CN220537811U - 实时监控发酵状态之装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种实时监控发酵状态之装置，包含：一发酵容器，置于一机架上；一搅拌混合机构，具有一搅动板，该搅动板置于该发酵容器中；以及一组合监测器，该组合监测器具有复数个感测元件及显示元件，且该组合监测器设置在该发酵容器上，藉由感测该发酵容器内之发酵状态，以将各种发酵状态利用不同的显示方式呈现于显示元件上，供一用户针对发酵状态作处理。

Description

实时监控发酵状态之装置

技术领域

本实用新型系有关于一种实时监控发酵状态之装置，尤指一种能通过实时、易于辨识的方式来达到警示作用的实时监控发酵状态之装置。

背景技术

微生物发酵的风潮正在改变全球食品产业链，微生物组技术于2008年起发展至今，已从原先应用于人体健康，逐渐往环境及食品领域应用。国际上食品产业相继应用微生物组技术，切入食品制造中的各个环节，包含原物料的质量监控、生产制造环境的卫生监控、产品的质量追踪等。而近年来各大研究单位亦将资源投注于了解各项食品之制程，尤其发酵产业，探索微生物组成变化对产品质量、风味等之关键影响因子，如探索高商业价值的酒类发酵、干酪熟成等产品，或传统发酵产业之发酵蔬菜、发酵饮品等，亦有过往不被认知与发酵相关之可可及咖啡等。同时，也因为微生物组技术于健康领域的探索，促进了消费者对于发酵食品的好感。消费者已普遍认同微生物发酵不仅可以具有健康益处，亦是寻求新颖口味或口感体验的来源。这两股驱动力也成为了现今食品产业创新研发的重要动力。虽然以微生物进行原物料的发酵已是产业上应用许久的技术，尤其对于固态发酵而言，在制程的控管上一直都存在如发酵传递不均匀、发酵状态难以监控等困难，这些问题将导致产品质量的不稳定以及成本控管上之困难。

因此，实时监测食品发酵状态及发酵均匀化，是稳定发酵食品质量及控管成本的重要关键。食品发酵过程中参与的微生物们，常见者为酵母菌、乳酸菌及醋酸菌，在不同环境及状态下，微生物们会利用原物料中的各种营养物进行生长及代谢，同时生成相对应的代谢物。如酵母菌之生长及代谢，会生成二氧化碳及酒精；醋酸菌之生长及代谢，会生成醋酸；乳酸菌之生长及代谢，会生成乳酸、醋酸、二氧化碳等。透过代谢物生成后所塑造出之环境特征，即可作为监控发酵状态的指标，即为监控发酵时之温度变化、酸碱值变化、压力变化、氧气浓度变化、湿度变化、导电度变化等。

另外，食品发酵之原物料，通常多为固体混合液体之样态。若为传统于容器内之静置发酵方式，通常会造成发酵的不均匀，量体越大越明显；且若于发酵过程中，开启容器以手工器具进行搅拌、添加物料或移除发酵液等操作，也常因破坏发酵环境或异物入侵，易于导致发酵效率差、失败甚至造成污染。故若能维持原发酵环境并进行发酵物的搅拌，不仅能进行均匀的物质交换，也能因为不破坏原发酵环境而使得发酵食品降低失败风险。

为了改善食品发酵过程中所产生之问题，中国新型专利号217265785揭示一种咖啡果皮保存用预发酵装置，包括发酵罐、搅拌元件、循环换热元件、果胶酶液储罐、硫酸氢钠储罐、集料箱、温度传感器、显示器等，此实用新型在发酵过程中，透过温度传感器及PLC控制模块，以循环换热元件控制发酵时之温度，并以搅拌元件混合物料，以改善发酵效率之问题。而另一中国新型专利号215288814揭示一种咖啡鲜果发酵的发酵桶气压检测装置，包括发酵桶、机械气压感测装置及警报装置、温湿度传感器。此实用新型主要透过机械气压感测装置，当桶内气压上升至一定压力，将能推动活动板向上移动，并触发警报开关进行提醒，可直接根据警报装置就能够知道发酵桶内的气压状况已达一定压力，确认是否完成发酵。

上述中国新型专利号217265785仅针对改善发酵效率之问题而创作之技术，而中国新型专利号215288814则仅藉由警报开关，了解发酵桶内的发酵是否达到终点而创作的技术，但此二案皆无法在发酵的过程中，以实时、易于辨识的方式监测发酵容器内的发酵状态，并藉由所监测的发酵状态，以实时调控发酵容器内的发酵状态，来提升发酵成功率，因此，为让使用者能快速辨别发酵状态的好坏及状况以及发酵更为均匀，需设计一种密封式发酵容器结构，藉由组合多种传感器、实时显示器及特殊设计之搅动板，使发酵过程可实时监测状态及均匀化发酵物，解决以往发酵过程中，因为物料与不可控之外界环境接触过多、物料不均匀、难以实时了解发酵状态，而造成之发酵质量不佳或生产失败等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种以实时、易于辨识的方式来达到警示作用的实时监控发酵状态之装置。

本实用新型的另一目的在于提供一种使用更多种类之传感器，能以更精准的监测及简易之调控方式来提升发酵成功率的实时监控发酵状态之装置。

为达上述目的，本实用新型的实时监控发酵状态之装置，包含：一发酵容器；一搅拌混合机构，具有一搅动板，该搅动板置于该发酵容器中；以及一组合监测器，该组合监测器具有复数个感测元件及显示元件，且该组合监测器设置在该发酵容器上，藉由感测该发酵容器内之发酵状态，以将各种发酵状态利用不同的显示方式呈现于显示元件上，供一用户针对发酵状态作处理。

较佳地，该发酵容器为一横向圆桶，且该发酵容器的两端透过一主转轴架设于一机架上，该主转轴的其中一端连接该搅拌混合机构。

较佳地，该搅拌混合机构进一步设有一齿轮组及一驱动元件，该齿轮组连接该驱动元件。

较佳地，该齿轮组包含一主动齿轮与一被动齿轮，而该驱动元件为一转盘，该主动齿轮设于该转盘上，而该被动齿轮设于该主转轴上，透过该转盘的主动齿轮和该主转轴上的被动齿轮之间的高齿轮比，使该转盘转动时，进而翻滚该发酵容器。

较佳地，该搅动板具有复数个孔洞。

较佳地，该发酵容器上设有一盖体、一透明窗口及复数个阀体，该盖体能够由使用者手动开关，作为入料及出料之主要开口，且该盖体的中间设有一照明灯，以搭配该透明窗口，用于观察发酵容器内部的物料状态。

较佳地，该复数个阀体为排液阀、排气阀及/或连接阀。

较佳地，该发酵容器为不锈钢，且该发酵容器外包覆一中空夹套，该中空夹套用以保温阻隔或通以流水进行温度调节。

较佳地，该组合监测器之感测元件为压力传感器、氧气浓度传感器、湿度传感器、样品酸碱值传感器、样品温度传感器及/或样品导电度传感器，而该显示元件为一显示器。

较佳地，该各个传感器各自有独立之显示器，该显示器系以显示不同数值作为辅助指示方式，以代表该发酵容器内之发酵状态。

较佳地，该各个传感器各自有独立之显示器，该显示器系以显示不同颜色作为主要指示方式，以代表该发酵容器内之发酵状态。

较佳地，该显示器显示为红色，代表危险状态，而该显示器显示为黄色，则代表警示状态，而该显示器显示绿色，则代表正常状态。

附图说明

图1系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的示意图。

图2系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置经翻转后的示意图。

图3系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的发酵容器的侧视剖面图。

图4系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的发酵容器内的示意图。

图5系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的搅动板的示意图。

图6系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的另一实施例的侧视图。

具体实施方式

请参考图1，图1系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的示意图。本实用新型的提供一种实时监控发酵状态之装置100，包含：一发酵容器1；一搅拌混合机构2，具有至少一搅动板20，该搅动板20置于该发酵容器1中；以及一组合监测器，该组合监测器具有复数个感测元件及显示元件，且该组合监测器设置在该发酵容器1上，藉由感测该发酵容器1内之发酵状态，以将各种发酵状态利用不同的显示方式呈现于显示元件上，供一用户针对发酵状态作处理。

请继续参考图1并配合参考图2，图2系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置经翻转后的示意图。于本实施例中，该发酵容器1为一横向圆桶，且该发酵容器1的两端透过一主转轴4架设于一机架5上，该主转轴4的其中一端连接该搅拌混合机构2，该搅拌混合机构2亦设有一齿轮组21及一驱动元件22，该齿轮组21连接该驱动元件22，而在此实施例中，该驱动元件22为一转盘，以利用该转盘22转动该齿轮组21，进而翻滚该发酵容器1。

于本实施例中，该发酵容器1包含一盖体10、一透明窗口(图未示)及复数个阀体，该盖体10置于发酵容器1之上下方的其中之一侧，如图1所示，此时在发酵容器1上方一侧，但若该发酵容器1经翻转后则可能位于该发酵容器1下方一侧(请参考图2)，以可以由使用者手动开关，作为入料及出料之主要开口，且于该盖体10中间设有一照明灯11，可搭配设于该发酵容器1侧面中间的该透明窗口，而让用户易于观察发酵容器1内部的物料状态，且该盖体10亦结合硅胶垫圈及紧迫装置(图未示)，可提供该发酵容器1的气密性，用以便于控制发酵容器1内的发酵环境。

另于本实施例中，本实用新型的实时监控发酵状态之装置100的该复数个阀体，包含一排液阀12及排气阀13，其中该排液阀12安置于该发酵容器1的下方，可排出发酵容器1内的液体，亦可搭配抽液帮浦，将液体重新由发酵容器1上方的其它阀体引入发酵桶内，促进发酵状态及均匀度，而该排气阀13安置于该发酵容器1的上方，可排出发酵容器1内因发酵所产生的气体之外，也可作为排出发酵容器1内湿气之用，另外，亦可搭配抽气帮浦作为调整发酵容器1内压力之用；另于该发酵容器1的上方及下方，亦可增设有多种连接阀，使本实用新型的实时监控发酵状态之装置100的发酵容器1，可依用户所需的功能扩充具有功能性的连接阀，如一或多个气体连接阀13，可作为通气、排气之用；亦或一或多个连接阀14，设于该发酵容器内端，或可连接直通该发酵容器底部之不锈钢管、旋转喷淋球等，作为取液、排液、添液之用；亦或，一或多个KF40连接阀15，作为馈料或发酵容器功能升级之用；亦或，一或多个KF40连接阀15，作为传感器连接阀，作为增加传感器之用；亦或，两个循环水连接阀16，作为环境稳定调控之用。

本实用新型的实时监控发酵状态之装置100的该发酵容器1为不锈钢材质，且该发酵容器1的外侧包覆有一中空夹套17，该中空夹套17可做为保温阻隔或可使用循环水连接阀16通以流水进行温度调节用；另于该机架5底侧可以设置有用于移动该发酵容器1的滚轮(图未示)。

请继续参考图1及图2，并配合参考图3及图4，图3和图4分别系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的发酵容器之侧视剖面图及本实用新型的实时监控发酵状态之装置的发酵容器内之示意图，且为了便于说明，于此图式中仅显示该搅动板与该发酵容器作说明。本实用新型的实时监控发酵状态之装置100的该搅拌混合机构2由该发酵容器1内之搅动板20以及该齿轮组21与该驱动元件22所组成，该发酵容器内设有复数个横向之该搅动板20，该搅动板20主要分布于在该发酵容器1内中心轴下1/2的位置处，如图3所示，且于本实施例中，在发酵容器1内设有4个搅动板20，该搅动板20系相互错置固定于该发酵容器1内，如图4所示，其高度为发酵容器1的桶身半径之一半以下，如图3所示，且透过该搅动板20位置的分布，使该发酵容器1翻动时，该发酵容器1内的发酵物能增加扰动，有助于混合。在本实施例中，如图3及图4所显示的本实用新型的实时监控发酵状态之装置100的搅动板20，设置在该发酵容器1内的位置以及数量，仅为一种实施示例，熟悉该技术的人员应可清楚了解，在不脱离下述申请专利范围与精神下可进行各种变化与改变，因此本实用新型的实时监控发酵状态之装置100的搅动板20，设置在该发酵容器1内的位置以及数量，可依据所需的实际状况进行调整变动，并不局限在如图3与图4所设置的位置及数量。

请继续参考图3及图4，并配合参考图5，图5系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的搅动板之示意图。于本实施例中，该搅动板20本身具有孔洞24，当该发酵容器1翻动时，可使累积于该发酵容器1底部的液体可随该发酵容器1翻动时均匀散布至该发酵容器1内的各处，以利于均匀及物质交换；而该搅拌混合机构2的该转盘22一端与该发酵容器1的主转轴4的连接，是以该齿轮组21作接合，该齿轮组21包含一主动齿轮与一被动齿轮，该主动齿轮设于该转盘22上，而该被动齿轮设于该主转轴4上，透过该转盘22的主动齿轮和该主转轴4上的被动齿轮之间的高齿轮比，使该转盘22转动时，能轻易地转动并翻滚该发酵容器1，使发酵物能在维持原发酵环境之状态下，随该发酵容器翻滚并易于混合，且该转盘22可翻转该发酵容器1至适当的角度，使可将该发酵容器1之该盖体10转至直接面向操作者，以利使用者能方便入料及出料，而该转盘22之另一端可与一驱动装置(图未示)连接，该驱动装置可以为人力、马达、电机设备、或其他用于提供转盘运作之动力。

于本实施例中，本实用新型的实时监控发酵状态之装置100的组合监测器由安置于该发酵容器1上之6种感测元件及显示元件组成，该感测元件共有压力传感器30、湿度传感器31、氧气浓度传感器32、温度传感器33、酸碱值传感器34及导电度传感器35，该压力传感器30、湿度传感器31、氧气浓度传感器32安装于该发酵容器1的上方，用于监测该发酵容器1内环境样貌；而该温度传感器33、酸碱值传感器34及导电度传感器35安装于该发酵容器1的下方，用于监测产品发酵状态，其中各个传感器皆有独立的显示器，该显示器以呈现红、黄、绿状态为主要指示方式，而数值为辅助指示方式，红、黄、绿状态分别代表危险、警示、正常，用以实现使操作者能实时以颜色辨别该发酵容器1内之发酵环境是否维持在正确状态，而在发酵工作起始时，可针对各个传感器设定各个颜色及各个数值的关联性，并依需求启动，启动后即进入实时侦测状态，若该传感器之显示器呈现黄/红状态，可该使用者马上得知处于异常状态，便于立即做出行动修正发酵状态。此时即可透过该发酵容器上之各种不同功能的阀体，针对温度、压力、气体组成、湿度、酸碱值、导电度等，以馈料、排放发酵液、气体置换、加减压、升降温等操作进行发酵环境调整，达到实时监测实时反应之效用，维持正确发酵状态，稳定产品质量及有效控管成本。

请参考图6，图6系显示本实用新型的实时监控发酵状态之装置的另一实施例的侧视图。本实施例之实时监控发酵状态之装置100的结构大致相同于图1至图5中所揭示的结构，不同之处在于该组合监测器位于下方的传感器系斜置于该发酵容器1外侧桶身下方1/4的位置，以便传感器正确反应出实际的发酵环境状态。

本实用新型的实时监控发酵状态之装置，可适用于各种领域中的发酵程序，例如食品产业(如咖啡豆制程、酿造产品、制茶、酪农产品、发酵腌渍产品、曲制品等)、生技产业(如生技食品原料、生物性医药品、微生物农药、微生物肥料等)等。

为了清楚说明本实用新型的实时监控发酵状态之装置在使用时所呈现的实际状态，现以咖啡制程为例，其利用本实用新型的实时监控发酵状态之装置应用于咖啡发酵中果实、脱皮果实或咖啡豆的固态发酵步骤。

使用本实用新型的实时监控发酵状态之装置于咖啡制程时，首先工作人员能使用调配好之食品级酒精及/或消毒液，以擦拭、喷洒、灌流等方式，清洁发酵容器及各种阀体。清洁消毒完成后，关闭所有阀体，工作人员可驱动转盘，倾转发酵容器45-90度，使该发酵容器的盖体朝向工作人员，并打开该盖体，将咖啡果实倒入发酵容器内，利用转盘来翻滚该发酵容器使咖啡果实均匀混合及散布于发酵容器内，完成后盖上并透过紧迫装置锁紧该盖体，并再次检查所有阀体皆已关闭，使发酵容器内环境与外界阻隔，以利建立正确之发酵环境，确保发酵作业之进行，接着工作人员将设定压力传感器、湿度传感器、氧气浓度传感器、温度传感器、酸碱值传感器及导电度传感器的显示器之颜色及其数值，产生一关联性，并启动传感器，确认各个传感器正常运作后，工作人员可透过不同功能的阀体，以连接循环水或/及喷洒菌粉或/及喷洒预先活化菌液或/及控制压力或/及添加气体来设定发酵环境，其中一实施例，工作人员将真空帮浦管路接上发酵容器之排气阀，开启排气阀及真空帮浦，观察压力传感器之数值达设定目标值后，关闭排气阀及真空帮浦，完成发酵环境之设置，开始进行咖啡果实发酵。

接着，在发酵过程中，工作人员可从各个传感器显示之实时状态确认发酵进程是否如预期进程，若如预期进程显示器会呈现绿色，例如，以温度传感器确认样品发酵温度是否正确；以酸碱度传感器确认样品酸碱值是否正确；以导电度传感器确认样品导电度是否正确；以氧气传感器确认发酵环境是否维持；以压力传感器确认发酵环境是否维持；以湿度传感器确认发酵环境是否维持，并从各个传感器之显示器的颜色，可令工作人员根据发酵容器内之实时状态，判断是否启动或停止各项操作，例如，启动或停止真空帮浦调整发酵容器内压力或湿度；或，启动或停止循环水调整发酵温度或速度；或，启动排液阀，能让工作人员排出多余发酵液，调整发酵物酸碱值或导电度；或，启动转盘，能使工作人员翻滚发酵容器，使发酵物发酵状态保持均匀；或，启动或停止馈料阀，能让工作人员加入发酵物料，调整发酵速度；亦或，启动排液阀并连接抽液帮浦及添液阀，能让工作人员循环发酵容器内液体，使发酵物发酵状态保持均匀等，以上操作仅为示例，并不局限于上述的操作，且可操作单一项，亦可组合多项操作。

另外，所述发酵环境的设置可透过上述所揭示中的一者或多者组合该发酵环境，且不限于上述揭示之方式，可视所需求的发酵制程来决定，以设置发酵环境之方式调整发酵过程中的微生物生态，可以使咖啡果实的发酵拥有不同变化，生产出不同风味的咖啡豆。

再者，依据该组合监测器之反馈，待确定咖啡果实发酵至预定程度，可先开启排气阀使发酵容器内之压力与外界环境平衡，再开启排液阀将发酵容器内多余的液体排出，接着工作人员可驱动转盘，倾转该发酵容器45-90度，使该盖体朝向工作人员，以便打开该盖体，待开启盖体后，或可再驱动转盘使发酵桶更加倾斜，取出发酵完成之咖啡果实，接着，将咖啡果实移往干燥设备，进行干燥制程，最终产出风味佳之咖啡豆，取出料完毕后，发酵容器及各个阀体再进行清洗及消毒，即可进行下轮发酵制程。

以上所述仅是本实用新型的实时监控发酵状态之装置应用上的其中一实施例，本实用新型的实时监控发酵状态之装置并非仅能限制于实施例实施之原物料，对于熟悉发酵的专业人员，可依据本实用新型的发酵容器架构，对实施原物料或步骤作任何修改及组合，均可属于本实用新型的技术方案范围。

本实用新型的实时监控发酵状态之装置的发酵容器为可密封式的结构，能创造封闭的发酵环境，透过发酵容器的结构设计及搅拌混合机构，可使工作人员在维持原有发酵环境下，均匀发酵物，促进发酵制程正确推进，且本实用新型的实时监控发酵状态之装置，透过组合多种传感器、颜色指示显示器之组合监测器之反馈，可使工作人员能实时监测发酵状态，立即做出反应，降低制程错误发生率，并有效控管发酵均匀度及发酵状态，使其能生产质量稳定之产品，并做好成本控管。另外，透过于封闭环境下透过各项阀体进行环境调整之操作，有效维持发酵容器内之正确发酵环境，降低了污染风险，且因发酵容器整体结构简单，控制调节方式直观，有助工作人员简化操作流程，能提升工作效率。因此，本实用新型的实时监控发酵状态之装置结合上述，透过确保发酵环境及发酵操作之稳定、可靠、可控，改善传统发酵的各项不确定性缺陷，能提高产品质量的统一性、稳定性及价值。

符号说明

100 实时监控发酵状态之装置

1 发酵容器

2 搅拌混合机构

3’ 组合监测器

4 主转轴

5 机架

10 盖体

11 照明灯

12 排液阀

13 排气阀

14 连接阀

15 KF40连接阀

16 循环水连接阀

17 中空夹套

20 搅动板

21 齿轮组

22 驱动元件

23 孔洞

30 压力传感器

31 湿度传感器

32 氧气浓度传感器

33 温度传感器

34 酸碱值传感器

35 导电度传感器

Claims (12)

1.一种实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该实时监控发酵状态之装置包含：

一发酵容器；

一搅拌混合机构，具有至少一搅动板，该搅动板置于该发酵容器中；以及

一组合监测器，该组合监测器具有复数个感测元件及显示元件，且该组合监测器设置在该发酵容器上，藉由感测该发酵容器内之发酵状态，以将各种发酵状态利用不同的显示方式呈现于显示元件上，供一用户针对发酵状态作处理。

2.如权利要求1所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该发酵容器为一横向圆桶，且该发酵容器的两端透过一主转轴架设于一机架上，该主转轴的其中一端连接该搅拌混合机构。

3.如权利要求2所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该搅拌混合机构进一步设有一齿轮组及一驱动元件，该齿轮组连接该驱动元件。

4.如权利要求3所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该齿轮组包含一主动齿轮与一被动齿轮，而该驱动元件为一转盘，该主动齿轮设于该转盘上，而该被动齿轮设于该主转轴上，透过该转盘的主动齿轮和该主转轴上的被动齿轮之间的高齿轮比，使该转盘转动时，进而翻滚该发酵容器。

5.如权利要求1所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该搅动板具有复数个孔洞。

6.如权利要求1所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该发酵容器上设有一盖体、一透明窗口及复数个阀体，该盖体能够由使用者手动开关，作为入料及出料之主要开口，且该盖体的中间设有一照明灯，以搭配该透明窗口，用于观察发酵容器内部的物料状态。

7.如权利要求6所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该复数个阀体为排液阀、排气阀及/或连接阀。

8.如权利要求1所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该发酵容器为不锈钢，且该发酵容器外包覆一中空夹套，该中空夹套用以保温阻隔或通以流水进行温度调节。

9.如权利要求1所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该组合监测器之感测元件为压力传感器、氧气浓度传感器、酸碱值传感器、样品温度传感器、样品湿度传感器及/或样品导电度传感器，而该显示元件为一显示器。

10.如权利要求9所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，各个传感器各自有独立之显示器，该显示器系以显示不同数值作为辅助指示方式，以代表该发酵容器内之发酵状态。

11.如权利要求9所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该各个传感器各自有独立之显示器，该显示器系以显示不同颜色作为主要指示方式，以代表该发酵容器内之发酵状态。

12.如权利要求11所述之实时监控发酵状态之装置，其特征在于，该显示器显示为红色，代表危险状态，而该显示器显示为黄色，则代表警示状态，而该显示器显示绿色，则代表正常状态。