專利名稱：封閉式固體發(fā)酵反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固態(tài)發(fā)酵領(lǐng)域，特別涉及一種系統(tǒng)化固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
制曲設(shè)備在醬油制曲工藝中起著舉足輕重的作用。目前醬油制曲仍主要采用竹匾方式， 該方式機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且不能達(dá)到無菌操作，特別是遇到黃梅天，醬曲很容 易染菌。因此醬油釀造行業(yè)急需一種機(jī)械化強(qiáng)度高，密閉操作的設(shè)備?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一些釀造 設(shè)備，但是這些設(shè)備造價(jià)昂貴，很難大規(guī)模推廣。在固體發(fā)酵中最主要的一個(gè)問題就是散熱 問題，因?yàn)楣腆w底物熱導(dǎo)性差，導(dǎo)致熱量對流和傳熱效率低，在產(chǎn)熱高峰，床層溫度急劇上 升，出現(xiàn)溫度梯度，在發(fā)酵過程中必須盡量減少溫度梯度的出現(xiàn)。 一般通過空氣對流，蒸發(fā) 的方式控制溫度，但必須考慮空氣對流對水分蒸發(fā)的作用，防止水分過度損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種封閉式固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，該裝置完全密閉，可實(shí)現(xiàn)無菌操 作，保證發(fā)酵產(chǎn)品的安全性。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其包括封閉容器、進(jìn)氣系統(tǒng)，進(jìn)氣系統(tǒng)連接封閉容器，進(jìn)氣系 統(tǒng)在發(fā)酵過程中向封閉容器添加水分和通入保濕氣體進(jìn)行固體發(fā)酵。 進(jìn)一步，其還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對反應(yīng)裝置進(jìn)行時(shí)間控制。
所述的封閉容器包括攪拌裝置、霧化噴頭、空氣分布板、溫度電極、濕度電極、中心軸， 中心軸和密閉容器外部的電機(jī)通過皮帶連接，中心軸上設(shè)有攪拌裝置使得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)攪拌 裝置轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌，霧化噴頭設(shè)于封閉容器頂部，封閉容器通過空氣分布板在其底部分隔出一個(gè) 氣室，氣室設(shè)有進(jìn)氣口。
所述的封閉容器為不銹鋼柱形筒體， 一側(cè)還設(shè)有玻璃的視鏡。
所述的封閉容器外壁還可以設(shè)保溫水浴或者環(huán)形加熱帶。
所述的溫度電極為三個(gè)，分別位于頂部測定發(fā)酵容器頂部氣相溫度、固體物料溫度及位 于氣室內(nèi)測定進(jìn)氣溫度；濕度電極則位于罐體頂部測定氣相濕度。所述的攪拌裝置為螺帶狀槳葉，由兩個(gè)寬度和直徑相同的圓環(huán)焊接而成，螺帶寬度為筒體直徑的1/10，通過支頭螺絲固定在中心軸。
所述的進(jìn)氣系統(tǒng)，包括空氣壓縮機(jī)、濾膜、泄氣閥、氣體流量計(jì)、氣動(dòng)閥門、儲(chǔ)水瓶以及增濕器，空氣壓縮機(jī)連接氣體流量計(jì)并通過氣動(dòng)閥門分別連接增濕器及儲(chǔ)水瓶，增濕器與封閉容器的氣室相連通進(jìn)氣，儲(chǔ)水瓶與封閉容器的霧化噴頭相連通進(jìn)水；所述濾膜為兩個(gè)，第一濾膜與第二濾膜分別設(shè)于氣體流量計(jì)兩側(cè)，泄氣闊也為兩個(gè)，設(shè)于濾膜與氣體流量計(jì)之間。
所述的增濕器頂部設(shè)有蓋板，增濕器內(nèi)設(shè)有穿過蓋板的熱電偶、進(jìn)氣管、出氣口、溫度電極。進(jìn)氣管底部為環(huán)狀，并且向下開有小孔；增濕器設(shè)有加水口及排水口，加水口連接有加水的儲(chǔ)水瓶；增濕器還設(shè)有測定內(nèi)部液位高度的液位計(jì)。
所述的增濕器為裝有一定液位高度的柱形不銹鋼筒體，所述液體為水，水是由儲(chǔ)水瓶通過液位高度差提供的，其水溫通過加熱冷卻雙向溫度控制儀穩(wěn)定在設(shè)定值，增濕器頂部上蓋板通過法蘭并由環(huán)狀四氟乙烯帶密封。
密閉容器中，在中心軸與上蓋板連接上采用機(jī)械動(dòng)密封，在需要密封處都有四氟乙烯材料。在罐體和物料滅菌后，接種時(shí)借用液態(tài)發(fā)酵常用的火圈法，接入固體種子。對于增濕器和管路的滅菌采用增濕器濕熱蒸汽法滅菌。需要對物料添加水分時(shí)，采用經(jīng)過濾膜過濾的無菌氣體將儲(chǔ)水瓶里的無菌水壓入罐體，并且噴灑在物料上，同時(shí)開啟攪拌，使水分混合均勻。在整個(gè)固體物料發(fā)酵過程中，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)無菌操作，保證發(fā)酵質(zhì)量。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)本發(fā)明能很好的控制發(fā)酵過程的溫度，通過進(jìn)口空氣控制床層溫度，由于加入了固體環(huán)境中的特有的攪拌系統(tǒng)，可以在發(fā)酵過程中自行添加水分，防止由于強(qiáng)制對流通氣散熱導(dǎo)致的水分過量損失。該反應(yīng)器密閉操作，能將固體發(fā)酵的溫度，水分，通氣很好的耦合起來，達(dá)到很好的發(fā)酵效果。


圖1為固體發(fā)酵反應(yīng)裝置示意圖。
圖2為固體發(fā)酵反應(yīng)器氣路系統(tǒng)示意圖。
圖3為增濕器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。該發(fā)明固體發(fā)酵反應(yīng)器包括封閉容器，進(jìn)氣系統(tǒng)。
皮帶1將罐體中心軸13和電機(jī)14連接起來，加上電流通過變速，電位器調(diào)節(jié)后，使攪拌轉(zhuǎn)速控制在0-15rpm，滿足絲狀菌固體發(fā)酵低轉(zhuǎn)速的要求。
密閉容器中的攪拌槳為螺帶狀槳葉6，其是由兩個(gè)寬度和直徑相同的圓環(huán)焊接而成。螺帶寬度為筒體直徑的1/10，通過支頭螺絲固定在中心軸13上，當(dāng)電機(jī)14轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，攪拌槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，使固體物料順著槳葉從下往上翻轉(zhuǎn)，并從槳葉中間和罐壁落下，使物料能很好的混合。
密閉容器為不銹鋼柱形筒體， 一側(cè)設(shè)有玻璃的視鏡7。視鏡主要為了在發(fā)酵過程中觀察微生物的生長情況，菌絲的生長和孢子的形成。密閉容器通過空氣分布板8使底部形成一個(gè)氣室ll。氣體從底部進(jìn)氣口 lO進(jìn)入在氣室ll內(nèi)經(jīng)過空氣分布板8后進(jìn)入發(fā)酵罐主體部分，而后從上部的氣體出口 5流出。密閉容器中安有三個(gè)溫度電極，分別是用于測定發(fā)酵容器頂部氣相溫度的氣相溫度電極2，測定固體物料溫度的固相溫度電極4和測定進(jìn)氣的氣室溫度的氣相溫度電極9。 一個(gè)濕度電極3位于罐體頂部測定氣相濕度。密閉容器外壁可以添加保溫水浴或者環(huán)形加熱帶，在發(fā)酵初期，可以通過保溫水浴或者環(huán)形加熱帶所提供的熱量來促進(jìn)孢子萌發(fā)。
密閉容器頂部還有一個(gè)霧化噴頭12。當(dāng)需要向罐體添加水分時(shí)，通向增濕器23的一路的氣體的第二氣動(dòng)閥門20關(guān)閉，同時(shí)，開啟噴水裝置的第一氣動(dòng)閥門19，氣體通向第一儲(chǔ)水瓶22將瓶內(nèi)的無菌水壓向發(fā)酵罐，通過霧化噴頭12，噴灑水分。與此同時(shí)開啟攪拌，使物料混合均勻。
進(jìn)氣系統(tǒng)中，氣體由空氣壓縮機(jī)15壓縮后，通過第一濾膜16過濾，再經(jīng)過空氣流量計(jì)18調(diào)節(jié)流速，再經(jīng)過第二濾膜17進(jìn)一步過濾，然后經(jīng)過增濕器23加熱(冷卻)增濕后，進(jìn)入密閉容器底部氣室ll。當(dāng)不需要添加水分時(shí)，增濕器一路的第二氣動(dòng)閥門20處于常開階段。處于安全性考慮，在氣體流量計(jì)18與第一濾膜16、第二濾膜17之間各設(shè)有泄氣閥，在整個(gè)發(fā)酵過程中，空壓機(jī)15—直處于運(yùn)作狀態(tài)下，當(dāng)采樣時(shí)或者工藝上需要停止通氣時(shí)，這時(shí)需要打開泄氣閥門進(jìn)行泄氣。增濕器23為裝有一定液位高度的柱形不銹鋼筒體。增濕器23內(nèi)的水溫通過加熱冷卻雙向溫度控制儀穩(wěn)定在設(shè)定值。增濕器23內(nèi)有熱電偶24加熱，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，開啟冷卻，冷卻端與一個(gè)風(fēng)扇相連接。進(jìn)入增濕器23的氣體由進(jìn)氣管25進(jìn)入增濕器底部，底部進(jìn)氣管為環(huán)狀，并且向下開有小孔。氣體通過增濕器一定高度的液位，由頂部的出氣口26流出，增濕器23中間有一個(gè)溫度電極27用于測定增濕器內(nèi)部水的溫度。增濕器23頂部上蓋板通過法蘭28并由環(huán)狀四氟乙烯帶密封。增濕器23內(nèi)水是由第二儲(chǔ)水瓶21通過液位高度差提供，從增濕器進(jìn)水口30流進(jìn)。當(dāng)發(fā)酵結(jié)束時(shí)，增濕器23內(nèi)部水應(yīng)及時(shí)由排水口 31排出。另外增濕器23 —側(cè)設(shè)有上下兩個(gè)液位計(jì)29可以觀察內(nèi)部液位高度，防止水位過低，影響增濕效果。增濕器溫度用雙向控制溫控儀可以控制，主要是為了給氣體提供足夠的溫度和濕度，通過調(diào)節(jié)增濕器內(nèi)水溫，當(dāng)氣體流過增濕器時(shí)，和增濕器內(nèi)水熱交換。使空氣得到加熱或者冷卻，從而空氣的溫度得以控制。另外，空氣通過增濕器時(shí)，空氣的水分含量得以飽和，成為保濕氣體。這有利于減少發(fā)酵時(shí)空氣強(qiáng)制對流對反應(yīng)器內(nèi)固體基 質(zhì)的水分的蒸發(fā)，床層壓降的增加和床層收縮，防止明顯的空氣流通縫隙的出現(xiàn)，影響微生 物生長。
控制系統(tǒng)控制攪拌的時(shí)間和周期，噴水的時(shí)間和周期。這是通過時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)的， 一般 預(yù)先設(shè)置好時(shí)間繼電器開啟的持續(xù)時(shí)間和間隔，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而可以控制攪拌的開啟 時(shí)間和間隔。噴水時(shí)間和間隔也是如此。
本發(fā)明反應(yīng)器通過進(jìn)入密閉容器的氣體的溫度和流量控制發(fā)酵罐體溫度。當(dāng)罐體內(nèi)微生 物生長旺盛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量熱量。通過罐壁冷卻移除的熱量是有限的，因此考慮通過空氣的 對流和水分蒸發(fā)作為熱量移除的主要方式。通過進(jìn)入罐體氣體的溫度和流量控制溫度。但是 空氣流量較大時(shí)，固體物料的水分蒸發(fā)嚴(yán)重，通過加大固體物料的起始水分含量十分有限。 因此本發(fā)明采用途中向罐體添加水分的方法補(bǔ)加水分，并且加入了攪拌系統(tǒng)使水分分布均勻。
此裝置完全密閉，裝置滅菌后，不易染菌。達(dá)到密閉無菌的目的。
實(shí)例
首先將發(fā)酵固體物料置于固體反應(yīng)器內(nèi)，將反應(yīng)器和無菌水儲(chǔ)水瓶于滅菌鍋i2rc滅菌
30min。向增濕器添加無菌水至一定高度。開啟增濕器加熱開關(guān)，將無菌水加熱至沸騰并產(chǎn)生 蒸汽，持續(xù)加熱15min，使增濕器和氣體管道達(dá)到滅菌效果。15min后，關(guān)閉加熱開關(guān)，調(diào)節(jié) 增濕器溫度至發(fā)酵溫度，增濕器冷卻端與風(fēng)扇連接，增濕器冷卻開啟，同時(shí)開啟空氣壓縮機(jī)， 使氣體通過增濕器，加速增濕器的冷卻。待增濕器溫度穩(wěn)定在發(fā)酵溫度時(shí)，將增濕器出氣口 與密閉容器進(jìn)氣口連接，氣體進(jìn)入固體發(fā)酵反應(yīng)器。打開接種口，在無菌操作條件下加入固 體種子。開啟攪拌，使種子與固體物料混合均勻。15min后，關(guān)閉攪拌。開始發(fā)酵。
微生物發(fā)酵階段，通過溫度和濕度電極顯示發(fā)酵情況。當(dāng)溫度超過微生物發(fā)酵上限時(shí)， 加大通氣流量，降低增濕器溫度，如果菌體自身對攪拌允許，可以開啟攪拌降低溫度。當(dāng)濕 度降低至一定值時(shí)，開啟噴水裝置。關(guān)閉通向增濕器的一路的氣體氣動(dòng)閥門，同時(shí)，開啟噴 水裝置的氣動(dòng)閥門，氣體通向儲(chǔ)水瓶將瓶內(nèi)的無菌水壓向罐體，通過霧化噴頭，噴灑水分。 與此同時(shí)開啟攪拌裝置，使物料混合均勻。 攪拌和噴水的時(shí)間和周期都可以通過時(shí)間繼電器手動(dòng)或者自動(dòng)控制。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉 本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng) 用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于其包括封閉容器、進(jìn)氣系統(tǒng)，進(jìn)氣系統(tǒng)連接封閉容器，進(jìn)氣系統(tǒng)在發(fā)酵過程中向封閉容器添加水分和通入保濕氣體進(jìn)行固體發(fā)酵。
2、 如權(quán)利要求l所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于其還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng) 對反應(yīng)裝置進(jìn)行時(shí)間控制。
3、 如權(quán)利要求1所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于所述的封閉容器包括攪拌裝置、 霧化噴頭、空氣分布板、溫度電極、濕度電極、中心軸，中心軸和密閉容器外部的電機(jī)通過 皮帶連接，中心軸上設(shè)有攪拌裝置使得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)攪拌裝置轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌，霧化噴頭設(shè)于封閉 容器頂部，封閉容器通過空氣分布板在其底部分隔出一個(gè)氣室，氣室設(shè)有進(jìn)氣口。
4、 如權(quán)利要求2所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于所述的封閉容器為不銹鋼柱形 筒體， 一側(cè)還設(shè)有玻璃的視鏡。
5、 如權(quán)利要求2所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于所述的封閉容器外壁還設(shè)有保 溫水浴或者環(huán)形加熱帶。
6、 如權(quán)利要求2所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于所述的溫度電極為三個(gè)，分別 位于頂部測定發(fā)酵容器頂部氣相溫度、固體物料溫度及位于氣室內(nèi)測定進(jìn)氣溫度；濕度電極 則位于罐體頂部測定氣相濕度。
7、 如權(quán)利要求2所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于所述的攪拌裝置為螺帶狀槳葉， 由兩個(gè)寬度和直徑相同的圓環(huán)焊接而成，螺帶寬度為筒體直徑的1/10，通過支頭螺絲固定在 中心軸。
8、 如權(quán)利要求1所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于所述的進(jìn)氣系統(tǒng)，包括空氣壓 縮機(jī)、濾膜、泄氣閥、氣體流量計(jì)、氣動(dòng)閥門、儲(chǔ)水瓶以及增濕器，空氣壓縮機(jī)連接氣體流 量計(jì)并通過各自的氣動(dòng)閥門分別連接增濕器及儲(chǔ)水瓶，增濕器與封閉容器的氣室相連通進(jìn)氣， 儲(chǔ)水瓶與封閉容器的霧化噴頭相連通進(jìn)水；所述濾膜為兩個(gè)，第一濾膜與第二濾膜分別設(shè)于 氣體流量計(jì)兩側(cè)，泄氣閥也為兩個(gè)，設(shè)于濾膜與氣體流量計(jì)之間。
9、 如權(quán)利要求8所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于所述的增濕器頂部設(shè)有蓋板， 增濕器內(nèi)設(shè)有穿過蓋板的熱電偶、進(jìn)氣管、出氣口、溫度電極，進(jìn)氣管底部為環(huán)狀，并且向 下開有小孔；增濕器設(shè)有加水口及排水口，加水口連接有加水的儲(chǔ)水瓶；增濕器還設(shè)有測定 內(nèi)部液位高度的液位計(jì)。
10、 如權(quán)利要求9所述的固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，其特征在于所述的增濕器為裝有液位的 柱形不銹鋼筒體，所述液體為水，水是由儲(chǔ)水瓶通過液位高度差提供的，其水溫通過加熱冷 卻雙向溫度控制儀穩(wěn)定在設(shè)定值，增濕器頂部上蓋板通過法蘭并由環(huán)狀四氟乙烯帶密封。
全文摘要
一種封閉式固體發(fā)酵反應(yīng)裝置，屬于固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器領(lǐng)域，其包括封閉容器、進(jìn)氣系統(tǒng)，進(jìn)氣系統(tǒng)連接封閉容器，進(jìn)氣系統(tǒng)在發(fā)酵過程中向封閉容器添加水分和通入保濕氣體進(jìn)行固體發(fā)酵。進(jìn)氣系統(tǒng)包括增濕器和儲(chǔ)水瓶從而分別向封閉容器通入保濕空氣及水分，且其還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對反應(yīng)裝置進(jìn)行時(shí)間控制。封閉容器為圓柱形容器，底部有氣室。氣室和容器主體部分由空氣分布板隔開；封閉容器內(nèi)部裝有攪拌裝置，頂部有水分霧化裝置。增濕器能很好的控制進(jìn)入反應(yīng)器氣體的溫度和濕度。該反應(yīng)器密閉操作，通過進(jìn)入的氣體的溫度和流量，控制發(fā)酵過程的溫度。由于加入攪拌裝置，可以在發(fā)酵中途添加水分，能很好的控制發(fā)酵參數(shù)，提高發(fā)酵的質(zhì)量和產(chǎn)量。
文檔編號(hào)A23L1/238GK101496574SQ200910047129
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者余東輝, 夏月蘭, 晞 張, 許學(xué)書, 謝靜莉 申請人:華東理工大學(xué)