一種固態(tài)生物反應(yīng)裝置和用該裝置制備絲狀菌孢子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種固態(tài)生物反應(yīng)裝置以及利用該固態(tài)生物反應(yīng)裝置制備絲狀菌孢子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)發(fā)酵領(lǐng)域，菌種的擴大培養(yǎng)是發(fā)酵工藝的重要環(huán)節(jié)。除酒精酵母和乳酸菌等極少數(shù)微生物有專業(yè)的菌種生產(chǎn)工廠，生產(chǎn)直接用于發(fā)酵生產(chǎn)的商品菌種以外，在發(fā)酵企業(yè)，從斜面菌種到一級種子罐的菌種擴大培養(yǎng)過程，一直是機械化程度最低的工藝過程，占用大量的手工勞動。
[0003]絲狀菌有絲狀的菌體結(jié)構(gòu)(菌絲)，如絲狀真菌和放線菌，絲狀菌是極其重要的工業(yè)微生物。大多數(shù)抗生素是由放線菌發(fā)酵制造的；白僵菌和綠僵菌的孢子是重要的微生物殺蟲劑；60%以上的酶制劑由絲狀菌發(fā)酵制造；檸檬酸、葡萄糖酸、衣康酸等許多有機酸是用絲狀菌生產(chǎn)的。比如，黑曲霉不僅用來生產(chǎn)檸檬酸、衣康酸、葡萄糖酸，還可以生產(chǎn)30種以上的酶制劑，我國《食品添加劑使用標準》GB 2760-2011中黑曲霉來源的食品用酶制劑就有26種之多。
[0004]絲狀菌培養(yǎng)一般使用孢子接種，而絲狀菌一般需要表面培養(yǎng)(如固體培養(yǎng))產(chǎn)生孢子。
[0005]絲狀菌的深層發(fā)酵要向發(fā)酵罐或種子罐內(nèi)接入大量的菌種孢子。黑曲霉發(fā)酵，要以大量的黑曲霉孢子接種，工業(yè)上使用的黑曲霉孢子菌種多是利用1-2L的三角瓶采用靜置扣瓶法固體發(fā)酵制備的麩曲孢子。隨著產(chǎn)量的增加和發(fā)酵罐的大型化，生產(chǎn)上使用麩曲孢子的量很大，比如檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)，現(xiàn)在中國大多采用容積400-500m3的大型發(fā)酵罐，每個發(fā)酵罐要使用1-2L三角瓶培養(yǎng)的麩曲孢子100-200瓶。我國檸檬酸的年產(chǎn)量超過100萬噸，年使用麩曲孢子200萬瓶以上。
[0006]用三角瓶制備麩曲孢子，尚不能實現(xiàn)機械化，人工勞動量大，生產(chǎn)效率低。絲狀菌孢子的規(guī)模化制備技術(shù)一直是發(fā)酵行業(yè)亟待解決的共性問題。
[0007]發(fā)酵生產(chǎn)大量地使用三角瓶培養(yǎng)的麩曲孢子，除上述問題以外，還有以下幾個難以克服的問題:首先，三角瓶麩曲孢子制備過程手續(xù)繁多，又難以逐瓶檢驗麩曲孢子的質(zhì)量，極易污染雜菌而導(dǎo)致發(fā)酵罐染菌；其次，每個發(fā)酵罐接入數(shù)十瓶乃至數(shù)百瓶麩曲孢子，在接種過程中勞動量大，染菌機會多；再次，接種孢子的同時，麩曲中的麩皮也隨之接入發(fā)酵罐,增加了發(fā)酵液的雜質(zhì),不適合對發(fā)酵液的雜質(zhì)含量有較高要求的發(fā)酵；此外,制備大量麩曲孢子，還要建設(shè)大型的恒溫曲房，建筑投資較大。
[0008]奧高布殊生物商品公司(Vogelbusch B1commodities GmbH)銷售的用于生產(chǎn)孢子(特別是絲狀微生物孢子)的設(shè)備一孢子箱(VB Spore Box)，包括培養(yǎng)箱、測量和監(jiān)控部分、空壓機，還配套瓊脂培養(yǎng)基滅菌器和真空收集裝置。在一個類似手套箱的容器中，使用淺盤固體培養(yǎng)絲狀微生物，淺盤的總使用面積7.56m2，控制系統(tǒng)的溫度、壓力、濕度和氣流速度，以真空收集干燥孢子，孢子從繁殖到收獲入瓶都在封閉的系統(tǒng)中，該裝置使用化學(xué)熏蒸滅菌。培養(yǎng)基要在另外的滅菌器中滅菌后，無菌地移入該孢子箱中，在孢子箱內(nèi)無菌地逐盤接種，待培養(yǎng)的微生物孢子成熟，手工使用負壓從淺盤表面收集純孢子。以該孢子箱生產(chǎn)黑曲霉孢子，每批可以生產(chǎn)大約0.8-1.4kg，生產(chǎn)周期大約14天，即培養(yǎng)5天，干燥5天，另外4天用于收獲、清洗和下一批的準備。該孢子箱結(jié)構(gòu)和配置復(fù)雜；清洗和準備時間長；手工勞動量依然較大；對設(shè)備、環(huán)境及操作的無菌要求極高，在化學(xué)熏蒸滅菌過程及培養(yǎng)基從殺菌釜移入該裝置等過程的操作中，稍有不慎，就會造成雜菌污染；化學(xué)熏蒸滅菌后，不僅必須徹底排凈滅菌劑，避免化學(xué)滅菌劑的殘留對待培養(yǎng)微生物的影響，還必須吸附或中和滅菌劑，防止化學(xué)滅菌劑污染環(huán)境；淺盤固體培養(yǎng)使用瓊脂培養(yǎng)基，培養(yǎng)基的成本高；使用負壓收集孢子，對設(shè)備防止雜菌污染的要求極高；部分孢子不能被收集到孢子收集瓶中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的絲狀菌孢子生產(chǎn)設(shè)備難以實現(xiàn)機械化和規(guī)?；娜毕荩峁┮环N有利于實現(xiàn)絲狀菌孢子的機械化和規(guī)?；a(chǎn)的固態(tài)生物反應(yīng)裝置以及利用該固態(tài)生物反應(yīng)裝置制備絲狀菌孢子的方法。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種固態(tài)生物反應(yīng)裝置，該固態(tài)生物反應(yīng)裝置包括主罐體，所述主罐體上設(shè)置有頂部排氣口、底部進氣口和物料進出口，其中，所述固態(tài)生物反應(yīng)裝置還包括收集器，所述收集器通過頂部排氣口與主罐體相連。
[0011]本發(fā)明還提供了一種利用上述固態(tài)生物反應(yīng)裝置制備絲狀菌孢子的方法，該方法包括:將培養(yǎng)基質(zhì)通過物料進出口送入主罐體內(nèi)，并由底部進氣口通入蒸汽對所述固態(tài)生物反應(yīng)裝置及培養(yǎng)基質(zhì)進行蒸汽滅菌，將絲狀菌菌種接種至主罐體內(nèi)與無菌的培養(yǎng)基質(zhì)接觸而對絲狀菌菌種進行培養(yǎng)，以獲得成熟的絲狀菌孢子,然后通過底部進氣口往主罐體中通入干燥空氣，以使絲狀菌孢子通過頂部排氣口進入收集器內(nèi)。
[0012]本發(fā)明的固態(tài)生物反應(yīng)裝置:(1)能夠?qū)崿F(xiàn)絲狀菌孢子的機械化和規(guī)?；苽?，大幅度節(jié)省了人工勞動，生產(chǎn)效率高；(2)封閉性好，能夠有效避免外界對孢子培養(yǎng)的污染，在培養(yǎng)致病菌或?qū)Νh(huán)境有害的菌時，也容易保證環(huán)境的安全；(3)收集的孢子中混雜的培養(yǎng)基質(zhì)少，且能夠盡可能多地收集孢子，避免浪費；(4)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可以進行在位蒸汽滅囷，環(huán)?？旖荨?br>[0013]而且，本發(fā)明的絲狀菌孢子制備方法工藝簡便，整個培養(yǎng)過程在封閉系統(tǒng)中進行，染菌幾率低；通過底部進氣口控制通風(fēng)即可有效地實現(xiàn)孢子的大量收集，特別有利于實現(xiàn)絲狀菌孢子的機械化和規(guī)模化生產(chǎn)。
[0014]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0015]附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的固態(tài)生物反應(yīng)裝置的示意圖；
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的培養(yǎng)過程中支撐球與培養(yǎng)基質(zhì)的空間位置示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0019]以下多處以采用本發(fā)明的固態(tài)生物反應(yīng)裝置制備絲狀菌孢子為例對本發(fā)明的固態(tài)生物反應(yīng)裝置進行說明，但并不表示本發(fā)明的固態(tài)生物反應(yīng)裝置僅限用于制備絲狀菌孢子。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種固態(tài)生物反應(yīng)裝置，該固態(tài)生物反應(yīng)裝置包括主罐體1，所述主罐體I上設(shè)置有頂部排氣口、底部進氣口和物料進出口 10，其特征在于，所述固態(tài)生物反應(yīng)裝置還包括收集器3，所述收集器3通過頂部排氣口與主罐體I相連。
[0021]本發(fā)明中，所述頂部排氣口可以通過排氣管2與主罐體I相連。所述排氣管2優(yōu)選為三通管，該三通管的一端與主罐體I相連，一端與收集器3相連，另一端與過濾器5c相連。連接過濾器的一端可以作為主罐體I的排氣管道，不僅能防止外界微生物污染主罐體I中的物料，而且能夠防止主罐體I中的物料(如絲狀菌孢子)通過頂部排氣口進入外界環(huán)境，污染環(huán)境或危害操作人員的健康。所述三通管的各端可以設(shè)置有閥，如閥22c、閥22d和閥22g。另外，為了檢測從主罐體I內(nèi)排出的氣體的濕度，排氣管道的末端可以設(shè)置有溫濕度計探頭25a。主罐體I上可以直接設(shè)置有溫濕度計探頭25b，從而能夠更準確地獲知主罐體I內(nèi)部的濕度。
[0022]本發(fā)明中，所述主罐體I中還可以設(shè)置有篩網(wǎng)17，所述篩網(wǎng)17設(shè)置于頂部排氣口的下方，用于抑制主罐體I中平均粒徑在1_以上的物料通過頂部排氣口。篩網(wǎng)17可以有效地減少隨絲狀菌孢子進入收集器3中的培養(yǎng)基質(zhì)的量。
[0023]而且，所述主罐體I中還可以設(shè)置有支撐孔板18，所述支撐孔板18為能夠支撐主罐體I中的物料并允許氣體依次經(jīng)底部進氣口和支撐孔板1