一种固态高纤维物料灭菌装置的制作方法

本实用新型属于灭菌设备技术领域，具体涉及一种固态高纤维物料灭菌装置及其方法。

背景技术：

在食用菌、调味品、酿酒等行业中常常会用到很多固态高纤维物料，这些固态高纤维物料的原料大都是农副产品的下脚料，如：木屑、玉米芯、麸皮、谷糠、稻壳、棉籽壳、秸秆等，由于这些固态高纤维物料都存在微生物严重超标，在生产中一般都需要进行灭菌处理。目前，在工厂实际生产中液体物料的热杀菌技术和设备已经成熟，如直接加热式（蒸汽喷射式、注入式）及间接加热式（管式、片式、刮板式）等，相对于液体物料，固态高纤维物料的流动性差，热交换量小，因此，液体物料的灭菌设备和技术还无法应用到固态高纤维物料中。

螺杆挤压技术是一种迅速发展起来的加工技术，近年来，在食品及饲料工业上的应用越来越广泛。螺杆挤压技术集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型等工序为一体，其工艺简单，无三废产生，具备多功能、高产量、高品质的特点。传统螺杆挤压设备处理的原料一般都含有大量淀粉、蛋白质等，而对于木屑、棉籽壳、玉米芯、麸皮、秸秆等这类纤维含量高、持气性差的原料并不能直接加工。本实用新型根据这类物料的特性创制出新型螺杆挤压装备，从而利用螺杆挤压技术实现对固态高纤维物料的瞬时灭菌，达到高效节能、自动化生产的目的。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的问题，本实用新型提供了一种固态高纤维物料灭菌装置。该灭菌装置设计巧妙、使用方便、易于操作，实现了对固态高纤维物料连续瞬时灭菌。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种固态高纤维物料灭菌装置，包括螺杆挤出机，所述螺杆挤出机包括挤出装置和设于挤出装置上方的进料装置，所述挤出装置包括挤出组件和带动挤出组件转动的挤出电机，挤出组件外部设有螺套；所述挤出组件包括转轴以及套设于转轴上的若干个螺杆，靠近挤出电机的相邻两个螺杆之间设有铺薄环，远离挤出电机的相邻两个螺杆之间设有匀质环，且铺薄环和匀质环套设于转轴上；

铺薄环和匀质环的形状为空心圆台，且铺薄环和匀质环的左侧直径均小于右侧直径；匀质环的左侧为圆角设计，匀质环上沿周向均布有若干沿水平方向延伸的缺口；所述进料装置包括喂料电机、进料斗和喂料螺杆。

优选的，所述螺杆的数量为四个，依次为第一螺杆、第二螺杆、第三螺杆和第四螺杆，第一螺杆和第二螺杆间、第二螺杆和第三螺杆间的转轴上均套设有铺薄环，第三螺杆和第四螺杆间的转轴上套设有匀质环。即匀质环右侧设有第四螺杆，也就是物料从匀质环出来后还会经过一段螺杆（即第四螺杆）而不是物料从匀质环直接出来然后收集；匀质环右侧设第四螺杆是为了对物料进行揉搓，以便形成较为均匀蓬松的物料产品。

优选的，所述螺杆挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的两个挤出组件上均设有四个螺杆、两个铺薄环和一个匀质环，且两个挤出组件的螺杆同向啮合旋转。

优选的，匀质环上缺口的形状为扇形，且缺口的数量为6个；缺口沿转轴向贯穿匀质环，且扇形的圆弧部分刚好位于匀质环右侧的外圆周上；缺口用于通过物料并对物料进行挤压揉搓。

优选的，铺薄环的右侧直径比螺套直径小2-4mm，匀质环的右侧直径比螺套直径小2mm以内。

优选的，铺薄环的右侧底面与母线的夹角为45度，铺薄环和匀质环的厚度均为2cm。

优选的，所述转轴的截面形状为正多边，进一步优选为正六边形。

一种采用上述固态高纤维物料灭菌装置的灭菌方法，包括以下步骤：

1）将需要灭菌的固态高纤维物料的水分含量调整为10%-50%；

2）设置固态高纤维物料灭菌装置的第一螺杆的加热温度为50～100℃，第二螺杆的加热温度为100～160℃，第三螺杆的加热温度为120～180℃，挤出组件的转速为100～250rpm；

3）将步骤1）的固态高纤维物料加入到步骤2）的固态高纤维物料灭菌装置的进料斗内，然后送入挤出装置进行灭菌。

优选的，所述固态高纤维物料中纤维基质的含量大于35%，即固态高纤维物料中的纤维含量大于35%。

本实用新型中，在第二螺杆两端分别加设铺薄环，用于形成高温高压腔，铺薄环锥度一面（即铺薄环的小直径端）紧挨第一螺杆，以便物料延斜面推进，在空间不断缩小、摩擦力不断增大的情况下形成高温高压以达到灭菌的目的。同时采用匀质环来替代常规螺杆挤出机的模头，且匀质环右侧有第四螺杆，用来均化膨松物料，匀质环左侧有圆弧（即圆角设计），同时设有缺口，可以更好地均化物料和松散物料。

和现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的一种固态高纤维物料灭菌的装置，通过加设铺薄环和匀质环，实现了对固态高纤维物料连续瞬时灭菌，具有物料形状适应性广，连续性高，生产效率高，杀菌均匀，杀菌条件可调可控等优点；同时，不存在杀菌死角，几乎没有次品率，极大降低了生产成本，解决生产中固态高纤维物料灭菌的难题；

2.铺薄环的设计，物料通过螺杆挤压通过截面不断减小的通道，由于螺杆挤压和摩擦产生高温高压，使物料铺薄至1~2mm，然后利用螺杆挤压产生的高温瞬间穿透物料，达到瞬时灭菌的目的，因此灭菌时间短，效率高；

3.本实用新型的一种固态高纤维物料灭菌的装置，应用于固态物料，特别是高纤维的固态物料（纤维基质含量>35%）的灭菌生产过程中，使固态高纤维物料在被高温高压灭菌的同时，经过揉搓切割、高温蒸煮，从而物料性状发生改变，达到后续更有利于菌丝体生长和提高营养利用率的效果，促进相关行业节支增收。

附图说明

图1为本实用新型所述固态高纤维物料灭菌装置的结构示意图；

图2为图1铺薄环的结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为图1均质环的结构示意图；

图5为图4的左视图；

图中：1为底座，2为支架，3为喂料电机，4为进料斗，5为喂料螺杆，6为挤出电机，7为螺套，8为挤出组件，9为铺薄环，10为匀质环，11为缺口，12为圆角，13为第一螺杆，14为第二螺杆，15为第三螺杆，16为第四螺杆，17为通孔。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型进行进一步说明，但并不是对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。

实施例1

如图1-5所示，本实用新型的固态高纤维物料灭菌装置包括螺杆挤出机，所述螺杆挤出机包括挤出装置和设于挤出装置上方的进料装置，所述挤出装置包括挤出组件8和带动挤出组件8转动的挤出电机6（挤出电机6直接与转轴连接，挤出电机6带动转轴转动，从而带动挤出组件8整体转动），挤出组件8外部设有螺套7；所述挤出组件8包括转轴以及套设于转轴上的四个螺杆，从左往右依次为第一螺杆13、第二螺杆14、第三螺杆15和第四螺杆16，第一螺杆13和第二螺杆14间、第二螺杆14和第三螺杆15间的转轴上均套设有铺薄环9，第三螺杆15和第四螺杆16间的转轴上套设有匀质环10；即第二螺杆14左右两侧各设有一个铺薄环9。

铺薄环9和匀质环10的形状为空心圆台（即圆台端面沿转轴向开设有贯穿整个圆台的通孔17，如图3和图5所示），且铺薄环9和匀质环10的左侧直径均小于右侧直径；匀质环10的左侧（小直径端面）为圆角设计，匀质环10上沿周向均布有若干沿水平方向延伸的缺口11；所述进料装置包括喂料电机3、进料斗4和喂料螺杆5。

所述螺杆挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的两个挤出组件8上均设有四个螺杆、两个铺薄环9和和一个匀质环10，且两个挤出组件8的螺杆同向啮合旋转（即上部挤出组件8的四个螺杆与下部挤出组件8的四个螺杆相互啮合旋转）。匀质环10上缺口11的形状为扇形，且缺口11的数量为6个；缺口11沿转轴向贯穿匀质环10，且扇形的圆弧部分位于匀质环10右侧的外圆周上。铺薄环9的右侧直径比螺套7直径小2-4mm，匀质环10的右侧直径与螺套7的直径差在2mm以内（铺薄环9、螺套7、匀质环10、转轴、第一-第四螺杆同轴设置）。铺薄环9的右侧底面与母线的夹角为45度，铺薄环9和匀质环10的厚度均为2cm。所述转轴的截面形状为正六边形。

两个铺薄环9和匀质环10的位置、距离，匀质环10的缺口11大小等与设备产能、螺杆的粗细长短均有关系。

本实施例的匀质环10距离第四螺杆16右侧端部15~18cm，两个铺薄环距离第四螺杆16右侧端部分别为25~28cm和37~40cm，匀质环10上缺口11的深度为3~5mm，弧度为60度；需要说明的是，其并不是对本实用新型的限制。

除上述改进外，本实用新型使用的螺杆挤出机的其他部件采用本领域常规技术即可，如螺杆挤出机还包括底座1，螺套7固定在底座1上，底座1上还设有用于支撑进料装置的支架2，此处不再赘述；第一螺杆13，第二螺杆14和第三螺杆15上均连接有温度传感器，通过螺杆挤出机上的控制器进行温度控制，采用本领域常规技术即可，此处不再赘述。

需要说明的是：对于高纤维的固态物料，如果采用传统双螺杆加模头挤压膨化，存在模头极易堵塞的严重问题，采用均质环10设计即达到了挤压膨化的效果，又较好的避免了现有双螺杆挤压设备模头极易堵塞的问题。

本实施例的第一-第四螺杆、铺薄环9和匀质环10套设在转轴上，且转轴的形状为正六边形，在挤出电机6带动转轴转动的时候，第一-第四螺杆、铺薄环9和匀质环10同样旋转，同时，本实施例中转轴的长度刚好等于第一-第四螺杆的长度与铺薄环9和匀质环10的厚度之和，第四螺杆16与转轴固定（例如第四螺杆16右端可以通过螺母锁紧的方式固定或者第四螺杆16右端与转轴焊接固定），避免了旋转过程中的松动。

采用上述灭菌装置对香菇栽培料进行灭菌，包括以下步骤：

1）将需要灭菌的香菇栽培料（木质纤维素的含量为77%）按照生产要求混合好，并调整其水分含量为40%；

2）设置固态高纤维物料灭菌装置的第一螺杆13的加热温度为80℃，第二螺杆14的加热温度为110℃，第三螺杆15的加热度为140℃，挤出组件的转速为160rpm；

3）将步骤1）的香菇栽培料加入到步骤2）的固态高纤维物料灭菌装置的进料斗4内，然后送入挤出装置进行灭菌，经过灭菌的香菇栽培料可根据后续生产要求灌装，即为符合生产要求的香菇栽培菌包。

根据gb/t13093-2006（饲料中细菌总数的测定）对灭菌前后的香菇栽培料进行测定，测定结果为：灭菌前细菌总数4.1×10⁷cfu/g，灭菌后细菌总数<10cfu/g。

实施例2

采用实施例1的灭菌装置对麸皮进行灭菌，包括以下步骤：

1）将需要灭菌的麸皮（膳食纤维的含量47%）按照生产要求混合好，并调整其水分含量为35%；

2）设置实施例1的灭菌装置的第一螺杆13的加热温度为60℃，第二螺杆14的加热温度为100℃，第三螺杆15的加热温度为120℃，挤出组件的转速为140rpm；

3）将步骤1）的麸皮加入到步骤2）的固态高纤维物料灭菌装置的进料斗4内，然后送入挤出装置进行灭菌，经过灭菌的麸皮原料可根据后续生产要求接入纯种曲霉菌，在适宜条件下培养即可制得麸曲。

用麸皮为原料制作的酒曲，是目前酿酒工业的主要糖化剂。

根据gb/t13093-2006（饲料中细菌总数的测定）对灭菌前后的麸皮进行测定，测定结果为：灭菌前细菌总数5.4×10⁴cfu/g，灭菌后细菌总数<10cfu/g。

实施例3

采用实施例1的灭菌装置对食用醋酿原料（麸皮、谷糠）进行灭菌，包括以下步骤：

1）将需要灭菌的食用醋酿原料（麸皮、粗谷糠）（粗纤维的含量41%）按照生产要求混合好，并调整其水分含量为50%；

2）设置实施例1的灭菌装置的第一螺杆13的加热温度为70℃，第二螺杆14的加热温度为90℃，第三螺杆15的加热温度为130℃，挤出组件的转速为120rpm；

3）将步骤1）的食用醋酿原料加入到步骤2）的固态高纤维物料灭菌装置的进料斗4内，然后送入挤出装置进行灭菌，经过灭菌的发酵原料可根据后续生产要求加入醋醅进行发酵制醋。

根据gb/t13093-2006（饲料中细菌总数的测定）对灭菌前后的食用醋酿原料进行测定，测定结果为：灭菌前细菌总数1.2×10⁵cfu/g，灭菌后细菌总数<10cfu/g。