一种层架循环履带式固态发酵设备及固态发酵方法技术

本发明专利技术公开了一种层架循环履带式固态发酵设备及固态发酵方法，固态发酵设备包括发酵箱，其上开设进料口和出料口，所述发酵箱内设有至少一个发酵床，还包括提升机，所述发酵床包括至少两层履带式层架，各层层架由下而上依次平行铺设，相邻层架履带的移动方向相反，最上层层架的前端设有接料斗，其余层层架的前端设有斜置的挡料槽，发酵箱内设有位于进料口下方的接料槽，最下层层架的后端位于接料槽上方；提升机具有至少一个可在接料槽与接料斗之间移动的送料斗。本发明专利技术结构紧凑，安装、拆卸与运输方便，相对制造成本低；循环翻料，运行顺畅，无菌控制，发酵条件优化，可精准发酵，大大提高发酵效率与产品质量，可实行规模化的高效固体有氧发酵。

A Layered Cyclic Crawler Solid State Fermentation Equipment and Its Solid State Fermentation Method

【技术实现步骤摘要】
一种层架循环履带式固态发酵设备及固态发酵方法
本专利技术属于固态发酵
，特别涉及一种层架循环履带式固态发酵设备及固态发酵方法。
技术介绍
生物发酵根据氧气的供给情况分为有(需)氧发酵和无(厌)氧发酵两类。厌氧发酵主要是厌氧细菌发酵起作用，包括分解纤维素、糖类和蛋白质水解，产生醇、酸和甲烷(沼气)等，适用于废物废水生物处理、酒和醋等食品生产，过程缓慢；有氧发酵是需氧菌(细菌、真菌、放线菌)在有氧条件下进行有机物的分解与转化，在人为控制下可产生人们所需要的物质，发酵过程较快，应用于医药、饲料、食品和废物处理等工业生产中。生物发酵根据形态分为固态和液态发酵两种，目前一般可控的精准发酵多为液态发酵；固态发酵多为粗放型发酵，广泛应用于生产、生活中。与液态发酵相比，固态发酵,尤其是有氧固态发酵，具有显著的特征与优势：原料来源广，发酵量大，效率高，生产成本低，适用性广等。因此，在生物医药、生物食品、生物饲料与兽药、生物农药与肥料、生物化工及环境净化等领域广泛应用。发酵设备是发酵工业的基础，随着发酵技术水平的提高，要求可控的精准发酵，对设备的要求也越来越高。目前只有液体发酵设备(发酵罐系统)研究早，技术先进完备，能适应各种工业化生产的要求；而固态发酵设备的研究创新滞后，至今没有条件可控的固态发酵设备能满足工业化生产的需要，这严重制约着固态发酵工艺的研究与应用。现有固态发酵设备除传统的厌氧发酵桶和发酵池外，有氧固态发酵设备有浅盘发酵反应器(传质传热速率低，造成高污染风险和托盘利用率低)、流化床发酵反应器(反应器容积率低)、转鼓式发酵反应器(物料结块和粘壁、反应器容积率低的问题)、圆盘式发酵反应器(不能无菌操作)、搅拌式发酵反应器(只适用于小规模发酵)、压力脉动固态发酵反应器(设备要求高，物料配制难等)；各种固态反应器(固态发酵设备)中，在工业上已得到应用的还只有浅盘式、转鼓式及搅拌式反应器，国内对其它形式的固态反应器的研制还刚刚萌发。2004年曾报道一种箱式固态物料发酵设备(专利申请号为200420026272.0)，为阶梯输送带式，占地面积大而长，适应性差。蒋勤等2011年报道KRH-Ⅱ型智能固态微生物递进成套装置的研究，其装置为层架式发酵箱系统，解决物料混合、消毒、进料、铺料及发酵过程控制，但发酵过程不能翻料，且体积小(500L),只适用于小规模试验和菌种生产；且物料消毒罐与发酵箱组装，物料消毒罐置于发酵箱上，设备制造成本高，操作不便。肖毅等2015年报道一种层架循还履带式发酵箱(ZL201510388026.2)，并撰文“10m2层架循还履带式发酵箱的制作与性能测定”和“发酵糟粕生产高活性高营养饲料的设备与工艺的效果分析”，发表于《湖南农业科学》2017年第10期和《饲料工业》2018.11期；该设备为双层架输送带，结构较复杂，欠紧凑，占地面积大，物料传送不顺；缺乏配套的物料处理(消毒等)输送设备，易造成过程中物料污染。固态发酵是一种自然状态的发酵，与液态深层发酵有许多不同，其中最显著的特征是水分活度低，传质和传热性差，发酵不均匀。菌体的生长、对营养物质的吸收和代谢产物的分泌在各处也不均匀，使得发酵参数的检测和控制比较困难，许多液态发酵的生物传感器也无法应用于固态发酵。迄今为止，固态发酵检测或调控的参数有培养基含水量(水活度)、pH值、空气湿度、CO2和O2的含量、温度和菌体生长量等，但在文献中还没有见到较为完善的关于固态发酵的数学模型，虽然有些关于固态发酵的动力学研究报道，但都是以图纸的形式出现，更无成熟的固态发酵参数检测与调控的系统。2010和2011报道的“固体发酵过程参数检测与优化控制”也主要是运用模糊数学方法分析发酵过程不同方位不同时间的参数差异，在理论上研究发酵过程最佳控制参数(温度、湿度和pH值)；而关键的检测与调节方法不清。其实对生物发酵，不是寻找发酵环境各处的差异，而是设法消除差异，如有效地搅拌翻料，空间内空气循环等。肖毅等2018报道的10M2层架循环履带式发酵箱(动态)也只是温度与湿度简单调控，未能智能化。固态发酵物料的消毒与输送是保障发酵过程无杂菌污染，确保发酵产品质量的关键，而大多数固态发酵装置(箱、罐等)不能直接高压高温消毒灭菌，而是先将发酵装置用化学(臭氧、消毒剂等)或物理(蒸汽、紫外线等)灭菌，再用另外的物料消毒装置将物料消毒灭菌后以人工或机械方式输入发酵装置内，进行接种发酵，这样易于造成第二次污染，发酵失败。蒋勤等2011报道在发酵箱的上位安装一个消毒灭菌罐，将物料高温灭菌后，借助重力作用将物料落下输入发酵箱内接种发酵。这虽然解决了物料灭菌输送问题，但大大增加了设备成本(一个小型发酵箱配套一个高压灭菌罐)，且在发酵箱的上位安装消毒灭菌罐，位置高，生产操作极不方便。以上现有固态发酵设备，均存在各自的缺陷，尤其是对大型真菌的发酵不适应，因大型真菌发酵除要求温度、湿度稳定，供氧充足和无杂菌等条件外，还需较浅的发酵物料和适度的温和翻动及较长的发酵时间(易受杂菌污染)；以上设备中只有浅盘发酵反应器、圆盘式发酵反应器以及流化床发酵反应器能勉强应用，但均难严格满足发酵要求，不能实行规模化的安全(无污染)生产。可见，研究开发新型智能化的大型固态发酵设备是解决当今制约固态发酵业发展瓶颈的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种层架循环履带式固态发酵设备及固态发酵方法。为解决现有技术中固态发酵设备无法充分搅拌、不能循环翻料等使物料传质传热难的技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种层架循环履带式固态发酵设备，包括发酵箱，发酵箱上开设进料口和出料口，所述发酵箱内设有至少一个发酵床，其特征在于，还包括提升机，所述发酵床包括至少两层履带式层架，各层架由下而上依次平行铺设，各层架上各设有一铺平器；相邻层架的移动方向相反，最上层层架的前端设有接料斗，除最上层层架外的其余层架的前端设有斜置的挡料槽；发酵箱内设有位于进料口下方的接料槽，所述接料槽内设有第一搅拌轴和第二搅拌轴最下层层架的后端位于接料槽上方；所述提升机具有至少一个可在接料槽与接料斗之间移动的送料斗。借由上述结构，提升机与多层层架履带的运动轨迹之间形成循环输送道，从而可实现循环翻料，搅拌轴充分搅拌，铺平器铺平物料，使传质传热加速，大大提高发酵的均衡性和发酵效率。作为一种优选方式，所述提升机具有环形传送带，所述送料斗设于环形传动带的外侧，环形传送带的一端伸至接料槽内，环形传送带的另一端与接料斗衔接。借由上述结构，物料提升顺畅，不易阻料撒料，空间利用率高。为解决现有技术中固态发酵设备在发酵过程中不具备完备的参数监控功能的技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：进一步地，还包括控制器，所述发酵箱内基于无高温高压的特点并经适当的技术改进，还设有由常规传感器组成的温度监控单元和/或湿度监控单元和/或PH值监控单元和/或O2浓度监控单元和/或CO2浓度监控单元和/或压力监控单元和/或层架传动速度监控单元；温度监控单元和/或湿度监控单元和/或PH值监控单元和/或O2浓度监控单元和/或CO2浓度监控单元和/或压力监控单元和/或层架传动速度监控单元与控制器电连接。借由上述结构，利用控制器对温度、湿度、PH值、O2浓度、CO2浓度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层架循环履带式固态发酵设备，包括发酵箱(1)，发酵箱(1)上开设进料口(101)和出料口(106)，所述发酵箱(1)内设有至少一个发酵床(2)，其特征在于，还包括提升机(3)，所述发酵床(2)包括至少两层履带式层架(201)，各层架(201)由下而上依次平行铺设，各层架(201)上各安装一铺平器(203)，相邻层架(201)的移动方向相反，最上层层架(201)的前端设有接料斗(4)，除最上层层架(201)外的其它层架(201)前端设有挡料槽(202)，发酵箱(1)内设有位于进料口(101)下方的接料槽(5)，所述接料槽(5)内设有第一搅拌轴(501)和第二搅拌轴(502)；最下层层架(201)的后端位于接料槽(5)上方；所述提升机(3)具有至少一个可在接料槽(5)与接料斗(4)之间移动的送料斗(301)。

【技术特征摘要】
1.一种层架循环履带式固态发酵设备，包括发酵箱(1)，发酵箱(1)上开设进料口(101)和出料口(106)，所述发酵箱(1)内设有至少一个发酵床(2)，其特征在于，还包括提升机(3)，所述发酵床(2)包括至少两层履带式层架(201)，各层架(201)由下而上依次平行铺设，各层架(201)上各安装一铺平器(203)，相邻层架(201)的移动方向相反，最上层层架(201)的前端设有接料斗(4)，除最上层层架(201)外的其它层架(201)前端设有挡料槽(202)，发酵箱(1)内设有位于进料口(101)下方的接料槽(5)，所述接料槽(5)内设有第一搅拌轴(501)和第二搅拌轴(502)；最下层层架(201)的后端位于接料槽(5)上方；所述提升机(3)具有至少一个可在接料槽(5)与接料斗(4)之间移动的送料斗(301)。2.如权利要求1所述的层架循环履带式固态发酵设备，其特征在于，所述提升机(3)具有环形传送带(302)，所述送料斗(301)设于环形传动带的外侧，环形传送带(302)的一端伸至接料槽(5)内，环形传送带(302)的另一端与接料斗(4)衔接。3.如权利要求1所述的层架循环履带式固态发酵设备，其特征在于，还包括控制器(6)，所述发酵箱(1)内还设有温度监控单元(601)和/或湿度监控单元(602)和/或PH值监控单元(603)和/或O2浓度监控单元(604)和/或CO2浓度监控单元(605)和/或压力监控单元(606)和/或层架传动速度监控单元(607)；所述各监控单元与控制器(6)电连接。4.如权利要求1所述的层架循环履带式固态发酵设备，其特征在于，还包括物料消毒灭菌输送罐(7)，所述物料消毒灭菌输送罐(7)包括灭菌锅(701)，灭菌锅(701)上开设物料投入口(702)及菌种投入口(703)，灭菌锅(701)内底部设有螺旋搅拌器(704)，螺旋搅拌器(704)的出口可与所述进料口(101)相对接。5.如权利要求1所述的层架循环履带式固态发酵设备，其特征在于，还包括供气与循环系统(8)，所述供气与循环系统(8)包括风箱体(801)，主箱(802)，副箱(803)，空气过滤器(804)，鼓风机(805)，袋式空气过滤器(806)，加热器(807)，送风管(808)高效空气过滤器(809)，出风口(810)，加湿器(9)，排风机(11)。6.如权利要求1至5任一项所述的层架循环履带式固态发酵设备，其特征在于，所述发酵箱(1)箱体由多块定型制作的面板拼装形成。7.一种固态发酵方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任一项所述的层架循环履带式固态发酵设备，包括：步骤A1，接种物料从进料口(101)进入发酵箱(1)内的接料槽(5)；步骤A2，提升机(3)运转，送料斗(301)将接料槽(5)内的接种物料运送至接料斗(4)；步骤A3，接种物料从接料斗(4)进入最上层层架(201)的前端；步骤A4，各层架(201)移动，接种物料到达上层层架(201)后端时，经挡料槽(202)落入下层相邻的层架(201)前端，直到接种物料到达最下层层架(201)的后端；步骤A5，接种物料从最下层层架(201)的后端落入接料槽(5)；步骤A6，重复步骤A2至A5直至接种物料发酵完成；步骤A7，接料槽(5)内的发酵好的物料从出料口(106)送出发酵箱(1)。8.如权利要求7所述的固态发酵方法，其特征在于，在接种物料发酵过程中，对发酵箱(1)的温度和/或湿度和/或PH值和/或CO2浓度和/或O2浓度和/或压力和/或层架传动速度进行监控，其中：温度监控过程包括：通过控制器(6)反馈调整β1，使得发酵箱(1)的温度在20℃～45℃，其中，β1满足条件SV2(n)＝(1+β1*EV1(n))SV1(n)，SV2(n)是n时刻发酵箱(1)实际温度控...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖毅，肖兵南，王会明，刘莹莹，蒋小文，
申请(专利权)人：湖南民康生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43