CN109874886A - 一种操作参数精准可控的固体发酵罐 - Google Patents

Abstract

本发明属于茶发酵设备技术领域，公开了一种操作参数精准可控的固体发酵罐，包括旋转筒组件(12)、以及包围该旋转筒组件(12)的保温层(10)，在该旋转筒组件(12)的中心设置有中轴钢管(3)，旋转筒组件(12)与动力传输组件(6)、减速机组件(2)相连，动力传输组件(6)与减速机组件(2)配合用于向旋转筒组件(12)提供旋转动力；在中轴钢管(3)的左端和右端分别设置有第一振动装置(4)和第二振动装置(17)，用于减少旋转筒组件(12)的待发酵物在该中轴钢管(3)上的累积。本发明通过对其发酵罐内部各个组件的结构及其设置方式等进行优化，引入减速机组件、轴承、振动装置及摄像头等组件，可得到操作参数精准可控的固体发酵罐。

Description

一种操作参数精准可控的固体发酵罐

技术领域

本发明属于茶发酵设备技术领域，更具体地，涉及一种操作参数精准可控的固体发酵罐，该固体发酵罐具有物料均匀、操作参数可控、内部可监控、能耗低等特点，尤其适用于普洱茶发酵，相应的，应用该发酵罐可实现操作参数精准可控的普洱茶发酵工艺技术。

背景技术

普洱茶以云南大叶种晒青茶为原料，使用亚发酵青茶制法，经过渥堆发酵等工艺加工而成的茶，色泽褐红，滋味纯和，具有独特的陈香，成为普洱熟茶。目前，针对普洱茶发酵方式也有了一定的突破，从传统的渥堆发酵，到离地发酵技术，包括发酵箱发酵、木板离地发酵、竹筐筑茶式发酵等，上述技术对普洱茶发酵的环境卫生有了一定的改善，但微生物种类和整个发酵工艺仍然不可控，并没有从本质上改进普洱茶发酵工艺。

随着科学技术的进步，对普洱茶发酵技术进一步改进，出现了普洱茶专用的固体发酵罐，中国专利申请(2016214773353)一种普洱熟茶发酵罐，该发酵罐从本质上解决了普洱茶发酵中的微生物种类不可控，整个发酵工艺凭经验，无法有效调控的难题，目前，该发酵罐已有效实现普洱茶规模化纯净发酵，为了更好的实现普洱茶发酵生产的标准化，本发明对上述发酵罐的关键操作参数，尤其是转速(还可包括补水量和发酵罐内部过程监控等其他操作参数)进行优化，将会进一步提高发酵罐设备性能，主要体现在以下几个方面：①如何更好的保持固体发酵罐发酵均匀性问题：发酵过程普洱茶容易结团，且普洱茶容易粘壁或粘在中心轴，导致普洱茶发酵过程不一致；②固体发酵过程中需要补充一定量的水分，如何更有效的控制补水量问题：目前的专利中补水均无法定量；③大规模的固体发酵罐，体积大，设备重，转速启动和停止所需动力大，能耗高，且不易控制，导致茶叶易碎，亟需且可有效调控发酵罐转速，降低能耗。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种操作参数精准可控的固体发酵罐，通过对其发酵罐内部各个组件的结构及其设置方式等进行优化，引入减速机组件、轴承及振动装置等组件，一方面可以精准控制固体发酵罐的关键操作参数转速，使发酵罐体匀速起始转动和停止，保证普洱茶叶片的完整，且优选通过摄像头的添加，可实时监控固体发酵罐内部待发酵物的发酵状态，另一方面也可以改善普洱茶发酵过程中粘壁和在中轴钢管聚集的现象，显著降低普洱茶在中轴钢管上的积累量，同时，通过对补水组件的进一步优化，可实现补水量的精准定量；本发明正是通过一系列组件的设置及各个组件的相互配合综合作用，从而得到操作参数精准可控的固体发酵罐。基于该技术参数精确可控的固体发酵罐，能够实现普洱茶发酵技术参数精确可控。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种操作参数精准可控的固体发酵罐，包括旋转筒组件(12)、以及包围该旋转筒组件(12)的保温层(10)；所述旋转筒组件(12)用于容纳待发酵的原料，在该旋转筒组件(12)的中心设置有贯穿所述旋转筒组件(12)的中轴钢管(3)，所述中轴钢管(3)内部还设置有补水管道和通气管道，用于向所述旋转筒组件(12)内补液和通气；其特征在于，

该中轴钢管(3)的两端分别为左端和右端，该中轴钢管(3)的左端通过轴承与所述旋转筒组件(12)的端面连接，所述旋转筒组件(12)与位于所述旋转筒组件(12)外部的动力传输组件(6)相连，所述动力传输组件(6)还与减速机组件(2)相连，所述动力传输组件(6)与所述减速机组件(2)配合用于向所述旋转筒组件(12)提供旋转动力；所述中轴钢管(3)的右端通过支撑组件(16)与所述旋转筒组件(12)的另一端面连接，并贯穿所述旋转筒组件(12)；

在所述中轴钢管(3)的左端和右端分别设置有第一振动装置(4)和第二振动装置(17)，用于减少所述旋转筒组件(12)的待发酵物在该中轴钢管(3)上的累积；

在所述中轴钢管(3)上还设置有补水组件(25)，所述中轴钢管(3)的左端和右端中一端用于通水、另一端用于通气，其中通过通水端输送的液体经由所述补水组件(25)输入到所述旋转筒组件(12)内。

作为本发明的进一步优选，所述第一振动装置(4)和所述第二振动装置(17)的总个数为2-4个，能够产生频率为0-100Hz的机械振动。

作为本发明的进一步优选，所述减速机组件(2)包括蜗轮蜗杆减速机、带刹车步进电机以及变频器，用于将所述旋转筒组件(12)的转速控制为0-50rpm。

作为本发明的进一步优选，所述补水组件(25)包括雾化喷头，所述雾化喷头雾化出的颗粒大小为10-50微米；

所述补水组件(25)用于在所述旋转筒组件(12)内气压大于0.4×10⁶Pa的第一类气压条件下，利用所述中轴钢管(3)的通水端加压补水；或者在所述旋转筒组件(12)内气压满足(0.2～0.4)×10⁶Pa的第二类气压条件下，利用所述中轴钢管(3)的通气端通气，通过气水分离，产生负压方式补液，促使所述中轴钢管(3)的通水端向所述旋转筒组件(12)内补液。

作为本发明的进一步优选，所述中轴钢管(3)的通水端与种子罐相连，该种子罐用于存储待输送到所述旋转筒组件(12)内的无菌培养的菌种液或已灭菌的纯水；该种子罐放置在称上，利用称对输送到所述旋转筒组件(12)内的液体进行称重定量，以定量补液。

作为本发明的进一步优选，所述旋转筒组件(12)的侧壁上还开设有玻璃视窗作为内仓摄像头视窗(7)，在所述保温层(10)上还安装有摄像头支架(8)，所述摄像头支架(8)用于固定摄像头，从而利用所述摄像头通过所述内仓摄像头视窗(7)观察所述旋转筒组件(12)内待发酵物的发酵状态。

作为本发明的进一步优选，在所述保温层(10)内壁上与所述摄像头支架相对应的区域还设置有气体鼓吹装置，该气体鼓吹装置用于向所述摄像头鼓吹气体，确保所述摄像头能够清晰的观察所述旋转筒组件(12)内待发酵物的发酵状态。

作为本发明的进一步优选，所述旋转筒组件(12)被划分为若干个发酵室，每一个发酵室的内壁上都均匀分布有4-8组挡板(23)；

对于任意一组所述挡板(23)，该挡板(23)垂直位于所述旋转筒组件(12)内壁，所述挡板(23)的安装方向与所述中轴钢管(3)成一定的夹角，夹角满足±(10°～30°)。

作为本发明的进一步优选，在所述中轴钢管(3)的表面上还安装有湿度传感器(21)和温度传感器(22)，所述湿度传感器(21)和所述温度传感器(22)的传感位置在所述中轴钢管(3)上方不超过200毫米。

作为本发明的进一步优选，所述轴承为双列圆锥滚子轴承；

在靠近所述中轴钢管(3)的左端还设置有动力支架(1)，所述减速机组件(2)和所述动力传输组件(6)固定在该动力支架(1)上；

在靠近所述中轴钢管(3)的右端还设置有非动力端支架(18)，所述支撑组件(16)固定在该非动力端支架(18)上。

通过本发明所构思的以上技术方案，本发明通过对现有技术中的中国专利(申请号2016214773353)一种普洱熟茶发酵罐的进一步优化，由于发酵罐为卧式，发酵过程普洱茶集中在底部，本发明通过添加减速机组件及轴承的合理布置，利用轴承，显著减少了发酵罐中轴钢管的承重力，延长其使用寿命，并且轴承承重力更大，且轴承可随时更换，实用性强；同时，精准控制转速，使发酵罐体匀速起始转动和停止，保证了普洱茶叶片的完整；通过对补水组件的进一步优化，补水量可精准定量。同时，通过对搅拌方式和发酵罐内部结构的改造，显著降低了发酵过程中普洱茶结团(块)和贴壁量等，保证普洱茶发酵状态完全一致。本发明实现了普洱茶发酵过程均匀且精准可控，可显著提高产品品质，并有利于开发多种不同普洱茶产品。

具体说来，本发明与现有技术相比，具有以下特点：①该发酵罐内壁采用316L不锈钢或喷涂聚四氟乙烯，同时在中轴钢管的两端对称添加振动装置(即，在中轴钢管一左一右两端分别设置振动装置)，显著改善了普洱茶发酵过程中粘壁和在中轴钢管聚集的现象，显著降低了普洱茶在中轴钢管上的积累量；②该发酵罐采用蜗轮蜗杆减速机、带刹车步进电机以及变频器,不仅可以设定启动和停止时间参数，同时还可精确控制转速，停止可以实现多位置精确制动；③由于中轴钢管一端通水、另一端通气，使得该发酵罐可以采用两种补水方式，第一种在高压力条件下，通过加压补水；第二种在低压力条件下，通过气水分离，产生负压方式补水，保证补水过程更均匀，且无明水，普洱茶不结团；同时，该发酵罐补水装置可称重，实现补水量的精准控制，进行高效精准控制补水量；④该发酵罐安装有摄像头，便于实时观察发酵罐内部情况，可以随时查看发酵罐内部普洱茶的发酵状态；并且摄像头还可以与高压气体鼓吹装置配合使用，保证摄像头可清晰展示发酵罐内部状态。同时，该发酵罐通过改变挡板的排列方式，有效保证了普洱茶搅拌过程中茶叶的完整性和均匀性。

本发明的操作参数精准可控的固体发酵罐在使用过程中，需要通过发酵罐旋转筒旋转使茶叶混合均匀，发酵罐旋转筒可通过蜗轮蜗杆减速机、带刹车步进电机以及变频器控制,可精准控制发酵罐旋转筒旋转启动和停止时间，以及转速，实现不同位置的精确制动；减速机组件不仅可以设定启动和停止时间参数，停止可以实现多位置精确制动，精确控制转速范围0-50rpm，例如适用于普洱茶发酵的转速尤其可控制为0-20rpm。中轴钢管处于固定状态，在中轴钢管两端添加振动装置，以一定的频率振动，保证茶叶不在中轴钢管上聚集结团。另外，可以优选采用两种补水方式，且补水装置可称重，能够实现补水量的精准控制，进行高效精准控制补水量。在发酵罐旋转筒内部安装挡板，对于任意一组挡板，该挡板垂直位于旋转筒组件内壁，挡板安装方向与中轴钢管成一定的夹角，并优选满足±(10°～30°)，保证旋转筒内部的茶叶分布量一致。并且，还可以进一步通过安装摄像装置，实时观测发酵罐旋转筒内部茶叶的形态变化。

综上，通过优化动力装置，使发酵罐的旋转筒转速精准可控，同时，补水方式的优化、中轴钢管上振动装置的添加及挡板排列方式的改变，显著优化了发酵罐的操作参数，使转速精准可控，补水量和补水时间精准定量，发酵过程实时监测，建立了普洱茶精准可控发酵技术。

附图说明

图1是本发明中操作参数精准可控的固体发酵罐的剖视结构示意图。

图2是本发明中操作参数精准可控的固体发酵罐的整体外观示意图。

图中各附图标记的含义如下：1为动力支架，2为减速机组件，3为中轴钢管，4为第一振动装置，5为机罩，6为动力传输组件，7为第一内仓摄像头视窗，8为第一摄像头支架，9为进料口1，10为保温层，11为隔热层，12为旋转筒组件，13为第二进料口，14为第二摄像头支架，15为第二内仓摄像头视窗，16为支撑组件，17为第二振动装置，18为非动力端支架，19为底座，20为第一出料口，21为湿度传感器，22为温度传感器，23为挡板，24为出料口2，25为补水组件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明操作参数精准可控的固体发酵罐，在专利一种普洱熟茶发酵罐(申请号2016214773353的中国专利申请)基础上的进一步优化。该申请号2016214773353的中国专利申请被本发明全文引证。

总体来说，本发明改进得到的操作参数精准可控的固体发酵罐，包括发酵罐旋转筒组件，保温层；旋转筒组件套设在保温层内，它们的端面由中轴钢管相连接；并且，中轴钢管的一端与动力传输组件连接，另一端与减速机组件连接，与旋转筒组件端面相接触的区域还添加有双列圆锥滚子轴承，使轴承的承受力更大，且易更换；发酵罐旋转筒组件上可以开有若干个玻璃视窗(如两个玻璃视窗)，正好与摄像头支架对应，可以实时观察发酵罐内茶叶的发酵情况。

实施例1

以旋转筒组件12对应两个旋转发酵室为例，如图1所示，操作参数精准可控的固体发酵罐主要包括：动力支架1、减速机组件2、中轴钢管3、第一振动装置4、机罩5、动力传输组件6、第一内仓摄像头视窗7、第一摄像头支架8、第一进料口9、保温层10、隔热层11、旋转筒组件12、第二进料口13、第二摄像头支架14、第二内仓摄像头视窗15、支撑组件16、第二振动装置17、非动力端支架18、底座19、第一出料口20、湿度传感器21、温度传感器22、挡板23、第二出料口24、补水组件25(每一个发酵室内部可设置2-4个补水组件25)。该操作参数精准可控的固体发酵罐旁边连接有种子罐(可接种和补水，且可通过称重定量，图1中未画出)，发酵罐内部温度的控制主要是通过保温层10，通气、补水和接种主要是通过中轴钢管3内部管道(内部通气和通水管图1中未标出)接入。如图1所示，中轴钢管3的左端用于通水，右端用于通气。

振动装置的总个数2-4个，可以对称的布置在中轴钢管的两端，工作频率0-100Hz，有效解决中轴钢管普洱茶积累的难题。

该操作参数精准可控的固体发酵罐可以采用如下的工作过程：打开茶叶固体发酵罐电源，启动电机，首先，将保温层中的水加热，再将外源蒸汽通入发酵罐及旋转筒内部组件，以及与旋转筒内部连通的所有管道，维持121℃，30-60min，关闭蒸汽，消毒完成；等发酵罐温度降至室温，通过进样口装入预处理后茶叶原料，通过减速机组件和动力传输组件可精准控制旋转筒转速，茶叶通过旋转筒旋转、内部挡板的左右反动及中轴钢管上的振动装置，维持发酵均匀；发酵过程所需的菌种液和水都可以由种子罐定量通过中轴钢管内部的管道及补水组件25接入，全程无明水，补水均匀；

每一个发酵室的内壁上都均匀分布有4-8组挡板23；对于任意一组所述挡板23，该挡板23垂直位于所述旋转筒组件12内壁，所述挡板23的安装方向与所述中轴钢管3成一定的夹角，夹角满足10°～30°。

补水组件25可以采用雾化喷头，雾化颗粒小10-50微米，补水更加均匀。

本发明中的补水组件25可用常规的加压式补水，也可用气水分离，产生的负压方式补水中的任一种；也可以采用两种补水方式，例如可根据补水压力的大小进行选择，在高压力(大于0.4MPa)条件下，进行加压补水，在低压力(0.2-0.4MPa)条件下，通过气水分离，产生负压方式补水。本发明中补水组件的两种方式补水过程均匀，无明水，使发酵过程更均匀，补水速率可以为0-5L/min，补水时间需根据发酵罐内部原料所需水量进行确定。

另外，温度传感器22、湿度传感器21可以安装在中轴钢管3上方200毫米处位置，通过特定位置安装的温湿度传感器，保证了温度和湿度数据的准确性，精准控制普洱茶发酵过程。

实施例2

本实施例中除了旋转筒组件12对应一个旋转发酵室外，其他组件及各个组件之间的连接方式均可以与实施例1一致。

实施例3

本实施例中除了旋转筒组件12对应三个旋转发酵室外，其他组件及各个组件之间的连接方式均可以与实施例1一致。

本发明中的固体发酵罐适用于普洱的发酵，例如，可以将普洱茶茶叶作为待发酵的原料；旋转发酵筒的旋转时机可根据实际情况进行调整，可以采取间隔性的转动方式。旋转发酵筒的直径大小可调整；温度传感器和湿度传感器的设置高度，可保持不变。

本发明操作参数精准可控的固体发酵罐中，旋转筒组件及其内部能够直接与待发酵物直接接触的部件均可以由优质不锈钢材料制成，所有材质均符合食品安全要求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种操作参数精准可控的固体发酵罐，包括旋转筒组件(12)、以及包围该旋转筒组件(12)的保温层(10)；所述旋转筒组件(12)用于容纳待发酵的原料，在该旋转筒组件(12)的中心设置有贯穿所述旋转筒组件(12)的中轴钢管(3)，所述中轴钢管(3)内部还设置有补水管道和通气管道，用于向所述旋转筒组件(12)内补液和通气；其特征在于，

该中轴钢管(3)的两端分别为左端和右端，该中轴钢管(3)的左端通过轴承与所述旋转筒组件(12)的端面连接，所述旋转筒组件(12)与位于所述旋转筒组件(12)外部的动力传输组件(6)相连，所述动力传输组件(6)还与减速机组件(2)相连，所述动力传输组件(6)与所述减速机组件(2)配合用于向所述旋转筒组件(12)提供旋转动力；所述中轴钢管(3)的右端通过支撑组件(16)与所述旋转筒组件(12)的另一端面连接，并贯穿所述旋转筒组件(12)；

在所述中轴钢管(3)的左端和右端分别设置有第一振动装置(4)和第二振动装置(17)，用于减少所述旋转筒组件(12)的待发酵物在该中轴钢管(3)上的累积；

在所述中轴钢管(3)上还设置有补水组件(25)，所述中轴钢管(3)的左端和右端中一端用于通水、另一端用于通气，其中通过通水端输送的液体经由所述补水组件(25)输入到所述旋转筒组件(12)内。

2.如权利要求1所述操作参数精准可控的固体发酵罐，其特征在于，所述第一振动装置(4)和所述第二振动装置(17)的总个数为2-4个，能够产生频率为0-100Hz的机械振动。

3.如权利要求1所述操作参数精准可控的固体发酵罐，其特征在于，所述减速机组件(2)包括蜗轮蜗杆减速机、带刹车步进电机以及变频器，用于将所述旋转筒组件(12)的操作参数转速控制为0-50rpm。

4.如权利要求1所述操作参数精准可控的固体发酵罐，其特征在于，所述补水组件(25)包括雾化喷头，所述雾化喷头雾化出的颗粒大小为10-50微米；

所述补水组件(25)用于在所述旋转筒组件(12)内气压大于0.4×10⁶Pa的第一类气压条件下，利用所述中轴钢管(3)的通水端加压补水；或者在所述旋转筒组件(12)内气压满足(0.2～0.4)×10⁶Pa的第二类气压条件下，利用所述中轴钢管(3)的通气端通气，通过气水分离，产生负压方式补液，促使所述中轴钢管(3)的通水端向所述旋转筒组件(12)内补液。

5.如权利要求1所述操作参数精准可控的固体发酵罐，其特征在于，所述中轴钢管(3)的通水端与种子罐相连，该种子罐用于存储待输送到所述旋转筒组件(12)内的无菌培养的菌种液或已灭菌的纯水；该种子罐放置在称上，利用称对输送到所述旋转筒组件(12)内的液体进行称重，以定量补液。

6.如权利要求1所述操作参数精准可控的固体发酵罐，其特征在于，所述旋转筒组件(12)的侧壁上还开设有玻璃视窗作为内仓摄像头视窗(7)，在所述保温层(10)上还安装有摄像头支架(8)，所述摄像头支架(8)用于固定摄像头，从而利用所述摄像头通过所述内仓摄像头视窗(7)观察所述旋转筒组件(12)内待发酵物的发酵状态。

7.如权利要求6所述操作参数精准可控的固体发酵罐，其特征在于，在所述保温层(10)内壁上与所述摄像头支架相对应的区域还设置有气体鼓吹装置，该气体鼓吹装置用于向所述摄像头鼓吹气体，确保所述摄像头能够清晰的观察所述旋转筒组件(12)内待发酵物的发酵状态。

8.如权利要求1所述精准可控的固体发酵罐，其特征在于，所述旋转筒组件(12)被划分为若干个发酵室，每一个发酵室的内壁上都均匀分布有4-8组挡板(23)；

对于任意一组所述挡板(23)，该挡板(23)垂直位于所述旋转筒组件(12)内壁，所述挡板(23)的安装方向与所述中轴钢管(3)成一定的夹角，夹角满足±(10°～30°)。

9.如权利要求1－8任意一项所述操作参数精准可控的固体发酵罐，其特征在于，在所述中轴钢管(3)的表面上还安装有湿度传感器(21)和温度传感器(22)，所述湿度传感器(21)和所述温度传感器(22)的传感位置在所述中轴钢管(3)上方不超过200毫米。

10.如权利要求1－9任意一项所述操作参数精准可控的固体发酵罐，其特征在于，所述轴承为双列圆锥滚子轴承；

在靠近所述中轴钢管(3)的左端还设置有动力支架(1)，所述减速机组件(2)和所述动力传输组件(6)固定在该动力支架(1)上；

在靠近所述中轴钢管(3)的右端还设置有非动力端支架(18)，所述支撑组件(16)固定在该非动力端支架(18)上。