專利名稱：一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固態(tài)發(fā)酵的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固 體發(fā)酵裝置及其方法。
背景技術(shù)：
固態(tài)發(fā)酵指微生物在沒有或者幾乎沒有游離水的固體培養(yǎng)基上生長、繁殖以及代 謝的過程。固態(tài)發(fā)酵與液體發(fā)酵相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如培養(yǎng)基簡單且來源廣泛；投資少， 能耗低；產(chǎn)物的產(chǎn)率高，后提取工藝簡單等?，F(xiàn)代意義上的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)多為純種培養(yǎng)過程，需要在無雜菌污染的條件下進(jìn)行 生產(chǎn)。所謂發(fā)酵染菌是指在發(fā)酵過程中，生產(chǎn)菌種以外的其他微生物侵入發(fā)酵培養(yǎng)基，從而 使發(fā)酵過程失去了真正意義上的純種培養(yǎng)。雖然人們采取了多種手段和防范措施，如降低 培養(yǎng)基的含水量和PH值來抑制雜菌生長，使用甲醛等殺菌劑，以防止空氣中雜菌進(jìn)入，這 些方法都有一定的局限性。加大接種量和使用封閉式反應(yīng)器被認(rèn)為是最有效的措施，雖然 各種密閉式反應(yīng)器相繼被采用，但所有的操作過程并不都是在嚴(yán)格無菌條件下完成的，所 以仍然無法避免雜菌污染。染菌仍是固態(tài)發(fā)酵中的一個致命弱點(diǎn)，輕者影響目標(biāo)產(chǎn)物的收 率和產(chǎn)品質(zhì)量，重者導(dǎo)致發(fā)酵“倒罐”，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。造成固態(tài)發(fā)酵染菌的因素是多方面的，其中，接種技術(shù)是造成固態(tài)發(fā)酵染菌的主 要因素之一。固態(tài)發(fā)酵從規(guī)模上可分為搖瓶培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)室小試、中試和工業(yè)規(guī)模。對搖瓶 中固體培養(yǎng)基的接種多是在潔凈工作臺上進(jìn)行，基本能達(dá)到嚴(yán)格意義上的無菌操作，一般 不易染菌。而固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器，連有滅菌和供無菌空氣管路，以及控制系統(tǒng)，在潔凈工作臺 上無菌接種不方便，也不實(shí)際。目前，固體發(fā)酵的滅菌多采用在放置反應(yīng)器的無菌室內(nèi)對空氣進(jìn)行紫外滅菌，后 打開反應(yīng)器，對實(shí)消過的固體培養(yǎng)基接種、拌種，再對反應(yīng)器密封后進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵。由于操 作空間大、時間長，各種雜菌，尤其是空氣中真菌孢子的侵染難以避免，所以固態(tài)發(fā)酵中染 菌現(xiàn)象仍得不到徹底的解決。在應(yīng)用中，工業(yè)規(guī)模的固態(tài)發(fā)酵，主要采用對培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí) 消，其接種多采用在蒸料罐中對降溫后的固體培養(yǎng)基進(jìn)行接種、拌種操作，再進(jìn)入主發(fā)酵罐 進(jìn)行培養(yǎng)。但由于操作復(fù)雜，需要多個設(shè)備和管路才能完成，就增加了染菌的機(jī)率。一般固體發(fā)酵過程中，由于固體培養(yǎng)基不能象液體發(fā)酵中培養(yǎng)基可以完全均勻混 合，菌體和培養(yǎng)基間可輕松地實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱。而常規(guī)的發(fā)酵反應(yīng)器按培養(yǎng)基的運(yùn)動狀態(tài)分有兩種，即靜態(tài)和動態(tài)反應(yīng)器。一般 的靜態(tài)反應(yīng)器，如淺盤式、圓柱式、培養(yǎng)盒式等等，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于溫度和濕度難以控 制，以及傳氧傳熱困難，很難實(shí)現(xiàn)工程放大，而逐漸被動態(tài)反應(yīng)器所取代。動態(tài)反應(yīng)器包括 轉(zhuǎn)鼓式、攪動式以及流化床式等。它們采用培養(yǎng)基和發(fā)酵罐進(jìn)行相對運(yùn)動，有效地提高了傳 熱，傳氧，但由于機(jī)械部件較多，一方面易染菌，對純種培養(yǎng)不利，另一方面培養(yǎng)基的相對運(yùn) 動易損傷生長良好的固體菌絲體，使發(fā)酵過程產(chǎn)生了障礙。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)中固體發(fā)酵的染菌，及菌體和培養(yǎng)基間較難 實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱等問題，從而提出一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置及其方法。本發(fā)明將從培養(yǎng)基滅菌、無菌接種、培養(yǎng)以及補(bǔ)料等發(fā)酵過程的各環(huán)節(jié)入手，設(shè)計 完整的固態(tài)發(fā)酵無菌培養(yǎng)的裝置和方法，以克服固態(tài)發(fā)酵過程中染菌問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝 置，包括固體發(fā)酵罐、液體種子罐、補(bǔ)液罐4、空氣壓縮機(jī)8、緩沖罐7、空氣過濾器6和蒸汽 發(fā)生器5 ；其中，所述的空氣壓縮機(jī)8、緩沖罐7和空氣過濾器6依次連接，用于產(chǎn)生無菌空 氣，其特征在于，所述的固體發(fā)酵裝置還包括文丘里管2 ；所述的文丘里管2的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣閥門10與所述的空氣過濾器6相連；所述的 文丘里管2的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐1，該固體發(fā)酵罐1上設(shè)有泄壓閥門9，用于控 制出氣、泄壓；所述的文丘里管2的喉部分別通過種子罐3、補(bǔ)料罐4的出料端閥門11、13連 接種子罐3和補(bǔ)料罐4的出口端；所述的進(jìn)氣閥門10與所述的文丘里管2之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器5、 補(bǔ)料罐4、液體種子罐3的氣路端閥門15、14、12連接蒸汽發(fā)生器5、補(bǔ)料罐的進(jìn)口端4和液 體種子罐3的進(jìn)口端；在高速氣流通過文丘里管2時，由于喉部氣體的流速增加形成負(fù)壓將液體種子或 補(bǔ)料液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐1的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接 種和無菌補(bǔ)料。所述的固體發(fā)酵罐為臥式或者立式壓力密閉容器，容器內(nèi)部安置淺盤式支架或傳 送帶式支架，用于堆放固體培養(yǎng)基。所述的液體種子罐3為液體深層發(fā)酵罐，該罐底部的管路與所述的補(bǔ)料罐4底部 的管路分別經(jīng)消毒閥門16、17連接至蒸汽發(fā)生器5，進(jìn)一步地用產(chǎn)生的蒸汽對種子罐中的 液體培養(yǎng)基、或補(bǔ)料罐中的水和營養(yǎng)液進(jìn)行實(shí)消。為實(shí)現(xiàn)上述的另一目的，本發(fā)明還提出了一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體 發(fā)酵方法，該方法利用了文丘里管2，所述的文丘里管2的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣閥門10與所述的 空氣過濾器6相連；所述的文丘里管2的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐1，該固體發(fā)酵罐1 上設(shè)有泄壓閥門9，用于控制出氣、泄壓；所述的文丘里管2的喉部分別通過種子罐3、補(bǔ)料 罐4的出料端閥門11、13連接種子罐3和補(bǔ)料罐4的出口端；所述的進(jìn)氣閥門10與所述的文丘里管2之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器5、 補(bǔ)料罐4、液體種子罐3的氣路端閥門15、14、12連接蒸汽發(fā)生器5、補(bǔ)料罐4、液體種子罐 3 ；在高速氣流通過文丘里管2時，由于喉部氣體的流速增加形成負(fù)壓將液體種子或 補(bǔ)液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐1的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接種 和無菌補(bǔ)料；具體步驟包括1)空氣依次通過空氣壓縮機(jī)8、緩沖罐7和空氣過濾器6，經(jīng)進(jìn)氣閥門10與所述的 文丘里管2進(jìn)氣端相連，用于提供無菌空氣；
2)所述的蒸汽發(fā)生器5的氣路端閥門15打開時，產(chǎn)生的蒸汽用于對固體發(fā)酵罐中 的固體培養(yǎng)基進(jìn)行原位滅菌；3)所述的液體種子罐3的氣路端閥門12和出料端閥門11打開時，文丘里管2借 助無菌空氣吸入液體種子，形成氣霧，噴入固體培養(yǎng)基，完成無菌接種；4)所述的補(bǔ)料罐4的氣路端閥門14和出料端閥門13打開時，文丘里管2借助無 菌空氣吸入水或營養(yǎng)液，形成氣霧，噴入固體培養(yǎng)基，完成無菌補(bǔ)料；5)所述的固體發(fā)酵罐1的泄壓閥門9打開，控制出氣，用于泄壓，對固體培養(yǎng)基和 菌體施以周期性的充壓與泄壓以強(qiáng)化固體發(fā)酵中的傳質(zhì)、傳熱和氣體交換的特點(diǎn)，降低發(fā) 酵時間。所述的方法還包括通過打開液體種子罐3和補(bǔ)料罐4底部的消毒閥門16、17，分 別利用蒸汽發(fā)生器5產(chǎn)生的蒸汽對液體種子罐3的液體培養(yǎng)基、或補(bǔ)料罐4中的水和營養(yǎng) 液進(jìn)行實(shí)消。所述的固體發(fā)酵采用強(qiáng)制通風(fēng)或者周期變壓方式進(jìn)行，期間可采用氣相運(yùn)送無菌 水和液體營養(yǎng)液進(jìn)行補(bǔ)料，整個過程均在密閉空間內(nèi)完成。本發(fā)明對固體和液體培養(yǎng)基采用原位滅菌的方法可大大降低染菌的可能性。由于 常規(guī)固體培養(yǎng)基在滅菌罐滅菌后進(jìn)行接種時需機(jī)械或人工攪拌，還要通過各種裝置轉(zhuǎn)入發(fā) 酵罐，因此，每增加一個操作環(huán)節(jié)，經(jīng)過一個設(shè)備或管路就會增加染菌的機(jī)會，本發(fā)明在配 制好固體培養(yǎng)基后放置在發(fā)酵罐的培養(yǎng)架上直接原位滅菌將給正常純種發(fā)酵打下良好的 基礎(chǔ)，確保發(fā)酵的順利進(jìn)行。本發(fā)明采用的氣相接種方式是依靠氣流輸送完成對固體培養(yǎng)基的接種，即在嚴(yán)格 無菌條件下，制備種子液或孢子粉，然后利用無菌空氣將菌液或孢子輸送到已實(shí)消過的固 態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)中。而文丘里管是在化工領(lǐng)域應(yīng)用的一個裝置。其原理是理想的流體在管道中 流動時，在同一管道的任一截面的動能和壓力能的總和是不變的，但是能量的形式可以互 相轉(zhuǎn)換。文丘里管是利用流體在其收縮段(喉部)中流速的增加，形成一定程度的真空或 負(fù)壓，從而將另一種流體吸入。本發(fā)明利用文氏管的工作原理，使高速氣流通過文氏管，由 于喉部氣體的流速增加，形成負(fù)壓將液體種子吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體 培養(yǎng)基中，完成無菌接種的目的。文氏管接種時一般選擇菌懸液作為種子液，同時，為防止 種子液過于粘稠，不利于抽提，可選擇適宜的種子液培養(yǎng)時間，以獲得較佳的操作粘度。首先為保證無菌接種，本發(fā)明的思路是采用培養(yǎng)基靜止?fàn)顟B(tài)，而利用氣相作為手 段進(jìn)行接種和補(bǔ)液、以及強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱。因?yàn)樵诠腆w發(fā)酵中氣相無處不在，可以迅速到達(dá) 培養(yǎng)基，是最有效的調(diào)控手段，同時對于菌絲體沒有什么傷害。因此在發(fā)酵過程中，為保障 氣流接種后分布在固體培養(yǎng)基表面的菌體迅速生長，本發(fā)明可采用周期變壓發(fā)酵方法來實(shí) 現(xiàn)。周期變壓固態(tài)發(fā)酵方法的原理是氣相壓力脈動在單顆粒水平上可將分子擴(kuò)散變 為對流擴(kuò)散，在傳遞界面上產(chǎn)生周期性法向作用力，大大加強(qiáng)傳遞速率，從而明顯強(qiáng)化發(fā)酵 過程中的傳質(zhì)、傳熱和氣體交換。操作時在密閉反應(yīng)器中對培養(yǎng)介質(zhì)和菌體施以周期性的 充壓與泄壓而進(jìn)行的發(fā)酵過程。因而利用周期變壓可明顯強(qiáng)化固體發(fā)酵中的傳質(zhì)、傳熱和 氣體交換的特點(diǎn)，可顯著降低發(fā)酵時間，提高發(fā)酵效率。由于在固體發(fā)酵中，好氧菌在對數(shù)期生長時需要大量的氧氣，所以加大了周期變壓的頻率，因而培養(yǎng)基中的水分會大量散失，進(jìn)而引起培養(yǎng)基表面干燥，變得堅硬，從而會 影響菌體的繼續(xù)生長。尤其在一些培養(yǎng)周期較長的發(fā)酵過程中，及時在發(fā)酵過程中補(bǔ)充水 分，有的還有必要補(bǔ)加營養(yǎng)液。這點(diǎn)在常規(guī)的發(fā)酵中進(jìn)行這種操作是有一定難度的，常常會 帶入雜菌。而本發(fā)明采用文丘里管可以輕松地將滅菌后的無菌水、液體營養(yǎng)液或者緩沖液， 用來補(bǔ)充長時間發(fā)酵發(fā)生的菌體需要的水分、營養(yǎng)以及調(diào)節(jié)PH值。本發(fā)明針對固體反應(yīng)器接種不便和易染菌的問題，由以上各個環(huán)節(jié)的精密設(shè)計， 確保了整個固體發(fā)酵過程的順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了“嚴(yán)格滅菌、氣流接種、變壓發(fā)酵、無菌補(bǔ)料” 的全封閉的固態(tài)發(fā)酵。所述的蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生的蒸汽對發(fā)酵罐內(nèi)的固體培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)消，也可以對種 子罐中的液體培養(yǎng)基和補(bǔ)料罐中的水或者營養(yǎng)液進(jìn)行實(shí)消。所述的一種新型的培養(yǎng)基滅菌、無菌接種、培養(yǎng)和補(bǔ)料的固態(tài)發(fā)酵方法是先對發(fā) 酵所需的固體和液體培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌，液體菌種培養(yǎng)完成后，采用氣相通過文丘里管輸送 到固體培養(yǎng)基上接種，進(jìn)行固體發(fā)酵，期間可采用氣相運(yùn)送水和營養(yǎng)液進(jìn)行補(bǔ)料。所述的培養(yǎng)基滅菌的固態(tài)發(fā)酵方法，是采用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽對發(fā)酵罐內(nèi)的 固體培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)消，而且也可以對種子罐中的液體培養(yǎng)基和補(bǔ)料罐中的水或者營養(yǎng)液進(jìn) 行實(shí)消。該固態(tài)發(fā)酵方法是利用無菌空氣快速流經(jīng)文丘里管時喉部產(chǎn)生的負(fù)壓，液體菌液 隨氣流輸送進(jìn)入發(fā)酵罐，并接種至固體培養(yǎng)基上。而且在發(fā)酵過程中采用無菌氣流輸送無 菌水和培養(yǎng)液，對固體基進(jìn)行補(bǔ)料；全部發(fā)酵過程均在密閉空間內(nèi)完成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)利用氣流經(jīng)過文丘里管產(chǎn)生的負(fù)壓可直接將菌種送入發(fā)酵罐中，直接隨發(fā)酵 通氣進(jìn)行操作，操作簡單，方便快速，而且采用氣相為輸送相，節(jié)省能耗。在發(fā)酵過程中還采 用該方法可補(bǔ)充無菌水和營養(yǎng)液；(2)利用文氏管將液體菌種接種到固體培養(yǎng)基上，無需另外添加設(shè)備，投資小，效 果好；(3)采用氣相進(jìn)行變壓發(fā)酵的方法實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)基內(nèi)外的熱量和物質(zhì)的充分的交 換，大大強(qiáng)化了發(fā)酵中的傳質(zhì)傳熱，明顯提高了發(fā)酵效率，縮短了發(fā)酵時間；(4)整個發(fā)酵過程的滅菌、接種、補(bǔ)料和發(fā)酵的操作完全在密閉的反應(yīng)器和管路中 進(jìn)行，與外界環(huán)境隔絕，杜絕了染菌的可能；(5)所有固體發(fā)酵的環(huán)節(jié)中沒有固體物料的攪拌和翻動，避免對正常生長過程中 的菌絲的破壞。另外，該系統(tǒng)還可以用于對固體和液體培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌，針對固體反應(yīng)器接種不 便和易染菌的問題，尤其在以氣相作為主要動力源進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱，以氣相為流動相進(jìn)行 液體菌種的接種，可以不破壞發(fā)酵過程形成的良好菌絲。因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了“嚴(yán)格滅菌、氣 流接種、變壓發(fā)酵、無菌補(bǔ)料”的全封閉的固態(tài)發(fā)酵，具有操作簡單、不易染菌、能耗低、不破 壞菌絲、產(chǎn)率高的特點(diǎn)。
圖1本發(fā)明提供的固態(tài)發(fā)酵裝置圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1固體發(fā)酵的菌種為維涅蘭德固氮菌(A. vinelandii)。首先配置固氮菌的液體培養(yǎng) 基，加入種子罐3中，打開消毒閥門16通入蒸汽，對培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)消。冷卻后接入從斜面制 得的菌懸液，在30°C培養(yǎng)，攪拌速度為130rpm。培養(yǎng)IOh后得到均勻流動性良好的液體菌 種。期間準(zhǔn)備固體培養(yǎng)基(先配置液體培養(yǎng)基，再按固液比1 3加入草泥炭)，放置在固 體發(fā)酵罐1的淺盤上，料層高度為2cm。打開氣路端閥門15用蒸汽對固體培養(yǎng)基在120°C 進(jìn)行滅菌30min，然后冷卻至30°C。待液體菌種培養(yǎng)結(jié)束后開啟空壓機(jī)，以及氣路端閥門15、12和出料端閥門11，調(diào) 節(jié)空氣速度為12m7hr。當(dāng)空氣經(jīng)緩沖罐、過濾器快速流經(jīng)文丘里管時，菌液由種子罐3進(jìn) 入主空氣管路，隨無菌空氣以細(xì)小液滴狀態(tài)攜帶進(jìn)入主發(fā)酵罐1中。進(jìn)入反應(yīng)器1后由于 氣速迅速降低，菌液沉降到固體培養(yǎng)基上，接種量為10%?？刂坪媒臃N速度，經(jīng)過20min完 成接種。然后關(guān)閉出料端閥門11和氣路端閥門12，打開閥門9，控制溫度在30°C，調(diào)節(jié)氣 量，進(jìn)行固體發(fā)酵。定時開關(guān)泄壓閥門9和進(jìn)氣閥門10，采用周期變壓方法進(jìn)行培養(yǎng)，壓力 在OMI^a和1. 之間周期變動，繼續(xù)在30°C培養(yǎng)72hr后即可完成發(fā)酵。發(fā)酵完成后經(jīng)過 檢測沒有發(fā)現(xiàn)雜菌，固氮菌活菌數(shù)達(dá)到了 750億/g，纖維素酶(FPA)產(chǎn)量為8.58IU g—1。實(shí)施例2固體發(fā)酵的菌種為維涅蘭德固氮菌(A. vinelandii)。首先配置固氮菌的液體培養(yǎng) 基，加入種子罐3中，打開消毒閥門16通入蒸汽，對培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)消。冷卻后接入從斜面制 得的菌懸液，在30°C培養(yǎng)，攪拌速度為130rpm。培養(yǎng)IOh后得到均勻流動性良好的液體菌 種。期間準(zhǔn)備固體培養(yǎng)基(先配置液體培養(yǎng)基，再按固液比1 3加入草泥炭)，放置在固 體發(fā)酵罐1的淺盤上，料層高度為2cm。打開氣路端閥門15用蒸汽對固體培養(yǎng)基在120°C 進(jìn)行滅菌30min，然后冷卻至30°C。待液體菌種培養(yǎng)結(jié)束后開啟空壓機(jī)，以及氣路端閥門15、氣路端閥門12和出料端 閥門11，調(diào)節(jié)空氣速度為12m7hr。當(dāng)空氣經(jīng)緩沖罐、過濾器快速流經(jīng)文丘里管時，菌液由 種子罐3進(jìn)入主空氣管路，隨無菌空氣以細(xì)小液滴狀態(tài)攜帶進(jìn)入主發(fā)酵罐1中。進(jìn)入反應(yīng) 器1后由于氣速迅速降低，菌液沉降到固體培養(yǎng)基上，接種量為10%?？刂坪媒臃N速度，經(jīng) 過20min完成接種。然后關(guān)閉出料端閥門11和氣路端閥門12，打開泄氣閥門9，控制溫度 在30°C，調(diào)節(jié)氣量，進(jìn)行固體發(fā)酵。定時開關(guān)泄壓閥門9和進(jìn)氣閥門10，采用周期變壓方法 進(jìn)行培養(yǎng)，壓力在OMPa和1. 之間周期變動，繼續(xù)在30°C培養(yǎng)72hr后即可完成發(fā)酵。 發(fā)酵完成后經(jīng)過檢測沒有發(fā)現(xiàn)雜菌，固氮菌活菌數(shù)達(dá)到了 750億/g，纖維素酶(FPA)產(chǎn)量為 8. 58IU再進(jìn)行種子液的培養(yǎng)，在30°C下培養(yǎng)12hr后，調(diào)節(jié)空氣流速為15m3/hr，接種至固 體培養(yǎng)基上，固體培養(yǎng)基的料層厚度為km，接種量為10%。繼續(xù)發(fā)酵。在固體發(fā)酵過程中打開消毒閥門17對補(bǔ)料罐中的水進(jìn)行實(shí)消，并冷卻待用。當(dāng)固 體培養(yǎng)基水含量低于50%時，打開出料端閥門13和氣路端閥門14，無菌水會以水霧狀吹 入發(fā)酵罐中，給固體培養(yǎng)基補(bǔ)充水分。采用周期變壓方法進(jìn)行培養(yǎng)，壓力在OMPa和2. OMPa 之間周期變動，高低壓維持時間分別為2分鐘和5分鐘。整個發(fā)酵周期為80hr，纖維素酶 (FPA)產(chǎn)量為 9. 05IU g4。
實(shí)施例3發(fā)酵菌種為斜臥青霉(Penicilliumdecumbens)。先進(jìn)行種子液的培養(yǎng)，在30°C下培養(yǎng)20hr后，調(diào)節(jié)空氣流速為2. 0m3/hr，接種至 固體培養(yǎng)基上(以粒徑2mm左右的麥秸為固體基質(zhì))，固體培養(yǎng)基的料層厚度為3cm，接種 量為10%。采用周期變壓方法進(jìn)行培養(yǎng)，壓力在0.5MI^和l.SMI^a之間周期變動，高低壓 維持時間分別為3分鐘和3分鐘。繼續(xù)發(fā)酵期間保持反應(yīng)器的濕度在50 80%，如濕度 低于設(shè)定值，則將滅菌后的無菌水通過氣流以霧狀送入反應(yīng)器中。整個發(fā)酵周期為114hr， β -Gase 達(dá)到 38. 85IU g-1。實(shí)施例4發(fā)酵菌種為斜臥青霉(Penicilliumdecumbens)。先進(jìn)行種子液的培養(yǎng)，在30°C下培養(yǎng)20hr后，調(diào)節(jié)空氣流速為2. 0m3/hr，接種至 固體培養(yǎng)基上(以粒徑2mm左右的麥秸為固體基質(zhì))，固體培養(yǎng)基的料層厚度為3cm，接種 量為10%。采用周期變壓方法進(jìn)行培養(yǎng)，壓力在0.5MI^和l.SMI^a之間周期變動，高低壓 維持時間分別為3分鐘和3分鐘。繼續(xù)發(fā)酵期間保持反應(yīng)器的濕度在50 80%，如濕度 低于設(shè)定值，則將滅菌后的無菌水通過氣流以霧狀送入反應(yīng)器中。整個發(fā)酵周期為114hr， β -Gase 達(dá)到 38. 85IU g-1。先進(jìn)行種子液的培養(yǎng)，在30°C下培養(yǎng)18hr后，調(diào)節(jié)空氣流速為2. 2m3/hr，接種至 固體培養(yǎng)基上，固體培養(yǎng)基的料層厚度為3cm，接種量為10%。采用周期變壓方法進(jìn)行培 養(yǎng)，壓力在OMI^a和1.5MI^之間周期變動。發(fā)酵期間將滅菌后的液體培養(yǎng)基以水霧狀送入 反應(yīng)器中，補(bǔ)充到固體培養(yǎng)基上，以滿足發(fā)酵中菌體生長的需要。整個發(fā)酵周期為120hr， β -Gase 高達(dá) 40. 14IU g-1。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置，包括固體發(fā)酵罐(1)、液體種子 罐(3)、補(bǔ)液罐(4)、空氣壓縮機(jī)(8)、緩沖罐(7)、空氣過濾器(6)和蒸汽發(fā)生器(5)；其中， 所述的空氣壓縮機(jī)(8)、緩沖罐(7)和空氣過濾器(6)依次連接，用于產(chǎn)生無菌空氣；其特 征在于，所述的固體發(fā)酵裝置還包括文丘里管O)；所述的文丘里管( 的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣閥門(10)與所述的空氣過濾器(6)相連；所述 的文丘里管O)的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐(1)，該固體發(fā)酵罐(1)上設(shè)有泄壓閥門 (9)，用于控制出氣以泄壓；所述的文丘里管O)的喉部分別通過種子罐(3)、補(bǔ)料罐(4)的 出料端閥門(11、13)連接種子罐(3)和補(bǔ)料罐的出口端；所述的進(jìn)氣閥門(10)與所述的文丘里管( 之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器 (5)、補(bǔ)料罐(4)、液體種子罐(3)的氣路端閥門(15、14、12)連接蒸汽發(fā)生器(5)、補(bǔ)料罐的 進(jìn)口端(4)和液體種子罐(3)的進(jìn)口端；在高速氣流通過文丘里管O)時，由于喉部氣體的流速增加形成負(fù)壓將液體種子或補(bǔ) 料液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐(1)的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接 種和無菌補(bǔ)料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置，其特征在于， 所述的固體發(fā)酵罐為臥式或者立式壓力密閉容器，容器內(nèi)部安置淺盤式支架或傳送帶式支 架，用于堆放固體培養(yǎng)基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置，其特征在于， 所述的液體種子罐C3)為液體深層發(fā)酵罐，該罐底部的管路與所述的補(bǔ)料罐(4)底部的管 路分別經(jīng)消毒閥門(16、17)連接至蒸汽發(fā)生器(5)，進(jìn)一步地用產(chǎn)生的蒸汽對種子罐中的 液體培養(yǎng)基、或補(bǔ)料罐中的水和營養(yǎng)液進(jìn)行實(shí)消。
4.一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵方法，該方法利用了文丘里管O)，所 述的文丘里管( 的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣閥門(10)與所述的空氣過濾器(6)相連；所述的文丘 里管O)的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐(1)，該固體發(fā)酵罐(1)上設(shè)有泄壓閥門(9)，用 于控制出氣、泄壓；所述的文丘里管O)的喉部分別通過種子罐(3)、補(bǔ)料罐的出料端 閥門(11、13)連接種子罐(3)和補(bǔ)料罐(4)的出口端；所述的進(jìn)氣閥門(10)與所述的文丘里管( 之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器 (5)、補(bǔ)料罐(4)、液體種子罐(3)的氣路端閥門(15、14、12)連接蒸汽發(fā)生器(5)、補(bǔ)料罐 (4)、液體種子罐(3)；在高速氣流通過文丘里管O)時，由于喉部氣體的流速增加形成負(fù)壓將液體種子或補(bǔ) 液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐(1)的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接種 和無菌補(bǔ)料；具體步驟包括1)空氣依次通過空氣壓縮機(jī)(8)、緩沖罐(7)和空氣過濾器(6)，經(jīng)進(jìn)氣閥門(10)與所 述的文丘里管(2)進(jìn)氣端相連，用于提供無菌空氣；2)所述的蒸汽發(fā)生器( 的氣路端閥門(1 打開時，產(chǎn)生的蒸汽用于對固體發(fā)酵罐中 的固體培養(yǎng)基進(jìn)行原位滅菌；3)所述的液體種子罐(3)的氣路端閥門(12)和出料端閥門(11)打開時，文丘里管(2) 借助無菌空氣吸入液體種子，形成氣霧，噴入固體培養(yǎng)基，完成無菌接種；4)所述的補(bǔ)料罐⑷的氣路端閥門(14)和出料端閥門(13)打開時，文丘里管(2)借 助無菌空氣吸入水或營養(yǎng)液，形成氣霧，噴入固體培養(yǎng)基，完成無菌補(bǔ)料；5)所述的固體發(fā)酵罐(1)的進(jìn)氣閥門(10)和泄壓閥門(9)打開或關(guān)閉，以控制進(jìn)氣和 出氣，對固體培養(yǎng)基和菌體施以周期性的充壓與泄壓以強(qiáng)化固體發(fā)酵中的傳質(zhì)、傳熱和氣 體交換，減少發(fā)酵時間，提高發(fā)酵效率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵方法，其特征在于， 所述的方法還包括通過打開液體種子罐C3)和補(bǔ)料罐(4)底部的消毒閥門(16、17)，分別 利用蒸汽發(fā)生器( 產(chǎn)生的蒸汽對液體種子罐(3)的液體培養(yǎng)基、或補(bǔ)料罐中的水和 營養(yǎng)液進(jìn)行實(shí)消。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵方法，其特征在于， 所述的固體發(fā)酵采用強(qiáng)制通風(fēng)或者周期變壓方式進(jìn)行，期間可采用氣相運(yùn)送無菌水和液體 營養(yǎng)液進(jìn)行補(bǔ)料，整個過程均在密閉空間內(nèi)完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣相接種和補(bǔ)料的純種培養(yǎng)的固體發(fā)酵裝置，其特征在于，該裝置還包括文丘里管；所述的文丘里管的進(jìn)氣端通過氣路閥門與所述的空氣過濾器相連；所述的文丘里管的出氣端連接所述的固體發(fā)酵罐，該固體發(fā)酵罐上設(shè)有泄壓的閥門；所述的文丘里管的喉部分別通過種子罐、補(bǔ)料罐的出料端閥門連接種子罐和補(bǔ)料罐的出口端；所述的氣路閥門與文丘里管之間的氣路上，還分別通過蒸汽發(fā)生器、補(bǔ)料罐、液體種子罐的氣路端閥門連接蒸汽發(fā)生器、補(bǔ)料罐的進(jìn)口端和液體種子罐的進(jìn)口端；高速氣流通過文丘里管時喉部氣體的流速增加形成負(fù)壓將液體種子或補(bǔ)料液吸入，并與氣體混合，形成氣霧后，噴入固體發(fā)酵罐的固體培養(yǎng)基中，完成無菌接種和無菌補(bǔ)料。
文檔編號C12P1/00GK102102081SQ20091024198
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者張小勇, 李佐虎, 肖傳緒, 莫海濤 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所