一种臭氧灭菌系统的制作方法

本实用新型涉及发酵设备技术领域，尤其是涉及一种臭氧灭菌系统。

背景技术：

传统的生料酒精发酵过程中，使用的原料基本是淀粉含量较高的天然农作物，而天然的农作物本身携带有大量的野生杂菌。由于生料发酵的工艺特点，原料无需加热糊化，在生料状态下投曲发酵，这将导致发酵环境中存在有大量的天然杂菌，使得发酵过程中杂菌污染的风险难以控制。生料酒精发酵过程中，为了控制杂菌的污染风险，工业上一般采用酸处理或添加抗生素的方法。酸处理指添加硫酸到生料发酵液中，利用酵母对氢离子的耐受性强于杂菌的特性，将发酵液的PH维持在3.5-4.0左右以抑制杂菌的生长，但是酸处理不当会抑制酵母的生长，同时含有硫酸根离子和酸度的废水会对环境造成较大的污染，提高了废水的处理成本。而添加抗生素易使杂菌产生耐药性，同时抗生素也会残留在酒糟中，对食品安全和公共安全造成严重威胁，这种方法已被国家禁止。

因此，现有的生料酒精发酵过程中控制杂菌污染的方法存在污染环境的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种臭氧灭菌系统，以缓解现有的生料酒精发酵过程中控制杂菌污染的方法存在污染环境的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案在于：

一种臭氧灭菌系统，应用于生料酒精发酵，包括发酵罐和臭氧发生器；

所述臭氧发生器与所述发酵罐之间设有第一输送管道；

所述臭氧发生器的臭氧由所述第一输送管道进入所述发酵罐杀菌，然后排出至外界并分解为氧气。

更进一步地，

所述第一输送管道上设置有第一阀门，所述第一阀门用于控制所述臭氧发生器与所述发酵罐之间的通断。

更进一步地，

还包括设置于所述发酵罐内部的臭氧检测装置，所述臭氧检测装置用于检测所述发酵罐内混合物的臭氧浓度。

更进一步地，

还包括排风装置，所述排风装置与所述发酵罐之间设有第二输送管道；

杀菌后的臭氧分解物由所述第二输送管道进入所述排风装置，然后排至外界。

更进一步地，

还包括RO水制备装置，所述RO水制备装置与所述发酵罐之间设有第三输送管道；

所述RO水制备装置的RO水由所述第三输送管道进入所述发酵罐并与所述臭氧反应。

更进一步地，

所述第三输送管道上设置有第三阀门，所述第三阀门用于控制所述RO水制备装置与所述发酵罐之间的通断。

更进一步地，

所述发酵罐内设置有搅拌机构，所述搅拌机构用于搅拌所述发酵罐内的混合物。

更进一步地，

所述搅拌机构包括主搅拌轴和行星搅拌轴；

所述主搅拌轴和所述行星搅拌轴均能够绕自身轴线转动；

所述行星搅拌轴与所述主搅拌轴具有间隔，且能够绕所述主搅拌轴的轴线转动。

更进一步地，

所述发酵罐内设置有温度检测器。

更进一步地，

所述发酵罐内设置有加热器，所述加热器用于加热所述发酵罐内的混合物。

结合以上技术方案，本实用新型达到的有益效果在于：

本实用新型提供的臭氧灭菌系统的杀菌原理为：利用臭氧溶解于水中后能够分解出氧化性极强的氧离子，氧化分解细菌内部降解葡萄糖所需的酶，致使TCA循环无法进行，从而导致细胞生命活动所需的ATP无法供应，使细菌灭活死亡，达到灭菌的目的。本实用新型提供的臭氧灭菌系统的工作流程如下：

1)以空气为原料，在臭氧发生器中采用电离原理制得臭氧，制得浓度≥120mg/l的臭氧。

2)将制得的臭氧通过第一输送管道加入到装有原料的发酵罐中，在加入臭氧的过程中搅拌发酵罐内的混合物。

3)发酵罐中混合物的臭氧浓度稳定在设定浓度后停止加入臭氧。

4)继续搅拌6-7个小时。

5)灭菌6-7个小时后，对发酵罐内的料液进行检测，要求臭氧浓度≤0.1ppm，细菌灭活率≥99.99％。

6)检测合格后的料液按工艺要求投入酒母或酒曲后开始正常的发酵工艺。

本实用新型中，以空气为原料采用电离原理制备臭氧，原料来源广泛，成本低。同时，臭氧的半衰期很短，排放至室外后将完全分解成为无污染的氧气，对环境的污染小。

在发酵过程中通过使用本实用新型提供的臭氧灭菌系统，无需预处理，灭菌后无污染无残留，灭菌过程中无需加热，操作简单，对环境的污染小；同时，本实用新型集高浓度臭氧发生、原物料灭活杀菌于一体，经济高效。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的臭氧灭菌系统的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的臭氧灭菌系统中搅拌机构的示意图。

图标：100-发酵罐；200-臭氧发生器；300-臭氧检测装置；400-排风装置；500-RO水制备装置；600-温度检测器；700-加热器；110-搅拌机构；111-主搅拌轴；112-行星搅拌轴；120-出料口阀门；210-第一输送管道；211-第一阀门；410-第二输送管道；411-第二阀门；510-第三输送管道；511-第三阀门。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对实施例1至实施例2进行详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种臭氧灭菌系统，应用于生料酒精发酵，请一并参照图1至图2。图1为本实用新型实施例提供的臭氧灭菌系统的示意图；图2为本实用新型实施例提供的臭氧灭菌系统中搅拌机构的示意图。

包括发酵罐100和臭氧发生器200；臭氧发生器200与发酵罐100之间设有第一输送管道210；臭氧发生器200的臭氧由第一输送管道210进入发酵罐100杀菌，然后排出至外界并分解为氧气。

本实施例提供的臭氧灭菌系统的杀菌原理为：利用臭氧溶解于水中后能够分解出氧化性极强的氧离子，氧化分解细菌内部降解葡萄糖所需的酶，致使TCA循环无法进行，从而导致细胞生命活动所需的ATP无法供应，使细菌灭活死亡，达到灭菌的目的。本实施例提供的臭氧灭菌系统的工作流程如下：

1)以空气为原料，在臭氧发生器200中采用电离原理制得臭氧，制得浓度≥120mg/l的臭氧。

2)将制得的臭氧通过第一输送管道210加入到装有原料的发酵罐100中，在加入臭氧的过程中搅拌发酵罐100内的混合物。

3)发酵罐100中混合物的臭氧浓度稳定在设定浓度后停止加入臭氧。

4)继续搅拌6-7个小时。

5)灭菌6-7个小时后，对发酵罐100内的料液进行检测，要求臭氧浓度≤0.1ppm，细菌灭活率≥99.99％。

6)检测合格后的料液按工艺要求投入酒母或酒曲后开始正常的发酵工艺。

本实施例中，以空气为原料采用电离原理制备臭氧，原料来源广泛，成本低。同时，臭氧的半衰期很短，排放至室外后将完全分解成为无污染的氧气，对环境的污染小。

在发酵过程中通过使用本实施例提供的臭氧灭菌系统，无需预处理，灭菌后无污染无残留，灭菌过程中无需加热，操作简单，对环境的污染小；同时，本实施例集高浓度臭氧发生、原物料灭活杀菌于一体，经济高效。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

第一输送管道210上设置有第一阀门211，第一阀门211用于控制臭氧发生器200与发酵罐100之间的通断。

灭菌反应臭氧的较佳浓度为4-6ppm，通过控制第一输送管道210的通断进一步控制发酵罐100内的臭氧浓度。当发酵罐100内的臭氧浓度高于4-6ppm时，第一阀门211关闭，第一输送管道210断开，臭氧发生器200与发酵罐100之间处于隔离状态，臭氧发生器200内的臭氧无法进入发酵罐100内，保证发酵罐100内的臭氧浓度处于设定值，以控制灭菌反应的发生环境。

当发酵罐100内的臭氧浓度低于4-6ppm时，第一阀门211打开，第一输送管道210接通，臭氧发生器200与发酵罐100之间处于接通状态，臭氧发生器200内的臭氧能够进入发酵罐100内，保证发酵罐100内的臭氧浓度处于设定值，以为灭菌反应提供充足的原料。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

臭氧灭菌系统还包括设置于发酵罐100内部的臭氧检测装置300，臭氧检测装置300用于检测发酵罐100内混合物的臭氧浓度。

为了实时监测发酵罐100内混合物的臭氧浓度以保证灭菌反应的高效进行，在发酵罐100内部设置臭氧检测装置300。

为了便于工作人员记录数据，臭氧检测装置300设置为在线检测方式，可以实时显示臭氧的浓度，便于准确控制第一阀门211的启闭。同时，可以将臭氧浓度数值传输至数据库，方便存储数据和监测工况。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

臭氧灭菌系统还包括排风装置400，排风装置400与发酵罐100之间设有第二输送管道410；杀菌后的臭氧分解物由第二输送管道410进入排风装置400，然后排至外界。

在加入臭氧的过程中，由于臭氧并不是100％溶解于水中，会有一部分的臭氧溢出并聚集在发酵罐100的顶部，为了保持发酵罐100的内外压力平衡以及设备和人员的安全，需要设置排风装置400将聚集的臭氧排放至外界，由于臭氧的半衰期很短，排放至室外后将完全分解成为无污染的氧气。

为了保证较多的臭氧溶解于发酵罐100内的混合物，在第二输送管道410上设置第二阀门411以控制发酵罐100与排风装置400之间的通断。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

臭氧灭菌系统还包括RO水制备装置500，RO水制备装置500与发酵罐100之间设有第三输送管道510；RO水制备装置500的RO水由第三输送管道510进入发酵罐100并与臭氧反应。

RO水(即反渗透水)呈弱酸性，可以抑制杂菌的生长。进一步地，RO水制备装置500可以设置为反渗透RO水制备装置。

进一步地，第三输送管道510上设置有第三阀门511，第三阀门511用于控制RO水制备装置500与发酵罐100之间的通断。

灭菌反应臭氧的较佳浓度为4-6ppm，通过控制第三输送管道510的通断控制发酵罐100内RO水的含量，进一步控制臭氧浓度。当发酵罐100内的臭氧浓度高于4-6ppm时，第三阀门511打开，第三输送管道510接通，RO水制备装置500与发酵罐100之间处于连通状态，RO水制备装置500内的RO水能够进入发酵罐100内，保证发酵罐100内的臭氧浓度处于设定值，以控制灭菌反应的发生环境。

当发酵罐100内的臭氧浓度低于4-6ppm时，第三阀门511关闭，第三输送管道510断开，RO水制备装置500与发酵罐100之间处于断开状态，RO水制备装置500内的RO水无法进入发酵罐100内，保证发酵罐100内的臭氧浓度处于设定值，以为灭菌反应提供充足的原料。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

发酵罐100内设置有搅拌机构110，搅拌机构110用于搅拌发酵罐100内的混合物。

具体而言，搅拌机构110包括主搅拌轴111和行星搅拌轴112；主搅拌轴111和行星搅拌轴112均能够绕自身轴线转动；行星搅拌轴112与主搅拌轴111具有间隔，且能够绕主搅拌轴111的轴线转动。

主搅拌轴111上还可以设置沿主搅拌轴111的周向均匀分布的叶片。行星搅拌轴112既可以绕自身轴线自转，还可以绕主搅拌轴111公转，能够辅助主搅拌轴111搅拌混合物，使混合物更加均匀。其中，行星搅拌轴112可以设置为麻花状的搅拌轴。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

发酵罐100内设置有温度检测器600。

由于灭菌的适宜温度为20-30℃之间，因此设置温度检测器600实时监测发酵罐100内的温度。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

发酵罐100内设置有加热器700，加热器700用于加热发酵罐100内的混合物。

当系统在冬季等温度较低的环境下工作时，为了保证混合物在适宜的环境下灭菌反应，需要对发酵罐100内的混合物进行加热，因此，设置加热器700。

采用莱特莱德白酒勾兑，用RO水制备装置500制得RO水电导率为9.2μS/cm，将RO水投入至有效容积为10T的发酵罐100中。以大米为原料，清洗干净后粉碎并投入至发酵罐100中，使发酵罐100内的料液比为1：4。使用美特斯MTS-CFG-40Y型臭氧发生器200制得浓度为112mg/L的臭氧，将臭氧通入发酵罐100的混合物中并搅拌。通过臭氧检测装置300测得混合物的最终臭氧浓度为5.5ppm；以60r/min的搅拌速率充分搅拌6.5个小时，发酵罐100内水温为24.6℃，经过7个小时后测得臭氧残留浓度为0，细菌灭活率为100％。开罐投入发酵用酒曲，添加量为2.5-3.0％，按正常发酵工艺发酵10天后发酵完毕，发酵醪液酒精含量为14.6％vol，原料得率为70.11％。表1为使用本实施例提供的系统和方法前后发酵过程中各部分的数量对比表，从表中数据可以看出，本实施例提供的系统和方法能够有效的杀灭原料中所携带的细菌，从而有效的抑制发酵过程中细菌的繁殖，控制杂菌污染的风险，降低发酵产酸。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

发酵罐100设置有出料口阀门120，出料口阀门120用于控制发酵罐100与外界的通断。

实施例2

本实施例提供了一种臭氧灭菌方法，请一并参照图1至图2。图1为本实用新型实施例提供的臭氧灭菌系统的示意图；图2为本实用新型实施例提供的臭氧灭菌系统中搅拌机构的示意图。

包括：

1)以自来水或地下水为原料，在RO水制备装置500中制备RO水，制得电导率≤10.0μS/cm，产能≥10t/h的RO水。

2)制得的RO水经第三输送管道510进入发酵罐100后，向发酵罐100内投入原物料，并搅拌5min。

3)以空气为原料，在臭氧发生器200中采用电离原理制得浓度≥120mg/l的臭氧。

4)制得的臭氧经第一输送管道210进入装有RO水和原料的发酵罐100中，并搅拌。

5)使用臭氧检测装置300实时监测混合物中臭氧的浓度，最终臭氧浓度稳定在4-6ppm后停止加入臭氧。

6)RO水中的臭氧浓度达到4-6ppm后继续搅拌6-7个小时。

7)灭菌6-7个小时后，对发酵罐100内的料液进行检测，要求臭氧浓度≤0.1ppm，细菌灭活率≥99.99％。

8)检测合格后的料液按工艺要求投入酒母或酒曲后开始发酵。

本实施例中，以空气为原料采用电离原理制备臭氧，原料来源广泛，成本低。同时，臭氧的半衰期很短，排放至室外后将完全分解成为无污染的氧气，对环境的污染小。

在发酵过程中通过使用本实施例提供的臭氧灭菌系统，无需预处理，灭菌后无污染无残留，灭菌过程中无需加热，操作简单，对环境的污染小；同时，本实施例集RO水制备、高浓度臭氧发生、原物料灭活杀菌、残余臭氧检测与排放于一体，经济高效。

表1使用本实施例提供的系统和方法前后发酵过程中各部分的数量对比表

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。