CN113817587A - 一种液体深层发酵菌种发酵装置及发酵工艺 - Google Patents

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张锋
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Abstract

本发明公开了一种液体深层发酵菌种发酵装置及发酵工艺，涉及液体深层发酵技术领域。本发明包括发酵罐、形态监测机构、取样机构和消毒杀菌机构，发酵罐的内部上端设置有形态监测机构，形态监测机构包括监测竖杆，监测竖杆的中端固定套设有监测安装板，监测安装板通过螺栓固定在发酵罐的顶部，监测竖杆的底端固定有安装座。本发明通过取样机构方便取发酵罐内不同高度的物料，再通过形态监测机构进行拍摄，并传输至显示屏上，外部工作人员可方便观察内部不同高度物料的形态，进而基于观测到的形态合理调整后续工艺步骤，达到最佳的工艺效果，解决了现有的液体发酵装置内部的物料形态难以方便的查看，发酵工艺效果不够理想的问题。

Description

一种液体深层发酵菌种发酵装置及发酵工艺
技术领域
本发明属于液体深层发酵技术领域，特别是涉及一种液体深层发酵菌种发酵装置及发酵工艺。
背景技术
液体发酵技术属于现代生物技术之一，深层发酵技术直接生产食用菌菌体，同时获得富含氨基酸等营养成分的发酵液。根据操作方式的不同，液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型。
分批发酵是指营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换，其特点是一次性，发酵过程中，营养不断减少，微生物不断增殖；连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长，稳定状态可以有效地延长分批培养中的对数期，其特点是培养基等量流入流出，各种变化较少；补料分批发酵又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术，通过向培养系统中补充物料，可以使培养液中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内，既保证微生物的生长需要，又不造成不利影响，从而达到提高产率的目的，其特点是可以解除底物抑制、产物抑制、分解阻遏或克服微生物过度生长，提高有用产物的转化率。
发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。现有的液体深层发酵装置在实际使用中仍存在以下弊端：
1.现有的发酵装置内部的物料形态难以方便的查看，发酵工艺效果不够理想；
2.现有的发酵装置与外界空气的交换不够方便，内部的污浊气体难以很方便的进行处理。
因此，现有的发酵装置，无法满足实际使用中的需求，所以市面上迫切需要能改进的技术，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体深层发酵菌种发酵装置及发酵工艺，通过取样机构方便取发酵罐内不同高度的物料，再通过形态监测机构进行拍摄，并传输至显示屏上，外部工作人员可方便观察内部不同高度物料的形态，进而基于观测到的形态合理调整后续工艺步骤，达到最佳的工艺效果，解决了现有的液体发酵装置内部的物料形态难以方便的查看，发酵工艺效果不够理想的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种液体深层发酵菌种发酵装置，包括发酵罐、形态监测机构、取样机构和消毒杀菌机构，所述发酵罐的内部上端设置有形态监测机构，所述形态监测机构包括监测竖杆，所述监测竖杆的中端固定套设有监测安装板，所述监测安装板通过螺栓固定在发酵罐的顶部，所述监测竖杆的底端固定有安装座，所述安装座的底面上分别嵌入设置有高清摄像头和补光灯；
所述取样机构包括取样组件，所述取样组件设置在安装座的正下方，所述取样组件的侧面与连接杆的一端固定连接，所述连接杆的另一端穿过发酵罐的顶面与螺母座固定连接，所述螺母座活动套设在丝杆上；
所述消毒杀菌机构包括进气弧形管和出气弧形管，所述进气弧形管和出气弧形管对称设置在发酵罐的内部上端，所述进气弧形管上设置有多个均匀分布的进气支管，所述出气弧形管上设置有多个均匀分布的出气支管，所述进气弧形管和出气弧形管均与消毒杀菌箱相连通，多个进气支管和出气支管的设置使得气体的抽取、进入的均匀性更好。
进一步地，所述高清摄像头和补光灯通过擦拭机构进行清洁，所述擦拭机构包括擦拭竖杆，所述擦拭竖杆的中端固定套设有擦拭安装板，所述擦拭安装板通过螺栓固定在发酵罐的顶部，所述擦拭竖杆的底端固定有架体，所述架体内安放有第一电机，所述第一电机的输出轴固定有转板，所述转板的顶面上设置有清洁海绵，所述高清摄像头和补光灯均与清洁海绵抵接。
进一步地，所述丝杆的顶端与顶座转动连接，所述丝杆的底端与减速箱的输出端固定连接，所述减速箱的输入端与第二电机的输出轴固定连接，所述减速箱和第二电机均固定在发酵罐的顶部，所述顶座通过两根导杆支撑，所述导杆亦贯穿螺母座。
进一步地，所述取样组件包括取样箱、上盖板和下盖板，所述上盖板和下盖板上均固定有齿条，所述齿条与齿轮相啮合，所述齿轮固定在第三电机的输出轴上，所述第三电机固定在取样箱的侧面上，所述取样箱的正面上设置有液位传感器。
进一步地，所述消毒杀菌箱固定在发酵罐的侧面上，所述消毒杀菌箱内分隔成进气消毒杀菌腔和出气消毒杀菌腔，所述进气弧形管与进气消毒杀菌腔相连通，所述出气弧形管与出气消毒杀菌腔相连通，所述消毒杀菌箱的顶部分别固定有进气风机和出气风机，所述进气风机的出口通过进气连接管与进气消毒杀菌腔相连通，所述出气风机的进口通过出气连接管与出气消毒杀菌腔相连通。
进一步地，所述进气消毒杀菌腔和出气消毒杀菌腔内沿气流方向分别设置有活性炭层和紫外灯，所述紫外灯的两侧均设置有光触媒板，通过活性炭层对空气进行吸附过滤，然后再通过紫外灯和光触媒板的配合进行消毒杀菌。
进一步地，所述发酵罐的顶部还设置有三个加料机构，所述加料机构包括加料罐和计量筒，所述加料罐与计量筒的顶端之间设置有上电磁阀，所述计量筒的底端设置有下电磁阀，所述下电磁阀贯穿固定在发酵罐的顶部。
进一步地，所述发酵罐的正面上固定有控制箱，所述控制箱的正面上分别设置有显示屏和控制面板，所述显示屏用于显示高清摄像头拍摄到的物料形态图像。
一种液体深层发酵菌种发酵装置的发酵工艺，包括以下步骤：
S1：发酵过程中，通过取样组件对发酵罐内不同高度的物料进行取样，然后将样品升至高清摄像头的正下方，通过高清摄像头拍摄发酵过程中取样点的物料形态，并显示在显示屏上；
S2：基于观测到的物料形态，合理调整后续物料的添加量以及添加时间，并通过多个加料机构实现定量加料；
S3：发酵过程中，当需要放入外界空气进入该发酵罐时，通过进气风机抽取外界空气，外界空气通过活性炭层、光触媒板和紫外灯进行消毒灭菌处理，使其变为无菌空气，之后从进气弧形管进入发酵罐内；
S4：发酵过程中，当发酵罐内的污浊气体排出时，通过出气风机抽取污浊气体，污浊气体通过活性炭层、光触媒板和紫外灯进行消毒灭菌处理，使其变为无菌空气，之后排出该发酵装置。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过设置形态监测机构和取样机构，使得该发酵装置可方便观察内部不同高度物料的形态，通过取样机构方便取发酵罐内不同高度的物料，再通过形态监测机构进行拍摄，并传输至显示屏上，外部工作人员可及时了解到发酵罐内的状况，进而基于观测到的形态合理调整后续工艺步骤，达到最佳的工艺效果。
2、本发明通过设置加料机构，使得该发酵装置具有定量添加物料的功能，可定量添加各类物料，基于观测到的物料形态，合理调整后续物料的添加量以及添加时间，使得发酵效果达到最佳。
3、本发明通过设置消毒杀菌机构，使得该发酵装置具有消毒杀菌功能，当外界空气进入该发酵罐时，可通过消毒杀菌机构进行处理，使其变为无菌空气，避免外部细菌影响内部的物料，且当发酵罐的污浊气体需要排出发酵罐时，通过消毒杀菌机构进行处理，避免污染周围环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的整体结构外观示意图；
图2为本发明的发酵罐内部结构示意图；
图3为本发明的形态监测机构与擦拭机构结构示意图；
图4为本发明的取样机构结构示意图；
图5为本发明的取样组件爆炸示意图；
图6为本发明的消毒杀菌机构结构示意图；
图7为本发明的消毒杀菌箱内部结构示意图；
图8为本发明的加料机构结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、发酵罐；2、形态监测机构；3、擦拭机构；4、取样机构；5、消毒杀菌机构；6、加料机构；7、控制箱；21、监测竖杆；22、监测安装板；23、安装座；24、高清摄像头；25、补光灯；31、擦拭竖杆；32、擦拭安装板；33、架体；34、第一电机；35、转板；36、清洁海绵；41、取样组件；42、连接杆；43、螺母座；44、丝杆；45、减速箱；46、顶座；47、第二电机；48、导杆；51、进气弧形管；52、进气支管；53、出气弧形管；54、出气支管；55、消毒杀菌箱；56、进气风机；57、进气连接管；58、出气风机；59、出气连接管；61、加料罐；62、上电磁阀；63、计量筒；64、下电磁阀；71、显示屏；72、控制面板；411、取样箱；412、上盖板；413、下盖板；414、齿条；415、齿轮；416、第三电机；417、液位传感器；551、进气消毒杀菌腔；552、出气消毒杀菌腔；553、活性炭层；554、光触媒板；555、紫外灯。
具体实施方式
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。
请参阅图1-3所示，本发明为一种液体深层发酵菌种发酵装置，包括发酵罐1、形态监测机构2、取样机构4和消毒杀菌机构5，发酵罐1的内部上端设置有形态监测机构2，形态监测机构2包括监测竖杆21，监测竖杆21的中端固定套设有监测安装板22，监测安装板22通过螺栓固定在发酵罐1的顶部，监测竖杆21的底端固定有安装座23，安装座23的底面上分别嵌入设置有高清摄像头24和补光灯25。
其中如图3所示，高清摄像头24和补光灯25通过擦拭机构3进行清洁，擦拭机构3包括擦拭竖杆31，擦拭竖杆31的中端固定套设有擦拭安装板32，擦拭安装板32通过螺栓固定在发酵罐1的顶部，擦拭竖杆31的底端固定有架体33，架体33内安放有第一电机34，第一电机34的输出轴固定有转板35，转板35的顶面上设置有清洁海绵36，高清摄像头24和补光灯25均与清洁海绵36抵接。
擦拭机构3具体使用时，启动第一电机34，第一电机34带动转板35转动，转板35带动清洁海绵36转动，通过清洁海绵36对高清摄像头24和补光灯25进行清理，当需要更换清洁海绵36时，松开擦拭安装板32的螺栓，将整个擦拭机构3从发酵罐1内取出进行清洁。
其中如图1、2、4所示，取样机构4包括取样组件41，取样组件41设置在安装座23的正下方，取样组件41的侧面与连接杆42的一端固定连接，连接杆42的另一端穿过发酵罐1的顶面与螺母座43固定连接，螺母座43活动套设在丝杆44上，丝杆44的顶端与顶座46转动连接，丝杆44的底端与减速箱45的输出端固定连接，减速箱45的输入端与第二电机47的输出轴固定连接，减速箱45和第二电机47均固定在发酵罐1的顶部，顶座46通过两根导杆48支撑，导杆48亦贯穿螺母座43。
其中如图5所示，取样组件41包括取样箱411、上盖板412和下盖板413，上盖板412和下盖板413上均固定有齿条414，齿条414与齿轮415相啮合，齿轮415固定在第三电机416的输出轴上，第三电机416固定在取样箱411的侧面上，取样箱411的正面上设置有液位传感器417。
取样机构4具体使用时，启动第二电机47，第二电机47带动减速箱45转动，减速箱45带动丝杆44转动，丝杆44带动螺母座43沿着导杆48下降，螺母座43带动连接杆42下降，连接杆42带动取样组件41下降至液体中，通过液位传感器417进行定位，当到达指定液位高度时，停止第二电机47，启动下盖板413处的第三电机416，第三电机416带动齿轮415转动，齿轮415带动齿条414移动，齿条414带动下盖板413移动，将取样箱411打开，此时该取样点的物料进入取样箱411内，然后控制第三电机416反转，将下盖板413闭合，再控制第二电机47反转，将取样组件41上升至高清摄像头24处，然后再启动上盖板412处的第三电机416，将上盖板412打开，此时取样箱411内的物料完全裸露在高清摄像头24下，通过高清摄像头24和补光灯25的配合对物料进行拍摄，当该取样点的物料拍摄完毕后，将取样箱411内的物料放出，继续取下一取样点的物料进行拍摄。
其中如图6所示，消毒杀菌机构5包括进气弧形管51和出气弧形管53，进气弧形管51和出气弧形管53对称设置在发酵罐1的内部上端，进气弧形管51上设置有多个均匀分布的进气支管52，出气弧形管53上设置有多个均匀分布的出气支管54，进气弧形管51和出气弧形管53均与消毒杀菌箱55相连通。
其中如图7所示，消毒杀菌箱55固定在发酵罐1的侧面上，消毒杀菌箱55内分隔成进气消毒杀菌腔551和出气消毒杀菌腔552，进气弧形管51与进气消毒杀菌腔551相连通，出气弧形管53与出气消毒杀菌腔552相连通，消毒杀菌箱55的顶部分别固定有进气风机56和出气风机58，进气风机56的出口通过进气连接管57与进气消毒杀菌腔551相连通，出气风机58的进口通过出气连接管59与出气消毒杀菌腔552相连通，进气消毒杀菌腔551和出气消毒杀菌腔552内沿气流方向分别设置有活性炭层553和紫外灯555，紫外灯555的两侧均设置有光触媒板554。
其中如图8所示，发酵罐1的顶部还设置有三个加料机构6，加料机构6包括加料罐61和计量筒63，加料罐61与计量筒63的顶端之间设置有上电磁阀62，计量筒63的底端设置有下电磁阀64，下电磁阀64贯穿固定在发酵罐1的顶部。
其中如图1所示，发酵罐1的正面上固定有控制箱7，控制箱7的正面上分别设置有显示屏71和控制面板72，显示屏71用于显示高清摄像头24拍摄到的物料形态图像。
一种液体深层发酵菌种发酵装置的发酵工艺，包括以下步骤：
S1：发酵过程中，通过取样组件41对发酵罐1内不同高度的物料进行取样，然后将样品升至高清摄像头24的正下方，通过高清摄像头24拍摄发酵过程中取样点的物料形态，并显示在显示屏71上；
S2：基于观测到的物料形态，合理调整后续物料的添加量以及添加时间，并通过多个加料机构6实现定量加料；
S3：发酵过程中，当需要放入外界空气进入该发酵罐1时，通过进气风机56抽取外界空气，外界空气通过活性炭层553、光触媒板554和紫外灯555进行消毒灭菌处理，使其变为无菌空气，之后从进气弧形管51进入发酵罐1内；
S4：发酵过程中，当发酵罐1内的污浊气体排出时，通过出气风机58抽取污浊气体，污浊气体通过活性炭层553、光触媒板554和紫外灯555进行消毒灭菌处理，使其变为无菌空气，之后排出该发酵装置。
以上仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，任何对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，对其中部分技术特征进行等同替换，所作的任何修改、等同替换、改进，均属于在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种液体深层发酵菌种发酵装置，包括发酵罐(1)、形态监测机构(2)、取样机构(4)和消毒杀菌机构(5)，其特征在于：所述发酵罐(1)的内部上端设置有形态监测机构(2)，所述形态监测机构(2)包括监测竖杆(21)，所述监测竖杆(21)的中端固定套设有监测安装板(22)，所述监测安装板(22)通过螺栓固定在发酵罐(1)的顶部，所述监测竖杆(21)的底端固定有安装座(23)，所述安装座(23)的底面上分别嵌入设置有高清摄像头(24)和补光灯(25)；
所述取样机构(4)包括取样组件(41)，所述取样组件(41)设置在安装座(23)的正下方，所述取样组件(41)的侧面与连接杆(42)的一端固定连接，所述连接杆(42)的另一端穿过发酵罐(1)的顶面与螺母座(43)固定连接，所述螺母座(43)活动套设在丝杆(44)上；
所述消毒杀菌机构(5)包括进气弧形管(51)和出气弧形管(53)，所述进气弧形管(51)和出气弧形管(53)对称设置在发酵罐(1)的内部上端，所述进气弧形管(51)上设置有多个均匀分布的进气支管(52)，所述出气弧形管(53)上设置有多个均匀分布的出气支管(54)，所述进气弧形管(51)和出气弧形管(53)均与消毒杀菌箱(55)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种液体深层发酵菌种发酵装置，其特征在于，所述高清摄像头(24)和补光灯(25)通过擦拭机构(3)进行清洁，所述擦拭机构(3)包括擦拭竖杆(31)，所述擦拭竖杆(31)的中端固定套设有擦拭安装板(32)，所述擦拭安装板(32)通过螺栓固定在发酵罐(1)的顶部，所述擦拭竖杆(31)的底端固定有架体(33)，所述架体(33)内安放有第一电机(34)，所述第一电机(34)的输出轴固定有转板(35)，所述转板(35)的顶面上设置有清洁海绵(36)，所述高清摄像头(24)和补光灯(25)均与清洁海绵(36)抵接。
3.根据权利要求1所述的一种液体深层发酵菌种发酵装置，其特征在于，所述丝杆(44)的顶端与顶座(46)转动连接，所述丝杆(44)的底端与减速箱(45)的输出端固定连接，所述减速箱(45)的输入端与第二电机(47)的输出轴固定连接，所述减速箱(45)和第二电机(47)均固定在发酵罐(1)的顶部，所述顶座(46)通过两根导杆(48)支撑，所述导杆(48)亦贯穿螺母座(43)。
4.根据权利要求1所述的一种液体深层发酵菌种发酵装置，其特征在于，所述取样组件(41)包括取样箱(411)、上盖板(412)和下盖板(413)，所述上盖板(412)和下盖板(413)上均固定有齿条(414)，所述齿条(414)与齿轮(415)相啮合，所述齿轮(415)固定在第三电机(416)的输出轴上，所述第三电机(416)固定在取样箱(411)的侧面上，所述取样箱(411)的正面上设置有液位传感器(417)。
5.根据权利要求1所述的一种液体深层发酵菌种发酵装置，其特征在于，所述消毒杀菌箱(55)固定在发酵罐(1)的侧面上，所述消毒杀菌箱(55)内分隔成进气消毒杀菌腔(551)和出气消毒杀菌腔(552)，所述进气弧形管(51)与进气消毒杀菌腔(551)相连通，所述出气弧形管(53)与出气消毒杀菌腔(552)相连通，所述消毒杀菌箱(55)的顶部分别固定有进气风机(56)和出气风机(58)，所述进气风机(56)的出口通过进气连接管(57)与进气消毒杀菌腔(551)相连通，所述出气风机(58)的进口通过出气连接管(59)与出气消毒杀菌腔(552)相连通。
6.根据权利要求5所述的一种液体深层发酵菌种发酵装置，其特征在于，所述进气消毒杀菌腔(551)和出气消毒杀菌腔(552)内沿气流方向分别设置有活性炭层(553)和紫外灯(555)，所述紫外灯(555)的两侧均设置有光触媒板(554)。
7.根据权利要求1所述的一种液体深层发酵菌种发酵装置，其特征在于，所述发酵罐(1)的顶部还设置有三个加料机构(6)，所述加料机构(6)包括加料罐(61)和计量筒(63)，所述加料罐(61)与计量筒(63)的顶端之间设置有上电磁阀(62)，所述计量筒(63)的底端设置有下电磁阀(64)，所述下电磁阀(64)贯穿固定在发酵罐(1)的顶部。
8.根据权利要求1所述的一种液体深层发酵菌种发酵装置，其特征在于，所述发酵罐(1)的正面上固定有控制箱(7)，所述控制箱(7)的正面上分别设置有显示屏(71)和控制面板(72)，所述显示屏(71)用于显示高清摄像头(24)拍摄到的物料形态图像。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种液体深层发酵菌种发酵装置的发酵工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：发酵过程中，通过取样组件(41)对发酵罐(1)内不同高度的物料进行取样，然后将样品升至高清摄像头(24)的正下方，通过高清摄像头(24)拍摄发酵过程中取样点的物料形态，并显示在显示屏(71)上；
S2：基于观测到的物料形态，合理调整后续物料的添加量以及添加时间，并通过多个加料机构(6)实现定量加料；
S3：发酵过程中，当需要放入外界空气进入该发酵罐(1)时，通过进气风机(56)抽取外界空气，外界空气通过活性炭层(553)、光触媒板(554)和紫外灯(555)进行消毒灭菌处理，使其变为无菌空气，之后从进气弧形管(51)进入发酵罐(1)内；
S4：发酵过程中，当发酵罐(1)内的污浊气体排出时，通过出气风机(58)抽取污浊气体，污浊气体通过活性炭层(553)、光触媒板(554)和紫外灯(555)进行消毒灭菌处理，使其变为无菌空气，之后排出该发酵装置。
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