CN103202524A

CN103202524A - 液氮深冷造粒设备

Info

Publication number: CN103202524A
Application number: CN2012100159409A
Authority: CN
Inventors: 杭锋; 艾连中; 吴正钧; 孙克杰; 郭本恒; 陈卫; 穆海菠; 宋馨; 王钦博
Original assignee: Shanghai Bright Dairy and Food Co Ltd
Current assignee: Shanghai Bright Dairy and Food Co Ltd; Bright Dairy and Food Co Ltd
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明公开了一种液氮深冷造粒设备，所述造粒设备包括：一密封腔体；一液体喷淋设备，设置于所述密封腔体顶部；一颗粒导流槽，包括第一端部和第二端部，其中第一端部设置于所述液体喷淋设备下方；一传输带，设置在所述颗粒导流槽下方，将颗粒导流槽第二端部传来的颗粒输出；一液氮回收导流槽，设置在所述传输带下方，用于传输液氮；一液氮缓存罐，设置在所述液氮回收导流槽下方，用于储存未气化的液氮。本发明揭示的技术方案结构简单，生产率高，菌种复活时间短，大大增加了菌种存活率。较常规的真空冷冻干燥工艺节约大量的能耗和时间，制得的发酵剂活力恢复较真空冷冻干燥制备的发酵剂短0.5～1.0h。

Description

液氮深冷造粒设备

技术领域

本发明涉及一种食品设备，特别是涉及一种应用于发酵工艺的乳酸菌发酵剂液氮深冷造粒设备。

背景技术

随着食品行业的发展，酸奶及发酵乳饮料已成为乳制品行业重要的增长极，也为乳制品结构由单一向多元化、差异化方向转变发挥了巨大的促进作用。直投式发酵剂(DVS)以其高浓度、高活力以及稳定的生产性能(产香性、产粘性及产酸性等)而备受发酵乳制品生厂商的青睐。然而，对于乳品企业而言，发酵乳制品领域所使用的直投式发酵剂市场是一个严重的发展瓶颈。

国际上用于发酵乳制品生产的乳酸菌及其发酵剂的研究始于十九世纪末至二十世纪初，但真正商品化则经历了一个较长时间，大约在上世纪五、六十年代以后才逐步开始规模化生产，且真正有影响的就是那么4～5个，比如双歧杆菌、嗜酸乳杆菌等。目前，发酵剂领域的研究热点为具有特定功能的新型益生菌发酵剂，功能涉及改善肠道功能、促进营养物质吸收、调节机体免疫力、降低血清胆固醇水平和血脂浓度、抗高血压和抗肿瘤作用等。

根据酸乳发酵剂的形态及生产方法，可将发酵剂分为三种类型：

(1)液体发酵剂

液体发酵剂即传统人工传代型发酵剂，其生产方式一般需要经过菌种活化、母发酵剂、中间发酵剂、生产发酵剂等工艺过程。使用前能给予评估和检查，依据实验和已知的方法能指导生产。其主要弊端是：活菌含量低(10⁷～10⁸cfu/g)，接种量大(2～3％)保藏期短(4℃，1～2d)；生产工序多、周期长；在发酵剂制备过程中，菌种经过多级扩大培养和繁衍，批次间质量不够稳定，极易退化和污染。这将直接导致酸奶及乳酸菌饮料产品质量不稳定，阻碍了酸奶及乳酸藏饮料产业的发展。

(2)真空冷冻干燥发酵剂

真空冷冻干燥发酵剂系乳酸菌经液体增殖培养，浓缩分离，与保护剂混溶，再经真空冷冻干燥工艺制备的乳酸菌冻干菌粉。具有活菌含量高、易保存管理、更强的稳定性和乳酸菌活力的特点。极大地减少了菌体性能蜕化和噬菌体污染，最为重要的是，冻干乳酸菌发酵剂的生产和应用，促使酸乳及其它发酵乳制品生产实现了专业化、社会化、规范化和统一化，从而使发酵乳制品的生产走向标准化，提高发酵乳品质，是当今乳制品发酵剂的主要产品形式。但由于在冻干过程中菌体损伤及能耗较大等因素，赋予了冻干菌粉菌株复活时间较长和成本较高的弊端。

(3)冷冻浓缩发酵剂

冷冻浓缩型发酵剂系乳酸菌种经液体增殖培养，浓缩分离，与冷冻保护介质混溶，再经冷冻而制成的发酵剂。冷冻温度有：-20℃、-40℃～-80℃和-196℃，分别称为冷冻、低温冷冻和超低温液氮冷冻，其中，超低温液氮冷冻效果最好。特点：活菌含量高，保藏期长，在生产过程中省略了发酵剂的制备工序；接种量较传统人工传代型发酵剂降低20倍左右；一次性使用方便、简单、准确，减少了菌种车间的投资和空间，大大降低了杂菌或噬菌体在培养时的污染，确保批次质量稳定，降低因生产失误造成的损失。与真空冷冻干燥发酵剂相比具有制备工艺简单、能耗低、成本低等优势。

氮气是空气的主要组成部分，在空气中的体积分数高达78％。液氮即液态氮气，在正常大气压下温度低于零下196摄氏度就会形成液氮，如果加压，可以在比较高的温度下得到液氮，液氮的沸点是77K(-196℃)。液氮是空气液化分离的最大宗产品、工业制氧的副产品。液氮是一种较为方便的冷源，蒸发潜能161.19KJ/kg，在畜牧业、医疗事业、食品工业等领域得到广泛应用。微生物等活细胞在液氮中，调节和控制细胞生长代谢的各种酶的作用受到极大抑制，细胞内部的生化反应十分缓慢、甚至停止，避免了细胞遗传性状的改变和遗传漂变。在最佳条件下活化后，细胞仍可保持其原有的代谢活性。

真空冷冻干燥处理时间一般在20h～24h，发酵剂菌种在此过程中经受较大的冷冻胁迫作用，菌体细胞的形状会对其存活性产生影响，小的球形菌对冷冻干燥的耐受性好于大的杆状菌，菌体存活率一般在50％左右；Wang YC(2004)等利用冷冻干燥法对菌体进行干燥，得到的乳酸菌和双歧杆菌的存活率分别为46.2～75.1％和43.2～51.9％；此外，采用真空冷冻干燥制备的发酵剂复活时间在2.0～2.5h。采用液氮深冷造粒技术制备的直投式发酵剂，由于在瞬间实现液氮深冷造粒，处理较短一般3～5min即可完成，发酵剂菌株的存活率较高，一般可实现90％左右的存活率，发酵剂在使用过程中复活时间也较真空冷冻干燥制备的发酵剂短0.5～1.0h。

本领域的技术人员致力于研发出乳酸菌的工业化制备工艺研究和大规模的产业化应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有发酵行业中乳酸菌制备工艺产能低，菌体成活率低的不足，提供一种新型液氮深冷造粒设备。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种液氮深冷造粒设备，其特点在于，所述造粒设备包括：

一密封腔体；

一液体喷淋设备，设置于所述密封腔体顶部；

一颗粒导流槽，包括第一端部和第二端部，其中第一端部设置于所述液体喷淋设备下方；

一传输带，设置在所述颗粒导流槽下方，将颗粒导流槽第二端部传来的颗粒输出；

一液氮回收导流槽，设置在所述传输带下方，用于传输液氮；

一液氮缓存罐，设置在所述液氮回收导流槽下方，用于储存未气化的液氮。

较佳地，所述密封腔体设有真空保温夹层，顶部还包括一出气管路。

较佳地，所述液氮缓存罐与一液氮泵连接，所述液氮泵通过管路将液氮输送到所述颗粒导流槽的第一端部。

较佳地，所述液体喷淋设备包括多个喷嘴，所述喷嘴直径为1～10mm，喷嘴排列方式采用正三角形排列。

较佳地，所述颗粒导流槽长度为500～10000mm，宽度W为100～1000mm，高度H为100～400mm，底板倾角θ为1°～30°。

较佳地，所述液氮回收导流槽长度为500～10000mm，宽度W’为100～1000mm，高度H’为100～400mm，底板倾角θ’为1°～30°。

较佳地，所述传输带采用稳定工作温度范围为-196℃～380℃的食品级铁氟龙输送带。

较佳地，所述传输带的输出端与一颗粒包装机匹配。

较佳地，所述液氮深冷造粒设备为乳酸菌发酵剂液氮深冷造粒设备。

本发明的积极进步效果在于：本发明揭示的技术方案结构简单，生产率高，菌种复活时间短，大大增加了菌种存活率。较常规的真空冷冻干燥工艺节约大量的能耗和时间，制得的发酵剂活力恢复较真空冷冻干燥制备的发酵剂短0.5～1.0h。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例中液氮深冷造粒设备的结构示意图。

图2为图1中液体喷淋设备的放大示意图。

图3为图2所示液体喷淋设备的仰视图。

图4为图1中颗粒导流槽的结构示意图。

图5为图1中液氮回收导流槽的结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施例将参照附图进行说明。在说明书附图中，具有类似结构或功能的元件将用相同的元件符号表示。附图只是为了便于说明本发明的各个实施例，并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。

图1是根据本发明的一个实施例的结构示意图。在该实施例中，液氮深冷造粒设备包括一密封腔体30，密封腔体30顶部设置液体喷淋设备10。液体喷淋设备10的结构如图2和图3所示，喷淋口采用圆形设计，根据产能设计其直径范围可以为50～500mm，可通过螺口、螺母对接的方法实现其与管路连接，方便拆洗。喷淋口设置多个喷嘴12，根据所需乳酸菌液氮深冷发酵剂颗粒的需求，喷嘴12直径可以为1～10mm。喷嘴排列方式采用正三角形排列，比正方形排列更为紧凑，相同面积比正方形多排10％左右。本领域的技术人员可以理解，喷淋口也可以根据要求采用方形或其它形状的设计。

液体喷淋设备10下方设置颗粒导流槽70，颗粒导流槽70包括第一端部和第二端部，其中第一端部设置于所述液体喷淋设备10下方。颗粒导流槽70与水平面形成倾角θ，在具体实施例中，颗粒导流槽长度可以为500～10000mm，宽度可以为100～1000mm，高度可以为100～400mm，底板倾角θ可以为1°～30°。(如图4所示)

颗粒导流槽70的第二端部下方设置传输带40，传输带40承接导流槽第二端部传来的颗粒并输出。在一个较佳实施例中，传输带40采用稳定工作温度范围为-196℃～380℃的食品级铁氟龙输送带，传输带40的输出端与一颗粒包装机60匹配，颗粒50从传输带40落入包装机60进行包装。

液氮回收导流槽80设置在所述传输带另一端的下方，用于将未气化的液氮传回。传输带40靠近液氮回收导流槽80的这一端可以略向下倾斜，便于液氮流向液氮回收导流槽80。在优选实施例中，液氮回收导流槽80的长度可以为500～10000mm，宽度可以为100～1000mm，高度可以为100～400mm，底板倾角η可以为1°～30°。(如图5所示)

液氮回收导流槽80的远离传输带的一端下方设置液氮缓存罐90，用于回收未气化的液氮。在一个较佳实施例中，液氮缓存罐90与一液氮泵92连接，液氮泵92通过管路将液氮输送到颗粒导流槽70的第一端部。

在一个优选实施例中，密封腔体30设有真空保温夹层，顶部还包括一出气管路20，出气管路20用于排出气体。

液氮深冷造粒设备可实现乳酸菌在高密度培养、菌体浓缩、冻干保护剂添加等发酵剂制备常规工序后，将重悬得到的浓缩菌体通过液体喷淋设备10迅速以液滴的形式喷入至装有一定倾角的颗粒导流槽70中，瞬间实现乳酸菌的液氮深冷造粒；乳酸菌深冷发酵剂颗粒在液氮流冲击和重力势能作用下，顺着颗粒导流槽70滑落至传输带40上，由传输带40将成型的乳酸菌发酵剂颗粒传送至颗粒包装机60中，进行定量分装；分装好的乳酸菌发酵剂颗粒，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。气化液氮通过密封腔体顶部的出气管路20直接排入室外，避免因室内氮气浓度过高所造成的人身伤害。

下面通过实施例的方式进一步说明本发明的具体应用，但并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。

应用实施例1：嗜热链球菌液氮深冷造粒发酵剂的制备。

嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)液氮深冷造粒发酵剂的制备方法如下：将经扩培好的嗜热链球菌发酵液20000L进行离心收集菌体，并用无菌去离子水洗涤两次后，悬浮于2000L含有冻干保护剂的脱脂乳中，得到浓缩嗜热链球菌菌悬液。

将制备得到的浓缩嗜热链球菌菌悬液，经液体喷淋设备的喷嘴12喷淋至颗粒导流槽70中，其中，喷嘴12直径Φ为10mm，颗粒导流槽长度L为10000mm，宽度W为1000mm，高度H为400mm，菌悬液液滴遇到液氮泵92输送过来的液氮瞬间造粒成型，制得的发酵剂颗粒在液氮流和倾角θ为1度的颗粒导流槽70的重力作用下，滑落至传输带40上并传送至颗粒包装机60中进行定量分装；分装好的乳酸菌发酵剂颗粒，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。气化液氮通过密封腔体顶端的出气管路20直接排入室外，未气化的液氮经长度L’为10000mm，宽度W’为1000mm，高度H’为400mm，底板倾角η’为1°液氮回收导流槽80回流至液氮缓存罐90。

应用实施例2：保加利亚乳杆菌液氮深冷造粒发酵剂的制备。

保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)液氮深冷造粒发酵剂的制备方法包括如下：将经扩培好的保加利亚乳杆菌发酵液1000L进行陶瓷膜微滤浓缩技术收集菌体，并用无菌去离子水洗涤两次后，悬浮于100L含有冻干保护剂的脱脂乳中，得到浓缩保加利亚乳杆菌菌悬液。

将制备得到的浓缩保加利亚乳杆菌菌悬液，经液体喷淋设备的喷嘴12喷淋至颗粒导流槽70中，其中，喷嘴12直径Φ为1mm，颗粒导流槽70长度L为500mm，宽度W为100mm，高度H为100mm，底板倾角θ为30°，菌悬液液滴遇到经液氮泵92输送过来的液氮瞬间造粒成型，制得的发酵剂颗粒在液氮流和导流板θ＝30℃倾角重力作用下，滑落至传输带40上并传送至颗粒包装机60中进行定量分装；分装好的乳酸菌发酵剂颗粒，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。气化液氮通过密封腔体顶端的出气管路20直接排入室外；未气化的液氮经长度L’为500mm，宽度W’为100mm，高度H’为100mm，底板倾角η’为30°液氮导流板中回流至液氮缓存罐90。

效果实施例1：验证实施例菌种存活率

菌体计数方式采用平板浇注法，即将浓缩菌悬液或深冷造粒发酵剂用无菌生理盐水(0.85％的NaCl溶液)进行1/10的梯度稀释，至合适稀释梯度，吸取1mL菌体稀释液并转移至无菌平板上，待无菌琼脂培养基(嗜热链球菌采用M17琼脂培养基计数，保加利亚乳杆菌用MRS琼脂培养基计数)冷却至45～50℃时，倾倒15～25mL于含有菌体稀释液的平板上，混匀并静止冷却。每个样品进行3次平行试验。冷却、凝固的平板放置于厌氧培养箱中倒置培养(培养温度和时间依据菌种而定)。培养结束后进行计数。

液氮深冷造粒过程中，菌体存活率＝N1/N0×100％。其中，N0为浓缩菌悬液中菌体浓度；N1为液氮深冷造粒后发酵剂中菌体浓度。嗜热链球菌和液氮深冷造粒过程中的存活率见表1。

表1 液氮深冷造粒过程中的乳酸菌存活率试验

由上表实验数据可知，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌菌株在液氮深冷造粒过程中存活率较高，可实现90％以上的存活率。

效果实施例2：验证实施例菌种发酵酸奶复活时间

微生物典型的生长曲线分为延滞期(适应期)、指数期、稳定期和衰亡期4个时期，适应期是指微生物刚刚被放进一个新环境里的适应过程，适应期的长短又称微生物复活时间，在此阶段生长速率为零。发酵乳中酸度(°T)增高，主要是乳酸菌增殖产酸的结果，所以测定乳中酸度，反应乳酸菌发酵剂在乳体系中生长情况和复活时间。

分别称取已巴氏杀菌的无抗鲜奶830g两份，一份用本发明的液氮深冷造粒嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌发酵剂按接种量5×10⁶cfu/mL发酵，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌菌种数量为1∶1；一份用丹尼斯克YO-MIX300冻干型发酵剂发酵，同样控制接种量5×10⁶cfu/mL发酵，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌菌种数量为1∶1。发酵温度均控制在42±1℃，自接种后每隔30min测定一次滴定酸度。滴定酸度测定方法：取10ml发酵乳于150mL三角瓶中，加入20mL去离子水和0.5％酚酞酒精溶液0.5mL，摇匀；用0.1mol/L的NaOH溶液滴定至微红色并30秒不褪色，计算所消耗的NaOH溶液的体积V。滴定酸度(°T)＝V×10。

表2 乳酸菌发酵剂复活时间试验

由上表实验数据可知，由深冷发酵剂发酵的酸奶在接种后1h内酸度未发生明显变化，1h后酸度迅速上升，因此可以判断深冷型发酵剂的复活时间约为1h；由冻干发酵剂发酵的酸奶在接种后2h内酸度未发生明显变化，2h后酸度迅速上升，因此可以判断冻干型发酵剂的复活时间约为2h。液氮深冷造粒发酵剂的菌种复活时间较冻干型发酵剂要短。

本领域的技术人员可以理解，该装置可以不仅应用于液氮发酵生产工艺，同样可以应用于其它需要应用液态制冷剂制冷的生产设备。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述造粒设备包括：

一密封腔体；

一液体喷淋设备，设置于所述密封腔体顶部；

2.如权利要求1所述的液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述密封腔体设有真空保温夹层，顶部还包括一出气管路。

3.如权利要求1所述的液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述液氮缓存罐与一液氮泵连接，所述液氮泵通过管路将液氮输送到所述颗粒导流槽的第一端部。

4.如权利要求1所述的液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述液体喷淋设备包括多个喷嘴，所述喷嘴直径为1～10mm，喷嘴排列方式采用正三角形排列。

5.如权利要求1所述的液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述颗粒导流槽长度为500～10000mm，宽度W为100～1000mm，高度H为100～400mm，底板倾角θ为1°～30°。

6.如权利要求1所述的液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述液氮回收导流槽长度为500～10000mm，宽度W’为100～1000mm，高度H’为100～400mm，底板倾角θ’为1°～30°。

7.如权利要求1所述的液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述传输带采用稳定工作温度范围为-196℃～380℃的食品级铁氟龙输送带。

8.如权利要求1所述的液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述传输带的输出端与一颗粒包装机匹配。

9.如权利要求1至8任一项所述的液氮深冷造粒设备，其特征在于，所述液氮深冷造粒设备为乳酸菌发酵剂液氮深冷造粒设备。