專利名稱：一種曲酸發(fā)酵設備的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于生物發(fā)酵技術領域，涉及一種曲酸發(fā)酵生產(chǎn)技術，具體是一種通過控制發(fā)酵液濃度和產(chǎn)物濃度，來提高產(chǎn)物水平、提高設備利用率和降低能耗的曲酸發(fā)酵工藝機發(fā)酵設備。
背景技術：
曲酸又名曲菌酸、麴酸，是一種黑色素專屬性抑制劑，它進入皮膚細胞后能夠與細胞中的銅離子絡合，改變酪氨酸酶的立體結(jié)構(gòu)，阻止酪氨酸酶的活化，從而抑制黑色素的形成。它不作用于細胞中的其它生物酶，對細胞沒有毒害作用，同時它還能進入細胞間質(zhì)中， 組成胞間膠質(zhì)，起到保水和增加皮膚彈性的作用。曲酸還具有清除自由基、增強細胞活力、 食品保鮮護色等作用，被廣泛地應用于醫(yī)藥和食品領域。如可做生產(chǎn)食品增香劑麥芽酚和乙基麥芽酚的原料；用于生產(chǎn)頭孢類抗生素的中間體；用作對人畜無毒、無公害的殺蟲劑用于農(nóng)藥；用作葉面肥施于農(nóng)作物；用作鐵分析試劑、膠片去斑劑等。目前最熱門與最有前景的用途是在化妝品與食品兩方面。曲酸是在有碳源、氮源情況下經(jīng)發(fā)酵而取得的產(chǎn)物，而發(fā)酵行業(yè)是一個高能耗行業(yè)，如何有效提高單罐水平和產(chǎn)出，是行業(yè)中研究的方向。在目前已有報道的曲酸生產(chǎn)技術中，如在名稱為“曲酸生產(chǎn)工藝”，專利號為“CN01135102.0”，公開號為“CN1417341”的專利文件中公開了一種曲酸生產(chǎn)技術，其將淀粉直接投入發(fā)酵罐液化和糖化，糖液經(jīng)消毒后接種發(fā)酵培養(yǎng)曲酸，曲酸清液的多次濃縮結(jié)晶產(chǎn)物經(jīng)過溶解、脫色后，降溫結(jié)晶提純得到成品的曲酸晶體。該生產(chǎn)技術中的發(fā)酵產(chǎn)酸酸度>6%，是目前曲酸發(fā)酵正常的一個產(chǎn)酸值。但到目前為止，由于缺乏有效的工藝手段，在工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)中，曲酸產(chǎn)物酸度只能在6%左右，始終沒有出現(xiàn)能夠?qū)⑶岙a(chǎn)物酸度大幅度提高的發(fā)酵工藝。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種通過控制發(fā)酵液濃度和產(chǎn)物濃度，來提高產(chǎn)物水平、提高設備利用率和降低能耗的曲酸發(fā)酵設備。按照本實用新型提供的技術方案一種曲酸發(fā)酵設備，包括發(fā)酵罐，發(fā)酵罐用于盛裝發(fā)酵基礎料，發(fā)酵罐內(nèi)設有攪拌器和恒溫加熱管，其特征在于所述發(fā)酵設備還包括補料罐和分離裝置，所述補料罐用于盛裝發(fā)酵補液，補料罐與發(fā)酵罐上的補料口相連；所述分離裝置用于在發(fā)酵過程中分離曲酸，分離裝置包括冷卻器、錐形體和收集器，冷卻器的進液口經(jīng)出液閥與發(fā)酵罐的分離出液口相連，冷卻器的出液口與錐形體上端的小口相連，錐形體下端的大口連接收集器，收集器側(cè)壁上部設有出液口，收集器的出液口經(jīng)回液閥與發(fā)酵罐的分離回液口相連。所述分離裝置分離曲酸的方法為在開始分離曲酸工作前，先開啟分離裝置的冷卻水，對分離裝置進行預冷，使冷卻器溫度保持在10 15°C ；開始分離時，先緩慢開啟出液閥，使發(fā)酵液進入冷卻器并得到充分冷卻，并確保冷卻器尾部的發(fā)酵液溫度低于20°C ；當整個分離裝置內(nèi)充滿發(fā)酵液后再開啟回液閥，利用溫度差使發(fā)酵液在分離裝置內(nèi)自動自上向下流動，從而使分離裝置內(nèi)的發(fā)酵液與發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液能在一定的時間內(nèi)進行流動交換； 分離裝置中的發(fā)酵液經(jīng)冷卻至曲酸過飽和溫度后，曲酸結(jié)晶而析出；結(jié)晶出的曲酸和發(fā)酵液在分離裝置內(nèi)同時下降，當下降到錐形體時，由于錐形體的截面積逐漸增大，發(fā)酵液流速減慢，晶體在重力作用下沉淀到收集器內(nèi)，去除部分曲酸的低濃度發(fā)酵液經(jīng)回液閥回流至發(fā)酵罐內(nèi)。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，優(yōu)點在于本實用新型具有發(fā)酵水平高、發(fā)酵周期短、能耗相對低、發(fā)酵效率高、產(chǎn)酸酸度> 10%等優(yōu)點；本實用新型通過流加發(fā)酵補料來控制發(fā)酵液濃度，通過不斷分離產(chǎn)物來控制產(chǎn)物濃度，從而可以改善發(fā)酵環(huán)境，大幅提高曲酸發(fā)酵產(chǎn)量，提高設備利用率，降低能耗。本實用新型能有效提高發(fā)酵水平和效率是基于下述原理由于任何微生物都有各自最適生長和產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的條件，本實用新型通過流加發(fā)酵補料控制發(fā)酵液濃度，代謝多少補多少，使得發(fā)酵液濃度保持在一個最適宜的水平；而當產(chǎn)物積累到一定濃度時也會抑制微生物生長和代謝，本實用新型利用分離裝置采用發(fā)酵罐外循環(huán)分離技術對產(chǎn)物曲酸不斷分離，使發(fā)酵液中的產(chǎn)物濃度一直保持在較低的水平，使整個發(fā)酵過程都在最佳狀況下進行。

圖1為本實用新型的曲酸發(fā)酵設備示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的內(nèi)容并不局限于下述實施例。實施例1生產(chǎn)菌采用米曲霉(Aspergillus oryzae)ACCC 30163。上述的米曲霉在《食品工業(yè)科技》24(4) 17 19，2003、《中國釀造》(6) 42 44，2006等刊物公開。(1)、稱取葡萄糖M50kg，硫酸鎂3. ^g，磷酸氫二鉀3. ^g，消泡劑1. 4kg，加入體積容量為25m3的補料罐4中，然后加水至7m3，用磷酸調(diào)節(jié)pH為3. 0，高壓蒸汽滅菌(壓力為0. IMPa，溫度為121 °C、時間為30min)后冷卻至29°C，作為發(fā)酵補料備用；O)、稱取葡萄糖700kg，酵母浸膏l(xiāng)(^kg，硫酸鎂Ag，磷酸氫二鉀Ag，消泡劑 2. mcg，加入體積容量為25m3的發(fā)酵罐1中，然后加水至14m3，攪拌均勻，用磷酸調(diào)節(jié)pH為 3.0，高壓蒸汽滅菌(壓力為0. IMPa，溫度為121°C、時間為30min)后冷卻至四！，作為發(fā)酵基礎料；按發(fā)酵基礎料體積的3%接入菌種，在^TC條件下進行曲酸發(fā)酵；(3)、發(fā)酵至36h時，測得發(fā)酵液中殘?zhí)菨舛?2g/L，開始補入發(fā)酵補料，每分鐘補入2. 3L，控制發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛瓤刂圃?0 60g/L，直至補料結(jié)束，以滿足生產(chǎn)菌生長、 代謝的需要；(4)發(fā)酵至56h時，測得發(fā)酵液中的曲酸酸度在33g/L，啟動發(fā)酵設備中的分離裝置6，開始進行產(chǎn)物曲酸分離，直至發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵周期總計為98小時，發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛葹?g/L。所述曲酸分離的方法具體如下在開始分離曲酸工作前，先開啟分離裝置6的冷
4卻水，對分離裝置6進行預冷，使冷卻器6. 3溫度保持在10°C ；開始分離時，先緩慢開啟出液閥7，使發(fā)酵液進入冷卻器6. 3并得到充分冷卻，控制冷卻器6. 3尾部的發(fā)酵液溫度為16°C; 當整個分離裝置6內(nèi)充滿發(fā)酵液后再開啟回液閥5，利用溫度差使發(fā)酵液在分離裝置6內(nèi)自動自上向下流動，從而使分離裝置6內(nèi)的發(fā)酵液與發(fā)酵罐1內(nèi)發(fā)酵液能在一定的時間內(nèi)進行流動交換；分離裝置6中的發(fā)酵液經(jīng)冷卻至曲酸過飽和溫度后，曲酸結(jié)晶而析出；結(jié)晶出的曲酸和發(fā)酵液在分離裝置6內(nèi)同時下降，當下降到錐形體6. 2時，由于錐形體6. 2的截面積逐漸增大，發(fā)酵液流速減慢，晶體在重力作用下沉淀到收集器6. 1內(nèi)，去除部分曲酸的低濃度發(fā)酵液經(jīng)回液閥5回流至發(fā)酵罐1內(nèi)。實施例1中的發(fā)酵產(chǎn)酸水平為106g/L(即最終分離出來的曲酸酸度為10.6% )，發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛葹?g/L。實施例2生產(chǎn)菌采用米曲霉(Aspergillus oryzae)ACCC 30163。上述的米曲霉在《食品工業(yè)科技》24(4) 17 19，2003、《中國釀造》(6) 42 44，2006等刊物公開。(1)、稱取葡萄糖2520kg，硫酸鎂3. ^g，磷酸氫二鉀3. ^g，消泡劑1. 4kg，加入體積容量為25m3的補料罐4中，然后加水至7m3，用磷酸調(diào)節(jié)pH為3. 1，高壓蒸汽滅菌(壓力為0. IMPa，溫度為121 °C、時間為30min)后冷卻至30°C，作為發(fā)酵補料備用；O)、稱取葡萄糖770kg，酵母浸膏l(xiāng)Mkg，硫酸鎂Ag，磷酸氫二鉀Ag，消泡劑
2.mcg，加入體積容量為25m3的發(fā)酵罐1中，然后加水至14m3，攪拌均勻，用磷酸調(diào)節(jié)pH為
3.1，高壓蒸汽滅菌(壓力為0. IMPa，溫度為121°C、時間為30min)后冷卻至30°C，作為發(fā)酵基礎料；按發(fā)酵基礎料體積的5%接入菌種，在30°C條件下進行曲酸發(fā)酵；(3)、發(fā)酵至30h時，測得發(fā)酵液中殘?zhí)菨舛?5g/L，開始補入發(fā)酵補料，每分鐘補入2. 1L，控制發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛瓤刂圃?0 60g/L，直至補料結(jié)束，以滿足生產(chǎn)菌生長、 代謝的需要；(4)發(fā)酵至50h時，測得發(fā)酵液中的曲酸酸度在35g/L，啟動發(fā)酵設備中的分離裝置6，開始進行產(chǎn)物曲酸分離，直至發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵周期總計為96小時，發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛葹?g/L。所述曲酸分離的方法與實施例1相同，區(qū)別在于分離裝置6預冷，冷卻器6. 3溫度保持在12°C;控制冷卻器6. 3尾部的發(fā)酵液溫度為18°C。實施例1中的發(fā)酵產(chǎn)酸水平為 118g/L(即最終分離出來的曲酸酸度為11.8% )，發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛葹?g/L。實施例3(1)、稱取葡萄糖2590kg，硫酸鎂3. ^g，磷酸氫二鉀3. ^g，消泡劑1. 4kg，加入體積容量為25m3的補料罐4中，然后加水至7m3，用磷酸調(diào)節(jié)pH為3. 2，高壓蒸汽滅菌(壓力為0. IMPa，溫度為121°C、時間為30min)后冷卻至31°C，作為發(fā)酵補料備用；O)、稱取葡萄糖840kg，酵母浸膏12^^，硫酸鎂Ag，磷酸氫二鉀Ag，消泡劑
2.mcg，加入體積容量為25m3的發(fā)酵罐1中，然后加水至14m3，攪拌均勻，用磷酸調(diào)節(jié)pH為
3.2，高壓蒸汽滅菌(壓力為0. IMPa，溫度為121°C、時間為30min)后冷卻至31°C，作為發(fā)酵基礎料；按發(fā)酵基礎料體積的7%接入菌種，在30°C條件下進行曲酸發(fā)酵；(3)、發(fā)酵至24h時，測得發(fā)酵液中殘?zhí)菨舛?4g/L，開始補入發(fā)酵補料，每分鐘補入1. 9L，控制發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛瓤刂圃?0 60g/L，直至補料結(jié)束，以滿足生產(chǎn)菌生長、 代謝的需要；[0028](4)發(fā)酵至44h時，測得發(fā)酵液中的曲酸酸度在31g/L，啟動發(fā)酵設備中的分離裝置6，開始進行產(chǎn)物曲酸分離，直至發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵周期總計為93小時，發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛葹閘lg/L。所述曲酸分離的方法與實施例1相同，區(qū)別在于分離裝置6預冷，冷卻器6. 3溫度保持在15°C;控制冷卻器6. 3尾部的發(fā)酵液溫度為20°C。實施例1中的發(fā)酵產(chǎn)酸水平為 109g/L(即最終分離出來的曲酸酸度為10.9% )，發(fā)酵液中的殘?zhí)菨舛葹閘lg/L。
權(quán)利要求1.一種曲酸發(fā)酵設備，包括發(fā)酵罐(1 )，發(fā)酵罐(1)用于盛裝發(fā)酵基礎料，發(fā)酵罐(1)內(nèi)設有攪拌器(2)和恒溫加熱管(3)，其特征在于所述發(fā)酵設備還包括補料罐(4)和分離裝置(6)，所述補料罐(4)用于盛裝發(fā)酵補液，補料罐(4)與發(fā)酵罐(1)上的補料口相連。
2.如權(quán)利要求1所述的曲酸發(fā)酵設備，其特征在于所述分離裝置(6)用于在發(fā)酵過程中分離曲酸，分離裝置(6)包括冷卻器(6. 3)、錐形體(6. 2)和收集器(6. 1)，冷卻器(6. 3) 的進液口經(jīng)出液閥(7)與發(fā)酵罐(1)的分離出液口相連，冷卻器(6. 3)的出液口與錐形體 (6. 2)上端的小口相連，錐形體(6. 2)下端的大口連接收集器(6. 1)，收集器(6. 1)側(cè)壁上部設有出液口，收集器(6. 1)的出液口經(jīng)回液閥(5)與發(fā)酵罐(1)的分離回液口相連。
專利摘要本實用新型涉及一種曲酸發(fā)酵設備。其包括發(fā)酵罐，發(fā)酵罐內(nèi)設有攪拌器和恒溫加熱管，特征在于所述發(fā)酵設備還包括補料罐和分離裝置，所述補料罐用于盛裝發(fā)酵補液，補料罐與發(fā)酵罐上的補料口相連。所述分離裝置用于在發(fā)酵過程中分離曲酸，分離裝置)包括冷卻器、錐形體和收集器，冷卻器的進液口經(jīng)出液閥與發(fā)酵罐的分離出液口相連，冷卻器的出液口與錐形體上端的小口相連，錐形體下端的大口連接收集器，收集器側(cè)壁上部設有出液口，收集器的出液口經(jīng)回液閥與發(fā)酵罐的分離回液口相連。本實用新型通過流加發(fā)酵補料來控制發(fā)酵液濃度，通過不斷分離產(chǎn)物來控制產(chǎn)物濃度，從而可以改善發(fā)酵環(huán)境，大幅提高曲酸發(fā)酵產(chǎn)量，提高設備利用率，降低能耗。
文檔編號C12M1/00GK202208715SQ2011202798
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者華家榮, 胡嫣桐 申請人:無錫賽德生物工程有限公司