CN202226850U - 一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固态发酵系统。一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，其特征在于：它包括固液混合器、调质螺旋输送器、层叠组合式固态发酵装置、分料器、水平绞龙、风机、提升机和湿度调节器；所述的固液混合器、调质螺旋输送器、层叠组合式固态发酵装置、分料器、风机、提升机和湿度调节器均安装在封闭发酵室内；调质螺旋输送器的第二进口与固液混合器的出口相连，调质螺旋输送器的下部右边的出口与层叠组合式固态发酵装置的进口相连，层叠组合式固态发酵装置的底部的出口与分料器的进口相连，分料器的第一出口与提升机下端的进口相连，分料器的第二出口与水平绞龙的进口相连。该系统结构简单、安装维护方便，可实现固态发酵的连续生产。

Description

一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统

技术领域

本实用新型涉及一种固态发酵系统，具体涉及一种适用于工业化生产的可实现自动连续或间歇式发酵系统。

背景技术

固态发酵是指微生物在没有或基本没有游离水的固态基质上的生长过程。与液态发酵相比，固态发酵有很多优点，如：发酵过程粗放，无须严格无菌条件；水分活度低，基质水不溶性高，微生物易生长，酶活力高，酶系丰富；后处理简便、污染少，基本无废水排放。但固态发酵存在传热传质困难、手工操作多、劳动强度大、易感染杂菌和生产场所空间利用率低等问题，难以达到工业化规模生产的要求，严重影响固态发酵的广泛应用，其主要原因是目前的固态发酵反应器的设计水平相对滞后，不能满足发酵规模化的要求。

传统的固态发酵工艺一般是将配置好原料放置于发酵池内进行发酵处理，发酵一段时间后，须经翻料后继续发酵一段时间，然后再把发酵好的物料出池进入下一道工序。采用机器翻料时，由于移动式翻料机在发酵池搅拌时存在一些死角，处于死角的原料没有经过搅拌所以发酵不充分，因而使产品质量和性能指标受到影响而达不到使用要求，满足不了下道工序要求。如果采用人工翻料，则存在劳动强度大，翻料所需时间长，不适合大规模工业化生产。

固态发酵技术经过不断的发展，现在也涌现出一些新工艺和设备，主要包括空气固体流化床、填充床，转鼓式固态发酵罐、搅拌式固态发酵罐，浅盘式固态发酵等几种形式。空气固体流化床、填充床用于固态发酵，存在设备昂贵、耗能高、装载率小，不能实现规模化发酵的问题；转鼓式和搅拌式发酵罐，在大规模生产时热传递效率下降，转动或搅拌过程会破坏真菌菌丝结构，不适宜丝状真菌的发酵，而且设备造价高，操作复杂，使用范围受到限制；采用人工或半机械化的浅盘发酵装置，其占地面大，通气性差，成本高，生物发酵培养条件难以控制，不能实现大规模工业化连续生产。

针对上述问题，申请号为200910152732.1的发明专利申请中公开了一种自动链带式固态发酵反应装置及其自动固态发酵的方法，该装置包括依次连接的接种桶，螺旋输送器和发酵装置，从液体种子的制备，到固体发酵的各个环节，再到发酵后加工工序均实现了机械自动化操作。该发明从原理上讲可实现连续生产，提高生产效率，但是用于大规模固态发酵生产还存在如下问题：(1)该发明对发酵物料所处环境温度和湿度不能进行有效控制。(2)不能实现强制通风增氧。(3)不能实现连续和间歇生产可调，工艺适应性不强。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，该系统结构简单、安装维护方便，可实现固态发酵的连续生产。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，其特征在于：它包括固液混合器、调质螺旋输送器、层叠组合式固态发酵装置、分料器、水平绞龙、风机、提升机和湿度调节器；所述的固液混合器、调质螺旋输送器、层叠组合式固态发酵装置、分料器、风机、提升机和湿度调节器均安装在封闭发酵室内；固液混合器的顶部设有原料进口，固液混合器的上部侧面设有液体进口，固液混合器的底部设有出口；调质螺旋输送器的上部左边设有第一进口和第二进口，调质螺旋输送器的第二进口与固液混合器的出口相连，调质螺旋输送器的下部右边的出口与层叠组合式固态发酵装置的进口相连，层叠组合式固态发酵装置的底部的出口与分料器的进口相连，分料器的下部设有第一出口和第二出口，分料器的第一出口和第二出口上均设有料门，分料器的第一出口与提升机下端的进口相连，分料器的第二出口与水平绞龙的进口相连，提升机的上部出口与调质螺旋输送器的第一进口或与层叠组合式固态发酵装置的进口相连；风机的输出端分别通过出风管与层叠组合式固态发酵装置的层叠组合式发酵床的进风口相连，进风管的一端与风机的输入端相连，进风管的另一端穿过封闭发酵室伸向室外。

按上述方案，水平绞龙的进口位于封闭发酵室内，水平绞龙的出口端穿过封闭发酵室伸向室外。

按上述方案，层叠组合式固态发酵装置由2-12个层叠组合式发酵床组成，2-12个层叠组合式发酵床沿垂直方向叠放布置，相邻的层叠组合式发酵床之间相互固定，位于上一层的层叠组合式发酵床的出料端与相邻的层叠组合式发酵床进料端相连；

层叠组合式发酵床包括机架、承料输送机构、调速电机；承料输送机构设置在机架上，承料输送机构的一端为进料端，承料输送机构的另一端为出料端，机架为长方体形框架；调速电机设在承料输送机构的进料导流槽一侧，调速电机的输出轴由联轴器与主轴相联接。

按上述方案，承料输送机构包括链轮轴承、链轮、主轴、链条、支撑横杆、承料带；主轴共有两个，一个主轴位于机架的前端部，另一个主轴位于机架的后端部；两个主轴的两端分别设有链轮轴承，链轮轴承由链轮轴承定位螺栓分别固定于机架的支撑柱上；每一主轴上套有两链轮，链轮由链轮定位螺栓固定；两个主轴上位于左边的链轮由第一条链条相连，两个主轴上位于右边的链轮由第二条链条相连，二条链条上每隔80mm-500mm设有托架；支撑横杆水平放置在两链条之间，支撑横杆的左部由支撑杆固定螺栓固定于设置在第一条链条上的托架上，支撑横杆的右部由支撑杆固定螺栓固定于设置在第二条链条上的托架上；承料带套在所有的支撑横杆上，承料带由料带固定螺栓与支撑横杆相固定；在承料带所包围的内侧空间中设有空气导流室，空气导流室为长方体箱体，箱体上下两面均匀分布有透风孔，箱体前面设有进风口；在机架的一侧固定有出料导料槽，出料导料槽上部分垂直于底面，下部分向靠近支撑柱一方倾斜；出料导料槽始终与承料带间隔50mm-200mm；在机架的另一侧，接近承料带上平面边缘处设有进料导流槽，进料导流槽固定在机架上，并与底面相垂直；进料导流槽下端与承料带上表面留有50mm-350mm的间隙。

按上述方案，支撑横杆两端套有滑轮，滑轮下方设有滑轨，滑轮位于滑轨上；上下滑轨分别由焊接在支撑柱内侧的上下两个滑轨支撑台支撑。

按上述方案，封闭发酵室内设有温度传感器、湿度传感器。

本实用新型的有益效果是：

1、能对发酵环境(温度、湿度、通风量)进行较为精确的控制，提升产品的品质和质量稳定性。

2、层叠组合式固态发酵装置(由多个层叠组合式发酵床组成)采用模块化设计，可根据实际需要任意加长加宽，也可以任意叠加和组合，安装和拆卸方便，大大提高单位面积产量，即可满足大规模连续化生产的需要，也可进行间歇式生产，工艺适应性强。

3、层叠组合式发酵床采用开放式框架结构，结构简单，原材料易得，制造成本低；设备维修和保养方便，操作简单，生产成本低。

4、层叠组合式发酵床仅将链条作为传动部件，物料垂直载荷主要由安装在支撑横杆上的滑轮承担，因此整个装置摩擦阻力小，可靠性高，动力消耗较少。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的层叠组合式固态发酵系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例2的层叠组合式固态发酵系统的结构示意图。

图3为本实用新型层叠组合式发酵床的中间部分截断主视图。

图4为本实用新型层叠组合式发酵床的中间部分截断俯视图(即是图3的俯视图)。

图5为图3中的A-A剖视图。

图6为图3中的B部分放大图。

图7为图5中的C部分放大图。

图8为图4中透风孔的结构示意图。

图9为图4中空气导流室(以及进风口)的结构示意图。

图10为本实用新型实施例1的层叠组合式固态发酵装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来描述本实用新型的优选方案；它包含在本实用新型保护的范围之内，但不限制本实用新型。

实施例1：

如图1，图3-9所示，一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，它包括固液混合器1、调质螺旋输送器2、层叠组合式固态发酵装置12、分料器4、水平绞龙5、风机6、提升机7和湿度调节器11；所述的固液混合器1、调质螺旋输送器2、层叠组合式固态发酵装置12、分料器4、风机6、提升机7和湿度调节器11均安装在封闭发酵室10内；固液混合器1的顶部设有原料进口，固液混合器1的上部侧面设有液体进口，固液混合器1的底部设有出口；调质螺旋输送器的上部左边设有第一进口2-1和第二进口2-2，调质螺旋输送器2的第二进口2-2与固液混合器1的出口相连，调质螺旋输送器2的下部右边的出口2-3与层叠组合式固态发酵装置12的进口相连，层叠组合式固态发酵装置12的底部的出口与分料器4的进口相连，分料器4的下部设有第一出口和第二出口，分料器4的第一出口和第二出口上均设有料门(料门可控制出口的打开和关闭)，分料器4的第一出口与提升机7下端的进口相连，分料器4的第二出口与水平绞龙5的进口相连，提升机7的上部出口与调质螺旋输送器2的第一进口2-1【或与层叠组合式固态发酵装置12的进口】相连；风机6的输出端分别(采用多个输出口的接头)通过出风管8与层叠组合式固态发酵装置12的层叠组合式发酵床3的进风口320相连，进风管9的一端与风机6的输入端相连，进风管9的另一端穿过封闭发酵室10伸向室外。

水平绞龙5的进口位于封闭发酵室10内，水平绞龙5的出口端穿过封闭发酵室10伸向室外。

封闭发酵室10内设有温度传感器、湿度传感器。

发酵原料从固液混合器1顶部原料进口进入，发酵种子液从固液混合器1上部侧面液体进口进入与发酵原料在固液混合器1充分混合；充分混合好的物料由固液混合器1的出口进入调质螺旋输送器2上部左边的进口；混合物料经调质后从调质螺旋输送器2下部的出口流出进入层叠组合式发酵床3；混合物料在多层层叠组合式发酵床3中移动的同时进行发酵，最后从底层层叠组合式发酵床3的出口流出，进入分料器4；可以调节分料器4的料门使进入分料器4的物料只从下端两个出口中的一个流出。

层叠组合式固态发酵装置12由2-12个层叠组合式发酵床3组成(本实施例中采用5个层叠组合式发酵床，如图10所示；具体个数可根据需要确定，也可采用12个)，2-12个层叠组合式发酵床3沿垂直方向叠放布置，相邻的层叠组合式发酵床3之间相互固定，位于上一层的层叠组合式发酵床3的出料端与相邻的层叠组合式发酵床3进料端相连；

层叠组合式发酵床3包括机架301、承料输送机构302、调速电机303；承料输送机构302设置在机架301上，承料输送机构302的一端为进料端，承料输送机构302的另一端为出料端，机架301为长方体形框架，在机架301前、后两立面的上下棱之间焊接有垂直于底面的支撑柱304；调速电机303设在承料输送机构302的进料导流槽323一侧，调速电机303的输出轴由联轴器与主轴307相联接(也可采用由皮带或链条机构与主轴相联接)，带动承料输送机构302运转，使承料带310上的物料由进料导流槽323一侧，移动到出料导料槽322一侧。在机架301的水平棱上穿有固定孔325，呈左右对称分布，可由机架固定螺栓324，穿过固定孔325，将机架301固定于其它接触面上，也可将多台层叠组合式发酵床3的机架301两两左右调换后上下相互层叠，并通过机架固定螺栓324穿过上下两机架301上的固定孔325，进行两两固定。多台层叠组合式发酵床3之间层叠固定后，下一层层叠组合式发酵床3的进料导流槽323上端恰好与上一层层叠组合式发酵床3的导料槽322下端相对应。承料带310为透气的帆布带或网带。

承料输送机构302包括链轮轴承305、链轮306、主轴307、链条308、支撑横杆309、承料带310；主轴307共有两个，一个主轴307位于机架301的前端部(图3的左边为前，右边为后；图7的左边为左，右边为右)，另一个主轴307位于机架301的后端部；两个主轴307的两端分别设有链轮轴承305【即共有链轮轴承两对，一对链轮轴承305位于机架301的前端部，另一对链轮轴承305位于机架301的后端部】，链轮轴承305由链轮轴承定位螺栓315分别固定于机架301的支撑柱304上(即两个主轴能旋转)；每一主轴307上套有两链轮306【靠近两链轮轴承，位于左边、右边】，链轮306由链轮定位螺栓311固定；两个主轴307上位于左边的链轮由第一条链条308相连，两个主轴307上位于右边的链轮由第二条链条308相连，二条链条308上每隔一定距离(如每隔80mm-500mm)设有托架313；支撑横杆309水平放置在两链条308之间，支撑横杆309的左部由支撑杆固定螺栓312固定于设置在第一条链条308上的托架313上，支撑横杆309的右部由支撑杆固定螺栓312固定于设置在第二条链条308上的托架313上；承料带310宽度比支撑横杆309长度稍小，承料带310套在所有的支撑横杆309上(所有的支撑横杆构成环状)，承料带由料带固定螺栓314与支撑横杆309相固定；支撑横杆309两端套有滑轮318，滑轮318下方设有滑轨317，滑轮318位于滑轨317上【滑轮318可在滑轨317上滚动滑行】；上下滑轨317分别由焊接在支撑柱304内侧的上下两个滑轨支撑台316支撑【上方的滑轨有2个，下方的滑轨有2个】；在承料带310所包围的内侧空间中设有空气导流室319，空气导流室319为长方体箱体，箱体上下两面均匀分布有透风孔321，箱体前面设有进风口320；在机架1一侧固定有出料导料槽322，出料导料槽322上部分垂直于底面，下部分向靠近支撑柱304一方倾斜；出料导料槽322始终与承料带310间隔一定距离(如间隔50mm-200mm)；在机架301另一侧，接近承料带310上平面边缘处设有进料导流槽323，进料导流槽323固定在机架301上，并与底面相垂直；进料导流槽323下端与承料带310上表面留有一定间隙(如50mm-350mm)。

一种层叠组合式固态发酵方法，它包括以下步骤：

1)层叠组合式固态发酵系统的准备：层叠组合式固态发酵系统包括固液混合器1、调质螺旋输送器2、层叠组合式固态发酵装置12、分料器4、水平绞龙5、风机6、提升机7和湿度调节器11；所述的固液混合器1、调质螺旋输送器2、层叠组合式固态发酵装置12、分料器4、风机6、提升机7和湿度调节器11均安装在封闭发酵室10内；固液混合器1的顶部设有原料进口，固液混合器1的上部侧面设有液体进口，固液混合器1的底部设有出口；调质螺旋输送器的上部左边设有第一进口2-1和第二进口2-2，调质螺旋输送器2的第二进口2-2与固液混合器1的出口相连，调质螺旋输送器2的下部右边的出口2-3与层叠组合式固态发酵装置12的进口相连，层叠组合式固态发酵装置12的底部的出口与分料器4的进口相连，分料器4的下部设有第一出口和第二出口，分料器4的第一出口和第二出口上均设有料门，分料器4的第一出口与提升机7下端的进口相连，分料器4的第二出口与水平绞龙5的进口相连，提升机7的上部出口与调质螺旋输送器2的第一进口2-1相连；风机6的输出端分别通过出风管8与层叠组合式固态发酵装置12的层叠组合式发酵床3的进风口320相连，进风管9的一端与风机6的输入端相连，进风管9的另一端穿过封闭发酵室10伸向室外；

2)发酵原料的称量与调配：按发酵原料(待发酵的物料)与发酵种子液的配比为100g∶0.5-5ml，进行称量，发酵原料从固液混合器1顶部原料进口进入，发酵种子液从固液混合器1上部侧面液体进口进入与发酵原料在固液混合器1充分混合和调配；其中，发酵原料为菜粕，发酵菌种子液为枯草芽孢杆菌和啤酒酵母体积比为1∶2的混合液；

3)混合物料的调质：将固液混合器内混合好的物料送入调质螺旋输送器中进行调质，调节螺旋输送器的转速，使物料以10-80mm/s的速度前进，在此过程中物料中的水分和菌液能有充足的时间在物料中扩散和重新分配，从而使物料水分和菌液的分配能均匀一致；

4)发酵：经充分调质的混合物料进入层叠组合式发酵床中发酵，混合物料通过进料导流槽均匀的分布在承料带上，调节调速电机的转速，使混合物料在承料带上保持50-350mm的厚度；混合物料在承料带上一边随承料带移动，一边进行发酵；当物料移动到承料带一侧边缘时，物料就会顺着出料导料槽落下，并沿下一层层叠组合式发酵床的进料导流槽进入下一层层叠组合式发酵床的承料带；发酵物料在落下的同时，发酵物料与空气充分接触，发酵产生的热量得到散发，即实现了翻料；

在发酵过程中，根据实际需要，(1)可以由风机强制向层叠组合式发酵床的空气导流室通入空气，促进发酵过程中的热量散发，和强加氧气供给；(2)也可将风机的进风管与干燥设备的冷却器的热交换装置相联，利用干燥的余温加热空气，向层叠组合式发酵床的空气导流室通入热风，来调节发酵所需温度；

在发酵过程中，可根据实际发酵需要开启湿度调节器，以保证封闭发酵室内湿度在适当值(湿度值为30％-90％)；

5)分料、循环发酵和烘干：发酵物料在层叠组合式发酵床中经由从上到下多次的换层移动、翻料与发酵后，最后从底层层叠组合式发酵床的出口流出进入分料器中；如果物料发酵不完全，需延长发酵时间，可以调节分料器的料门使发酵物料进入提升机，提升机将发酵物料再次提升进入调质螺旋输送器，然后再进入层叠组合式发酵床中进行再次发酵，或者提升机将发酵物料再次提升直接进入层叠组合式固态发酵装置12的进口进行再次发酵；如果物料发酵完毕，则调节分料器的料门使物料进入水平绞龙中，水平绞龙水平输送到烘干设备中进行烘干操作。

在发酵结束后，可以开启风机对层叠组合式发酵床进行清洁。

实施例2：

如图2所示，与实施例1基本相同，不同之处在于：层叠组合式固态发酵装置12由2个层叠组合式发酵床3组成，提升机7的上部出口与层叠组合式固态发酵装置12的进口相连。发酵原料为豆粕。

Claims (6)

1.一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，其特征在于：它包括固液混合器(1)、调质螺旋输送器(2)、层叠组合式固态发酵装置(12)、分料器(4)、水平绞龙(5)、风机(6)、提升机(7)和湿度调节器(11)；所述的固液混合器(1)、调质螺旋输送器(2)、层叠组合式固态发酵装置(12)、分料器(4)、风机(6)、提升机(7)和湿度调节器(11)均安装在封闭发酵室(10)内；固液混合器(1)的顶部设有原料进口，固液混合器(1)的上部侧面设有液体进口，固液混合器(1)的底部设有出口；调质螺旋输送器的上部左边设有第一进口(2-1)和第二进口(2-2)，调质螺旋输送器(2)的第二进口(2-2)与固液混合器(1)的出口相连，调质螺旋输送器(2)的下部右边的出口(2-3)与层叠组合式固态发酵装置(12)的进口相连，层叠组合式固态发酵装置(12)的底部的出口与分料器(4)的进口相连，分料器(4)的下部设有第一出口和第二出口，分料器(4)的第一出口和第二出口上均设有料门，分料器(4)的第一出口与提升机(7)下端的进口相连，分料器(4)的第二出口与水平绞龙(5)的进口相连，提升机(7)的上部出口与调质螺旋输送器(2)的第一进口(2-1)或与层叠组合式固态发酵装置(12)的进口相连；风机(6)的输出端分别通过出风管(8)与层叠组合式固态发酵装置(12)的层叠组合式发酵床(3)的进风口(320)相连，进风管(9)的一端与风机(6)的输入端相连，进风管(9)的另一端穿过封闭发酵室(10)伸向室外。

2.根据权利要求1所述的一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，其特征在于：水平绞龙(5)的进口位于封闭发酵室(10)内，水平绞龙(5)的出口端穿过封闭发酵室(10)伸向室外。

3.根据权利要求1所述的一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，其特征在于：层叠组合式固态发酵装置(12)由2-10个层叠组合式发酵床(3)组成，2-10个层叠组合式发酵床(3)沿垂直方向叠放布置，相邻的层叠组合式发酵床(3)之间相互固定，位于上一层的层叠组合式发酵床(3)的出料端与相邻的层叠组合式发酵床(3)进料端相连；

层叠组合式发酵床(3)包括机架(301)、承料输送机构(302)、调速电机(303)；承料输送机构(302)设置在机架(301)上，承料输送机构(302)的一端为进料端，承料输送机构(302)的另一端为出料端，机架(301)为长方体形框架；调速电机(303)设在承料输送机构(302)的进料导流槽(323)一侧，调速电机(303)的输出轴由联轴器与主轴(307)相联接。

4.根据权利要求3所述的一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，其特征在于：承料输送机构(302)包括链轮轴承(305)、链轮(306)、主轴(307)、链条(308)、支撑横杆(309)、承料带(310)；主轴(307)共有两个，一个主轴(307)位于机架(301)的前端部，另一个主轴(307)位于机架(301)的后端部；两个主轴(307)的两端分别设有链轮轴承(305)，链轮轴承(305)由链轮轴承定位螺栓(315)分别固定于机架(301)的支撑柱(304)上；每一主轴(307)上套有两链轮(306)，链轮(306)由链轮定位螺栓(311)固定；两个主轴(307)上位于左边的链轮由第一条链条(308)相连，两个主轴(307)上位于右边的链轮由第二条链条(308)相连，二条链条(308)上每隔80mm-500mm设有托架(313)；支撑横杆(309)水平放置在两链条(308)之间，支撑横杆(309)的左部由支撑杆固定螺栓(312)固定于设置在第一条链条(308)上的托架(313)上，支撑横杆(309)的右部由支撑杆固定螺栓(312)固定于设置在第二条链条(308)上的托架(313)上；承料带(310)套在所有的支撑横杆(309)上，承料带由料带固定螺栓(314)与支撑横杆(309)相固定；在承料带(310)所包围的内侧空间中设有空气导流室(319)，空气导流室(319)为长方体箱体，箱体上下两面均匀分布有透风孔(321)，箱体前面设有进风口(320)；在机架(1)一侧固定有出料导料槽(322)，出料导料槽(322)上部分垂直于底面，下部分向靠近支撑柱(304)一方倾斜；出料导料槽(322)始终与承料带(310)间隔50mm-200mm；在机架(301)另一侧，接近承料带(310)上平面边缘处设有进料导流槽(323)，进料导流槽(323)固定在机架(301)上，并与底面相垂直；进料导流槽(323)下端与承料带(310)上表面留有50mm-350mm的间隙。

5.根据权利要求4所述的一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，其特征在于：支撑横杆(309)两端套有滑轮(318)，滑轮(318)下方设有滑轨(317)，滑轮(318)位于滑轨(317)上；上下滑轨(317)分别由焊接在支撑柱(304)内侧的上下两个滑轨支撑台(316)支撑。

6.根据权利要求1所述的一种可连续生产的层叠组合式固态发酵系统，其特征在于：封闭发酵室(10)内设有温度传感器、湿度传感器。

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