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酿造系统、具有此种系统的生物反应器及其实施方法技术方案

技术编号:37507623 阅读:28 留言:0更新日期:2023-05-07 09:45
该酿造系统旨在安装到生物反应器上,该生物反应器尤其可以用在牛奶和奶酪工厂、发酵面食生产单元、啤酒厂、酿酒单元或者甚至在有氧或无氧环境中的低温发酵单元、尤其是用于保存蔬菜目的的乳酸发酵单元、废水处理站、具有温度控制或不具有温度控制的养鱼池塘中。根据本发明专利技术,该酿造系统包括:

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】酿造系统、具有此种系统的生物反应器及其实施方法


[0001]本专利技术涉及一种用于或多或少粘稠的流体环境的具有非破坏性正位移的慢酿造方法,该方法还可选地确保热载体的作用,并有利于生物反应器中生物扰动区的安装和维护。

技术介绍

[0002]下面,将首先介绍酿造和加热的模式,以及好氧或厌氧类型的生物反应器和发酵罐的生物活化。
[0003]生物反应器是人工生态系统,其在部分或完全封闭的室内安装、保护、促进和维持目标生物活性,最常见的是微生物,也就是说存在细菌群、酵母或两者。无论是自然的还是因为它们在生物反应器中的发展,包含在其中的具有生物化学营养作用的流体可以或多或少是粘性的,但是在大多数情况下,它们必须酿造出均匀化的效果以允许例如:
[0004]‑
沉积层位絮凝颗粒的垂直和水平移动,以加强或完善营养作用,如生物氧化作用。
[0005]‑
惰性颗粒在专用区域的选择性沉积或它们的定期排空可能是有利的。
[0006]‑
一般来说,在中等振幅和低频率下产生膨胀型的缓慢湍流。
[0007]‑
底物中热量的均匀扩散。
[0008]‑
底物和细菌群、生物反应物、酶和辅酶之间的均匀、快速或强烈的交换。
[0009]‑
生物源或外源气体在底物中的扩散。
[0010]‑
固/液相分离。
[0011]‑
防止抑制聚结,例如形成浮动硬壳或固体沉积物。
[0012]就酿造的结构效率而言,不应质疑液压装置(例如确保底物强力再循环的泵)或机械装置(例如板、螺旋桨或旋转筛)的酿造能力。然而,当微生物群落受到它们的影响时,在生物活性环境中无一例外地形成的结节或簇中的集合被部分破坏,这无疑在统计学上或几何学上增加了给定体积中微生物的扩散,但也成比例地降低了它们的活力。事实上,公认的是,细菌结构形成于共生体的最小基础上,更是如此,以支持功能性共生,同样地,酵母需要处于渗透位置的酶的存在,然而,这些组装体的重建需要能量和材料,通常是生物膜,并且这些代谢成本导致了对底物上所需营养的损害。
[0013]关于加热,对于这些底物来说,要求精确的、渐进的和非破坏性的热调节也是非常常规的,这通常通过隔水炖锅(Bain Marie)型系统或通过在临界温度下注射中性溶剂(例如水)来获得。在这两种情况下,接触或侵入的热源和待加热的底物之间的热梯度必须很弱。为此,传热流体和交换表面的质量必须相对较大,例如比浸入式电加热器大得多。众所周知,通常高于70℃的高温对细菌群有害,但是在浸入式电加热器或供应蒸汽的线圈的接触区域,很快达到并超过该温度,对生物参数甚至对底物的性质产生决定性的损害(例如美拉德(MAILLARD)反应)。
[0014]本专利技术可以针对大量的农用工业。后者使用的方法必须结合上述参数,相对于微
生物群落和酵母的加热和酿造参数。这些特别是牛奶和奶酪工厂、发酵面食生产、啤酒厂、酿酒以及所有在有氧或无氧环境中的低温发酵单元、特别是用于保存蔬菜的乳酸发酵。
[0015]如下所述,在嗜温或嗜热厌氧甲烷消化器中,特别需要非破坏性正位移的脉冲酿造和具有弱梯度的精确惯性加热的组合。
[0016]用于处理废水的方法也将有利地受益于该方法,以在具有颗粒污泥的系统中,在加热或不加热的情况下,在罐底产生缓慢膨胀效应,或者简单地通过需氧生物氧化效应来增强微氧化效应。
[0017]如下所述,在嗜温或嗜热厌氧甲烷消化器中,特别需要具有膨胀效应的非破坏性正位移的脉冲酿造和具有弱梯度的精确惯性加热的组合。
[0018]事实上,通过生物消化处理有机物首先受到生物学的限制,这些限制试图尊重旨在创造和维持有利于这种类型的生物氧化所特有的微生物的生态系统的技术。简而言之,可以说是生物消化器,其在生物反应器中接收并维持严格厌氧的微生物种群,这些微生物被引导在由置于溶液中的液体或固体物质组成的有机底物上生长和繁殖。本质上,这些特定的微生物种群在空气中缺乏氧气的情况下发展了生物氧化的活性。只有当这种营养作用典型的三个细菌群构成平衡的生态系统时才可能发生反应,使得在细菌合成代谢(水解,然后嗜酸和产乙酸)过程中作为废物产生的大部分还原等价物(碳和氢原子)最终进入甲烷(产甲烷)时。所讨论的细菌种类复杂且相对多样,但它们的生化特征和生态学的主要原理却是众所周知的。它们通常分为三类:
[0019]‑
水解和发酵细菌。
[0020]‑
产乙酸细菌。
[0021]‑
产甲烷细菌。
[0022]厌氧生物反应器形成的人工生态系统的管理需要动态干预,以确保某些必要的物理

化学条件,例如pH值、温度和氧化还原电位以及营养需求。可消化碳的可用性对于避免挥发性脂肪酸或额外铵存在下的致命抑制以及优化甲烷的生产尤其重要。
[0023]厌氧消化的最佳pH值位于中性附近。这是每个细菌群的最佳pH值的结果:酸化细菌的pH值位于5.5和6之间,产乙酸细菌偏向接近中性的pH值,而产甲烷细菌在6和8之间的pH值范围内具有最大活性。然而,厌氧消化可以发生在微酸性或碱性环境中。
[0024]产甲烷菌群的活性与温度密切相关。可以限定最佳温度的两个范围:嗜温区(在35℃和38℃之间)和嗜热区(在55℃和60℃之间),在这些温度的任一侧活性降低。大多数细菌种类是在嗜温环境中分离的,但是厌氧消化步骤的所有营养群都具有嗜热性种类,其使用与嗜温性细菌相同的代谢途径,具有类似或更好的性能。尽管如此,仍有可能在与最佳温度不同的温度下工作,但性能较差。
[0025]关于氧化还原电位,该参数代表系统的还原状态,它影响产甲烷菌的活性。除了缺氧,这些细菌确实需要低于330mV的氧化还原电位来启动它们的生长。
[0026]关于营养和代谢需求,像任何微生物一样,形成产甲烷菌群的每种细菌都需要充足的大量营养物(C、N、P、S)和微量营养物以供其生长。根据描述细胞(C5H9O3N)组成的原始公式,可以粗略地评估对大量营养素的需求。对于产甲烷菌,培养基中的碳(以化学需氧量(COD)表示)、氮和磷的浓度必须至少是COD/N/P的比例为400/7/1。
[0027]铵是它们主要的氮源。某些种类捕获氮分子,而其他种类需要氨基酸。对氮的需求
占生物量挥发性干物质的11%,对磷的需求是氮的1/5。
[0028]产甲烷菌具有高浓度的铁硫(Fe

S)蛋白,铁硫蛋白在电子传递系统和辅酶合成中起重要作用。因此,电池中硫的最佳浓度在1mM至2mM(mmol/L)之间变化。这种细菌群通常使用还原形式,如硫化氢。产甲烷菌吸收矿物形式的磷。
[0029]某些微量营养素是产甲烷菌生长所必需的。尤其是镍、铁和钴。事实上,它们是参与其代谢的辅酶和蛋白质的成分。镁是必不可少的,因为它在甲烷合成的最终反应中起作用,钠在三磷酸腺苷(ATP)合成的化学渗透过程中出现。
[0030]有一些生长因子刺激某些产本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种酿造系统(2、3、4、5、7、50、51、70、71),旨在设置在特别是生物反应器(I)中,所述生物反应器(I)在特别是牛奶和奶酪工厂、发酵面食生产单元、啤酒厂、酿酒单元或者甚至是在有氧或无氧环境中的低温发酵单元、特别是用于保存蔬菜的乳酸发酵单元、废水处理站、具有温度控制或没有温度控制(热或冷)的养鱼池塘中实施,所述酿造系统允许搅拌被允许进入生物反应器的反应体积的反应物质其特征在于,所述酿造系统包括:

至少一个柔性且密封类型的酿造室(2、3),每个酿造室旨在全部或部分地浸没在所述反应体积中,

用于接收称为填充流体的流体的装置(4),每个室的外部体积根据允许进入所述室的填充流体的体积而变化,

用于输送填充流体的装置(5、50、51、7、70、71),所述装置一方面能够确保填充流体在所述酿造室(2、3)和用于接收填充流体的装置(4)之间的循环,优选在闭合回路中,另一方面能够改变允许进入每个酿造室的填充流体的体积。2.根据前述权利要求所述的酿造系统,其中,所述填充流体是传热液体,特别是水或就侵蚀性参数而言的等效液体。3.根据前述权利要求中任一项所述的酿造系统,其中所述酿造系统包括至少两个酿造室(2、3),并且其中用于转移填充流体的装置(5、50、51、7、70、71)能够增加第一室(2)中填充流体的体积,同时减少第二室(3)中填充流体的体积,然后减少第一室中填充流体的体积,同时增加第二室中填充流体的体积。4.根据前述权利要求中任一项所述的酿造系统,其中,所述柔性且密封的室(2、3)包括内层(25)和外层(26),所述外层对腐蚀性液体和反应物质的材料特性具有高阻力,而所述内层对填充流体具有较低阻力,所述填充流体能够是水或传热流体。5.根据前述权利要求所述的酿造系统,其中,所述外层(26)设有由纤维形成的涂层(27),所述纤维分布成形成柔性垫,能够有利于细菌生物量在室中的固定。6.根据前述权利要求中任一项所述的酿造系统,其中,对于每个酿造室,所述输送装置包括两个不同的管道,其中一个(50、51)允许填充流体从接收装置(4)朝向所述室(2、3)到达,另一个(70、71)允许填充流体从所述室朝向接收装置离开。7.根据前述权利要求中任一项所述的酿造系统,其中,所述接收装置(4)包括用于存储所述填充流体的容器(4),所述容器配备有用于加热所述流体的装置。8.根据前述权利要求中任一项所述的酿造系统,其中,所述酿造系统还包括用于控制填充流体温度的装置(8、80),所述装置能够将反应体积的温度保持在合适的值范围内。9.根据前述权利要求中任一项所述的酿造...

【专利技术属性】
技术研发人员:JL
申请(专利权)人:朱亚公司
类型:发明
国别省市:

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