专利名称：层板式成膜连续好氧发酵罐及其发酵方法
技术领域：
本发明涉及好氧发酵装置领域，具体来说是一种层板式成膜连续好氧发酵罐及其发酵方法。
背景技术：
微生物好氧发酵法主要包括表面静置发酵法和深层液态发酵法。表面静置发酵过程中，某些微生物可在发酵液表面形成一层菌膜，菌膜对发酵产品品质有重要影响。如传统白米醋发酵过程中，菌膜对产品风味物质的形成有重要作用。目前传统白米醋的制备方法有瓦缸表面静置发酵法和深层液态发酵法，两种方法各有缺点①、现有的瓦缸表面醋酸发酵装置，能保持发酵液面菌膜的完整性及良好的风味品质，但同时也有占地面积大，发酵效率低，不能连续化生产，发酵条件难控制，产品质量不稳定等缺点。②、深层液态发酵法可连续生产，效率高，但产品风味较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，同时也兼顾了两种技术的优点，提供了一种既保证发酵过程中菌膜完整及产品优良风味的同时，具有占地面积小、产量大、发酵周期短、可连续化生产、设备运行稳定、清洗方便、内部无机械传动装置及产品品质稳定可控的层板式成膜连续好氧发酵罐。本发明的另一目的在于提供一种层板式成膜连续好氧发酵罐的发酵方法。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种层板式成膜连续好氧发酵罐包括罐体、顶盖、层板、挡板、底部带孔挡板、溢流板、导流管、进料管、出料管、进气管、排气管、供气系统、料泵和在线酸度检测仪；其中，罐体顶部安装顶盖和进料管，进料管一端与料泵相连，排气管安装在顶盖上，在罐体内横向安装一块以上层板，构成层板式结构，每块层板的上部和/或底部竖向安装多块挡板，进料管的出口设置在顶层层板上方，每块层板上面竖向设置两块底部带孔挡板，两块底部带孔挡板之间构成成膜发酵区；每块层板的底部一端设置导流管，相邻两层层板间的导流管呈相对设置，顶层层板的导流管设置在与进料管相对的一端；靠近导流管的底部带孔挡板与导流管之间设置溢流板，溢流板竖向与层板上部相连；靠近导流管处层板上开设有空气流动口 ；罐体底部安装进气管、在线酸度检测仪和至少两条出料管，进气管与供气系统相连，进气管设置在最下一层层板的导流管相对一侧，一条出料管与进料管相连接，其余出料管输出用于下一步过滤灭菌灌装的发酵完全的发酵液。优选的，所述层板的形状为圆形，直径为2_5m，每块层板与罐体密封连接，液体通过导流管自流到下层层板。为了扩大液面和空气接触面积，两块底部带孔挡板间的成膜发酵区面积为 3-20m2，占每块层板面积80%以上，所述挡板、底部带孔挡板及溢流板呈平行设置，进气管进气后气体流动方向和层板上液体流动方向相反，并在层板下方设置多块扰动空气流动的挡板。为了保证表面发酵时成膜良好，所述溢流板的高度低于底部带孔挡板的高度，层板上方设置多块挡板，使液体缓慢流动时保持层流状态及合理溶氧传质，并促进发酵液浓度均勻分布，也避免了因流体流动时剪切力过大而破坏成膜。为了获得良好风味的产品，所述层板数为10-30块，层板间距离为10-30cm，挡板数为5-50块，挡板间距为10-50cm，挡板设置在成膜发酵区内，层板数和层板间距，挡板数和挡板间距可以根据实际情况增减调整。为了便于检查和清洗，所述层板式成膜连续好氧发酵罐还包括人孔，人孔密封设置在导流管上部的罐体壁上。便于控制出料及进料，输出发酵完全发酵液的出料管上安装第一阀门，出料管与进料管相连接的出料管上安装第二阀门，进料管上安装第三阀门。为了给原料提供动力，所述进料管与料泵相连。为了更有利的清洁发酵罐，所述发酵罐还包括清洗系统，清洗系统包括一根清洗主管、多根多孔细管、一根排污管和高压水泵，高压水泵与清洗主管相连接，清洗主管设置在罐体外，每块层板的上下方各安装多孔细管，多孔细管和清洗主管相连，每块层板与排污管相连。为了便于层板向排污管排污，所述层板与水平面成1-3°的夹角。一种层板式成膜连续好氧发酵罐的发酵方法，包括下述步骤(1)、发酵液由进料管从罐体顶部进入发酵罐；(2)、发酵液进入层板后经底部带孔挡板进入成膜发酵区；(3)、成膜发酵区内的发酵液经挡板的阻挡保持为层流状态缓慢流动，使表面菌膜每平方米受到的剪切力保持在0. 1 0. 3N的范围，从而保证菌膜的完整性，并自行调整溶氧；0)、发酵液在当层层板中发酵完毕后，经底部带孔挡板流向溢流板，通过溢流板溢流到导流管，经导流管自流到下层层板继续发酵；(5)、第二层至最下一层层板的发酵方法与步骤( (4)相同；(6)、发酵液经最下一层层板的导流管自流到发酵罐底部，对发酵液进行在线酸度检测，当发酵液酸度大于等于预先设定值时，视为发酵完成，打开第一阀门，发酵完成的发酵液经与灌装设备连接的出料管流出，可以进行下一步过滤灭菌灌装；当发酵液酸度小于预先设定值时，视为发酵不完全的发酵液，打开第二阀门，发酵不完全的发酵液经出料管流出，流到进料管，经进料管回流进罐内重新发酵直至发酵液酸度大于或等于预先设定值为止。优选的，所述步骤(6)中的预先设定值是3.5%，发酵完全的发酵液是白米醋液。 发酵液酸度的表述是每100克发酵液含有醋酸的质量。本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果1、设置了成膜发酵区，占层板面积80%以上，所以具有较大的发酵液面面积，另外设置了成膜发酵区和导流管，保证了成膜的完整性和良好溶氧。2、可增减塔板层数以调整产量及产品品质，甚至可以在不同塔板采用不同菌种发酵以达到不同菌种分步发酵的目的。
3、发酵罐内无机械传动装置，设备运行可靠，尤其对米醋类高酸性产品生产较为合适。4、设置了回流结构，可将发酵不完全的发酵液回流重新发酵直至产品质量达标为止。5、采用了层板机构，具有较高的装液量，最大装液量可达罐体体积的70%以上，提高了产量，也减少了占地面积。6、在发酵罐底部设置进气管与供气系统相连，可有效增加溶氧。7、设置人孔及清洗系统，设备结构合理，生产和清洗方便。
图1为本发明的剖视侧视图；图2为本发明的剖视俯视图。
具体实施例方式如图1、图2所示，一种层板式成膜连续好氧发酵罐，包括罐体6、顶盖9、层板10、 挡板11、底部带孔挡板12、溢流板13、导流管14、进料管5、出料管21、进气管19、排气管8、 供气系统1、料泵3和在线酸度检测仪；本实例采用的供气系统1为风机，在线酸度检测仪的型号为HANNAHI991401 ；其中，罐体6顶部安装顶盖9和一根进料管5，进料管5 —端与料泵3相连，采用这样的结构是为了发酵液从上而下边流动边发酵，料泵3为进料管5内的发酵液提供了上升的动力，排气管8安装在顶盖9上，在罐体6内横向安装6块层板10，构成层板式结构，层板10数可以根据实际情况增减，每块层板10的上部和/或底部竖向安装 7块挡板11，上部的挡板11是为了适当阻挡发酵液的流动，从而控制发酵液的流动速度，进而增加溶氧的时间，底部的挡板11是为了扰动空气的流动，进料管5的出口设置在顶层层板10上方，每块层板10上面竖向设置两块底部带孔挡板12，两块底部带孔挡板12之间构成成膜发酵区；每块层板10的一端底部设置一根导流管14，相邻两层层板10间的导流管 14呈相对设置，顶层层板10的导流管14设置在与进料管5相对的一端；靠近导流管14的底部带孔挡板12与导流管14之间设置一块溢流板13，溢流板13竖向与层板10上部相连； 靠近导流管14处层板10上开设有空气流动口 22 ；罐体底部安装进气管19、在线酸度检测仪和两条出料管21，在线酸度检测仪用于检测发酵液的酸度，可以观测到发酵液的酸度值， 进气管19与进气风机相连，进气管19设置在最下一层层板10的导流管14相对一侧，一条出料管21与进料管5相连接，另一条出料管21输出发酵完全的发酵液用于下一步过滤灭菌灌装。本实施例的层板10的形状为圆形，直径为細，每块层板10与罐体6密封连接，当然层板的形状、大小、层数可以根据实际情况而改变，液体通过导流管14自流到下层层板 10。为了扩大液面和空气接触面积，两块底部带孔挡板12间的成膜发酵区面积为11m2，占层板10面积87%，挡板11、底部带孔挡板12及溢流板13呈平行设置，进气管19进气后气体流动方向和层板10发酵液流动方向相反，并层层穿过层板空气流动口 22，在层板10下方设置7块扰动空气流动的挡板11 (除最下一层层板外)，进而保证氧气的均勻分布。为了保证表面发酵时良好成膜，溢流板13的高度低于底部带孔挡板12的高度，层板10上方设置 7块挡板11，使发酵液缓慢流动时保持层流状态及合理溶氧，并促进发酵液浓度均勻分布，也避免了因发酵液流动时剪切力过大而破坏成膜。为了获得良好风味的产品，层板10的块数为6块，层板10之间距离为20cm，挡板11块数为7块，挡板11之间距离为12cm，挡板11 设置在成膜发酵区内，层板10的数量和层板10之间的距离，挡板11的数量和挡板11之间的距离可以根据实际情况增减调整。为了便于检查和清洗，层板式成膜连续好氧发酵罐还包括人孔15，人孔15设置在导流管14上部的罐体6壁上，并且密封设置。便于控制出料及进料，输出发酵完全的发酵液的出料管21上安装第一阀门20，出料管21与进料管5相连接的出料管21上安装第二阀门2，进料管5上安装第三阀门4。为了给原料提供动力，所述进料管5与料泵3相连。为了更有利的清洁发酵罐，发酵罐还包括清洗系统，清洗系统包括一根清洗主管18、7根多孔细管17、一根排污管23和高压水泵7，高压水泵7与清洗主管 18相连接，清洗主管18设置在罐体6外，每块层板10的上下方各安装1根多孔细管17，多孔细管17和清洗主管18相连，每块层板10与排污管23相连。为了便于层板10向排污管 23排污，层板10与水平面成1-3°的夹角，可自流排污。一种层板式成膜连续好氧发酵罐的发酵方法，包括下述步骤(1)、发酵液由进料管5从罐体6顶部进入发酵罐；(2)、发酵液进入层板10后经底部带孔挡板12进入成膜发酵区；(3)、成膜发酵区内的发酵液经挡板的阻挡保持为层流状态缓慢流动，使表面菌膜每平方米受到的剪切力保持在0. 2N,从而保证菌膜的完整性，并自行调整溶氧；0)、发酵液在当层层板10中发酵完毕后，经底部带孔挡板12流向溢流板13，通过溢流板13溢流到导流管14，经导流管14流到下层层板10继续发酵；(5)、第二层至最下一层层板10的发酵方法与步骤(2) ⑷相同；(6)、发酵液经最下一层层板的导流管流到发酵罐底部，经在线酸度检测，如酸度大于或等于3. 5%时发酵完成，打开第一阀门，发酵完成的发酵液经与灌装设备连接的出料管流出，可以进行下一步过滤灭菌灌装；当发酵液酸度小于3. 5%时说明发酵未达到要求， 打开第二阀门，未完全发酵的发酵液经出料管流出，流到进料管，经进料管回流进罐内重新发酵直至发酵液酸度大于或等于3. 5%为止。本实施例中的步骤(6)的发酵完全的发酵液是米白醋液。当然增减层板10数可调整发酵时间和控制发酵强度。本发明的实现原理为发酵液由进料管从罐体顶部进入发酵罐，进入顶层层板后经底部带孔挡板进入成膜发酵区，成膜发酵区内的发酵液经挡板的阻挡保持为层流状态缓慢流动，使表面菌膜受到的剪切力保持在较小的范围，从而保证菌膜的完整性，并自行调整溶氧，发酵完毕后发酵液经底部带孔挡板流向溢流板，通过溢流板溢流到导流管，经导流管自流到下层层板继续发酵。经多层层板发酵，经在线酸度检测后，发酵完全的发酵液从与灌装设备连接的出料管流出，可以进行下一步过滤灭菌灌装；发酵不完全的发酵液从与进料管连接的出料管流出，流到进料管，经进料管回流进罐内重新发酵，从而保证了发酵的连续性和彻底性，增减层板数可调整发酵时间和控制发酵强度。塔式发酵罐的罐体壁上设置人孔，可以清理发酵过程中残存的废渣和进行设备检修。为保证发酵过程中发酵液和空气充分接触，在罐体底部设置进气管，进气管设置在最后一层层板的导流管相对的一侧，进气管通过层板下部的挡板适当扰动空气保证氧气的均勻分布，并层层穿过空气流动口 22，空气流动方向与发酵液流动方向呈逆流。。塔式发酵罐还配备了清洗系统，在清洗时，清洗液经高压水泵从清洗主管通入罐内每层层板上方的多孔细管，将清洗液冲洒到圆形层板完成清洗过程，圆形层板与水平面成1-3°的夹角，可自流排污。 上述具体实施方式
为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其它的任何未背离本发明技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.层板式成膜连续好氧发酵罐，其特征在于所述发酵罐包括罐体、顶盖、层板、挡板、 底部带孔挡板、溢流板、导流管、进料管、出料管、进气管、排气管、供气系统、料泵和在线酸度检测仪；其中，罐体顶部安装顶盖和进料管，进料管一端与料泵相连，排气管安装在顶盖上，在罐体内横向安装一块以上层板，构成层板式结构，每块层板的上部和/或底部竖向安装多块挡板，进料管的出口设置在顶层层板上方，每块层板上面竖向设置两块底部带孔挡板，两块底部带孔挡板之间构成成膜发酵区；每块层板的底部一端设置导流管，相邻两层层板间的导流管呈相对设置，顶层层板的导流管设置在与进料管相对的一端；靠近导流管的底部带孔挡板与导流管之间设置溢流板，溢流板竖向与层板上部相连；靠近导流管处层板上开设有空气流动口 ；罐体底部安装进气管、在线酸度检测仪和至少两条出料管，进气管与供气系统相连，进气管设置在最下一层层板的导流管相对一侧，一条出料管与进料管相连接，其余出料管输出用于下一步过滤灭菌灌装的发酵完全的发酵液。
2.根据权利要求1所述的层板式成膜连续好氧发酵罐，其特征在于所述层板的形状为圆形，直径为2-5m，每块层板与罐体密封连接，液体通过导流管自流到下层层板。
3.根据权利要求1所述的层板式成膜连续好氧发酵罐，其特征在于两块底部带孔挡板间的成膜发酵区面积为3-20m2，占每块层板面积80%以上，所述挡板、底部带孔挡板及溢流板呈平行设置。
4.根据权利要求1所述的层板式成膜连续好氧发酵罐，其特征在于所述溢流板的高度低于底部带孔挡板的高度。
5.根据权利要求1所述的层板式成膜连续好氧发酵罐，其特征在于所述层板数为 5-30块，层板间距离为10-30cm，挡板数为5_50块，挡板间距为10-50cm，挡板设置在成膜发酵区内。
6.根据权利要求1所述的层板式成膜连续好氧发酵罐，其特征在于所述层板式成膜连续好氧发酵罐还包括人孔，人孔密封设置在导流管上部的罐体壁上，输出发酵完全的发酵液的出料管上安装第一阀门，与进料管相连接的出料管上安装第二阀门，进料管上安装第三阀门。
7.根据权利要求1所述的层板式成膜连续好氧发酵罐，其特征在于所述发酵罐还包括清洗系统，清洗系统包括一根清洗主管、多根多孔细管、一根排污管和高压水泵，高压水泵与清洗主管相连接，清洗主管设置在罐体外，每块层板的上下方各安装多孔细管，多孔细管和清洗主管相连，每块层板与排污管相连。
8.根据权利要求1所述的层板式成膜连续好氧发酵罐，其特征在于所述层板与水平面成1-3°的夹角。
9.根据权利要求6所述的层板式成膜连续好氧发酵罐的发酵方法，其特征在于，包括下述步骤(1)、发酵液由进料管从罐体顶部进入发酵罐；O)、发酵液进入层板后经底部带孔挡板进入成膜发酵区；(3)、成膜发酵区内的发酵液经挡板的阻挡保持为层流状态缓慢流动，使表面菌膜每平方米受到的剪切力保持在0. 1 0. 3N的范围，从而保证菌膜的完整性，并自行调整溶氧；G)、发酵液在当层层板中发酵完毕后，经底部带孔挡板流向溢流板，通过溢流板溢流到导流管，经导流管自流到下层层板继续发酵；(5)、第二层至最下一层层板的发酵方法与步骤( (4)相同；(6)、发酵液经最下一层层板的导流管自流到发酵罐底部，对发酵液进行在线酸度检测，当发酵液酸度大于等于预先设定值时，视为发酵完成，打开第一阀门，发酵完成的发酵液经与灌装设备连接的出料管流出，可以进行下一步过滤灭菌灌装；当发酵液酸度小于预先设定值时，视为发酵不完全的发酵液，打开第二阀门，发酵不完全的发酵液经出料管流出，流到进料管，经进料管回流进罐内重新发酵直至发酵液酸度大于或等于预先设定值为止。
10.根据权利要求9所述的层板式成膜连续好氧发酵罐的发酵方法，其特征在于所述步骤(6)中的预先设定值是3.5%，发酵完全的发酵液是白米醋液。
全文摘要
本发明公开了一种层板式成膜连续好氧发酵罐，包括罐体、顶盖、层板、挡板、底部带孔挡板、溢流板、导流管、进料管、出料管、进气管、排气管、供气系统、料泵和在线酸度检测仪。本发明还公开了一种层板式成膜连续好氧发酵罐的发酵方法。本发明克服了现有技术中占地面积大，发酵效率低，不能连续化生产，发酵条件难控制，产品质量不稳定及产品风味较差的技术问题，本发明具有保证发酵液菌膜完整性、增加溶氧、保持产品优良风味、占地面积小、产量大、发酵周期短、可连续化生产、设备运行稳定、品质稳定可控及清洗方便等特点。
文档编号C12J1/10GK102286356SQ20111019882
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者傅亮, 陈思谦 申请人:暨南大学