CN103725605A - 一种发酵罐及发酵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型的发酵罐，该发酵罐罐体13上设置一上循环口133，罐体底部14设置一下循环口142，上循环口133通过一循环泵与下循环口133连接。所述罐顶12上还设置有一入料口126。本发明还披露了一种发酵系统，包括至少两个发酵罐21，相邻的发酵罐的上循环口133通过管道连接，相邻的发酵罐的下循环口142通过管道经一循环泵23连接。每一发酵罐的每一循环口都设有一开关阀，即，上循环口开关阀1331和下循环口开关阀1421。本发明的技术方案无需电动机带动搅拌桨，且不易造成发酵前消毒的死角，灭菌彻底。多个发酵罐既能配合连续发酵也能单独连续发酵，易于调整活菌数且染菌容易控制；通过发酵液的外循环，不会对乳酸菌产生伤害，保障了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于乳酸菌发酵技术领域，具体是一种发酵罐及发酵系统。
背景技术
乳酸菌指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称。凡是能从葡萄糖或乳糖的发酵过程中产生乳酸的细菌统称为乳酸菌。乳酸菌是作为一种发现最早的益生菌，广泛应用于食品加工业，农业，生物医药等行业。乳酸菌不仅可以提高食品的营养价值，改善食品风味，提高食品保藏性和附加值，而且乳酸菌的特殊生理活性和营养功能。
微生物发酵技术是生产食品、药品和很多工业用品的一种常用技术，研究与生产这些产品的主要设备为发酵设备，一方面发酵设备必须具有适宜微生物生长的和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之在低能耗下获得较高的产量，另一方面，发酵设备必须具备清洗灭菌简单，管理操作方便等特点。发酵设备根据微生物发酵方式不同分为通风发酵设备和厌氧发酵设备。工业大规模厌氧发酵过程通常不设置搅拌器，且发酵罐的体积随着产品的产量增加而曾大，目前国内市场上千立方米的发酵罐普遍存在，传统大规模发酵设备体积庞大，不能实现连续化生产；灭菌清洗困难；发酵料液混合不均匀造成浪费严重；劳动强度大，设备维修难度大，自动化程度低。导致液体混合不均匀，微生物生长受限制，物料浪费严重，造成生产损失，生产效率不高，劳动强度大。
微生物大规模生产方法主要为微生物发酵法，将微生物菌种接种在合适的培养基中，于发酵罐中通过控制温度，pH，溶氧等因素使微生物大量繁殖。传统大规模发酵设备复杂，成本高；灭菌清洗困难；发酵料液混合不均匀造成物料浪费严重；劳动强度大，设备维修难度大，自动化程度低。另一方面，现有技术通过电动机带动搅拌桨，搅拌过程中易产生升温导致发酵罐体降温负荷。罐体内搅拌桨等装置复杂，接口多，易造成发酵前消毒的死角，导致灭菌不彻底而染菌。此外，现有的罐顶的传动部件易导致发酵罐体密封不严；罐体内部件较多，维修维护困难；此外，现有发酵装置为单罐单电机，设备投入大，耗能大。
发明内容
针对上述发酵设备存在的问题，本发明提供了一种采用液体立式连续发酵的发酵工艺及专用设备。具体而言，本发明首先提供了一种发酵罐，包括罐顶12、罐体13、罐底14，罐顶12上设有泄压阀121和压力表123，在泄压阀121与压力表123之间还连接有一压力控制装置，经泄压阀121获取到的压力信息实时传送到压力控制器，当压力传感器获取到的压力大于一预先设定的最高阈值时，压力控制装置开启泄压阀进行泄压，直至压力传感器获取到的压力低于一预先设定的最低阈值时，压力控制装置关闭泄压阀。
优选地，所述罐顶12上设有一呼吸孔122，人孔124，人孔配备设置一密封盖体，当乳酸菌处于发酵状态时，该密封盖体处于密封状态，当需要清洗罐体内部时，该密封盖体处于打开状态。
更优选地，所述罐底14呈上宽下窄的形状，在罐底14上底部设置一出料口141。
本发明还提供了一种新型的发酵罐，包括罐顶12、罐体13、罐底14，其特征在于：罐体13上设置一上循环口133，罐体底部14设置一下循环口142，上循环口133通过一循环泵与下循环口133连接。所述罐顶12上还设置有一入料口126。
此外，本发明还披露了一种发酵系统，包括至少两个发酵罐21，其特征在于：相邻的发酵罐的上循环口133通过管道连接，相邻的发酵罐的下循环口142通过管道经一循环泵23连接。
进一步，每一发酵罐的每一循环口都设有一开关阀，即，上循环口开关阀1331和下循环口开关阀1421。
更进一步，所述发酵系统还包括至少一个营养罐，所述营养罐与发酵罐21通过营养液入口126经管道连接，营养液20经过泵送后通过营养液入口126补充到各发酵罐21中。
非限制性地，上述系统还包括一个颗粒微粒化装置23，所述颗粒微粒化装置23包括筒状容器，进液装置，出液装置以及布置在筒状容器外侧的水泵；其中，筒状容器内具有内筒壁231和外筒壁232以及上盖和底座，内筒壁231和外筒壁232同心套装，且与上盖和底座共同形成一个封闭的环形空间，进液装置包括进液管233和进液口234，出液装置包括出液管235和出液口236。
更为优选地，其中，进液口233位于外筒壁232底部，且进液口233通过进液管234连接水泵，出液口236位于外筒壁232上部，且与出液管235相连。出液管235沿筒状容器的径向设置在外筒壁232上，进液管233和出液管235平行设置。
本发明的技术方案无需电动机带动搅拌桨，且不易造成发酵前消毒的死角，灭菌彻底。通过发酵液的外循环，不会对乳酸菌产生伤害，保障了生产效率。本发明提供的发酵罐罐顶的传动部件密封严密；罐体内部件少，易于维护。本发明提供的发较系统能够使得营养液充分微粒化均质化；多个发酵罐既能配合连续发酵也能单独连续发酵，易于调整活菌数且染菌容易控制；发酵液由外置循环泵自动输送，结构简单，自动化程度高；外置泵循环搅拌避免了机械搅拌对微生物的伤害。解决了由于内循环搅拌工作时易导致的升温问题；改进了因罐体内搅拌桨等装置造成的霉菌死角而导致的灭菌不彻底问题；改变了单罐单电机的模式为单泵带动多罐的模式，节约成本，提高利用率。
附图说明
图1示出了本发明第一实施方式中发酵罐体的结构图；
图2示出了本发明第二实施方式中发酵罐体的结构图；
图3示出了本发明发酵罐系统的结构图；
图4示出了本发明发酵罐体系统中利用循环泵控制多个罐体发酵液循环的示意图；
图5为本发明的颗粒微粒化装置的俯视图；
图6为本发明的颗粒微粒化装置的主视图；
图7为本发明的颗粒微粒化装置的左视图。
具体实施方式
以下将结合附图描述按照本发明的改变网页内容外观的方法的优选的实施方式，本领域的技术人员应当清楚这些实施方式并非限制性的。
在本发明的第一实施方式中，提供了一种发酵罐体，如图1所示，该发酵罐体1包括罐顶12、罐体13、罐底14。
罐顶12优选为椭圆形封头，上设有泄压阀121和压力表123，泄压阀可根据压力表123的压力状况自行泄压，在一个附图中未示出的实施方式中，压力表为一压力传感器，在泄压阀121与压力表123之间还连接有一压力控制装置（图中未示出），该压力控制装置与罐体13内部隔离安装，经压力传感器获取到的压力信息实时传送到压力控制器，当压力传感器获取到的压力大于一预先设定的最高阈值时，压力控制装置开启泄压阀进行泄压，直至压力传感器获取到的压力低于一预先设定的最低阈值时，压力控制装置关闭泄压阀。
罐顶12上设有一呼吸孔122，该呼吸孔为无菌呼吸孔。罐顶12上还设置有人孔124，设置人孔124的目的在于方便清洗罐体内部，传统的用清水冲洗的方法不适合于对无菌环境要求高的乳酸菌发酵罐，即使是用高压水枪，也难以保证罐体13内部的各个角落被水枪冲洗干净，因此本发明特意在罐体顶部开设一人孔，供人进入罐体内部以方便清洗罐体。如图1所示，该人孔配备设置一密封盖体，当乳酸菌处于发酵状态时，该密封盖体处于密封状态，当需要清洗罐体内部时，该密封盖体处于打开状态。该人孔还可兼做入料口。
优选地，罐顶12上设有一延伸至罐体13内部的温度计125，用于测量罐体内部的温度。更为优选地，所述温度计125可以是分段式多点温度测量仪，如此，可以测量罐体内部不同液位高度的温度。
在第一实施方式中，发酵罐罐体13上设置有一个或多个可视镜131，以及一个或多个液位计132。可视镜用于观察发酵罐罐体13内的发酵状况，液位计用于观测发酵罐体13内部的液面高度。罐底14成漏斗状，也就是圆锥状。其他实施方式中，可以罐底14可以是半球状，或其他上宽下窄的形状，或者锥形封底。在罐底14上底部设置一出料口141，用于排出罐体内部的发酵液。可选地，罐底14还连接有一底座15。
在本发明的第二实施方式中，提供了一种改进型的发酵罐体。如图2所示，该发酵罐体1包括罐顶12、罐体13、罐底14。相对于第一实施方式，在第二实施方式所展示的发酵罐罐体13上设置一上循环口133，与之配套地，在罐体底部14上设置一下循环口142。上循环口133可通过一循环泵（附图2中未使出）与下循环口133连接，通过循环泵将罐体13内部的发酵液经下循环口133泵送置上循环口142，再经上循环口142回到罐体13内部，如此可实现对发酵液的搅拌。
需要说明的是，在该实施方式中，不需要内搅拌马达与搅拌页片或者搅拌叶轮，这种搅拌是外搅拌，与传统的内搅拌不同的是，这种方式不会损伤乳酸菌，能提高至少14%的乳酸菌存活率和生产率。
在第二实施方式中，在罐顶12上还设置有一入料口126，反应也可经该入料口进入罐体13内部。可选地，该入料口126可作为营养液的入口。可选地，上述上循环口133和入料口126的位置可以互换。上述下循环口142与出料口141的位置也可以互换。
在本发明的第二实施方式中，提供了一种发酵系统。如图3所示，所述发酵系统2包括至少一个营养罐（图中未使出），可采用本发明第一实施方式或第二实施方式中的任意一种发酵罐作为营养罐；以及至少一个发酵罐21，营养罐与发酵罐通过营养液入口126通过管道连接，营养液20经过泵送后通过营养液入口126补充到各发酵罐21中。
在该发酵系统2中，有多个相互连接的发酵罐21，优选采用本发明第二实施方式中的发酵罐。相邻的发酵罐的上循环口133通过管道连接，相邻的发酵罐的下循环口142通过管道经一循环泵23连接。
进一步参见图4，在该发酵系统中，每一发酵罐的每一循环口都设有一开关阀，即，上循环口开关阀1331和下循环口开关阀1421。通过如此设置，可实现一台循环泵22控制多个罐体发酵液的循环。
参见附图4，在第一种循环方式中，要对A发酵罐中的发酵液进行循环搅拌，只需要关闭B发酵罐的上循环口开关阀1331和下循环口开关阀1421，然后打开循环泵就；反之，要对B发酵罐中的发酵液进行循环搅拌，只需要关闭A发酵罐的上循环口开关阀1331和下循环口开关阀1421。在第二种循环方式中，将A发酵罐和B发酵罐的上循环口开关阀1331和下循环口开关阀1421都打开，可实现A发酵罐和B发酵罐中的发酵液实现罐间循环，而非第一种循环方式中的罐内循环。通过外置泵搅拌循环，使罐体内的液体在短时间内充分混合均匀，且不易产生内循环搅拌导致的产热，产气泡等问题。
优选的，所述的发酵罐、管道为不锈钢或者PVC塑料制作而成。
图3所示的发酵系统2中还包括一个颗粒微粒化装置23。如图5-7所示，颗粒微粒化装置23包括筒状容器，进液装置，出液装置以及布置在筒状容器外侧的水泵（图中未示出）；其中，筒状容器内具有内筒壁231和外筒壁232以及上盖和底座，内筒壁231和外筒壁232同心套装，且与上盖和底座共同形成一个封闭的环形空间，进液装置包括进液管233和进液口234，出液装置包括出液管235和出液口236。
其中，进液口233位于外筒壁232底部，且进液口233通过进液管234连接水泵，出液口236位于外筒壁232上部，且与出液管235相连。出液管235沿筒状容器的径向设置在外筒壁232上，进液管233和出液管235平行设置。水和培养基内的大颗粒营养物质的混合液在水泵中经加压后通过进液管被输送到筒状容器的内筒壁和外筒壁之间，形成高速环状流路。在这种环状流路内高速混合液流速度差的分布，可以对颗粒产生剪切力，极细地破坏颗粒，大颗粒营养物质被微粒化后通过出液管被输出到培养基内，从而被微生物快速充分吸收。
进液管233的直径小于出液管235的直径，更优选的为出液管235直径的二分之一。出液管235的位置不高于内筒壁231的高度，以保证被微粒化后的营养物质。内外筒壁231，232优选采用不锈钢制成。
水和培养基内的大颗粒营养物质的混合液在水泵中经加压后通过进液管被输送到筒状容器的内筒壁和外筒壁之间，形成高速环状流路，可产生剪切力使大颗粒营养物质微粒化和均质化，然后通过出液管被输出到培养基内，从而被微生物快速充分吸收通过使培养基内的大颗粒营养物质微粒化和均质化，解决现有微生物大量培养时培养基内的大颗粒营养物质无法快速完全吸收的问题，从而缩短培养基的培养时间，增加培养基的利用效果。
本发明的有益效果是：营养液充分微粒化均质化；多个发酵罐既能配合连续发酵也能单独连续发酵，易于调整活菌数且染菌容易控制；发酵液由外置循环泵自动输送，结构简单，自动化程度高；外置泵循环搅拌避免了机械搅拌对微生物的伤害。解决了由于内循环搅拌工作时易导致的升温问题；改进了因罐体内搅拌桨等装置造成的霉菌死角而导致的灭菌不彻底问题；改变了单罐单电机的模式为单泵带动多罐的模式，节约成本，提高利用率。
本领域技术人员同样不难看出，本发明是对现有技术的改进，是为解决现有技术中存在的技术问题而将这些现有技术中的要素进行的结合，这种结合凝结了大量的创造性劳动，是发明人大量理论研究和科学实验的结晶。在没有阅读本发明之前，本领域技术人员显然是不容易想到本发明的各个方案的，而在阅读了本说明书后，本领域技术人员不必再付出创造性劳动即可实现本发明的基本技术方案。
Claims (10)
1.一种发酵罐，包括罐顶（12）、罐体（13）、罐底（14），其特征在于：罐顶（12上设有泄压阀（121）和压力表（123），在泄压阀（121）与压力表（123）之间还连接有一压力控制装置，经泄压阀（121）获取到的压力信息实时传送到压力控制器，当压力传感器获取到的压力大于一预先设定的最高阈值时，压力控制装置开启泄压阀进行泄压，直至压力传感器获取到的压力低于一预先设定的最低阈值时，压力控制装置关闭泄压阀。
2.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：所述罐顶（12）上设有一呼吸孔（122），人孔（124），人孔配备设置一密封盖体，当乳酸菌处于发酵状态时，该密封盖体处于密封状态，当需要清洗罐体内部时，该密封盖体处于打开状态。
3.如权利要求1或2所述的发酵罐，其特征在于：所述罐底（14）呈上宽下窄的形状，在罐底（14）上底部设置一出料口（141）。
4.一种发酵罐，包括罐顶（12）、罐体（13）、罐底（14），其特征在于：罐体（13）上设置一上循环口（133），罐体底部（14）设置一下循环口（142），上循环口（133）通过一循环泵与下循环口（133）连接。
5.如权利要求4所述的发酵罐，其特征在于：所述罐顶（12）上还设置有一入料口126。
6.一种发酵系统，包括至少两个发酵罐（21），其特征在于：相邻的发酵罐的上循环口（133）通过管道连接，相邻的发酵罐的下循环口（142）通过管道经一循环泵（23）连接。
7.如权利要求6所述的发酵系统，其特征在于：每一发酵罐的每一循环口都设有上循环口开关阀（1331）和下循环口开关阀（1421）。
8.如权利要求6所述的发酵系统，其特征在于：还包括至少一个营养罐，所述营养罐与发酵罐（21）通过营养液入口（126）经管道连接，营养液（20）经过泵送后通过营养液入口（126）补充到各发酵罐（21）中。
9.如权利要求6所述的发酵系统，其特征在于：还包括一个颗粒微粒化装置（23），所述颗粒微粒化装置（23）包括筒状容器，进液装置，出液装置以及布置在筒状容器外侧的水泵；其中，筒状容器内具有内筒壁（231）和外筒壁（232）以及上盖和底座，内筒壁（231）和外筒壁（232）同心套装，且与上盖和底座共同形成一个封闭的环形空间，进液装置包括进液管（233）和进液口（234），出液装置包括出液管（235）和出液口（236）。
10.如权利要求9所述的发酵系统，其特征在于：其中，进液口（233）位于外筒壁（232）底部，且进液口（233）通过进液管（234）连接水泵，出液口（236）位于外筒壁（232）上部，且与出液管（235）相连，出液管（235）沿筒状容器的径向设置在外筒壁（232）上，进液管（233）和出液管（235）平行设置。
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