用于发酵容器的内置式固定化细胞碳纤维球反应器及其酿酒
系统
技术领域
[0001] 本
发明涉及酿酒技术领域，特别涉及
用于发酵容器的内置式固定化细胞
碳纤维球反应器及其酿酒系统。
背景技术
[0002] 固定化细胞是在固定化酶的
基础上发展起来的新技术，即利用化学或物理手段将游离细胞
定位于限定的空间区域并使其保持活性和可以反复使用的一种基础技术。固定化细胞保持了细胞的生命活
动能力，它不但比游离细胞的发酵更具有优越性，而且比固定化酶有更多的优点，比如：它免除了
破碎细胞来提取胞内酶的手续，降低制备成本；细胞生长停滞时间短，细胞多，反应快，抗污染能力强，可以连续发酵，反复使用，应用成本低；酶在细胞内的环境中
稳定性较高，完整细胞固定化后，酶活力的损失较少等。固定化细胞技术虽然具有广阔的应用前景，但大多是在实验室规模上进行研究，要真正实用化或工业应用，还有以下问题需要解决：1)固定化细胞的稳定性问题，由于固定化的材料对
微生物的毒性、固定化条件、固定化过程中的放热等都对细胞有影响而使部分细胞失活；2)固定化细胞批量生产装置的开发，这是固定化细胞技术从实验室走向实际应用的重要一步；3)廉价耐用的固定化载体及复合固定化技术的研究与开发；4)高效固定化反应器的开发。当前，固定化细胞技术的生产能力和在工业上应用的可行性，在很大程度上取决于反应器的构造。因此，这些问题的成功解决，特别是固定化细胞批量生产装置，即固定化细胞
生物反应器的开发对于固定化细胞技术在工业上的广泛应用将起到极大地促进作用，并将显著提高工厂的生产效率和节约生产成本，从而有力地提高我国产品的竞争力。现有的固定化细胞发酵中，一般采用单一菌株菌株纯种或者是限定菌株混合发酵，其采用的生物反应器是结构复杂的密闭容器固态发酵反应器，其存在的缺点是发酵过程中传质效率低，发酵结束后需要通过人工对反应器进行搬运，设备投资大，操作能耗高，很难实现连续化生产，尤其是针对多轮次发酵，其操作强度和难度都较大，很难满足多轮次发酵的需求。
发明内容
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于发酵容器的内置式固定化细胞碳纤维球反应器及其酿酒发酵系统，使发酵过程中
磁性容器能满足充分与发酵原料
接触时间和接触面积，具有高传质效率，能进行多轮次发酵，发酵结束后只需通过电动磁力吊从窖池或其他发酵容器中吸取出不锈
钢球，经过短暂的活化后又可进行下轮次发酵，简化操作步骤，节约劳动力，同时提高生产效率。
[0004] 本发明的用于发酵容器的内置式固定化细胞碳纤维球反应器，包括设置于发酵容器内的用于盛装多个固定化细胞碳纤维球的磁性发酵反应器本体，所述发酵反应器本体表面均布有通孔；
[0005] 进一步，所述发酵反应器本体为
马氏体
不锈钢空心球，所述不锈钢空心球包括以可拆卸式固定连接构成可容纳固定化细胞碳纤维球的上半球和下半球；
[0006] 进一步，所述上半球和下半球为
螺纹固定连接，所述上半球/下半球开口缘部外表面设置有
外螺纹，所述所述下半球/上半球开口缘部内表面设置有
内螺纹；
[0007] 进一步，所述通孔径向分布于不锈钢空心球表面，所述通孔总表面积占不锈钢空心球表面的10-20％；
[0008] 进一步，所述不锈钢空心球直径为10-15cm，所述通孔的孔径为0.2-0.4cm。
[0009] 本发明还公开一种酿酒发酵系统，包括发酵容器和盛装有固定化细胞碳纤维球的磁性发酵反应器以及通过磁力取放发酵反应器的电动磁力吊，发酵结束后通过电动磁力从发酵容器中吸取出发酵反应器经活化处理后进行下轮次发酵；
[0010] 进一步，所述发酵反应器以8-12个/m2放入发酵容器的上层、中层或下层；
[0011] 进一步，所述发酵容器为窖池，所述发酵反应器的固定化细胞碳纤维球装填量不超过发酵反应器体积的80-90％；
[0012] 进一步，所述固定化细胞碳纤维球的直径为0.6-2cm。
[0013] 本发明的有益效果：本发明的用于发酵容器的内置式固定化细胞碳纤维球反应器及其酿酒系统，利用碳纤维可控成球、防酸
碱、耐
腐蚀的特点，经与磁性的防酸碱、耐腐蚀的多孔生物反应器相结合，发酵过程中磁性容器能满足充分与发酵原料接触时间和接触面积，具有高传质效率，无论是时间还是空间上，物料上的生命活动均呈现立体多样性，发酵结束后只需通过电动磁力吊从发酵容器中吸取出不锈钢球，经过短暂的活化后又可进行下轮次发酵，能进行多轮次发酵，简化操作步骤，节约劳动力，同时提高生产效率。
附图说明
[0014] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步描述：
[0015] 图1为本发明的用于发酵容器的内置式固定化细胞碳纤维球反应器结构示意图；
[0016] 图2为装有固定化细胞碳纤维球的发酵容器的剖面结构示意图；
[0017] 图3为酿酒发酵系统的俯视结构示意图。
具体实施方式
[0018] 本发明的窖池用或其他用于发酵容器的内置式固定化细胞碳纤维球反应器，包括设置于发酵容器内的用于盛装多个固定化细胞碳纤维球3的设置有盖体的发酵反应器本体1，所述发酵反应器本体1表面均布有通孔2；通过将固定化细胞碳纤维球3装填于具有防酸碱、耐腐蚀和磁性的多孔磁性容器中进行连续型发酵，混合效果好，发酵过程中满足充分的接触时间和接触面积，具有高传质效率，能进行多轮次发酵，表面的均布的通孔2是产菌细胞吸收环境中营养物质和进行传质的通道，确保固态发酵过程中的宏观传质过程与微观传质效率高，根据发酵反应器本体1的容腔大小装填若干个碳纤维球，碳纤维球之间的间隙形成传质通道，使传质更均匀，发酵更充分，在发酵结束后，只需通过电动磁力设备(如电动磁力吊)将发酵反应器本体1吸取出来，无需人工搬运，效率高，节约劳动力，又不影响发酵容器(窖池)4的环境，将取出的发酵反应器本体1经直接经活化处理后又可进入下轮次发酵。
[0019] 本实施例中，所述发酵反应器本体1马氏体不锈钢空心球，所述不锈钢空心球包括以可拆卸式固定连接构成可容纳固定化细胞碳纤维球3的上半球和下半球；可拆卸式固定连接构成容纳固定化细胞碳纤维球3的腔体方便补料，确保半连续型发酵的进行，碳纤维球的直径直接影响物质的扩散通量，影响发酵过程中最高效的传质效率，因此，碳纤维球的直径过大或过小都不利于物质的扩散，进而影响传质效率，只有将不锈钢空心球1的大小与碳纤维球的大小相匹配才能保证物质间扩散流通速度，进而达到最高的传质效率，因此，所述碳纤维球的直径为0.6-2cm，优选为1cm。
[0020] 本实施例中，所述上半球和下半球为螺纹固定连接，所述上半球/下半球开口缘部外表面设置有外螺纹，所述所述下半球/上半球开口缘部内表面设置有内螺纹；结构简单，易于操作，可重复利用，设备利用率高。
[0021] 本实施例中，所述通孔2径向分布于不锈钢空心球表面，所述通孔2总表面积占不锈钢空心球表面的10-20％；优选为所述通孔2总表面积占不锈钢空心球表面的15％；均布的通孔2是产菌细胞吸收环境中营养物质和进行传质的通道，确保固态发酵过程中的宏观传质过程与微观传质效率高，因此通孔2的分布不宜过多，过多会影响结构的整体强度，也不宜过少，过少会影响传质通道的顺畅性，进而影响传质速度。
[0022] 本实施例中，所述不锈钢空心球直径为10-15cm，所述通孔2的孔径为0.2-0.4cm；优选为孔径为0.3cm；将不锈钢空心球的大小与碳纤维球的大小相匹配才能保证物质间扩散流通速度，进而达到最高的传质效率。
[0023] 本实施例的酿酒发酵系统，包括发酵容器4和放置于发酵容器4内的盛装有固定化细胞碳纤维球3的磁性发酵反应器1以及通过磁力取放发酵反应器1的电动磁力吊，发酵结束后通过电动磁力从发酵容器4内中吸取出发酵反应器1经活化处理后进行下轮次发酵；在发酵结束后，只需通过电动磁力设备(如电动磁力吊)将磁性容腔体1吸取出来，无需人工搬运，效率高，节约劳动力，又不影响发酵容器4的环境，将取出的发酵容器1经直接经活化处理后又可进入下轮次发酵。
[0024] 本实施例中，所述发酵反应器1以8-12个/m2放入发酵容器4的上层、中层或下层；优选为10个/m2；分布发酵容器4内的发酵反应器1之间形成有效的传质通道，保证发酵容器
4内发酵反应器1中生物体的
自动调节和发酵产物的排出，使固态发酵过程中的宏观传质过程与微观传质效率高。
[0025] 本实施例中，所述发酵容器4为窖池，所述发酵反应器1的固定化细胞碳纤维球3装填量不超过发酵反应器1体积的80-90％；优选为85％；根据发酵反应器1的容腔大小装填若干个碳纤维球，碳纤维球之间的间隙形成传质通道，使传质更均匀，发酵更充分。
[0026] 本实施例中，所述固定化细胞碳纤维球3的直径为0.6-2cm；优选为1.5cm；提供有效的传质通道，碳纤维球的直径直接影响物质的扩散通量，影响发酵过程中最高效的传质效率，因此，碳纤维球的直径过大或过小都不利于物质的扩散，进而影响传质效率，只有将发酵反应器1的大小与碳纤维球的大小相匹配才能保证物质间扩散流通速度，进而达到最高的传质效率。
[0027] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
