本实用新型专利技术属于生物工程装备领域，涉及一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置，包括：发酵罐、超声波换能器支架、支架连接件、超声波换能器、高频连接线、搅拌轴、搅拌桨、超声波发生器、超声波振子和不锈钢焊接短管；所述搅拌轴设于罐体内部，且与发酵罐同轴设置；搅拌轴的一端设有电机，另一端设有搅拌桨；在发酵罐的内部阵列设置多个超声波换能器支架，超声波换能器支架上设有多个超声波换能器，内壁设有多个超声波振子；超声波振子通过高频连接线与超声波发生器电性连接。本实用新型专利技术的装置解决了传统超声发酵装置超声波易衰减、作用不均匀而导致的促进发酵效果不明显和产品品质不稳定的问题。产品品质不稳定的问题。产品品质不稳定的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置
[0001]本技术属于生物工程装备领域，具体涉及一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置。
技术介绍
[0002]由于微生物生长繁殖周期长、发酵底物与微生物的物质交换速率低等原因，导致发酵周期很长，产物的得率也较低，这是生物发酵转化的重要阻碍因素。
[0003]超声波作为一种物理学手段在强化农产品加工增值加工中有广泛应用，超声波在农产品有效成分提取、食品杀菌、细胞破碎、均质乳化、促进传热传质等方面已经显示了突出的应用价值，特别是在超声波促进发酵方面也表现出良好的应用前景，国内外许多报道表明，低强度超声波可促进发酵微生物增殖、提高发酵效率和产物得率。例如专利技术专利“一种固态发酵饼粕制备低聚肽的方法(CN201410390337.8)”中公开了一种采用扫频超声辅助微生物发酵的方法，采用扫频超声辅助培养枯草芽孢杆菌、酵母菌及黑曲霉，在同等条件下与无超声培养相比，种子液中菌数分别可提高116～290％、63％～152％以及160～264％，发酵饼粕生产的低聚肽得率比对照试验提高13.5％～46.4％，产品中蛋白质含量提高8.97％～15.2％，肽含量提高14.3％～36.7％。在超声辅助发酵设备方面也有不少报道，如专利技术专利“一种超声强化生物反应器(CN201110033778.9)”、“设有超声波发生装置的发酵罐(CN103952294B)”以及技术专利“一种超声辅助气升式发酵装置(CN208318170U)”等，均显示利用这些超声辅助发酵装置可有效提高发酵效率。
[0004]目前已报道的各类超声辅助发酵装置，其超声波的作用方式主要分为外贴式和内置式两类。如专利技术专利CN201110033778.9所述的“一种超声强化生物反应器”即属于外贴式超声作用方式，在发酵罐外壁贴上多组超声振子，使超声波透过罐壁作用于物料。这类超声辅助发酵装置的弊端在于：(1)发酵罐外壁有热水夹套用于发酵过程保温，如在发酵罐外壁贴超声振子，会破坏保温夹套的连续性，影响保温效果，并增加了发酵罐设备制造的工艺复杂性；(2)罐壁会导致超声波衰减，尤其是大型发酵罐比较厚，声能衰减严重，工业化大型发酵罐直径可达数米，中心区域的物料很难受到超声辐射处理。因此外贴式超声不适用于大型发酵罐。
[0005]关于内置式超声辅助发酵装置，目前已报道的如专利技术专利“设有超声波发生装置的发酵罐(CN103952294B)”以及技术专利“一种超声辅助气升式发酵装置(CN208318170U)”等，一般采用圆盘的形式，置于罐底或罐顶。这类装置存在的主要问题在于，工业化发酵罐高达10m甚至20m以上，只从罐体一端进行超声处理，超声辐射的区域只在那一端较小范围内，对罐内液体处理非常不均匀，或因超声处理不足而不能显现促进发酵的效果，如果一味提高超声功率，则可能产生因超声过度辐射导致微生物死亡的问题。
[0006]因此，要将超声强化发酵技术应用于大型工业发酵罐，面临着要克服超声传导效率低或作用不均匀等技术难题，是目前国内生物工程领域迫切需要突破的卡脖子问题。
技术实现思路
[0007]本技术的目的是提供一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置，通过在发酵罐内壁均衡挂置多组超声换能器，直接作用于发酵液，克服因大型发酵罐壁厚使得声能衰减严重、以及因发酵罐直径和高度大，使得超声作用不均匀的难题，从而避免传统超声辅助发酵装置在大型发酵罐的促进发酵效果不明显、以及产品品质不稳定等问题发生。
[0008]为了实现以上目的，本技术采用的技术方案如下：
[0009]一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置，所述装置包括发酵罐、超声波换能器支架、支架连接件、超声波换能器、高频连接线、搅拌轴、搅拌桨、超声波发生器、超声波振子和不锈钢焊接短管；
[0010]所述搅拌轴设于发酵罐的内部，且搅拌轴与发酵罐同轴设置；所述搅拌轴的一端设有电机，用于驱动搅拌轴运转；另一端设有多个搅拌桨；
[0011]在发酵罐的内部阵列设置多个超声波换能器支架，所述超声波换能器支架和搅拌轴平行设置；
[0012]所述超声波换能器支架上设有多个超声波换能器；所述超声波换能器内壁设有多个超声波振子；所述超声波振子通过高频连接线与超声波发生器电性连接。
[0013]优选的，所述搅拌桨具体为4
‑
6个，平行设置在搅拌轴上。
[0014]优选的，所述超声波换能器支架沿着发酵罐内壁从顶部悬挂至底部；所述超声波换能器支架为多段式设置；具体由多节不锈钢管组成，每节不锈钢管的两头有法兰，通过卡箍密封连接；所述每节不锈钢管上包含3～5个超声波换能器，纵向等距分布。
[0015]优选的，所述超声波换能器支架由3～5节316L不锈钢管制成，各节之间通过316L不锈钢快装卡箍密封连接；所述不锈钢管的内径为2～5cm。
[0016]优选的，所述超声波换能器为不锈钢薄板制成的立方体结构，通过不锈钢焊接短管焊接悬挂于超声波换能器支架表面。
[0017]优选的，所述超声波换能器朝向发酵罐中心的一侧内壁上设有3～6个超声波振子；所述高频连接线的一端连接超声波振子，另一端穿过不锈钢焊接短管和超声波换能器支架，经超声波换能器支架的上部顶端伸出，与超声波发生器电性连接。
[0018]优选的，所述超声波发生器的超声波为固定频率模式(定频模式)或扫频模式，固定频率模式是指超声波工作过程中频率不变，扫频模式是指超声波工作过程中频率围绕中心频率作周期性上下波动；
[0019]所述定频模式的频率范围为15～200kHz；所述扫频模式频率范围为15
±
2～200
±
2kHz，为中心频率+扫频幅度；即中心频率范围为15～200kHz，在每一个中心频率工作时的扫频幅度范围为
±
0.5～
±
2kHz。
[0020]优选的，所述超声波振子单个的功率范围为5～20W。
[0021]还提供一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置的发酵方法，具体如下：
[0022]步骤1：首先对发酵罐实罐灭菌，灭菌条件为115℃、8～15min；然后在发酵罐内接种发酵物种子液进行发酵，根据发酵物的不同，设定相应的发酵条件进行发酵：
[0023]步骤2：在发酵开始后的0～12h后开启超声波发生器，进行超声波辐射处理，超声
波作用模式为定频或扫频模式，超声波频率范围为15～200kHz或15
±
2kHz～200
±
2kHz，单个超声波换能器功率范围15～120W，超声波处理时间为0.5～12h，处理结束关闭超声波发生器；
[0024]步骤3：在超声波辐射处理过程中及处理结束后，发酵罐均按照步骤1设定条件进行发酵，直至发酵结束；
[0025]步骤4：发酵结束后排空罐内发酵液，进行罐体的清洗，清洗过程中开启超声波发生器，设定相应的工作频率、工作时间进行清洗本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置，其特征在于，所述装置包括发酵罐(1)、超声波换能器支架(2)、支架连接件(3)、超声波换能器(4)、高频连接线(5)、搅拌轴(6)、搅拌桨(7)、超声波发生器(8)、超声波振子(9)和不锈钢焊接短管(10)；所述搅拌轴(6)设于发酵罐(1)的内部，且搅拌轴(6)与发酵罐(1)同轴设置；所述搅拌轴(6)的一端设有电机，用于驱动搅拌轴(6)运转；另一端设有多个搅拌桨(7)；在发酵罐(1)的内部阵列设置多个超声波换能器支架(2)，所述超声波换能器支架(2)和搅拌轴(6)平行设置；所述超声波换能器支架(2)上设有多个超声波换能器(4)；所述超声波换能器(4)内壁设有多个超声波振子(9)；所述超声波振子(9)通过高频连接线(5)与超声波发生器(8)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置，其特征在于，所述搅拌桨(7)具体为4
‑
6个，平行设置在搅拌轴(6)上。3.根据权利要求1所述的一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置，其特征在于，所述超声波换能器支架(2)沿着发酵罐(1)内壁从顶部悬挂至底部；所述超声波换能器支架(2)为多段式设置；具体由多节不锈钢管组成，每节不锈钢管的两头有法兰，通过卡箍密封连接；所述每节不锈钢管上包含3～5个超声波换能器(4)，纵向等距分布。4.根据权利要求3所述的一种适用于大型发酵罐的挂壁式超声波强化发酵装置，其特征在于，所述超声波换能器...
【专利技术属性】
技术研发人员：何荣海，马海乐，代春华，张荣，吴本刚，许海宁，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。