CN104893957A - 一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置 - Google Patents

一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置，所述发酵装置包括发酵罐和搅拌装置；所述发酵罐包括密封配合的发酵罐盖和发酵罐体；所述搅拌装置与所述发酵罐盖配合安装，穿过所述发酵罐盖伸入所述发酵罐体内部；所述搅拌装置包括设置于所述发酵罐外部的搅拌电机，以及位于所述发酵罐体内部的上端搅拌螺旋桨、中端搅拌桨和下端搅拌螺旋桨；所述搅拌电机、所述上端搅拌螺旋桨、所述中端搅拌桨和所述下端搅拌螺旋桨通过搅拌轴固定连接。本发明中的用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置，能够缓解现有的自动发酵罐内容物混合不均匀、固相食糜在发酵罐底部形成积聚的问题。

Description

一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置
技术领域
本发明涉及反刍动物营养研究技术领域，特别涉及一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置。
背景技术
随着我国反刍动物数量的不断增长，我国逐渐面临优质牧草资源短缺问题。为了缓解优质牧草资源短缺的问题，需要对反刍动物的瘤胃进行研究，以寻求适合于反刍动物的优质牧草替代品。
目前，国际上主要使用体外连续培养系统研究反刍动物的瘤胃。现有的体外连续培养系统中，通常通过自动发酵罐模拟瘤胃对饲料进行发酵。具体做法是：向自动发酵罐中加入饲料，观察饲料在自动发酵罐中的发酵情况。
现有的自动发酵罐在发酵过程中存在发酵罐内容物混合不均匀、固相食糜在发酵罐底部形成积聚的问题，影响发酵底物的发酵效果。
发明内容
本发明提供了一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置，能够缓解现有的自动发酵罐内容物混合不均匀、固相食糜在发酵罐底部形成积聚的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置，所述发酵装置包括发酵罐和搅拌装置；
所述发酵罐包括密封配合的发酵罐盖和发酵罐体；
所述搅拌装置与所述发酵罐盖配合安装，穿过所述发酵罐盖伸入所述发酵罐体内部；
所述搅拌装置包括设置于所述发酵罐外部的搅拌电机，以及位于所述发酵罐体内部的上端搅拌螺旋桨、中端搅拌桨和下端搅拌螺旋桨；
所述搅拌电机、所述上端搅拌螺旋桨、所述中端搅拌桨和所述下端搅拌螺旋桨通过搅拌轴固定连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述中端搅拌桨包括门字形框架结构；
所述门字形框架结构包括平行设置的第一立柱和第二立柱，以及将所述第一立柱和所述第二立柱连接的连接部；
所述下端搅拌螺旋桨包括螺旋叶片；
所述螺旋叶片的外周位于所述第一立柱和所述第二立柱的对应区域内。
结合第一方面第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述上端搅拌螺旋桨的螺旋方向与所述下端搅拌螺旋桨的螺旋方向相反。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述发酵装置还包括防堵装置；
所述发酵罐体上设有用于排出所述发酵罐内发酵底物发酵后溢出的液体的溢流管；
所述防堵装置包括伸入所述溢流管内部的防堵螺旋和设置于所述溢流管外部的防堵电机，所述防堵螺旋与所述防堵电机固定连接。
结合第一方面第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述防堵装置还包括与所述防堵电机配合安装的防堵联轴器，所述防堵螺旋通过所述防堵联轴器与所述防堵电机固定连接；
所述防堵装置还包括与所述防堵螺旋配合安装的轴承座；
所述轴承座包括凸起结构，所述凸起结构设置于所述溢流管内部；
所述轴承座通过密封垫圈与所述溢流管密封配合。
结合第一方面第一种至第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述发酵罐体的外壁为双层结构，所述外壁由透明玻璃焊接形成。
结合第一方面第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述溢流管上设有用于排出发酵底物发酵后溢出的液体的溢流支管和用于平衡气压的支管气压平衡口。
结合第一方面第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述发酵罐体底部设置有排固阀管和排固口；
所述排固阀管端部设置有排固阀，所述排固阀打开时，所述排固口能够排出所述发酵罐内的固相食糜。
结合第一方面第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述发酵罐体上设有采样口、温度检测口、pH检测口、热水入口和热水出口；
所述温度检测口内设置有温度检测装置，并通过温度电极密封座进行密封；
所述pH检测口内设置有pH检测装置，并通过pH电极密封套进行密封。
结合第一方面第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述发酵罐盖上设有气压平衡口、气压检测口、缓冲液入口、进气口、排气口和进料口；
所述气压平衡口用于和所述支管气压平衡口连通。
通过本发明实施例中的连续发酵装置，利用搅拌装置中的上端搅拌螺旋桨、中端搅拌桨和下端搅拌螺旋桨能够对发酵罐中的饲料进行搅拌，从而缓解现有的自动发酵罐内容物混合不均匀、固相食糜在发酵罐底部形成积聚的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的连续发酵装置的第一视图；
图2为本发明实施例提供的连续发酵装置的第二视图；
图3为本发明实施例提供的连续发酵装置的立体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的连续发酵装置的俯视图。
附图说明：发酵罐盖11，发酵罐体12，搅拌电机21，电机连杆22，搅拌联轴器23，上端搅拌螺旋桨24，中端搅拌桨25，下端搅拌螺旋桨26，搅拌轴27，第一立柱251，第二立柱252，连接部件253，溢流管121，防堵螺旋31，防堵电机32，防堵联轴器33，轴承座34，溢流管支管122，支管气压平衡口123，排固阀管124，排固口125，排固阀126，采样口127，温度检测口128，pH检测口129，热水入口130，热水出口131，气压平衡口111，气压检测口112，缓冲液入口113，进气口114，排气口115，进料口116。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于理解本发明的使用场景，这里进行简要介绍。在对瘤胃发酵进行研究时，通常使用发酵罐模拟瘤胃进行发酵。发酵罐内存放的物质有：发酵底物和接种的瘤胃液。在进行瘤胃研究时，还能够在发酵罐中添加其他有关瘤胃发酵的物质，这点本领域技术人员能够了解，这里不再一一细举。
发酵罐内的内容物发酵后，会产生液相发酵食糜和固相发酵食糜，又可以叫做液相发酵产物和固相发酵产物，或者液相食糜、固相食糜。其中的液相发酵物质是一种发酵产生的液体，在研究过程中会被其他容器接收。本领域技术人员能够清楚的知道瘤胃发酵后的常见产物及其常用名称，这里不再一一举例。
由于液相发酵食糜是以溢出发酵罐的形式被其他容器接收的，因此被接收的液相发酵食糜又可以叫做溢流液。本领域技术人员能够理解溢流液的含义及其来源。
基于以上介绍内容，本领域技术人员应当能够理解本申请中的相关术语，如“内容物”、“液相发酵食糜”等。
针对现有的自动发酵罐在发酵过程中存在发酵罐内容物混合不均匀、固相食糜在发酵罐底部形成积聚的问题，本发明提出了一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置，能够缓解现有的自动发酵罐内容物混合不均匀、固相食糜在发酵罐底部形成积聚的问题。下面通过图1至图4进行详细描述，其中图1为图2A-A向的剖视图。
如图1所示，本发明中的连续发酵装置包括发酵罐和搅拌装置；其中发酵罐包括密封配合的发酵罐盖11和发酵罐体12；搅拌装置与发酵罐配合安装，穿过发酵罐盖11伸入发酵罐体12内部。
具体地，如图1所示，搅拌装置包括搅拌电机21、电机连杆22、搅拌联轴器23、上端搅拌螺旋桨24、中端搅拌桨25、下端搅拌螺旋桨26和搅拌轴27。其中，搅拌电机21位于发酵罐外部，上端搅拌螺旋桨24、中端搅拌桨25和下端搅拌螺旋桨26位于发酵罐体12内部。搅拌联轴器23优选为弹性联轴器。
如图1所示，搅拌电机21通过电机连杆22与搅拌联轴器23固定连接，搅拌联轴器23下方安装有搅拌轴27，搅拌电机21、上端搅拌螺旋桨24、中端搅拌桨25和下端搅拌螺旋桨26通过搅拌轴27固定连接。
通过如图1所示的连续发酵装置，利用搅拌装置中的上端搅拌螺旋桨24、中端搅拌桨25和下端搅拌螺旋桨26能够对发酵罐中的内容物进行搅拌，从而缓解现有的自动发酵罐内容物混合不均匀、固相食糜在发酵罐底部形成积聚的问题。
如图1所示，中端搅拌桨25包括门字形框架结构，该门字形框架结构包括平行设置的第一立柱251和第二立柱252，以及连接第一立柱251和第二立柱252的连接部件253。下端搅拌螺旋桨26包括单向旋转的螺旋叶片。从图1中能够看出，该螺旋叶片的外周位于第一立柱251和第二立柱252的对应区域内。
图1中，上端搅拌螺旋桨24的螺旋方向与下端搅拌螺旋桨26的螺旋方向相反。
通过图1中的上端搅拌螺旋桨24，能够形成向下的力使得发酵罐体12内的内容物向下运动。该内容物包括发酵用的底物以及接种的瘤胃液等其他物质。通过图1中的下端搅拌螺旋桨26，由于其螺旋方向与上端搅拌螺旋桨24的相反，因此能够形成向上的力，使得发酵罐体12内的内容物向上运动。
通过上端搅拌螺旋桨24和下端搅拌螺旋桨26的配合使用，能够使得内容物在发酵罐内上下充分运动，不在罐内底部积聚，从而缓解现有的固相食糜在发酵罐底部沉积的问题，还有助于发酵罐内容物的充分混合。
通过图1中的中端搅拌桨25，通过其特有的门字形框架结构能够给内容物提供水平方向的搅拌力，有助于发酵罐内容物充分混合，从而缓解现有的发酵罐内容物混合不均匀的问题。
通过图1中的上端搅拌螺旋桨24，还能够消除发酵罐内发酵底物发酵时产生的气泡，并有助于新加入的发酵底物与接种的瘤胃液顺利地接触，迅速发酵。
工作时，上端搅拌螺旋桨24、中端搅拌桨25和下端搅拌螺旋桨26在搅拌电机21的作用下，同向旋转运动，其中，上端搅拌螺旋桨24和下端搅拌螺旋桨26虽然旋转方向相同，但其螺旋方向相反，因此能够产生相反的作用力。
可见，通过图1中的搅拌装置，能够使得发酵罐内的饲料充分搅拌，缓解现有的发酵罐内容物混合不均匀，固相食糜容易在发酵罐底部形成积聚的问题。
图1中的发酵装置还包括防堵装置。如图1所示，在发酵罐体12上设有溢流管121，溢流管121用于排出发酵罐体12内的发酵底物发酵后溢出的液体，能够理解，该液体为发酵产生的液相食糜。上述防堵装置包括防堵螺旋31和防堵电机32，防堵螺旋31伸入溢流管121的内部，防堵电机32设置于溢流管121的外部，防堵螺旋31与防堵电机32固定连接。
如图1所示，防堵装置还包括防堵联轴器33，防堵联轴器33优选是梅花联轴器，防堵联轴器33与防堵电机32配合安装，防堵螺旋31通过防堵联轴器33与防堵电机32固定连接。
如图1所示，防堵装置还包括轴承座34，轴承座34与防堵螺旋31配合安装。轴承座34包括凸起结构，从图1能够看出，轴承座34的凸起结构位于溢流管121的内部，轴承座34通过密封垫圈341与溢流管121密封配合。
图1中，密封垫圈341为对称设置的两个。
本实施例中，通过设置密封垫圈341能够起到防堵装置与溢流管121之间的密封作用，从而保持发酵罐内的厌氧发酵环境。
发酵罐工作时，其中的发酵底物和固相食糜会由于搅拌作用进入溢流管121中，通过本实施例的防堵装置，防堵电机32工作时，防堵螺旋31进行旋转运动，能够防止发酵底物和固相食糜在溢流管121中形成堵塞，影响发酵效果。
设置轴承座34具有凸起结构，将该凸起结构设置于溢流管121内部，能够起到很好的固定防堵装置的效果。
再次参考图1可知，本实施例中的发酵罐体12的外壁为双层结构，优选地，图1中的发酵罐体12的外壁采用透明玻璃焊接形成，使得实验人员能够在外边观察发酵罐内的发酵情况，有助于实验记录。焊接方式稳固，能够保证发酵罐的稳定性。
图1中，溢流管121上开设有溢流管支管122。发酵罐工作时，内部发酵底物发酵后产生的液体能够通过溢流管支管122溢出，便于实验人员收集。溢流管121和溢流支管122的位置决定了发酵罐内的液态容量，通过合理设置溢流管121和溢流管支122的高度，特别是溢流支管122的位置与高度，能够保证发酵罐内的液相的有效容积在1000±50毫升。
参考图2可知，在本实施例中的溢流管121，还开设有支管气压平衡口123，通过支管气压平衡口123能够平衡发酵罐体12上部与溢流管上部的气压。
参考图1可知，本实施例中的发酵罐体底部还设置有排固阀管124和排固口125，在排固阀管124的端部设置有排固阀126。发酵装置工作时，发酵罐内的发酵底物发酵后将会形成固相食糜。当排固阀126打开时，固相食糜能够从排固口125中排出，便于实验人员收集。
再次参考图2可知，发酵罐体12上还设置有采样口127和温度检测口128。
通过采样口127，工作人员能够采集发酵罐内的发酵物质，从而进行后续分析。
温度检测口128内设置有温度检测装置，温度检测装置可以是温度探头，通过温度检测装置能够检测发酵罐内容物的温度，温度检测口128还通过温度电极密封座进行密封，从而保持发酵罐的密封发酵环境。
图1中，发酵罐体12上还设置有pH检测口129，和温度检测口128相类似，pH检测口129内设置有pH检测装置，pH检测装置可以是pH探头，通过pH检测装置能够检测发酵罐内容物的pH值，pH检测口129通过pH电极密封套进行密封，从而保持发酵罐的密封发酵环境。
图2中，能够知道，发酵罐体12上设置有热水入口130。从图3能够知道，发酵罐体12上设置有热水出口131。
通过前述内容以及图1可知，本实施例中发酵罐体12的外壁为双层结构。通过设置在发酵罐体12上的热水入口130和热水出口131，能够持续向该双层结构中间添加热水，从而采用水浴加热的方法为发酵罐保温，使得发酵罐处于恒温状态。由于瘤胃发酵的环境温度为39摄氏度，因此优选通过热水入口130和热水出口131添加39摄氏度的热水，也可根据试验的需要调整发酵温度。水浴加热时目前比较常用的加热方法，这里不再赘述。
图4是发酵罐盖11的俯视图，从图4可以看出，本实施例中的发酵罐盖上设有气压平衡口111、气压检测口112、缓冲液入口113、进气口114、排气口115和进料口116。
根据前文所述，在溢流管121上设有支管气压平衡口123。对应地，在发酵罐盖11上设有气压平衡口111。本实施例中的发酵装置在使用时，支管气压平衡口123和气压平衡口111连通，从而当发酵罐内的发酵液体进入溢流管内时，保持溢流管内的气压和发酵罐体12内的气压平衡。
通过气压检测口112能够检测发酵罐体12内的气压，从而保证发酵环境的稳定性。
通过缓冲液入口113能够向发酵罐体12内添加缓冲液，从而使发酵罐体12内的饲料发酵。按照一定时间规律添加缓冲液，能够达到发酵底物持续发酵的效果。
通过进气口114能够向发酵罐体12内通入气体，通常在发酵之前向发酵罐体12内通入氮气，以排出发酵罐内的空气，形成瘤胃发酵环境。
排气口115为两个，通过排气口115能够排出发酵罐体12内的气体，后续可以对排出的气体进行二氧化碳浓度、甲烷浓度检测。
通过进料口116能够向发酵罐体12内加入发酵底物。
综上所述，通过图1至图4所示的发酵装置，能够使得发酵底物在发酵罐内上下充分运动，并使发酵底物与接种的瘤胃液充分混合，缓解现有的固相食糜在发酵罐底部形成积聚、发酵罐内容物混合不均匀的问题，实现气相、液相、固相发酵产物的分开排放。
通过图1至图4所示的发酵装置，还能够消除发酵罐内发酵产生的气泡，并有助于新加入的发酵底物与瘤胃液顺利地接触，迅速发酵。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于模拟瘤胃消化的连续发酵装置，其特征在于，所述发酵装置包括发酵罐和搅拌装置；
所述发酵罐包括密封配合的发酵罐盖和发酵罐体；
所述搅拌装置与所述发酵罐盖配合安装，穿过所述发酵罐盖伸入所述发酵罐体内部；
所述搅拌装置包括设置于所述发酵罐外部的搅拌电机，以及位于所述发酵罐体内部的上端搅拌螺旋桨、中端搅拌桨和下端搅拌螺旋桨；
所述搅拌电机、所述上端搅拌螺旋桨、所述中端搅拌桨和所述下端搅拌螺旋桨通过搅拌轴固定连接。
2.根据权利要求1所述的连续发酵装置，其特征在于，
所述中端搅拌桨包括门字形框架结构；
所述门字形框架结构包括平行设置的第一立柱和第二立柱，以及将所述第一立柱和所述第二立柱连接的连接部；
所述下端搅拌螺旋桨包括螺旋叶片；
所述螺旋叶片的外周位于所述第一立柱和所述第二立柱的对应区域内。
3.根据权利要求2所述的连续发酵装置，其特征在于，所述上端搅拌螺旋桨的螺旋方向与所述下端搅拌螺旋桨的螺旋方向相反。
4.根据权利要求1所述的连续发酵装置，其特征在于，所述发酵装置还包括防堵装置；
所述发酵罐体上设有用于排出所述发酵罐内发酵底物发酵后溢出的液体的溢流管；
所述防堵装置包括伸入所述溢流管内部的防堵螺旋和设置于所述溢流管外部的防堵电机，所述防堵螺旋与所述防堵电机固定连接。
5.根据权利要求4所述的连续发酵装置，其特征在于，所述防堵装置还包括与所述防堵电机配合安装的防堵联轴器，所述防堵螺旋通过所述防堵联轴器与所述防堵电机固定连接；
所述防堵装置还包括与所述防堵螺旋配合安装的轴承座；
所述轴承座包括凸起结构，所述凸起结构设置于所述溢流管内部；
所述轴承座通过密封圈与所述溢流管密封配合。
6.根据权利要求1至5任一项所述的连续发酵装置，其特征在于，所述发酵罐体的外壁为双层结构，所述外壁由透明玻璃焊接形成。
7.根据权利要求6所述的连续发酵装置，其特征在于，所述溢流管上设有用于排出发酵底物发酵后溢出的液体的溢流支管和用于平衡气压的支管气压平衡口。
8.根据权利要求6所述的连续发酵装置，其特征在于，所述发酵罐体底部设置有排固阀管和排固口；
所述排固阀管端部设置有排固阀，所述排固阀打开时，所述排固口能够排出所述发酵罐内的固相食糜。
9.根据权利要求6所述的连续发酵装置，其特征在于，所述发酵罐体上设有采样口、温度检测口、pH检测口、热水入口和热水出口；
所述温度检测口内设置有温度检测装置，并通过温度电极密封座进行密封；
所述pH检测口内设置有pH检测装置，并通过pH电极密封套进行密封。
10.根据权利要求7所述的连续发酵装置，其特征在于，所述发酵罐盖上设有气压平衡口、气压检测口、缓冲液入口、进气口、排气口和进料口；
所述气压平衡口用于和所述支管气压平衡口连通。
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