TWM582958U - 用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，該裝置包含一中央控制單元、一雙層培養容器、一培養容器管理系統、一原料處理管理系統、一菌種培養管理系統、及一發酵液槽；其中，該中央控制單元係分別電性連結至該培養容器管理系統、該原料處理管理系統、及該菌種培養管理系統；且本創作能夠將植物原料於同一反應槽內進行多極性生物反應的過程，並能大量提升植物原料中的活性物質含量，以達到提取植物原料中活性物質的效率，並同時達到細化分子、提升活性功效之目的。

Description

用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置

本創作係關於一種生物反應裝置，尤其關於一種可用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，包含一中央控制單元、一雙層培養容器、一培養容器管理系統、一原料處理管理系統、及一菌種培養管理系統。

利用發酵反應進行食品加工處理係已存的令人類社會許久，舉凡生活日常食物中皆充斥著發酵食品，例如：醬油、優格、泡菜、醋、酸菜等。而近年食品科學研究中更是揭露食物經由發酵處理後具有眾多優點，微生物於發酵過程中會先分解食物中之大分子物質，如蛋白質、澱粉等，使食物營養成分變成小分子，並且釋放出如維生素、胺基酸等營養素，不僅有益人體吸收，亦可增加食物中之營養成份；再者，存在於發酵食品中之不同益菌亦有助於改善人體的健康，例如：增加人體消化道中之益菌、抑制腸道內害菌之增生、提高人體免疫力、預防心血管疾病等；除此之外，透過發酵反應係得用以增加食品風昧，延長食品保存期限。

一般而言，發酵工藝通常可區分成固態發酵、液態發酵、氣液雙相發酵、以及固液雙相發酵等多類。固態發酵，雖然成本低，但易污染雜菌、不易提取，因而難以進行大規模工業他生產；液態發酵屬於密閉式發酵，由於 在發酵過程中不易污染，且發酵條件易控制，後期分離提取發酵液亦較簡便，因此有利於大規模生產。氣夜發酵或固液發酵之兩相發酵系統，一般是藉由設在該發酵槽內的攪拌器具進行攪拌使流體及氣泡均勻地散布，具有混合性質佳等特性，因而相當適合用於具有高黏度的有機流體之發酵。

發酵槽之最重要的機能，是要能使微生物之生育在所需管理的環境下，達到所期望的增殖而獲得目的生產物。因此，發酵槽之設計與製作則需要有很多的考慮，在設計發酵槽時，需要有微生物學、生他學、化學工程、機械工程、管理工程等所有部門的專家來協助。近年來，也已經有相當多種類型式不同的商品化生物反應裝置在市面上販售了。目前在市面上所販售的生物反應裝置之種類型式、反應器本身的形狀、內部構造、接種方式、氣體分散器的型式皆不盡相同，性能上各有優劣之處，但在實用上能得到滿意結果之好裝置卻很少。

例如，為了改善市售的生物反應器之收集到過多的殘渣的問題，在中華民國新型專利第515556號中揭示法一種將發酵槽設計成具有上槽體、下槽體，並於該發酵槽之槽體底部進一步設置一可供開啟/關閉之開口之結構。利用此種設計的構造，例如，能夠在發酵完成後打開開口來收集發酵液體，因而可以提高發酵液體的收集效率之發酵。然而，由於該中華民國第515556號新型專利之酵素用發酵槽內外並未設置監測發酵反應完成與否之自動監控設備僅能夠於發酵過程中掀起上槽體之密合蓋體，只可以目視觀察其發酵狀況，所以發酵過程無法得到有效的監測與控制，致使發酵品質尚難達到令人滿意的程度。

另一方面，對於微生物培養用生物反應器之選定而言，由於不同的菌種所適合生長的環境和條件亦有所不同，所以必須針對個別的微生物系統加以考慮，選用能夠做菌體表現出最佳效果的優良生他反應裝置。例如，於長時間發酵過程中，如果反應裝置中的原料與菌種無法均勻的接觸，將會造成發酵原料的浪費。因此，在發酵工程上，將反應裝置內之環境條件控制與調整至最適合菌體生長之環境與條件，毫無疑問地是決定整個生產程序是否成功的重要關鍵。

綜上所述，開發一種能夠改善上述各種市售生物反應裝置共通缺陷，並同時提高發酵的效率、發酵產物之品質、產率、產量、以及增加原料中活性物質含量之新穎創作，著實有其必要性。

綜上所述，為解決各種市售生物反應裝置共通缺陷，並同時提高發酵的效率、發酵產物之品質、產率、產量、以及增加原料中活性物質含量，因此本創作提供一種用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置1，包含一原料處理管理系統、一菌種培養管理系統、一雙層培養容器、一發酵液槽、一培養容器管理系統及一中央控制單元，其中該原料處理管理系統以一進料管路相連該雙層培養容器，且該菌種培養管理系統以一進菌管路相連該雙層培養容器，且該發酵液槽以一出料管路相連該雙層培養容器；其中該中央控制單元係電性連結至該培養容器管理系統、該原料處理管理系統、及該菌種培養管理系統，且該中央控制單元係為一微處理器或一電腦。

本創作之一實施例中，該菌種培養管理系統進一步包含一酵母菌培養裝置、一乳酸菌培養裝置、及一醋酸菌培養裝置。

本創作之一實施例中，該雙層培養容器係以不鏽鋼製成，具有一表面及一內層容置空間，且該表面及該內層容置空間之間具有一置水空間403。

本創作之一實施例中，該置水空間係具有一進水管路及一出水管路，且該進水管路包含一閘門(A)、該出水管路包含一閘門(B)。

本創作之一實施例中，該雙層培養容器進一步包含一攪拌葉片元件、一溫度調控裝置、及一通氣量調控裝置，且該溫度調控調控裝置、及該通氣量調控裝置分別與該培養容器管理系統以電性連結，該攪拌葉片元件係與一馬達相連。

本創作之一實施例中，該溫度調控調控裝置進一步包含一溫度計、一加溫元件、及一降溫元件；且該通氣量調控裝置進一步包含一氧氣含量測量元件、一進氣管路、及一出氣管路，該進氣管路及該出氣管路係分別與外界直接相通，且皆進一步包含一閘門，並藉由該二閘門調控通氣量。

本創作之一實施例中，該雙層培養容器進一步包含一分光光度計、一pH值偵測器、一糖度偵測器、一乙醇偵測器、一醋酸偵測器、及一乳酸偵測器，且該分光光度計、該pH值偵測器、該糖度偵測器、該乙醇偵測器、該醋酸偵測器、及該乳酸偵測器分別與該培養容器管理系統以電性連結。

本創作之一實施例中，該出料管路進一步包含一過濾器。

本創作之一實施例中，該原料處理管理系統進一步包含一清洗裝置、一粉碎裝置、一滅菌裝置、及一糖度調控裝置。

本創作用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，能夠將植物原料於同一反應槽內進行多極性生物反應的過程，並能大量提升植物原料中的 活性物質含量，以達到提取植物原料中活性物質的效率，並同時達到細化分子、提升活性功效之目的。

以下將配合圖式進一步說明本創作的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本創作，並非用以限定本創作之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置

10‧‧‧中央控制單元

20‧‧‧原料處理管理系統

201‧‧‧清洗裝置

202‧‧‧粉碎裝置

203‧‧‧滅菌裝置

204‧‧‧糖度調控裝置

30‧‧‧菌種培養管理系統

301‧‧‧酵母菌培養裝置

302‧‧‧乳酸菌培養裝置

303‧‧‧醋酸菌培養裝置

40‧‧‧培養容器

401‧‧‧表面

402‧‧‧內層容置空間

403‧‧‧置水空間

4031‧‧‧進水管路

4032‧‧‧出水管路

4033‧‧‧閘門(A)

4034‧‧‧閘門(B)

404‧‧‧攪拌葉片元件

4041‧‧‧馬達

405‧‧‧溫度調控裝置

4051‧‧‧溫度計

4052‧‧‧加溫元件

4053‧‧‧降溫元件

406‧‧‧通氣量調控裝置

4061‧‧‧氧氣含量測量元件

4062‧‧‧進氣管路

4063‧‧‧閘門(C)

4064‧‧‧出氣管路

4065‧‧‧閘門(D)

4071‧‧‧分光光度計

4072‧‧‧pH值偵測器

4073‧‧‧糖度偵測器

4074‧‧‧乙醇偵測器

4075‧‧‧乳酸偵測器

4076‧‧‧醋酸偵測器

50‧‧‧培養容器管理系統

60‧‧‧發酵液槽

A‧‧‧進料管路

B‧‧‧進菌管路

C‧‧‧出料管路

C1‧‧‧過濾器

圖1係本創作實施例用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置之架構圖。

圖2係本本創作實施例用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置的雙層培養容器之結構圖。

首先，請參閱圖1，圖1係本創作實施例用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置之架構圖。本創作實施例用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置1包含一中央控制單元10，係分別電性連結至一培養容器管理系統50、一原料處理管理系統20、及一菌種培養管理系統30；其中，該中央控制單元10為一微處理器或一電腦，負責管理控制整個用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置1。

接著，請同時請參閱圖2，圖2係本創作實施例用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置的培養容器之結構圖。使用者於該中央控制單元10中選取初始設定的反應模式或手動輸入特定的反應模式，並將植物原料放入該原料處理管理系統20中，依序經由其中的一清洗裝置201進行清洗、一粉碎裝置 202進行粉粹成所設定之大小及型態(例如：碎丁狀、條狀等)、一滅菌裝置204與所設定之溫度及時間進行滅菌、及一糖度調控裝置205將滅菌後的植物原料以葡萄糖、蔗糖、果糖等糖類進行所設定的糖度調控；其中，該原料處理管理系統20係以一進料管路A與一雙層培養容器40連結，且該雙層培養容器40具有一表面401、及一內層容置空間402，並在該表面401及該內層容置空間402之間具有一置水空間403，且該置水空間403具有一進水管路4031及一出水管路4032，分別係加入冷水及排除冷水，且該進水管路4031包含一閘門(A)4033、該出水管路4032包含一閘門(B)4034。

接著，該經由原料處理管理系統作用完之植物原料會經由該進料管路A運送至該雙層培養容器40的該內層容置空間402中，並會依據所設定的反應模式在其中進行萃取或發酵等反應，且該雙層培養容器40進一步包含一攪拌葉片元件404，係以一馬達4041驅使轉動，主要功用為將該內層容置空間402中的內容物混合均勻。其中，該雙層培養容器40進一步包含一溫度調控裝置405，該溫度調控裝置405係與該培養容器管理系統50以電性連結，且該溫度調控裝置405又進一步包含一溫度計4051、一加溫元件4052、及一降溫元件4053，前述運送至該內層容置空間402中之處理過的植物原料，若需要進行萃取反應，則會依據所設定的反應模式，由進料管路A運送設定量的萃取溶劑進入該內層容置空間402中，並以所設定的時間及溫度進行萃取反應；其中，該溫度計4051會隨時偵測該內層容置空間402中的溫度，而該加溫元件4052會在溫度低於所設定之溫度時進行加溫；其中，該加溫元件4052會減緩該置水空間403中冷水的進及出，並產生熱能，以進行加溫；該降溫元件4053則會在溫度高於所設定 之溫度時進行降溫；其中，該降溫元件4053會加速該置水空間403中冷水的進及出，以進行降溫。

前述運送至該內層容置空間402中之處理過的植物原料，若不需要進行萃取反應，僅需要進行發酵反應，或者前述該進行完萃取反應的植物原料萃取物，需要進行發酵反應，則該菌種培養管理系統30會經由進菌管路B，將設定量的發酵用菌加入該內層容置空間402中，並以所設定的時間及溫度進行發酵反應，該發酵反應依據所設定的反應模式，可能為一階段發酵、二階段發酵、或三階段發酵，並包含不同的菌種發酵過程；其中該菌種培養管理系統30包含一酵母菌培養裝置301、一乳酸菌培養裝置302、及一醋酸菌培養裝置303。

該雙層培養容器40進一步包含一通氣量調控裝置406，該通氣量調控裝置406係與該培養容器管理系統50以電性連結，且該通氣量調控裝置406又進一步包含一氧氣含量測量元件4061、一進氣管路4062、一出氣管路4064、一閘門(C)4063、及一閘門(D)4065，且該進氣管路4062及該出氣管路4064係直接與外界相通；其中，該氧氣含量測量元件4061會隨時偵測該內層容置空間402中的氧氣濃度，並在氧氣低於所設定之濃度時，打開該閘門(C)4063，使外界氣體進入該內層容置空間402中，以提升氧氣濃度；反之若氧氣濃度高於所設定之濃度時，關閉該閘門(C)4063，停止外界氣體進入該內層容置空間402中，以降低氧氣濃度；另外，當內層容置空間402中因進行萃取反應或發酵反應產生過多廢氣時，會促使閘門(D)4065打開，以排除該些廢氣。

該雙層培養容器40進一步包含一分光光度計4071、一pH值偵測器4072、一糖度偵測器4073、一乙醇偵測器4074、一乳酸偵測器4075、及醋酸 一偵測器4076；且該分光光度計40714、該pH值偵測器4072、該糖度偵測器7073、該乙醇偵測器4074、該乳酸偵測器4075、及該醋酸偵測器4076分別與該培養容器管理系統50以電性連結，並可用以判定前述每一階段之萃取反應或發酵反應是否完成，該判定標準係依照所設定之反應模式中的設定數值；其中，該分光光度計4071主要功用為監測或定量前述該萃取反應或該發酵反應中核酸、蛋白質、或細菌生長的濃度；該pH值偵測器4072為監測或定量前述該萃取反應或該發酵反應中反應物的pH值；該糖度偵測器4073為監測或定量前述該萃取反應或該發酵反應中反應物的糖度；該乙醇偵測器4074為監測或定量前述該萃取反應或該發酵反應中反應物的乙醇濃度；該乳酸偵測器4075為監測或定量前述該萃取反應或該發酵反應中反應物的乳酸濃度；該醋酸偵測器4076為監測或定量前述該萃取反應或該發酵反應中反應物的醋酸濃度。

再者，該雙層培養容器40係與一發酵液槽60以一出料管路C連結，且該出料管路C進一步包含一過濾器C1。經由該雙層培養容器40進行萃取反應及/或發酵反應後所得的產物會經由出料管路C運送至該發酵液槽60中，且該過濾器C1會依據所設定的反應模式選擇特定孔徑大小的濾網，使該產物在通過該出料管路C時能同時進行過濾。

單一種植物原料如奇異果(Actinidia chinensis Planch.)，在經本創作用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，進行萃取反應及三段式發酵反應後，如下表1所示，能有效提升該植物原料中超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)的活性、提升其中總多酚的含量、增加其中的抗糖化活性、及增加其中的蛋白質分解酶活性。

綜合多種植物之植物原料如綜合蔬莓果汁(其中含有白葡萄、蘋果、胡蘿蔔、藍莓、紅葡萄、白葡萄等數種植物)，在經本創作用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，進行萃取反應及二段式發酵反應後，如下表2所示，能有效提升該植物原料中超氧化物歧化酶的活性、及提升其中總多酚的含量。

本創作用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置1，能夠將植物原料於同一反應槽內進行多極性生物反應的過程，並能大量提升植物原料中的活性物質含量，以達到提取植物原料中活性物質的效率，並同時達到細化分子、提升活性功效之目的。

Claims (9)

1. 一種用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，包含：一原料處理管理系統、一菌種培養管理系統、一雙層培養容器、一發酵液槽、一培養容器管理系統及一中央控制單元，其中該原料處理管理系統以一進料管路相連該雙層培養容器，且該菌種培養管理系統以一進菌管路相連該雙層培養容器，且該發酵液槽以一出料管路相連該雙層培養容器；其中該中央控制單元係電性連結至該培養容器管理系統、該原料處理管理系統、及該菌種培養管理系統，且該中央控制單元係為一微處理器或一電腦。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，其中該菌種培養管理系統包含一酵母菌培養裝置、一乳酸菌培養裝置、及一醋酸菌培養裝置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，其中該雙層培養容器係以不鏽鋼製成，具有一表面及一內層容置空間，且該表面及該內層容置空間之間具有一置水空間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，其中該置水空間係具有一進水管路及一出水管路，且該進水管路及該出水管路各包含一閘門。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，其中該雙層培養容器進一步包含一攪拌葉片元件、一溫度調控裝置、及一通氣量調控裝置，且該溫度調控調控裝置、及該通氣量調控裝置分別與該培養容器管理系統以電性連結，該攪拌葉片元件係與一馬達相連。
6. 如申請專利範圍第5項所述之用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，其中該溫度調控調控裝置進一步包含一溫度計、一加溫元件、及一降溫元件；且該通氣量調控裝置進一步包含一氧氣含量測量元件、一進氣管路、及一出氣管路，該進氣管路及該出氣管路係分別與外界直接相通，且皆進一步包含一閘門，並藉由該二閘門調控通氣量。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，其中該雙層培養容器進一步包含一分光光度計、一pH值偵測器、一糖度偵測器、一乙醇偵測器、一醋酸偵測器、及一乳酸偵測器，且該分光光度計、該pH值偵測器、該糖度偵測器、該乙醇偵測器、該醋酸偵測器、及該乳酸偵測器分別與該培養容器管理系統以電性連結。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，其中該出料管路進一步包含一過濾器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於提升植物原料活性物質的生物反應裝置，其中該原料處理管理系統進一步包含一清洗裝置、一粉碎裝置、一滅菌裝置、及一糖度調控裝置。