CN109082371A - 一种多功能气调式固体发酵*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能气调式固体发酵***，包括发酵单元，通过管路***和所述发酵罐连接的供气单元、蒸汽供汽单元，所述管路***上设有控制的阀门，所述发酵单元包括发酵罐、风控式多功能托盘模块、搅拌电机、搅拌轴、叶轮固定杆、搅拌叶轮、接种环及雾化喷头；所述供气单元装置包括空压缩机、无菌空气过滤器，空气加热、冷却***；所述蒸汽供汽单元包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器通过管路和所述供气单元管路连通；本发明完成固体纯种发酵，实现物料在位灭菌、冷却，搅拌接种，发酵温度、湿度控制，后期发酵物料干燥、产物提取、自动出了料等工序，自动化程度高，解决了传统固体发酵纯种发酵难、设备功能单一，易于控制操作，值得推广。

Description

一种多功能气调式固体发酵***

技术领域

本发明涉及一种固体发酵罐装置，尤其涉及一种多功能气调式固体发酵***。

背景技术

发酵技术按发酵基质形态分为固态发酵和深层液体发酵，其中固体发酵，是在低湿含量的固态培养基上进行的发酵过程，是生物制品制备领域的一种重要方法，与液态发酵技术相比，固态发酵具有设备简单，投资少、操作简便，适应性强、原料来源广，价格低廉、能耗低、得率高、无三废排放，环境污染小等优点。但固体发酵时，其基质由固态物料、少量的水分及空气所组成，不具流动性，其基质营养、菌种浓度、温度、湿度等都会存在一定的浓度差异；同时生物热会导致水分蒸发快，存在发酵慢或终止等现象，这些均会导致物料发酵不均匀或物料发酵不透，严重影响了固体发酵进程及产品质量。

生物反应器就是为生物发酵提供最适发酵条件的，固体生物反应器的改善和创新设计从未间断过。固体发酵罐根据基质的运动情况可以分为静态固体发酵罐和动态固体发酵罐两类。静态密闭式固体发酵罐一般料层较薄，微生物生长条件好，但大多数物料只能采用发酵设备外灭菌和接种，且物料静态无法保证微生物生长环境的一致性及有效地进行发酵过程的控制，同时，整个生产过程无法实现自动化和全程无杂菌，易污染，难以满足真正意义的纯种固态培养。动态固体发酵设备可以克服静态固体发酵的困难，实现真正意义的纯种发酵，但往往料层厚，微生物的生长条件差，主要为传热、传质、传气困难，且物料的搅拌运动损伤菌丝；温度、湿度、氧气及PH值等的分布差异很大，导致产品质量不均；总之，现有动态固态发酵设备和静态固态发酵设备在发酵条件、发酵质量、生产效率、自动化程度、工业放大的可行性等方面都各弊端，固体发酵的传热、传质、传气困难一直是固体发酵罐设计的难题，从而也限制了固体发酵技术的发展。

发明内容

针对上述固体发酵技术中存在的固体发酵基质堵塞气孔、温度采集不便和不精准，气体传递、物质交互、温度、湿度不均匀等问题，以及不易控制等缺陷，本发明提出一种多功能气调式固体发酵***，具体技术方案如下：

一种多功能气调式固体发酵***，包括发酵单元，至少还包括通过管路***和所述发酵罐连接的供气单元、蒸汽供汽单元，所述管路***上设有控制的阀门，所述发酵单元设有发酵罐，所述发酵罐顶部设有备用口、安全阀a、尾气管、搅拌电机、温度采集及无线传输器、轴封连接器、压力表a、视镜口、物料入口，所述尾气管上设有湿度探头a和阀门a，所述发酵罐侧边设有物料进口b、固体物料出口、尾气出口，所述尾气出口上设有湿度探头c和阀门z，所述发酵罐内设有搅拌轴、风控多功能托盘模块，所述发酵罐底部设有发酵罐倾斜出料装置，所述发酵罐内设有搅拌轴和风控式多功能托盘模块，所述搅拌轴为竖直中空结构并设有发酵罐旋转支点，所述搅拌轴一端通过轴封连接器固定于发酵罐顶部，另一端通过固定套筒固定于发酵罐底部，所述搅拌轴上设有横向连杆，所述横向连杆为中空结构，所述搅拌轴和所述横向连杆内部设有温度探头连线，所述横向连杆上设有固定环，所述固定环上设有连接杆，所述连接杆为弧形状中空结构，所述连接杆上末端设有犁形翻转结构的搅拌叶轮，所述搅拌叶轮上设有温度探头a，所述温度探头a连接在所述温度探头连线上，所述温度探头连线固定于温度采集及无线传输器，所述风控式多功能托盘模块上方设有接种环，所述接种环位环状结构，所述接种环底部设有雾化喷头a；供气单元，所述供气单元设有空气压缩机、无菌空气过滤器、空气加热冷却***、空气加湿设备，所述空气压缩机通过管路依次连接无菌空气过滤器、空气加热冷却***、空气加湿设备，所述空气压缩机出气管路上设有空气转子流量计，所述空气加湿设备通过快接口a和所述风控式多功能托盘模块连接；蒸汽供汽单元，所述蒸汽供汽单元包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器通过管路和所述供气单元管路连通，所述蒸汽发生器管路末端通过快接口b和所述发酵罐连接。

进一步的，所述风控多功能托盘模块包括空气进气管路、设置在空气进气管路上的阀门 b、气体平衡分布腔，位于气体平衡分部腔顶端设有排气孔b，位于排气孔b前端设有阀门y，所述气体平衡分布腔内设有推动滑块，所述推动滑块将所述气体平衡分部腔分割成上下两个腔室，所述推动滑块侧面通过密封圈和所述气体平衡分部腔内壁固定并可沿着内壁上下移动，所述推动滑块上设有气体通道插针，所述气体通道插针底端固定在推动滑块下表面，所述气体通道插针顶端贯穿物料承接板设置，所述气体通道插针顶端为伞形空气分布器，所述伞形空气分布器和所述物料承接板连接处凹形槽内设有O型密封圈b，位于物料承接板下端面和位于推动滑块上端面的气体通道插针外周设有可调弹簧。

进一步的，所述物料承接板下端面设有两组环形强力电磁铁。

进一步的，位于伞形空气分布器下面、气体通道插针外周上设有两组圆形出气孔。

进一步的，所述空气加热、冷却***上设有无菌空气进气口和无菌空气出气口，阀门p、阀门q，所述空气加热、冷却***包括冰水槽、导热油槽、空气管、冰水管、导热油管，所述空气管、冰水管、导热油管由Z字型导热薄片构成并设置于冰水槽、导热油槽之上，所述冰水槽内设有冷媒、制冷剂、冰水循环泵，所述冰水循环泵连接所述冰水管，所述冰水管上设有冰水外接进口，所述冰水管末端设有冰水外接出口和冰水回流管；所述导热油槽内设有导热油、加热管、导热油循环泵，所述导热油循环泵和所述导热油管连接，所述导热油管上设有外接蒸汽进口，所述导热油管末端设有外接蒸汽出口和导热油回流管。

进一步的，所述空气加湿设备内设有雾化室、湿空气出口和废液出口，所述空气加湿设备通过管路连接无菌储水罐，所述无菌储水罐和所述空气加湿设备之间设有泵，所述无菌储水罐设有自来水进口、蒸汽进口阀、延伸至雾化室顶部的雾化喷头连接空气进管、雾化喷头 b。

进一步的，所述蒸汽发生器和所述发酵罐连接的管路上设有种子罐，所述种子罐上设有安全阀c、压力表d、排气孔a、阀门l。

进一步的，所述倾斜出料装置包括设置在发酵罐底部表面的弧形结构的螺纹槽、和弧形结构的螺纹槽互相嵌合的螺纹推杆，所述螺纹推杆由正反电机驱动。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明可以完成固体纯种发酵，实现物料在位灭菌、冷却，搅拌接种，发酵温度、湿度控制，后期发酵物料干燥、产物提取、自动出了料等工序，自动化程度高，解决了传统固体发酵纯种发酵难、设备功能单一等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种多功能气调式固体发酵***整体示意图。

图2为风控式多功能托盘模块示意图。

图3为空气加热、冷却***示意图。

图4为物料承接盘俯视示意图。

图5为气体通道插针示意图。

图6为空气加湿设备结构示意图。

图7为犁型翻转搅拌叶轮示意图。

其中，1-发酵罐，2-备用孔，3-安全阀a，4-湿度探头a，5-阀门a，6-尾气管，7-搅拌电机，8-温度采集及无线传输器，9-温度探头连线，10-轴封连接器，11-压力表a，12-视镜口， 13-物料入口，14-接种环，15-雾化喷头a，16-固定环，17-温度探头a，18-固体物料出口，19- 横向连杆，20-叶轮连接杆，21-物料承接板，22-风控式多功能托盘模块，23-气体平衡及分布腔，24-螺纹槽，25-螺纹推杆，26-固定套筒，27-正反电机，28-O型密封圈a，29-推动滑块， 30-强力电磁铁，31-密封圈，32-快接口a，33-阀门b，34-空气加湿设备，35-空气加热、冷却***，36-空气压缩机，37-空气转子流量计，38-蒸汽发生器，39-温度探头b，40-压力表，41- 阀门c，42-压力表c，43-安全阀b，44-无菌空气过滤器，45-阀门d，46-阀门e，47-阀门f， 48-无菌水储罐，49-阀门g，50-阀门h，51-阀门i，52-泵a，53-湿度探头b，54-阀门j，55- 泵b，56-种子罐，57-阀门l，58-排气孔a，59-安全阀c，60-压力表d，61-阀门m，62-搅拌叶轮，63-自来水进口，64-阀门n，65-无菌水进水管，66-雾化喷头b，67-雾化喷头连接空气进管，68-湿空气出口，69-阀门o，70-废液出口，71-可调弹簧，72-气体通道插针，73-伞形空气分布器，74-O型密封圈b，75-阀门p，76-无菌空气进口，77-阀门q，78-无菌空气出口， 79-阀门r，80-蒸汽外接出口，81-阀门s，82-冰水外接进口，83-阀门t，84-导热油回流管， 85-冰水循环泵，86-制冷机，87-阀门u，88-冷媒，89-冰水槽，90-导热油，91-导热油槽，92- 加热管，93-导热油循环泵，94-阀门v，95-阀门w，96-外接蒸汽进口，97-冰水外接出口，98- 冰水外接出口阀门，99-冰水回流管，100-阀门x，101-出气孔，102-搅拌轴，103-空气进气管路，104-排气孔b，105-阀门，106-空气管，107-冰水管，108-导热油管，109-雾化室，110- 物料进口，111-尾气出口，112-湿度探头c，113-阀门z，114-排气孔c，115-快接口b，116发酵罐旋转支点，117-阀门k。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创作性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护的范围。

如图1至图7所示，一种多功能气调式固体发酵***，包括发酵单元，通过管路***和所述发酵罐连接的供气单元、蒸汽供汽单元，

所述发酵单元包括发酵罐1，位于发酵罐1盖上设置备用口2，安全阀a3，压力表a11，视镜口12，物料入口13、尾气管6，所述尾气管6上设置湿度探头a4和阀门a5，所述发酵罐1设有搅拌电机7、由搅拌电机7驱动的搅拌轴102，所述搅拌轴102顶部通过轴封连接器10固定于发酵罐1顶部，所述发酵罐1罐体内安装有两组风控式多功能托盘模块22、以及设置于每组风控式多功能托盘模块22顶部的接种环14，所述发酵罐1一侧对应风控式多功能托盘模块22底部的位置均设有固体物料出口18，所述接种环14上设置雾化喷头a15，所述搅拌轴102处置设置于发酵罐1内，并贯穿风控式多功能托盘模块22设置，所述搅拌轴102 和所述风控式多功能模块22连接处设有O型密封圈a28，所述搅拌轴102为中空结构，所述搅拌轴102设有发酵罐旋转支点116，所述搅拌轴102上设置横向连杆19，所述横向连杆19 为中空结构，所述横向连杆19上安装弧形中空结构的叶轮连接杆20和固定环16，弧形中空结构的叶轮连接杆20末端安装犁型翻转的搅拌叶轮62，所述搅拌叶轮62上安装温度探头 a17，所述搅拌轴102和所述横向连杆19中空结构内穿有温度探头连线9，所述温度探头连线9一端连接温度探头17a，另一端连接在温度采集及无线传输器8上，所述温度采集及无线传输器8固定于搅拌轴102末端，所述搅拌轴102底端通过固定套筒26固定于发酵罐1内底部，所述发酵罐1底端外部设有弧形螺纹槽24、与弧形螺纹槽24互相嵌合的螺纹推杆25，所述螺纹推杆由正反电机27驱动，所述发酵罐1一侧设有物料进口110和尾气出口111，所述尾气出口111上设有湿度探头c112和阀门z113；

所述蒸汽供汽单元包括蒸汽发生器38，所述蒸汽发生器38上设有压力表c42，安全阀b43，所述蒸汽发生器38设有管路，位于管路上设有阀门d45，所述蒸汽发生器38蒸汽管通过阀门e46，阀门f47，阀门g49，阀门61m和分别接于无菌空气过滤器44、无菌水储罐48、种子罐56、风控式多功能托盘模块22，所述阀门61m和所述风控式多功能托盘模块22之间设有快接口a32，其中所述种子罐56连接管道前后设有阀门g49和泵b55，所述种子罐56上设有压力表d60、安全阀c59、排气孔a58，所述排气孔a58上设有阀门l57，所述种子罐56通过管路和所述接种环14相连，所述连接处设有快接口b115和控制快接口b115的阀门j54，通过上述管路和阀门可以对空气流经的所有管路、种子罐56、环形接种管14、雾化喷头a15、无菌水储罐48、发酵罐1和固体培养基提供蒸汽进行灭菌；

所述的供气单元包括空气压缩机36、无菌空气过滤器44，空气加热、冷却***35、空气加湿设备34，所述空气压缩机36上设有压力表b40，其出气管路上设置空气转子流量计37和阀门c41，所述空气转子流量计37通过管道连接无菌空气过滤器44，无菌空气过滤器44通过管道连接空气加热、冷却***35，所述空气加热、冷却***35和所述空气加湿设备34连接的管路上设有阀门h50，所述空气加湿设备34和所述发酵罐1之间连接的管路上设有温度探头b39、湿度探头b53、阀门b33，所述空气加湿设备34通过快接口a32与风控式多功能托盘模块22连接，所述快接口a32设有阀门m，所述空气压缩机36管路支管连接设有种子罐56、无菌水储罐48，所述无菌储水罐48和空气加湿设备34连接，该管路上设有阀门 i51、泵a52；

作为优选方案，所述加热、冷却***35设有无菌空气进口76、无菌空气出口78，所述无菌空气进口76上设有阀门p75，所述无菌空气出口78上设有阀门q77，所述空气加热冷、冷却器35还包括空气管106，导热油管108，冰水管107，所述空气管106、冰水管107、导热油管108管路均为Z字形结构的薄片，该结结构增加传热面积及空气流动阻力，其中，所述上述管路下面设置冰水槽89和导热油槽91，所述冰水槽89装有冷媒88，所述冰水槽89 设置制冷机86，冰水槽89装有冰水循环泵85，所述冰水循环泵85连接冰水管107，冰水管107上设置冰水外接进口82，所述冰水外接口82上设有阀门s81，所述冰水管107上设有停水外接出口97和回流管99，所述冰水外接出口97上设有冰水外接出口阀门98，所述回流管 99上设有阀门x100；所述导热油槽91装有导热油90，所述导热油槽91设置加热管92，所述导热油槽91装有导热油循环泵93，所述导热油循环泵93连接导热油管108，所述导热油管上设有阀门v94，所述导热油管108上设置外接蒸汽进口96，所述外接蒸汽进口96上设有阀门w95，所述导热油管108末端设外接蒸汽出口80和导热油回流管84，所述外接蒸汽出口80上设有阀门r79，所述导热油回流管84上设有阀门u87；

作为优选方案，所述空气加湿设备34一侧设有管路即湿空气出口68，所述湿空气出口 68上设有阀门c33，所述空气加湿设备34内设有雾化室109，所述雾化室109底端设有废液出口70，所述废液出口70上设有阀门o69，所述雾化室109顶端设有雾化喷头连接空气进管 67，该进气管上设有雾化喷头b66，所述空气加湿设备34通过管路和所述无菌储水罐48连接，所述无菌储水罐48上设有排气孔c114、控制蒸汽进出的阀门f47和自来水进口63，所述排气孔c114上设有阀门k117，所述自来水进口63上设有阀门n64；

作为优选方案，所述风控式多功能托盘模块22包括管路，即空气进气管路103、设置在进气管路103上的阀门b33、气体平衡及分布腔23，所述气体平衡及分部腔23顶部设有物料承接板21，所述物料承接板21固定于发酵罐1内，所述气体平衡及分布腔23内设推动滑块 29，所述推动滑块29侧端面通过密封圈31与气体平衡及分布腔23内壁相接，并可沿气体平衡及分布腔23内壁上下，所述推动滑块29将气体平衡及分布腔23分为上腔和下腔，上腔开设排气孔b104，所述排气孔b104上设有阀门y105，所述排气孔104在推动滑块29上移减少阻力，所述推动滑块29上安装气体通道插针72，所述气体通道插针72下端通过推动滑块29并固定在推动滑块29上，所述气体通道插针72上端通过物料承接板21连接伞形空气分布器73，所述伞形空气分布器73与物料承接板21上凹形槽内O型密封圈b74形成密闭通道，所述气体通道插针72外周套装可调压力的可调弹簧71，所述可调压力弹簧71顶端固定在物料承接板21下端面，所述可调压力弹簧71底端固定于推动滑块29上端面，所述风控式多功能托盘模块22中物料承接板21下端面还设置环形强力电磁铁30，所述气体通道插针72上端圆柱筒侧面设置出气孔101，所述出气孔101位于伞形空气分布器73底部并设有两组，所述下腔通过中中空结构的气体通道插针72、出气孔101和所述物料承接板21上端面的发酵罐1 连通。

实施例：

一、准备工作：

打开发酵罐1上物料入口13和尾气出口111，加入配制好的固体物料，在种子储罐56 内加入配制好营养液，打开阀门j54、泵b55，通过环形管道结构的接种环14及雾化喷头a15 将营养基质喷洒在固体物料上，开动搅拌电机7将固体物料及营养液混合均匀备用，关闭所有阀门。

二、发酵罐***灭菌：

对发酵罐及物料灭菌：开启蒸汽发生器38产蒸汽达到预设值，开启阀门d45和阀门m61，蒸汽通过快接口a32进入气体平衡及分布腔23，当气体平衡及分布腔23蒸汽压力达到预设值时，推动推动滑块29沿气体平衡及分布腔23内壁上移并压缩可调弹簧71，同时带动气体通道插针72上移，气体通道插针72顶端伞形空气分布器73与O型密封圈b74脱离，形成环状气体通道，蒸汽从出气孔101喷出沿着环状气体通道及均匀分布的伞形空气分布器73边沿喷入物固体料中进行在灭菌；在灭菌过程中间歇开启搅拌电机7带动竖立中空的搅拌轴102 及中空横向连杆19，弧形中空的叶轮连接杆20及犁型翻转的搅拌叶轮62，翻拌固体物料使物料水分、受热均匀，物料灭菌更彻底，灭菌过程中少量开启尾气管6上阀门a5和尾气出口 111上阀门113z排空冷空气。

三、对种子罐及接种通道灭菌：

在对发酵罐灭菌同时开启阀门g49、阀门k54，蒸汽通过管道进入种子罐56及接种环14，并通过雾化喷头a15进入发酵罐1中，在灭菌过程中稍开启种子罐顶端排气孔a58的阀门l57 排空冷空气。

四、对空气管路进行灭菌及无菌水储罐进行灭菌：

在对发酵罐灭菌同时，开启阀门e46通过蒸汽管路，蒸汽进入无菌空气过滤器44对无菌过滤器进行灭菌，打开阀门p75和阀门h50，蒸汽通过无菌空气过滤器44后进入空气加热、冷却***35中的空气管路，即无菌空气进口76，从无菌空气出口78出进入空气加湿设备34，开启阀门b33，蒸汽通过快接口a32进入气体平衡及分布腔23，通过气体通道插针72进入固体物料中进行灭菌；同时开启阀门e47，蒸汽进入无菌水储罐48，微开启出气孔c114上阀门 k117，排空冷空气，关闭出气孔c114的阀门k117，打开阀门i51，蒸汽通过雾化喷头b66进入雾化室109，并与空气管路及蒸汽管路蒸汽汇集一起通过快接口a32进入气体平衡及分布腔23，通过气体通道插针72进入固体物料中进行灭菌。

五、无菌水储罐48中无菌水准备或添加：

开启无菌水储罐48的自来水进口63的阀门n64，及排气孔c114的阀门k117，加入适量自来水，关闭自来水进口63的阀门n64，开启蒸汽阀门f47，通入蒸汽进行灭菌制备无菌水， 95℃关闭排气孔c114的阀门k117，使温度升至121℃并控制蒸汽阀门47开闭维持25分钟，灭菌结束关闭阀门。

当发酵罐物料，种子罐，空气管路，无菌水储罐灭菌结束，关闭所有阀门。

六、固体物料通气冷却降温：

提前开启空气压缩机36使空气压力达到预设值，打开阀门c41，空气通过空气转子流量计37，调节空气流量后，依次打开阀门p75、阀门h50、阀门b33、阀门m61，阀门a5和阀门z113，空气依次进入无菌过滤器44、空气加热、冷却***35、空气加湿设备34、风控式多功能托盘模块22和固体物料，从发酵罐尾气管6和尾气出口111排出；空气在通过无菌空气过滤器44后形成无菌空气，从无菌空气进口76进入空气加热、冷却***35，同时开启冰水槽89中制冷机86对冷媒88进行制冷，开启冰水循环泵85、阀门t83及冰水回流管上阀门 x100进行冰水循环，无菌空气在空气加热、冷却***35与冷媒进行热交换，形成无菌冷空气，然后无菌冷空气从无菌空气出口78出，进入空气加湿设备34；根据发酵罐1上湿度探头a4和湿度探头c112显示湿度，决定无菌空气是否需要加湿，如果需要，打开阀门i51及开启泵a52向雾化喷头b66压入无菌水，无菌冷空气通过雾化喷头连接空气进管67，从雾化喷头b66喷出，在雾化室109进行空气加湿行成无菌冷湿空气，经过无菌空气出口78及快接口 a32进入风控式多功能托盘模块22；如果不需要加湿，冷空气直接通过无菌空气通道67从雾化喷头b66喷出，经过雾化室109后经过无菌空气出口78及快接口a32进入风控式多功能托盘模块22；无菌冷空气进入风控式多功能托盘模块22上进入气体平衡及分布腔23中，当气体平衡及分布腔23无菌冷空气压力达到预设值时推动推动滑块29沿气体平衡及分布腔23内壁上移并压缩可调弹簧71，同时带动气体通道插针72上移，气体通道插针72顶端伞形空气分布器73与O型密封圈b74脱离形成环状气体通道，无菌冷空气从出气孔101喷出，沿着环状气体通道及均匀分布的伞形空气分布器73边沿，喷入物固体料中对无菌固体物料进行快速冷却；无菌冷空气在通过热固体物料时进行热交换，热空气从尾气管6和尾气出口111排出；在物料冷却过程中间歇开启搅拌电机7带动竖立中空搅拌轴102及中空横向连杆19，弧形中空叶轮连接杆20及犁型翻转搅拌叶轮62，翻拌固体物料使物料水分、温度均匀，当温度降到设定值时关闭所用阀门，并控制尾气管6、尾气出口111和阀门a5、阀门z113使罐内维持一定正压。

七、接种：

预先将菌种加入无菌种子罐56中，打开阀门j54、泵b55，液体菌种通过管道进入接种环14通过雾化喷头a15均匀喷洒在固体物料上，在接种同时开启搅拌电机7带动竖立中空搅拌轴102及中空横向连杆19，弧形中空叶轮连接杆20及犁型翻转搅拌叶轮62，翻拌固体物料使物料接种更均匀，接种结束关闭所有阀门及搅拌电机。

八、发酵控制：

接种后根据固体物料温度及湿度指示，进行温度、湿度控制。

九、加热：

当需要温度低于预设值，需要加热时：开启导热油槽91中加热管92对导热油90进行加热，开启导热油循环泵93、阀门v94及导热油回流管上阀门u87进行热油循环，无菌空气在空气加热、冷却***35与导热油进行热交换，形成无菌热空气，然后无菌热空气从空气出口 78出，进入空气加湿设备34根据物料湿度决定无菌空气是否需要加湿，如果需要，打开阀门51及开启泵a52向雾化喷头b66压入无菌水，无菌热空气通过雾化喷头连接空气进管67从雾化喷头b66喷出，在雾化室109进行空气加湿行成无菌热湿空气，经过无菌空气出口78及快接口a32进入风控式多功能托盘模块22；如果不需要加湿，无菌热空气直接通过无菌空气通道67从雾化喷头b66喷出，经过雾化室109后经过无菌空气出口78及快接口a32进入风控式多功能托盘模块22。

无菌热空气进入风控式多功能托盘模块22上进入气体平衡及分布腔23中，当气体平衡及分布腔23无菌热空气压力达到预设值时，推动推动滑块29沿气体平衡及分布腔23内壁上移并压缩可调弹簧71，同时带动气体通道插针72上移，气体通道插针72顶端伞形空气分布器73与O型密封圈b74脱离形成环状气体通道，无菌热空气从出气孔101喷出，沿着环状气体通道及均匀分布的伞形空气分布器73边沿，喷入物固体料中对无菌固体物料进行快速加热；无菌热空气在通过热固体物料时进行热交换，冷却的空气从尾气管6和尾气出口111排出；并控制尾气管6、尾气出口111和阀门a5、阀门z113使罐内维持一定正压，在物料加热冷却过程根据实际需要可间歇开启搅拌电机7带动竖立中空搅拌轴102及中空横向连杆19，弧形中空叶轮连接杆20及犁型翻转搅拌叶轮62，翻拌固体物料使物料温度均匀，当温度升至设定值时关闭所用阀门。

十、冷却：

当需要温度高于预设值，需要冷却时：开启冰水槽89中制冷机86对冷媒88进行制冷，开启冰水循环泵85、阀门t83及冰水回流管上阀门x100，进行冰水循环，无菌空气在空气加热、冷却***35与冷媒进行热交换，形成无菌冷空气；然后无菌冷空气从空气出口78出，进入空气加湿设备34，根据发酵罐1上湿度探头a4和湿度探头c112显示湿度决定无菌空气是否需要加湿。如果需要，打开阀门i51及开启泵a52，向雾化喷头b66压入无菌水，无菌冷空气通过无菌空气通道67从雾化喷头b66喷出，在雾化室109进行空气加湿行成无菌冷湿空气，经过无菌空气出口78及快接口a32进入风控式多功能托盘模块22。如果不需要加湿，冷空气直接通过无菌空气通道67从雾化喷头b66喷出，经过雾化室109后经过无菌空气出口78及快接口a32进入风控式多功能托盘模块22。无菌冷空气进入风控式多功能托盘模块22上进入气体平衡及分布腔23中。当气体平衡及分布腔23无菌冷空气压力达到预设值时推动压力推动滑块29沿气体平衡及分布腔23内壁上移并压缩可调弹簧71，同时带动气体通道插针72上移，气体通道插针72顶端伞形空气分布器73与O型密封圈b74脱离形成环状气体通道。无菌冷空气从出气孔101喷出，沿着环状气体通道及均匀分布的伞形空气分布器73边沿，喷入物固体料中对无菌固体物料进行快速冷却。无菌冷空气在通过热固体物料时进行热交换，热空气从尾气管6和尾气出口111排出。当温度降到设定值时关闭所用阀门，并控制尾气管6、尾气出口111和阀门a5、阀门z113使罐内维持一定正压。在物料冷却过程根据需要可中间歇开启搅拌电机7带动竖立中空搅拌轴102及中空横向连杆19，弧形中空叶轮连接杆20及犁型翻转搅拌叶轮62，翻拌固体物料使物料水分、温度均匀。

十一、除湿：

当物料湿度超过设定值时，可以根据温度探头b39指示，调整空气转子流量计37空气流量，通过加热、冷却***35加热或冷却使进入物料无菌空气温度正好为当前发酵温度，利用无菌空气把物料中多余水分通过尾气带出来，达到设定发酵湿度。

十二、增湿：

当物料湿度低于设定值时，可以通过加湿器34对无菌空气加湿后通入固体物料中调节固体物料的湿度，也可通过种子罐56、泵b55、接种环14和雾化喷头a15，按接种方式喷入无菌水增湿。

十三、通气供氧：

在发酵过程中进行间断供氧。开启空气压缩机36使空气压力达到预设值，打开阀门c41，空气通过空气转子流量计37，调节空气流量后，依次打开阀门p75、阀门h50、阀门b33、阀门m61，阀门a5和阀门z113，空气依次进入无菌过滤器44、空气加热、冷却***35、空气加湿设备34、风控式多功能托盘模块22和固体物料，从发酵罐尾管6和尾气出口111排出。空气在通过无菌过滤器44后形成无菌空气，从空气进口76进入空气加热、冷却***35。然后无菌冷空气从空气出口78出，进入空气加湿设备34，无菌空气直接通过无菌空气通道67 从雾化喷头b66喷出，经过雾化室109后经过无菌空气出口78及快接口a32进入风控式多功能托盘模块22。无菌空气进入风控式多功能托盘模块22上进入气体平衡及分布腔23中。当气体平衡及分布腔23无菌空气压力达到预设值时推动滑块29沿气体平衡及分布腔23内壁上移并压缩可调弹簧71，同时带动气体通道插针72上移，气体通道插针72顶端伞形空气分布器73与O型密封圈b74脱离形成环状气体通道。无菌空气从出气孔101喷出沿着环状气体通道及均匀分布的伞形空气分布器73边沿喷入物固体料中对无菌固体物料进行通气供氧。多余无菌空气和废气从尾气管6和尾气出口111排出，通气供氧结束时关闭所用阀门，并控制尾气管6、尾气出口111和阀门5a、阀门113z使罐内维持一定正压。

十四、物料干燥：

当发酵结束，需要对物料进行干燥处理时，预先开启空气压缩机36达预设值。开启导热油槽91中加热管92对导热油90进行加热，开启导热油循环泵93、阀门v94及导热油回流管上阀门u87，进行热油循环，无菌空气在空气加热、冷却***35与导热油进行热交换，形成无菌热空气。然后无菌热空气从空气出口78出，进入空气加湿设备34。无菌热空气直接通过无菌空气通道67从雾化喷头b66喷出，经过雾化室109后经过无菌空气出口78及快接口a32进入风控式多功能托盘模块22。无菌热空气进入风控式多功能托盘模块22上进入气体平衡及分布腔23中。当气体平衡及分布腔23无菌热空气压力达到预设值时推动压力推动滑块29沿气体平衡及分布腔23内壁上移并压缩可调弹簧71，同时带动气体通道插针72上移，气体通道插针72顶端伞形空气分布器73与O型密封圈b74脱离形成环状气体通道。无菌热空气从出气孔101喷出，沿着环状气体通道及均匀分布的伞形空气分布器73边缘喷入物固体料中，对无菌固体物料进行快速热风干燥。无菌热空气在通过热固体物料时进行热量及水分交换，水分被冷却的湿空气从尾气管6、尾气出口111带出。在物料加热却过程根据实际需要可间歇开启搅拌电机7，带动竖立中空搅拌轴102及中空横向连杆19，弧形中空叶轮连接杆20及犁型翻转搅拌叶轮62，翻拌固体物料使物料干燥均匀。当物料水分降至设定值关闭所用阀门。

十五、出料：

当发酵结束及固体物料干燥预处理后，断开快接口a32及快接口b115，打开固体物料出口18，开启正反电机27带动螺纹推杆25转动，螺纹推杆25与弧形螺纹槽24啮合，致使发酵罐1沿发酵罐旋转支点116做固体物料出料口18向下旋转倾斜运动。同时开启物料搅拌电机机7，带动竖立中空搅拌轴102及中空横向连杆19，弧形中空叶轮连接杆20及犁型翻转搅拌叶轮62翻拌固体物料，从出料口自由落下出料。

本发明通过设计一种多功能气调式固体发酵***，实现在同一发酵罐内完成物料的灭菌、冷却、原地接种和发酵：利用***犁型翻转搅拌叶轮翻动叶轮辅以罐内的喷雾接种使物料接种更均匀，发酵过程搅拌有效降低菌丝的损伤程度。在搅拌叶轮上的温度探头较传统固体发酵罐罐壁插孔固定位采集温度更精准，破除探头对搅拌及罐体设计影响难度，同时并通过无线传输破除空间位阻；利用发酵***设置的风控式多功能托盘模块及空气除菌、加热、冷却、加湿调控模块能灵活调节发酵温度、湿度及供氧等条件，同时，风控式多功能托盘模块的设计还有效防止物料堵塞供气孔，使空气分布均匀，物料发酵均匀透彻，提高了产品质量；发酵罐倾斜出料装置辅助搅拌，物料出料彻底方便；利用多功能气调式固体发酵***能够集供气(汽)传质、调温、控湿、灭菌、接种、防堵于一身，还可用于后期通气物料干燥处理，自动化程度高，易于控制操作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能气调式固体发酵***，包括发酵单元，至少还包括通过管路***和所述发酵罐（1）连接的供气单元、蒸汽供汽单元，所述管路***上设有控制的阀门，所述发酵单元设有发酵罐（1），所述发酵罐（1）顶部设有备用口（2）、安全阀a（3）、尾气管（6）、搅拌电机（7）、温度采集及无线传输器（8）、轴封连接器（10）、压力表a（11）、视镜口（12）、物料入口（13），所述尾气管（6）上设有湿度探头a（4）和阀门a（5），所述发酵罐（1）侧边设有物料进口b（110）、固体物料出口（18）、尾气出口（111），所述尾气出口（111）上设有湿度探头c（112）和阀门z（113），所述发酵罐（1）内设有搅拌轴（102）、风控多功能托盘模块（22），所述发酵罐（1）底部设有发酵罐倾斜出料装置，其特征在于：

所述发酵罐（1）内设有搅拌轴（102）和风控式多功能托盘模块（22），所述搅拌轴（102）为竖直中空结构并设有发酵罐旋转支点（116），所述搅拌轴（102）一端通过轴封连接器（10）固定于发酵罐（1）顶部，另一端通过固定套筒（26）固定于发酵罐（1）底部，所述搅拌轴（102）上设有横向连杆（19），所述横向连杆（19）为中空结构，所述搅拌轴（102）和所述横向连杆（19）内部设有温度探头连线（9），所述横向连杆（19）上设有固定环（16），所述固定环（16）上设有叶轮连接杆（20），所述叶轮连接杆（20）为弧形状中空结构，所述叶轮连接杆（20）上末端设有犁形翻转结构的搅拌叶轮（62），所述搅拌叶轮（62）上设有温度探头a（17），所述温度探头a（17）连接在所述温度探头连线（9）上，所述温度探头连线（9）固定于温度采集及无线传输器（8），所述风控式多功能托盘模块（22）上方设有接种环（14），所述接种环（14）位环状结构，所述接种环（14）底部设有雾化喷头a（15）；

供气单元，所述供气单元设有空气压缩机（36）、无菌空气过滤器（44）、空气加热冷却***（35）、空气加湿设备（34），所述空气压缩机（36）通过管路依次连接无菌空气过滤器（44）、空气加热冷却***（35）、空气加湿设备（34），所述空气压缩机（36）出气管路上设有空气转子流量计（37），所述空气加湿设备（34）通过快接口a（32）和所述风控式多功能托盘模块（22）连接；

蒸汽供汽单元，所述蒸汽供汽单元包括蒸汽发生器（38），所述蒸汽发生器（38）通过管路和所述供气单元管路连通，所述蒸汽发生器（38）管路末端通过快接口b（115）和所述发酵罐（1）连接。

2.如权利要求1所述的一种多功能气调式固体发酵***，其特征在于：所述风控多功能托盘模块（22）包括空气进气管路（103）、设置在空气进气管路（103）上的阀门b（33）、气体平衡分布腔（23），位于气体平衡分部腔（23）顶端设有排气孔b（104），位于排气孔b（104）前端设有阀门y（105），所述气体平衡分布腔（23）内设有推动滑块（29），所述推动滑块（29）将所述气体平衡分部腔（23）分割成上下两个腔室，所述推动滑块（29）侧面通过密封圈（31）和所述气体平衡分部腔（23）内壁固定并可沿着内壁上下移动，所述推动滑块（29）上设有气体通道插针（72），所述气体通道插针（72）底端固定在推动滑块（29）下表面，所述气体通道插针顶端（72）贯穿物料承接板（21）设置，所述气体通道插针（72）顶端为伞形空气分布器（73），所述伞形空气分布器（73）和所述物料承接板（21）连接处凹形槽内设有O型密封圈b（74），位于物料承接板（21）下端面和位于推动滑块（23）上端面的气体通道插针（72）外周设有可调弹簧（71）。

3.如权利要求2所述的一种多功能气调式固体发酵***，其特征在于：所述物料承接板（21）下端面设有两组环形强力电磁铁（30）。

4.如权利要求2所述的一种多功能气调式固体发酵***，其特征在于：位于伞形空气分布器（73）下面、气体通道插针（72）外周上设有两组圆形出气孔（101）。

5.如权利要求1所述的一种多功能气调式固体发酵***，其特征在于：所述空气加热、冷却***（35）上设有无菌空气进气口（76）和无菌空气出气口（78），阀门p（75）、阀门q（77），所述空气加热、冷却***（35）包括冰水槽（89）、导热油槽（91）、空气管（106）、冰水管（107）、导热油管（108），所述空气管（106）、冰水管（107）、导热油管（108）由Z字型导热薄片构成并设置于冰水槽（89）、导热油槽（91）之上，所述冰水槽（89）内设有冷媒（88）、制冷剂（86）、冰水循环泵（85），所述冰水循环泵（85）连接所述冰水管（107），所述冰水管（107）上设有冰水外接进口（82），所述冰水管（107）末端设有冰水外接出口（97）和冰水回流管（99）；所述导热油槽（91）内设有导热油（90）、加热管（92）、导热油循环泵（93），所述导热油循环泵（93）和所述导热油管（108）连接，所述导热油管（108）上设有外接蒸汽进口（96），所述导热油管（108）末端设有外接蒸汽出口（80）和导热油回流管（84）。

6.如权利要求1所述的一种多功能气调式固体发酵***，其特征在于：所述空气加湿设备（34）内设有雾化室（109）、湿空气出口（68）和废液出口（70），所述空气加湿设备（34）通过管路连接无菌储水罐（48），所述无菌储水罐（48）和所述空气加湿设备（34）之间设有泵（52），所述无菌储水罐（48）设有自来水进口（63）、蒸汽进口阀（47）、延伸至雾化室（109）顶部的雾化喷头连接空气进管（67）、雾化喷头b（66）。

7.如权利要求1所述的一种多功能气调式固体发酵***，其特征在于：所述蒸汽发生器（38）和所述发酵罐（1）连接的管路上设有种子罐（56），所述种子罐（56）上设有安全阀c（59）、压力表d（60）、排气孔a（58）、阀门l（57）。

8.如权利要求1所述的一种多功能气调式固体发酵***，其特征在于：所述倾斜出料装置包括设置在发酵罐（1）底部表面的弧形结构的螺纹槽（24）、和弧形结构的螺纹槽（24）互相嵌合的螺纹推杆（25），所述螺纹推杆（25）由正反电机（27）驱动。