CN109396159A - 用于实验室的自制液化水解发酵罐及发酵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于实验室的自制液化水解发酵罐。它解决了现有技术设计不合理等技术问题。本用于实验室的自制液化水解发酵罐包括恒温磁力搅拌器，在恒温磁力搅拌器的上端内部设有定位孔，以及下端插于定位孔内的发酵瓶，在发酵瓶上端瓶口内设有橡胶塞，在橡胶塞上设有两个相互平行的竖直通孔，以及插于任意一个竖直通孔内且下端伸入至发酵瓶内底部的取样导管，在取样导管的上端连接有取样装置，插于另外一个竖直通孔内的压力释放管，在压力释放管内设有滤膜，在压力释放管的上端套接有橡胶软管，以及能够使橡胶软管径向发生形变从而将橡胶软管内部通道封闭的径向形变驱动装置。本发明的优点在于：成本更低。
Description
技术领域
本发明属于有机固体废弃物发酵设备技术领域，尤其涉及一种用于实验室的自制液化水解发酵罐及发酵方法。
背景技术
实验室是一个可以培养学生动手能力、综合实践能力以及创新能力的地方。但由于个别实验仪器价格较为昂贵，还需要定期维护，无形中增加了学校建设的成本也增加了实验室的压力。因此利用实验室现有的装置进行组装或升级来满足不同实验的条件和要求，可以打破了市场上常规发酵罐的局限性。这样不仅可以减少实验室的成本，还可以提高实验效率，具有很好的的实用性。
随着人们生活质量的提高，有机固体废弃物的产生量也在不断的增加，城市垃圾目前是有机固体废弃物的重要组成部分。据统计，全世界每年产生垃圾约450亿吨，而我国的城市生活垃圾的产量已达到1.5亿吨，且还在以每年8％-10％的速度增长着，有机垃圾容易产生恶臭气味，严重影响城市环境，若不经正确的处理，极易对环境产生二次污染等问题。目前常用的垃圾处理方式为填埋或焚烧，但很容易造成环境的二次污染。有机固体废弃物的资源化利用开始越来越引起人们的重视，这样不仅可以对有机固体废弃物进行有效处理，还可以产生二次能源，缓解我国资源压力，使有机固体废弃物得到充分的利用。
厌氧发酵制取沼气是目前是有机固体废物资源化利用的主要方向，由于固体废弃物中的营养物质都是大分子形式存在于固相中，因此液化水解是高效利用固体废弃物的关键。自动发酵罐是市场上现有的一种主要应用于液化水解的仪器，但其价格高昂，有的甚至达到5万以上，难以满足实验室经济型的要求。针对上述问题，设计了一种用于实验室的自制液化水解发酵罐，是急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种可以应用于实验室且成本低的用于实验室的自制液化水解发酵罐及发酵方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本用于实验室的自制液化水解发酵罐包括恒温磁力搅拌器，还包括放置在发酵瓶内且在恒温磁力搅拌器的磁力作用下能够转动的转子，在恒温磁力搅拌器的上端内部设有定位孔，以及下端插于定位孔内的发酵瓶，在发酵瓶上端瓶口内设有橡胶塞，在橡胶塞上设有两个相互平行的竖直通孔，以及插于任意一个竖直通孔内且下端伸入至发酵瓶内底部的取样导管，在取样导管的上端连接有取样装置，插于另外一个竖直通孔内的压力释放管，在压力释放管内设有滤膜，在压力释放管的上端套接有橡胶软管，以及能够使橡胶软管径向发生形变从而将橡胶软管内部通道封闭的径向形变驱动装置。
橡胶塞呈柱状或者锥形状结构。
发酵瓶为蓝盖玻璃瓶。
设计的取样导管和压力释放管，其可以满足于实验发酵要求，还可以进一步提高实验发酵的安全性，同时上端为滤膜，有效保证了自制发酵罐的无菌污染条件，下端为恒温磁力搅拌器，可以通过调节搅拌器的温度与转速以满足实验的要求。当发酵条件为好氧时，带滤膜的导管为瓶内提供相应的好氧条件，当反应条件为好氧时，外界空气需要经过滤膜才能进入，起到了过滤作用，有效保证了自制发酵罐的无菌污染条件；当反应条件为厌氧时，可以用径向形变驱动装置夹住压力口，以保证发酵瓶内的厌氧环境，整个发酵罐其制造成本低。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的橡胶塞周向缠绕有生料带。
该生料带其可以进一步提高密封性。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的滤膜为0.20μm的滤膜。
可以确保一个较好的发酵环境。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的取样导管上端套接有橡胶管，所述的取样装置连接在橡胶管远离取样导管的一端。
该结构其可以便于拆装。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的橡胶管内径大于取样导管的外径，所述的橡胶管套设在取样导管上。
该结构其可以便于拆装。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的取样装置为针管。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的径向形变驱动装置为弹性夹。
弹性夹包括两块尾端相互铰接的夹板，在两块夹板之间设有扭簧，通过扭簧的弹力迫使两块夹板相向运动从而将橡胶软管夹持并内部通道封闭。
在两块夹板的相向一侧分别设有呈对称设置的内凸夹持部，提供一个更好和更稳当的咬合力。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的橡胶软管内径大于压力释放管的外径，所述的橡胶软管套设在压力释放管上。
该结构其可以便于拆装连接。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的滤膜固定在压力释放管的上端端部。
滤膜通过粘结剂固定在压力释放管的上端端部。
在上述的用于实验室的自制液化水解发酵罐中，所述的发酵瓶容积为25-1000ml。
发酵瓶的容积可以根据实际的要求进行制定容积。
本自制液化水解的发酵方法包括如下步骤：
S1、打碎，将废弃食物进行打碎，制得碎屑；
S2、水域加热，量取去离子水900ml于发酵瓶中，恒温磁力搅拌器将上述的离子水加热至40-50℃；
S3、添加，将打碎的碎屑和α-淀粉酶投入至发酵瓶中，然后将发酵瓶放入至恒温磁力搅拌器中，然后将转子放入至发酵瓶内，最后将橡胶塞堵住发酵瓶上端瓶口，在橡胶塞上设有两个相互平行的竖直通孔，以及插于任意一个竖直通孔内且下端伸入至发酵瓶内底部的取样导管，在取样导管的上端连接有取样装置，插于另外一个竖直通孔内的压力释放管，在压力释放管内设有滤膜，在压力释放管的上端套接有橡胶软管，以及能够使橡胶软管径向发生形变从而将橡胶软管内部通道封闭的径向形变驱动装置；
S4、发酵，将恒温磁力搅拌器的温度设置在50℃，转速调整20rpm且转子的周向不与发酵瓶内壁接触，装置稳定运行8h，其中每隔1h取样一次，实验结束后测量样品中的葡萄糖含量。
与现有的技术相比，本用于实验室的自制液化水解发酵罐及发酵方法的优点在于：
1、设计的取样导管和压力释放管，其可以满足于实验发酵要求，还可以进一步提高实验发酵的安全性，同时上端为滤膜，有效保证了自制发酵罐的无菌污染条件，下端为恒温磁力搅拌器，可以通过调节搅拌器的温度与转速以满足实验的要求。当发酵条件为好氧时，带滤膜的导管为瓶内提供相应的好氧条件，当反应条件为好氧时，外界空气需要经过滤膜才能进入，起到了过滤作用，有效保证了自制发酵罐的无菌污染条件；当反应条件为厌氧时，可以用径向形变驱动装置夹住压力口，以保证发酵瓶内的厌氧环境，整个发酵罐其制造成本低。
2、可以有效将固态有机废物水解成液态有机废物的水解产物，效果显著，应用面广，实用性强，且廉价易得，还具有一定的发展潜力，可广泛应用于实验室中。
3、方法简单且更加实用。
附图说明
图1是本发明提供的结构示意图。
图2是本发明提供的橡胶塞结构示意图。
图3是本发明提供的压力释放管结构示意图。
图4是本发明提供的径向形变驱动装置结构示意图。
图5是本发明提供的液化废弃面包的葡萄糖含量随时间的变化曲线。
图6是本发明提供的流程框图。
图中，恒温磁力搅拌器1、定位孔11、发酵瓶2、橡胶塞3、竖直通孔31、生料带32、取样导管4、橡胶管41、取样装置5、压力释放管6、橡胶软管7、径向形变驱动装置8、滤膜9。
具体实施方式
以下是发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-4所示，
本用于实验室的自制液化水解发酵罐包括恒温磁力搅拌器1，在恒温磁力搅拌器1的上端内部设有定位孔11，以及下端插于定位孔11内的发酵瓶2。
恒温磁力搅拌器1其温度的可变范围在20-100℃，转速的可变范围在0-2000rpm，可根据实验的需要改变参数。
发酵瓶2为蓝盖玻璃瓶。
还包括放置在发酵瓶2内且在恒温磁力搅拌器1的磁力作用下能够转动的转子20。
在发酵瓶2上端瓶口内设有橡胶塞3，优化方案，在橡胶塞3周向缠绕有生料带32。在橡胶塞3上设有两个相互平行的竖直通孔31，以及插于任意一个竖直通孔31内且下端伸入至发酵瓶2内底部的取样导管4，在取样导管4的上端连接有取样装置5，插于另外一个竖直通孔31内的压力释放管6，在压力释放管6内设有滤膜9，该滤膜9为0.20μm的滤膜。
在压力释放管6的上端套接有橡胶软管7，以及能够使橡胶软管7径向发生形变从而将橡胶软管7内部通道封闭的径向形变驱动装置8。
所述的取样导管4上端套接有橡胶管41，所述的取样装置5连接在橡胶管41远离取样导管4的一端。
所述的橡胶管41内径大于取样导管4的外径，所述的橡胶管41套设在取样导管4上。
所述的取样装置5为针管。
所述的径向形变驱动装置8为弹性夹。
所述的橡胶软管7内径大于压力释放管6的外径，所述的橡胶软管7套设在压力释放管6上。
所述的滤膜9固定在压力释放管6的上端端部。
所述的发酵瓶2容积为25-1000ml。
如图1-4和图6所示，
本实施例的发酵方法包括如下步骤：
S1、打碎，将废弃食物进行打碎，制得碎屑；
S2、水域加热，量取去离子水900ml于发酵瓶2中，恒温磁力搅拌器1将上述的离子水加热至40-50℃；
S3、添加，将打碎的碎屑和α-淀粉酶投入至发酵瓶2中，然后将发酵瓶2放入至恒温磁力搅拌器1中，然后将转子20放入至发酵瓶2内，最后将橡胶塞3堵住发酵瓶2上端瓶口，在橡胶塞3上设有两个相互平行的竖直通孔31，以及插于任意一个竖直通孔31内且下端伸入至发酵瓶2内底部的取样导管4，在取样导管4的上端连接有取样装置5，插于另外一个竖直通孔31内的压力释放管6，在压力释放管6内设有滤膜9，在压力释放管6的上端套接有橡胶软管7，以及能够使橡胶软管7径向发生形变从而将橡胶软管7内部通道封闭的径向形变驱动装置8；
S4、发酵，将恒温磁力搅拌器1的温度设置在50℃，转速调整20rpm且转子20的周向不与发酵瓶2内壁接触，装置稳定运行8h，其中每隔1h取样一次，实验结束后测量样品中的葡萄糖含量。
本实施例的废弃食物为废弃面包，废弃面包为底物，先将废弃面包用打碎机打碎为面包屑，取面包屑100g和α-淀粉酶与两个烧杯中。量取去离子水900ml于发酵瓶中，在恒温箱中进行水域加热至40-50℃，加热结束后依次将上述面包屑和酶投入发酵瓶中，最后放入转子，盖紧胶塞。同时缠紧生料带，确保瓶中的厌氧环境，将恒温磁力搅拌器的温度设置在50℃，转速调整20rpm，装置稳定运行8h，其中每隔1h取样一次。实验结束后测量样品中的葡萄糖含量，结果如图5所示。实验结果表明，葡萄糖含量不断升高，液化水解效果显著。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.用于实验室的自制液化水解发酵罐，包括恒温磁力搅拌器(1)，在恒温磁力搅拌器(1)的上端内部设有定位孔(11)，以及下端插于定位孔(11)内的发酵瓶(2)，还包括放置在发酵瓶(2)内且在恒温磁力搅拌器(1)的磁力作用下能够转动的转子(20)，其特征在于，所述的发酵瓶(2)上端瓶口内设有橡胶塞(3)，在橡胶塞(3)上设有两个相互平行的竖直通孔(31)，以及插于任意一个竖直通孔(31)内且下端伸入至发酵瓶(2)内底部的取样导管(4)，在取样导管(4)的上端连接有取样装置(5)，插于另外一个竖直通孔(31)内的压力释放管(6)，在压力释放管(6)内设有滤膜(9)，在压力释放管(6)的上端套接有橡胶软管(7)，以及能够使橡胶软管(7)径向发生形变从而将橡胶软管(7)内部通道封闭的径向形变驱动装置(8)。
2.根据权利要求1所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐，其特征在于，所述的橡胶塞(3)周向缠绕有生料带(32)。
3.根据权利要求1所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐，其特征在于，所述的滤膜(9)为0.20μm的滤膜。
4.根据权利要求1所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐，其特征在于，所述的取样导管(4)上端套接有橡胶管(41)，所述的取样装置(5)连接在橡胶管(41)远离取样导管(4)的一端。
5.根据权利要求4所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐，其特征在于，所述的橡胶管(41)内径大于取样导管(4)的外径，所述的橡胶管(41)套设在取样导管(4)上。
6.根据权利要求1所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐，其特征在于，所述的取样装置(5)为针管。
7.根据权利要求1所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐，其特征在于，所述的径向形变驱动装置(8)为弹性夹。
8.根据权利要求1所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐，其特征在于，所述的橡胶软管(7)内径大于压力释放管(6)的外径，所述的橡胶软管(7)套设在压力释放管(6)上。
9.根据权利要求1所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐，其特征在于，所述的滤膜(9)固定在压力释放管(6)的上端端部。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的用于实验室的自制液化水解发酵罐的发酵方法，其特征在于，本方法包括如下步骤：
S1、打碎，将废弃食物进行打碎，制得碎屑；
S2、水域加热，量取去离子水900ml于发酵瓶(2)中，恒温磁力搅拌器(1)将上述的离子水加热至40-50℃；
S3、添加，将打碎的碎屑和α-淀粉酶投入至发酵瓶(2)中，然后将发酵瓶(2)放入至恒温磁力搅拌器(1)中，然后将转子(20)放入至发酵瓶(2)内，最后将橡胶塞(3)堵住发酵瓶(2)上端瓶口，在橡胶塞(3)上设有两个相互平行的竖直通孔(31)，以及插于任意一个竖直通孔(31)内且下端伸入至发酵瓶(2)内底部的取样导管(4)，在取样导管(4)的上端连接有取样装置(5)，插于另外一个竖直通孔(31)内的压力释放管(6)，在压力释放管(6)内设有滤膜(9)，在压力释放管(6)的上端套接有橡胶软管(7)，以及能够使橡胶软管(7)径向发生形变从而将橡胶软管(7)内部通道封闭的径向形变驱动装置(8)；
S4、发酵，将恒温磁力搅拌器(1)的温度设置在50℃，转速调整20rpm且转子(20)的周向不与发酵瓶(2)内壁接触，装置稳定运行8h，其中每隔1h取样一次，实验结束后测量样品中的葡萄糖含量。
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