一種淺盤式固體發酵設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種淺盤式固體發酵設備，屬于發酵設備技術領域。
【背景技術】
[0002]迄今為止，已有許多類型的固態發酵反應器問世。B.Lonsane曾經歸納出了 9種不同形式的工業規模的固態發酵反應器:轉鼓式、木盒式、加蓋盤式、垂直培養盒式、傾斜接種盒式、淺盤式、傳送帶式、圓柱式和混合式等。K.E.Aidou也提出了 10種不同形式的固態發酵反應器，但以基質的運動情況則可以分為兩類:①靜態固態發酵反應器，包括淺盤式和塔柱式反應器；?動態固態發酵反應器，包括機械攪拌的簡、栓式和轉鼓式反應器等。真正用于大規模工業化生產的設備很少有定型產品(蔣勤，，2011)。
[0003]固態發酵不同于深層液態發酵，反應基質以固態形式存在，反應體系內的傳遞過程極其復雜，包括氣-固、氣-液、液-固等形式，氣相是其最主要的流動介質，因此固態發酵生物反應器與液體發酵反應器有著顯著的區別；多數固態發酵控制手段通常采用提供宏觀最佳的溫度、含水量、通氣量及適宜PH值來實現發酵控制，反應器的設計也基本上只考慮這幾個方面的調控。在傳統化工中，一碰到固體反應物料的傳質、傳熱問題就是機械翻動，即氣相不動，固相動，連續穩定操作。其翻動的目的就是使顆粒混合，加速反應顆粒之間或與氣相分子間的接觸頻率，并使料層間的氣體由分子擴散變為對流擴散。但對發酵過程中的微生物反應而言，過多的翻動對生長是不利的，使菌絲體斷裂，翻動引起的剪切力對菌體往往會有傷害。
[0004]傳統發酵設備中的厚層通風發酵往往通風不均勻，放大困難，最后也要伴以機械攪拌。翻動固體物料除設備機械密封困難，能耗高，結構復雜，易引起雜菌污染等問題外，最為嚴重的還是培養基易結團，不可能象干硬顆粒物料那樣，機械攪拌達到單顆粒混合尺度。即團塊內部的大量顆粒不受機械翻動的影響，因此變分子擴散為對流擴散的有效性是十分有限的。對菌體而言，實際達不到溫度、濕度、供氧均勻的目的。這就是我們徹底放棄通常意義上的所謂固體培養基連續或間斷運動的動態發酵反應器的根本原因。動態固態發酵反應器內微生物生長較快并且均一，放大過程中所遇到的困難是由于物料運動導致在生長過程中菌絲被傷害，這個問題的嚴重性隨著發酵器容積的增大而增加。此外，在放大過程中還會存在:發酵體系濕度控制，保持不染菌，發酵基質聚集成球狀而影響傳質傳熱等諸多方面的問題。例如，轉鼓式動態固態發酵反應器，菌絲體和培養基顆粒(特別是淀粉和粘性原料)會結成塊。在這些情況下，除了轉鼓的阻力影響外，要分離這些聚合體非常困難。當鼓的轉動速率增大時，剪切力的作用會影響菌絲體的生長。流化床式反應器操作的難易主要取決于顆粒的大小和粒徑分布。一般來說，粒徑分布越窄的細小顆粒越容易保持流化狀態。相反，易聚合成團的顆粒由于撞擊、碰撞難以維持流化狀態。填充床反應器在設計上必須要使床層的干燥最小化，因為床層的干燥會導致床層的濕度變化，進而影響微生物的生長，另外，床層底部到頂部的溫度梯度是不可避免的。壓力脈動固態發酵反應器設計主要是以流體靜力學理論為基礎(固相培養基靜態)，以法向作用力為動力源(氣相動態周期作用力)，強調生物反應器是一個非線性活細胞代謝與周圍環境進行質量、熱量、能量、信息交換的生態系統，是由生命系統和環境系統組成的特定空間，而不是單一的裝置。用無菌空氣對密閉低壓容器的氣相壓力施以周期性脈動。罐體氣相壓力通過無菌空氣進行充壓與泄壓。壓力脈動對固體培養基是靜態，但對氣相則是動態。壓力脈動固態發酵反應器的設備機械結構簡單、易密封，不易染菌，循環風機動力小，無菌空氣用量小，發酵總能耗低，但是會影響菌絲體的生成。
淺盤式反應器，淺盤式生物反應器(Tray B1reactor)這種類型生物反應器非常古老，是最簡單的，特別適合酒曲的加工。以前家庭作坊常用這種類型發酵各種各樣混合在一起的農業原材料。這種技術用于規模化生產比較容易，這是由于只要增加托盤的數目就可以了。盡管這種技術已經廣泛用于工業上(主要是亞洲國家)，這種反應器屬于靜態反應器，操作相對簡單，但裝料量少，要實現大規模生產，可增加淺盤數目。淺盤室內的溫度和濕度容易控制，特別適用于制曲。但這種反應器由于存在對流空氣，散熱效果較差，對淺盤物料的厚度有所限制，并且占地面積較大，固需要耗費一定的人力，但對于中小型的廠家較為合適。
[0005]理想的固態發酵生物反應器有以下特征:(I)用于建造的材料必須堅固、耐腐蝕以及必須對發酵過程的微生物無毒。(2)防止發酵過程污染物的進入同時控制發酵過程的有機體釋放到環境。因為大多數的固態發酵過程含有真菌抱子，它可能是致病的，會對周圍的環境產生危害。(3)有效的通風調節、混合和熱的移除來控制溫度、水活度、氣體的氧濃度等操作參數。(4)維持基質床層內部的均勻性。它同樣對熱量梯度的最小化非常關鍵，是固態發酵過程一個非常重要的因素。總的來說，一個生物反應器的設計應該使以上的操作非常方便，令人滿意。在考慮研制新型固態發酵反應器時，強制通風、溫控，物料不宜長時間處于靜止狀態，能增溫，機械化程度高，易于操作，便于清洗消毒，投資少等因素是關鍵。目前靜態固態發酵反應器在實驗室研宄中應用較為普遍，具體應用時，應根據研宄目的加以簡化，以求經濟節儉，(陳洪章，2001)。如:目前用于人的保健品冬蟲夏草，發酵生產的目的產品是菌物的子實體，在實驗室內一般均采用類似組織培養的方式產生，即把固體培養基裝在培育容器內經過接種，集中在調溫調濕的培養室內進行培養，以獲菌物的子實體。另外有部份為獲得其代謝產物采用液體發酵方式生產，代謝物提取困難。至今沒有發現以動物保健為目的的產品或生產辦法，所采用的設備也是目前市場上通用的固體發酵設備，對菌絲體與活性物的積累產生較大的影響。同時目前針對人類保健品的培養基，往往以大米飯粒配以豆粉等為主料，其粘度大、通氣性差，菌體生長速度慢，也影響活性成份的產生，而且成本較高。因此急需要對傳統的淺盤發酵進行了改進，改進淺盤結構、改善內部空氣的流動性，通入無菌、調濕、調溫空氣，調節發酵設備內部空間的空氣和溫濕度，以滿足菌體生長對氧的需求，提高發酵的效益與產品的質量。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種淺盤式固體發酵設備，改善其內部空氣的流動性，通入無菌、調濕調溫的空氣，以調節發酵設備內部空間的空氣和溫濕度，以滿足菌體生長對氧、溫度、濕度的需求；同時在罐內直接采用空氣干燥，實現發酵、干燥在一個罐內完成，提高發酵的效益與產品的質量；特別是用于提高冬蟲夏草菌飼料添加劑生產質量與效益。
[0007]本發明的目的是以如下方式實現的:
一種淺盤式的固體發酵設備為靜態固態發酵生物反應器，包括罐體(12)，罐體(12)內設多層帶孔的層格的固定床(13)，帶假底的盤(14)置于帶孔的固定床(13)上，每層帶孔的固定床的下方設有照明燈(5);罐體(12)內設有無菌空氣及蒸汽管(4