CN112481114A - 用于制备构树发酵液的液体发酵系统及其应用 - Google Patents
用于制备构树发酵液的液体发酵系统及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于农业技术领域，具体涉及用于制备构树发酵液的液体发酵系统及利用该系统制备构树发酵液的方法。本发明的用于制备构树发酵液的液体发酵系统从上游到下游包括顺次连通的乳化罐、配液罐、第一培养罐和稀释罐，其中，所述乳化罐用于预溶解培养基物料；所述配液罐用于将培养基物料稀释成培养基；所述第一培养罐用于将发酵菌种在培养基中培养生长，得到发酵原液；所述稀释罐用于将所述发酵原液稀释，得到发酵液。
Description
技术领域
本发明属于农业技术领域，具体涉及用于制备构树发酵液的液体发酵系统及利用该系统制备构树发酵液的方法。
背景技术
杂交构树的树叶粗蛋白含量高达26％～32％，富含多种氨基酸、维生素、微量元素及黄酮类生理活性物质，且杂交构树叶片肥厚较野生构树丰产。然而，当前杂交构树的发酵技术局限于对其鲜嫩枝叶的发酵，且发酵程度不彻底，利用度低，发酵对于木质化程度相对较的高茎杆几乎没有作用。同时，摘采鲜嫩枝叶的工作必须由人工完成，效率低、成本高，难以进行大规模的产业化应用，迫切需要一种能够适用于杂交构树全部茎杆和枝叶的发酵利用技术，改变人工采摘为机械化收割，并将收割全部产物充分发酵利用，提高效率、降低成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备构树发酵液的液体发酵系统。
本发明的再一目的在于提供一种利用上述发酵系统制备构树发酵液的方法。
根据本发明具体实施方式的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，所述发酵系统从上游到下游包括顺次连通的乳化罐、配液罐、第一培养罐和稀释罐，其中，
所述乳化罐用于预溶解培养基物料；
所述配液罐用于将培养基物料稀释成培养液；
所述第一培养罐用于将发酵菌种在培养液中培养生长，得到发酵原液；
所述稀释罐用于将所述发酵原液稀释，得到发酵液，其中，
所述配液罐、所述第一培养罐、所述稀释罐均分别设置有自循环管路。
本发明中所指自循环管道为管道的起点为罐体，终点为同一罐体，自循环过程为罐内液体通过管道循环后，再次回到罐内，罐内液体自循环过程中，不流入其他罐内。以配液罐自循环为例，配液罐中包括泵入的高浓度培养基物料和无菌水形成的混合液体，为了混合均匀，自循环启动后，混合液体从配液罐中泵入自循环管路，再从自循环管路泵回至配液罐中，如此往复多个轮回，得到高度均一的培养液。
根据本发明具体实施方式的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，所述发酵系统还包括第二培养罐，所述第二培养罐分别与所述配液罐、稀释罐连通，所述第二培养罐用于将发酵菌种在培养液中培养生长，得到发酵原液，且所述第二培养罐设置有自循环管路。
根据本发明具体实施方式的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，所述发酵系统还包括热水罐，所述热水罐内盛装有热水，所述热水用以为所述第一培养罐、第二培养罐和稀释罐加热，以提供发酵菌种发酵所需的温度。
根据本发明具体实施方式的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，所述发酵系统还包括储水罐，所述储水罐分别与所述乳化罐、所述配液罐、所述第一培养罐、所述第二培养罐和稀释罐连通，用以提供无菌水。
根据本发明具体实施方式的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，所述发酵系统还包括无菌水罐，所述无菌水罐与所述储水罐连通，用向所述储水罐提供无菌水。
本发明的液体发酵系统中乳化罐、配液罐、第一培养罐、第二培养罐、稀释罐、热水罐、储水罐均配置有电磁阀。
根据本发明具体实施方式的构树发酵液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)自动乳化：将水、培养基物料加入乳化罐，搅拌、灭菌；
(2)自动配液：将步骤(1)得到的培养基物料泵入配液罐，无菌水自动稀释，自循环混匀，得到培养液；
(3)自动培养：将步骤(2)得到的培养液泵入第一培养罐中，在35～40℃条件下对于发酵菌种进行恒温发酵，得到发酵原液；
(4)自动稀释：将发酵原液泵入稀释罐，用无菌水、培养液自动稀释，自循环混匀，得到发酵液。
根据本发明具体实施方式的构树发酵液的制备方法，步骤(3)中，所述第一培养罐泵液完成后，将所述发酵菌液泵入所述第二培养罐，进行自动培养。
根据本发明具体实施方式的构树发酵液的制备方法，步骤(4)自动稀释前，判断第一培养罐的情况，满足第一培养罐的液位达100％，且第一培养罐的发酵时间大于24小时；并且，判断配液罐的情况，满足配液罐的液位大于75％时，启动自动稀释步骤，将发酵原液泵入稀释罐，用无菌水、培养液稀释。
步骤(4)自动稀释前，判断第二培养罐的情况，满足第二培养罐的液位达100％，且第二培养罐的发酵时间大于24小时；并且，判断配液罐的情况，满足配液罐的液位大于75％时，启动自动稀释步骤，将发酵原液泵入稀释罐，用无菌水、培养液稀释。
根据本发明具体实施方式的构树发酵液的制备方法，步骤(3)，在第一培养罐中自动培养前，判断第一培养罐的液位，满足第一培养罐液位低于85％；并且，判断配液罐液位，满足配液罐液位大于75％时，启动第一培养罐中的自动培养步骤。
在第二培养罐中自动培养前，判断第二培养罐的液位，满足第二培养罐液位低于85％；并且，判断配液罐液位，满足配液罐液位大于75％时，启动第二培养罐中的自动培养步骤。
根据本发明具体实施方式的构树发酵液的制备方法，步骤(1)自动乳化前，对乳化罐、配液罐、第一培养罐和稀释罐进行灭菌。
本发明的有益效果：
1.本发明的液体发酵系统包括乳化罐、配液罐、培养罐、稀释罐等，其中，配液罐、培养罐、稀释罐通过泵带动罐中液体，实现单罐自循环，从而，通过自循环代替内部搅拌或罐体转动，不但可以将罐体做的更大(单罐的体积可达到50～100立方米)，而且不影响罐内物料的混合效率，提高了效率、降低了成本；
2.本发明的液体发酵系统适用于活菌发酵，只需首次应用时接种菌株，菌株在培养罐中不断生长繁殖，配液罐向培养罐中补充培养液，即可维持菌群的生长平衡，满足后续生产的需要；
3.本发明的液体发酵系统实现全自动、全封闭、管道式、连续式的构树发酵液的制备生产，首次生产发酵时，用时20～30天，之后根据实际生产需要，本发明的液体发酵系统可以每天提供至少20吨的发酵液，提高了生产效率，节约了人工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明的液体发酵系统的工艺流程图；
图2是本发明的液体发酵系统中构树发酵罐的罐身的结构示意图；
图中1-罐身；2-筛板；21-漏液口；11-构树发酵腔；12-发酵液转移腔；3-回流入口；4-回流出口；5-出料口；6-冷却盘管；7-保温夹层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，从上游到下游包括顺次连通的乳化罐、配液罐、第一培养罐、第二培养罐和稀释罐，其中，所述乳化罐用于预溶解培养基物料；所述配液罐用于将培养基物料稀释成培养基；第一培养罐、第二培养罐将所述发酵用菌株发酵培养，得到发酵原液；稀释罐用于将所述发酵原液稀释，得到发酵液。
本发明的发酵系统还包括热水罐，所述热水罐内盛装有热水，所述热水用以为配液罐、所述第一培养罐、第二培养罐和稀释罐加热，即向第一培养罐、第二培养罐和稀释罐的加热盘管中通入热水，以提供菌株所需温度，但是与罐内液体隔绝。
本发明的发酵系统还包括储水罐，所述储水罐分别与所述乳化罐、所述配液罐、所述第一培养罐、所述第二培养罐和稀释罐连通，用以提供无菌水。上述无菌水均通过无菌水罐制备得到，所述无菌水罐与所述储水罐连通，储水罐将无菌水储备其中。
利用本发明的发酵系统制备构树发酵液的过程如下：
1.自动乳化：向乳化罐中投入培养基原料，自动将1.5倍体积的无菌水泵入乳化罐，开启加热和高速剪切，将物料灭菌并搅拌均匀；
2.自动配液：首先判断配液罐中液位，然后进行相应操作：
2.1当配液罐中液位小于80％时，执行自动配液；
2.2当配液罐中液位大于80％时，无需自动配液；
自动配液时，将乳化罐中物料全部泵入配液罐，并将配液罐中液体补至100％，启动配液罐的自循环，混匀，得到培养液；
3.自动培养：自动配液完成后，触发自动培养，首先需检查培养罐中液位情况，进行相应操作：
3.1当培养罐液位低于或等于85％时，进一步检查配液罐液位情况，当配液罐液位高于或等于75％时，执行自动培养；
3.2当培养罐液位大于85％时，不执行自动培养；
自动培养启动后，将配液罐中稀释好的培养液泵入培养罐，泵入一定比例的无菌水，自循环混匀后，接种构树发酵菌种(毕赤酵母菌90000～100000cfu/ml、圆酵母75000～90000cfu/ml、嗜酸乳杆菌80000～100000cfu/ml、双歧杆菌60000～80000cfu/ml、乳酸乳球菌50000～70000cfu/ml、干酪乳杆菌70000～90000cfu/ml)，35～40℃恒温条件下，悬浮培养，得到发酵原液；
为了使发酵菌液更均匀，每2小时执行一次自循环，每次2分钟。
需要注意的时，本发明仅需首次接种发酵菌种，后续使用中，只需补充培养液。
4.自动稀释：自动培养完成后，触发自动稀释，首先判断培养罐液位，
4.1培养罐为100％液位时，进一步检查配液罐、储水罐的液位，若配液罐、储水罐的液位均大于80％时，执行自动稀释；
4.2培养罐小于100％液位时，进一步检查配液罐、储水罐中液位，若配液罐、储水罐的液位均大于80％时，执行自动培养；
4.3培养罐小于100％液位时，进一步检查配液罐、储水罐中液位，若配液罐液位小于80％，执行自动配液；
自动稀释时，将第一培养罐或第二培养罐中培养好的发酵原液泵入稀释罐，并且按比例将配液罐中培养液、储水罐中无菌水泵入稀释罐，对发酵原液进行稀释，检查稀释后乳酸乳球菌菌落数大于1000000cfu/ml时，可以输出用于全株构树发酵；
泵出发酵原液至稀释罐后，再次触发自动培养，将配液罐液体泵出，将培养罐补满；
上述过程中，热水罐中的热水通过管道分别运送至配液罐、培养罐和稀释罐。
5.将新鲜绞碎或干燥粉碎好的杂交构树粉末，通过传送带从料仓输送至混合机，将稀释好的发酵液均匀喷洒入混合机，边喷洒边搅拌混合，以发酵液加入量为总重量的30％停止喷洒，继续搅拌直至均匀；
6.通过传送装置将搅拌均匀的混合物输入固体发酵罐；
7.将固体发酵罐密闭，并在35～40℃条件下恒温发酵；发酵过程中，外部的加热盘管通入热水或蒸汽，利用保温夹层维持基本的发酵温度，对固体发酵罐进行升温，同时，利用泵循环，不断的将发酵液由罐底运送至灌顶，重新进行发酵，确保发酵过程均一稳定可控。
8.发酵过程中，利用发酵罐中安装的红外测温装置，实时监控温度，以自动控制制冷设备的启动和停止，若检测到温度较高，则通过冷却盘管对发酵体系进行降温。
9.发酵完成后，从出料口将全株构树清理出发酵罐。
其中，如图2所示，本发明的固体发酵罐包括罐身和罐盖，所述罐身1的下部设置有筛板2，所述筛板将所述发酵罐分隔成两个腔室，分别为构树发酵腔11以及发酵液转移腔12。其中，所述筛板2上设置有若干筛孔，发酵液可以经由筛孔漏到发酵液转移腔中。发酵液转移腔12的下部设有回流出口4，所述构树发酵腔11的顶部设置有回流入口3，所述回流出口4与所述回流入口3连通。通过泵循环，发酵液由回流出口泵送至回流入口，再次参与全株构树发酵，因此，在不进行内容搅拌的情况下，即可使发酵过程均一稳定。所述筛板倾斜设置，所述筛板上开设有漏液口21，所述漏液口21位于所述筛板2的最低端。将筛板倾斜形成斜面，并在斜面的最低端开设漏液口，有利于发酵液从构树发酵腔流入发酵液转移腔中。
所述漏液口21与所述回流出口4相对设置。漏液口21与回流出口4相对反向设置，便于发酵液经过简单沉降，除去其中细小的构树叶、构树枝条等杂质。
为了便于发酵液更好的回流，所述发酵液转移腔12的底面倾斜设置，所述底面的倾斜方向为所述漏液口端高于所述回流出口端。
所述构树发酵腔11自上而下设有多组冷却盘管6，每组冷却盘管绕所述构树发酵腔的内部设置。所述冷却盘管的数量为两组。
罐身外包覆有保温夹层7，所述保温保温夹层7内设置有加热盘管，所述加热盘管环绕所述罐身的外壁设置。优选的，将冷却盘管与加热盘管相对于罐身对称设置，即罐外一组加热盘管对应罐内一组冷却盘管，有效防止在菌种高速繁殖期发酵罐内部局部温度过高。
本发明的固体发酵罐使发酵物料在发酵罐内保持相对不动，发酵液采用罐内浸泡加罐外循环的方式，促进发酵过程的均一稳定，将加热盘管环绕发酵罐的外壁设置，并配合内壁环绕的冷却盘管，不但可以均匀加热整个发酵体系，而且能够有效避免局部发酵温度过程，有利于促进均一稳定的发酵过程。
所述构树发酵腔的下部开设有出料口5，所述出料口5与所述回流出口4相对设置。所述发酵罐的容量大于50L。所述构树发酵腔内还设置有红外测温装置。
本发明选择培养基为红糖7％、白砂糖5％、果糖2％、蜂蜜2％，发酵菌种包括毕赤酵母菌95000cfu/ml、圆酵母80000cfu/ml、嗜酸乳杆菌90000cfu/ml、双歧杆菌70000cfu/ml、乳酸乳球菌60000cfu/ml、干酪乳杆菌80000cfu/ml，按照本发明的发酵过程进行发酵，得到实验组样品。将未发酵构树与经本发明实验组样品得到的全株发酵产物进行对比，结果如表1所示。
表1构树发酵前后营养物质的变化情况
| 粗蛋白(％) | 粗纤维(％) | 木质素(％) | |
| 未发酵 | 14.995 | 19.91 | 5.9 |
| 全株发酵 | 14.485 | 10.5 | 3.1 |
| 相差(％) | 3 | 47.3 | 47.5 |
如表1所示，经过15天发酵，构树经全株发酵后，粗纤维含量降低至10.5％，较未发酵构树，粗纤维的降解量提高了47.3％((发酵全株粗纤维％-未发酵全株粗纤维％)/未发酵粗纤维％)；构树经全株发酵后，木质素的含量降低至3.1％，较未发酵构树，粗纤维的降解量提高了47.5％((发酵全株木质素％-未发酵全株木质素％)/未发酵木质素％)。因此，本发明的发酵菌液可以有效的降解构树中的粗纤维和木质素。
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以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.用于制备构树发酵液的液体发酵系统，其特征在于，所述发酵系统从上游到下游包括顺次连通的乳化罐、配液罐、第一培养罐和稀释罐，其中，
所述乳化罐用于预溶解培养基物料；
所述配液罐用于将培养基物料稀释成培养液；
所述第一培养罐用于将发酵菌种培养生长，得到发酵原液；
所述稀释罐用于将所述发酵原液稀释，得到发酵液，其中，
所述配液罐、所述第一培养罐、所述稀释罐均分别设置有自循环管路。
2.根据权利要求1所述的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，其特征在于，所述发酵系统还包括第二培养罐，所述第二培养罐分别与所述配液罐、稀释罐连通，所述第二培养罐用于将发酵菌种培养生长，得到发酵原液，且所述第二培养罐设置有自循环管路。
3.根据权利要求2所述的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，其特征在于，所述发酵系统还包括热水罐，所述热水罐内盛装有热水，所述热水用以为所述配液罐、所述第一培养罐、所述第二培养罐和所述稀释罐加热，以提供菌株生长所需温度。
4.根据权利要求2所述的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，其特征在于，所述发酵系统还包括储水罐，所述储水罐分别与所述乳化罐、所述配液罐、所述第一培养罐、所述第二培养罐和稀释罐连通，用以提供无菌水。
5.根据权利要求4所述的用于制备构树发酵液的液体发酵系统，其特征在于，所述发酵系统还包括无菌水罐，所述无菌水罐与所述储水罐连通，用以向所述储水罐提供无菌水。
6.利用权利要求1～5任一项所述的液体发酵系统制备构树发酵液的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)自动乳化：将水、培养基物料加入乳化罐，搅拌、灭菌；
(2)自动配液：将步骤(1)得到的培养基物料泵入配液罐，无菌水自动稀释，自循环混匀，得到培养液；
(3)自动培养：将步骤(2)得到的培养液泵入第一培养罐中，在35～40℃条件下对于发酵菌种进行恒温发酵，得到发酵原液；
(4)自动稀释：将发酵原液泵入稀释罐，无菌水、培养液自动稀释，自循环混匀，得到所述构树发酵液。
7.根据权利要求6所述的液体发酵系统制备构树发酵液的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第一培养罐泵液完成后，将配液罐中的培养液泵入所述第二培养罐，进行自动培养。
8.根据权利要求6所述的液体发酵系统制备构树发酵液的方法，其特征在于，步骤(4)自动稀释前，判断第一培养罐的情况，满足第一培养罐的液位达100％，且第一培养罐的发酵时间大于24小时；并且，判断配液罐的情况，满足配液罐的液位大于75％时，启动自动稀释步骤，将发酵原液泵入稀释罐，用无菌水、培养基稀释。
9.根据权利要求6所述的液体发酵系统制备构树发酵液的方法，其特征在于，步骤(3)自动培养前，判断第一培养罐的液位，满足第一培养罐液位低于85％；并且，判断配液罐液位，满足配液罐液位大于75％时，启动自动培养步骤。
10.根据权利要求6所述的液体发酵系统制备构树发酵液的方法，其特征在于，步骤(1)自动乳化前，对乳化罐、配液罐、第一培养罐和稀释罐进行灭菌。
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