一种浅盘式智能化固态发酵红曲系统的制作方法

本发明涉及一种发酵红曲系统，更具体地说涉及一种浅盘式智能化固态发酵红曲系统。

背景技术：

红曲是以不黏性大米为原料，红曲菌经固态发酵而成的红曲米。主要产于福建，故又称福曲、丹曲等。红曲米在中国至少已有两千年以上药食两用的历史。红曲在国内主要用于酿酒、酿醋、腐乳、食品色素以及作为中药。在1979年，日本学者远藤章从红曲菌培养液中发现并提取出对胆固醇合成抑制作用的活性物质洛伐他汀，红曲的降脂功能成为现代红曲研究是主要方向。除此以外发酵红曲还含有色素、胆碱、黄酮、dha等次级代谢产物，具有降血压、降血糖、天然抗氧化等功效。

红曲的发酵工艺早在明朝李时珍明所著的《本草纲目》中就有记载，用煮熟的大米做为培养材料，在米饭培育红曲的制作过程中注意控制温度和补充水分，以缩短培养时间。明末宋应星在所著《天工开物》的“丹曲”一节中提出制做红曲要选用籼稻米，记载了二次蒸米成饭和接种后的管理方法，至今仍是国人制造红曲的重要依据。目前红曲的传统固态发酵方式为曲池发酵，曲池发酵会产生大量的有毒产物桔霉素，且不产生降脂成分洛伐他汀。用三角瓶发酵的现代工艺虽然能够生产出含洛伐他汀的红曲产品，但仍然存在产量小、操作困难、发酵条件难以控制、易染菌、产量质量不稳定、人工成本高等问题。因此通过红曲固态发酵设备的研究具有极其重要的意义，需要开发一种新的系统能有效监控发酵的各项理化指标，智能化的控制最优发酵环境，提高产品品质及稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术中传统及现代固态发酵红曲存在的人力成本高、产量低、产品质量不稳定等问题，提供一种浅盘式智能化固态发酵红曲系统，本发明的浅盘式智能化固态发酵红曲系统能有效监控发酵的各项理化指标，智能化的控制最优发酵环境，提高产品品质及稳定性，发酵出同批同质的红曲或功能性红曲。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的浅盘式智能化固态发酵红曲系统，其包括有通过线路、管道连接装置、阀门及相关的泵连接的罐体、负压接种系统、灭菌除菌系统、控温系统、通风系统和微电脑控制系统，其中所述的罐体包括有培养腔和罐门，培养腔内设置托盘安置架，所述的托盘安置架上设置有平铺基料的托盘，托盘安置架底部设置有滚轮，罐体底部设置有将滚轮进行导向的轨道；所述的负压接种系统包括有负压通道、压力表、接种管、接种控制阀、接种罐和种子液雾化器，负压通道和接种管分别位于罐体两侧，压力表位于罐体上方，培养腔与接种罐通过接种管联通且联通处设有种子液雾化器，接种管设置有控制通断的接种控制阀，负压通道一端与培养腔联通，另一端与真空泵联通；所述的灭菌除菌系统包括蒸汽进入通道、气流排出通道和雾化器，蒸汽进入通道与气流排出通道分别设置于罐体的底部两端，蒸汽进入通道一端与培养腔联通并且联通处设有雾化器，另一端分别与蒸汽发生器和无菌气源联通并可在蒸汽发生器和无菌气源间切换，气流排出通道一端与培养腔联通，另一端与气液分离收集装置联通。通过采用上述技术方案，所述的培养腔为密闭空间，避免了人工操作中染菌的问题，温度、湿度、压力等发酵条件更易于控制，而且灭菌工序更加简便，在接种之前，先将托盘上平铺上培养基料，将罐体进行封闭，从蒸汽进入通道通入蒸汽发生器产生的蒸汽，将罐内温度加热至121℃后保温，20分钟后再由无菌气源通入无菌低温气体，同时打开气流排出通道，加速热气的排出，降低温度和压力，当罐内温度降至35℃后，由真空泵通过负压通道将罐内抽至真空状态，间歇打开接种控制阀，使接种罐内的菌种经过种子液雾化器雾化后均匀的喷洒到托盘物料的表面，提高接种效率。

本发明的浅盘式智能化固态发酵红曲系统，其进一步的技术方案是所述的控温系统包括有夹套、冷气进入通道、上层温度传感器、下层温度传感器和门夹套，温度传感器设置于罐体至少两个位点；罐体外周设置有夹套，夹套内设置有充满冷却介质或加热介质的罐流体腔，夹套设置有将罐流体腔与冷却介质提供源或加热介质提供源联通的罐流体进入口，以及将罐流体腔与罐流体收集源联通的罐流体排出口，罐门外设置有门夹套，门夹套内有冷却介质或加热介质，门夹套设置有将门夹套与却介质提供源或加热介质提供源联通的门夹套流体进入口，冷气进入通道一端与无菌冷气源联通，另一端与培养腔联通。若温度传感器监测温度低于设定温度，加热介质将分别由罐流体进入口和门夹套流体进入口流入罐流体腔和门夹套，从而使罐内温度升高至设定温度；通过采用上述技术方案，在灭菌完成后，以及红曲发酵的低温阶段，需要对罐内空气进行降温，此时冷却介质将分别由罐流体进入口和门夹套流体进入口流入罐流体腔和门夹套，同时无菌冷气源将由冷气进入通道将无菌冷气通入培养腔，从而使罐内温度降低至设定温度，此过程完全由微电脑控制系统控制箱(plc)完成，精确控制物料发酵温度。

本发明的浅盘式智能化固态发酵红曲系统，其进一步的技术方案还可以是所述的通风系统包括有冷气进入通道、呼吸阀和气流排出通道，呼吸阀设置于罐体的上方；通过采用上述技术方案，红曲菌发酵过程中需要一定的供氧，无菌空气源由冷气进入通道通入培养腔，同时由呼吸阀和气流排出通道将罐体内的多余气体及时排出，从而维持罐体内压力及各气体含量的平衡。

本发明的浅盘式智能化固态发酵红曲系统，其进一步的技术方案还可以是所述的微电脑控制系统包括有上层温度传感器、下层温度传感器、温度表和微电脑控制系统控制箱，上层温度传感器联通至培养腔的上层空间，下层温度传感器联通至培养腔的下层空间，温度表设置于罐体的上方，微电脑控制系统控制箱关联操作包括冷气机的启停、管路开关的开闭、蒸汽发生器的开关。微电脑控制系统控制箱(plc)关联各理化指标监测设备与各控制设备开关，通过数学模型自动控制发酵环境，可以有效地控制发酵环境。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

①本发明成功解决传统固态发酵红曲人力成本高、发酵过程易染菌、物料无法打散、质量不稳定等问题。

②本发明通过微电脑控制系统控制箱(plc)系统精确监测发酵罐内各理化指标，并自动调节，及时有效地通过机械操作，精确地控制最优发酵环境，提高产品品质及稳定性，利用plc实现全自动化大规模生产。

附图说明

图1为本发明的浅盘式智能化固态发酵红曲系统具体实施方式的结构示意图

附图中标记：

1-罐体2-培养腔3-托盘安置架4-罐门

5-夹套6-微电脑控制系统控制箱(plc)11-蒸汽进入通道

12-气流排出通道13-接种管14-冷气进入通道15-负压通道

16-轨道17-呼吸阀18-上层温度传感器19-下层温度传感器

20-压力表21-温度表31-托盘32-滚轮

41-门夹套42-门夹套流体进入口51-罐流体腔52-罐流体进入口

53-罐流体排出口111-雾化器131-接种控制阀132-接种罐

133-种子液雾化器

具体实施方式

实施例1

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，如图1所示，本发明的浅盘式智能化固态发酵红曲系统包括罐体1，罐体1设置有培养腔2、罐门4，培养腔2内设置托盘安置架3，托盘安置架3上设置有平铺基料的托盘31，托盘安置架3底部设置有滚轮32，罐体底部设置有将滚轮32进行导向的轨道16；负压接种系统包括有负压通道15、压力表20、接种管13、接种控制阀131、接种罐132、种子液雾化器133，负压通道15和接种管13分别位于罐体1两侧，压力表20位于罐体1上方，培养腔2与接种罐132通过接种管13联通且联通处设有种子液雾化器133，接种管13设置有控制通断的接种控制阀131，负压通道15一端与培养腔2联通，另一端与真空泵联通；蒸汽进入通道11与气流排出通道12分别设置于罐体1的底部两端，蒸汽进入通道11一端与培养腔2联通并且联通处设有雾化器111，另一端分别与蒸汽发生器和无菌气源联通并可在蒸汽发生器和无菌气源间切换，气流排出通道12一端与培养腔2联通，另一端与气液分离收集装置联通。在固态发酵的过程中培养腔2为密闭空间，避免了人工操作中染菌的问题，温度、湿度、压力等发酵条件更易于控制，而且灭菌工序更加简便，在接种之前，先将托盘31上平铺上培养基料，将罐体1进行封闭，从蒸汽进入通道11通入蒸汽发生器产生的蒸汽，将罐内温度加热至121℃后保温，20分钟后再由无菌气源通入无菌低温气体，同时打开气流排出通道12，加速热气的排出，降低温度和压力，当罐内温度降至35℃后，由真空泵通过负压通道15将罐内抽至真空状态，间歇打开接种控制阀131，使接种罐132内的菌种经过种子液雾化器133雾化后均匀的喷洒到托盘31物料的表面，提高接种效率。

罐体1外周设置有夹套5，夹套5内设置有充满冷却介质或加热介质的罐流体腔51，夹套5设置有将罐流体腔51与冷却介质提供源或加热介质提供源联通的罐流体进入口52，以及将罐流体腔51与罐流体收集源联通的罐流体排出口53，罐门4外设置有门夹套41，门夹套41有冷却介质或加热介质，门夹套41设置有将门夹套41与却介质提供源或加热介质提供源联通的门夹套流体进入口42，冷气进入通道14一端与无菌冷气源联通，另一端与培养腔2联通。若温度传感器监测温度低于设定温度，加热介质将分别由罐流体进入口52和门夹套流体进入口42流入罐流体腔51和门夹套41，从而使罐内温度升高至设定温度；在灭菌完成后，以及红曲发酵的低温阶段，需要对罐内空气进行降温，此时冷却介质将分别由罐流体进入口52和门夹套流体进入口42流入罐流体腔51和门夹套41，同时无菌冷气源将由冷气进入通道14将无菌冷气通入培养腔2，从而使罐内温度降低至设定温度，此过程完全由微电脑控制系统控制箱(plc)6完成，精确控制物料发酵温度。

罐体1设置有呼吸阀17，呼吸阀位于罐体1的上方，红曲菌发酵过程中需要一定的供氧，无菌空气源由冷气进入通道14通入培养腔，同时由呼吸阀17和气流排出通道12将罐体1内的多余气体及时排出，从而维持罐体内压力及各气体含量的平衡。

罐体1设置有上层温度传感器18和下层温度传感器19，上层温度传感器18联通至培养腔2的上层空间，下层温度传感器19联通至培养腔2的下层空间，温度表21设置于罐体1的上方，微电脑控制系统控制箱(plc)6关联操作包括冷气机的启停、管路开关的开闭、蒸汽发生器的开关。微电脑控制系统控制箱(plc)6关联各理化指标监测设备与各控制设备开关，通过数学模型自动控制发酵环境，可以有效地控制发酵环境。

相较于红曲的传统固态发酵工艺和三角瓶发酵的现代工艺存在的产量小、操作困难、发酵条件难以控制、易染菌、产量质量不稳定、人工成本高等问题，本发明提供的固态发酵系统能有效监控发酵温度，保持无菌环境，控制最优发酵环境，降低人工成本，提高产品品质及稳定性。

实施应用：

本发明应用到固态发酵红曲，将20kg煮熟大米与大豆粉、甘油混匀后平铺至托盘上，物料厚度1cm，将托盘放置在托盘安置架上由轨道推入发酵罐培养腔，封闭罐门进行灭菌，灭菌结束后通入无菌冷空气使罐内温度降至40℃，由负压接种系统接入红曲菌种子液，在固态发酵罐中发酵，发酵温度32℃，发酵时间为3天，然后转入低温发酵，发酵温度20℃，27天后结束发酵，得到的红曲米中洛伐他汀的含量超过0.2％的国家标准，并且能够保证同批同质，纯种培养。