CN109370873A - 一种智能化食醋固态酿造设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化食醋固态酿造设备，包括卧式转筒状的密闭罐体，进料管、出料管从罐体的两端连入其内部，进料管的出料口向上，仅在排糟料时出料管的吸料口向下，进料管、出料管通过气力输送进行进料和排料；螺旋翻料机构设置于所述罐体的内壁上，通气管连入所述罐体内；对于罐体的发酵位，滤板假底设置于罐体内底部上方，与罐体的底部之间隔设出空腔，出液管从空腔处设置于罐体的底部，喷淋装置、清洗管设置于罐体内且位于醋醅上方。本发明实现食醋固态发酵、淋醋操作于一体，基于密闭环境进行发酵，提高了设备利用率，通过多种高精度监测装置，实时监测食醋发酵的各种理化指标，掌握发酵进程。

Description

一种智能化食醋固态酿造设备

技术领域

本发明属于食品加工设备领域，尤其涉及用于食醋固态发酵的智能化发酵、淋醋设备。

背景技术

固体发酵的食醋参与微生物种类较多，产品风味较好，因此越来越受到人们的青睐。

目前，食醋固态酿造行业主要生产方式仍然是发酵池，但也有部分发酵设备应用于食醋发酵过程，其中最具代表性的发酵设备分别是卧式转筒发酵罐和立式回流发酵罐，两者都不同程度地提高了酿醋机械化水平和生产效率。但同时两者又各有缺陷：

(1)卧式转筒发酵罐以旋转实现翻醅，虽能进行食醋的固态发酵，但不能实现同一设备淋醋作业，需要转移物料进行淋醋作业，存在设备利用率低等问题；卧式转筒发酵罐都是机械输送和重力落料，罐体上开设有进出料口，无法做到完全封闭，输送过程中有许多粉尘外溢，污染生产环境；同时依靠重力落料，限制了罐体内物料的填充量，最大进料量只能达到罐体容积的50～60％，降低了设备的利用率和产出率；由于无法做到完全封闭，增加了染菌的机会，也无法实现纯种培养；

(2)立式回流发酵罐以醋卤循环代替翻醅，达到降温和增氧的目的，但是长时间的回流导致醋醅板结，使发酵不均匀，醋醅溶氧不足，造成发酵周期长和产品品质较差等问题。

有些地方及目前固态发酵设备发酵过程中醋醅含酒量较多，一般高达70％以上，酒精含量过多会影响发酵温度的提升，及醋醅的溶氧量，如何在低成本投入的前提下提高底部醋醅的发酵温度以及整体醋醅的透气疏松，保证醋的发酵和风味，也是目前需要解决的问题。

食醋酿造过程包含一系列复杂生化反应，如醋酸菌在氧气参与下将酒精转化成醋酸的醋酸发酵，乳酸菌在无氧条件下将糖类物质转化为乳酸的乳酸发酵，微生物降解利用麸皮等，生化反应的顺利进行对反应环境和底物有严格要求，同时，部分反应产物也会对其有影响；因此，温度、氧气浓度、酒精度和酸度等因素对食醋酿造的顺利进行有重要影响。

现在的大多数开放式发酵的酿造环境，对影响食醋酿造的因素也大多依靠经验控制，口耳相传，无法做到对影响因素的精确控制，生产效率低、产品质量不稳定、过程控制和安全管理差，与当前大工业、标准化生产和提高食品安全水平的大背景格格不入，对食醋固态酿造工艺的改进变得越来越紧迫。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种自动化、智能化的食醋固态酿造设备，在密闭环境下发酵，避免工艺转场带来的技术和经济问题，适应固态发酵的翻醅、回流工艺要求，满足固态发酵醋的风味要求，对影响食醋酿造的因素进行综合智能控制。

技术方案：一种智能化食醋固态酿造设备，包括卧式转筒状的密闭罐体、螺旋翻料机构、滤板假底、喷淋装置、进料管、出料管、出液管、清洗管、通气管；

所述进料管、出料管从所述罐体的两端连入其内部，所述进料管的出料口向上，仅在排糟料时所述出料管的吸料口向下，所述进料管、出料管通过气力输送进行进料和排料；所述螺旋翻料机构设置于所述罐体的内壁上，所述通气管连入所述罐体内；

对于所述罐体的发酵位，所述滤板假底设置于所述罐体内底部上方，与所述罐体的底部之间隔设出空腔，所述出液管从所述空腔处设置于所述罐体的底部，所述喷淋装置、清洗管设置于所述罐体内且位于醋醅上方。

进一步的，所述螺旋翻料机构包括若干翻料板，所述翻料板安装在所述罐体的内壁上，沿所述罐体的轴向间隔设置排列成排，所述翻料板与所述罐体的内壁面垂直。

最佳的，所述翻料板与所述的罐体的轴向呈倾斜，倾角一致。

最佳的，所述翻料板与安装在底座中的轴销固定，所述底座的一端与所述罐体的内壁固定，所述底座上开设有沿周向分布的若干定位孔，所述底座与所述轴销通过紧固件穿设于所述定位孔固定，以使翻料板既能和罐体内壁安装，又可以调节翻料板与轴向的倾角。

最佳的，所述翻料板朝向所述进料管的一端低于朝向所述出料管的一端，形成由进料向出料的推进方向。

进一步的，所述罐体为锥体，其中心轴线呈水平，其小径端安装所述进料管，其大径端安装所述出料管，所述出液管从所述大径端设置于所述罐体的底部。

进一步的，所述滤板假底的上表面呈水平，在所述罐体的中间位置，所述滤板假底的高度为所述罐体直径的1/10～1/4，所述滤板假底的宽度为所述罐体直径的1/4～1/2。

最佳的，所述滤板假底上的滤孔其纵截面为正梯形，有利于醋卤或醋液经过滤流入空腔，同时也尽量减少醋醅从滤孔落入空腔里。

进一步的，所述通气管上开设有气孔，所述通气管至少连入至所述罐体内的醋醅内部，对醋醅内部可以供氧。

进一步的，还包括支架，以及由链轮、链条、减速电机构成的驱动装置，所述罐体的两端通过轴承安装在所述支架上，所述链轮套装在所述罐体的一端，所述链条绕设于所述链轮并与所述减速电机连接。采用链轮传动，对于体积大、重量大的设备，可以增加传动的稳定性和可靠性。

进一步的，所述罐体的两端内部安装有旋转接头，所述进料管、出料管安装在所述旋转接头上连入所述罐体内部。通过设置旋转接头，使得罐体绕中心轴线旋转时，进料管、出料管保持不动，不随罐体同步旋转，同时可以防止泄漏。

进一步的，还包括定位机构，所述定位机构为限位行程开关或光电眼组，所述定位机构作用于所述罐体旋转停止时处于发酵位。

进一步的，所述进料管的进料口处连入正压气力输送源形成气力输送进料，所述出料管中连入负压气力输送源形成气力输送出料；进料时，所述正压气力输送源、进料管、罐体、出料管与所述罐体外部依次连通，进料完成后，关闭所述进料口，所述罐体、出料管、负压气力输送源与所述罐体外部依次连通；排糟料时，关闭所述进料口，所述罐体、出料管、负压气力输送源与所述罐体外部依次连通。

进一步的，所述正压气力输送源采用罗茨鼓风机，所述负压气力输送源采用引风机。

进一步的，还包括PLC自动控制系统、温度监测装置、酒精度监测装置、酸度监测装置、氧气浓度检测装置，所述PLC自动控制系统关联操作罐体旋转启停、管路开闭、管路流量、温度监测、酒精度监测、酸度监测、氧气浓度检测等；所述PLC自动控制系统中赋予了由试验获得的发酵进程与温度、氧气浓度、酒精度、酸度理化指标之间的关系而建立的数学模型，由温度监测装置的实时温度对应的实时氧气浓度、酒精度、酸度带入数学模型，综合分析发酵进程，所述PLC自动控制系统作出相关操作指令。如醋醅温度上升到设定值，PLC自动控制系统需根据此时氧气浓度、酒精度和酸度指标，判断采取罐体转动、喷淋醋卤、停止通气中的一种或几种措施，降低醋醅温度，确保食醋酿造顺利进行的目的。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：

1、基于密闭的发酵环境，通过正负压气力输送，对密闭的卧式转筒发酵罐完成固体进料和醋糟排料，投料量可达罐体容积的70％，发酵过程有效减少酒液和醋酸挥发，原料利用率可增加约15％，为后期实现纯种发酵、带压发酵提供了条件，并避免粉尘外溢，减少对环境的污染。

2、通过多种高精度监测装置，实时监测食醋发酵的各种理化指标，掌握发酵进程；将温度、氧气浓度、酒精度和酸度等理化指标结合起来，综合分析发酵进程，从而作出相应的操作指令，提升了指令的正确性程度。

3、罐体内形成了上部的醋醅发酵空间和下部收集醋卤或淋醋醋液的过滤空腔，将淋浇发酵工艺与旋转发酵工艺相结合，同时再与淋醋工艺相结合，实现三位一体，实现同一设备多功能化，最大限度的使用设备，提高了设备利用率。

4、螺旋翻料机构完全摒弃了传统的连续螺旋带式结构，以多个分段的翻料板进行安装配合，形成近似螺旋结构，并且形成由进料向出料的推进方向，以改变对物料的推进速度，提高翻醅效率，无结构死角，易于清洗，有利于提高发酵产品品质。

5、卧式转筒发酵罐的支撑结构稳定，保证发酵罐顺畅旋转，耐受冲击性强，噪音低，很好地减缓了振动造成的影响，消除了偏心振动引起的设备位移，提高了发酵罐运行的稳定性。

6、实现食醋发酵过程的自动化、智能化操作，达到智能调控，确保食醋发酵顺利进行；降低劳动强度，提高生产效率，同时加强对发酵过程的控制，降低安全风险。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为罐体与支架的安装示意图；

图3为翻料板的可调安装示意图；

图4为图3的分解图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种智能化食醋固态酿造设备，如附图1所示，主要包括罐体1、螺旋翻料机构2、滤板假底3、喷淋装置4、进料管5、出料管6、出液管7、清洗管8、通气管、支架9、驱动装置10、正压气力输送源12、负压气力输送源13、螺旋反向导流板、PLC自动控制系统，以及温度、氧气浓度、酒精度、酸度监测装置等。PLC自动控制系统控制整个设备自动化运行，关联操作罐体旋转启停、管路开闭、管路流量、温度监测、氧气浓度监测、酒精度监测、酸度监测等。温度监测装置实时监测醋醅发酵温度，氧气浓度监测装置实时监测发酵过程中需氧量的变化，酒精度、酸度监测装置实时监测醋醅发酵的酒精度和酸度值，以便掌握发酵进程，反馈信号给PLC自动控制系统适时作出相应操作指令。

罐体1为密闭的卧式转筒结构，整体为锥体，两端的封头大小不等，其中心轴线呈水平，罐体的两端架设在支架9上，通过驱动装置10带动罐体绕中心轴线旋转。

支架9采用型钢制作，作为罐体和轴承座的支撑基础。结合附图2所示，轴承1401安装在轴承座1402中，两者为整体，在支架9的两头分别安装一组，轴承座1402安装在支架9上，罐体1的两端安装在轴承1401中。支架的设计以减少轴承运行挠度，降低噪音，减少对轴承的损害。轴承1401为调心轴承，根据罐体内物料重心偏移情况，可自适应调节，适用于两滚道轴心线间的角偏差有角运动的情况，主要承受径向负荷，也可以承受少量的双向轴向负荷，可以降低噪音，增加运行稳定性，并耐受负荷的变化冲击。

驱动装置10包括链轮1001、链条1002、减速电机1003，链轮1001套装在罐体1的一端，链条1002绕设于链轮1001并与减速电机1003连接。采用链轮传动，对于体积大、重量大的设备，可以增加传动的稳定性和可靠性。

醋醅发酵过程中，罐体1绝大部分时间处于停止状态，停止时的位置是固定的，以罐体该停止位置为发酵位。

进料管5从罐体1的小径端101连入其内部，小径端101的封头内部安装有旋转接头11，进料管5安装在旋转接头11上连入罐体1内部，进料管5的出料口501在罐体1内，开口向上，进料管5的进料口502在罐体1外，在进料口102处安装有混合器，正压气力输送源12、盛放固态原料的料仓连入混合器。正压气力输送源3采用罗茨鼓风机。

出料管6从罐体1的大径端102连入其内部，大径端102的封头内部安装有旋转接头11，出料管6安装在旋转接头11上连入罐体1内部，出料管6的吸料口601在罐体1内，仅在排糟料时吸料口601的开口向下，发酵位时吸料口601的开口向上，出料管6的排料口602在罐体1外，负压气力输送源13在罐体1外连入出料管6中。负压气力输送源13采用引风机。

通过设置旋转接头11，使得罐体1绕中心轴线旋转时，进料管5、出料管6保持不动，不随罐体1同步旋转，同时可以防止泄漏。

对于罐体1的发酵位，将滤板假底3设置于罐体1内底部上方且与罐体固定，从而使滤板假底下表面与罐体底部空间之间隔设形成了空腔301，用于收集醋卤或淋醋醋液，滤板假底上表面与罐体上部空间形成了醋醅发酵空间。滤板假底的上表面为水平面，在罐体1的中间位置，此处罐体1的直径为L，此处滤板假底的高度为1/10L～1/4L，宽度为1/4L～1/2L。滤板假底上的滤孔其纵截面最好是上小下大的正梯形，有利于醋卤或醋液经过滤流入空腔，同时也尽量减少醋醅从滤孔落入空腔里。

螺旋翻料机构2设置于罐体1的内壁上，位于滤板假底3上方，在进料管5至出料管6之间。结合附图3所示，螺旋翻料机构2包括若干翻料板201，以及由底座202、轴销203、紧固件205构成的安装翻料板201的固定装置。

翻料板201采用直板，安装在罐体1的内壁上，沿罐体1的轴向设置排成一排，沿罐体1的周向设置有至少两排，同一排的翻料板201之间具有横向间距D，即没有重叠，以提供必要的物料流动空间。翻料板201与罐体1的内壁面垂直，与罐体1的轴向呈倾斜，倾角一致，翻料板201朝向进料管5的一端低于朝向出料管6的一端。由此，通过排成一排的多个翻料板在整体上形成类似螺旋带的形状，并且形成由进料向出料的推进方向。

为了使翻料板达到以上的安装结构并且可以调节翻料板与轴向的倾角，将底座202的一端与罐体1的内壁固定，底座202上开设有沿周向分布的若干定位孔204，轴销203插入底座202中，翻料板201固定在轴销203上，底座202与轴销203通过紧固件205穿设于定位孔204固定，旋转轴销即可改变翻料板与轴向的倾角。

由于罐体的锥形结构，过滤进入空腔内的醋卤或淋醋醋液流向大径端，将出液管7设置于罐体1的大径端102，在空腔301区域连入罐体1的底部。喷淋装置4设置于罐体1内且相对位于醋醅上方，喷淋装置具有多根喷淋管，喷淋管为通长管，保证醋醅表面能够被液体全部淋到。清洗管8设置于罐体1内且相对位于醋醅上方，用于在设备使用后清洗设备内部，喷出的清洗水可以淋到罐体内壁上，在发酵过程中，清洗管8则用于向罐体内醋醅上方通入压缩空气提供发酵所需的氧气，而醋醅内部的供养则至少需要设置一根连入罐体1内发酵位的醋醅内部的通气管来提供，通气管上开设有气孔，还可设置气量调节阀，通气管上安装有电磁阀开关，电磁阀开关通过PLC自动控制系统进行控制。

螺旋反向导流板设置于罐体1内部基本沿径向方向，由螺旋翻料机构2向罐体中心方向布置，可与螺旋翻料机构固定。螺旋反向导流板与螺旋翻料机构的螺向相反，数量不少于螺旋翻料机构数量的1/3。醋醅在罐体内随罐体慢速旋转而翻醅时，螺旋反向导流板可维持醋醅不产生轴向位移，使醋醅轴向分布较为均衡。

支架9上设有定位机构，用于作用于罐体1在旋转停止时处于发酵位，保持空腔301位于最下方。定位机构可以是限位行程开关或光电眼组。

罐体由定位机构止于发酵位，在发酵罐准备好进料后，启动料仓，麸皮和稻糟等固体原料从料仓依靠重力落入混合器，与罗茨鼓风机输出的压缩空气混合，正压输送原料压入进料管，由于进料管的出料口开口向上，因此原料在罐体内从上落下，而后在罐体旋转时，在罐体内的螺旋翻料装置的推进作用下，将原料向罐体的另一端推送，直到计量进料量达到工艺要求，然后关闭进料管的进料口，切断正压气力输送和原料输送，同时开启引风机，由于出料管的吸料口开口向上，在负压作用下，对罐体内进行负压排风除尘，气固分离，含尘气体由出料管引出，进入后续的除尘器等进行气体处理，完成整个进料过程。

发酵时，进料管的进料口、出料管的排料口关闭。通过另行设置的通气管向罐体内提供发酵所需的氧气。温度监测装置监测发酵温度达到要求，PLC自动控制系统发出操作指令，由喷淋装置向醋醅喷淋醋卤，完成喷淋后罐体自行旋转进行翻醅拌和，罐体旋转几圈后翻醅结束，罐体由定位机构止于发酵位，发酵结束后，由喷淋装置向醋醅喷淋淋醋水进行淋醋，利用滤板假底和醋醅形成过滤层，成品醋从出液管排出，完成淋醋操作。二淋到四淋的醋原液同样按上述工艺淋出。

排糟料时，旋转出料管使其吸料口开口向下，吸料口位于罐体内的糟料料面上。打开出料管的排料口，保持进料管的进料口关闭，同时开启引风机，在负压作用下，罐体内的糟料被吸进出料管，从而排出罐体外。

本发明将固态发酵、淋醋一体，实现同一设备多功能化，主体为固态发酵，具有固态发酵、淋浇发酵两种工艺优势。在淋醋操作之前，根据设定温度值，全自动、智能进行发酵控制，包括测温、醋卤收集、喷淋、翻料、自动开启和关闭相关管道阀门等，无需人工操作。

温度监测装置包括多个温度传感器，对于罐体发酵位，安装在醋醅的上中下区域。将由前期试验获得的发酵进程与温度、氧气浓度、酒精度、酸度理化指标之间的关系而建立的数学模型，赋予给PLC自动控制系统中，由温度监测装置的实时温度对应的实时氧气浓度、酒精度、酸度带入数学模型，综合分析发酵进程，所述PLC控制器作出相关操作指令。

相对于传统醋酸陶缸发酵工艺，本发明对密闭的卧式转筒发酵罐完成固体进料和醋糟排料，可使罐体内处于完全密闭环境，有效减少酒液和醋酸挥发，原料投入量可增加约15％，为后期实现纯种发酵、带压发酵提供了条件，极大的提高了效率及产量，并且将发酵过程中的多种影响因素综合调控，大大降低了劳动强度，是醋酸发酵行业革命性的产品，带来了巨大的经济及社会效益，该设备同样适用于白酒、酱油等食品类的固态发酵。

Claims (15)

1.一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：包括卧式转筒状的密闭罐体(1)、螺旋翻料机构(2)、滤板假底(3)、喷淋装置(4)、进料管(5)、出料管(6)、出液管(7)、清洗管(8)、通气管；

所述进料管(5)、出料管(6)从所述罐体(1)的两端连入其内部，所述进料管(5)的出料口(501)向上，仅在排糟料时所述出料管(6)的吸料口(601)向下，所述进料管(5)、出料管(6)通过气力输送进行进料和排料；所述螺旋翻料机构(2)设置于所述罐体(1)的内壁上，所述通气管连入所述罐体(1)内；

对于所述罐体(1)的发酵位，所述滤板假底(3)设置于所述罐体(1)内底部上方，与所述罐体(1)的底部之间隔设出空腔(301)，所述出液管(7)从所述空腔(301)处设置于所述罐体(1)的底部，所述喷淋装置(4)、清洗管(8)设置于所述罐体(1)内且位于醋醅上方。

2.根据权利要求1所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述螺旋翻料机构(2)包括若干翻料板(201)，所述翻料板(201)安装在所述罐体(1)的内壁上，沿所述罐体(1)的轴向间隔设置排列成排，所述翻料板(201)与所述罐体(1)的内壁面垂直。

3.根据权利要求2所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述翻料板(201)与所述的罐体(1)的轴向呈倾斜，倾角一致。

4.根据权利要求2所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述翻料板(201)与安装在底座(202)中的轴销(203)固定，所述底座(202)的一端与所述罐体(1)的内壁固定，所述底座(202)上开设有沿周向分布的若干定位孔(204)，所述底座(202)与所述轴销(203)通过紧固件(205)穿设于所述定位孔(204)固定。

5.根据权利要求2所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述翻料板(201)朝向所述进料管(5)的一端低于朝向所述出料管(6)的一端。

6.根据权利要求1所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述罐体(1)为锥体，其中心轴线呈水平，其小径端(101)安装所述进料管(5)，其大径端(102)安装所述出料管(6)，所述出液管(7)从所述大径端(102)设置于所述罐体(1)的底部。

7.根据权利要求1或6所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述滤板假底(3)的上表面呈水平，在所述罐体(1)的中间位置，所述滤板假底(3)的高度为所述罐体(1)直径的1/10～1/4，所述滤板假底(3)的宽度为所述罐体(1)直径的1/4～1/2。

8.根据权利要求1所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述滤板假底(3)上的滤孔其纵截面为正梯形。

9.根据权利要求1所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述通气管上开设有气孔，所述通气管至少连入至所述罐体(1)内的醋醅内部。

10.根据权利要求1所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：还包括支架(9)，以及由链轮(1001)、链条(1002)、减速电机(1003)构成的驱动装置(10)，所述罐体(1)的两端通过轴承安装在所述支架(9)上，所述链轮(1001)套装在所述罐体(1)的一端，所述链条(1002)绕设于所述链轮(1001)并与所述减速电机(1003)连接。

11.根据权利要求1或10所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述罐体(1)的两端内部安装有旋转接头(11)，所述进料管(5)、出料管(6)安装在所述旋转接头(11)上连入所述罐体(1)内部。

12.根据权利要求1所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：还包括定位机构，所述定位机构为限位行程开关或光电眼组，所述定位机构作用于所述罐体(1)旋转停止时处于发酵位。

13.根据权利要求1所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述进料管(5)的进料口(502)处连入正压气力输送源(12)形成气力输送进料，所述出料管(2)中连入负压气力输送源(13)形成气力输送出料；进料时，所述正压气力输送源(12)、进料管(5)、罐体(1)、出料管(6)与所述罐体(1)外部依次连通，进料完成后，关闭所述进料口(502)，所述罐体(1)、出料管(6)、负压气力输送源(13)与所述罐体(1)外部依次连通；排糟料时，关闭所述进料口(502)，所述罐体(1)、出料管(6)、负压气力输送源(13)与所述罐体(1)外部依次连通。

14.根据权利要求13所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：所述正压气力输送源(12)采用罗茨鼓风机，所述负压气力输送源(13)采用引风机。

15.根据权利要求1所述的一种智能化食醋固态酿造设备，其特征在于：还包括PLC自动控制系统、温度监测装置、酒精度监测装置、酸度监测装置、氧气浓度检测装置，所述PLC自动控制系统关联操作罐体旋转启停、管路开闭、管路流量、温度监测、酒精度监测、酸度监测、氧气浓度检测等；所述PLC自动控制系统中赋予了由试验获得的发酵进程与温度、氧气浓度、酒精度、酸度理化指标之间的关系而建立的数学模型，由温度监测装置的实时温度对应的实时氧气浓度、酒精度、酸度带入数学模型，综合分析发酵进程，所述PLC自动控制系统作出相关操作指令。