层板式成膜连续好氧发酵罐.pdf

1、(10)授权公告号 CN 202148301 U (45)授权公告日 2012.02.22 CN 202148301 U *CN202148301U* (21)申请号 201120250639.7 (22)申请日 2011.07.15 C12J 1/10(2006.01) (73)专利权人 暨南大学 地址 510632 广东省广州市天河区黄埔大道 西 601 号 (72)发明人 傅亮 陈思谦 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 欧阳凯 陈燕娴 (54) 实用新型名称 层板式成膜连续好氧发酵罐 (57) 摘要 本实用新型公开了一种层板式成膜连续好氧 发酵罐

2、， 包括罐体、 顶盖、 层板、 挡板、 底部带孔挡 板、 溢流板、 导流管、 进料管、 出料管、 进气管、 排气 管、 供气系统、 料泵和在线酸度检测仪。本实用新 型克服了现有技术中占地面积大， 发酵效率低， 不 能连续化生产， 发酵条件难控制， 产品质量不稳定 及产品风味较差的技术问题， 本实用新型具有保 证发酵液菌膜完整性、 增加溶氧、 保持产品优良风 味、 占地面积小、 产量大、 发酵周期短、 可连续化生 产、 设备运行稳定、 品质稳定可控及清洗方便等特 点。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利

3、权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 CN 202148305 U1/1 页 2 1. 层板式成膜连续好氧发酵罐， 其特征在于 ： 所述发酵罐包括罐体、 顶盖、 层板、 挡板、 底部带孔挡板、 溢流板、 导流管、 进料管、 出料管、 进气管、 排气管、 供气系统、 料泵和在线酸 度检测仪 ； 其中， 罐体顶部安装顶盖和进料管， 进料管一端与料泵相连， 排气管安装在顶盖 上， 在罐体内横向安装一块以上层板， 构成层板式结构， 每块层板的上部和 / 或底部竖向安 装多块挡板， 进料管的出口设置在顶层层板上方， 每块层板上面竖向设置两块底部带孔挡 板， 两块底部带孔挡板之间构成成膜发酵区

4、 ； 每块层板的底部一端设置导流管， 相邻两层层 板间的导流管呈相对设置， 顶层层板的导流管设置在与进料管相对的一端 ； 靠近导流管的 底部带孔挡板与导流管之间设置溢流板， 溢流板竖向与层板上部相连 ； 靠近导流管处层板 上开设有空气流动口 ； 罐体底部安装进气管、 在线酸度检测仪和至少两条出料管， 进气管与 供气系统相连， 进气管设置在最下一层层板的导流管相对一侧， 一条出料管与进料管相连 接， 其余出料管输出用于下一步过滤灭菌灌装的发酵完全的发酵液。 2. 根据权利要求 1 所述的层板式成膜连续好氧发酵罐， 其特征在于 ： 所述层板的形状 为圆形， 直径为 2-5m， 每块层板与罐体密封连

5、接， 液体通过导流管自流到下层层板。 3. 根据权利要求 1 所述的层板式成膜连续好氧发酵罐， 其特征在于 ： 两块底部带孔挡 板间的成膜发酵区面积为 3-20m2， 占每块层板面积 80以上， 所述挡板、 底部带孔挡板及 溢流板呈平行设置。 4. 根据权利要求 1 所述的层板式成膜连续好氧发酵罐， 其特征在于 ： 所述溢流板的高 度低于底部带孔挡板的高度。 5. 根据权利要求 1 所述的层板式成膜连续好氧发酵罐， 其特征在于 ： 所述层板数为 5-30块， 层板间距离为10-30cm， 挡板数为5-50块， 挡板间距为10-50cm， 挡板设置在成膜发 酵区内。 6. 根据权利要求 1 所述

6、的层板式成膜连续好氧发酵罐， 其特征在于 ： 所述层板式成膜 连续好氧发酵罐还包括人孔， 人孔密封设置在导流管上部的罐体壁上， 输出发酵完全的发 酵液的出料管上安装第一阀门， 与进料管相连接的出料管上安装第二阀门， 进料管上安装 第三阀门。 7. 根据权利要求 1 所述的层板式成膜连续好氧发酵罐， 其特征在于 ： 所述发酵罐还包 括清洗系统， 清洗系统包括一根清洗主管、 多根多孔细管、 一根排污管和高压水泵， 高压水 泵与清洗主管相连接， 清洗主管设置在罐体外， 每块层板的上下方各安装多孔细管， 多孔细 管和清洗主管相连， 每块层板与排污管相连。 8. 根据权利要求 1 所述的层板式成膜连续好

7、氧发酵罐， 其特征在于 ： 所述层板与水平 面成 1-3的夹角。 权 利 要 求 书 CN 202148301 U CN 202148305 U1/5 页 3 层板式成膜连续好氧发酵罐 技术领域 0001 本实用新型涉及好氧发酵装置领域， 具体来说是一种层板式成膜连续好氧发酵 罐。 背景技术 0002 微生物好氧发酵法主要包括表面静置发酵法和深层液态发酵法。 表面静置发酵过 程中， 某些微生物可在发酵液表面形成一层菌膜， 菌膜对发酵产品品质有重要影响。 如传统 白米醋发酵过程中， 菌膜对产品风味物质的形成有重要作用。目前传统白米醋的制备方法 有瓦缸表面静置发酵法和深层液态发酵法， 两种方法各有

8、缺点 ： 、 现有的瓦缸表面醋酸发 酵装置， 能保持发酵液面菌膜的完整性及良好的风味品质， 但同时也有占地面积大， 发酵效 率低， 不能连续化生产， 发酵条件难控制， 产品质量不稳定等缺点。 、 深层液态发酵法可连 续生产， 效率高， 但产品风味较差。 实用新型内容 0003 本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足， 同时也兼顾了两种技术的优 点， 提供了一种既保证发酵过程中菌膜完整及产品优良风味的同时， 具有占地面积小、 产量 大、 发酵周期短、 可连续化生产、 设备运行稳定、 清洗方便、 内部无机械传动装置及产品品质 稳定可控的层板式成膜连续好氧发酵罐。 0004 为了达到上述目的，

9、本实用新型采用以下技术方案 ： 一种层板式成膜连续好氧发 酵罐包括罐体、 顶盖、 层板、 挡板、 底部带孔挡板、 溢流板、 导流管、 进料管、 出料管、 进气管、 排气管、 供气系统、 料泵和在线酸度检测仪 ； 其中， 罐体顶部安装顶盖和进料管， 进料管一端 与料泵相连， 排气管安装在 顶盖上， 在罐体内横向安装一块以上层板， 构成层板式结构， 每 块层板的上部和 / 或底部竖向安装多块挡板， 进料管的出口设置在顶层层板上方， 每块层 板上面竖向设置两块底部带孔挡板， 两块底部带孔挡板之间构成成膜发酵区 ； 每块层板的 底部一端设置导流管， 相邻两层层板间的导流管呈相对设置， 顶层层板的导流管

10、设置在与 进料管相对的一端 ； 靠近导流管的底部带孔挡板与导流管之间设置溢流板， 溢流板竖向与 层板上部相连 ； 靠近导流管处层板上开设有空气流动口 ； 罐体底部安装进气管、 在线酸度 检测仪和至少两条出料管， 进气管与供气系统相连， 进气管设置在最下一层层板的导流管 相对一侧， 一条出料管与进料管相连接， 其余出料管输出用于下一步过滤灭菌灌装的发酵 完全的发酵液。 0005 优选的， 所述层板的形状为圆形， 直径为 2-5m， 每块层板与罐体密封连接， 液体通 过导流管自流到下层层板。 0006 为了扩大液面和空气接触面积， 两块底部带孔挡板间的成膜发酵区面积为 3-20m2， 占每块层板面

11、积 80以上， 所述挡板、 底部带孔挡板及溢流板呈平行设置， 进气管 进气后气体流动方向和层板上液体流动方向相反， 并在层板下方设置多块扰动空气流动的 挡板。 说 明 书 CN 202148301 U CN 202148305 U2/5 页 4 0007 为了保证表面发酵时成膜良好， 所述溢流板的高度低于底部带孔挡板的高度， 层 板上方设置多块挡板， 使液体缓慢流动时保持层流状态及合理溶氧传质， 并促进发酵液浓 度均匀分布， 也避免了因流体流动时剪切力过大而破坏成膜。 0008 为了获得良好风味的产品， 所述层板数为 5-30 块， 层板间距离为 10-30cm， 挡板数 为 5-50 块，

12、挡板间距为 10-50cm， 挡板设置在成膜发酵区内， 层板数和层板间距， 挡板数和 挡板间距可以根据实际情况增减调整。 0009 为了便于检查和清洗， 所述层板式成膜连续好氧发酵罐还包括人孔， 人孔密封设 置在导流管上部的罐体壁上。 0010 便于控制出料及进料， 输出发酵完全发酵液的出料管上安装第一阀门， 出料管与 进料管相连接的出料管上安装第二阀门， 进料管上安装第三阀门。 0011 为了给原料提供动力， 所述进料管与料泵相连。 0012 为了更有利的清洁发酵罐， 所述发酵罐还包括清洗系统， 清洗系统包括一根清洗 主管、 多根多孔细管、 一根排污管和高压水泵， 高压水泵与清洗主管相连接，

13、 清洗主管设置 在罐体外， 每块层板的上下方各安装多孔细管， 多孔细管和清洗主管相连， 每块层板与排污 管相连。 0013 为了便于层板向排污管排污， 所述层板与水平面成 1-3的夹角。 0014 一种层板式成膜连续好氧发酵罐的发酵方法， 包括下述步骤 ： 0015 (1)、 发酵液由进料管从罐体顶部进入发酵罐 ； 0016 (2)、 发酵液进入层板后经底部带孔挡板进入成膜发酵区 ； 0017 (3)、 成膜发酵区内的发酵液经挡板的阻挡保持为层流状态缓慢流动， 使表面菌膜 每平方米受到的剪切力保持在 0.1 0.3N 的范围， 从而保证菌膜的完整性， 并自行调整溶 氧 ； 0018 (4)、

14、发酵液在当层层板中发酵完毕后， 经底部带孔挡板流向溢流板， 通过溢流板 溢流到导流管， 经导流管自流到下层层板继续发酵 ； 0019 (5)、 第二层至最下一层层板的发酵方法与步骤 (2) (4) 相同 ； 0020 (6)、 发酵液经最下一层层板的导流管自流到发酵罐底部， 对发酵液进行在线酸度 检测， 当发酵液酸度大于等于预先设定值时， 视为发酵完成， 打开第一阀门， 发酵完成的发 酵液经与灌装设备连接的出料管流出， 可以进行下一步过滤灭菌灌装 ； 当发酵液酸度小于 预先设定值时， 视为发酵不完全的发酵液， 打开第二阀门， 发酵不完全的发酵液经出料管流 出， 流到进料管， 经进料管回流进罐内

15、重新发酵直至发酵液酸度大于或等于预先设定值为 止。 0021 优选的， 所述步骤 (6) 中的预先设定值是 3.5， 发酵完全的发酵液是白米醋液。 发酵液酸度的表述是每 100 克发酵液含有醋酸的质量。 0022 本实用新型相对于现有技术， 具有如下的优点及效果 ： 0023 1、 设置了成膜发酵区， 占层板面积 80以上， 所以具有较大的发酵液面 面积， 另 外设置了成膜发酵区和导流管， 保证了成膜的完整性和良好溶氧。 0024 2、 可增减塔板层数以调整产量及产品品质， 甚至可以在不同塔板采用不同菌种发 酵以达到不同菌种分步发酵的目的。 0025 3、 发酵罐内无机械传动装置， 设备运行可

16、靠， 尤其对米醋类高酸性产品生产较为 说 明 书 CN 202148301 U CN 202148305 U3/5 页 5 合适。 0026 4、 设置了回流结构， 可将发酵不完全的发酵液回流重新发酵直至产品质量达标为 止。 0027 5、 采用了层板机构， 具有较高的装液量， 最大装液量可达罐体体积的 70以上， 提 高了产量， 也减少了占地面积。 0028 6、 在发酵罐底部设置进气管与供气系统相连， 可有效增加溶氧。 0029 7、 设置人孔及清洗系统， 设备结构合理， 生产和清洗方便。 附图说明 0030 图 1 为本实用新型的剖视侧视图 ； 0031 图 2 为本实用新型的剖视俯视图

17、。 具体实施方式 0032 如图 1、 图 2 所示， 一种层板式成膜连续好氧发酵罐， 包括罐体 6、 顶盖 9、 层板 10、 挡板 11、 底部带孔挡板 12、 溢流板 13、 导流管 14、 进料管 5、 出料管 21、 进气管 19、 排气管 8、 供气系统 1、 料泵 3 和在线酸度检测仪 ； 本实例采用的供气系统 1 为风机， 在线酸度检测仪 的型号为 ： HANNAHI991401 ； 其中， 罐体 6 顶部安装顶盖 9 和一根进料管 5， 进料管 5 一端与 料泵 3 相连， 采用这样的结构是为了发酵液从上而下边流动边发酵， 料泵 3 为进料管 5 内的 发酵液提供了上升的动力

18、， 排气管 8 安装在顶盖 9 上， 在罐体 6 内横向安装 6 块层板 10， 构 成层板式结构， 层板 10 数可以根据实际情况增减， 每块层板 10 的上部和 / 或底部竖向安装 7块挡板11， 上部的挡板11是为了适当阻挡发酵液的流动， 从而控制发酵液的流动速度， 进 而增加溶氧的时间， 底部的挡板 11 是为了扰动空气的流动， 进料管 5 的出口设置在顶层层 板 10 上方， 每块层板 10 上面竖向设置两块底部带孔挡板 12， 两块底部带孔挡板 12 之间构 成成膜发酵区 ； 每块层板 10 的一端底部设置一根导流管 14， 相邻两层层板 10 间的导流管 14 呈相对设置， 顶层

19、层板 10 的导流管 14 设置在与进料管 5 相对的一端 ； 靠近导流管 14 的 底部带孔挡板12与导流管14之间设置一块溢流板13， 溢流板13竖向与层板10上部相连 ； 靠近导流管 14 处层板 10 上开设有空气流动口 22 ； 罐体底部安装进气管 19、 在线酸度检测 仪和两条出料管 21， 在线酸度检测仪用于检测发酵液的酸度， 可以观测到发酵液的酸度值， 进气管 19 与进气风机相连， 进气管 19 设置在最下一层层板 10 的导流管 14 相对一侧， 一条 出料管 21 与进料管 5 相连接， 另一条出料管 21 输出发酵完全的发酵液用于下一步过滤灭 菌灌装。本实施例的层板 1

20、0 的形状为圆形， 直径为 4m， 每块层板 10 与罐体 6 密封连接， 当 然层板的形状、 大小、 层数可以根据实际情况而改变， 液体通过导流管 14 自流到下层层板 10。为了扩大液面和空气接触面积， 两块底部带孔挡板 12 间的成膜发酵区面积为 11m2， 占 层板 10 面积 87， 挡板 11、 底部带孔挡板 12 及溢流板 13 呈平行设置， 进气管 19 进气后气 体流动方向和层板10发酵液流动方向相反， 并层层穿过层板空气流动口22， 在层板10下方 设置7块扰动空气流动的挡板11(除最下一层层板外)， 进而保证氧气的均匀分布。 为了保 证表面发酵时良好成膜， 溢流板 13

21、的高度低于底部带孔挡板 12 的高度， 层板 10 上方设置 7 块挡板 11， 使发酵液缓慢流动时保持层流状态及合理溶氧， 并促进发酵液浓度均匀分布， 也避免了因发酵液流动时剪切力过大而破坏成膜。为了获得良好风味的产品， 层板 10 的块 说 明 书 CN 202148301 U CN 202148305 U4/5 页 6 数为 6 块， 层板 10 之间距离为 20cm， 挡板 11 块数为 7 块， 挡板 11 之间距离为 12cm， 挡板 11 设置在成膜发酵区内， 层板 10 的数量和层板 10 之间的距离， 挡板 11 的数量和挡板 11 之间 的距离可以根据实际情况增减调整。为了

22、便于检查和清洗， 层板式成膜连续好氧发酵罐还 包括人孔 15， 人孔 15 设置在导流管 14 上部的罐体 6 壁上， 并且密封设置。便于控制出料 及进料， 输出发酵完全的发酵液的出料管 21 上安装第一阀门 20， 出料管 21 与进料管 5 相 连接的出料管 21 上安装第二阀门 2， 进料管 5 上安装第三阀门 4。为了给原料提供动力， 所 述进料管 5 与料泵 3 相连。为了更有利的清洁发酵罐， 发酵罐还包括清洗系统， 清洗系统包 括一根清洗主管 18、 7 根多孔细管 17、 一根排污管 23 和高压水泵 7， 高压水泵 7 与清洗主管 18 相连接， 清洗主管 18 设置在罐体 6

23、 外， 每块层板 10 的上下方各安装 1 根多孔细管 17， 多 孔细管 17 和清洗主管 18 相连， 每块层板 10 与排污管 23 相连。为了便于层板 10 向排污管 23 排污， 层板 10 与水平面成 1-3的夹角， 可自流排污。 0033 一种层板式成膜连续好氧发酵罐的发酵方法， 包括下述步骤 ： 0034 (1)、 发酵液由进料管 5 从罐体 6 顶部进入发酵罐 ； 0035 (2)、 发酵液进入层板 10 后经底部带孔挡板 12 进入成膜发酵区 ； 0036 (3)、 成膜发酵区内的发酵液经挡板的阻挡保持为层流状态缓慢流动， 使表面菌膜 每平方米受到的剪切力保持在 0.2N，

24、 从而保证菌膜的完整性， 并自行调整溶氧 ； 0037 (4)、 发酵液在当层层板10中发酵完毕后， 经底部带孔挡板12流向溢流板13， 通过 溢流板 13 溢流到导流管 14， 经导流管 14 流到下层层板 10 继续发酵 ； 0038 (5)、 第二层至最下一层层板 10 的发酵方法与步骤 (2) (4) 相同 ； 0039 (6)、 发酵液经最下一层层板的导流管流到发酵罐底部， 经在线酸度检测， 如酸度 大于或等于 3.5时发酵完成， 打开第一阀门， 发酵完成的发酵液经与灌装设备连接的出料 管流出， 可以进行下一步过滤灭菌灌装 ； 当发酵液酸度小于 3.5时说明发酵未达到要求， 打开第二

25、阀门， 未完全发酵的发酵液经出料管流出， 流到进料管， 经进料管回流进罐内重新 发酵直至发酵液酸度大于或等于 3.5为止。本实施例中的步骤 (6) 的发酵完全的发酵液 是米白醋液。当然增减层板 10 数可调整发酵时间和控制发酵强度。 0040 本实用新型的实现原理为 ： 发酵液由进料管从罐体顶部进入发酵罐， 进入顶层层 板后经底部带孔挡板进入成膜发酵区， 成膜发酵区内的发酵液经挡 板的阻挡保持为层流 状态缓慢流动， 使表面菌膜受到的剪切力保持在较小的范围， 从而保证菌膜的完整性， 并自 行调整溶氧， 发酵完毕后发酵液经底部带孔挡板流向溢流板， 通过溢流板溢流到导流管， 经 导流管自流到下层层板

26、继续发酵。 经多层层板发酵， 经在线酸度检测后， 发酵完全的发酵液 从与灌装设备连接的出料管流出， 可以进行下一步过滤灭菌灌装 ； 发酵不完全的发酵液从 与进料管连接的出料管流出， 流到进料管， 经进料管回流进罐内重新发酵， 从而保证了发酵 的连续性和彻底性， 增减层板数可调整发酵时间和控制发酵强度。塔式发酵罐的罐体壁上 设置人孔， 可以清理发酵过程中残存的废渣和进行设备检修。 0041 为保证发酵过程中发酵液和空气充分接触， 在罐体底部设置进气管， 进气管设置 在最后一层层板的导流管相对的一侧， 进气管通过层板下部的挡板适当扰动空气保证氧气 的均匀分布， 并层层穿过空气流动口 22， 空气流

27、动方向与发酵液流动方向呈逆流。 。 0042 塔式发酵罐还配备了清洗系统， 在清洗时， 清洗液经高压水泵从清洗主管通入罐 内每层层板上方的多孔细管， 将清洗液冲洒到圆形层板完成清洗过程， 圆形层板与水平面 说 明 书 CN 202148301 U CN 202148305 U5/5 页 7 成 1-3的夹角， 可自流排污。 0043 上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例， 并不能对本实用新型进行限定， 其它的任何未背离本实用新型技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式， 都包含在本 实用新型的保护范围之内。 说 明 书 CN 202148301 U CN 202148305 U1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 202148301 U CN 202148305 U2/2 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 202148301 U