CN110495503B - 一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备，包括茯茶发酵设备的柜体由发酵柜内壁、发酵柜外壁和隔温层组成，发酵柜外壁的顶面设有换气口，后壁面设有换气口和通孔，隔温层材料为阻燃型EPS板；预灭菌系统固定在柜体内的下部，设有无菌水箱和电加热板构成蒸汽发生器；空气过滤与循环系统包括无菌过滤装置和空气循环装置，无菌过滤装置安装在发酵柜外壁顶面和后壁面的换气口，空气循环装置包括内循环风机、外循环风机和由散流板构成的空气流动通道；本发明可实现预灭菌处理，空气过滤和循环，恒温恒湿，利于发花均匀，缩短发酵时间。

Description

一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备

技术领域

本发明属于固体发酵技术领域，具体说是一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备。

背景技术

茯茶是黑茶的主要品种之一，是唯一经微生物发酵的黑茶，也称为后发酵茶。最早出自于陕西咸阳泾阳，距今已有近千年历史。茯茶因其独特的“发花”工序，而形成的独特的品质风味和保健功效。茯茶中特有的“金花”，是冠突散囊菌的繁殖结构闭囊壳，冠突散囊菌及其发酵产物具有降血脂、降血压、减肥、调节血糖代谢、抗腹泻、提高免疫力等诸多功效。金花数量越多茯茶品质越好。

传统茯茶为砖茶，即紧压茶，形状似砖块，采用黑毛茶做原料，经过汽蒸渥堆、压紧后制成砖型并包以包装纸、自然发花干燥等工序制得。限于工艺，传统茯砖茶有一些不足之处，限制着茯茶的推广和发展，主要问题如下：

1)难以标准化:茯砖茶生产工艺复杂，生产周期长，其特有“金花菌”的接种主要靠自然接种，随机性强，由此导致的茯茶生化指标千差万别，从色香味感官角度考察，存在“百茶百味”现象，没有形成茯茶在感官角度的固有特色，严重影响茯茶品质，产品质量难以实现标准化。

2)发花随机不均匀且表面不发花:茯砖茶靠天然接种，导致茯砖茶发花不均匀且发花数量偏少，表面不发花，偶尔出现不发花的情况。

3)易染杂菌：茯砖茶生产过程中无法保证无菌环境或安全环境，报道称，茯砖茶就是自然混合发酵的产物，在自然接种或压制成型等工艺环节中茯砖茶染杂菌或致病菌几率大大增加，有些霉菌会产生对人体有害的真菌毒素，影响产品安全。曾经网络盛传普洱茶染菌黄曲霉事件令人担心犹在，理论上讲茯砖茶也不能避免此类厄运，染杂菌或致病菌是个几率问题。

4)开砖抽检质控方法落后：目前检测茯砖茶“发花”情况的方式为随机开砖抽检，无法保证整批产品的合格，造成不合格产品流入市场，影响消费者利益和企业形象，同时可能造成由于抽检错误不合格带来的原本良好的砖茶被浪费。

5)取用不便：茯砖茶特定的“砖”形，饮用前必须把借用茶刀将砖块茶撬开，使得茯砖茶在便携性和取用性方面有很大的局限性，限制了很大的消费群体，尤其是年轻人群体。

以上5大问题都较大程度限制了茯茶的良性发展，阻碍了茯茶跨出国门走向全世界的步伐。即便是作为国礼，我们心中都很难坚信送出的茯茶是百分百的质量保障，造成极大遗憾。如何打破传统工艺技术，一揽子解决茯茶生产中存在的弊端和安全隐患，成为茯茶界一个行业难题。

为了解决上述行业问题，本发明技术在前期建立并验证茯茶“散状发花”新工艺(专利申请号：201811022685.4)基础上，设计并研制了适合于新工艺的可预灭菌和自动接种的智能发酵新设备。

散茯茶发酵属于固体发酵技术范畴，基本的发酵工艺和要求是，发酵原料(黑毛茶等)需要预灭菌杀灭原料中污染的杂菌；随后给灭菌原料接种纯净的冠突桑囊菌菌种；发酵过程要在无菌且恒温恒湿条件下进行。

目前还没有能够同时满足以上条件的固体发酵设备。

为了克服传统固体发酵设备的不足，不少研究者进行了创新性设计和研究。

茯茶发酵设备的相关专利有利用控制器、传感器等，能够精确控制发酵房内的温湿度条件和空气组织流动，缩短发酵时间，提高了茯砖茶的发花密度，但该技术依然采用紧压茶方式天然接种发酵，并未解决茯茶散状发花的问题，依然存在沾染杂菌的风险，且茯砖茶使用的开砖抽检导致的不准确性未得到解决；有实现了酵母和冠突散囊菌混合菌株连续循环反复接种和恒温恒湿(25-32℃)发酵的功能，但是并未涉及预灭菌、自动接种、无菌空气过滤等结构，不能避免杂菌污染，且茶叶半浸泡在液体中的发酵工艺，发酵完成后，剩余在循环通道中的种子液中溶解了大量的茶叶营养成分，造成极大浪费。

综上所述，目前市面上并没有能够提供满足散茯茶无菌发酵的设备，未见预灭菌处理、空气过滤系统和自动无菌接种的设计或结构。有的茯茶发酵设备虽然增加了温湿度控制系统或干燥系统，能保证茯茶发酵处于最适的温湿度环境，提高发花质量，缩短发酵时间，但都是为了改善传统茯砖茶品质的，不适合用于散茯茶发酵。

发明内容

本发明提供了一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备，实现对设备和茶叶的预灭菌处理，采用了自动浸润接种，安装了自动化的温湿度控制系统，接种和发酵的全过程保证无菌环境，空气循环系统为发酵提供充足的氧气，一揽子解决传统茯砖茶存在的难以标准化、发花不均匀表面不发花、污染致病菌和杂菌几率高、开转抽检质控手段落后、饮用不便等问题。可应用于散茯茶的标准化生产。

本发明的技术解决方案如下所述：

一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备，包含四个系统：预灭菌系统、空气过滤与循环系统、浸润接种系统和恒温恒湿系统，均安装在柜体内。所述茯茶发酵设备的柜体由发酵柜内壁、发酵柜外壁和隔温层组成，发酵柜外壁的顶面设有换气口，后壁面设有换气口和通孔，所述隔温层材料为阻燃型EPS板；所述预灭菌系统固定在柜体内的下部，设有无菌水箱和电加热板构成蒸汽发生器；所述空气过滤与循环系统包括无菌过滤装置和空气循环装置，无菌过滤装置安装在发酵柜外壁顶面和后壁面的换气口，空气循环装置包括内循环风机、外循环风机和由散流板构成的空气流动通道；所述浸润接种系统包括物料循环架和接种液箱，物料循环架固定在柜体的上部，接种液箱置于物料循环架正下方，接种液箱和无菌水箱通过硅胶管穿过通孔分别与外界相连；所述恒温恒湿系统包括温湿度传感器和智能控制面板。

具体地，所述柜体的柜门分为发酵柜上门和发酵柜下门，发酵柜上门设有双层玻璃观察窗，起到良好的保温效果，采用玻璃窗可便于观察柜体内茶叶的发酵情况，发酵柜下门常闭，当蒸汽发生器或空气循环装置出现故障时，可打开发酵柜下门，方便维修。

具体地，所述预灭菌系统安装在柜体内的下部，电加热板放置在无菌水箱下方，加热无菌水箱中的无菌水产生蒸汽，再结合电加热板的加热作用，使柜体内蒸汽达到80-100℃，实现间歇蒸汽灭菌，无菌水箱内设有液位传感器，侧面连接硅胶管。

具体地，所述物料循环架由防爆电机、固定架、齿轮、物料盘、链条和挂杆组成，物料盘为全网状设计，更有利于茶叶的发酵，侧面开口，可以合盖，通过正上方的两个挂钩挂到挂杆上。工作时，电机启动带动主动链轮转动，使固定在两链条之间的水平挂杆做平移运动，装有茶叶的物料盘随链条进行规律转动。

具体地，所述接种液箱底面积大于物料盘，放在物料循环架的正下方，使物料盘随物料循环架运动到最低点时，可以完全浸入接种液中，箱内设有液位传感器，侧面连接硅胶管。

具体地，所述无菌过滤装置由粗过滤介质(如棉花等)和PTFE微孔滤膜组成，PTFE微孔滤膜是以聚四氟乙烯为原料制成的空气净化膜，孔径范围为0.2-0.4μm，在保证空气流通和水蒸气通过的同时，可以过滤掉包括细菌在内的所有尘埃颗粒，达到净化且通风的目的。

具体地，所述空气循环装置由两个防爆型风机和空气流动通道组成，内循环风机为离心式，安装在在内循环风机通道和下部散流板之间，内循环风机带动，将无菌水箱上方的水汽抽入内循环风机通道内，水汽经过发酵柜内壁和内循环挡板形成的夹层，最终到发酵柜内上方，由于20空气过滤膜侧阻力大，水汽会经过上部散流板进入柜体上部，保证发酵湿度；外循环风机固定在发酵柜外壁后面的换气口上，少量空气经过外循环挡板，由外循环风机排出，内部气压减小，则外部空气会通过顶面的换气口进入内部，补充氧气，换气口均安装无菌过滤装置，保证环境中的杂菌不进入柜体内部。

具体地，所述温湿度传感器安装在发酵柜内壁上，在不同高度上装有三个传感器，实时检测发酵过程中的温湿度变化，并通过导线将测量信号传输到智能控制面板。

具体地，所述发酵柜外壁底板上装有四个带刹车的地盘万向轮，采用万向轮可便于柜体的移动。

具体地，所述阻燃型EPS板上有多个微小通孔，以达到更好的保温效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(创新点，解决的技术问题)

1、本发明可实现预灭菌处理，由电加热板加热无菌水箱中的无菌水产生大量蒸汽，将茶叶直接放入柜体内的物料盘里，通过蒸汽和加热作用，同时对柜体和物料进行间歇灭菌，即蒸汽灭菌30分钟以上后，停留12-24小时再进行一次蒸汽灭菌30分钟以上(《微生物学教程》(第3版)周德庆编著174页)。目前尚未见设计有预灭菌系统的茯茶发酵设备。

2、本发明可实现金花菌的自动化浸润接种，物料循环架使物料盘中的茶叶浸入接种液箱，与金花菌种子液浸润接触，均匀接种。已有工艺中接种过程均为人工接种，不仅浪费人力资源也可能因操作不当污染杂菌，本技术在灭菌后的柜体内自动浸润接种，避免了外界环境的杂菌污染，且节省人力。

3、本发明可实现空气过滤和循环，发酵柜外壁的顶面和后面设有换气口，与外界连通，换气口上均安装无菌过滤装置，保证柜体内部氧气充足且具备无菌环境；内外循环风机控制气流方向，在空气流动通道内循环，保证柜体内氧气分布均匀。

4、本发明可实现恒温恒湿，蒸汽发生器、温湿度传感器、内外循环风机、智能控制面板通过导线构成闭环控制系统，能够保证及时控制电加热板和内外循环风机，整个发酵过程中保证恒温恒湿，且温湿度均一稳定，利于发花均匀，缩短发酵时间。

附图说明

图1为本发明的整体结构主视图；

图2为本发明的整体结构剖视图；

图3为物料循环架的整体结构示意图；

其中：1-地盘万向轮；2-电加热板；3-无菌水箱；4-内循环风机；5-内循环风机通道；6-外循环风机；7-接种液箱；8-物料盘；9-上部散流板；10-智能控制面板；11-发酵柜上门；12-温湿度传感器；13-步进电机；14-下部散流板；15-发酵柜下门；16-外循环挡板；17-发酵柜内壁；18-内循环挡板；19-发酵柜外壁；20-无菌过滤装置；21-挂钩；22-被动链轮；23-主动链轮；

具体实施方式

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的附图，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中的一部分，并非全部，也并非要限制本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-3，本发明一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备，包括发酵柜内壁，发酵柜内壁的材料为304不锈钢，也可以是其他食品级耐高温材料，由一块底板和一块两侧折弯板焊接而成；发酵柜内壁和外壁之间有隔温层，隔温层材料采用阻燃型EPS板，也可以采用其他隔热材料，达到良好的保温效果；发酵柜外壁的底板用螺钉连接四个地盘全向移动轮1；柜体内下部放置电加热板2，无菌水箱3安装在电加热板2的正上方，保证受热均匀快速，无菌水箱3内设有液位传感器，无菌水箱3上方安装内循环风机支架，内循环风机4平放在支架上，控制内循环的气流流向；外循环风机6安装在发酵柜外壁的后壁面，连通柜体内部和外界环境，后壁面上的换气口安装有无菌过滤装置20，保证设备内的无菌环境；下部散流板14水平安装在柜体内部，物料循环架布置在下部散流板14上方，物料循环架由带孔支撑架、防爆电机、链轮、链条、挂杆和物料盘8组成，支撑架底部放有一底面积大于物料盘8的接种液箱7，可使运动到最低点的物料盘8完全浸入接种液内；发酵柜内壁17后侧由扰流挡板组成内循环风机通道5，柜体顶部装有上部散流板9，与下部散流板14共同组成空气流动通道；发酵柜内壁和外壁之间留有空间，调节温湿度的智能控制面板10安装在空间内，发酵柜外壁19的顶面和后面设有换气口，换气口均安装有无菌过滤装置20。

本发明的使用方法是：

预灭菌：先将茶叶原料放入物料盘，预留出一个空物料盘，将物料盘依次挂在物料循环架的挂杆上，关闭柜门；对设备和茶叶进行灭菌，打开电加热板，加热无菌水箱中的无菌水产生蒸汽，再结合电加热板的加热作用，使柜体内蒸汽达到100℃，灭菌30-60min，在室温下静置12-24小时，再在100℃灭菌30-60min，如此重复灭菌3次，实现间歇蒸汽灭菌。

接种：灭菌完成后，待设备和茶叶冷却至室温，接种液通过硅胶管从外界添加至接种液箱，液位传感器检测，达到适合的液位高度，启动电机，带动齿轮转动，使固定在链条上的挂杆做平移运动，装有茶叶的物料盘通过挂钩和挂杆相连，随链条的移动做间歇回转运动，物料盘运动到最低点时，全部浸入接种液内，停留3-10秒后提起，完成浸润接种，待所有物料盘都与接种液完全接触后，空物料盘浸入接种液箱，关闭电机，进入发酵状态。

发酵：打开电加热板，调整至较小功率，使柜内温度达到24-29℃，相对湿度75-85％，打开内外循环风机，内循环保证柜内空气循环流动，温湿度在各处均一稳定，外循环使柜体内部和外界进行气体交换，空气经过无菌过滤进入柜体内部，保证为发酵提供充足的氧气。安装在内壁上的温湿度传感器测量不同高度处的温湿度，将测量信号通过导线传输给智能控制面板，智能控制面板控制电加热板和风机来改变温湿度。在恒温恒湿的环境中发酵5-7天，可在玻璃观察窗观察发酵状态，出现均匀的金花后调整加热板功率提升温度到35-40℃，低温干燥1天并终止发酵，获得散茯茶成品。

实施例1

用于金花菌散茯茶的接种、发酵实验：

金花是“冠突散囊菌”，是对人有益的酵素类菌。随着现代医学对冠突散囊菌的生理特征、药理作用、临床应用、提取工艺等方面研究的深入，发现冠突散囊菌具有提高人体免疫力、预防肿瘤、降脂减肥、抗氧化、抑菌等功效。但是目前市场上金花菌茶发酵存在易染杂菌、发花不均匀的问题。本发明可发酵金花菌散茯茶，可解决这些问题。

使用本设备发酵金花菌散茯茶时只需将备好的黑毛茶放入物料盘，将物料盘依次挂入物料循环架，首先用蒸汽发生器产生蒸汽进行间歇灭菌，之后依次将物物料盘浸入金花菌种子液完成接种，打开循环系统进行发酵，约五天后可得金花菌散茯茶预成品。

实验过程：

本实验于2019年6月19日取八份黑毛茶放置于物料盘中，预留出一个空物料盘，将物料盘依次挂在物料循环架的挂杆上，关闭柜门；对设备和茶叶进行灭菌，打开电加热板，加热无菌水箱中的无菌水产生蒸汽，再结合电加热板的加热作用，使柜体内蒸汽达到100℃，灭菌30min，在室温下静置24小时，再在100℃灭菌30min，如此重复灭菌3次，实现间歇蒸汽灭菌。

灭菌完成后，待设备和茶叶冷却至室温，接种液通过硅胶管从外界添加至接种液箱，液位传感器检测，达到适合的液位高度，启动电机，带动齿轮转动，使固定在链条上的挂杆做平移运动，装有茶叶的物料盘通过挂钩和挂杆相连，随链条的移动做间歇回转运动，物料盘运动到最低点时，全部浸入接种液内，停留7秒后提起，完成浸润接种，待所有物料盘都与接种液完全接触后，空物料盘浸入接种液箱，关闭电机，进入发酵状态。

打开电加热板，调整至较小功率，使柜内温度达到25℃，相对湿度76％，打开内外循环风机，内循环保证柜内空气循环流动，温湿度在各处均一稳定，外循环使柜体内部和外界进行气体交换，空气经过无菌过滤进入柜体内部，保证为发酵提供充足的氧气。安装在内壁上的温湿度传感器测量不同高度处的温湿度，将测量信号通过导线传输给智能控制面板，智能控制面板控制电加热板和风机来改变温湿度。在恒温恒湿的环境中发酵6天，可在玻璃观察窗观察发酵状态，出现均匀的金花后调整加热板功率提升温度到35℃，低温干燥1天并终止发酵，获得散茯茶成品。本设备所发酵制备的散茯茶呈条索状分布，均匀分散，金花茂盛，分布均匀，且具有浓郁菌花香，未见杂菌污染，可以解决传统工艺存在的问题。说明我们的无菌发酵设备发酵金花菌黑毛茶是可行的。

实施例2

用于金花杜仲散茶的制备：

杜仲叶是我国特有杜仲科植物杜仲(Eucommia ulmoides Oliv)的干燥叶，药理成分与杜仲皮相当，含有多种维生素、氨基酸、微量元素等营养物质，具有补肝肾、强筋骨、降血压等功效[91-94]。将大片杜仲叶切条后经过散茯茶发花工艺，使金花菌能够在杜仲叶上发花制成金花杜仲散茶。

实验过程：

将完整杜仲叶切条，宽度约1cm，称取一定量的条状杜仲叶于60目不锈钢透气钢筛中，向其中喷入5％～10％无菌水使杜仲叶表面湿润，在普通常压条件下汽蒸3min，烘干备用。预留出一个空物料盘，将物料盘依次挂在物料循环架的挂杆上，关闭柜门；对设备和茶叶进行灭菌，打开电加热板，加热无菌水箱中的无菌水产生蒸汽，再结合电加热板的加热作用，使柜体内蒸汽达到100℃，灭菌60min，在室温下静置12小时，再在100℃灭菌60min，如此重复灭菌3次，实现间歇蒸汽灭菌。

灭菌完成后，待设备和茶叶冷却至室温，接种液通过硅胶管从外界添加至接种液箱，液位传感器检测，达到适合的液位高度，启动电机，带动齿轮转动，使固定在链条上的挂杆做平移运动，装有茶叶的物料盘通过挂钩和挂杆相连，随链条的移动做间歇回转运动，物料盘运动到最低点时，全部浸入接种液内，停留10秒后提起，完成浸润接种，待所有物料盘都与接种液完全接触后，空物料盘浸入接种液箱，关闭电机，进入发酵状态。

打开电加热板，调整至较小功率，使柜内温度达到29℃，相对湿度85％，打开内外循环风机，内循环保证柜内空气循环流动，温湿度在各处均一稳定，外循环使柜体内部和外界进行气体交换，空气经过无菌过滤进入柜体内部，保证为发酵提供充足的氧气。安装在内壁上的温湿度传感器测量不同高度处的温湿度，将测量信号通过导线传输给智能控制面板，智能控制面板控制电加热板和风机来改变温湿度。在恒温恒湿的环境中发酵5天，可在玻璃观察窗观察发酵状态，出现均匀的金花后调整加热板功率提升温度到40℃，低温干燥1天并终止发酵，获得散茯茶成品。

该无菌发酵设备发酵的金花杜仲散茶能够将杜仲叶的药用功效和金花菌的生理功效相结合，充分发挥其生理功能，具有广阔的应用前景和推广价值。

以上实验可以证明本发明可以实现散茯茶的预灭菌、接种、发酵过程，实现温湿度自动化控制和自动浸润接种，确保接种、发酵过程处于无菌环境，提高发花质量和效率，获得优质且可标准化生产的散茯茶产品。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备，其特征在于，所述茯茶发酵设备包含四个系统：预灭菌系统、空气过滤与循环系统、浸润接种系统和恒温恒湿系统，均安装在柜体内，所述茯茶发酵设备的柜体由发酵柜内壁(17)、发酵柜外壁(19)和隔温层组成；所述预灭菌系统固定在柜体内的下部，设有无菌水箱(3)和电加热板(2)构成蒸汽发生器；所述空气过滤与循环系统包括无菌过滤装置(20)和空气循环装置，无菌过滤装置(20)安装在发酵柜外壁(19)顶面和后面的换气口，空气循环装置包括内循环风机(4)、外循环风机(6)和空气流动通道；所述浸润接种系统包括物料循环架和接种液箱(7)；所述恒温恒湿系统包括温湿度传感器(12)和智能控制面板(10)；

预灭菌系统在柜体的下部，电加热板(2)安装在无菌水箱(3)的下方，无菌水箱(3)内设有液位传感器，侧面连接水管；

无菌过滤装置(20)由粗过滤介质和微孔滤膜组成，微孔滤膜孔径在0.2-0.4μm；所述空气流动通道是由内循环风机通道(5)、上部散流板(9)、下部散流板(14)构成的，内循环风机(4)安装在内循环风机通道(5)和下部散流板(14)之间，风机带动产生湿润空气，内循环风机通道(5)为水平的空气通道，尾端设有竖直放置的内循环挡板(18)，内循环挡板(18)与发酵柜内壁(17)形成夹层，连通到上部散流板(9)，湿润空气从上部散流板(9)进入柜体上部，外循环风机(6)安装在发酵柜外壁(19)后面的换气口上，与外循环挡板(16)组成的通道相连，风机均为防爆型；

物料循环架由防爆电机、固定架、链轮、物料盘(8)、链条和挂杆搭建，固定架上面安装两个被动链轮(22)，下面安装两个主动链轮(23)，主动链轮(23)一侧装有防爆电机，同一竖直位置的主动链轮(23)和被动链轮(22)之间由链条相接，两根链条之间穿有水平挂杆，物料盘(8)为全网状设计，侧面开口，可以合盖，通过正上方的两个挂钩(21)挂到挂杆上；接种液箱(7)安装在物料循环架的正下方，箱内设有液位传感器，侧面连接接种液管。

2.根据权利要求1所述的一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备，其特征在于，所述的温湿度传感器(12)分别安装在内柜体壁面的三个不同高度，通过导线与智能控制面板(10)连接。

3.根据权利要求1所述的一种可预灭菌和浸润接种的散茯茶发酵设备，其特征在于，所述的发酵柜外壁(19)顶面和后壁面开有换气口，后壁面开有小孔穿过电线和水管、接种液管，底部装有四个地盘万向轮(1)；所述隔温层材料为阻燃型EPS板；设有发酵柜上门(11)和发酵柜下门(15)，发酵柜上门(11)上装有双层玻璃观察窗。

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