TWI604047B - Microbial enzyme fermentation device - Google Patents

Description

微生物酵素發酵裝置

本發明涉及一種微生物的培養發酵裝置，尤指一種具備綜合性功能且以氣瀑方式來攪拌發酵液體流動循環混合的微生物酵素發酵裝置。

目前普遍應用於微生物液態發酵的發酵裝置的結構設計通常如圖3所示，其包含一個內部形成發酵空間的發酵槽90，該發酵槽90以底部安裝設置於一基座91，並利用一馬達92驅動一伸設於發酵空間內部的攪拌器93，於該基座91結合設有一加熱裝置94及一貼靠於該發酵槽90底部的熱交換箱95。要發酵作業時，將用來發酵的原料液體、細胞或菌種等微生物及氣體加入該發酵槽90的發酵空間內，利用該攪拌器93將原料液體中的氣體與微生物攪拌混合，配合該熱交換箱95提供的加熱作用，能夠將大約需要60天的自然發酵時程，大幅縮短到約72個小時左右即可完成，快速地讓微生物發酵產生酵素或胜肽等產品。

現有的微生物發酵裝置通常僅設有攪拌器93及熱交換箱95等功能，缺乏綜合性的完整功能，難以同時適用於生產酵素及胜肽等各種產品，並且利用機械式的攪拌器93來攪拌發酵液體，在實施使用時，存在如下所述的問題需要加以解決或改善： 　　1.許多的微生物菌種或細胞相當脆弱，機械式的攪拌器93容易在攪拌過程受到拍打或撥動微生物而造成微生物受傷，影響微生物的生長及產率。 　　2.機械式攪拌器93的結構較為複雜，並且需要設置馬達92來驅動，不僅設備成本高及保養維修不便，並且不易清洗，容易對微生物菌種產生污染，影響發酵產物的品質。 　　3.機械式攪拌器93佔用的體積較大且笨重，影響發酵槽90可供使用的發酵空間。 　　4.現有的微生物發酵裝置直接導入一般的氧氣或其他氣體到原料液體，未能讓原料液體及微生物與氣體充分地混合接觸，影響微生物的發酵效率及產率。

為解決現有微生物發酵裝置缺乏綜合性完整功能及採用機械式攪拌器存在的各種問題及限制，本發明提出一種具備綜合性功能且以氣瀑方式來攪拌發酵液體流動循環混合的微生物酵素發酵裝置，有效解決現有微生物發酵裝置關於缺乏綜合性完整功能及容易造成微生物受傷、不易清洗、容易對微生物產生污染及體積較大且笨重等問題。

本發明解決技術問題所提出的微生物酵素發酵裝置，包括： 　　一發酵槽單元，其設有一呈直立桶狀的中空槽體，該槽體的中空內部形成一發酵空間，並於該槽體的外部環繞設有一環壁，於讓該環壁與該槽體之間形成一保溫隔熱層，於該保溫隔熱層設有一螺旋循環通道，於該槽體設有一導通該發酵空間的該抽氣管路，該抽氣管路導通連接一真空機； 　　一熱交換單元，其設有一加熱槽、一導通連接該加熱槽的循環泵、一導通連接該循環泵與該螺旋循環通道的導入管路、一導通連接該螺旋循環通道與該加熱槽的導出管路，以及裝填設於該熱交換單元及該螺旋循環通道的熱媒油，並於該保溫隔熱層連結設有一溫度偵測計； 　　一供料單元，其設有一導通連接該發酵空間的供料管路、一導通連接於該供料管路的調配器，以及一導通連接該調配器與該發酵空間的出料管路，於該調配器導通連接一入料管路； 　　一輸出單元，其設有一導通連接於該出料管路的輸出管路，於該輸出管路導通設有一殺菌器、一輸出泵及一輸出口； 　　一供氣單元，其設有一由該槽體外部穿伸進入該發酵空間的供氣管路，該供氣管路位於外部的進氣端分別導通設有一奈米過濾網及一氮氣機，於該供氣管路穿伸進入該發酵空間的出氣端套設有一分子膜氣瀑管；以及 　　一控制單元，其設有一微電腦及一人工操作介面且連接控制該發酵槽單元、該熱交換單元、該供料單元、該輸出單元及該供氣單元。

所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的環壁環繞設於所述槽體的中段及下段槽身的外部。

所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的供氣管路是直立穿伸設於所述槽體的中間位置且所述分子膜氣瀑管的頂端與所述保溫隔熱層的頂端的高度位置相等。

所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的槽體於頂部設有一觀測窗及一照明光源。

所述的微生物酵素發酵裝置，其中於所述供料單元的入料管路連接一原料入口及一水源入口，於該水源入口輸入純水。

所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的調配器為一研磨混煉機且由一馬達驅動運轉。

所述的微生物酵素發酵裝置，其中於所述的發酵槽單元量測所述發酵空間內部狀況的一PH值偵測計、一含氧濃度偵測計及一真空值偵測計；所述的調配器為一研磨混煉機且由一馬達驅動運轉；所述的殺菌器為一臭氧殺菌機。

相較於先前技術，本發明的技術手段可獲得的功效增進包括： 1.本發明具備發酵槽單元、熱交換單元、供料單元、輸出單元、供氣單元及控制單元等綜合性的完整功能，能夠用來生產的優質的酵素或胜肽等產品，靈活地應用於生物食用酵素、植物葉面酵素及土壤改良劑等各種用途，深具產業利用價值。 2.本發明於供氣單元設有奈米過濾網及分子膜氣瀑管，配合真空機的汲吸排氣作用，能夠濾除空氣中的雜質及細菌而帶入微細化及均勻化的潔淨氣體，配合以氣瀑方式產生攪拌流動循環混合的作用，不僅能夠避免傷害到脆弱的微生物菌種，並且能夠讓導入的微細化氣體與發酵液體及微生物充分地混合接觸，提高微生物的生長及產率。 3.本發明的分子膜氣瀑管的結構精簡且佔用體積小，能夠解決現有微生物發酵裝置體積大及笨重的問題，並且分子膜氣瀑管容易清洗及替換，不會對微生物菌種產生污染，有效提升發酵產物的品質。 4.本發明於發酵槽單元的外部設有具螺旋循環通道的保溫隔熱層，配合熱交換單元的恆溫熱煤油的循環作用，能夠讓發酵槽單元保持最佳的發酵溫度，提高發酵效率及品質。 5.本發明的供料單元採用純水作為微生物菌種、豆類或液態糖蜜的媒介，有效地保持原料液體的潔淨無污染。 6.本發明於輸出單元設有殺菌器，能夠利用殺菌器是否進行殺菌的方式，控制選擇輸出的產品為胜肽或酵素。 7.本發明的控制單元電連接控制各單元、各感測元件及各控制閥，能夠通過人工操作介面監測及控制發酵槽單元的PH值、溫度、含氧濃度及真空值等各項數據，以及控制各單元的運作，快速且綜合性地讓微生物的發酵效率及品質最佳化。

本發明提出的微生物酵素發酵裝置的較佳實施例如圖1及圖2所示，其包括一發酵槽單元10、一熱交換單元20、一供料單元30、一輸出單元40、一供氣單元50及一控制單元60等單元，其中：

該發酵槽單元10設有一呈直立桶狀的中空槽體11及一位於該槽體11下方且支撐架高該槽體11的基座12，該槽體11的頂部設有一開口及一封閉遮蓋該開口的頂蓋111，該槽體11的中空內部形成一用以容置發酵液體的發酵空間13，並於該槽體11的中段及下段槽身外部環繞設有一環壁14，讓該環壁14與該槽體11的槽身之間形成一可供熱媒油循環流動的保溫隔熱層15，並且為讓該熱交換單元20的熱媒油能夠均勻地流動通過該保溫隔熱層15，於該保溫隔熱層15設有一螺旋隔板151而形成一螺旋循環通道。該發酵槽單元10設有一抽氣管路16連接於該槽體11接近頂部的適當位置，並以該抽氣管路16導通連接一真空機17，能夠以該真空機17將該發酵空間13的氣體汲吸排出，較佳的，於該發酵槽單元10設有可量測該發酵空間13內部狀況的一PH值偵測計112、一含氧濃度偵測計113及一真空值偵測計114等感測元件。基於觀測該槽體11的內部狀況的需要，該發酵槽單元10於該槽體11的頂部設有一觀測窗18及一照明光源19，較佳的，該照明光源19可以為一LED燈具。

該熱交換單元20設置於該發酵槽單元10的旁邊且包括一加熱槽21、一循環泵22、一導入管路23、一導出管路24、一溫度偵測計25及裝填設於該熱交換單元20的熱媒油；其中，該加熱槽21能夠依據該控制單元60的設對熱媒油恆溫加熱，該循環泵22連接設於加熱槽21與該導入管路23之間，該導入管路23的另外一端導通連接於該保溫隔熱層15的底部，該導出管路24導通連接該加熱槽21及該保溫隔熱層15的頂部，該溫度偵測計25的量測端插置伸入該保溫隔熱層15，能夠量測將該保溫隔熱層15的熱媒油溫度且即時地回饋訊號給該控制單元60。如此，通過該熱交換單元20的設計，能夠讓保持恆溫的熱媒油循環地流動通過該發酵槽單元10的保溫隔熱層15，讓該發酵空間13保持最佳的發酵溫度。

該供料單元30設置於該發酵槽單元10的旁邊且包括一導通連接該槽體11的發酵空間13頂部的供料管路31、一導通連接於該供料管路31另一端的調配器32，以及一導通連接該調配器32與該槽體11的發酵空間13底部的出料管路33，於該調配器32導通連接一提供原料輸入該調配器32的入料管路35，該入料管路35連接一提供微生物菌種、豆類或液態糖蜜等原料置入的原料入口36及一提供純水或潔淨水輸入的水源入口37；較佳的，該調配器32為一研磨混煉機且由一馬達34驅動運轉，該原料入口36設為漏斗狀。如此，通過該供料單元30的設計，能夠調配後的原料液體經由該供料管路31送入該發酵槽單元10的發酵空間13，也可以由該出料管路33將該發酵空間13的發酵液體輸出循環調配，精確地調整控制發酵液體的成份、含量及濃度。

該輸出單元40設有一導通連接於該出料管路33的輸出管路41，並於該銜接位置後方的該出料管路33及該輸出管路41各設有一控制閥331、441，能夠利用該控制單元60以各控制閥331、441來控制該出料管路33將發酵液體輸送至該供料單元30循環或輸送至該輸出單元40。該輸出單元40於該輸出管路41依序導通設有一殺菌器42、一提供動力的輸出泵43及一輸出口44，並設有一產品儲桶45盛裝由該輸出口44輸出的發酵產品；較佳的，該殺菌器42為一臭氧殺菌機。當本發明以該殺菌器42對輸出的發酵產品進行殺菌時，輸出的發酵產品為胜肽；當本發明未以該殺菌器42對輸出的發酵產品進行殺菌時，輸出的發酵產品為酵素.。

該供氣單元50設有一由該發酵槽單元10外部穿伸進入該發酵空間13的供氣管路51，該供氣管路51位於外部的進氣端導通設有兩個進氣口，於兩個進氣口分別設有一奈米過濾網52及一氮氣機53，並分別於連接該奈米過濾網52及該氮氣機53的管路上各設有一控制閥521、531；於該供氣管路51穿伸進入該發酵空間13的出氣端套設有一分子膜氣瀑管54；較佳的，該供氣管路51是直立穿伸設於該槽體11的中間位置且該分子膜氣瀑管54的頂端與該保溫隔熱層15的頂端的高度位置大致相等。

本發明的供氣單元50能夠通過該控制單元60以該兩控制閥331、441來選擇設定，由該奈米過濾網52輸入潔淨微細化的含氧氣體或由該氮氣機53輸入氮氣，配合該真空機17的汲吸排氣作用，能夠讓輸入的含氧氣體或氮氣通過該分子膜氣瀑管54以氣瀑方式噴出，對發酵液體產生攪拌流動循環混合作用。其中，當本發明用於培養嗜氧微生物時，由該奈米過濾網52輸入潔淨微細化的含氧氣體，以促進嗜氧微生物的生長及產率；當本發明用於培養厭氧微生物時，由該氮氣機53輸入氮氣，以促進厭氧微生物的生長及產率。

該控制單元60設有一微電腦及一人工操作介面且連接控制前述的各單元及各感測元件，能夠通過人工操作介面監測及控制該發酵槽單元10的PH值、溫度、含氧濃度及真空值等各項數據，以及控制該熱交換單元20、該供料單元30、該輸出單元40及該供氣單元50的配合運作，快速且綜合性地讓微生物的發酵效率及品質最佳化。

請參閱圖1及圖2所示，本發明實施應用時，該供料單元30以純水作為微生物菌種、豆類或液態糖蜜的媒介，利用該調配器32研磨混煉後，以該供料管路31將原料液體輸入該發酵槽單元10的發酵空間13進行培養及發酵。在培養及發酵的過程中，該熱交換單元20能夠讓該發酵空間13穩定地保持在最佳的發酵溫度，配合該真空機17的汲吸排氣作用，該供氣單元50能夠間歇性地導入微細化且均勻化的含氧氣體或氮氣，通過該分子膜氣瀑管54以氣瀑方式對發酵液體產生攪拌流動循環混合作用，有效地在避免傷害到微生物菌種的基礎下，讓導入的微細化氣體與發酵液體及微生物充分地混合接觸，大幅提高微生物的生長及產率。在培養及發酵的過程中，該供料單元30的出料管路33能夠將發酵液體導出而進行調配後再導回該發酵空間13。在培養及發酵的完成時，能夠以該輸出單元40將發酵產品輸出儲放，本發明的微生物酵素發酵裝置能夠將大約需要60天的自然發酵時程，大幅縮短到約12個小時左右即可完成，大幅提高微生物的發酵效率及產率。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術特徵的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，均仍屬於本發明技術特徵的範圍內。

10‧‧‧發酵槽單元
11‧‧‧槽體
111‧‧‧頂蓋
112‧‧‧PH值偵測計
113‧‧‧含氧濃度偵測計
114‧‧‧真空值偵測計
12‧‧‧基座
13‧‧‧發酵空間
14‧‧‧環壁
15‧‧‧保溫隔熱層
151‧‧‧螺旋隔板
16‧‧‧抽氣管路
17‧‧‧真空機
18‧‧‧觀測窗
19‧‧‧照明光源
20‧‧‧熱交換單元
21‧‧‧加熱槽
22‧‧‧循環泵
23‧‧‧導入管路
24‧‧‧導出管路
25‧‧‧溫度偵測計
30‧‧‧供料單元
31‧‧‧供料管路
32‧‧‧調配器
33‧‧‧出料管路
331‧‧‧控制閥
34‧‧‧馬達
35‧‧‧入料管路
36‧‧‧原料入口
37‧‧‧水源入口
40‧‧‧輸出單元
41‧‧‧輸出管路
411‧‧‧控制閥
42‧‧‧殺菌器
43‧‧‧輸出泵
44‧‧‧輸出口
45‧‧‧產品儲桶
50‧‧‧供氣單元
51‧‧‧供氣管路
52‧‧‧奈米過濾網
521、531‧‧‧控制閥
53‧‧‧氮氣機
54‧‧‧分子膜氣瀑管
60‧‧‧控制單元
90‧‧‧發酵槽
91‧‧‧基座
92‧‧‧馬達
93‧‧‧攪拌器
94‧‧‧加熱裝置
95‧‧‧熱交換箱

圖1是本發明較佳實施例的結構配置示意圖。 圖2是本發明較佳實施例的發酵槽的保溫隔熱層的結構示意圖。 圖3是現有的微生物發酵裝置的結構配置示意圖。

10‧‧‧發酵槽單元

11‧‧‧槽體

111‧‧‧頂蓋

112‧‧‧PH值偵測計

113‧‧‧含氧濃度偵測計

114‧‧‧真空值偵測計

12‧‧‧基座

13‧‧‧發酵空間

14‧‧‧環壁

16‧‧‧抽氣管路

17‧‧‧真空機

18‧‧‧觀測窗

19‧‧‧照明光源

20‧‧‧熱交換單元

21‧‧‧加熱槽

22‧‧‧循環泵

23‧‧‧導入管路

24‧‧‧導出管路

25‧‧‧溫度偵測計

30‧‧‧供料單元

31‧‧‧供料管路

32‧‧‧調配器

33‧‧‧出料管路

331‧‧‧控制閥

34‧‧‧馬達

35‧‧‧入料管路

36‧‧‧原料入口

37‧‧‧水源入口

40‧‧‧輸出單元

41‧‧‧輸出管路

411‧‧‧控制閥

42‧‧‧殺菌器

43‧‧‧輸出泵

44‧‧‧輸出口

45‧‧‧產品儲桶

50‧‧‧供氣單元

51‧‧‧供氣管路

52‧‧‧奈米過濾網

521、531‧‧‧控制閥

53‧‧‧氮氣機

54‧‧‧分子膜氣瀑管

60‧‧‧控制單元

Claims (10)

1. 一種微生物酵素發酵裝置，包括： 　　一發酵槽單元，其設有一呈直立桶狀的中空槽體，該槽體的中空內部形成一發酵空間，並於該槽體的外部環繞設有一環壁，於讓該環壁與該槽體之間形成一保溫隔熱層，於該保溫隔熱層設有一螺旋循環通道，於該槽體設有一導通該發酵空間的該抽氣管路，該抽氣管路導通連接一真空機； 　　一熱交換單元，其設有一加熱槽、一導通連接該加熱槽的循環泵、一導通連接該循環泵與該螺旋循環通道的導入管路、一導通連接該螺旋循環通道與該加熱槽的導出管路，以及裝填設於該熱交換單元及該螺旋循環通道的熱媒油，並於該保溫隔熱層連結設有一溫度偵測計； 　　一供料單元，其設有一導通連接該發酵空間的供料管路、一導通連接於該供料管路的調配器，以及一導通連接該調配器與該發酵空間的出料管路，於該調配器導通連接一入料管路； 　　一輸出單元，其設有一導通連接於該出料管路的輸出管路，於該輸出管路導通設有一殺菌器、一輸出泵及一輸出口； 　　一供氣單元，其設有一由該槽體外部穿伸進入該發酵空間的供氣管路，該供氣管路位於外部的進氣端分別導通設有一奈米過濾網及一氮氣機，於該供氣管路穿伸進入該發酵空間的出氣端套設有一分子膜氣瀑管；以及 　　一控制單元，其設有一微電腦及一人工操作介面且連接控制該發酵槽單元、該熱交換單元、該供料單元、該輸出單元及該供氣單元。
2. 如請求項1所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的環壁環繞設於所述槽體的中段及下段槽身的外部。
3. 如請求項2所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的供氣管路是直立穿伸設於所述槽體的中間位置且所述分子膜氣瀑管的頂端與所述保溫隔熱層的頂端的高度位置相等。
4. 如請求項3所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的槽體於頂部設有一開口及一封閉遮蓋該開口的頂蓋。
5. 如請求項3所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的槽體於頂部設有一觀測窗及一照明光源。
6. 如請求項1至5中任一項所述的微生物酵素發酵裝置，其中於所述供料單元的入料管路連接一原料入口及一水源入口，於該水源入口輸入純水。
7. 如請求項6所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的調配器為一研磨混煉機且由一馬達驅動運轉。
8. 如請求項7所述的微生物酵素發酵裝置，其中所述的殺菌器為一臭氧殺菌機。
9. 如請求項7所述的微生物酵素發酵裝置，其中於所述的發酵槽單元量測所述發酵空間內部狀況的一PH值偵測計、一含氧濃度偵測計及一真空值偵測計。
10. 如請求項1至5中任一項所述的微生物酵素發酵裝置，其中於所述的發酵槽單元量測所述發酵空間內部狀況的一PH值偵測計、一含氧濃度偵測計及一真空值偵測計；所述的調配器為一研磨混煉機且由一馬達驅動運轉；所述的殺菌器為一臭氧殺菌機。