专利名称：一种烟梗的固态发酵方法及烟梗的固态发酵装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及烟草加工技术领域，具体涉及一种固态发酵烟梗的方法和固态发酵新体系。
背景技术：
烟梗，是烟叶之粗硬叶脉，约占叶重25% 30%。在烟草加工过程中叶梗被逐步分离出来。其形态呈粗细、长短不一的长条状。它在卷烟生产中常切成梗丝，与烟丝按一定的比例用于卷烟加工。但也有的烟梗无法得到充分利用。烟梗的化学成分复杂，主要包括纤维素、半纤维素、果胶等。纤维素含量约占20%左右。可通过微生物发酵法将烟梗加工制成卷烟行业中的烟梗纤维、烟梗发酵浸出液等，从而提高其利用价值。烟梗的微生物发酵法，包括液态发酵法和固态发酵法。固态发酵法用水量少，设备投资小，生产操作过程较为简便，故值得深入研究。目前有关烟梗固态发酵研究还较少，上海烟草集团有限责任公司和江南大学开展的合作研究中，已采用固态发酵法对烟梗等原料进行微生物固态发酵，从中制备烟梗纤维及烟草浸出液，并申请了相关固态发酵烟梗等原料的发明专利一种微生物固态发酵法制备烟梗纤维素的方法(201110116236.8);制备烟草浸出液的两步微生物发酵法 (201110267955. X)。现有的固态发酵装置，主要有浅盘式发酵反应器、厚层通风发酵反应器、转鼓式反应器、填料床式反应器等，此外还有其它的固态发酵装置。这些固态发酵装置的共同缺点是固态发酵装置内的装料系数较低，例如厚层式通风发酵反应器的物料层厚度受限(一般不超过30cm，原因在于通风和散热的限制)，故反应器的装料系数均较低。另外，在生产场地， 反应器一般为单层设置，在考虑现场需要操作人员的情况下，固态发酵装置的空间利用率低下，一般装料率不足发酵室空间的10%。另外，固态发酵过程中产生大量的热量，传统的固态发酵，为了通风和散热，往往采用搅拌混料的方式，以驱除发酵物料中的热量及积聚的二氧化碳，但这在烟梗固态发酵装置中难于实现，其原因是发酵微生物菌丝体会受到损伤。本发明考虑到这一情况，采用烟梗物料装入培养框，通过培养框位置的变更或堆积方式的变化，来达到同样的散热及驱除二氧化碳的目的，同时也可在培养室内通风来调节物料温度和驱散二氧化碳。传统的固态发酵方式，一般包括原料处理(浸水、灭菌)、接种、发酵、后处理等步骤。但许多固有的模式不能应用于烟梗的固态发酵。例如，发酵原料的浸水操作，一般是将原料浸泡于水中，使原料充分吸水，但这不适合于烟梗物料，因为烟梗的吸水性非常强，即使按水料比10 1，物料中也没有游离水，但这样的含水量不利于烟梗的固态发酵。因此必须采用一种既能使烟梗吸收一定的水分，同时使烟梗物料中水分的分布均匀。因此仅物料浸水这一操作过程，必须要有新的操作模式。在试验过程中，还发现和现有的许多产品的固态发酵相比，烟梗的固态发酵有许多特殊的现象，例如，烟梗属植物性物料，不能进行高温灭菌操作，且由于烟梗原料，比较适合霉菌的生长，霉菌在烟梗上生长后，能够抵抗细菌类微生物的生长。烟梗为长短不一的长条形状(见图I)，烟梗呈松散状态，烟梗之间的空隙较多，这意味着生长在烟梗中的微生物较为容易获得充足的氧气。因此，可以不必采用现有的固态发酵装置和固态发酵的操作模式来进行烟梗的固态发酵。在烟梗的固态发酵过程中采用特殊的固态发酵装置和固态发酵方法，可以大大提高发酵设备及发酵室的装料量，因而能获得更好设备及空间的利用率。本发明以提高生产过程的机械化、自动化，满足固态发酵的基本需求为目的，在烟梗物料的润水操作、灭菌方式、接种方式及物料的发酵方式均突破现有固态发酵生产的固有模式。
发明内容
本发明的目的在于提高烟梗固态发酵的生产效率。具体体现为提高烟梗固态发酵生产过程的机械化、自动化水平，提高固态发酵物料的空间装料系数。本发明公开了一种烟梗的固态发酵方法和一种烟梗培养框和烟梗的固态发酵装置。本发明的烟梗的固态发酵方法，如图2所示，包括如下步骤I.烟梗的灭菌将烟梗加入一滚筒罐中，在滚筒罐旋转的同时加入一定量的热水并保持20 50min，使烟梗均匀地吸水，得到湿润烟梗。2.烟梗的微生物接种待步骤I获得的湿润烟梗冷却至室温后，加入到另一滚筒罐中，在滚筒罐旋转的同时加入一定量的微生物种子液，并使微生物种子液分布均匀，获得接种后的烟梗；3.烟梗的固态发酵将步骤2获得的接种后的烟梗装入培养框中，再将装有接种后的烟梗的培养框堆叠于可移动的仓储笼上，将仓储笼放置于发酵容器内或发酵室内进行固态发酵，发酵结束后对烟梗进行抽吸微生物孢子，获得发酵后的烟梗；或者将步骤2获得的接种后的烟梗装入培养框中，再将装有接种后的烟梗的培养框直接堆叠于发酵容器内进行固态发酵，发酵结束后对烟梗进行抽吸微生物孢子，获得发酵后的烟梗。本发明可以将步骤2获得的接种后的烟梗装入培养框中，再将装有接种的烟梗的培养框直接堆叠于发酵容器内进行固态发酵；而对于大型发酵室，可将步骤2获得的接种后的烟梗装入培养框中，再将装有接种的烟梗的培养框堆叠于可移动的仓储笼上，将仓储笼放置于发酵室内或发酵容器内进行固态发酵。本发明为满足通风、提高装料率的要求，将培养框按照一定的堆叠方式堆叠于可移动的仓储笼上；进行固态发酵期间，可根据需要进行通风操作。步骤I中，加入热水保持的时间优选为30min。步骤I中，所述烟梗的灭菌时热水的加入采用喷淋的方式加入。烟梗进行灭菌时， 将烟梗放入滚筒罐中，当滚筒罐以一定的转速旋转时，以喷淋的方式加入一定量的热水，对烟梗进行巴氏灭菌，以杀灭大部分烟梗表面的细菌，且不会破坏烟梗的成份。所述滚筒罐内部装有喷洒水的装置且可以以一定的转速旋转的罐体，也可以采用现有技术中的滚筒罐。 步骤I和步骤2的滚筒罐的旋转速度,如均可以为10 30r/min。步骤I中，烟梗的干基质量与所加入的热水的质量比为10 : (4 12)，所加入的热水的水温为60 90°C。较优的，烟梗的干基质量与所加入的热水的质量比为10 : (5 10)，所加入的热水的水温为65 80°C。步骤2中，所述微生物为黑曲霉(Aspergillus niger)或米曲霉(Aspergillus oryzae)。步骤2中，所述烟梗的微生物接种，采用如下具体步骤的方法进行接种(I)对微生物依次进行微生物的菌种活化、微生物的摇瓶培养以及进一步进行微生物的种子扩大培养，获得微生物种子液；所述微生物种子液为摇瓶培养好的微生物种子液、微生物一级种子液或微生物二级种子液；(2)将微生物种子液接种于烟梗表面。步骤(I)中，所述微生物的菌种活化为将微生物划线接种于PDA斜面，30 32°C 培养4 5d ;然后在斜面中加入无菌水制备成孢子悬浮液，其中孢子的浓度不低于IO7个/ ml o步骤(I)中，所述微生物的摇瓶培养为将一定量的微生物孢子悬浮液接入到配制好的培养基中进行培养。较优的，所述微生物的摇瓶培养具体步骤为采用过36目 60目筛的烟叶粉末作为培养基原料，在培养基中加入一定量的水(如每IKg的培养基干基可对应加入20L的水)，在121°C下灭菌20 30min，冷却至室温后，接入微生物孢子悬浮液，接种量为培养基体积的5 30% (微生物孢子悬浮液的体积占培养基体积的体积百分比)，摇瓶控制为 160r/min，在30 32°C下培养I 3d，即可获得摇瓶培养好的微生物种子液。此处冷却至室温为冷却至30-32°C。更优的，微生物孢子悬浮液的接种量为培养基体积的6 20% (微生物孢子悬浮液的体积占培养基体积的体积百分比)。步骤(I)中，所述微生物的种子扩大培养为将摇瓶培养好的微生物种子液扩大培养获得微生物一级种子液及微生物二级种子液。较优的，所述微生物的种子扩大培养具体步骤为微生物一级种子液和微生物二级种子液均采用过36目 60目筛的烟叶粉末作为培养基原料，在培养基中加入一定量水 (如每IKg的培养基干基均可对应加入20L的水)，在121°C下灭菌20 30min，冷却至室温后，接入摇瓶培养好的微生物种子液或接入微生物一级种子液，接种量为种子培养基体积的5 30% (微生物种子液的体积占培养基体积的体积百分比)，采用种子罐进行培养， 获得接入微生物一级种子液或接入微生物二级种子液，即获得可接种于烟梗的微生物种子液。更优的，接种量为种子培养基体积的10 20% (微生物种子液的体积占培养基体积的体积百分比)，种子罐培养的温度为30 32°C，搅拌速度控制为200r/min，通气量为 I 3vvm,培养I 3d即可。步骤2中，所述微生物种子液的接种体积量为接种前烟梗湿基总重量的10 30% (体积重量百分比)。较优的，所述微生物种子液的接种体积量为接种前烟梗湿基总重量的10 25% (体积重量百分比)。步骤3中，所述培养框包括方形底壁和垂直连接方形底壁的四个方形侧壁，所述方形底壁和四个方形侧壁上均设有多个方形网眼。所述培养框可堆叠于可移动的仓储笼上，其材料可以为耐高温塑料或不锈钢材质等，其大小可以视发酵需要而定。较优的，所述培养框的外部尺寸为长为30 70cm，宽为20 50cm，高为15 40cm,所述培养框的内部尺寸为长为25 65cm,宽为15 45cm,高为13 38cm。所述方形网眼的尺寸为长X宽为(20 50)mmX (3 7)mm ;即方形网眼的长为20 50mm，宽为3 7mm。较佳的，所述培养框堆叠于可移动的仓储笼上时，堆叠好的每一仓储笼上的一摞培养框与邻近一擦培养框(或横向上，培养框与培养框)之间的横向间距为5 20cm。较佳的，将培养框堆叠于可移动的仓储笼上，所述仓储笼的尺寸(长X宽)为 (70 85) X (70 85) cm,并可堆叠2_4擦培养框；每一擦培养框堆叠3 8层培养框。本发明所采用的发酵室或发酵容器，可根据发酵的需要通入蒸汽进行室内部的灭菌；可从外部向内部通入一定温度的空气或无菌空气；也可从外部向内部通入无菌水或自来水。可视发酵生产规模确定发酵室或发酵容器的具体尺寸。较优的，所述发酵室的内部尺寸为长为4 6m，宽为4 6m，高为2 4m ;所述发酵容器的内部尺寸为长为70 100cm，宽为30 50cm，高为40 60cm。步骤3中，所述烟梗的固态发酵方法具体为将蒸汽通入发酵室或发酵容器内，灭菌30min ;冷却至室温后，将装有接种后的烟梗的培养框堆叠于仓储笼上，将仓储笼移至发酵室中静置培养；或者将装有接种后的烟梗的培养框直接堆叠于发酵容器中静置培养；其中，发酵期间，通入一定温度和湿度的无菌空气进行通风；发酵结束后进行抽吸微生物孢子即可。发酵后的烟梗经烘干处理后可以用作造纸法烟草薄片的原料。所述一定温度和湿度的无菌空气，其温度为20 40°C，湿度为80 100%。优选的，所述一定温度和湿度的无菌空气，其温度为20 32°C，湿度为80 95%。较优的，装入培养框内的烟梗的体积为培养框体积的60 80%，即烟梗培养基的厚度为7. 8 30cm，固态发酵培养的温度为30 32°C，培养4 6d。进行大规模固态发酵时，可采用发酵室进行培养，每个大型发酵室最多可放置800 个培养框。对于大规模的烟梗固态发酵过程中，所述烟梗的固态发酵方法可根据需要将发酵室内仓储笼上装有烟梗的培养框进行空间位置的变更，可以直立堆叠或错开堆叠，以满足发酵微生物的生长、通风、驱除二氧化碳及发酵的需要。通过直立堆叠或错开堆叠的方式，培养框的装料系数可以达到60 80%，发酵室的装料系数可达到50%以上，与传统的固态发酵装置相比，大大提高了发酵室的空间利用率。本发明的烟梗培养框，包括方形底壁和垂直连接方形底壁的四个方形侧壁，所述方形底壁上和四个方形侧壁上均设有整齐排列的多个方形网眼。本发明的多个方形网眼整齐排列是指底壁上的方形网眼在横向和纵向上均呈直线型排列(如图4所示)，侧壁上的方形网眼在横向和竖向上均呈直线型排列(如图3所示)。较佳的，每个培养框的外部尺寸为长为30 70cm，宽为20 50cm，高为15 40cm ;每个培养框的内部尺寸为长为25 65cm,宽为15 45cm,高为13 38cm。较佳的，所述方形网眼的尺寸为长X宽为(20 50)mmX (3 7)mm ;即方形网眼的长为20 5Ctam,宽为3 7臟。较佳的，每一仓储笼上堆叠2-4摞培养框；每一摞培养框由直立堆叠的3-8层的培养框组成或由错开堆叠的3-8层的培养框组成。本发明的烟梗的固态发酵装置，包括发酵室或发酵容器，所述发酵室或发酵容器内设有多个可移动的仓储笼，每个仓储笼上堆叠2-4摞培养框；每摞培养框由直立堆叠的 3-8层上述的烟梗培养框组成或由错开堆叠的3-8层上述的烟梗培养框组成；堆叠好的每一仓储笼上的一擦培养框与邻近一擦培养框之间的横向间距为5 20cm。本发明的有益效果为I)本发明在烟梗物料吸水、灭菌及发酵方法上，充分考虑了烟梗的特性，更有利于烟梗的固态发酵。2)本发明所采用的烟梗固态发酵的方法，其培养框的装料系数可以达到60 80%，发酵室的装料系数可达到50%以上，与传统的固态发酵装置相比，可以大大提高发酵设备的装料系数，也可提高发酵室的空间利用率。3)本发明的发酵室或发酵容器内可以形成微生物生长所需的无菌环境，染菌几率4)本发明通过将接种后的烟梗装于四周及底部均有网眼的培养框中，可以增大无菌空气的透过率，有利于烟梗表面微生物的生长，从而实现了好氧静置培养且充分利用了发酵空间；通过向发酵室或发酵容器中通入具有一定温度及湿度的无菌空气，可以避免由于烟梗水分的散失而造成发酵不均的影响。另外，本发明工艺相对简单，可降低生产成本。5)本发明通过烟梗物料培养框堆积方式的变化，并通过改善温度调节及通风条件，以替代传统的搅拌翻料操作。
图I烟梗形态
图2微生物固态发酵烟梗工艺流程图
图3培养框侧面的结构示意图
图4培养框底部的结构示意图
图5培养框与培养框之间堆叠示意图(直立堆叠)
图6发酵室内部部分俯视图(直立堆叠)
图7培养框与培养框之间堆叠示意图(错开堆叠)
图8发酵室内部部分俯视图(错开堆叠)
具体实施例方式下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。实施例1150L固态发酵容器中的烟梗固态发酵一培养框直立堆叠I.黑曲霉种子液的制备I)斜面培养将黑曲霉(Aspergillus niger,中国工业微生物菌种保藏管理中心(China Center of Industrial Culture Collection)保藏并提供的 40431-黑曲霉)划线接种于 PDA斜面，30°C培养5d，4°C冰箱保存。
2)黑曲霉孢子悬浮液的制备在黑曲霉PDA斜面中加入一定量事先灭菌的无菌水，用接种铲将黑曲霉孢子刮下，转移到已灭菌的三角瓶中，玻璃珠震荡打散，获得黑曲霉孢子悬浮液；其中孢子的浓度为 IO7 个 /ml。3)黑曲霉种子液的制备在8个IOOOmL的三角瓶中各加入过36目筛的烟叶粉末(干基)25g，加水500mL， 在121 C下灭囷20min，冷却至室温(此处室温为30 C )后，各接入黑曲霉抱子悬浮液30mL， 摇瓶控制为160r/min，在30°C下培养2d，获得摇瓶培养好的黑曲霉种子液。2.在150L固态发酵容器中进行烟梗的固态发酵以150L固态发酵容器(也称为发酵罐)作为发酵室，并在该发酵容器内加入接种后的烟梗进行发酵，具体为先在一滚筒罐中加入烟梗(干基)13. 5kg，烟梗的形态如图I所示，在滚筒罐旋转的同时喷淋加入80°C的水10. 8L，搅拌均匀，保温30min。冷却至30°C的室温后加入另一滚筒罐中，在滚筒罐旋转的同时接入黑曲霉种子液3. 6L，搅拌均匀；其中滚筒罐旋转的转速控制为10 30r/min。将接种后的烟梗分别装入9个培养框(内径大小为36X24X15cm， 网眼大小为25X 5mm，如图3和图4所示)中，每个培养框中的烟梗为3. 1kg，烟梗培养基的厚度为12cm。将上述培养框直立堆叠(如图5所示)于已蒸汽灭菌30min的150L固体发酵罐内的不锈钢筛板上，堆叠3层，在30°C下发酵5d。发酵期间通入温度为25°C、湿度为 90%的无菌空气，通风量为150L/min，压力为lkg/cm2。固态发酵结束后，通过吸尘器分离收集烟梗表面的黑曲霉孢子。3.发酵前后烟梗成分含量固态发酵结束并除去黑曲霉孢子后，取一定量的烟梗进行烘干，测定其中主要的物质含量，实验结果如表I所示。表I发酵前后烟梗中的物质含量变化
检测项目_发酵前烟梗发酵后烟梗
干基重(kg)13.511.5
还原糖含量(%)21.099.89
总糖含量(％)22.4110.87
果胶酸含量(%)11.3810.10
淀粉含量(％)2.091.63
烟碱含量(％)0.5470.622
烟碱总量(g)73.8571.53
总氮含量(％)1.471.54
总氮总量(g)198.5177.1
糖碱比40.9717.48
糖氮比15.247.06由表I可知，烟梗经固态发酵后，其干重减少，主要原因是黑曲霉微生物分解了烟梗中的大分子物质并消耗了部分小分子物质。发酵后果胶酸、淀粉及蛋白质含量降低，说明本发明的微生物可将烟梗中的大分子物质降解成易溶于水的小分子物质，因此减少了蛋白质、果胶、淀粉等物质的残留对烟草薄片质量的影响。另外，与未处理的烟梗相比，经固态发酵后烟梗的糖碱比以及糖氮比更趋于合理，提高了烟梗的吸食品质，进而可提高烟草薄片的质量。本实施例中，培养框的装料系数为80%，发酵罐的总装料系数可达到60%，与传统的固态发酵方法(150L固态发酵罐中物料厚度最大为13 16cm，总装料系数为28. 9 35.6% )相比，大大提高了固态发酵罐的装料系数及空间利用率。实施例2150L固态发酵容器中的烟梗固态发酵一培养框错开堆叠I.黑曲霉种子液的制备I)斜面培养将黑曲霉(Aspergillus niger,中国工业微生物菌种保藏管理中心(China Center of Industrial Culture Collection)保藏并提供的 40431-黑曲霉)划线接种于 PDA斜面，在30°C下培养5d，4°C冰箱保存。2)黑曲霉孢子悬浮液的制备在黑曲霉PDA斜面中加入一定量事先灭菌的无菌水，用接种铲将黑曲霉孢子刮下，转移到已灭菌的三角瓶中，玻璃珠震荡打散，获得黑曲霉孢子悬浮液；其中孢子的浓度为 IO7 个 /ml。3)黑曲霉种子液的制备在8个IOOOmL三角瓶中各加入过36目筛的烟叶粉末(干基)25g，加水500mL， 在121 C下灭囷20min，冷却至室温(30 C )后，各接入黑曲霉抱子悬浮液30mL，摇瓶控制为 160r/min，在30°C下培养2d，获得摇瓶培养好的黑曲霉种子液。2.在150L固态发酵容器中进行烟梗的固态发酵以150L固态发酵容器(也称为发酵罐)作为发酵室，并在该发酵容器内加入接种后的烟梗进行发酵，具体为先在一滚筒罐中加入烟梗(干基)12kg，在滚筒罐旋转的同时喷淋加入80°C水 7. 2L，搅拌均匀，保温30min。冷却至30°C后加入另一滚筒罐中，在滚筒罐旋转的同时接入黑曲霉种子液3. 84L，搅拌均匀；其中滚筒罐旋转的转速控制为10 30r/min。将接种后的烟梗分别装入6个培养框(内径大小为36X32X 15cm，网眼大小35X6mm，如图3和图 4所示)中，每个培养框中的烟梗为3. 84kg，烟梗培养基的厚度为12cm。将上述培养框错开堆叠(如图7所示)于已蒸汽灭菌30min的150L固体发酵罐内的不锈钢筛板上，堆叠3 层，在30°C下发酵5d。发酵期间通入温度为25°C、湿度为90%的无菌空气，通风量为150L/ min,压力为 lkg/cm2。固态发酵结束后，通过吸尘器分离收集烟梗表面的黑曲霉孢子。3.发酵前后烟梗成分含量固态发酵结束并除去黑曲霉孢子后，取一定烟梗进行烘干，测定其中主要的物质含量，实验结果如表2所示。表2发酵前后烟梗中的物质含量变化_检测项目_发酵前烟梗发酵后烟梗
干基重(kg)129.5
还原糖含量(％)21.0912.59
总糖含量(％)22.4113.20
果胶酸含量(％)11.3810.70
淀粉含量(％)2.091.16
_5] 烟碱含量(％)0.5470.628
烟碱总量(g)65.6459.66
总氮含量(％)1.471.449
总氮总量(g)176.4137.7
糖碱比40.9721.02
糖氮比15.249.12由表2可知，烟梗经固态发酵后，其干重减少，主要原因是黑曲霉微生物分解了烟梗中的大分子物质并消耗了部分小分子物质。发酵后果胶酸、淀粉及蛋白质含量降低，说明本发明的微生物可将烟梗中的大分子物质降解成易溶于水的小分子物质，因此减少了蛋白质、果胶、淀粉等物质的残留对烟草薄片质量的影响。另外，与未处理的烟梗相比，经固态发酵后所得烟梗的糖碱比以及糖氮比更趋于合理，可提高烟梗的吸食品质，进而可提高烟草薄片的质量。本实施例中，培养框的装料系数为80%，发酵罐的总装料系数可达到57%，与传统的固态发酵方法(150L固态发酵罐中物料厚度最大为13 16cm，总装料系数为28. 9 35.6% )相比，大大提高了固态发酵罐的装料系数及空间利用率。实施例3发酵室内的烟梗固态发酵-培养框直立堆叠I.黑曲霉种子液的制备I)斜面培养将黑曲霉(Aspergillus niger,中国工业微生物菌种保藏管理中心(China Center of Industrial Culture Collection)保藏并提供的 40431-黑曲霉)划线接种于 PDA斜面，30°C培养5d，4°C冰箱保存。2)黑曲霉孢子悬浮液的制备及摇瓶培养在黑曲霉PDA斜面中加入一定量事先灭菌的无菌水，用接种铲将黑曲霉孢子刮下，转移到已灭菌的三角瓶中，玻璃珠震荡打散，获得黑曲霉孢子悬浮液；其中孢子的浓度为 IO7 个 /ml。在8个IOOOmL三角瓶中各加入过36目筛的烟叶粉末(干基)25g，加水500mL，在 121°C下灭菌20min，冷却至30°C后，各接入黑曲霉孢子悬浮液50mL，摇瓶控制为160r/min， 在30°C下培养2d，获得摇瓶培养好的黑曲霉种子液。3)黑曲霉一级种子液的制备在一级种子罐中加入已过36目筛的烟叶粉末(干基)2kg，加水40L，蒸汽灭菌 20min,冷却至30°C，接入黑曲霉种子液4L，搅拌200r/min，通气量为lvvm，30°C培养2d，获得黑曲霉一级种子液4)黑曲霉二级种子液的制备在二级种子罐中加入已过40目筛的烟叶粉末(干基)20kg，加水400L，蒸汽灭菌
1120min,冷却至30°C，接入黑曲霉种子液42L，搅拌200r/min，通气量为lvvm，30°C培养2d，获得黑曲霉二级种子液。2.烟梗的固态发酵将IlOOkg烟梗输送至滚筒罐中，调整滚筒罐转速，在滚筒罐旋转的同时以喷淋的方式加入75°C的水660kg，保温30min。待烟梗冷却至30°C的室温后，输送至另一滚筒罐中， 调整滚筒罐转速，在滚筒罐旋转的同时将440L黑曲霉二级种子液喷至烟梗表面，使之分布均匀；其中滚筒罐旋转的转速控制为10 30r/min。将接种后的烟梗装入培养框(外部尺寸37X30X27cm,内部尺寸35X28X25cm,网眼大小:30 X 4mm，如图3和图4所示)中，每个培养框里的烟梗为2. 6kg，厚度为20. Ocm0将培养框直立堆叠(如图5所示)于可移动的仓储笼(仓储笼尺寸80X70cm)上，堆叠7层，每个仓储笼装28个培养框(相当于四摞培养框)，每一擦培养框之间的间距为5cm。将30个仓储笼放置于已用蒸汽灭菌30min并冷却至30°C的发酵室(内部尺寸4. 2X4. 0X2. 0m，如图6所示)中进行固态发酵。固态发酵的培养温度为30°C，培养5d。发酵期间根据发酵情况通入温度为30°C、湿度为95%的无菌空气。发酵结束后进行抽吸黑曲霉孢子，孢子可用于制备黑曲霉孢子悬浮液，而发酵后的烟梗经处理(如烘干处理)后可以用作造纸法烟草薄片的原料。取本实施例除去黑曲霉孢子后获得的发酵后的烟梗进行烘干，测定其中主要的物质含量，实验结果可知，烟梗经固态发酵后，其干重减少，主要原因是黑曲霉微生物分解了烟梗中的大分子物质并消耗了部分小分子物质。发酵后果胶酸、淀粉及蛋白质含量降低，说明本发明的微生物可将烟梗中的大分子物质降解成易溶于水的小分子物质，因此减少了蛋白质、果胶、淀粉等物质的残留对烟草薄片质量的影响。另外，与未处理的烟梗相比，经固态发酵后烟梗的糖碱比以及糖氮比更趋于合理，提高了烟梗的吸食品质，进而可提高烟草薄片的质量。本实施例中，培养框的装料系数为80%，发酵室的总装料系数可达到50%，与传统的固态发酵装置(总装料系数一般为20 30% )相比，大大提高了发酵室的空间利用率。实施例4发酵室内的烟梗固态发酵一培养框错开堆叠I.黑曲霉种子液的制备I)斜面培养将黑曲霉划线接种于PDA斜面，30°C培养5d，4°C冰箱保存。2)黑曲霉孢子悬浮液的制备及摇瓶培养在黑曲霉PDA斜面中加入一定量事先灭菌的无菌水，用接种铲将黑曲霉孢子刮下，转移到已灭菌的三角瓶中，玻璃珠震荡打散，获得黑曲霉孢子悬浮液；其中孢子的浓度为 IO7 个 /ml。在8个IOOOmL三角瓶中各加入过36目筛的烟叶粉末(干基)25g，加水500mL，在 121°C下灭菌20min，冷却至32°C，各接入黑曲霉孢子悬浮液30mL，摇瓶控制为160r/min，在 320C下培养2d，获得摇瓶培养好的黑曲霉种子液。3)黑曲霉一级种子液的制备在一级种子罐中加入已过60目筛的烟叶粉末(干基)2kg，加水40L，蒸汽灭菌20min,冷却至30°C，接入黑曲霉种子液4L，搅拌200r/min，通气量为lvvm，30°C培养2d，获得黑曲霉一级种子液。4)黑曲霉二级种子液的制备在二级种子罐中加入已过60目筛的烟叶粉末(干基)30kg，加水600L，蒸汽灭菌 20min，冷却至32°C，接入黑曲霉种子液40L，搅拌200r/min，通气量为lvvm，32°C培养2d，获得黑曲霉二级种子液。2.烟梗的固态发酵将1640kg烟梗输送至滚筒罐中，调整滚筒罐转速，在滚筒罐旋转的同时以喷淋的方式加入80°C的水984kg，保温30min。待烟梗冷却至30°C的室温后，输送至另一滚筒罐中， 调整滚筒罐转速，在滚筒罐旋转的同时将656L黑曲霉二级种子液喷至烟梗表面，使之分布均匀；其中滚筒罐旋转的转速控制为10 30r/min。将接种后的烟梗装入培养框(外部尺寸70X32X27cm,内部尺寸68X30X25cm,网眼大小:40 X 5_，如图3和图4所示)中，每个培养框里的烟梗为6. 5kg，厚度为20cm。将培养框错开堆叠(如图7所示)于可移动的仓储笼(仓储笼尺寸75X75cm)上,堆叠7层,每个仓储笼装14个培养框(相当于两擦培养框)，培养框与培养框之间的间距为5cm。将36个仓储笼放置于已用蒸汽灭菌30min并冷却至30°C的发酵室(内部尺寸4. 5X4. 5X2. 0m，如图6所示)中进行固态发酵。固态发酵培养条温度为30°C，培养5d。发酵期间，通入温度为32°C、湿度为85%的无菌空气。发酵结束后进行抽吸黑曲霉孢子，孢子可用于制备黑曲霉孢子悬浮液，而发酵后的烟梗经处理后可以用作造纸法烟草薄片的原料。本实施例中，培养框的装料系数为80%， 发酵室的总装料系数可达到50%，提高了发酵室的装料系数，与传统的固态发酵装置(总装料系数一般为20 30% )相比，大大提高了发酵室的空间利用率。取本实施例除去黑曲霉孢子后获得的发酵后的烟梗进行烘干，测定其中主要的物质含量，实验结果可知，烟梗经固态发酵后，其干重减少，主要原因是黑曲霉微生物分解了烟梗中的大分子物质并消耗了部分小分子物质。发酵后果胶酸、淀粉及蛋白质含量降低，说明本发明的微生物可将烟梗中的大分子物质降解成易溶于水的小分子物质，因此减少了蛋白质、果胶、淀粉等物质的残留对烟草薄片质量的影响。另外，与未处理的烟梗相比，经固态发酵后烟梗的糖碱比以及糖氮比更趋于合理，提高了烟梗的吸食品质，进而可提高烟草薄片的质量。实施例5150L固态发酵容器中的烟梗固态发酵一培养框直立堆叠I.黑曲霉种子液的制备I)斜面培养将黑曲霉(Aspergillus niger,中国工业微生物菌种保藏管理中心(China Center of Industrial Culture Collection)保藏并提供的 40431-黑曲霉)划线接种于 PDA斜面，32°C培养4d，4°C冰箱保存。2)黑曲霉孢子悬浮液的制备及摇瓶培养在黑曲霉PDA斜面中加入一定量事先灭菌的无菌水，用接种铲将黑曲霉孢子刮下，转移到已灭菌的三角瓶中，玻璃珠震荡打散，获得黑曲霉孢子悬浮液；其中孢子的浓度为 IO7 个 /ml。在8个IOOOmL的三角瓶中各加入过60目筛的烟叶粉末(干基)25g，加水500mL，在121 C下灭囷30min，冷却至室温(此处室温为30 C )后，各接入黑曲霉抱子悬浮液 IOOmL,摇瓶控制为160r/min，在32°C下培养3d，获得摇瓶培养好的黑曲霉种子液。3)黑曲霉一级种子液的制备在一级种子罐中加入已过60目筛的烟叶粉末(干基)2kg，加水40L，蒸汽灭菌 20min，冷却至32°C，接入黑曲霉种子液6L，搅拌200r/min，通气量为lvvm，32°C培养3d，获得黑曲霉一级种子液。4)黑曲霉二级种子液的制备在二级种子罐中加入已过40目筛的烟叶粉末(干基)20kg，加水400L，蒸汽灭菌 20min,冷却至30°C，接入黑曲霉种子液10L，搅拌200r/min，通气量为lvvm，30°C培养ld，获得黑曲霉二级种子液。2.烟梗的固态发酵将IlOOkg烟梗输送至滚筒罐中，调整滚筒罐转速，在滚筒罐旋转的同时以喷淋的方式加入75°C的水660kg，保温30min。待烟梗冷却至30°C的室温后，输送至另一滚筒罐中， 调整滚筒罐转速，在滚筒罐旋转的同时将440L黑曲霉二级种子液喷至烟梗表面，使之分布均匀；其中滚筒罐旋转的转速控制为10 30r/min。将接种后的烟梗装入培养框(外部尺寸37X30X27cm,内部尺寸35X28X25cm,网眼大小:30 X 4mm，如图3和图4所示)中，每个培养框里的烟梗为2. 6kg，厚度为20. Ocm0将培养框直立堆叠(如图5所示)于可移动的仓储笼(仓储笼尺寸80X70cm)上，堆叠7层，每个仓储笼装28个培养框(相当于四摞培养框)，每一擦培养框之间的间距为5cm。将30个仓储笼放置于已用蒸汽灭菌30min并冷却至30°C的发酵室(内部尺寸4. 2X4. 0X2. 0m，如图6所示)中进行固态发酵。固态发酵的培养温度为30°C，培养5d。发酵期间根据发酵情况须通入温度为28°C、湿度为95% 的无菌空气。发酵结束后进行抽吸黑曲霉孢子，孢子可用于制备黑曲霉孢子悬浮液，而发酵后的烟梗经处理后可以用作造纸法烟草薄片的原料。本实施例中，培养框的装料系数为80%， 发酵室的总装料系数可达到50%，提高了发酵室的装料系数，与传统的固态发酵装置(总装料系数一般为20 30% )相比，大大提高了发酵室的空间利用率。取本实施例除去黑曲霉孢子后获得的发酵后的烟梗进行烘干，测定其中主要的物质含量，实验结果可知，烟梗经固态发酵后，其干重减少，主要原因是黑曲霉微生物分解了烟梗中的大分子物质并消耗了部分小分子物质。发酵后果胶酸、淀粉及蛋白质含量降低，说明本发明的微生物可将烟梗中的大分子物质降解成易溶于水的小分子物质，因此减少了蛋白质、果胶、淀粉等物质的残留对烟草薄片质量的影响。另外，与未处理的烟梗相比，经固态发酵后烟梗的糖碱比以及糖氮比更趋于合理，提高了烟梗的吸食品质，进而可提高烟草薄片的质量。实施例6150L固态发酵容器中的烟梗固态发酵-培养框直立堆叠I.米曲霉种子液的制备I)斜面培养将米曲霉(Aspergillus oryzae,中国工业微生物菌种保藏管理中心(China Center of Industrial Culture Collection)保藏并提供的2406-米曲霉)划线接种于PDA斜面，32°C培养4d，4°C冰箱保存。2)米曲霉孢子悬浮液的制备及摇瓶培养在黑曲霉PDA斜面中加入一定量事先灭菌的无菌水，用接种铲将黑曲霉孢子刮下，转移到已灭菌的三角瓶中，玻璃珠震荡打散，获得黑曲霉孢子悬浮液；其中孢子的浓度为 IO7 个 /ml。在8个IOOOmL的三角瓶中各加入过60目筛的烟叶粉末(干基)25g，加水500mL， 在121 C下灭囷30min，冷却至室温(此处室温为30 C )后，各接入黑曲霉抱子悬浮液 IOOmL,摇瓶控制为160r/min，在32°C下培养3d，获得摇瓶培养好的黑曲霉种子液。3)米曲霉一级种子液的制备在一级种子罐中加入已过40目筛的烟叶粉末(干基)2kg，加水40L，蒸汽灭菌 30min，冷却至32°C，接入黑曲霉种子液6L，搅拌200r/min，通气量为lvvm，32°C培养2d，获得米曲霉一级种子液。2.烟梗的固态发酵将I IOOkg烟梗输送至滚筒罐中，调整滚筒罐转速，在滚筒罐旋转的同时以喷淋的方式加入75°C的水660kg，保温30min。待烟梗冷却至30°C的室温后，输送至另一滚筒罐中， 调整滚筒罐转速，在滚筒罐旋转的同时将440L米曲霉一级种子液喷至烟梗表面，使之分布均匀；其中滚筒罐旋转的转速控制为10 30r/min。将接种后的烟梗装入培养框(外部尺寸37X30X27cm,内部尺寸35X28X25cm,网眼大小:30 X 4mm，如图3和图4所示)中，每个培养框里的烟梗为2. 6kg，厚度为20. Ocm0将培养框直立堆叠(如图5所示)于可移动的仓储笼(仓储笼尺寸80X70cm)上，堆叠7层，每个仓储笼装28个培养框(相当于四摞培养框)，每一擦培养框之间的间距为5cm。将30个仓储笼放置于已用蒸汽灭菌30min并冷却至30°C的发酵室(内部尺寸4. 2X4. 0X2. 0m，如图6所示)中进行固态发酵。固态发酵的培养温度为30°C，培养5d。发酵期间根据发酵情况须通入温度为20°C、湿度为90% 的无菌空气。发酵结束后进行抽吸米曲霉孢子，孢子可用于制备米曲霉孢子悬浮液，而发酵后的烟梗经处理后可以用作造纸法烟草薄片的原料。本实施例中，培养框的装料系数为80%， 发酵室的总装料系数可达到50%，提高了发酵室的装料系数，与传统的固态发酵装置(总装料系数一般为20 30% )相比，大大提高了发酵室的空间利用率。取本实施例除去米曲霉孢子后获得的发酵后的烟梗进行烘干，测定其中主要的物质含量，实验结果可知，烟梗经固态发酵后，其干重减少，主要原因是米曲霉微生物分解了烟梗中的大分子物质并消耗了部分小分子物质。发酵后果胶酸、淀粉及蛋白质含量降低，说明本发明的微生物可将烟梗中的大分子物质降解成易溶于水的小分子物质，因此减少了蛋白质、果胶、淀粉等物质的残留对烟草薄片质量的影响。另外，与未处理的烟梗相比，经固态发酵后烟梗的糖碱比以及糖氮比更趋于合理，提高了烟梗的吸食品质，进而可提高烟草薄片的质量。实施例7上述实施例1-6所使用的烟梗培养框、烟梗的固态发酵装置，具体为如图3所示的烟梗培养框，包括方形底壁(如图4所示)和垂直连接方形底壁的四个方形侧壁，所述方形底壁上和四个方形侧壁上均设有整齐排列的多个方形网眼。
较佳的，每个培养框的外部尺寸为长为30 70cm，宽为20 50cm，高为15 40cm ;每个培养框的内部尺寸为长为25 65cm,宽为15 45cm,高为13 38cm。较佳的,所述方形网眼3的尺寸为长X宽为(20 50)mmX (3 7)mm ;即方形网眼的长为20 5Ctam,宽为3 7臟。一种烟梗的固态发酵装置，包括如图6和图8所示的发酵室或发酵容器，所述发酵室或发酵容器内设有多个可移动的仓储笼，每个仓储笼上设有多摞上述的烟梗培养框。较佳的，每一仓储笼上堆叠2-4摞烟梗培养框；每一摞培养框由直立堆叠的3-8层的培养框组成(如图5所示)或由错开堆叠的3-8层的培养框组成(如图7所示)。
权利要求
1. 一种烟梗的固态发酵方法，包括如下步骤·1.烟梗的灭菌将烟梗加入一滚筒罐中，在滚筒罐旋转的同时加入一定量的热水并保持20 50min，烟梗均匀吸水后得到湿润烟梗；·2.烟梗的微生物接种待步骤I获得的湿润烟梗冷却至室温后，加入另一滚筒罐中，在滚筒罐旋转的同时加入一定量的微生物种子液，并使微生物种子液分布均匀，获得接种后的烟梗；·3.烟梗的固态发酵将步骤2获得的接种后的烟梗装入培养框中，再将装有接种后的烟梗的培养框堆叠于可移动的仓储笼上，将仓储笼放置于发酵容器内或发酵室内进行固态发酵，发酵结束后对烟梗进行抽吸微生物孢子，获得发酵后的烟梗；或者将步骤2获得的接种后的烟梗装入培养框中，再将装有接种后的烟梗的培养框直接堆叠于发酵容器内进行固态发酵，发酵结束后对烟梗进行抽吸微生物孢子，获得发酵后的烟梗。
2.如权利要求I所述的烟梗的固态发酵方法，其特征在于，步骤I中，所述烟梗灭菌时热水的加入采用喷淋的方式加入；步骤I中，烟梗的干基质量与所加入的热水的质量比为 10 (4 12)，所加入的热水的水温为60 90°C。
3.如权利要求I所述的烟梗的固态发酵方法，其特征在于，步骤2中，所述微生物为黑曲霉或米曲霉。
4.如权利要求I所述的烟梗的固态发酵方法，其特征在于，步骤2中，所述微生物种子液的接种体积量为接种前烟梗湿基总重量的10 30%。
5.如权利要求I所述的烟梗的固态发酵方法，其特征在于，步骤3中，装入培养框内的烟梗的体积为培养框体积的60 80%，培养框内的烟梗的厚度为7.8 ~ 30cm ；步骤3中，所述发酵容器或发酵室使用时先进行灭菌；步骤3中，固态发酵期间，通入温度为20 40°C、湿度为80 100%的无菌空气进行通风；固态发酵的培养温度为30 32°C，且培养4 6天。
6.如权利要求I所述的烟梗的固态发酵方法，其特征在于，步骤3中，所述培养框包括方形底壁和垂直连接方形底壁的四个方形侧壁，所述方形底壁和四个方形侧壁上均设有整齐排列的多个方形网眼；步骤3中，所述培养框堆叠于可移动的仓储笼上时，每一仓储笼上堆叠2-4摞培养框， 且堆叠好的每一仓储笼上的一摞培养框与邻近一摞培养框之间的横向间距为5 20cm ；步骤3中，所述培养框的堆叠方式为直立堆叠或错开堆叠。
7.如权利要求6所述的烟梗的固态发酵方法，其特征在于，步骤3中，所述培养框的外部尺寸为长为30 70cm，宽为20 50cm，高为15 40cm ； 所述培养框的内部尺寸为长为25 65cm,宽为15 45cm,高为13 38cm ；所述方形网眼的长为20 50mm,宽为3 7_ ；步骤3中，所述仓储笼的长为70 85cm，宽为70 85cm ；步骤3中，所述发酵室的内部尺寸为长为4 6m,宽为4 6m,高为2 4m ;所述发酵容器的内部尺寸为长为70 100cm，宽为30 50cm，高为40 60cm。
8.一种烟梗培养框，其特征在于，包括方形底壁和垂直连接方形底壁的四个方形侧壁， 所述方形底壁上和四个方形侧壁上均设有整齐排列的多个方形网眼。
9.如权利要求8所述的烟梗培养框，其特征在于，每个培养框的外部尺寸为长为 30 70cm,宽为20 50cm,高为15 40cm ;每个培养框的内部尺寸为长为25 65cm, 宽为15 45cm,高为13 38cm ;所述方形网眼的长为20 50mm,宽为3 7_。
10.一种烟梗的固态发酵装置，其特征在于，包括发酵室或发酵容器，所述发酵室或发酵容器内设有多个可移动的仓储笼，每个仓储笼上堆叠2-4擦培养框；每擦培养框由直立堆叠的3-8层权利要求8或9所述的烟梗培养框组成或由错开堆叠的3-8层权利要求8或 9所述的烟梗培养框组成；堆叠好的每一仓储笼上的一摞培养框与邻近一摞培养框之间的横向间距为5 20cm。
全文摘要
本发明涉及烟草加工技术领域，公开了一种适合于烟梗固态发酵的新体系及相应的烟梗固态发酵方法。具体为将烟梗加入一滚筒罐中，在滚筒罐旋转的同时加入一定量的热水，使烟梗吸水，保持30min；冷却至室温，将吸水后的烟梗加入另一滚筒罐中，在滚筒罐旋转的同时，加入一定量的微生物种子液进行微生物接种；接种后的烟梗装入培养框中，为满足通风、提高装料率的要求，将培养框按一定方式堆叠于可移动的仓储笼上，将仓储笼置于发酵室或发酵容器中进行固态发酵，并根据需要进行通风操作，发酵结束后抽吸微生物孢子。本发明能够提高烟梗固态发酵生产过程的机械化和自动化水平，提高固态发酵物料的空间装料系数，从而提高烟梗固态发酵的生产效率。
文档编号A24B15/20GK102578696SQ20121004936
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者于兴伟, 张晨, 汤朝起, 盛科, 许赣荣 申请人:上海烟草集团有限责任公司, 江南大学