输出的物料进行分离，以生成气态菌种和发酵液；/n微界面发生器，其设置在所述全混流生化反应区内的指定位置，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无菌空气，使无菌空气破碎形成直径≥1μm、＜1mm的微米级气泡以提高发酵原料与无菌空气间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将发酵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氧化原料与空气间反应效率；/n回流管，其分别与所述发酵罐和分离罐相连，用以对发酵罐输出的物料进行预热并在预热后将物料回流至发酵罐或输出至分离罐。/n

【技术特征摘要】
1.一种有氧发酵系统，其特征在于，包括：
发酵罐，用以使用指定菌种对物料进行发酵，所述发酵罐包括：设置在下方，用以装载发酵原料和发酵菌种并为二者的发酵提供反应空间的全混流生化反应区以及设置在上方，用以对发酵后物料进行输送以及气液分离的平推流生化反应区；
分离罐，其与所述发酵罐相连，用以对所述发酵罐输出的物料进行分离，以生成气态菌种和发酵液；
微界面发生器，其设置在所述全混流生化反应区内的指定位置，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无菌空气，使无菌空气破碎形成直径≥1μm、＜1mm的微米级气泡以提高发酵原料与无菌空气间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将发酵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氧化原料与空气间反应效率；
回流管，其分别与所述发酵罐和分离罐相连，用以对发酵罐输出的物料进行预热并在预热后将物料回流至发酵罐或输出至分离罐。


2.根据权利要求1所述的有氧发酵系统，其特征在于，所述微界面发生器包括：
第一微界面发生器，其为一气动式微界面发生器，所述第一微界面发生器设置在所述全混流生化反应区内并位于反应区底部，用以将无菌空气破碎形成微米尺度的微气泡并在破碎完成后将微气泡输出至发酵罐、并与发酵罐内物料混合形成气液乳化物；
第二微界面发生器，其为液动式或气液联动式微界面发生器，所述第二微界面发生器设置在所述全混流生化反应区内并位于反应区顶部，用以接收所述回流管输出的物料，使用物料卷吸所述活塞流生化反应区内未充分使用的无菌空气并将无菌空气破碎形成微米尺度的微气泡，并将微气泡与物料混合形成气液乳化物以输出至全混流生化反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲，从而延长微气泡在全混流生化反应区内的停留时间。


3.根据权利要求1所述的有氧发酵系统，其特征在于，所述发酵罐中全混流生化反应区包括：
格栅，其设置在所述发酵罐内部，用以过滤物料中的不可溶颗粒物；
pH调节液进料口，其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述格栅上方，用以输送pH调节液以调节物料的pH值；
发酵原料进料口，其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述格栅下方，用以输送发酵原料；
发酵菌种进料口，其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述发酵原料进料口下方，用以向发酵罐内部输送指定菌种并对发酵原料进行发酵；
第一气相进料管道，其设置在所述发酵罐侧壁并与所述微界面发生器相连，用以将无菌空气从侧面输送至所述发酵罐内的微界面发生器中；
残渣出口，其设置在所述发酵罐底部，用以将发酵后的残渣排出系统；
隔板，其设置于所述发酵罐内壁并位于所述格栅下方，用以阻挡所述发酵原料进口输出的发酵原料和所述发酵菌种进料口输出的细菌产生的波动。


4.根据权利要求1所述的有氧发酵系统，其特征在于，所述平推流反应区包括：
排气管道，其设置在所述发酵罐顶端，用以在发酵罐中物料发酵完成后将尾气排出系统；
第二气相进料管道，其设置在所述发酵罐内，且所述第二进料管底端与所述第二微界面发生器相连，第二进料管顶端位于发酵罐内液面上方，用以将发酵罐顶部未使用的无菌空气卷吸至所述...

【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