发酵设备（精选七篇）
发酵设备 篇1
关键词：禽畜粪便,塔式堆肥发酵,无害化处理,有机肥料
0 引言
近年来, 在我国环保及畜产管理部门的督促下, 部分资金雄厚的大型养殖场相继开展了畜禽粪便处理工作, 但在处理方法的选择、工艺流程设计、处理规模等方面各地情况差异大, 存在着很多问题。目前堆肥生产工艺主要存在以下问题:一是一些中小型养殖场、鸡粪加工厂处理禽畜粪便采用简易敞开式堆放或使用静态通风发酵方法, 工艺落后, 机械化程度低, 占地大, 堆肥气味及污水对周围环境影响较大, 难以控制蚊蝇的滋生, 而且受天气、环境影响大, 堆肥场往往成为养殖场及周边地区的污染源, 生产的堆肥质量更是难以保证;二是一些大型养殖场处理禽畜粪便大都采用槽式翻堆发酵, 为利于机械操作和水气挥发, 一般采用敞开式, 而且占地面积大, 通风增氧不易操作, 水分挥发慢, 发酵周期一般长达25~30 d, 能耗较大, 易受气候影响;三是有部分大型养殖场虽然采用来自德国和芬兰进口的自走式堆肥翻抛机, 但机械维护复杂, 价格昂贵, 只适用于空旷、干燥无雨地区垛堆发酵。总之, 目前的设备仍不能解决操作环境恶劣, 敞开式发酵导致发酵场臭气难以收集处理的难题。因此, 在人口密集的发达地区, 有机肥厂选址困难, 更需要密封式、自动化程度高、无二次环境污染的堆肥工艺和翻堆发酵设备。
广东省现代农业装备研究所通过对影响畜禽粪便生物堆肥发酵因素的分析, 结合多年对有机肥料生产工艺及设备研究的经验, 研制开发出适合于畜禽粪便无害化处理的塔式堆肥发酵处理工艺流程及成套设备, 为畜禽粪便除臭、杀虫、灭菌、蒸发水分等无害化处理提供了工程技术保障, 使畜禽粪便堆肥处理实现工业化、机械化生产成为可能, 并符合环境及农业多方面的技术和标准要求。
1 工艺技术路线
广东省现代农业装备研究所研制的畜禽粪便塔式堆肥发酵无害化处理设备, 采用可封闭运行的新工艺。该工艺采用日进日出, 分仓贮存的方式, 简化了塔式 (仓式) 发酵工艺的进料、布料、出料工序和设备, 方便曝气通氧、废气回收处理以及布置检测和控制装置, 可以实现发酵过程中不同发酵阶段的精确控制, 有利于目标生物菌繁殖、扩充和发酵, 有利于畜禽粪便分解, 由不稳定状态转变为稳定的腐殖质, 从而缩短发酵周期, 提高堆肥产品质量。
1.1 发酵工艺流程
塔式堆肥发酵工艺流程如图1。
1.2 工艺流程说明
将出栏的禽畜粪便集中收集到粪池, 由污水泵将粪便抽送到搅拌机, 与调理剂 (谷壳粉、糠粉、返料) 和菌种进行混合。混合后的物料由斗式提升机提升到好氧发酵塔塔顶, 物料从塔顶进入第1仓进行发酵处理, 第2 d进入第2仓进行发酵处理, 空出第1仓再入新鲜原料……直到物料从第7仓出来, 完成一个发酵处理周期 (共7 d) , 成为堆肥成品。混合物料进入发酵仓后经过短期时间内, 禽畜粪便堆肥物料内温度可以升至60~70℃左右, 维持此温度一段时间, 就可以杀死蛔虫卵、大肠杆菌等有害病菌 (这些病菌在55℃左右时被杀死) , 而在该温度范围, 大多数微生物最活跃、最易分解有机物, 使禽畜粪便得到发酵腐熟, 臭味载体因此得到分解转化而消除。这样, 从7仓完成最后发酵后排出的物料便达到了无害化, 变成优质有机肥的原料。排出的物料一部分运至有机肥加工系统做成有机肥, 另一部分则作为返料重新进入堆肥处理下一个循环过程。物料在密封塔内部可实现发酵升温, 能充分利用生物发酵热能除湿灭害, 自动控温供氧, 动态好氧发酵, 全过程不产生氨和硫化氢等恶臭物质, 不受气候条件和环境温度影响, 均匀保持塔内温度在60~70℃左右, 工艺条件稳定, 灭害完全, 腐化彻底。
1.3 工艺技术特点
本工艺能实现自动调剂、稳定传送、连续排出, 全自动化控制生产物料, 并自动供氧、调温、除湿, 利用好氧生物菌产生的生物能对养殖场的粪尿等有机废弃物实现零污染、零排放的无害化处理。本工艺具体有以下特点:
1) 与敞开式发酵相比, 畜禽粪便密封塔式发酵堆肥系统充分利用好氧发酵过程中好氧生物菌的生物热能, 达到提高热能利用和节能减排的作用, 容易实现发酵废气收集及处理, 解决了堆肥废气二次污染问题。并且自动化程度高, 占地面积小。
2) 不同发酵日期的物料完全隔开, 防止生、熟料混合, 保证堆肥产品的质量。
3) 发酵仓塔体采用钢架结构或混泥土结构, 具有密封堆存物料、隔热保温功能, 为微生物繁殖提供了有利条件, 适应范围广, 不受环境温度和气候条件的影响, 在冬天一样可以对各类有机废弃物进行好氧发酵堆肥化处理。
4) 平底发酵仓底设计采用滑架出料装置, 实现匀速出料及防止物料在发酵仓内结拱。物料换仓时清空贮仓, 全部物料经下输送机-提升机-上输送机再入下一个料仓, 物料实现充分通氧, 打散, 有利于发酵。
5) 发酵仓内无其它机械搅拌等运动部件, 仓体有效容积大, 方便安装检测、曝气、吸气装置, 并且使用稳定, 不易损坏。
6) 物料入仓、换仓、出仓共用一套输送系统, 设备利用率高, 投资省;输送系统采用通用设备, 易维护, 易操作, 方便采购。
7) 系统方便实现模块化, 标准化, 自动化, 模块化系统可以根据实际要求扩张, 进而达到更大的生产量。
2 生产线设备
密封塔式堆肥发酵设备及其主要组成部件见图2和表1。
3结束语
畜禽粪便塔式堆肥发酵无害化处理成套设备自研制以来已在广东温氏集团等多家养殖企业推广应用。该设备利用生物技术与工程技术相结合, 解决畜禽粪便的发酵腐熟时间长、发酵不均匀的问题, 防止二次污染产生, 达到畜禽粪便高效无害化处理的目的。降低环境污染, 合理利用畜禽粪便转化成有机肥, 实现农业增产增收, 变废为宝。形成了“养殖—粪污—有机肥料—优质农产品”的生态农业发展路线, 改变过去以牺牲环境为代价的生产发展模式。该设备的成功应用, 将带动较大范围的环境治理, 可以大量解决有机肥料供应问题, 为当地绿色有机农产品生产奠定基础, 根本解决现存污染问题, 综合效益明显。
发酵设备 篇2
发酵设备是山东建筑大学生物工程专业的一门专业必修课，是发酵知识理论联系实际的纽带。因此，笔者通过设置发酵设备课程设计，来加强实践教学环节，锻炼同学的动手能力。这是山东建筑大学生物工程专业的一大特色，是区别于其他院校的课程设置的，是发酵设备教学内容的创新。所以，为了提高学生的专业素养，必须坚决杜绝抄袭现象。
1.1课程设置方面
（1）课程设置顺序方面。发酵设备课程设计与微生物学、物理化学、生物化学、化工原理、生物下游加工技术、发酵工厂设计的认识实习和生产实习等课程有着密切的联系，所以相关课程的设置一定要全面，并将发酵设备课程设计设置在这些理论和实践课程后进行。
（2）教材方面。笔者选用了吴思方主编的《发酵工厂设计概论》，该教材具有全面、简明的特点，图文并茂，系统地介绍了发酵工厂的设计流程和相关设备的设计与选型，并列举了味精等大宗发酵产品的生产实例。并且以学生的设计题目为基础，配备有相关的《味精工业手册》《啤酒工业手册》。
（3）课程设计课程时间的设置。针对课程设计时间过短的情况，笔者将课程设计时间延长为2周，提供足够的时间给学生查找资料；对于基础比较差的学生，也有足够的时间对以往所学内容进行回顾，避免了设计中存在的不会做现象。
（4）设计题目方面。在课程设计中，力求与企业生产实践相结合，为学生提供感兴趣的、有实际应用价值的设计题目，更好地培养学生的综合专业能力。总的原则是，每个学生一个小题目，每5个学生一个大题目。这样不仅避免了抄袭现象，而且在设计过程中可以形成学习小组，针对不同的设计方案小组内的学生可以相互沟通。在该课程设计中，学生通过自主设计，成为教学中的主体，更好地发挥了他们的创新意识，激发了对该课程设计的热情，从而才能更好地掌握这门课的核心。
1.2学生方面
（1）培养学生的学习兴趣。培养学生对该课程的兴趣，是学生更好掌握该门课程的关键。首先，指导教师应该制作精美的课件，把关键内容用简略的语言和结构简图表示出来，与此同时制作精美的动画视频；其次，在整个课程设计的选题、设计和答辩过程中，让学生从始至终参与进来，提高学生的学习兴趣。
（2）加强相关理论课程的学习。在进行课程设计之前，安排学生对相关理论课程进行复习，以便更好地适应课程设计工作。
（3）加强实践课程的学习。山东建筑大学生物工程专业的认识实习和生产实习中的带队教师就是课程设计中的指导教师，在实践课程中可以理论联系实际进行详细的讲解，加强学生实践课程的学习效果。
1.3指导教师方面
（1）加强师德教育。课程设计一般设置为1名老师指导一个班的学生，对于教师来说，工作量非常大，此时就需要教师的爱心、耐心和责任心。加强师德教育，将有利于课程设计课程的开展。
（2）提高专业素养。为指导教师制定培养计划及培养目标，并指定具备高级职称的老教师负责培养；创造条件让年轻教师走进企业，深入车间参观、考察，增强工程知识，提高工程素养，学习新工艺、了解新设备，并将所学所看用于教学当中。当今科学领域，每个行业技术都飞速创新，新产品、新设备层出不穷，生物工程领域也不例外。因此，作为一名教育工作者，要时刻捕捉市场上变化万端的信息，并及时反馈给学生。
（3）教学方法的改进。企业需要的人才不仅要掌握专业知识，而且要有扎实的工作本领。所以应转变传统以教学为主、教学实践为辅的观念，培养高素质、综合技能强的人才。首先，采用多媒体教学，提高课堂教学信息密度，使课堂教学更为生动形象；其次，充分利用网络教学资源，使学生了解本学科前沿的科技动态和技术成果，开阔视野。对于工厂设计的工艺流程和相关设备，单靠课堂讲授比较枯燥，不能调动学生的学习兴趣，此时要把车间的工艺过程及设备等内容，做成幻灯片和工艺流程图，穿插于课堂教学中。这种形象直观的现代化教学手段，不仅加深学生对这些知识的理解和掌握，提高了学习兴趣，又使学生对工厂的实际有了进一步了解，有利于较好地开展课程设计工作。
（4）在设计中教师应起到引导作用。一个设计的完成，需要很多理论和实践知识，是学生综合运用所学知识的过程。所以，教师在设计过程中要为学生贯穿整个知识点，根据学生的设计思路进行启发引导，对学生设计中的每个闪光点给予鼓励；即使学生的思路不正确，指导教师也不应全面否定，而是发掘里面创新的东西并加以引导，从而培养学生的创新意识。教师在指导过程中要善于总结，找出关键问题，启发引导学生，鼓励学生大胆利用新工艺、新技术和新设备。
（5）设立答辩环节。答辩环节的设立，既有利于培养学生的语言表达能力，又在一定程度上杜绝了抄袭现象。笔者一般将答辩环节设置为10min：学生自述5min，教师提问3min，学生提问2min。
（6）成绩评定办法。发酵设备课程设计是一门实践性课程，是为了培养学生的设计能力，所以更多的把它看做一次练习而不是考试，教师在批阅说明书和图纸时，以对错结合学生的认真度、创新性作为评分标准。
2.发酵设备课程设计中抄袭现象的解决效果
生物工程被认为是21世纪具有巨大发展前景的高新技术之一，与此相适应，对从事生物工程的人才培养也愈加迫切，发酵设备课程设计正是为了适应这一需求而开设的。2004年山东建筑大学环境学院成功申请获得“生物工程”本科专业以来，发酵设备一直是生物工程系的重要专业必修课。生物工程教研室经过以上一系列措施，彻底杜绝了发酵设备课程设计中的抄袭现象。本专业毕业的学生可以做到面向生产、建设、管理、服务第一线的高素质的工程应用型本科人才，受到用人单位的一致好评。
3.结语
面食的酵母发酵与化学发酵 篇3
那么，社区店里号称老面发酵的白白胖胖的大馒头，真的是天然发酵的吗？
其实，时下很多市面上售卖的“发酵”面食，都是用食用碱、小苏打、泡打粉来发酵的，看似松软，其实并不是用天然酵母制作。我们日常购买时该如何区分并选择发酵食品呢？
一般情况下，制作馒头等面食发酵主要有两种形式：酵母发酵法，膨松剂化学发酵法。
酵母发酵法
上世纪八九十年代，家中蒸制面食，用的大多是老面发酵法，即用剩余的面团（内含野生的酵母）来催发新的面团，就是通常所说的“老面引子”。此类方法对“老面”的用量、水温、发酵时不同季节的温度等要求都很高，优点是简单便宜口味好。
使用家庭发酵法时，有时面粉在发酵的时候，会产生一些酸，让蒸好的馒头有酸味。这时很多人会选择在和面的时候加一些食用碱来中和酸味，让馒头出锅后更加松软，这是因为酸性物质与食用碱产生的二氧化碳会让馒头变得更加膨松。
另外，还有使用干酵母或专门制作的鲜酵母来发酵面食的，这类纯净酵母的发酵效果会更好。
用传统方法发酵出来的面食，白中透着微黄，有淡淡的面香味，如果酵母用量比较多，则会有一点酸味，加碱中和后，也会有碱味，捏在手里不会过于松软，面食非常紧实，吃起来也更有嚼头。
膨松剂化学发酵法
酵母发酵的不稳定性多一些，并不适合小作坊批量制作面食。因此，商家为了让馒头蓬松多孔，便使用更稳定、更便宜的化学膨松剂，利用酸性和碱性盐的反应，在蒸制过程中产生二氧化碳，从而使馒头松软。
苏打、碳酸氢铵、泡打粉、食用碱都属于化学发酵剂，而这几类物质有时候需要组合使用才能达到更好的效果。
香甜泡打粉因为发酵效果好，而且有的会加入甜蜜素等让馒头有淡淡的甜味，所以商家更喜欢用其来发酵食品，并在其中加入小苏打一类物质来组合发酵。
化学膨松剂中常会有明矾，其中含有铝元素。用含明矾的香甜泡打粉蒸制出来的馒头，看上去虚胖雪白，个头很大，实际上分量很轻，一个看上去很大的馒头一捏就成鸡蛋大小了，掰开后，内部蜂构比较大，入口即化，没有嚼头，但因为有甜蜜素的原因，不用咀嚼便能感觉到有甜味。
为何要选择酵母发酵的面食？
日常生活中，面食对人体铝摄入量的“贡献”是很高的，虽然一般不会使人体出现不良症状，但是日积月累，积存在体内的铝元素对于神经系统造成的影响会日益显现。人的脑细胞与铝元素有亲和性，在脑组织中容易出现沉积，因而会导致常年吃用化学膨松剂发酵面食的老年人出现智力降低、记忆力下降等问题，严重的还会对老年痴呆的发生起到推波助澜的作用。很多老年痴呆症患者脑中的铝含量都大大超过了正常人。若是孕妇超量摄入铝，还会影响胎儿发育。
铝在体内超标还会导致骨质疏松，也会降低身体免疫力，甚至引发不孕不育等问题。
在制作天然酵母发酵面食时，也要注意尽量不加碱或者是小苏打，避免破坏发酵食品中丰富的营养成分，例如B族维生素等。
在购买发酵面食时，要尽量选择不含铝、用传统方式发酵的合格食品。
发酵设备 篇4
关键词：畜禽粪便,处理设备,连续好氧发酵,向心回转翻抛
畜禽粪便的处理主要分4个过程, 即干燥、发酵、灭菌和除臭。为了把畜禽粪便制成可利用的有机肥料, 必须对其进行充分的发酵腐熟, 这样可以消除畜禽粪便中的有害物质, 消灭病菌, 减少臭气, 增加腐殖质, 并减少容积, 方便施用。我国目前常见的畜禽粪便制肥的处理工艺主要以好氧发酵为主, 其方式多采用槽式发酵池, 翻抛机的行走方向为往复式, 给料方式为间断式。综合以往的发酵机理, 现研制出一套好氧发酵向心回转翻抛设备。该套设备由旋转给料输送机、向心回转翻抛机、送气系统、中心出料系统和臭气回收系统等组成。既可以完成好氧发酵的腐熟、灭菌, 还可以连续不间断地给粪出肥。提高了生产效率, 减小发酵所占用的空间, 减少臭气的排放。解决了环境污染, 做到了无害化处理, 而且制肥的效率高, 成本低。这种好氧发酵向心回转翻抛技术主要是结合槽式好氧发酵工艺以及翻抛原理, 在充分满足发酵条件的情况下, 利用翻抛机的圆周运动以及翻抛带的特设的翻齿结构, 使粪料从圆周的外围慢慢地运动到中心, 即为向心, 将已腐熟的畜禽粪便从出料口排出。不断给氧、连续回收臭气, 持续不断地进料出肥, 使粪肥腐熟程度均匀 (成肥时间一般在8d左右) , 同时杀死畜禽粪便中的病原菌、病毒等, 减少臭味排放, 成肥的养分损失小。随着集约式养殖场的不断兴起, 这种占地小、成肥快、成本低的新式发酵设备和技术将越来越突出它的优越性。
1 工艺流程简述
集约养殖的畜禽粪便通过自动清粪机收集到粪便收集池中, 由干湿分离机分离, 液体回冲畜舍, 干物质通过输送机输送给旋转布料输送机上, 并被均匀地撒布在圆型发酵池的外围, 然后由向心回转翻抛机绕发酵池中心缓慢旋转并对均布在圆周上的新粪料进行上下翻抛, 同时发酵池底向池内注入空气, 粪料在池内充分接触氧气, 好氧发酵的同时, 在翻抛机特殊齿的作用下向发酵池中心移动, 在设定的时间内, 发酵好的粪肥从中心出料口排出, 再输送去包装或去造粒。发酵池上的臭气将全部回收, 净化后排空。该技术的工艺流程如图1。
1.粪便收集室2.固液分离机3.倾斜输送机4.臭气回收器5.旋转给料输送机6.中心架7.翻抛器8.高压注氧机9.成肥输送机10.成肥出料机11.臭气回收泵12.臭气处理室
2 技术性能与参数
发酵池规格:Φ8m×1.2m;翻抛机主机功率:18.5kW;成肥含水率:<35%;处理周期:在加生物菌的情况下8d左右。
3 畜禽粪便好氧发酵向心回转翻抛特点
3.1 提供充足的氧气
好氧发酵的好处是减少养分的损失, 减少有害气体的挥发, 加快发酵速度。该套设备在发酵池底部铺设有高压通风管道, 可根据发酵的需要定时定量为粪料提供充足的空气。
3.2 独创的翻抛发酵技术
该技术的关键设备是向心回转翻抛机, 它改变了原有的条型槽式发酵池为圆型筒状池, 直径8m, 筒高1.2m, 中心为运动部分主支架, 筒池上边缘为翻抛部分的支撑轨道, 两套翻抛链齿分置在中心主架两侧, 翻抛链齿的支架一端在中心主架上, 另一端在支撑轨道上, 并沿轨道绕中心缓慢行走。中心主架的上端设有一可绕中心旋转的悬臂式输送机。筒池底和悬臂输送机的上方分别有高压注气装置和臭气回收装置。工作时悬臂输送机把前端输来的粪料均匀撒在筒池的边缘, 翻抛链齿依靠自身的运转和绕心旋转而将粪料从前面翻起, 在后面落下, 并且粪料在特殊翻齿的作用下逐步向中心运动, 最终从出料口排出。这种设计不但可以很好地均衡粪料温度, 防止局部温度过高或过低而导致NH3的挥发和腐熟不够, 提高了肥效, 快速蒸发了水分, 而最主要的是该技术可以实现原料的给进和成肥的排出不间断。自动化程度高, 大大提高效率和成肥的肥效均匀性。
3.3 持续作业
该技术改变了传统的翻抛机直线往复运动的方式, 采用了圆周运动和边缘进料、中心出料的运动方式, 即采用向心回转翻抛形式, 生粪料进入发酵池的边缘后, 在向心回转翻抛机的特殊翻齿的作用下, 向中心移动, 并与空气充分接触, 逐渐腐熟。生粪出池到成肥出料是一个持续的过程, 大大提高了出肥的效率。
3.4 成肥肥效均匀
生粪在进入发酵池后, 先被不断地撒布在发酵池边缘, 由向心回转翻抛机进行两个互相垂直的方向翻抛、绞拌, 一是被翻齿带起, 沿圆周的切线方向从翻抛机前抛到机后;同时也被特殊翻齿带着沿圆周的径向向圆心运动。这样的翻抛可使粪料混合均匀, 成肥的肥效相应均匀。
4 畜禽粪便好氧发酵的过程控制
4.1 注氧控制
在该系统发酵池底设有注氧的孔带, 利用高压风机向发酵池中注入氧气 (空气) 。在好氧发酵的注氧过程中, 供氧的浓度必须注意。研究结果表明, 在畜禽粪便的好氧发酵过程中注入气体的含氧量应大于18%, 最低的含氧浓度不能小于8%, 否则就会限制粪料中的微生物的生命活动, 使之成为厌氧发酵而产生恶臭。采用强制通风方式, 可以有供氧、降水和保持适宜的温度。根据常规耗氧速率, 一般通风量为0.089m3/min, 而在适宜的温度, 所需的风量为0.081m3/min (水分和温度均适宜的情况) 。
4.2 温度控制
好氧发酵过程中, 温度是微生物活动的最重要因素。发酵过程中微生物分解有机物而释放出热量, 从而使粪料温度升高。从入料开始, 温度就不断升高, 当到50~65℃时 (中温范围) , 嗜温菌受抑或死亡, 嗜热菌大量繁殖而使温度进一步升高到70℃ (高温范围) , 此高温将杀死寄生虫和病原菌, 粪料开始腐熟。但在后期, 有机物被降解完后, 温度将回落并维持在30~40℃, 粪便已腐熟成成肥。温度高过70℃后, 将对微生物产生有害的影响, 所以要对温度进行控制。此设备对粪料温度是依靠供氧量的调节和排气来控制的, 当温度过高时, 加大供气和排气, 使粪料中水分大量蒸发, 带走热量, 这里采用温氧互控系统达到温度控制。
4.3 碳氮比的控制
在畜禽粪便的发酵过程中, 有机物碳氮比对发酵的速度有重要影响。根据对微生物活动的平均计算结果, 可知微生物每合成1份体质碳素, 要利用约4份碳素作为能量, 如细菌的碳氮比为 (4~5) ∶1, 所以要合成细菌的体质细胞还要利用16~20份碳素来提供能量, 所以细菌的生长繁殖所需的碳氮比是 (20~25) ∶1;而真菌的碳氮比为10∶1;所以发酵过程最佳碳氮比为 (25~35) ∶1。如果碳氮比超过40∶1, 有机物的分解就变慢, 发酵过程长;而如果碳氮比低于20∶1, 则氮变成铵态氮挥发, 肥效降低。
4.4 水分控制
水是粪肥发酵过程中不可缺少的物质。它的主要作用有溶解有机物、参与微生物新陈代谢、降低发酵温度等。大量实践结果证实, 粪肥发酵最合适的含水率是50%~60%。水分高于70%发酵温度很难升高到要求, 发酵速度明显降低, 同时也使粪料中通风受阻, 造成供氧不足;水分低于40%不能满足微生物生长需要, 有机物就难于分解。
随着集约化养殖的不断发展, 我国对畜禽粪便的处理要求也逐渐提高, 而且, 我们正在发展绿色农业和有机农业, 相对而言就需要大量的清洁的有机肥料。从这两点来看, 畜禽粪便的无害化、肥料化处理将是一个很有前景的产业。
参考文献
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影响发酵型保健酒发酵因素的探讨 篇5
发酵酒是借酵母发酵作用, 把含淀粉和糖质原料的物质进行发酵酿制而成的酒液。常用的有葡萄酒、啤酒、水果酒、黄酒与米酒等。随着人们生活水平的提高和保健养生意识的增强, 对营养保健品的需求逐年攀升。近年来, 人们将营养丰富的各种蔬菜、水果、中药材作为发酵原料, 通过发酵工艺来制备发酵型保健酒的研究越来越多。如何控制好发酵条件, 制备高品质的发酵型保健酒, 值得研究和探讨。
发酵菌种及菌种量对发酵的影响
发酵菌种及用量是决定发酵成败的关键因素, 随发酵醪不同而不同, 比如:酿制葡萄酒时选用葡萄酒酵母;酿制啤酒时选用啤酒酵母;酿制黄酒时淋饭酒母或速酿酒母。在菌种用量上, 酵母添加量大, 则发酵快, 发酵时间短, 影响风味物质的形成, 所得酒体粗糙, 而且发酵结束时大量的酵母泥直接影响成品酒的质量;酵母添加量少, 则发酵慢, 残糖多, 风味淡而不成熟, 生产不能按计划进行。因此, 制备发酵酒时, 必须严格控制菌种及用量。以中药材或果蔬为发酵醪时, 常需先用α-淀粉酶、糖化酶等对发酵醪进行糖化, 再接种适量的曲药、活性干酵母、黄酒干酵母等酵母菌进行发酵, 可获得较好的发酵酒。陈勇衡等制备灵芝发酵酒时, 先对灵芝菌进行发酵培养, 经灭菌、胶体磨磨浆处理后, 再接种0.05%~0.1%的果酒活性干酵母。赵贵红等在研制发酵型山药米酒时, 先加淀粉酶和糖化酶进行糖化处理, 再加入100 mg/Kg已活化好的活性干酵母密闭发酵。姜晓坤在玉竹发酵酒的工艺研究中, 制备活性酵母的接种量为0.15%。王少杰等在《南五味子药酒发酵条件优化》一文中, 接种1.0%的已活化的酵母菌, 感官评价和酒精度最优。刘殿锋等在番茄米酒发酵时, 先加入1.5%的米酒曲和80U/g糖化酶 (按投入的米计量) 糖化1 d, 待糖液满至酿窝4/5时加入活化后的黄酒干酵母继续发酵。许芳在《芦荟米酒的研制》一文中, 先加入15%的甜酒曲 (以干糯米的量计) 让糯米发酵后, 再加入酒酿体积15%的芦荟汁发酵。
料液比及料米比对发酵的影响
料液比直接影响发酵菌与发酵醪的浓度关系, 如料液比过大, 发酵醪黏稠, 发酵菌虽能与发酵醪充分接触, 但因黏度过大而妨碍发酵;料液比小, 则发酵醪稀薄, 发酵菌与发酵醪接触的几率降低, 同样影响发酵。因此, 合适的料液比有利于发酵反应的进行。韩晓鹏等在紫甘薯红酒酿造工艺中采用的料液比1:3时, 淀粉水解率最大。吴龙英等在雪莲果、芦荟混合发酵酒的研制中, 根据色泽和口感, 筛选出雪莲果汁、芦荟汁、清水三者的最佳配方是24:6:70。刘丽丽等在山茱萸酒发酵工艺研究中, 确定山茱萸酒的最佳发酵工艺条件中, 料液比为1:10。
料米比是指酿酒用的中药或蔬果与米的比例, 如果料米比过大, 有的中药可能引起发酵困难, 无法得到发酵酒;如果料米比小, 发酵酒的成分和口感与米酒无异, 达不到所需的保健作用。因此, 必须控制好料米比, 才能制得风味独特的发酵型保健酒。陈立忠等在进行阿胶金丝小枣酒研制时, 因金丝小枣本身含糖量高 (干枣含糖量75~80%, 鲜枣35~40%) , 可用枣汁直接发酵。莫凡等在《莲子糯米酒酿造工艺研究》一文中提到莲子与糯米的质量比为1:2, 料水比为1:0.7。
发酵醪p H值对发酵的影响
发酵醪总酸要符合发酵要求, 一般调整p H值在3.5~5.5。若总酸太高, 酵母生长缓慢, 发酵滞缓;总酸太低, 不仅有害微生物容易生长, 而且发酵酒的口味欠醇厚。因此, 发酵醪需用柠檬酸或酒石酸调整p H值, 才能保证酵母正常发酵。程刚等在枣酒的研制中, 枣汁发酵前用柠檬酸调p H值为±3.5, 发酵期间控制在3~3.5之间。杜琨等在研制低度红枣米酒时, 用柠檬酸调枣汁p H值为5.5, 发酵效果最好。王少杰等研究南五味子发酵酒, 柠檬酸调p H5.0时, 酒精度和游离氨基酸含量最高;p H<5.0时, 随p H值增大, 酒精度和游离氨基酸含量随之增加;p H>5.0时, 随p H值的增大, 酒精度和游离氨基酸含量反而下降。
发酵温度与发酵时间对发酵的影响
温度是影响发酵的重要因素之一, 温度过高或过低, 发酵代谢产物的类型及数量将不同, 发酵酒的口感和风味亦不同。若温度过高, 发酵旺盛, 发酵时间短, 风味物质损失大、酵母老化快、残糖含量高, 同时会使高级醇、醛类和有机酸等副产物生成量增加, 使酒体粗糙, 风味消失, 直接影响酒的品质;温度过低, 则发酵迟缓, 易受杂菌污染而使酒酸败。因此, 酿制发酵酒时, 必须控制好发酵温度, 最佳控制在15~30℃。程刚等研究枣酒时, 控制罐温为±20℃发酵4 d, 然后补加10%的糖, 18~20℃再发酵5~7 d。杜琨等的低度红枣米酒和冯霖等的低度枸杞米酒, 在研制中前期糖化控制在30~35℃发酵36~48 h, 酒液达饭堆4/5高度时, 开扒搅拌后再控制在22~26℃发酵4~5 d。陈立忠等在阿胶金丝小枣酒研制中, 在20~22℃发酵一周左右。王乐等在研制大枣、枸杞保健米酒中, 前期糯米糖化发酵温度控制为30℃, 24 h后酒窝中有酒液溢出时, 可适当降低温度继续糖化。莫凡等研究莲子糯米酒的主发酵温度28℃发酵7 d, 然后在16℃后发酵23 d。邹东恢等在枸杞猴头菇发酵酒的工艺研究中, 猴头菇醪液前期发酵8~10 h内, 要严格控制醪液温度在35~38℃以内, 以后只要保持醪液温度不超过40℃即可, 其目的主要是控制酸度、总糖含量。陈勇衡等在灵芝发酵酒研究中, 在23~25℃保温发酵5~6 d;在8~10℃静置后酵10~12 d。文连奎等在人参发酵酒加工工艺优化研究中, 以酒精度为指标, 主发酵温度对发酵工艺影响最大, 且最佳温度控制在21℃;主发酵结束后, 通过倒酒, 将底部大量的沉淀与汁液分离, 保持15~20℃后发酵20 d。
糖度的控制对发酵的影响
利用添加蔗糖来提高发酵酒的酒精度, 因此发酵时需根据生成的酒度要求来调整糖度。为了获得较合适的酒精度且不会造成因一次性加糖过多而影响酵母的正常发酵, 程刚等用白砂糖调节枣汁糖度在20%以上发酵制备枣酒。王少杰等在南五味子药酒发酵条件优化实验中, 发酵初始糖度控制在24%时, 游离氨基酸的含量和酒精度数都为最佳;初始糖度低于24%时, 游离氨基酸含量和酒精含量随初始糖度的增加而增加;初始糖度高于24%时, 初始糖度增加, 游离氨基酸的含量和酒精度数均反而下降。郭卫芸等在桑葚发酵酒的工艺研究中, 桑葚果汁中添加一定量蔗糖调节糖度时, 1 L的桑葚果汁中添加60 g蔗糖, 所得发酵酒酒体透亮, 有较为浓郁的酒香和果香, 风味品质良好。杨大毅在紫薯发酵酒生产工艺研究中, 根据1.7 g/100 m L的糖生成1.0%vo L的酒精来补加糖量, 将白砂糖溶化成的糖浆, 加入紫薯浆中, 使糖度达到18~22Bx。
SO2的含量对发酵的影响
为抑制杂菌生长, 防止发酵醪氧化, 并达到增酸和澄清等特殊作用, 一般在发酵原料破碎榨汁时, 加入一定量的SO2或H2SO3。比如:制备葡萄酒时, 一般在果实破碎时加入100 mg/LSO2, 在发酵过程中维持20~30 mg/L的游离SO2, 就可抑制葡萄醪汁中腐败微生物的生长和防止葡萄汁颜色变深。陈祖满在蓝莓发酵酒工艺优化研究和刘丽丽等在山茱萸酒发酵工艺研究中, SO2的最佳添加量均为50 mg/L, 具有杀灭和抑制杂菌、澄清、抗氧化、增酸等作用, 增加酒的风味。
发酵设备 篇6
食品发酵后热量会变低
发酵食品是什么?简单来说,加入的微生物就像一台台小小的加工机,对食物的每个细胞挨个进行处理,增加一些有营养的物质、去除一些没营养的物质,并改变味道和质地。
那发酵又有哪些好处呢?发酵时微生物分泌的酶能裂解细胞壁,提高营养素的利用程度。肉和奶等动物性食品,在发酵过程中可将原有的蛋白质进行分解,易于消化吸收。微生物还能合成一些B族维生素,特别是维生素B12,动物和植物自身都无法合成这一维生素,只有微生物能“生产”。发酵食品一般脂肪含量较低,因为发酵过程中要消耗碳水化合物的能量,是减肥人士的首选健康食品。
在发酵过程中,微生物保留了原来食物中的一些活性成分,如多糖、膳食纤维、生物类黄酮等对机体有益的物质,还能分解某些对人体不利的因子,如豆类中的低聚糖、胀气因子等。微生物新陈代谢时产生的不少代谢产物,多数有调节机体生物功能的作用,能抑制体内有害物的产生。
三类食品该多吃
我们现在常吃的发酵食品主要分为谷物发酵制品、豆类发酵品和乳类发酵品。
谷物制品主要有甜面酱及米醋等食品,它们当中富含苏氨酸等成分,可以防止记忆力减退。另外,醋的主要成分是多种氨基酸及矿物质,它们也能达到降低血压、血糖及胆固醇之效果。
豆类发酵制品包括豆瓣酱、酱油、豆豉、腐乳等。发酵的大豆含有丰富的抗血栓成分,它可以有效地溶解血液中的血栓等物,起到预防动脉硬化、降低血压之功效。豆类发酵之后,能参与维生素K合成,这样可使骨骼强壮,防止骨质疏松症的发生。
酸牛奶、奶酪含有乳酸菌等成分,能抑制肠道腐败菌的生长,还含有可抑制体内合成胆固醇还原酶的活性物质,又能刺激机体免疫系统,调动机体的积极因素,有效地预防癌症。此外,酸牛奶都能有效地控制血压的“上扬”,防止动脉发生硬化,保护心脏。
发酵设备 篇7
刺参(Apostichopus japonicus),属无脊椎动物,棘皮动物门(Echinodermata),海参纲(Holothuroidea),仿刺参属(Apostichopus),具有极高的营养和药用价值。进入21世纪以来,其养殖规模不断扩大,成为我国海水养殖单品种产值最高的种类之一。近年来,由于刺参高密度养殖和不规范运作,刺参养殖出现了免疫力下降、病害频发、大规模死亡等问题,严重制约了刺参养殖业的持续健康发展[6,7]。由于刺参特殊的生活习性和养殖特点,同时抗生素和疫苗等疾病预防措施本身又存在一些限制性,故采用微生态制剂是防止刺参疾病发生的有效措施之一。虽然市场上已有多种有益菌产品,但多为国外进口或陆源性菌株,目前尚未有来源于刺参或其养殖环境的益生菌株生产微生态制剂的报道。
1 材料和方法
1.1 试验材料
试验菌株 选用从健康刺参肠道分离获得的菌株,经鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),菌种保藏号为CCTCC M2010316。
培养基成分 种子培养基:胰蛋白胨17 g/L,植物蛋白胨3 g/L,氯化钠20 g/L,磷酸氢二钾2.5 g/L,葡萄糖2.5 g/L,121 ℃灭菌20 min,初始pH 7.5;发酵培养基成分:豆粕,葡萄糖,氯化钠,121 ℃灭菌20 min。
发酵罐 荷兰进口,型号APPLIKON,电脑全自动控制系统。
1.2 试验方法
1.2.1 发酵配方优化
单因素试验 设氯化钠5、10、15、20、25 g/L共 5个梯度,葡萄糖0.5、2.5、4.5、6.5、8.5 g/L共5个梯度,豆粕10、15、20、25、30 g/L 共5个梯度,每个梯度均设置3个平行组。
菌种活化 将-80 ℃保存的菌种接种于胰蛋白胨大豆肉汤(TSB)平板培养基上,于28 ℃培养24 h,使菌种复壮并形成单菌落。
种子液制备 将活化的菌种用15‰灭菌的生理盐水制成1×105 cfu/mL的菌悬液,以5%的接种量接种于灭菌的种子培养基,初始pH 7.5,28 ℃,在170 r/min转速下培养20 h。
摇瓶培养 将5%种子液接入不同配方的发酵培养基中,28 ℃,在170 r/min转速下摇床培养24 h后,平板涂布测定活菌数,根据活菌数确定各因素最佳浓度。
正交试验 选用3因素3水平进行正交试验,设计L9(33)正交表进行试验,正交试验方案见表1。测定不同浓度配比对菌体浓度的影响,以得到最佳培养基配方组合,每个浓度设置3个平行组。
1.2.2 发酵条件优化
种子液制备 同1.2.1。
摇瓶培养 将种子液接种到盛有200 mL灭菌最佳发酵培养基的500 mL摇瓶中,摇床培养24 h后取样,平板涂布计数。设温度19、22、25、28、31 ℃共 5个梯度;设初始pH 6.5、7.0、7.5、8.0、8.5共 5个梯度;设接种量1%、3%、5%、7%、9% 共5个梯度;设转速110、130、150、170、200 r/min 共5个梯度,每个梯度3个平行组。
1.2.3 小型发酵罐中试
种子液制备 28 ℃平板培养基纯培养菌种,接入盛有200 mL无菌种子培养液的500 mL摇瓶中,初始pH 7.5,28 ℃,在170 r/min转速下培养24 h。
发酵培养 将种子液以5%的量接入盛有3 L发酵培养液的10 L小型发酵罐中,初始pH 7.5,28 ℃,在170 r/min转速下培养40 h,每4 h取样平板涂布计数,绘制菌株生长曲线。
1.2.4 分析方法
活菌计数采用稀释平板涂布计数法,芽孢形成率采用芽孢革兰氏染色法[8]。试验数据用SPSS17.0 软件进行生物学统计和单因素方差分析,若差异显著,则用Duncan 检验法进行多重比较,显著性水平为P<0.05。描述性统计值使用平均值±标准差undefined表示。
2 结果分析
2.1 发酵培养基配方优化结果
2.1.1 单因素试验结果
无机盐是微生物的重要生长因子和酶类的激活剂,还可以维持微生物渗透压。本研究所用菌株来源于海参肠道,为海水分离菌株,试验首先对培养基所用氯化钠浓度进行优化,检测不同浓度氯化钠对发酵效果的影响(图1)。在氯化钠浓度由5 g/L增加至25 g/L的试验组中,其发酵液中菌体浓度随着氯化钠浓度的升高先上升后下降,不同浓度组所获得的菌体浓度存在显著差异(P<0.05),在氯化钠浓度为10 g/L时,菌体细胞浓度达到最高8.5×108 cfu/mL。
本研究利用葡萄糖作为碳源,以豆粕为氮源对该益生菌的发酵培养基进行优化。不同葡萄糖浓度对该益生菌生长影响的结果见图2。葡萄糖浓度对该益生菌发酵效果影响显著。在葡萄糖浓度为2.5 g/L时,其菌液浓度达到2.7×109 cfu/mL,显著高于其他试验组(P<0.05)。在益生菌的氮源需求方面,豆粕浓度对该益生菌发酵效果的影响见图3。可以看出,菌体浓度随豆粕浓度提高呈先上升后下降趋势,在豆粕浓度为25 g/L时,菌体浓度达到最高4.5×109 cfu/mL,显著高于其他各组(P<0.05)。由此,本研究确定在单因素试验中,所选择的最佳葡萄糖和豆粕浓度分别为2.5 g/L和25 g/L。
2.1.2 正交试验结果
培养基中各组分之间存在一定的内在关系。为了验证多因素综合影响,以培养基中的3种成分为因素,以最终的菌体浓度为试验指标,采用L9(33)表进行了正交试验,试验结果及分析见表2。极差分析结果表明,培养基中的3种成分在所选水平范围内,对菌体发酵效果影响的主次因素为:葡萄糖>豆粕>氯化钠。说明在试验取值范围内,碳源是影响其发酵的主要因素,其次为氮源,影响最小的为盐度。根据表2的分析结果,确定出最优培养基配方为A2B1C2,即葡萄糖2.5 g/L,豆粕20 g/L,氯化钠10 g/L,培养试验结束时菌体细胞浓度达到(8.41±0.29)×109 cfu/mL。
注:Ki 表示任意列上水平号为i时所对应的试验结果平均值;极差R=Kmax-Kmin。
2.2 发酵条件优化结果
pH主要通过影响菌体细胞膜电荷、膜渗透性以及营养物质离子化程度,从而影响菌体对养分的吸收。本试验在温度28 ℃,转速170 r/min,接种量5%条件下,研究不同初始pH值对发酵结果的影响(图4)。尽管初始pH值会显著影响菌体发酵终浓度,在初始pH值为6.5～8.5,菌株均生长良好,在初始pH为7.5时,生长最好,达到7.1×108 cfu/mL,说明枯草芽孢杆菌对pH值的适应性较宽。
选取 5个接种量,研究在摇瓶发酵培养条件下,接种量对菌体浓度的影响(图5)。由此看出,在试验设定浓度范围内,菌体浓度总的变化趋势为先上升后下降,接种量为1%和3%时菌体浓度显著低于其他3组。在接种量5%时,浓度达到最高。当接种量超过5%,可能由于生长空间的限制,其对菌体浓度影响就不显著了,而且从工业生产角度考虑,减少接种量可以显著降低成本,综合考虑选择最佳接种量为5%。
温度是益生菌发酵过程的重要影响因素,它主要通过改变反应速率来影响菌体的生长。控制其他条件不变,研究不同温度下菌体生长规律(图6)。在所选5个温度范围内,益生菌均可以良好生长。在温度为28 ℃时,菌体浓度达到最高6.4×108 cfu/mL;在温度19 ℃时,菌体浓度显著低于其他各组,说明低温可以明显抑制该菌株生长;而当温度达到31 ℃后,发酵所获得的菌体浓度开始下降,显著低于28 ℃组(P<0.05),这可能是因为温度的升高导致酶失活而影响最终产量。
调节转速是益生菌摇瓶发酵过程中控制溶解氧的主要方式,而溶解氧对益生菌的生长和繁殖均有重要作用。转速对发酵效果的影响见图7。一定范围内提高转速可以提高菌体浓度,在转速为170 r/min时,所获得的菌体浓度达到最高值(5.5×108 cfu/mL),因此,170 r/min为最佳转速。
2.3 小型发酵罐试验结果
在摇瓶发酵确定发酵培养的最优配方和最佳条件的基础上,在10 L小型发酵罐进行了该菌株发酵的中试试验,定时取样检测发酵菌液的菌体浓度和芽孢(枯草芽孢杆菌休眠体)浓度并绘制菌株生长和芽孢形成曲线(图8)。可以看出,菌株在0～12 h为生长适应期,益生菌增长缓慢;12～28 h益生菌数量急速上升,处于对数生长期;发酵至28 h时,菌体浓度达到最大(8.5×109 cfu/mL);此后,发酵菌液中菌体浓度开始下降,进入衰亡期。而由芽孢形成曲线可以看出,发酵至16 h开始形成芽孢,到32 h芽孢形成率达到最高(91%)。因此,在生产过程中,发酵24 h为最佳种龄,32 h为最佳发酵时间。
3 讨论
3.1 发酵配方优化
无机盐对维持酶的活性、调节菌体内外的渗透压非常重要。从本研究结果可以看出,氯化钠可以显著影响菌体浓度[9]。葡萄糖作为碳源,主要用于提供菌体增殖所需要的能量,过低的葡萄糖浓度会使碳源供应不足,不利于菌体生长繁殖;而高浓度葡萄糖也会引起菌体内部代谢异常,对菌体生长不利[10]。豆粕作为氮源,浓度过低会影响菌体生长,而豆粕含量过高导致培养液粘稠度增加,影响通气从而降低溶解氧,抑制益生菌生长[11]。
正交试验结果表明,各因素对发酵结果的影响程度依次为:葡萄糖>豆粕>氯化钠,即碳源对其发酵的影响程度最大。
3.2 发酵条件优化
本试验中,28 ℃前菌体浓度随温度上升而上升,31 ℃时菌体浓度开始下降,故最佳温度为28 ℃。初始pH值在6.5～8.5,益生菌生长良好,pH 7.5时,生长状态最好。接种量的大小直接影响到发酵结果。本试验中,在接种量达到5%时,发酵周期最短,菌体终浓度最大,因此最佳接种量为5%。试验中菌体浓度随转速提高而上升,转速170 r/min时菌体浓度最高,超过此时速,菌体浓度反而下降。
芽孢杆菌的芽孢生成率是益生菌制剂的重要指标[12]。目前在发酵罐中进行水产用益生菌的报道相对比较少[13]。本实验在10 L小型生物反应器中进行扩大培养试验,得到该益生菌的最佳种龄和发酵时间分别为24 h和32 h。
4 结语