用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器及其釀酒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器及其釀酒發(fā)酵系統(tǒng)，包括設(shè)置于發(fā)酵容器內(nèi)的用于盛裝固定化細胞碳纖維球的磁性容腔體，所述磁性容腔體表面均布有通孔；所述磁性容腔體馬氏體不銹鋼空心球，所述不銹鋼空心球包括以可拆卸式固定連接構(gòu)成可容納固定化細胞碳纖維球的上半球和下半球；利用碳纖維可控成球、防酸堿、耐腐蝕的特點，經(jīng)與磁性的防酸堿、耐腐蝕的多孔生物反應(yīng)器相結(jié)合，發(fā)酵過程中磁性容器能滿足充分與發(fā)酵原料接觸時間和接觸面積，具有高傳質(zhì)效率，無論是時間還是空間上，物料上的生命活動均呈現(xiàn)立體多樣性，發(fā)酵結(jié)束后只需通過電動磁力吊從窖池中吸取出不銹鋼球，經(jīng)過短暫的活化后又可進行下輪次發(fā)酵，能進行多輪次發(fā)酵，簡化操作步驟，節(jié)約勞動力，同時提高生產(chǎn)效率。
【專利說明】
用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器及其釀酒系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及釀酒技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器及其釀酒系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]固定化細胞是在固定化酶的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，即利用化學(xué)或物理手段將游離細胞定位于限定的空間區(qū)域并使其保持活性和可以反復(fù)使用的一種基礎(chǔ)技術(shù)。固定化細胞保持了細胞的生命活動能力，它不但比游離細胞的發(fā)酵更具有優(yōu)越性，而且比固定化酶有更多的優(yōu)點，比如:它免除了破碎細胞來提取胞內(nèi)酶的手續(xù)，降低制備成本;細胞生長停滯時間短，細胞多，反應(yīng)快，抗污染能力強，可以連續(xù)發(fā)酵，反復(fù)使用，應(yīng)用成本低;酶在細胞內(nèi)的環(huán)境中穩(wěn)定性較高，完整細胞固定化后，酶活力的損失較少等。固定化細胞技術(shù)雖然具有廣闊的應(yīng)用前景，但大多是在實驗室規(guī)模上進行研究，要真正實用化或工業(yè)應(yīng)用，還有以下問題需要解決:I)固定化細胞的穩(wěn)定性問題，由于固定化的材料對微生物的毒性、固定化條件、固定化過程中的放熱等都對細胞有影響而使部分細胞失活;2)固定化細胞批量生產(chǎn)裝置的開發(fā)，這是固定化細胞技術(shù)從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用的重要一步;3)廉價耐用的固定化載體及復(fù)合固定化技術(shù)的研究與開發(fā);4)高效固定化反應(yīng)器的開發(fā)。當(dāng)前，固定化細胞技術(shù)的生產(chǎn)能力和在工業(yè)上應(yīng)用的可行性，在很大程度上取決于反應(yīng)器的構(gòu)造。因此，這些問題的成功解決，特別是固定化細胞批量生產(chǎn)裝置，即固定化細胞生物反應(yīng)器的開發(fā)對于固定化細胞技術(shù)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用將起到極大地促進作用，并將顯著提高工廠的生產(chǎn)效率和節(jié)約生產(chǎn)成本，從而有力地提高我國產(chǎn)品的競爭力?，F(xiàn)有的固定化細胞發(fā)酵中，一般采用單一菌株菌株純種或者是限定菌株混合發(fā)酵，其采用的生物反應(yīng)器是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的密閉容器固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器，其存在的缺點是發(fā)酵過程中傳質(zhì)效率低，發(fā)酵結(jié)束后需要通過人工對反應(yīng)器進行搬運，設(shè)備投資大，操作能耗高，很難實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，尤其是針對多輪次發(fā)酵，其操作強度和難度都較大，很難滿足多輪次發(fā)酵的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器及其釀酒發(fā)酵系統(tǒng)，使發(fā)酵過程中磁性容器能滿足充分與發(fā)酵原料接觸時間和接觸面積，具有高傳質(zhì)效率，能進行多輪次發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后只需通過電動磁力吊從窖池或其他發(fā)酵容器中吸取出不銹鋼球，經(jīng)過短暫的活化后又可進行下輪次發(fā)酵，簡化操作步驟，節(jié)約勞動力，同時提高生產(chǎn)效率。
[0004]本發(fā)明的用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器，包括設(shè)置于發(fā)酵容器內(nèi)的用于盛裝多個固定化細胞碳纖維球的磁性發(fā)酵反應(yīng)器本體，所述發(fā)酵反應(yīng)器本體表面均布有通孔；
[0005]進一步，所述發(fā)酵反應(yīng)器本體為馬氏體不銹鋼空心球，所述不銹鋼空心球包括以可拆卸式固定連接構(gòu)成可容納固定化細胞碳纖維球的上半球和下半球；
[0006]進一步，所述上半球和下半球為螺紋固定連接，所述上半球/下半球開口緣部外表面設(shè)置有外螺紋，所述所述下半球/上半球開口緣部內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)螺紋；
[0007]進一步，所述通孔徑向分布于不銹鋼空心球表面，所述通孔總表面積占不銹鋼空心球表面的10_20% ；
[0008]進一步，所述不銹鋼空心球直徑為10_15cm，所述通孔的孔徑為0.2-0.4cm。
[0009]本發(fā)明還公開一種釀酒發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵容器和盛裝有固定化細胞碳纖維球的磁性發(fā)酵反應(yīng)器以及通過磁力取放發(fā)酵反應(yīng)器的電動磁力吊，發(fā)酵結(jié)束后通過電動磁力從發(fā)酵容器中吸取出發(fā)酵反應(yīng)器經(jīng)活化處理后進行下輪次發(fā)酵；
[0010]進一步，所述發(fā)酵反應(yīng)器以8-12個/m2放入發(fā)酵容器的上層、中層或下層；
[0011 ]進一步，所述發(fā)酵容器為窖池，所述發(fā)酵反應(yīng)器的固定化細胞碳纖維球裝填量不超過發(fā)酵反應(yīng)器體積的80-90% ;
[00?2] 進一步，所述固定化細胞碳纖維球的直徑為0.6_2cm。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器及其釀酒系統(tǒng)，利用碳纖維可控成球、防酸堿、耐腐蝕的特點，經(jīng)與磁性的防酸堿、耐腐蝕的多孔生物反應(yīng)器相結(jié)合，發(fā)酵過程中磁性容器能滿足充分與發(fā)酵原料接觸時間和接觸面積，具有高傳質(zhì)效率，無論是時間還是空間上，物料上的生命活動均呈現(xiàn)立體多樣性，發(fā)酵結(jié)束后只需通過電動磁力吊從發(fā)酵容器中吸取出不銹鋼球，經(jīng)過短暫的活化后又可進行下輪次發(fā)酵，能進行多輪次發(fā)酵，簡化操作步驟，節(jié)約勞動力，同時提高生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0015]圖1為本發(fā)明的用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為裝有固定化細胞碳纖維球的發(fā)酵容器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為釀酒發(fā)酵系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明的窖池用或其他用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器，包括設(shè)置于發(fā)酵容器內(nèi)的用于盛裝多個固定化細胞碳纖維球3的設(shè)置有蓋體的發(fā)酵反應(yīng)器本體I，所述發(fā)酵反應(yīng)器本體I表面均布有通孔2;通過將固定化細胞碳纖維球3裝填于具有防酸堿、耐腐蝕和磁性的多孔磁性容器中進行連續(xù)型發(fā)酵，混合效果好，發(fā)酵過程中滿足充分的接觸時間和接觸面積，具有高傳質(zhì)效率，能進行多輪次發(fā)酵，表面的均布的通孔2是產(chǎn)菌細胞吸收環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)和進行傳質(zhì)的通道，確保固態(tài)發(fā)酵過程中的宏觀傳質(zhì)過程與微觀傳質(zhì)效率高，根據(jù)發(fā)酵反應(yīng)器本體I的容腔大小裝填若干個碳纖維球，碳纖維球之間的間隙形成傳質(zhì)通道，使傳質(zhì)更均勻，發(fā)酵更充分，在發(fā)酵結(jié)束后，只需通過電動磁力設(shè)備(如電動磁力吊)將發(fā)酵反應(yīng)器本體I吸取出來，無需人工搬運，效率高，節(jié)約勞動力，又不影響發(fā)酵容器(窖池)4的環(huán)境，將取出的發(fā)酵反應(yīng)器本體I經(jīng)直接經(jīng)活化處理后又可進入下輪次發(fā)酵。
[0019]本實施例中，所述發(fā)酵反應(yīng)器本體I馬氏體不銹鋼空心球，所述不銹鋼空心球包括以可拆卸式固定連接構(gòu)成可容納固定化細胞碳纖維球3的上半球和下半球;可拆卸式固定連接構(gòu)成容納固定化細胞碳纖維球3的腔體方便補料，確保半連續(xù)型發(fā)酵的進行，碳纖維球的直徑直接影響物質(zhì)的擴散通量，影響發(fā)酵過程中最高效的傳質(zhì)效率，因此，碳纖維球的直徑過大或過小都不利于物質(zhì)的擴散，進而影響傳質(zhì)效率，只有將不銹鋼空心球I的大小與碳纖維球的大小相匹配才能保證物質(zhì)間擴散流通速度，進而達到最高的傳質(zhì)效率，因此，所述碳纖維球的直徑為0.6-2cm，優(yōu)選為I cm。
[0020]本實施例中，所述上半球和下半球為螺紋固定連接，所述上半球/下半球開口緣部外表面設(shè)置有外螺紋，所述所述下半球/上半球開口緣部內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)螺紋;結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，可重復(fù)利用，設(shè)備利用率高。
[0021]本實施例中，所述通孔2徑向分布于不銹鋼空心球表面，所述通孔2總表面積占不銹鋼空心球表面的10-20%;優(yōu)選為所述通孔2總表面積占不銹鋼空心球表面的15%;均布的通孔2是產(chǎn)菌細胞吸收環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)和進行傳質(zhì)的通道，確保固態(tài)發(fā)酵過程中的宏觀傳質(zhì)過程與微觀傳質(zhì)效率高，因此通孔2的分布不宜過多，過多會影響結(jié)構(gòu)的整體強度，也不宜過少，過少會影響傳質(zhì)通道的順暢性，進而影響傳質(zhì)速度。
[0022]本實施例中，所述不銹鋼空心球直徑為10-15cm，所述通孔2的孔徑為0.2-0.4cm；優(yōu)選為孔徑為0.3cm;將不銹鋼空心球的大小與碳纖維球的大小相匹配才能保證物質(zhì)間擴散流通速度，進而達到最高的傳質(zhì)效率。
[0023]本實施例的釀酒發(fā)酵系統(tǒng)，包括發(fā)酵容器4和放置于發(fā)酵容器4內(nèi)的盛裝有固定化細胞碳纖維球3的磁性發(fā)酵反應(yīng)器I以及通過磁力取放發(fā)酵反應(yīng)器I的電動磁力吊，發(fā)酵結(jié)束后通過電動磁力從發(fā)酵容器4內(nèi)中吸取出發(fā)酵反應(yīng)器I經(jīng)活化處理后進行下輪次發(fā)酵;在發(fā)酵結(jié)束后，只需通過電動磁力設(shè)備(如電動磁力吊)將磁性容腔體I吸取出來，無需人工搬運，效率高，節(jié)約勞動力，又不影響發(fā)酵容器4的環(huán)境，將取出的發(fā)酵容器I經(jīng)直接經(jīng)活化處理后又可進入下輪次發(fā)酵。
[0024]本實施例中，所述發(fā)酵反應(yīng)器I以8-12個/m2放入發(fā)酵容器4的上層、中層或下層；優(yōu)選為10個/m2;分布發(fā)酵容器4內(nèi)的發(fā)酵反應(yīng)器I之間形成有效的傳質(zhì)通道，保證發(fā)酵容器4內(nèi)發(fā)酵反應(yīng)器I中生物體的自動調(diào)節(jié)和發(fā)酵產(chǎn)物的排出，使固態(tài)發(fā)酵過程中的宏觀傳質(zhì)過程與微觀傳質(zhì)效率高。
[0025]本實施例中，所述發(fā)酵容器4為窖池，所述發(fā)酵反應(yīng)器I的固定化細胞碳纖維球3裝填量不超過發(fā)酵反應(yīng)器I體積的80-90% ;優(yōu)選為85% ;根據(jù)發(fā)酵反應(yīng)器I的容腔大小裝填若干個碳纖維球，碳纖維球之間的間隙形成傳質(zhì)通道，使傳質(zhì)更均勻，發(fā)酵更充分。
[0026]本實施例中，所述固定化細胞碳纖維球3的直徑為0.6-2cm;優(yōu)選為1.5cm;提供有效的傳質(zhì)通道，碳纖維球的直徑直接影響物質(zhì)的擴散通量，影響發(fā)酵過程中最高效的傳質(zhì)效率，因此，碳纖維球的直徑過大或過小都不利于物質(zhì)的擴散，進而影響傳質(zhì)效率，只有將發(fā)酵反應(yīng)器I的大小與碳纖維球的大小相匹配才能保證物質(zhì)間擴散流通速度，進而達到最高的傳質(zhì)效率。
[0027]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器，其特征在于:包括設(shè)置于發(fā)酵容器內(nèi)的用于盛裝多個固定化細胞碳纖維球的磁性發(fā)酵反應(yīng)器本體，所述發(fā)酵反應(yīng)器本體表面均布有通孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器，其特征在于:所述發(fā)酵反應(yīng)器本體為馬氏體不銹鋼空心球，所述不銹鋼空心球包括以可拆卸式固定連接構(gòu)成可容納固定化細胞碳纖維球的上半球和下半球。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器，其特征在于:所述上半球和下半球為螺紋固定連接，所述上半球/下半球開口緣部外表面設(shè)置有外螺紋，所述所述下半球/上半球開口緣部內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)螺紋。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器，其特征在于:所述通孔徑向分布于不銹鋼空心球表面，所述通孔總表面積占不銹鋼空心球表面積的 10-20 %。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于發(fā)酵容器的內(nèi)置式固定化細胞碳纖維球反應(yīng)器，其特征在于:所述不銹鋼空心球直徑為10-15cm，所述通孔的孔徑為0.2-0.4cm。6.一種釀酒發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:包括發(fā)酵容器和放置于發(fā)酵容器內(nèi)的盛裝有固定化細胞碳纖維球的磁性發(fā)酵反應(yīng)器以及通過磁力取放發(fā)酵反應(yīng)器的電動磁力吊，發(fā)酵結(jié)束后通過電動磁力從發(fā)酵容器吸取出發(fā)酵反應(yīng)器經(jīng)活化處理后進行下輪次發(fā)酵。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的釀酒發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)酵反應(yīng)器以8-12個/m2放入發(fā)酵容器上層、中層或下層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的釀酒發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)酵容器為窖池，所述發(fā)酵反應(yīng)器的固定化細胞碳纖維球裝填量不超過發(fā)酵反應(yīng)器體積的80-90 %。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的釀酒發(fā)酵系統(tǒng)，其特征在于:所述固定化細胞碳纖維球的直徑為0.6_2cm。
【文檔編號】C12G3/02GK106010851SQ201610246693
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】薛正楷
【申請人】瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院