CN203505537U - 固体生态培养、干燥一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于生物发酵技术领域，具体涉及一种固体生态培养、干燥一体机。该一体机由热风发生系统、液体输入装置、旋转物料处理系统、机架装置、旋风分离器以及功能控制系统构成。本实用新型从仿生学角度研制相关结构，能够自动化控制有氧生物发酵和温敏干燥过程的相关环节，提供良好通风和适宜温、湿度条件，确保益生菌群的高效培育，并能有效地达到较好的封闭性能，使杂菌率控制在1%以下。适用于好氧益生菌类固体培养与温敏干燥一体化的工厂规模化生产。

Description

固体生态培养、干燥一体机

技术领域

本实用新型属于生物发酵技术领域，具体涉及有氧生物发酵的工厂规模化生产，如动物微生物饲料添加剂生产，医药生物制药、食品发酵生产，以及有氧菌群固体发酵培养生产的相关领域。 

背景技术

益生菌可以制成各种功能性微生物制剂。益生菌在代谢过程中生成的菌质极富重要的生物活性物质。作为一种新型的动物微生物饲料添加剂，具有无毒副作用，能促进动物生长，提高饲料转化比，改善动物消化道微生态环境，增强动物免疫力等优点。如何从仿生学角度以最优化条件生态型、高效率固体培育好氧性益生菌群，并能在较低温条件下快速干燥益生菌培养物料等方面面临困难，已成为生物发酵领域工厂规模化生产的瓶颈，备受关注。尤其是抗生素滥用的今天，积极寻找抗生素替代品，规模化发展绿色养殖业是关系到国计民生的重要研究工作。目前有关益生菌固体培养的工厂化生产方式，还是局限在静态培养，人工搅拌，表现为供氧不充分，堆积物料内部温度偏高，温度不均匀，湿度不稳定，存在严重的厌氧发酵等情况，导致好氧性益生菌活菌数不高，活性较差。虽然在终产品中可能益生菌芽孢数能达到一定水平，但产量不高。此外，人工翻拌培养物料会导致细菌芽孢被动性吸入操作人员呼吸系统，引起条件致病。相伴随的问题是有氧生物发酵完成后的培养物料如何能够在较低温条件下（≤50℃）快速干燥，也是当前益生菌固体发酵工厂化生产以及各类生物制药、食品发酵领域的工厂化生产面临的一大难题。 

本实用新型能够遵循自然界好氧性益生菌生长繁殖所需的生长代谢规律，从仿生学角度提供优化的适合好氧性益生菌群生长繁育的相关条件，高效率有氧生物发酵益生菌群，并在短时间内，以培养-干燥一体化方式富氧发酵和快速温敏干燥发酵物料，极大限度地保护益生菌群活性，最大限度的减少杂菌率，可为工厂规模化生产好氧益生菌产品提供新型高效的固体生态培养、干燥一体机。 

目前功能性微生态饲料添加剂的研究与应用是畜牧业生产发展中的热点之一，有益菌群及其代谢产物具有极高的机体代谢调节功能和营养作用，是缓解抗生素滥用现状的有效手段，是国家相关职能部门当前极力推广的科技应用项目之一，各类生物制药、食品生产领域的工厂化生产设备技术也均需改造换代。 

由于本实用新型作为益生菌等生物发酵的主体关键设备，能够直接利用农副产品原料进行工厂规模化富氧生物发酵生产，而且采用固体发酵比目前的液体发酵而言，能使功能性动 物微生物饲料添加剂等产品的生产效率、产品质量极大提高，生产成本大幅度降低，市场应用前景广阔，其经济效益的提高将极其显著。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够在较低温条件下，以培养-干燥一体化方式生态仿生型培养好氧益生菌群以及快速温敏干燥（≤50℃）培养物料，极大限度地保护益生菌群活性，最大限度的减少杂菌率的固体生态培养、干燥一体机，技术方案如下： 

一种固体生态培养、干燥一体机，其组成依次包括热风发生系统、液体输入装置、旋转物料处理系统、机架装置、旋风分离器9以及功能控制系统。 

所述的热风发生系统包括鼓风装置1及与其连接的加热进风筒管装置2和进风管3。 

所述的鼓风装置1包括分别连接风机三通弯头1-3的培养中压风机1-2和干燥高压风机1-1，由风机架14支撑固定，风机三通弯头1-3出口与加热进风筒管装置2相连，培养中压风机1-2和干燥高压风机1-1，分别在进风口处设有空气滤清器，用于防止在培养、干燥过程中的杂菌感染。 

所述的加热进风筒管装置2包括耐高温陶瓷内管2-2及其外部的不锈钢外管2-3，耐高温陶瓷内管2-2内设有电加热装置2-1，通过变径风管2-4以及进风管弯头2-5和进风管3与旋转物料处理系统相通，进风管弯头2-5用于连接变径风管2-4及进风管3且使得二者夹角呈90°，近鼓风装置1侧不锈钢外管2-3外表面设有接线盒2-6,分别与耐高温陶瓷内管2-2中的电加热装置2-1和功能控制系统电连接。 

所述的液体输入装置包括液体输入泵15以及连接液体输入泵15与热风发生系统的进风管弯头2-5处的弯头液体输入器17，其中弯头液体输入器17的液管经进风管3管内伸入至自控旋转筒体6进风侧筒体端盖4内侧中心口，弯头液体输入器17的液体出口处设有热风流量分配器，热风流量分配器由凸型布满孔洞（孔洞直径一般为2mm）的圆板构成，其凸面朝向出风侧筒体端盖7方向，并由4根不锈钢管固定于进风侧筒体端盖4内侧中心口周围。通过热风流量分配器，既可使柱状风流被打散，有利于培养、干燥时的热风流呈现均匀、柔和状态；也可实现封闭式接种菌种液和物料自动加湿功能的均匀、柔和状态。工作时，液体输入泵15将伴随培养中压风机1-2以及自控旋转筒体6同步启动运转。 

所述的电加热装置2-1位于加热进风筒管装置2的耐高温陶瓷内管2-2中，由65根六孔耐高温硅条2-1-4,2只梯形不锈钢钢条端架2-1-2,2只梯形钢条内架2-1-3和4根不锈钢长螺杆2-1-1以及相应若干螺母、垫片及填补空缺瓷管2-1-5构成半笼式凹形架,是由不锈钢长螺杆2-1-1分别穿过六孔耐高温硅条2-1-4两端孔,梯形钢条内架2-1-3,梯形不锈钢钢条端架2-1-2和填补空缺瓷管2-1-5及螺母进行固定,形成3面,每一面具有4孔,分别可供2根分别为5KW、 220V耐高温高镍电热丝2-1-6分别往返穿插孔中，共有6根耐高温电热丝2-1-6构成3面，分为2组，分别以相互间隔的3根耐高温电热丝2-1-6构成其中1组，每组各形成6个端头，在靠近鼓风装置1一侧的接线盒2-6中，采用星型连接法分别连接每组中耐高温高镍电热丝的3路中3个端头，另3个端头分别与380V电源的3根火线连接，并接受功能控制系统的控制；当执行生态培养功能时，仅启动1组3根耐高温电热丝以及培养中压风机1-2和旋转筒体同步工作；当执行干燥功能时，将同时启动2组6根耐高温电热丝以及干燥高压风机1-1和自控旋转筒体同步工作。 

所述的机架装置包括自控旋转筒体6下方的机架23和集料板装置22，发挥支撑及集料作用。 

所述的旋转物料处理系统包括自控旋转筒体6，置于自控旋转筒体6中部的筒体进、出料装置5，自控旋转筒体6中空，两端由进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7加硅胶密封条密封，进风管3和出风管8分别于进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7中心处与自控旋转筒体6同心轴向连接；自控旋转筒体6外壁两端分别设有筒体旋转轨道13；动力主轴24和从动主轴21架于机架23两侧轴承座上，与自控旋转筒体6轴向平行，两根主轴上分别对称设有2个动力轴轮25和从动轴轮20，共4只轴轮，动力轴轮25,从动轴轮20与两道筒体旋转轨道13紧密接触，减速机16与机架23一侧动力主轴24以联轴器相联，提供旋转动力，通过2只动力轴轮25及与其紧密接触的两道筒体旋转轨道13带动自控旋转筒体6转动；而另一侧从动主轴21上的2只从动轴轮20则作为自控旋转筒体6的从动支撑随自控旋转筒体6转动；进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7中心与动力轴轮25和从动轴轮20中心的连线呈90°夹角；可保持转筒稳定性。减速机16与功能控制系统电连接，由功能控制系统控制其开启或停息；自控旋转筒体6的周期性旋转和停息通过减速机由功能控制系统的时控仪任意设定调节。 

所述的自控旋转筒体6两侧的进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7均设有端盖双轴连接器19和端盖锁紧器18，用于端盖的开闭和固定；进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7内侧面均设有梯形密封槽，外窄里宽，镶嵌有10mm方型硅胶密封条（方形硅条的尺寸一般为10mm），可与自控旋转筒体6两侧法兰端面紧贴，保证进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7关闭时的密封性能；出风侧筒体端盖7法兰的两侧分别设有固定圆环，其下方机架23两侧分别设有筒体法兰连杆拉紧钩26，在进料或打开端门之前，必须以筒体法兰连杆拉紧钩26拉紧固定环，用于固定自控旋转筒体6，防止其转动以及端盖7异位翻开。 

所述减速机16的电动机风叶罩上还可设有一旋转圆板，用于在停止减速机工作状态下，可轻松转动电动机风叶，通过转动主轴可调整控制自控旋转筒体6进、出料装置6及两侧端 盖4,7于指定位置姿态，便于进料及开、闭筒体端盖。 

所述的自控旋转筒体6筒内壁两对侧轴向处分别各设有一搅料板6-1，两搅料板沿轴向中心线各彼此相反倾斜5°并分别与自控旋转筒体6筒内壁垂直，筒体旋转时可改善物料的轴向往返运动的搅拌效果；与两对侧分布搅料板各相差90°角的自控旋转筒体6筒内壁处的两对侧轴向位置，分别各设有一碎料器6-2，每一碎料器分别由6块径向站立正梯形碎料板6-3组成，各自距离均匀并轴向直线分布，其每一正梯形碎料板均与筒内壁径向、轴向呈两个方向偏斜6°，每一碎料器6-2中点两侧各3块正梯形碎料板6-3的径向及轴向的偏斜方向相反；这种复合倾斜方式和形状可有效碎料以最大限度避免物料球形结块和提高物料搅拌效果。 

所述的出风侧筒体端盖7内侧中心孔处设有迷宫格状的粉料阻挡器，并通过4根不锈钢管固定于筒体端盖7内侧出风管8管口四周边；可造成热风流回旋曲折路径的流动方式阻挡热风流中粉料逃逸。 

所述的进、出料装置5设有进、出料门，进、出料门一般设计成长方形，长方形进、出料门的水平一侧采用双门轴连接于自控旋转筒体6，可水平内推打开或反向关闭。进、出料门外侧面设有硅胶板具有关闭时的密封功能，此处设有螺栓锁紧装置用于进、出料门关闭时固定进、出料门于自控旋转筒体6筒壁门框；自控旋转筒体6筒壁门框上另设有一短螺杆用于进、出料门打开时与自控旋转筒体6筒壁保持呈径向90°状态固定，用于自动出料，另外配有活动进料导板置于进、出料门处，用于进料。 

所述的出风管8的直径大于进风管3的直径；进风管3及出风管8各一端分别与自控旋转筒体6两侧的进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7中心轴承同心、轴向连接，进风管3及出风管8的另两端分别与进风管弯头2-5和旋风分离筒体11进风口之间采用法兰活动套管方式安全性连接。采用这样的连接方式可以保证自控旋转筒体6旋转过程的安全性，确保其他部件不会由于自控旋转筒体6的旋转过程中可能发生的转动不灵活而移位。 

所述的旋风分离器包括旋风分离筒体11及其上部的分离筒中心管道10，下部的锥形筒体12，自控旋转筒体6的出风管8与旋风分离筒体11在圆周相切处联接相通，连接管道处设有电热耦、湿度感受器和温度表。出风风流沿旋风分离筒体内壁高速旋转，可使少量逃逸粉料随旋转风流沿锥形筒体旋转下降而收集，出风风流从旋风分离筒体11上部的分离筒中心管道10排出。 

所述的功能控制系统与鼓风装置1、电加热装置2-1、液体输入泵15、电热耦、湿度感受器、减速机16电联接，并通过微电脑控制器智能化控制上述各部件的工作与停止。当电加热装置2-1停止工作，而鼓风装置1仍然继续工作一段时间，其延迟工作的时间可由时控仪任意设定调节。 

利用本实用新型所提供的一种固体生态培养、干燥一体机可实现培养与干燥功能的切换，当执行生态培养功能时，仅启动1组3根耐高温高镍电热丝2-1-6以及培养中压风机1-2和自控旋转筒体6同步工作；当执行干燥功能时，将同时启动2组6根耐高温高镍电热丝2-1-6以及干燥高压风机1-1和自控旋转筒体6同步工作。 

本实用新型主要功能特点如下： 

在同一设备中一次性完成益生菌生态有氧培养以及高效温敏物料干燥，能够突现功效的最大化，有效抗杂菌感染，突显一体机优势。 

1、有氧生物发酵的生态化培养 

各相关功能的协调配合可满足益生菌生态化培育要求，由时控仪调控的旋转筒体工作，可以最适的物料翻搅强度使物料充分获氧，充分实现有氧生物发酵程度均匀，温控系统和湿度控制系统通过风力分配器，可使转筒内物料处于温、湿度适宜的仿生态培养环境中。 

2、液体菌种封闭式接种方式安全、快速、均匀、简便 

可在封闭无菌状态下，将菌种液通过接种系统、风力分配器和自动翻搅系统的协同工作，可将菌种液均匀接种混合于培养物料。其特点表现为：安全、快速、均匀、简便。 

3、合理的温敏干燥效率高，有助于保持益生菌活性和数量 

在热风发生系统，旋转物料处理系统，旋风分离器同时工作状态下，43±2℃的快速低温风流干燥可高效率带走培养物料中的水分，达到快速温敏干燥但能维持菌体活性的理想效果。 

本申请专利产品根据不同生产目的，可改变相关的工作参数，工厂规模化生产制备不同的好氧益生菌以及特定菌质，是绿色功能性动物微生物饲料添加剂生产的关键设备，也是医药生物制药、食品发酵生产，以及涉及到有氧菌群固体发酵培养生产的相关领域提高产品质量和效率的新型设备。 

本实用新型适用于好氧益生菌类固体培养与温敏干燥一体化的工厂规模化生产。 

本实用新型发酵容量可为2500L。一体机采用304号不锈钢材料以及微电脑自动控制技术，从仿生学角度研制相关结构，能够自动化控制有氧生物发酵和温敏干燥过程的相关环节，提供良好通风和适宜温、湿度条件，确保益生菌群的高效培育，并能有效地达到较好的封闭性能，使杂菌率控制在1%以下。通过湿度自控及菌液接种输入系统可安全封闭式定量接种菌种液（接种量占培养底物的20%）。本申请专利产品能够实行一机多功能化，简便高效，当完成益生菌有氧生物发酵培养工作后，在原有培养旋转筒体中，可连续性完成温敏、快速、热风干燥工作，使发酵物料含水量减少至10%以下，并能有效保持培育菌群的生物学活性和高质量菌株芽孢数量。 

本产品采用转筒式内置挡料板搅拌物料，旋转筒体内侧壁分别设有两侧反向倾斜性搅料板和其相差90℃轴向分布的碎料板，以加强固体培养-干燥物料的径向、轴向翻搅和混合功能。转筒端盖采用双轴结构保证灵活开闭和较好的密封性能。进、出风管各自两端分别连接端盖 中心轴承和法兰活动套管，该连接方式可保证旋转筒体转动时不影响其他部件，性能安全可靠。热风发生系统的加热采用独特快速风加热结构，配以风机组合和温敏控制系统，满足好氧益生菌类生态培养条件和培养固体物料干燥的快速温敏需求，采用微电脑温、湿度控制仪自动调节控制转筒内适宜的温、湿度及搅拌等相关功能。出风管接一旋风分离器。回收逃逸粉尘，出风口无可见液滴。 

附图说明

图1是固体生态培养、干燥一体机结构示意图的主视图； 

图2是固体生态培养、干燥一体机旋转物料处理系统及机架装置结构示意图的左视图； 

图3是固体生态培养、干燥一体机热风发生系统结构示意图的主视图； 

图4是固体生态培养、干燥一体机电加热装置结构示意图的主视图； 

图5是固体生态培养、干燥一体机电加热装置结构示意图的右视图； 

图6是固体生态培养、干燥一体机自控旋转筒体内筒壁结构示意图的主视图； 

图7是固体生态培养、干燥一体机自控旋转筒体内筒壁结构示意图的展开图； 

图8是固体生态培养、干燥一体机自控旋转筒体内筒壁展开图中碎料器结构示意图的右视图；图9是固体生态培养、干燥一体机功能控制系统电路图。 

其中，1-鼓风装置；1-1-干燥高压风机；1-2-培养中压风机；1-3-风机三通弯头；2-加热进风筒管装置；2-1-电加热装置；2-1-1-长螺杆（4根）；2-1-2-端架（2只）；2-1-3-内架（2只）；2-1-4-耐高温硅条（65只）；2-1-5-瓷管；2-1-6-电热丝（6根）；2-2-耐高温陶瓷内管；2-3-不锈钢外管；2-4-变径风管；2-5-进风管弯头；2-6-接线盒；3-进风管；4-进风侧筒体端盖；5-筒体进、出料装置；6-自控旋转筒体；6-1-搅料板(2块)；6-2-碎料器（2套）；6-3-碎料板（6块/套）；7-出风侧筒体端盖；8-出风管；9-旋风分离器；10-分离筒中心管道；11-旋风分离筒体；12-锥形筒体；13-筒体旋转轨道(2)；14-风机架；15-液体输入泵；16-减速机；17-弯头液体输入控制器；18-端盖锁紧器（6套）；19-端盖双轴连接器；20-从动轴轮（2只）；21-从动主轴；22-集料板装置；23-机架；24-动力主轴；25-动力轴轮（2只）；26-筒体法兰连杆拉紧钩。SS1-干燥温控；SS2-干燥搅拌时控；SS3-干燥通风；SS4-干燥搅拌；SS5-培养温控；SS6-培养湿控；SS7-搅拌时控；SS8-风机时控。 

图10-图15是具体实施方式的附图。 

图10是解淀粉芽孢杆菌3批固体生态培养平均pH动态变化图； 

图11是解淀粉芽孢杆菌3批固体生态培养平均温度动态变化图； 

图12是解淀粉芽孢杆菌3批固体生态培养平均湿度动态变化图； 

图13是解淀粉芽孢杆菌3批固体生态培养平均活菌数动态变化图； 

图14是解淀粉芽孢杆菌3批固体生态培养物干燥后含水量； 

图15是解淀粉芽孢杆菌3批固体生态培养物干燥后芽孢率。 

具体实施方式

实施例1 

以容量2500L，其设备自重约3吨为例。本实用新型固体生态培养、干燥一体机结构结构如图1-2所示，由热风发生系统，液体输入装置，旋转物料处理系统，机架装置，旋风分离器，功能控制系统所组成。 

1、热风发生系统 

热风发生系统如图3包括鼓风装置1及与其连接的加热进风筒管装置2和进风管3。 

鼓风装置1包括培养中压风机1-2和干燥高压风机1-1分别连接风机三通弯,1-3，由风机架14支撑固定，风机三通弯1-3出口再与加热进风筒管装置2相连。两风机进风口处设有空气滤清器，用于防止在培养、干燥过程中的杂菌感染。 

加热进风筒管装置2包括由耐高温陶瓷内管2-2和不锈钢外管2-3构成，近风机侧不锈钢外管2-3外表面设有接线盒2-6，耐高温陶瓷内管2-2内设有电加热装置2-1。通过变径风管2-4以及进风管弯头2-5和进风管3与旋转物料处理系统相通。 

如图4、图5，电加热装置2-1位于加热进风筒管装置2的耐高温陶瓷内管2-2中，由六孔耐高温硅条和梯形钢条构成的半笼式凹形架形成3面,用4根不锈钢螺杆及螺丝分别穿过硅条两端孔固定,每一面具有4孔,可供2根分别为5KW,220V耐高温高镍电热丝分别往返穿插其中，共有6根耐高温电热丝构成3面，分为2组，分别以相互间隔的3根耐高温电热丝构成其中1组，每组各形成6个端头，在靠近风机一侧，分别采用星型连接法连接并与380V电源接通，接受功能控制系统的控制。当执行生态培养功能时，仅启动1组3根耐高温电热丝以及培养中压风机1-2和旋转筒体同步工作；当执行干燥功能时，将同时启动2组6根耐高温电热丝以及干燥高压风机1-1和自控旋转筒体同步工作。 

2、液体输入装置 

液体输入装置包括液体输入泵15的输出管连接至热风发生系统的进风管弯头2-5处的弯头液体输入器17，其中有液管经进风管3管内伸入至自控旋转筒体6进风侧筒体端盖7内侧中心口，通过热风流量分配器，既可使柱状风流被打散，有利于培养、干燥时的热风流呈现均匀、柔和状态；也可实现封闭式接种菌种液和物料自动加湿功能的均匀、柔和状态。工作时，液体输入泵15将伴随培养中压风机1-2以及自控旋转筒体6同步启动运转。热风流量分配器由凸型布满直径2mm孔洞的圆板构成，凸面朝向出风侧筒体端盖7方向，并由4根不锈钢管固定于进风侧筒体端盖7内侧中心口周围。 

3、旋转物料处理系统 

旋转物料处理系统包括自控旋转筒体6，如图6-8，置于自控旋转筒体6中部的筒体进、出料装置5，自控旋转筒体6中空，两端由进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7加硅胶密封条密封，进风管3和出风管8分别与两侧端盖4，7中心处与自控旋转筒体6同心轴向连接；自控旋转筒体6外壁两端分别设有筒体旋转轨道13，动力主轴24和从动主轴21架于机架两侧轴承座上，与自控旋转筒体6轴向平行，两根主轴上分别对称设有2个动力轴轮25和从动轴轮20，共4只轴轮25,20与两道筒体旋转轨道13紧密接触。减速机16与机架一侧动力主轴24以联轴器相联，提供旋转动力，通过2只动力轴轮25与两道筒体旋转轨道13紧密接触带动自控旋转筒体6转动，而另一侧从动主轴21上的2只从动轴轮20则作为从动支撑和转动。筒中心与两侧主轴轮呈90°夹角，可保持转筒稳定性。自控旋转筒体6的周期性旋转和停息由功能控制系统的时控仪任意设定调节。 

所述的自控旋转筒体6两侧的进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7均设有端盖双轴连接器19和端盖锁紧器19，用于端盖开闭和固定。两侧端盖4，7内侧面均设有梯形密封槽，外窄里宽，镶嵌有10mm方型硅胶密封条，可与自控旋转筒体6两侧法兰端面紧贴，保证两侧端盖4,7关闭时的闭封性能；出风侧筒体端盖7一侧的法兰设有两只固定圆环，其下方机架两侧分别设有筒体法兰连杆拉紧钩26，在进料或打开端门之前，必须以筒体法兰连杆拉紧钩26拉紧固定环，用于固定自控旋转筒体6，防止其转动以及端盖7异位翻开。 

减速机16的电动机风叶罩上还设有一旋转圆板，用于在停止减速机工作状态下，可轻松转动电动机风叶，通过转动主轴可调整控制自控旋转筒体6进、出料装置6及两侧端盖4,7于指定位置姿态，便于进料及开、闭筒体端盖。 

自控旋转筒体6筒内壁两对侧轴向处各设有一搅料板，两搅料板各相互相反倾斜6°，筒体旋转时可改善物料的径向、轴向搅拌效果；其相差90°角的自控旋转筒体6筒内壁处两对侧轴向位置，分别于径向各立有4块正梯形碎料板均匀距离、直线分布，可避免物料结块。 

出风侧筒体端盖7内侧中心孔处设有粉料阻挡器，形似迷宫格状，并通过3根不锈钢管固定于筒体端盖7内侧出风管8管口处，可造成热风流回旋曲折路径的流动方式阻挡热风流中粉料逃逸。 

进、出料装置5设有进、出料门，长方形进、出料门的水平一侧采用双门轴连接于自控旋转筒体6，进、出料门外侧面设有硅胶板具有关闭时的密封功能，此处设有螺栓锁紧装置用于进、出料门关闭时固定进、出料门；进、出料门内推打开后，另有螺杆90°固定进、出料门，便于自控旋转筒体6旋转自动出料。还配有活动进料导板置于进、出料门，便于进料； 

出风管8的直径大于进风管3的直径；进风管3及出风管8各一端分别与自控旋转筒体6 两侧的进风侧筒体端盖4和出风侧筒体端盖7中心轴承同心、轴向连接，进风管3及出风管8的另两端分别与进风管弯头2-5和旋风分离筒体11进风口之间采用法兰活动套管方式安全性连接。采用这样的连接方式可以保证自控旋转筒体6旋转过程的安全性，确保其他部件不会由于自控旋转筒体6的旋转过程中可能发生的转动不灵活而移位。 

4、机架装置 

机架装置（图2）包括自控旋转筒体6下方的机架23，发挥支撑作用，机架23中设有集料板装置22，用于收集出料。 

5、旋风分离器 

旋风分离器包括旋风分离筒体11及其上部的分离筒中心管道10，下部的锥形筒体12，自控旋转筒体6的出风管8与旋风分离筒体11在圆周相切处联接相通，连接管道处设有电热耦、湿度感受器和温度表。出风风流沿旋风分离筒体内壁高速旋转，可使少量逃逸粉料随旋转风流沿锥形筒体旋转下降而收集，出风风流从旋风分离筒体11上部的分离筒中心管道10排出。 

6、功能控制系统 

功能控制系统与鼓风装置1、电加热装置2-1、液体输入泵15、电热耦、湿度感受器、减速机16电联接，并通过微电脑控制器智能化控制上述各部件的工作与停止。电路图如图9。 

电器控制箱面板按钮显示，红色按钮为培养功能，绿色按钮为干燥功能，分别联接相关功能的微电脑控制仪，智能化控制整个一体机的正常运行，包括：培养温度及湿度控制，工作周期报警、鼓风与滚筒翻搅工作及时控、干燥温度控制，独立控制鼓风，独立控制滚筒翻搅。当电加热装置2-1停止工作，而鼓风装置1仍然继续工作一段时间，其延迟工作的时间可由时控仪任意设定调节。 

固体生态培养、干燥一体机工作条件与参数： 

本申请专利产品自动控制（微电脑控制）有氧发酵培养工作条件：温度35.0±1.0℃（电功率为15kw），湿度75±5.0%，pH7.2±0.2（在固体培养基配制过程中调控pH），转筒翻搅1min静息5min，培养时间：28小时。在启动热风发生系统培养功能工作的同时，旋转筒体伴随翻搅，以充入丰富的滤过空气氧，为发酵物充分供氧；当培养物料湿度变化时，将通过湿度感受器反馈至功能控制系统，自动启动或关闭液体输入装置调控培养湿度，同时启动风机和转筒工作，以保证物料含水量均匀合适。启动液体输入装置可便捷完成菌种液封闭式均匀接种工作。 

本申请专利产品温敏干燥（微电脑控制）工作条件：温度43±2℃（电功率为30kw），转筒 翻搅1min静息3min，在进行物料的温敏干燥过程中，热风发生系统干燥功能持续工作，旋风分离器可有效回收随风流逃逸的物料粉末。 

本实用新型使用的注意事项： 

1）安装可靠接地线。 

2）旋转筒体工作转动时，虽然装有防护板，但严禁靠近转筒与轴筒接触转动处，以防肢体或衣服等卷入造成伤害。 

3）需要打开旋转筒体进、出料门或端盖前，必须先将机架连杆拉紧钩拉紧固定旋转筒体法兰固定环，然后安全进行相关操作。 

本实用新型的操作方法： 

调整好本实用新型设备相关部件，完成进料、接种等相关工作，根据产品生产工艺要求，调整电器箱相关仪器工作参数，操作电器箱功能控制系统相关按钮即可自动工作。 

实施例2 

利用固体生态培养、干燥一体机进行解淀粉芽孢杆菌固体生态培养与干燥的相关工艺参数研究： 

本专利旨在利用固体生态培养、干燥一体机以益生菌-解淀粉芽孢杆菌为例，进行益生菌固体生态培养、干燥工艺制备技术的研究，以及对其培养、干燥功能的质量评价,提高生产效率，降低生产成本,为解淀粉芽孢杆菌的工厂规模化生产提供相关理论依据和应用参考。 

1材料与方法 

1.1菌种 

菌种是购自中国工业微生物菌种保藏管理中心的解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens CICC20606。 

1.2培养基 

液体菌种培养基：蛋白胨5g、葡萄糖5g、酵母膏5g、K₂HPO₄4g、蒸馏水1L、pH调至7.2。常规方法制备菌种液。 

固体发酵培养基原料及试剂：玉米25%、麸皮30%、豆粕15%、稻壳26.5%、CaH₂PO₄3%、NaCl0.23%、MgSO₄0.15%、MnSO₄0.01%、K₂HPO₄0.11%。用于固体生态培养·干燥一体机的培养。 

1.3采用固体生态培养·干燥一体机培养、干燥试验 

1.3.1培养试验 

根据固体发酵培养配方配制1000kg固体发酵培养基原料，按料水比1:1.3加入无菌纯水，以单手握紧料成团,轻抖即散为宜，用3mol/L的NaOH调节培养基初始pH至7.2，培养基消毒、熟化采用0.15Mpa，121℃，1h。降温后无菌操作转移进灭菌消毒的固体生态培养·干燥一体机中，以15%的菌种液接种量封闭式接种，菌种液活菌数达到120×10⁸CFU/g以上，自动控制（微电脑控制）有氧发酵培养工作条件：温度35.0±1.0℃，湿度75±3.0%，初始pH 7.2±0.2（在固体培养基配制过程中调控pH），转筒翻搅1min静息5min，培养时间：28小时。1.3.2干燥试验 

发酵培养结束后，温敏干燥（微电脑控制）工作条件：温度43±2℃，转筒翻搅1min，静息3min，物料干燥至含水量≤10%，干燥过程结束。收集产物并粉碎过筛（按国标双层筛分法，过60-80目，80目筛上物≤10%），检测活菌菌落数。 

1.4检测方法 

1.4.1活菌计数 

参照国标(GB/T26428-2010)进行测定。 

1.4.2芽孢计数 

参照国标(GB/T26428-2010)进行测定。 

1.5数据分析 

所有数据均以Excel建立数据库，以x±SE表示。 

2实验结果与分析 

2.1解淀粉芽孢杆菌固体生态培养 

2.1.1pH动态变化(图10)： 

三批固体培养试验的pH平均值在6.4±0.06～7.1±0.09之间，初始4h后平均pH的变化范围在6.6±0.20。在发酵过程中，前16h pH下降比较明显，16h后，pH值呈略微上升趋势。 

2.1.2温度动态变化(图11) 

3批固体生态培养试验的温度控制在35.0±1.0℃，从图11可见，三次连续培养温度的平均值在36.47±0.088～37.20±0.115之间，且温度变化不大而保持稳定。 

2.1.3湿度动态变化(图12) 

3批固体生态培养试验的湿度控制在75±5.0%，从图12可见，三次连续培养湿度的平均值在83.33±0.333%～86±0.577%之间变化，其湿度变化范围不大可保持培养湿度的相对稳定。 

2.1.4活菌数动态变化(图13) 

3批固体生态培养试验过程中，活菌数变化比较有规律，在发酵刚开始0～4h活菌数比较低，可能是由于解淀粉芽孢杆菌接种至固体培养基后，对新环境有一个短暂的适应过程，活力较低。4～16h菌体活力逐渐增强，16h后解淀粉芽孢杆菌进行迅速的生长繁殖，菌体数量增长很快。16～28h活菌数呈快速上升趋势，在此过程中，芽孢不断形成。 

2.2解淀粉芽孢杆菌固体生态培养物的干燥(图14) 

3批固体生态培养物经6h干燥后，含水量分别为9.0%，8.3%，8.6%，平均为8.63%±0.203，符合国标对固体发酵物干燥后含水量的要求。 

2.3解淀粉芽孢杆菌固体生态培养物干燥后芽孢率(图15) 

3批固体生态培养物经6h干燥后，芽孢率分别为78%，80%，85%，平均为81±2.1%，表明本申请专利的固体生态培养·干燥一体机对总体的固体生态培养和干燥过程的控制是很好的。 

3讨论 

3.1精确控制发酵条件对发酵效果的评价 

本研究采用自行研制的固体生态培养·干燥一体机对解淀粉芽孢杆菌固体发酵过程进行研究，由于从生态仿生角度，智能化和合理性控制相关发酵参数，从而使整个发酵过程具有稳定性好、效率高的特点。 

3.2控制pH值相对稳定对固体发酵效果的影响 

合适的pH水平是益生菌生长和代谢产物合成的非常重要的条件参数，也是代谢活动的综合反映。本研究中发酵底物的温度和湿度在相对稳定的条件下，表现为发酵前期0-16h阶段，pH值呈逐渐下降趋势，反映出益生菌活性呈现快速增强状态，代谢的酸性产物逐渐增加；然而发酵后期16-28h阶段,pH值呈逐渐回升趋势，这由于本实用新型固体生态培养·干燥一体机能够旋转翻搅培养物料并充分供给温湿度适宜的空气氧，有效缓冲培养过程中逐渐下降的pH值，而且总体pH值的波动控制在较小的适宜范围内，较好地维持了整体发酵培养过程pH值的相对稳定，同时活菌数量呈现出快速增长状况。可能是由于培养过程中供氧充分，在培养后期培养物料溶氧增大所致 

3.3温度控制对固体发酵效果的的影响 

本实用新型的固体生态培养·干燥一体机采用微电脑自动控制培养温度为35℃±1.0℃，,整个发酵过程中温控稳定，这有助于保持较高的酶活性状态，符合解淀粉芽孢杆菌生长繁殖最适生长温度范围的需要。更重要的是由于筒体的旋转翻搅，保证了全部培养物料的发酵温度均匀一致和充分供氧，符合解淀粉芽孢杆菌生长繁殖的最适生长温度范围的需要并有效提高发酵培养质量。 

3.4湿度控制对固体发酵效果的影响 

本研究设备通过智能温湿度仪自动控制培养湿度的稳定，此外也控制培养温度的稳定。当培养物料湿度变化时，将自动启动或关闭湿度自控及菌液接种输入系统的喷射液体装置，调控培养湿度，同时启动风机和转筒工作，以保证物料含水量均匀。本研究中固体发酵湿度控制为75±5.0%，结果表明能满足解淀粉芽孢杆菌生长繁殖所需的适宜湿度范围。是由于液体输入装置均匀、柔和的物料自动加湿功能所发挥的作用，符合解淀粉芽孢杆菌生长繁殖的最适生长湿度范围的需要。所设定的湿度值偏低于实际测定值，是由于本实用新型固体生态培养·干燥一体机的湿度感受器设置在自动旋转筒体的出风口，液体输入装置的自动加湿功能与湿度感受器的反馈信息在时间上有一延迟，会使湿度值提高，此外，在一定的温度条件下，湿度值也会提高。因此，考虑到这些因素的影响，可用来指导湿度的设定。 

3.5固体生态培养·干燥一体机液体菌种封闭式接种方式对发酵效率的影响 

固体生态培养·干燥一体机可在封闭无菌状态下，将菌种液通过接种系统、风力分配器的协同工作，将菌种液均匀混合接种于培养物料。其特点表现为：安全、快速、均匀、简便，尤其在益生菌培养初期抗杂菌感染效果较为理想。 

3.6培养过程中的活菌数动态变化特点 

在本研究的特定培养条件下，随着整个发酵进程，解淀粉芽孢杆菌活菌数呈现出持续升高的动态性变化。发酵培养的初期属于生长延滞期，其活菌数量上升不明显，但是培养物料的pH值呈逐渐下降趋势，代谢的酸性产物逐渐增加，反映出益生菌活性呈现快速增强状态，此后活菌数呈大幅度上升趋势，属于细菌的生长指数期，代谢旺盛。研究结果反映出培养过程中相关培养条件的控制是较为合适的。 

3.7培养物干燥后含水率和芽孢率变化特点 

培养物料经干燥后解淀粉芽孢杆菌粉的含水率平均为8.633%±0.203，芽孢率平均为81%±2.081，符合国家相关产品质量控制要求。本研究采用热风温控系统，自动翻搅系统，旋风分离回收装置同时工作的状态下，保持43±2℃的快速低温风流干燥条件下，，结果表明可大幅度提高培养物料的表面积，高效率去除培养物料中的水分，有效保持益生菌数量和活性，达到快速温敏干燥但能维持菌体活性的理想效果。 

3.8固体生态培养·干燥一体机工作效果评价 

通过本申请专利固体生态培养·干燥一体机对解淀粉芽孢杆菌固体生态培养和干燥的工艺流程进行研究，从仿生学角度研制相关结构，由自动翻搅系统调控转筒工作，能够自动化控制有氧生物发酵底物的搅拌强度，并使物料充分获氧，发酵均匀。温、湿度控制系统通过风力分配器，可使搅拌均匀的物料处于温、湿度适宜的仿生态培养环境中，确保益生菌群的高效培育。 

通过菌种液接种输入系统可安全封闭式定量接种菌种液，并能有效地达到较好的封闭状态，使杂菌率控制在1%以下。 

本研究中，固体生态培养·干燥一体机自动控制的有氧生物发酵培养工作条件设置为：温度35.0±1.0℃，湿度75±5.0%，初始pH7.2±0.2（在固体培养基配制过程中调控pH），转筒翻搅1min静息5min，培养时间：28小时，最终发酵物料中含菌量平均达到203.333±4.410×10⁸CFU/g；自动控制温敏干燥工作条件设置为：温度43±2℃，转筒翻搅1min静息3min。芽孢率平均为81±2.081%，含水量平均为8.633±0.203%。在进行物料的温敏干燥过程中，干燥热风温控系统持续工作，旋风分离器可有效回收随风流逃逸的物料粉末。与液体发酵工艺相比，显著性提高了有氧生物发酵产量，大幅度降低了生产成本，能完全满足需氧益生菌工厂规模化生产的要求。 

Claims (4)

1.一种固体生态培养、干燥一体机，其特征在于：依次包括热风发生系统、液体输入装置、旋转物料处理系统、机架装置、旋风分离器（9）以及功能控制系统； 

所述的热风发生系统包括鼓风装置（1）及与其连接的加热进风筒管装置（2）和进风管（3）； 

所述的鼓风装置（1）包括分别连接风机三通弯头（1-3）的培养中压风机（1-2）和干燥高压风机（1-1），由风机架（14）支撑固定，风机三通弯头（1-3）出口与加热进风筒管装置（2）相连，培养中压风机（1-2）和干燥高压风机（1-1），分别在进风口处设有空气滤清器，用于防止在培养、干燥过程中的杂菌感染； 

所述的加热进风筒管装置（2）包括耐高温陶瓷内管（2-2）及其外部的不锈钢外管（2-3），耐高温陶瓷内管（2-2）内设有电加热装置（2-1），通过变径风管（2-4）以及进风管弯头（2-5）和进风管（3）与旋转物料处理系统相通，进风管弯头（2-5）用于连接变径风管（2-4）及进风管（3）且使得二者夹角呈90°，近鼓风装置（1）侧不锈钢外管（2-3）外表面设有接线盒（2-6）,分别与耐高温陶瓷内管（2-2）中的电加热装置（2-1）和功能控制系统电连接； 

所述的液体输入装置包括液体输入泵（15）以及连接液体输入泵（15）与热风发生系统的进风管弯头（2-5）处的弯头液体输入器（17），其中弯头液体输入器（17）的液管经进风管（3）管内伸入至自控旋转筒体（6）进风侧筒体端盖（4）内侧中心口，弯头液体输入器（17）的液体出口处设有热风流量分配器，热风流量分配器由凸型布满孔洞的圆板构成，其凸面朝向出风侧筒体端盖（7）方向，并由4根不锈钢管固定于进风侧筒体端盖（4）内侧中心口周围； 

所述的电加热装置（2-1）位于加热进风筒管装置（2）的耐高温陶瓷内管（2-2）中，由6根六孔耐高温硅条（2-1-4）,2只梯形不锈钢钢条端架（2-1-2）,2只梯形钢条内架（2-1-3）和4根不锈钢长螺杆（2-1-1）以及相应螺母、垫片及填补空缺瓷管（2-1-5）构成半笼式凹形架,是由不锈钢长螺杆（2-1-1）分别穿过六孔耐高温硅条（2-1-4）两端孔,梯形钢条内架（2-1-3）,梯形不锈钢钢条端架（2-1-2）和填补空缺瓷管（2-1-5）及螺母进行固定,形成3面,每一面具有4孔,分别可供2根分别为5KW、220V耐高温高镍电热丝（2-1-6）分别往返穿插孔中，共有6根耐高温电热丝（2-1-6）构成3面，分为2组，分别以相互间隔的3根耐高温电热丝（2-1-6）构成其中1组，每组各形成6个端头，在靠近鼓风装置（1）一侧的接线盒（2-6）中，采用星型连接法分别连接每组中耐高温高镍电热丝的3路中3个端头，另3个端头分别与380V电源的3根火线连接，并接受功能控制系统的控制； 

所述的机架装置包括自控旋转筒体（6）下方的机架（23）和集料板装置（22），发挥支撑及集料作用； 

所述的旋转物料处理系统包括自控旋转筒体（6），置于自控旋转筒体（6）中部的筒体进、出料装置（5），自控旋转筒体（6）中空，两端由进风侧筒体端盖（4）和出风侧筒体端盖（7）加硅胶密封条密封，进风管（3）和出风管（8）分别于进风侧筒体端盖（4）和出风侧筒体端盖（7）中心处与自控旋转筒体（6）同心轴向连接；自控旋转筒体（6）外壁两端分别设有筒体旋转轨道（13）；动力主轴（24）和从动主轴（21）架于机架（23）两侧轴承座上，与自控旋转筒体（6）轴向平行，两根主轴上分别对称设有2个动力轴轮（25）和从动轴轮（20），共4只轴轮，动力轴轮（25）,从动轴轮（20）与两道筒体旋转轨道（13）紧密接触，减速机（16）与机架（23）一侧动力主轴（24）以联轴器相联，提供旋转动力，通过2只动力轴轮（25）及与其紧密接触的两道筒体旋转轨道（13）带动自控旋转筒体（6）转动；而另一侧从动主轴（21）上的2只从动轴轮（20）则作为自控旋转筒体（6）的从动支撑随自控旋转筒体（6）转动；进风侧筒体端盖（4）和出风侧筒体端盖（7）中心与动力轴轮（25）和从动轴轮（20）中心的连线呈90°夹角；减速机（16）与功能控制系统电连接，由功能控制系统控制其开启或停息； 

所述的自控旋转筒体（6）两侧的进风侧筒体端盖（4）和出风侧筒体端盖（7）均设有端盖双轴连接器（19）和端盖锁紧器（18），用于端盖的开闭和固定；进风侧筒体端盖（4）和出风侧筒体端盖（7）内侧面均设有梯形密封槽，外窄里宽，镶嵌有方型硅胶密封条分别与自控旋转筒体（6）两侧法兰端面紧贴，保证进风侧筒体端盖（4）和出风侧筒体端盖（7）关闭时的密封性能；出风侧筒体端盖（7）法兰的两侧分别设有固定圆环，其下方机架（23）两侧分别设有筒体法兰连杆拉紧钩（26），可拉紧固定环，用于固定自控旋转筒体（6）； 

所述的自控旋转筒体（6）筒内壁两对侧轴向处分别各设有一搅料板（6-1），两搅料板沿轴向中心线各彼此相反倾斜5°并分别与自控旋转筒体（6）筒内壁垂直；与两对侧分布搅料板各相差90°角的自控旋转筒体（6）筒内壁处的两对侧轴向位置，分别各设有一碎料器（6-2），每一碎料器分别由6块径向站立正梯形碎料板（6-3）组成，各自距离均匀并轴向直线分布，其每一正梯形碎料板均与筒内壁径向、轴向呈两个方向偏斜6°，每一碎料器（6-2）中点两侧各3块正梯形碎料板（6-3）的径向及轴向的偏斜方向相反； 

所述的出风侧筒体端盖（7）内侧中心孔处设有迷宫格状的粉料阻挡器，并通过4根不锈钢管固定于筒体端盖（7）内侧出风管（8）管口四周边； 

所述的进、出料装置（5）设有进、出料门，进、出料门的竖边一侧采用双门轴连接于自控旋转筒体（6），进、出料门外侧面设有硅胶板，进、出料门关闭时具有密封功能，此处设有螺栓锁紧装置用于进、出料门关闭时固定于自控旋转筒体（6）筒壁门框； 

所述的出风管（8）的直径大于进风管（3）的直径；进风管（3）及出风管（8）的一端 分别与自控旋转筒体（6）两侧的进风侧筒体端盖（4）和出风侧筒体端盖（7）中心轴承同心、轴向连接；进风管（3）及出风管（8）各自的另一端分别与进风管弯头（2-5）和旋风分离筒体（11）进风口之间采用法兰活动套管方式安全性连接； 

所述的旋风分离器（9）包括旋风分离筒体（11）及其上部的分离筒中心管道（10），下部的锥形筒体（12）；自控旋转筒体（6）的出风管（8）与旋风分离筒体（11）在圆周相切处联接相通，连接管道处设有电热耦、湿度感受器和温度表； 

所述的功能控制系统与鼓风装置（1）、电加热装置（2-1）、液体输入泵（15）、电热耦、湿度感受器、减速机（16）电联接，并通过微电脑控制器智能化控制上述各部件的工作与停止；当电加热装置（2-1）停止工作，而鼓风装置（1）仍然继续工作一段时间，其延迟工作的时间由功能控制系统的时控仪设定调节。 

2.根据权利要求1所述的一种固体生态培养、干燥一体机，其特征在于：所述 

减速机（16）的电动机风叶罩上还设有一旋转圆板，用于在停止减速机工作状态下，转动电动机风叶，通过转动主轴调整控制自控旋转筒体（6）进、出料装置（6）及进风侧筒体端盖（4）和出风侧筒体端盖（7）于指定位置姿态，便于进料及开、闭筒体端盖。 

3.根据权利要求1所述的一种固体生态培养、干燥一体机，其特征在于：所述的热风流量分配器上的孔洞直径为2mm。 

4.根据权利要求1或2所述的一种固体生态培养、干燥一体机，其特征在于：自控旋转筒体（6）筒壁门框上另设有一短螺杆用于进、出料门打开时与自控旋转筒体（6）筒壁保持呈径向90°状态固定，用于自动出料，另外配有活动进料导板置于进、出料门处，用于进料。 

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