一种乳酸菌发酵剂的制备工艺及其专用设备的制作方法

本申请涉及发酵剂制备的领域，尤其是涉及一种乳酸菌发酵剂的制备工艺及其专用设备。

背景技术：

随着人民生活水平的提高和健康意识的增强，我国发酵乳制品产量以平均每年25%的速度增长，干酪制品的人均消费量也在逐年提高。发酵剂在酸奶及干酪生产过程中的作用非常重要，因而对于发酵剂的选取和制备成为乳品工业发展的决定性因素之一。

发酵剂制备过程中的菌体浓缩是将菌体与培养液分离的过程，处理过程要求在保持菌体活性的前提下，获得较高的浓缩倍数和菌体收得率，因此，菌体浓缩技术是制备浓缩型乳酸菌发酵剂和直投式冻干发酵剂重要的中间工艺环节。目前，用于浓缩菌体的方法主要是离心分离法。离心分离法借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。

针对上述中的相关技术，发明人认为离心力的剪切作用和间隙操作的氧损伤造成菌体的死亡率较高，离心损失率一般在10％以上。

技术实现要素：

第一方面，为了降低现有菌体浓缩技术中菌体的损失率，本申请提供一种乳酸菌发酵剂的制备专用设备。

本申请提供的一种乳酸菌发酵剂的制备专用设备采用如下的技术方案：

一种乳酸菌发酵剂的制备专用设备，包括发酵系统和与该发酵系统连接的过滤系统；

所述发酵系统包括补料罐和发酵罐，所述补料罐与所述发酵罐的入口通过管道连接，所述发酵罐的出口分流为两路管道，一路管道为出料，另一路管道上设置有过滤器和第一泵并与所述过滤系统的入口连接，所述补料罐出口的管道上和所述发酵罐出口的管道上均设置有阀门，所述发酵罐入口的管道上设置有第二泵，所述发酵罐上还设置有包含ph电极和温度探针的报警检测设备；

所述过滤系统包括至少一个陶瓷微滤膜，各所述陶瓷微滤膜并联，各所述陶瓷微滤膜的第一出口与所述发酵罐的入口通过管道连接，各所述陶瓷微滤膜的第二出口为滤出液出料口，各所述陶瓷微滤膜的入口管道和所述第一出口的管道上均设有阀门，所述陶瓷微滤膜的孔径大小为0.02μm～0.45μm。

通过采用上述技术方案，发酵罐和补料罐实现乳酸菌的连续高密度培养，通过陶瓷微滤膜过滤除去代谢产物抑制剂和发酵液，多个陶瓷微滤膜同时过滤，提高通量，降低操作时间，降低菌体的损失，同时采用过滤的方式，得到高密度的菌体，菌体的死亡率更低，降低了菌体浓缩时菌体的损失率。

可选的，所述发酵罐包括罐体和设置于罐体内的搅拌组件，所述搅拌组件包括转轴、搅拌叶、调温组件和驱动转轴转动的驱动组件，转轴一端位于所述罐体内，所述搅拌叶有多个，所述搅拌叶沿所述转轴周向和轴向阵列分布，所述调温组件包括恒温油管和恒温油箱，所述恒温油管安装于所述转轴和所述搅拌叶内，所述恒温油管一端与所述恒温油箱的出油口连通，另一端与所述恒温油箱的进油口连通。

通过采用上述技术方案，发酵罐的罐体供菌体在发酵培养液内培养繁殖，搅拌组件，用于搅拌罐体内的液体，使得罐体内的液体充分流动，保持罐体内菌体分布更加均匀，不容易出现局部繁殖块，局部繁殖慢的情况，充分利用发酵培养液，提高发酵的效率，然后通过在搅拌叶内安装恒温油管，恒温油箱稳定输出一定温度的油液，油液在恒温油管内流动，搅拌液充分与罐体内的液体接触，从而更好的进行换热过程，当罐体内温度过高时，吸收温度进行降温，当温度过低时，传递热量，保持罐体内液体的稳定，从而保持罐体内液体处于一个菌体适宜生长繁殖的温度。

可选的，所述驱动组件包括电机、主动齿轮和从动齿轮，所述电机固定于所述罐体，所述主动齿轮安装于所述电机的输出轴，所述从动齿轮安装于所述转轴，所述主动齿轮和所述从动齿轮啮合。

通过采用上述技术方案，通过电机驱动齿轮系，齿轮系带动转轴旋转，使得转轴顶部可以顺利的供恒温油管进入，实现驱动组件和调温组件的适配。

可选的，所述罐体内设有隔板，所述隔板分隔所述罐体内空腔为发酵腔和驱动腔，所述转轴安装所述从动齿轮的一端位于所述驱动腔内。

通过采用上述技术方案，把罐体分成两部分，驱动腔供驱动组件安装，使得罐体内存在两道密封，发酵腔和驱动腔之间的密封性被破坏时，由于驱动腔与外界之间也存在密封性，使得转轴可以穿过隔板进入发酵腔内的同时，发酵腔内的液体更加不容易进入驱动腔。

可选的，所述恒温油管包括外管和内管，所述外管一端与所述恒温油箱的进油口连通，所述外管安装于所述转轴内随所述转轴一起转动，所述外管上设置有多个外分管，且所述外分管的数量与所述搅拌叶的数量一致，所述外分管安装于所述搅拌叶内，所述内管一端与所述恒温油箱的出油口连通，所述内管另一端封闭并穿过所述外管并位于所述外管内，所述内管上设置有多个内分管，所述内分管的数量与所述外分管的数量一致，所述内分管一端延伸设置于所述外分管内并与所述外分管连通。

通过采用上述技术方案，把恒温油管分成外管和内管两部分，恒温油箱送出的油液通过内管流入各个内分管，多个内分管在各自流入外分管，各个外分管与搅拌叶外和转轴外的液体进行换热，在这个过程中，外分管和内分管之间也在持续进行换热，外管和内管之间也在持续的换热，保持外管和外分管内的油液对外部液体的调温作用，外管内处处有油液流动，提高换热效果。

可选的，所述外管包括机械密封连接的静外管和动外管，所述内管包括机械密封连接的静内管和动内管，所述静内管与所述静外管一体设置且一端位于所述静外管内，所述静内管外壁设置有保温层，所述动内管位于所述发酵腔外的部分外壁一体设置有隔断管，所述隔断管外壁与所述动外管内壁之间设置连接杆，所述隔断管与所述动内管之间形成有真空隔断室。

通过采用上述技术方案，把外管分成静外管和动外管两部分，动外管随转轴旋转，静外管与恒温油箱连接用于把油液送回恒温油箱，把内管分成静内管和动内管两部分，动内管随转轴旋转，静内管与恒温油箱连接用于把油液送入动内管，使得恒温油管的存在不会影响转轴的旋转，调温系统适配转轴，静问管外设置保温层，阻止静外管内的油液和静内管内的油液之间的换热，设置的真空隔断室，阻止驱动腔内的动外管内的油液和静内管内的油液之间的换热，阻止不搅拌区域的换热，同时真空隔断室用于连接杆的设置，连接杆把动外管和动内管进行连接，使得动内管可以在动外管的带动下旋转。

可选的，所述静外管上设置有油压检测器。

通过采用上述技术方案，设置的油压检测器用于检测外管内的油压，从而检测外管是否泄漏，便于及时进行补救措施。

可选的，还包括就地清洗系统，所述就地清洗系统与所述过滤系统串联，所述就地清洗系统包括并联的酸罐、碱罐和去离子水罐，所述酸罐、所述碱罐和所述去离子水罐均设置有入口管道和出口管道，所述入口管道以及所述出口管道上均设有阀门，所述酸罐、所述碱罐和所述去离子水罐的入口管道并联并设置有总阀门，所述酸罐、所述碱罐和所述去离子水罐的出口管道均设有泵。

通过采用上述技术方案，就地清洗系统用于清洗过滤后的陶瓷微滤膜，保持陶瓷微滤膜的洁净，实现持续作业。

第二方面，为了使用上述设备进行菌体的繁殖浓缩，本申请提供一种乳酸菌发酵剂的制备工艺，采用如下的技术方案：

一种乳酸菌发酵剂的制备工艺，其特征在于，该方法包括下述步骤：

s1：将乳酸菌菌株经过两次扩培后接种培养；

s2：将乳酸菌发酵培养至对数生长期期间；

s3：使用陶瓷微滤膜过滤除去代谢产物抑制剂和发酵液；

s4：补充发酵培养液；

s5重复步骤s3和步骤s4，重复次数为1～3次，再将发酵液经陶瓷微滤膜过滤即得乳酸菌发酵剂。

可选的，还包括步骤s6：对陶瓷微滤膜就地清洗。

通过采用上述技术方案，通过就地清洗系统对陶瓷微滤膜就地清洗，不需要取下陶瓷微滤膜进行清洗，清洗更加方便，设备更加稳定，不容易影响菌体的培养。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.发酵罐和补料罐实现乳酸菌的连续高密度培养，通过陶瓷微滤膜过滤除去代谢产物抑制剂和发酵液，多个陶瓷微滤膜同时过滤，提高通量，降低操作时间，降低菌体的损失，同时采用过滤的方式，得到高密度的菌体，菌体的死亡率更低，降低了菌体浓缩时菌体的损失率；

2.发酵罐的罐体供菌体在发酵培养液内培养繁殖，搅拌组件，用于搅拌罐体内的液体，使得罐体内的液体充分流动，保持罐体内菌体分布更加均匀，不容易出现局部繁殖块，局部繁殖慢的情况，充分利用发酵培养液，提高发酵的效率，然后通过在搅拌叶内安装恒温油管，恒温油箱稳定输出一定温度的油液，油液在恒温油管内流动，搅拌液充分与罐体内的液体接触，从而更好的进行换热过程，当罐体内温度过高时，吸收温度进行降温，当温度过低时，传递热量，保持罐体内液体的稳定，从而保持罐体内液体处于一个菌体适宜生长繁殖的温度；

3.通过就地清洗系统对陶瓷微滤膜就地清洗，不需要取下陶瓷微滤膜进行清洗，清洗更加方便，设备更加稳定，不容易影响菌体的培养。

附图说明

图1是本申请实施例的系统图；

图2是本申请实施例中发酵罐的剖视图；

图3是图2中a处的放大图；

图4是图2中b处的放大图。

附图标记说明：1、发酵系统；11、补料罐；12、发酵罐；13、补料管道；141、第一阀门；142、第二阀门；143、第三阀门；151、第一泵；152、第二泵；16、出料管道；17、过滤管道；18、过滤器；19、报警检测设备；2、过滤系统；21、陶瓷微滤膜；22、过滤分管道；23、第四阀门；24、回流管道；25、第五阀门；26、回流总管；27、滤出液出料口；3、就地清洗系统；31、酸罐；32、碱罐；33、去离子水罐；34、酸液管道；35、碱液管道；36、去离子水管道；371、第六阀门；372、第七阀门；373、第八阀门；381、第三泵；382、第四泵；383、第五泵；39、总清洗管；4、罐体；41、隔板；42、发酵腔；43、驱动腔；5、转轴；6、搅拌叶；71、电机；72、主动齿轮；73、从动齿轮；81、恒温油箱；82、静外管；83、动外管；831、外环凸；84、第一密封组件；841、第一静罐；8411、第一管口；8412、第一定块槽；842、第一定块；8421、第一定嵌槽；843、第一动块；8431、第一动嵌槽；844、第一螺旋弹簧；845、第一密封圈；85、外分管；86、静内管；87、动内管；871、内环凸；88、第二密封组件；881、第二静罐；8811、第二管口；8812、第二定块槽；882、第二定块；8821、第二定嵌槽；883、第二动块；8831、第二动嵌槽；884、第二螺旋弹簧；885、第二密封圈；89、内分管；91、保温层；92、隔断管；93、连接杆；94、真空隔断室；95、油压检测器。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种乳酸菌发酵剂的制备专用设备。

参照图1，一种乳酸菌发酵剂的制备专用设备，包括发酵系统1、与该发酵系统1连接的过滤系统2和就地清洗系统3，发酵系统1进行菌体的培养，过滤系统2用于过滤发酵培养液，过滤多余的代谢产物抑制剂和发酵液，就地清洗系统3对过滤系统2进行清洗。

参照图1，发酵系统1包括补料罐11和发酵罐12，补料罐11的出口与发酵罐12的入口通过一根补料管道13连接，通过补料罐11可以为发酵罐12输入发酵培养液，补料管道13上设置有第一阀门141和第二泵152，通过第一阀门141控制补料罐11是否进行补料，第二泵152把补料罐11输出的发酵培养液通过发酵罐12的入口送入发酵罐12。

参照图1，发酵罐12的出口分流为出料管道16和过滤管道17，出料管道16设置有第二阀门142并用于出料，过滤管道17上依次设置有第三阀门143、过滤器18和第一泵151，可以把发酵罐12内的发酵液送入过滤系统2进行过滤。

同时发酵罐12上还安装报警检测设备19，报警检测设备19内包含ph电极和温度探针，用于检测发酵罐12内的ph和温度。

参照图1，过滤系统2包括至少一个陶瓷微滤膜21，本实施例中的陶瓷微滤膜21有两个，两个陶瓷微滤膜21并联，发酵罐12的出口分流出的过滤管道17再次分流出两条过滤分管道22并与两个陶瓷微滤膜21的入口一一对应相互连接，两个过滤分管道22上均安装有第四阀门23，把发酵液分流送入两个陶瓷微滤膜21进行过滤。

参照图1，两个陶瓷微滤膜21的出口各自通过一根回流管道24与发酵罐12的入口连通，且两根回流管道24上安装有第五阀门25，并汇聚成一根回流总管26并与补料管汇聚最后一起与发酵罐12的入口连接，从而把过滤后带有菌体的发酵液送回发酵罐12，陶瓷微滤膜21的孔径大小为0.02μm～0.45μm。

同时两个陶瓷微滤膜21上均设置有滤出液出料口27，用于排出过滤下来的谢产物抑制剂和发酵液。

参照图1，就地清洗系统3与过滤系统2串联，就地清洗系统3包括并联的酸罐31、碱罐32和去离子水罐33，酸罐31、碱罐32和去离子水罐33分别设置有酸液管道34、碱液管道35和去离子水管道36，酸液管道34、碱液管道35和去离子水管道36上一一对应分别设置有第六阀门371、第七阀门372和第八阀门373，酸液管道34、碱液管道35和去离子水管道36上还一一对应分别设置有第三泵381、第四泵382和第五泵383，酸液管道34、碱液管道35和去离子水管道36并联入一根总清洗管39，总清洗管39接入任意一根过滤分管，通过第四阀门23对两个陶瓷微滤膜21进行清洗，同时去离子水管道36与总清洗管39离过滤分管最远的一端连接，使得去离子水可以更好的清洗整个总清洗管39，特别是总清洗管39内流通过酸性清洗剂和碱性清洗剂以后。

参照图2，其中用于菌体培养的发酵罐12主要包括罐体4和设置于罐体4内的搅拌组件，搅拌组件包括转轴5、搅拌叶6、调温组件和驱动转轴5转动的驱动组件，罐体4内设有隔板41，通过隔板41把罐体4内的空腔分成上下两部分，包括位于下方的发酵腔42和位于上方的驱动腔43，转轴5竖向设置于发酵腔42内，转轴5上端穿过隔板41位于驱动腔43内，搅拌叶6有多个并沿转轴5周向和轴向阵列分布。

参照图2，驱动组件包括电机71、主动齿轮72和从动齿轮73，电机71固定于驱动腔43内，且电机71的输出轴朝向隔板41方向延伸设置，主动齿轮72安装于电机71的输出轴上在电机71带动下旋转，从动齿轮73安装于转轴5，主动齿轮72和从动齿轮73啮合，通过主动齿轮72的旋转带动从动齿轮73的旋转，转轴5随从动齿轮73一起旋转。

参照图2，调温组件包括恒温油管和恒温油箱81，恒温油箱81安装固定于罐体4的顶部，恒温油管包括外管和内管，外管包括静外管82和动外管83，静外管82一端与恒温水箱的进油口连通，静外管82另一端穿过罐体4并位于驱动腔43内，同时静外管82与转轴5同轴，静外管82与动外管83之间通过一套第一密封组件84实现两者之间的机械密封，使得动外管83与静外管82内可以进行油液流通且不泄露的同时，动外管83可以相对静外管82转动。

参照图2和图3，第一密封组件84包括第一静罐841、第一定块842、第一动块843、第一螺旋弹簧844和两个第一密封圈845，第一静罐841一端与静外管82连通，第一静罐841另一端开设有第一管口8411，动外管83一端穿过第一管口8411并位于第一静罐841内，同时动外管83外壁一体设置有外环凸831，第一定块842、第一动块843和第一螺旋弹簧844依次套装于动外管83外，螺旋弹簧夹持于外环凸831与第一动块843之间，同时第一动块843朝向螺旋弹簧的端面内侧开设有第一动嵌槽8431，第一动嵌槽8431内嵌装有第一密封圈845，第一定块842一端面与第一动块843抵接，另一端面的外侧开设有第一定嵌槽8421，第一定嵌槽8421内也嵌装有第一密封圈845，同时第一静罐841开设第一管口8411的内壁同轴开设有第一定块槽8412，第一定块842的部分和第一定嵌槽8421内的第一密封圈845嵌入第一定块槽8412内。

动外管83与转轴5固定，同时转轴5内部中空作为动外管83的延伸部分，搅拌轴内部中空设为外分管85，外分管85与动外管83连通。

参照图2和图4，内管包括静内管86和动内管87，静内管86一端与恒温水箱的出油口连通，静内管86另一端穿过静外管82并位于第一静罐841内，同时静内管86与转轴5同轴，静内管86与动内管87之间通过一套第二密封组件88实现两者之间的机械密封，使得动内管87与静内管86内可以进行油液流通且不泄露的同时，动内管87可以相对静内管86转动，其中第二密封组件88整体位于第一静罐841内。

参照图2、图3和图4，第二密封组件88包括第二静罐881、第二定块882、第二动块883、第二螺旋弹簧884和两个第二密封圈885，第二静罐881一端与静内管86连通，第二静罐881另一端开设有第二管口8811，动内管87一端穿过第二管口8811并位于第二静罐881内，同时动内管87外壁一体设置有内环凸871，第二定块882、第二动块883和第二螺旋弹簧884依次套装于动内管87外，螺旋弹簧夹持于内环凸871与第二动块883之间，同时第二动块883朝向螺旋弹簧的端面内侧开设有第二动嵌槽8831，第二动嵌槽8831内嵌装有第二密封圈885，第二定块882一端面与第二动块883抵接，另一端面的外侧开设有第二定嵌槽8821，第二定嵌槽8821内也嵌装有第二密封圈885，同时第二静罐881开设第二管口8811的内壁同轴开设有第二定块槽8812，第二定块882的部分和第二定嵌槽8821内的第二密封圈885嵌入第二定块槽8812内。

参照图2，动内管87穿设于动外管83内与动外管83同轴，动内管87的下端部封闭，同时动内管87上设置有多个内分管89，内分管89的数量与外分管85的数量一致，内分管89一端延伸设置于外分管85内并开孔，把油液送入外分管85。

参照图2和图3，静内管86外壁设置有保温层91，动内管87位于发酵腔42外并位于东外管内的部分外壁一体设置有隔断管92，隔断管92外壁与动外管83内壁之间设置多个连接杆93，多个连接杆93沿动外管83周向和轴向阵列分布，实现动外管83和动内管87之间的连接固定，隔断管92与动内管87之间形成有真空隔断室94。

油液流通过程为：从恒温油箱81的出油口依次流经静内管86、动内管87、内分管89、外分管85、动外管83和静外管82，最后通过恒温油箱81的进油口流回恒温油箱81。

参照图2，同时静外管82位于罐体4外的部分上设置有油压检测器95，油压检测器95为透明罐，油压检测器95与静外管82连通，油压检测器95的顶部存在一定量的气体，同时油压检测器95外设置有刻度，同时油液的高度，判断静外管82内油压的变化。

本申请实施例还公开一种乳酸菌发酵剂的制备工艺，该方法包括下述步骤：

s1：将乳酸菌菌株经过两次扩培后接种培养，发酵培养的接种量为2%～3%，其中的百分比为体积百分；

s2：将乳酸菌发酵培养至对数生长期期间，其中对数生长期的测定通过测定ph值间接获得，当ph值为4.2～4.5时为对数生长期；

s3：使用陶瓷微滤膜21过滤除去代谢产物抑制剂和发酵液，除去代谢产物抑制剂和发酵液的体积百分比20%～60%；

s4：补充发酵培养液，发酵培养液为经过杀菌的培养液，杀菌方式为巴氏灭菌；其中，巴氏杀菌条件为115°c～121°c杀菌4s～8s；

s5：重复步骤s3和步骤s4，重复次数为1～3次，再将发酵液经陶瓷微滤膜21过滤即得乳酸菌发酵剂；

s6：对陶瓷微滤膜21和发酵罐12就地清洗；

6.1）去离子水预冲洗5～8min,其中去离子水为本领域常规的去离子，其指标为有机物含量＜8mg/kg，污染物指数＜3，二氧化硅＜5mg/kg，铁＜0.5mg/kg，锰＜0.5mg/kg；

6.2）75°c～85°c碱性清洗剂循环15～20min，其中碱性清洗剂为质量百分比为1.5%～2.0%的氢氧化钠溶液；

6.3）去离子水冲洗5～8min；

6.4）65°c～70°c酸性清洗剂循环15～20min，酸性清洗剂为质量百分比为1.0～1.5%的硝酸溶液；

6.5）去离子水冲洗5min。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。