CN107149155B - 热酵加工装置以及热酵加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热酵加工装置以及热酵加工方法。所述装置包括：热酵混合容器，在其中使原料和水混合，并使原料‑水混合物发生热酵作用；原料容器，其用于接收原料和水，并经由供料管路将原料和水供应到热酵混合容器内；熟料容器，其用于经由出料管路从热酵混合容器接收加工后的熟料；加压装置，其经由馈流管路和回流管路而与热酵混合容器流体连通并形成复循环回路；以及驱动装置，其用于驱动加压装置，其中，加压装置对经过其中的原料‑水混合物施加压力，以便将原料‑水混合物驱动到热酵混合容器中，并使原料‑水混合物在热酵混合容器中形成强紊流并产生热量，从而进行混合并发生热酵作用，其中原料‑水混合物在复循环回路中循环预定时间段。

Description

热酵加工装置以及热酵加工方法

技术领域

本发明大体涉及热酵加工领域。特别地，本发明涉及对作为食品或饲料的原料进行热酵加工的热酵加工装置以及利用该装置的热酵加工方法。

背景技术

目前，动物饲养，尤其是家畜饲养大多采用直接投放饲料原料的方式。这样的饲养方式使得饲料成分无法被动物全面吸收，且饲料的一部分（例如，茎秆等粗纤维部分）由于不再被动物食用而被废弃掉，从而造成浪费。

为了克服这些问题，一些粉碎机械已用于对饲料原料进行加工。这些机械通过挤压、研磨或切割等方式将原料加工成粉末，或者进一步制成颗粒。这样的机械设备例如可以通过中国申请CN 102415604A、CN 105310093A为公众所知。

这些机械的缺点是仅对饲料进行粉碎加工，并未将其制成熟料来促进动物对营养的吸收。而要实现这样的熟料，还需要为系统配置另外的加热装置。

这些机械的另一个缺点是，粉碎后的饲料在随后与水或营养液混合时容易形成沉淀，使得混合物中的营养成分分布不均，无法被动物充分吸收。

因此，本领域亟需一种结构简单，且能够在粉碎饲料的同时对其进行加热从而将饲料制成熟料的装置。

发明内容

为了解决一个或多个上述问题，本发明提供了一种热酵加工装置，用于对原料进行热酵加工，所述热酵加工装置包括：热酵混合容器，在其中使原料和水混合，并使原料-水混合物发生热酵作用；原料容器，其用于接收原料和水，并经由供料管路将原料和水供应到所述热酵混合容器内；熟料容器，其用于经由出料管路从所述热酵混合容器接收加工后的熟料；加压装置，其经由馈流管路和回流管路而与所述热酵混合容器流体连通并形成复循环回路；以及驱动装置，其用于驱动所述加压装置，其中，所述加压装置对经过其中的所述原料-水混合物施加压力，以便将所述原料-水混合物驱动到所述热酵混合容器中，并使所述原料-水混合物在所述热酵混合容器中形成强紊流并产生热量，从而进行混合并发生热酵作用，其中所述原料-水混合物在所述复循环回路中循环预定时间段。

优选地，所述加压装置包括加压腔室以及位于所述加压腔室内的叶轮，所述叶轮由所述驱动装置驱动而旋转，从而在轴向方向上对经过所述加压腔室中的所述原料-水混合物施加压力。

优选地，所述回流管路与所述加压腔室连接为使来自所述热酵混合容器中的所述原料-水混合物在所述叶轮旋转的切向方向上进入所述加压腔室。

优选地，所述原料容器和所述熟料容器为同一容器。

优选地，所述出料管路接入所述馈流管路。

优选地，所述热酵加工装置进一步包括位于所述馈流管路上的第一开关阀以及位于所述出料管路上的第二开关阀，其中所述第一开关阀和所述第二开关阀操作为使所述原料-水混合物选择性地在所述复循环回路中循环或经由所述出料管路输送到所述熟料容器中。

优选地，所述热酵加工装置进一步包括换向阀，所述换向阀位于所述出料管路接入所述馈流管路的位置处，所述换向阀操作为使所述原料-水混合物选择性地在所述复循环回路中循环或经由所述出料管路输送到所述熟料容器中。

优选地，所述热酵混合容器设有保温层。

优选地，所述热酵加工装置进一步包括位于所述回流管路上的分流器。

优选地，所述热酵加工装置进一步包括位于所述馈流管路上的泄压阀。

优选地，所述回流管路和所述馈流管路中的一者或两者设有保温层。

本发明还提供了一种热酵加工方法，用于使用根据本发明的热酵加工装置对原料进行热酵加工，所述方法包括如下步骤：经由所述供料管路将原料和水从所述原料容器供应到所述热酵混合容器内；启动所述驱动装置，使所述原料-水混合物在所述复循环回路中循环预定时间段，并使所述原料-水混合物在所述热酵混合容器中进行混合并发生热酵作用；关闭所述驱动装置；以及利用所述复循环回路中的余压将加工后的熟料经由所述出料管路输送到所述熟料容器中。

通过上述一个或多个方案，驱动装置提供高压，以驱动原料-水混合物在复循环回路中循环。当高压下的混合物进入热酵混合容器中时形成高速紊流，从而在饲料颗粒之间因碰撞、摩擦而形成剪应力并产生热量。该热量用于将原料-水加热成熟料。因此，无需另外布置加热设备来对原料进行加热。

同时，受热的混合物在封闭的热酵混合容器中在高温下发酵（即，热酵），在混合物液流中产生微气泡核，继之被液流带走。随着热酵作用的进程而使气泡长大，然后在压力进一步升高后，气泡开始变小并相应撞击（碰撞）产生不对称的聚合液流。在热酵混合容器中的液流以不规则的散射方式相互撞击或撞击容器壁，从而进一步粉碎原料和水并加速其混合和热酵作用。在该热酵混合容器中存在高达数个大气压的压力，借助管路特殊设计可保障撞击和压力不会损及外部环境。

由于上述热酵作用，饲料中的多种营养成分可以被激发出来，最终得到经过深加工的熟料。原料中的有害物质得到一定程度的抑制，并且激发出原料中的氨基酸、半饱和脂肪酸、半糖、多糖维生素B和D等易吸收的营养成分，并且使这些营养成分有效地保留在最终的熟料中。这样就使最终的熟料更容易被动物吸收利用，并减少了浪费。

另外，由于原料和水在热酵混合容器中被搅拌混合的同时受热发酵，因此最后将得到糊状或浆状的熟料，这样的熟料不易分层，成分被均质化，且易于动物充分吸收，同时也抑制了容易滋生微生物的水悬浊液。

附图说明

下面将结合附图对本发明进行具体描述，在这些附图中：

图1为根据本发明的热酵加工装置的第一实施例的示意图；

图2为根据本发明的热酵加工装置的第二实施例的示意图；

图3为根据本发明的热酵加工装置的第三实施例的示意图；

图4为根据本发明的热酵加工装置的第四实施例的示意图；

图5为根据本发明的加压装置的横截面图；

图6为根据本发明的分流器的纵截面图；以及

图7A和图7B为根据本发明的换向阀的示意图，其中图7A示出了换向阀在复循环阶段的状态，图7B示出了换向阀在出料阶段的状态。

附图标记列表：

1、加压装置

11、叶轮

12、加压腔室

2、热酵混合容器

21、混合腔室

22、进料口

23、馈流口

24、回流口

25、出料口

26、保温层

3、原料容器

31、原料腔室

32、加料口

33、液位计

4、熟料容器

41、熟料腔室

42、排料口

43、开关阀

5、供料管路

51、泵

52、开关阀

6、回流管路

61、分流器

611、中间管路

612、旁通管路

613、分流器外壳

62、大径管路

63、小径管路

7、馈流管路

71、开关阀

72、泄压阀

73、压力计

74、换向阀

8、出料管路

81、开关阀

9、驱动装置

91、驱动轴。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的热酵加工装置的第一实施例的示意图。如图1所示，热酵加工装置包括加压装置1、热酵混合容器2、原料容器3、熟料容器4和驱动装置9。

原料容器3包括用于容放原料和水的原料腔室31、用于添加原料和水的加料口32以及用于指示液位的液位计33。原料容器3通过供料管路5向热酵混合容器2中提供原料和水。

供料管路5上设有泵51（例如，真空泵），用于泵送添加到原料容器3内的原料和水。供料管路5上还设有开关阀52，用于打开或关闭管路。

热酵混合容器2包括允许原料和水在其中进行混合和热酵作用的混合腔室21、通向供料管路5的进料口22、通向馈流管路7的馈流口23、通向回流管路6的回流口24、通向出料管路8的出料口25以及包围混合腔室21的保温层26。热酵混合容器2经由进料口22从原料腔室31接收原料和水，经由馈流口23从加压装置1接收被加压的原料和水的液流，使其在混合腔室21中形成强紊流以被充分混合并受热发生热酵作用，并经由回流口24将被混合和发生热酵作用的混合物经回流管路6输送回到加压装置1。保温层26位于混合腔室21与热酵混合容器2的外表面之间，起到保温隔热的作用，防止在混合腔室21产生的热量散失，从而确保使液流在混合腔室21中的高温环境下作用，同时也防止使用者被热酵混合容器2的外表面烫伤。

回流管路6上设有分流器61。如图6所示，分流器61由位于中间的一条中间管路611和位于两侧的两条旁通管路612构成。来自分流器61上游的回流管路6的大径管路62中的液流在分流器61处被分流到中间管路611和旁通管路612中，从而起到降压分流的作用。被分流到中间管路611和旁通管路612中的液流接着在分流器61下游的回流管路6的小径管路63中汇合，从而再次起到增压的作用。同时，分流器61也起到了连接不同管径的管路的作用。另外，分流器61还包括分流器外壳613，用于容放中间管路611和旁通管路612。优选地，回流管路6设有保温层，从而确保其中的液流的温度不会损失，同时也防止使用者被烫伤。

加压装置1经由回流管路6从热酵混合容器2接收原料-水混合物液流。加压装置1由驱动装置9提供动力。具体地，驱动装置9通过驱动轴91驱动位于加压装置1的加压腔室12中的叶轮11高速旋转，从而对原料-水混合物液流施加轴向压力。如图5所示，来自回流管路6的液流沿着叶轮11的切向方向进入加压腔室12。进入加压腔室12的液流可以由高速旋转的叶轮11带动到叶轮11的前方，并在叶轮11提供的压力下被轴向向前驱动到馈流管路7，并进一步被驱动到热酵混合容器2中进行下一次循环。

馈流管路7上设有用于打开或关闭管路的开关阀71、用于在管路中的压力超过阈值时提供泄压的泄压阀72、用于监测管路中的压力的压力计73。优选地，馈流管路7设有保温层，从而确保其中的液流的温度不会损失，同时也防止使用者被烫伤。

出料管路8上设有用于打开或关闭管路的开关阀81。

熟料容器4经由出料管路8从热酵混合容器2接收已加工好的熟料。熟料容器4具有用于容放熟料的熟料腔室41、用于从熟料腔室41导出熟料的排料口42和开关阀43。

下面结合图1描述根据本发明的热酵加工装置的第一实施例的操作过程。

首先，由使用者按照需要将一定比例的原料和水经由原料容器3的加料口32添加到原料腔室31内。

接着，关闭馈流管路7上的开关阀71和出料管路8上的开关阀81，打开供料管路5上的开关阀52并启动泵51，将原料和水从原料容器3泵送到热酵混合容器2中。

然后，在原料和水全部都被泵送到热酵混合容器2中后，关闭供料管路5上的开关阀52和泵51，打开馈流管路7上的开关阀71并启动驱动装置9，使原料和水在热酵混合容器2中混合并使其在由热酵混合容器2、回流管路6、加压装置1、馈流管路7形成的复循环回路中反复循环。这样循环预定时间段后，原料和水将被充分混合并发生热酵作用，从而形成所需的熟料。该预定时间段可以基于待加工原料性质、预期熟料粒度等因素根据经验确定。

最后，关闭驱动装置9并关闭馈流管路7上的开关阀71，打开出料管路8上的开关阀81，使加工好的熟料在热酵混合容器2中的余压的作用下经由出料管路8输送到熟料容器4中。

之后，可以经由在熟料容器4底部提供的排料口42和开关阀43导出熟料。这样的熟料可以直接对动物进行喂食，也可以接着进行后续处理，例如晾晒、成粒、包装等。

优选地，在添加原料阶段的原料容器3中或者在接收熟料后的熟料容器4中，可以添加其他成分，例如食品添加剂、防腐剂、香精、药物等。

图2示出了根据本发明的热酵加工装置的第二实施例的示意图。其与图1的第一实施例的不同之处在于，出料管路8在开关阀71的上游侧（靠近加压装置1的那一侧）接入馈流管路7。

在复循环阶段时，出料管路8上的开关阀81关闭而馈流管路7上的开关阀71打开，使得馈流管路7中的液流在该馈流管路7上方示出的箭头方向上流动。在出料阶段时，驱动装置9关闭，馈流管路7上的开关阀71保持打开，这样在打开出料管路8上的开关阀81后，馈流管路7中的液流在该馈流管路7下方示出的箭头方向上流动，使得热酵混合容器2中已加工好的熟料能够在热酵混合容器2中的余压的作用下经由馈流管路7和出料管路8输送到熟料容器4中。

在第二实施例的情况下，图2中的两个开关阀71、81可以由位于出料管路8的接入位置处的一个换向阀74来代替。如图7A所示，换向阀74（例如，二位三通换向阀）在复循环阶段（例如，在受激励时）使热酵混合容器2与加压装置1连通。如图7B所示，换向阀74在出料阶段（例如，在未受激励时）使热酵混合容器2与熟料容器4连通。

图3示出了根据本发明的热酵加工装置的第三实施例的示意图。其与图1的第一实施例的不同之处在于，原料容器3和熟料容器4为同一容器。

在供料阶段时，出料管路8上的开关阀81关闭，而供料管路5上的开关阀52打开并且泵51启动，从而该容器作为原料容器3使用。在出料阶段时，供料管路5上的开关阀52和泵51关闭，出料管路8上的开关阀81打开，从而该容器作为熟料容器4使用。

图4示出了根据本发明的热酵加工装置的第四实施例的示意图。其与图1的第一实施例的不同之处在于，出料管路8在开关阀71的上游侧（靠近加压装置1的那一侧）接入馈流管路7，且原料容器3和熟料容器4为同一容器。该装置的操作在上文已结合图2和图3进行了描述，在此不再赘述。

同样，该实施例中的两个开关阀71、81也可由图7A和图7B中的换向阀74来代替。

虽然已经用优选实施例的形式公开了本发明，但应理解的是，可以对其进行许多另外的修改和变动，而并不背离本发明的范围。

Claims (14)

1.一种热酵加工装置，用于对原料进行热酵加工，其特征在于，所述热酵加工装置包括：热酵混合容器(2)，在其中使原料和水混合，并使原料-水混合物发生热酵作用；

原料容器(3)，其用于接收原料和水，并经由供料管路(5)将原料和水供应到所述热酵混合容器(2)内；

熟料容器(4)，其用于经由出料管路(8)从所述热酵混合容器(2)接收加工后的熟料；

加压装置(1)，其经由馈流管路(7)和回流管路(6)而与所述热酵混合容器(2)流体连通并形成复循环回路；以及

驱动装置(9)，其用于驱动所述加压装置(1)，

其中，所述加压装置(1)对经过其中的所述原料-水混合物施加压力，以便将所述原料-水混合物驱动到所述热酵混合容器(2)中，并使所述原料-水混合物在所述热酵混合容器(2)中形成强紊流并产生热量，从而进行混合并发生热酵作用，其中所述原料-水混合物在所述复循环回路中循环预定时间段，并且

其中，所述热酵加工装置进一步包括位于所述馈流管路(7)上的第一开关阀(71)以及位于所述出料管路(8)上的第二开关阀(81)，其中所述第一开关阀(71)和所述第二开关阀(81)操作为使所述原料-水混合物选择性地在所述复循环回路中循环或经由所述出料管路(8)输送到所述熟料容器(4)中。

2.根据权利要求1所述的热酵加工装置，其特征在于，所述加压装置(1)包括加压腔室(12)以及位于所述加压腔室(12)内的叶轮(11)，所述叶轮(11)由所述驱动装置(9)驱动而旋转，从而在轴向方向上对经过所述加压腔室(12)中的所述原料-水混合物施加压力。

3.根据权利要求2所述的热酵加工装置，其特征在于，所述回流管路(6)与所述加压腔室(12)连接为使来自所述热酵混合容器(2)中的所述原料-水混合物在所述叶轮(11)旋转的切向方向上进入所述加压腔室(12)。

4.根据权利要求1所述的热酵加工装置，其特征在于，所述原料容器(3)和所述熟料容器(4)为同一容器。

5.根据权利要求1所述的热酵加工装置，其特征在于，所述出料管路(8)接入所述馈流管路(7)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热酵加工装置，其特征在于，所述热酵混合容器(2)设有保温层(26)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的热酵加工装置，其特征在于，所述热酵加工装置进一步包括位于所述回流管路(6)上的分流器(61)。

8.一种热酵加工装置，用于对原料进行热酵加工，其特征在于，所述热酵加工装置包括：热酵混合容器(2)，在其中使原料和水混合，并使原料-水混合物发生热酵作用；

原料容器(3)，其用于接收原料和水，并经由供料管路(5)将原料和水供应到所述热酵混合容器(2)内；

熟料容器(4)，其用于经由出料管路(8)从所述热酵混合容器(2)接收加工后的熟料；

加压装置(1)，其经由馈流管路(7)和回流管路(6)而与所述热酵混合容器(2)流体连通并形成复循环回路；以及

驱动装置(9)，其用于驱动所述加压装置(1)，

其中，所述加压装置(1)对经过其中的所述原料-水混合物施加压力，以便将所述原料-水混合物驱动到所述热酵混合容器(2)中，并使所述原料-水混合物在所述热酵混合容器(2)中形成强紊流并产生热量，从而进行混合并发生热酵作用，其中所述原料-水混合物在所述复循环回路中循环预定时间段，

其中，所述出料管路(8)接入所述馈流管路(7)，并且

其中，所述热酵加工装置进一步包括换向阀(74)，所述换向阀(74)位于所述出料管路(8)接入所述馈流管路(7)的位置处，所述换向阀(74)操作为使所述原料-水混合物选择性地在所述复循环回路中循环或经由所述出料管路(8)输送到所述熟料容器(4)中。

9.根据权利要求8所述的热酵加工装置，其特征在于，所述加压装置(1)包括加压腔室(12)以及位于所述加压腔室(12)内的叶轮(11)，所述叶轮(11)由所述驱动装置(9)驱动而旋转，从而在轴向方向上对经过所述加压腔室(12)中的所述原料-水混合物施加压力。

10.根据权利要求9所述的热酵加工装置，其特征在于，所述回流管路(6)与所述加压腔室(12)连接为使来自所述热酵混合容器(2)中的所述原料-水混合物在所述叶轮(11)旋转的切向方向上进入所述加压腔室(12)。

11.根据权利要求8所述的热酵加工装置，其特征在于，所述原料容器(3)和所述熟料容器(4)为同一容器。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的热酵加工装置，其特征在于，所述热酵混合容器(2)设有保温层(26)。

13.根据权利要求8至11中任一项所述的热酵加工装置，其特征在于，所述热酵加工装置进一步包括位于所述回流管路(6)上的分流器(61)。

14.一种热酵加工方法，用于使用根据权利要求1至13中任一项所述的热酵加工装置对原料进行热酵加工，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

经由所述供料管路(5)将原料和水从所述原料容器(3)供应到所述热酵混合容器(2)内；

启动所述驱动装置(9)，使所述原料-水混合物在所述复循环回路中循环预定时间段，并使所述原料-水混合物在所述热酵混合容器(2)中进行混合并发生热酵作用；

关闭所述驱动装置(9)；以及

利用所述复循环回路中的余压将加工后的熟料经由所述出料管路(8)输送到所述熟料容器(4)中。