一种高效固态发酵微生物接种计量的方法及装置与流程

本发明涉及固态发酵微生物接种处理技术，具体涉及一种高效固态发酵微生物接种计量的方法及装置，属于固态发酵设备领域。

背景技术：

温度对微生物的影响是广泛的，改变温度必然会影响微生物体内所进行的多种生物化学反应。适宜的温度能刺激生长，不适的温度会改变微生物的形态、代谢等生化特性，甚至导致死亡。温度对发酵有很大的影响。它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。

在固态发酵领域，对物料进行微生物接种环节非常重要，微生物菌种的活化程度和物料的起始料温对于固态发酵的初始发酵状态影响比较大，比如在固态发酵饲料的生产中，进行物料接种微生物菌种时，当接种的微生物菌种活化程度足够高且物料接种完后的料温处在微生物菌种生长繁殖最适宜的温度范围内，微生物能够快速进入生长繁殖状态，整个固态发酵饲料过程不仅能够缩短发酵周期，同时微生物能够比较旺盛的分泌代谢丰富的酶类和其他有益代谢产物，物料在生长旺盛的微生物和丰富的酶类作用下，发酵酶解程度加深，最终得到的固态发酵饲料的产品品质比较好。

但是，目前在实际的固态发酵饲料生产操作中，在对物料进行微生物菌种接种前，将所需微生物菌种加入一个盛装适宜温度热水的容器中活化制成微生物菌液，将活化好的微生物菌液加入到物料中进行混合接种，此活化过程使用的热水温度不能过高，否则将杀灭加入热水中的微生物菌种，当把微生物菌液加入到自然物料中后，接种后物料的料温比活化微生物菌液的温度低很多，此时物料料温已经远低于微生物菌种的最适宜温度了，这样的状态下，物料发酵启动速度比较慢，等物料中微生物生长代谢产生代谢热将物料升温至微生物最适宜的料温需要较长的时间，大大影响固态发酵饲料的效率和效果。特别是在气温较低的秋冬季节进行固态发酵生产，采用如上微生物接种方式，不良影响尤为明显。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种高效固态发酵微生物接种计量的方法及装置，使得接种后的物料料温处于微生物的最适生长温度，发酵周期缩短，发酵产品质量得到保障，计量精度高，接种计量精确，设备利用率更高，费用低廉，同时在使用过程中更加清洁。

本发明解决其技术问题的方案是：

提供一种高效固态发酵微生物接种计量的方法，包括如下步骤：

Ⅰ）先在水桶中加入发酵所需的微生物菌种，然后加入活化该微生物菌种最适宜温度的热水，将所需的微生物菌种活化制成浓度较高的微生物菌液；

Ⅱ）开启控制器，将标准砝码平均悬挂在挂码支架上，对控制器所控制的压力传感器进行挂码标定校准，校准完成后从挂码支架上取下标准砝码；

Ⅲ）将步骤Ⅰ）中制备好的微生物菌液从菌种罐的菌液进口加入菌种罐中；

Ⅳ）根据物料混合接种后发酵物料所需的初始水分含量、初始物料温度、接种后物料所含微生物菌种接种量、活化后微生物菌液的菌种浓度，以及每批次加入混合接种设备中待接种的恒定重量的物料重量数据，测算得到混合接种过程中每批次物料所需的热水添加量和热水温度、菌液添加量，并在控制器中完成设定所需热水的批次添加重量和微生物菌液批次添加重量；

Ⅴ）从热水罐进水管中加入步骤Ⅳ）中经测算确定的所需水温的热水；

Ⅵ）将待接种的恒定重量的一批次物料加入处于运行状态的混合接种设备中，然后操作控制器控制热水罐底部出水电磁阀打开，热水加入到混合接种设备内的物料中，压力传感器实时测量加入混合接种设备中热水的重量，当热水罐排出的热水重量达到控制器中设定的热水批次添加重量时，出水电磁阀受控制器控制而关闭；

Ⅶ）待物料和热水混合一定时间后达到混合均匀状态，操作控制器控制菌种罐下部菌液排出电磁阀打开，微生物菌液从菌液排出管排入到混合接种设备内的物料中，压力传感器实时测量排出的微生物菌液重量，当排出的微生物菌液重量达到控制器中设定的微生物菌液批次添加重量时，菌液排出电磁阀受控制器控制而关闭；

Ⅷ）待混合接种设备内物料混合一定时间达到混合均匀状态后，从混合接种设备中排出已经接种完成的物料。

重复以上步骤Ⅵ）至步骤Ⅷ），循环运转，继续完成后续各批次物料的微生物接种操作。

以上所述方法基于下述装置实现，该装置包括热水罐、菌种罐、压力传感器、支撑架、控制器，所述热水罐顶面安装进水管和热水罐通气管，热水罐罐体部分从上到下设置支撑座、挂码支架、热水罐固定片，热水罐底部设置出水管且该出水管上安装出水电磁阀，所述菌种罐顶面设置菌液进口、菌种罐通气管和菌种罐固定片，菌种罐罐体外部包裹保温层，菌种罐底部设置菌液排出管且该菌液排出管上安装菌液排出电磁阀，所述压力传感器、出水电磁阀和菌液排出电磁阀均与控制器连接，所述热水罐罐体上的支撑座和支撑架之间连接有压力传感器，所述热水罐固定片与菌种罐固定片连接固定；所述热水罐顶面安装的热水罐通气管为出气口朝下的半圆形管道，所述菌种罐顶面设置的菌种罐通气管为出气口朝下的半圆形管道；所述热水罐罐体上的支撑座对称布置在热水罐罐体上；所述热水罐罐体上的挂码支架对称布置在热水罐罐体上；所述热水罐罐体上的热水罐固定片对称布置在热水罐罐体上，且所述菌种罐上的菌种罐固定片对称布置在菌种罐上；所述热水罐顶面安装的进水管和热水罐通气管对称设置在经过热水罐顶面中心直径的两端，所述菌种罐顶面设置的菌液进口和菌种罐通气管对称安装在经过菌液罐顶面中心直径的两端，且热水罐顶面安装的热水罐通气管和菌种罐顶面设置的菌种罐通气管对称处于热水罐垂直中轴线的两侧。

本发明的有益效果是：

（1）物料微生物接种用的热水和微生物菌液分步添加到物料中，接种用的热水温度可以高于微生物活化时菌液的温度，物料与热水混合均匀后的料温比热水温度低，通过调整控制加入热水罐中热水的温度，可以达到物料加入热水且混合均匀后，湿物料的料温处于微生物菌种的最适生长繁殖温度。当微生物菌种接入此具有最适生长繁殖温度的物料后，可以快速生长繁殖代谢，物料发酵周期缩短，发酵效率更高，发酵产品质量得到保障。另一方面，菌种活化过程只需要若干个简单的小容器，节约了菌种活化容器的大量投入和生产操作空间。

（2）采用菌种罐嵌套安装在热水罐外围的方式，一方面热水罐与菌种罐嵌套部分对热水罐和菌种罐起到一定的相互保温作用，同时，菌种罐罐体外部包裹保温层对菌种罐起到很好的保温作用，菌种罐中菌液的温度在接种过程中可以长时间保持在菌种最适温度范围内。另一方面，这样的嵌套安装方式可以使热水罐和菌液罐共用一套称重计量系统，设备利用率更高，费用低廉。

（3）采用电子称重和电磁阀控制热水和菌液添加量的方式，物料接种过程加入的热水量和菌液量更加准确。

（4）本发明设置挂码支架方便使用前对称重系统进行挂码标定校准，有助于本发明的正常精确使用，同时，本发明的主要构成部件对称分布在热水罐的垂直中轴线的周围，有助于本发明称重部分的重心与压力传感器保持稳定平衡状态，进一步保障称重过程的精度。

（5）由于热水罐顶面安装的热水罐通气管为出气口朝下的半圆形管道，热水可以很顺畅的从热水罐中排出，同时也不会造成生产操作区域内杂物或粉尘从热水罐通气管中落入热水罐,由于菌种罐顶面设置的菌种罐通气管为出气口朝下的半圆形管道，菌液可以很顺畅的从菌液罐中排出的同时，也不会造成生产操作区域内杂物或粉尘从菌液罐通气管中落入菌种罐。

附图说明

图1是本发明一种高效固态发酵微生物接种计量的装置的示意图。

图2是本发明的立体示意图。

图3是本发明的俯视图。

图4是图1的M局部放大图。

图5是图2的N局部放大图。

图6是热水罐与菌种罐装配后的正视图。

图7是热水罐与菌种罐装配后的俯视图。

图8是热水罐与菌种罐装配后的立体示意图。

图9是热水罐的正视图。

图10是热水罐的左视图。

图11是热水罐的右视图。

图12是热水罐的俯视图。

图13是图9的A-A剖视图。

图14是热水罐的立体示意图。

图15是菌种罐的正视图。

图16是菌种罐的左视图。

图17是菌种罐的右视图。

图18是菌种罐的俯视图。

图19是图16的B-B剖视图。

图20是菌种罐的立体示意图。

图中标记说明：1-热水罐；2-进水管；3-热水罐通气管；4-支撑座；5-挂码支架；6-热水罐固定片；7-出水管；8-出水电磁阀；9-菌种罐；10-菌液进口；11-菌种罐通气管；12-菌种罐固定片；13-菌液排出管；14-菌液排出电磁阀；15-保温层；16-压力传感器；17-支撑架；18-控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术内容及实施例作进一步详细的说明。

如图1～图20所示，一种高效固态发酵微生物接种计量的方法，包括如下步骤：

Ⅰ）先在水桶中加入发酵所需的微生物菌种，然后加入活化该微生物菌种最适宜温度的热水，将所需的微生物菌种活化制成浓度较高的微生物菌液；

Ⅱ）开启控制器18，将标准砝码平均悬挂在挂码支架5上，对控制器18所控制的压力传感器16进行挂码标定校准，校准完成后从挂码支架5上取下标准砝码；

Ⅲ）将步骤Ⅰ）中制备好的微生物菌液从菌种罐9的菌液进口10加入菌种罐9中；

Ⅳ）根据物料混合接种后发酵物料所需的初始水分含量、初始物料温度、接种后物料所含微生物菌种接种量、活化后微生物菌液的菌种浓度，以及每批次加入混合接种设备中待接种的恒定重量的物料重量数据，测算得到混合接种过程中每批次物料所需的热水添加量和热水温度、菌液添加量，并在控制器18中完成设定所需热水的批次添加重量和微生物菌液批次添加重量；

Ⅴ）从热水罐1进水管2中加入步骤Ⅳ）中经测算确定的所需水温的热水；

Ⅵ）将待接种的恒定重量的一批次物料加入处于运行状态的混合接种设备中，然后操作控制器18控制热水罐1底部出水电磁阀8打开，热水加入到混合接种设备内的物料中，压力传感器16实时测量加入混合接种设备中热水的重量，当热水罐1排出的热水重量达到控制器18中设定的热水批次添加重量时，出水电磁阀8受控制器18控制而关闭；

Ⅶ）待物料和热水混合一定时间后达到混合均匀状态，操作控制器18控制菌种罐9下部菌液排出电磁阀14打开，微生物菌液从菌液排出管13排入到混合接种设备内的物料中，压力传感器16实时测量排出的微生物菌液重量，当排出的微生物菌液重量达到控制器18中设定的微生物菌液批次添加重量时，菌液排出电磁阀14受控制器18控制而关闭；

Ⅷ）待混合接种设备内物料混合一定时间达到混合均匀状态后，从混合接种设备中排出已经接种完成的物料；

重复以上步骤Ⅵ）至步骤Ⅷ），循环运转，继续完成后续各批次物料的微生物接种操作。

以上所述方法基于下述装置实现，如图 1 ～图20所示，该装置包括热水罐1、菌种罐9、压力传感器16、支撑架17、控制器18，所述热水罐1顶面安装进水管2和热水罐通气管3，所述热水罐1顶面安装的热水罐通气管3为出气口朝下的半圆形管道，热水罐1罐体部分从上到下设置支撑座4、挂码支架5、热水罐固定片6，所述热水罐1罐体上的支撑座4对称布置在热水罐1罐体上，所述热水罐1罐体上的挂码支架5对称布置在热水罐1罐体上，热水罐1底部设置出水管7且该出水管7上安装出水电磁阀8，所述菌种罐9顶面设置菌液进口10、菌种罐通气管11和菌种罐固定片12，所述菌种罐9顶面设置的菌种罐通气管11为出气口朝下的半圆形管道，所述热水罐1罐体上的热水罐固定片6对称布置在热水罐1罐体上，且所述菌种罐9上的菌种罐固定片12对称布置在菌种罐9上，所述热水罐1顶面安装的进水管2和热水罐通气管3对称设置在经过热水罐1顶面中心直径的两端，所述菌种罐9顶面设置的菌液进口10和菌种罐通气管11对称安装在经过菌液罐9顶面中心直径的两端，且热水罐1顶面安装的热水罐通气管3和菌种罐9顶面设置的菌种罐通气管11对称处于热水罐1垂直中轴线的两侧，菌种罐9罐体外部包裹保温层15，菌种罐9底部设置菌液排出管13且该菌液排出管13上安装菌液排出电磁阀14，所述压力传感器16、出水电磁阀8和菌液排出电磁阀14均与控制器18连接，所述热水罐1罐体上的支撑座4和支撑架17之间连接有压力传感器16，所述热水罐固定片6与菌种罐固定片12连接固定。

实施例1：在秋冬季节进行豆粕接种植物乳杆菌固态发酵

Ⅰ）先在水桶中加入发酵所需的植物乳杆菌，然后向水桶中加入30℃～35℃的热水，将所需的植物乳杆菌活化制成浓度较高的微生物菌液；

Ⅱ）开启控制器18，将标准砝码平均悬挂在挂码支架5上，对控制器18所控制的压力传感器16进行挂码标定校准，校准完成后从挂码支架5上取下标准砝码；

Ⅲ）将步骤Ⅰ）中制备好的植物乳杆菌微生物菌液从菌种罐9的菌液进口10加入菌种罐9中；

Ⅳ）根据豆粕混合接种后发酵豆粕所需的初始水分含量40%、初始物料温度30℃～35℃、接种后物料所含微生物菌种接种量（7.0～8.0）×10⁶cfu/g物料、活化后植物乳杆菌菌液的菌种浓度（1.2～1.4）×10⁸ cfu /ml，以及每批次加入混合接种设备中待接种的豆粕300公斤，测算得到混合接种过程中每批次物料所需的热水添加量120公斤和热水温度55℃～57℃、菌液添加量25公斤，并在控制器18中完成设定所需热水的批次添加重量120公斤和微生物菌液批次添加重量25公斤；

Ⅴ）从热水罐1进水管2中加入步骤Ⅳ）中经测算确定的所需55℃～57℃的热水；

Ⅵ）将待接种的300公斤豆粕加入处于运行状态的混合接种设备中，然后操作控制器18控制热水罐1底部出水电磁阀8打开，热水加入到混合接种设备内的物料中，压力传感器16实时测量加入混合接种设备中热水的重量，当热水罐1排出的热水重量达到控制器18中设定的热水批次添加重量120公斤时，出水电磁阀8受控制器18控制而关闭；

Ⅶ）待物料和热水混合一定时间后达到混合均匀状态，操作控制器18控制菌种罐9下部菌液排出电磁阀14打开，微生物菌液从菌液排出管13排入到混合接种设备内的物料中，压力传感器16实时测量排出的微生物菌液重量，当排出的微生物菌液重量达到控制器18中设定的微生物菌液批次添加重量25公斤时，菌液排出电磁阀14受控制器18控制而关闭；

Ⅷ）待混合接种设备内物料混合一定时间达到混合均匀状态后，从混合接种设备中排出已经接种完成的物料；

重复以上步骤Ⅵ）至步骤Ⅷ），循环运转，继续完成后续各批次物料的微生物接种操作。

由于豆粕原料的温度比较低，若物料接种过程中不单独加入热水，而直接采用活化后的微生物菌液，由于微生物菌液的温度处于微生物的最适温度范围内，当微生物菌液与豆粕原料混合后，湿物料的料温将远低于微生物菌种的最适温度范围。

当向豆粕原料单独加入热水，再加入活化后的微生物菌液接种时，可以先向物料中加入远高于微生物最适温度30℃～35℃的55℃～57℃热水，豆粕原料与热水混合均匀后，湿物料的温度为30℃～35℃，正好处于微生物菌种的最适温度30℃～35℃范围内，由于活化后的微生物菌液的温度为30℃～35℃，湿物料再加入微生物菌液后，料温依然处于微生物菌种的最适温度范围内。当微生物菌种接入此具有最适生长温度的物料后，微生物在物料上能够快速进入生长繁殖状态，整个固态发酵豆粕过程不仅能够缩短发酵周期，同时微生物能够比较旺盛的分泌代谢丰富的酶类和其他有益代谢产物，豆粕原料在生长旺盛的微生物和丰富的酶类作用下，发酵酶解程度加深，最终得到的固态发酵饲料的产品品质比较好，发酵效率更高，发酵产品质量得到保障。