CN105731718A

CN105731718A - 常压发酵***的运作方法

Info

Publication number: CN105731718A
Application number: CN201410756316.3A
Authority: CN
Inventors: 刘健谊
Original assignee: ADVANCED GREEN BIOTECHNOLOGY Inc
Current assignee: ADVANCED GREEN BIOTECHNOLOGY Inc
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: CN105731718B

Abstract

常压发酵***的运作方法，将一水源通过离心泵以一注水速率自动注入一发酵桶中，再将该发酵桶中的该水源加入二氧化氯(ClO₂)直至一净水浓度后进行水质净化，待水质净化完成后，将一发酵用营养源(如：黄豆、糖等或任何富含氮、碳源的原料)加入该发酵桶中，之后在该发酵桶中添加一功能性菌种并施以一时间进行液态发酵，直到获得一发酵液，最后，将该发酵液以一包装方式进行封装。

Description

常压发酵***的运作方法

技术领域

一种常压发酵***的运作方法，尤指一种可自动注水、净水并连续执行发酵程序的常压发酵***的运作方法。

背景技术

发酵方法所生产出来的制品，早已被广泛用于我们的日常生活之间，凡举农业上使用的肥料，调理食物所使用酱油、酒类等等，大多通过发酵的方式来完成；而传统用来制造此类发酵制品的方法，大多以非连续化的液态发酵方式来生产，在液态发酵的时候常常会经过许多不同的设备，例如从大摇床混和之后，再移往发酵罐之中执行发酵，在发酵的动作不连续执行的情况下，很容易因为一些外在的污染，影响到产物的质量，以致于在发酵完成之后需要经过如过滤等步骤，来确保产物的质量。

同理，对于发酵反应时的用水水质，亦是发酵时非常重要的一个环节，水质对于发酵时所使用的功能性菌种有着相当深远的影响；传统的发酵水质要求仅以饮用水标准为主，但饮用水常常会含有一些对发酵时功能性菌种有影响的金属离子，例如镁离子(Mg²⁺)或钙离子(Ca²⁺)等等，在饮用水中浓度高但未能确定情况下会过量，造成功能性菌种在发酵时的效率受阻，或是产物和离子螯合变质等等的情况产生，再者，传统发酵反应时的用水在进到发酵设备之前，也容易因为净水仪器和发酵设备并未直接相连，致使发酵反应用水水质受到污染，使发酵的产物质量受到影响。

发明内容

有鉴于背景技术所提及传统液态发酵方法，因为不连续且水质及发酵液质量控管不易，而产生影响产物质量的疑虑，本发明提供了一种常压发酵***的运作方法，可以自动化并连续一贯的生产发酵产品。

该常压发酵***的运作方法液态发酵时所使用的水源水质开始讲究，首先在水桶中的水源经过水质过滤装置处理，依序以砂过滤器去除水质中较大颗粒的杂质，之后再通过活性碳，过滤及吸附颗粒较小的杂质，再通过软水机去除水中的硬水金属离子(例如：镁离子(Mg²⁺)跟钙离子(Ca²⁺))，最后再通过逆渗透水机以逆渗透原理进行最高层次的水质把关，完成过滤水质。

完成过滤之后，技术人员通过控制面板观看检测水源的水质资料，若检测到水源存留有颗粒杂质，则视颗粒粒径进行砂过滤器或活性碳的滤心更换；如检测到水源中含有过量的硬水金属离子，则技术人员通过控制面板操作盐瓶，使盐瓶释出如盐酸(HCL)或醋酸(Ch₃COOH)之类的酸性盐类物质，将软水机中的离子交换树脂还原，再重新进行一次过滤步骤。

经过上述过滤处理完成的水源，是通过技术人员于控制面板上设定欲使用的注水速率及净水浓度，过滤完毕的水源会通过连接着离心泵的封闭管道输送至发酵桶中，离心泵高速旋转形成真空压差，将水源从水桶中经过和外界隔绝的封闭管道注入发酵桶中，其中发酵桶的容量为至少2000公升(L)的发酵桶，通过离心泵的带动，以至少236公升/小时(L/H)的注水速率将水注入发酵桶中，待注水完成后，为确保发酵桶中在之后的发酵过程不会有其他菌种掺杂而影响到功能性菌种进行发酵，因此在发酵桶中加入二氧化氯(ClO₂)，直至二氧化氯(ClO₂)在水中达到净水浓度500～1000毫克/公升(mg/L)为止，待杀菌完成之后，将二氧化氯(ClO₂)去除。

接着在发酵桶中加入发酵用的营养源(如：黄豆、糖等或任何富含氮、碳源的原料)，提供丰富的磷、氮、碳元素；之后，在发酵桶中加入如溶磷菌或固氮菌等功能性菌种，之后启动发酵桶中的螺旋桨，进行机械式搅拌液态发酵；使用机械式螺旋桨搅拌液态发酵是为使功能性菌种和营养源得均匀混和反应，功能性菌种能将营养源进行分解，将营养源中的氮元素从植物性蛋白质中转化为植物体或动物体所能利用的化合物，搅拌的时间设定为24～48小时(H)，进行液态发酵。

在液态发酵的过程当中，如果侦测到发酵温度过低，***会自动启动一循环水桶进行加温﹔若侦测到发酵温度过高，***会自动启动一冰水***进行降温；待完成发酵之后，将发酵完成的发酵液，以桶装或是铝箔包封装的形式包装。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的另一方法流程图。

具体实施方式

为能了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，兹进一步以如图式所示的较佳实施例，详细说明如后：

首先，欲进行发酵作业，必须先启动本发明的电源，接着确认发酵***中并无下列情况，始得进行更进一步的发酵作业：

(1)一发酵桶没有在进行清洗或排空作业

(2)该酦酵桶已清洗

(3)该酦酵桶内已排空

(4)该酦酵桶出口阀关闭

(5)RO水桶液位在高液位

(6)循环水桶液位在高液位

上述步骤(5)中，RO水桶液位在高液位的确认方式是根据水源产生的压力或震荡频率来决定，压力的侦测可以利用振弦式或是电阻式的水压计来侦测，而振荡频率则可以通过压电式的音叉棒进行液位侦测。

若无上述情况，则先确认水源阀门以及马达是否在自动的位置，如是，则开始进行RO水的制作。而步骤(6)的循环水桶亦以相同于RO水桶的方式进行压力或震荡频率的测试，判断是否位于高液位。

请参照图1，图1是本发明的方法流程图。如图1所示，首先依照步骤(a)，将一水源通过离心泵以一注水速率自动注入一发酵桶中，该水源是先依序以石英砂及活性碳过滤，以除去水中氯气。

而活性碳选用自布厄特法(Brunauer-emmet-tellermethod)比表面积500-1700平方公尺/克(m²/g)的活性碳，可以吸附及过滤水中大多数的杂质。

之后再通过软水机，以其中的离子交换树脂将水质中含有的镁离子(Mg²⁺)及钙离子(Ca²⁺)去除，接着分别以孔径5μm和1μm的滤纸或滤膜，过滤掉更小的杂质。

最后，通过逆渗透机过滤，对水源的水质做最细微层级的过滤把关；待水源过滤完成后，通过该离心泵以真空压差吸引的原理，将水源以每小时236公升的速率，注入到该发酵桶中，直至桶内的水容积达250公升。

待该水源注入到该发酵桶完成后，利用鼓风机进气50％(1.6m³/min)，接着，实施步骤(b)，将该发酵桶中的该水源加入二氧化氯(ClO₂)直至一净水浓度，进行水质净化；因进行发酵时若有除了反应菌种以外的菌种存在，很容易污染到反应进行，因此添加二氧化氯(ClO₂)以用来灭菌，而二氧化氯(ClO₂)本身为一种氧化剂，可使大多数微生物、病毒的细胞壁和细胞膜变质崩解，进一步使微生物细胞内的酶(Enzyme)及核糖核酸(RNA)等重要物质氧化，造成其失去活性而死亡。

因此，为使灭菌完全，将二氧化氯(ClO₂)添加到该发酵桶中直至该净水浓度500～1000毫克/公升(mg/L)，该净水浓度为二氧化氯(ClO₂)在该发酵桶水中的重量百分比浓度；此时二氧化氯(ClO₂)会以离子的形式开始不断掠夺水中微生物身上有机物质的电子将其氧化，直到形成负一价的氯离子(Cl^－)为止；此外，二氧化氯(ClO₂)更有能进一步移除水中铁离子(Fe³⁺)和锰离子(Mn²⁺)等金属离子的功效。

待灭菌完成之后，***会将讯息显示于控制面板，使操作人员得知可以选择发酵配方并开始投料，接着执行步骤(c)，将一营养源加入该发酵桶中；该营养源中的含氮原料(如：黄豆、糖等或任何富含氮、碳源的原料)是液态发酵反应的主反应物，将选用自食品级的黄豆，可以用粉状，因食品级的黄豆含有相当大量的植物性蛋白质，可提供液态发酵时所需的大量碳、氢、磷和氮元素，另外，亦可提供液态发酵时反应菌种所需的能量。

待添加完该黄豆原料之后，执行步骤(d)，在该发酵桶中添加一功能性菌种；该功能性菌种可为溶磷菌或固氮菌，其中，溶磷菌的菌种可选自分类系属于假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacilus)、硫杆菌属(Thiobacilus)、青霉菌属(Penicilium)或黄曲菌属(Aspergilus)的细菌，特别是芽孢杆菌属(Bacilus)的枯草杆菌(Bacilussubtilis)和蕈状芽孢菌(Bacilusmycoides)，以及黄曲菌属(Aspergilus)的米曲菌(Aspergilusoryzae)和酱油曲菌(Aspergilussojae)；而固氮菌可以是固氮菌属(Azotobacter)的细菌。

当发酵反应所需的该黄豆原料及该功能性菌种皆添加完成之后，执行步骤(e)，在该发酵桶中进行一时间的机械式螺旋桨搅拌液态发酵，获得一发酵液；启动发酵桶中的螺旋桨，以机械式螺旋桨搅拌液态发酵的形式进行发酵反应，首先以50r.p.m.(RevolutionsPerMinute)的转速持续搅拌5分钟，而鼓风机进气70％(2.24m³/min)，维持常压发酵的条件，接着离心泵会将发酵桶中的水位注入到高水位开始以一时间进行发酵反应，该时间为24～48小时，各个反应阶段的搅拌转速及进气量皆以不同的条件运行，而发酵温度(℃)则控制在28℃～30℃，详情请参照表1。其中，鼓风机进气速率是以其最大发挥100％功率时3.2m³/min为单位换算而得。

发酵时间(小时)	转速(r.p.m.)	进气(％)	发酵温度(℃)
				0～12	80	68％(2.18m³/min)	28～30
13～18	60	68％(2.18m³/min)	28～30

19～20	停止	70％(2.24m³/min)	28～30
				21～24	60	68％(2.18m³/min)	28～30
25～29	80	68％(2.18m³/min)	28～30
				30～35	30	68％(2.18m³/min)	28～30
36～37	停止	70％(2.24m³/min)	28～30
				38～40	60	68％(2.18m³/min)	28～30
41～45	停止	70％(2.24m³/min)	28～30
				46～48	30	68％(2.18m³/min)	28～30

表1

发酵完成后，控制面板会提示技术人员发酵完成，得以出料，接着打开发酵桶出口阀，获得反应完全的该发酵液，并同时检测发酵桶中是否处于低液位，若是，则发酵完成；否则须继续出料，而以此方法做出的该发酵液可以是一种氮磷肥料。

在液态发酵进行的途中，本发明的***会持续监控发酵桶内液体的温度，一但温度过低(低于28℃)时，会启动一循环水桶，致使循环水桶内的温水流入发酵桶中，将液态发酵的温度升回标准温度；反之，若温度过高(超过30℃)时，则会启动一冰水***，使低温的水流入发酵桶中，进行降温，而该冰水***可以是水冷式或是冷媒式的冰水机。

最后，执行步骤(f)，将该发酵液以一包装方式进行封装；因该发酵液为液态的形式，因此该包装方式特地采用桶装密封或铝箔包密封来达成，以利于保存及提供使用者使用。

本发明所用方法生产出的发酵产品具有pH值及菌属稳定的优点，详情请参照表2。

表2

CFU为菌落形成单位(CFU，colony-formingunit)，由表2中可看出，在第二天时即可获得3.64倍于第一天的CFU值，另外就是pH值呈现接近中性的弱酸性，以及发酵条件仅需常温及常压即可。

此外，本发明利用不同配方液态发酵时所出现的pH范围不尽相同，本实施例仅举以表2说明本发明的稳定性，实际上，本发明在发酵pH值介于4～9之间的常温常压状况下发酵仍具有相同的稳定性。

请参照图2，图2是本发明的另一方法流程图。请参照图2，图2中流程(c)～(h)等同于图1中的流程(a)～(f)。

如图2所示，图2中所展现出本发明的另一实施例着重于滤水的过程，首先，水源会如步骤(a)所示，依序经过砂过滤器、活性碳、软水机及逆渗透机过滤处理，砂过滤器的过滤目的是用于过滤颗粒较大的水中杂质，使用的砂质主要为石英砂，而活性炭则用于过滤兼吸附砂过滤器无法过滤掉的较小水中杂质，此外更具有吸附氯气的功效。

之后软水机会通过离子交换树脂的方式，将水中的硬水金属离子(例如：镁离子(Mg²⁺)跟钙离子(Ca²⁺))去除，经去软水后的水源再经由孔径5μm和1μm的滤纸或滤膜以及逆渗透机做最高层级的滤水处理。

待上述滤水步骤处理完成之后，进行步骤(b)，步骤(b)是技术人员通过控制面板得知经过滤水处理水源的水质数据，若在水质数据显示出过量的杂质，则技术人员便可针对砂过滤器或是活性碳的滤心进行检测或更换；另一情况是，水质数据中含有过多的硬水金属离子，则进行步骤(b1)，技术人员操作控制面板，使盐瓶中的酸性盐类(一般为盐酸(HCl)或醋酸(CH₃COOH))，释出至软水机的离子交换树脂中，将已经固着于管壁上的硬水金属离子冲洗还原，使软水机恢复活性，最后再重新回到步骤(a)进行新一个循环的水源过滤。

倘若水质数据并无显示出上述的问题，进行步骤(2b)，技术人员在控制面板上设定一注水速率及一净水浓度，以符合不同发酵所需的需求条件，完成之后进行步骤(c)，后续的发酵步骤则同于前述图1针对步骤(a)～(f)所叙述的实施方式。

此外，本发明更具有在发酵完成之后进行清洗发酵桶的功能，当出料完成后，可利用循环水桶中的水进行清洗，一般以5次发酵作为一个清洗周期，前4次为一般清洗，第5次为大清洗。

一般清洗的步骤为先进水清洗20秒，接着以40秒的速率排水，再以进水清洗20秒，20秒的速率排水执行三个重复，结束一般清洗。

当发酵到第5次时则须进行大清洗，首先，在200秒内将1.5吨的水注入到发酵桶中，接着以定位清洗(CIP,CleaninginPlace)的方式，同时打开螺旋桨以及出水阀门进行搅拌及放水的步骤，搅拌的速率为10r.p.m.，而放水的时间历时5分钟。

接着将混有洗涤剂的500公升水溶液注入发酵桶中，清洗200秒，其中螺旋桨依然以10r.p.m.的转速持续搅拌，待200秒过后，启动鼓风机进气70％(2.24m³/min)，并且持续搅拌15分钟。

15分钟后同时停止进气以及搅拌，接着打开出水阀门放水10分钟，若技术人员判断水未放干净，则可手动打开出水阀门，将剩下的水排干净。

本发明另一实施例中，所有的设备的过滤、注水、进气及搅拌发酵等运作可通过一可程序逻辑控制器(PLC)来达成，而发酵产品的种类ID的卷标识别则可通过一无线射频辨识(RFID)***达成，并且与PLC进行合同使用，该RFID***辨识完卷标的种类后，便可使PLC依照该发酵产品所需要的条件，进行自动化发酵。

在本发明另一实施例的运作方法结束之后，更可以通过一云端数据通讯步骤，将前述所有步骤中的运作条件及运作状况通过一SIM卡储存至一云端***，并进行数据交换。上述运作方法中的各种条件，包含发酵时技术人员于控制面板设定的各种参数条件、实际发酵***的运转状况，以及运转的次数等各种详细数据，皆可以利用此套***通知用户，即便用户不在发酵设备操作地点，也可通过网络或是手机APP等方式查看发酵的运作情形，存取先前发酵过的历程数据。

此外，更可将统整的运作数据，以表格或报表的方式输出，以方便使用者调查以及统计。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内。

符号说明

图1共有(a)、(b)、(c)、(d)、(e)五个步骤

图2共有(a)、(b)、(b1)、(b2)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)十个步骤。

Claims

1.一种常压发酵***的运作方法，其特征在于，包含：

(a)将一水源通过离心泵以一注水速率自动注入一发酵桶中；

(b)将该发酵桶中的该水源加入二氧化氯(ClO₂)直至一净水浓度，进行水质净化；

(c)将一营养源加入该发酵桶中；

(d)在该发酵桶中添加一功能性菌种；

(e)在该发酵桶中进行一时间的机械式螺旋桨搅拌液态发酵，获得一发酵液；以及

(f)将该发酵液以一包装方式进行封装。

2.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(a)的该水源为经过活性碳、软水机及逆渗透机处理过的用水。

3.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(a)的该发酵桶为容量至少2000公升的发酵桶。

4.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(a)的该注水速率为至少236公升/小时(L/H)。

5.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(b)的该净水浓度为500～1000毫克/公升(mg/L)。

6.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(c)的该营养源为黄豆或糖。

7.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(d)的该功能性菌种为溶磷菌或固氮菌。

8.如权利要求7所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该溶磷菌为假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacilus)、硫杆菌属(Thiobacilus)、青霉菌属(Penicilium)或黄曲菌属(Aspergilus)的菌种。

9.如权利要求8所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该芽孢杆菌属(Bacilus)的菌种为枯草杆菌(Bacilussubtilis)或蕈状芽孢菌(Bacilusmycoides)。

10.如权利要求8所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该黄曲菌属(Aspergilus)的菌种为米曲菌(Aspergilusoryzae)或酱油曲菌(Aspergilussojae)。

11.如权利要求7所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该固氮菌为固氮菌属(Azotobacter)的菌种。

12.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(e)的该时间为24～48小时。

13.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(e)的该发酵液为氮磷肥料。

14.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(e)在液态发酵的过程当中，若侦测到发酵温度过低，会自动启动一循环水桶进行加温，若侦测到发酵温度过高，会自动启动一冰水***进行降温。

15.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(f)的该包装方式为桶装密封或铝箔包密封。

16.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该常压发酵***的运作方法还包含一云端数据通讯步骤，该云端数据通讯步骤可将步骤(a)～(f)中的运作条件及运作状况通过一SIM卡储存至一云端***。

17.如权利要求1所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该常压发酵***的运作方法还包含通过一可程序逻辑控制器(PLC)自动控制***及一无线射频辨识(RFID)***控制步骤(a)～(f)中自动运作的运作条件。

18.一种常压发酵***的运作方法，其特征在于，包含：

(a)将一水源依序经过一砂过滤器、一活性碳、一软水机及一逆渗透机过滤处理；

(b)技术人员通过一控制面板检视该水源经过滤处理后的一水质数据，若该水质资料中检测到过多的硬水金属离子，进行步骤(b1)，若该水质数据正常无误，则进行步骤(b2)；

(b1)技术人员操作该控制面板，使一盐瓶释出一酸性盐类至该软水机内清洗，待清洗完毕之后从步骤(a)重新开始；

(b2)技术人员操作该控制面板，设定该水源的一注水速率及一净水浓度；

(c)将过滤处理完的该水源通过一离心泵以该注水速率自动注入一发酵桶中；

(d)将该发酵桶中的该水源加入二氧化氯(ClO₂)直至该净水浓度，进行水质净化；

(e)将一营养源加入该发酵桶中；

(f)在该发酵桶中添加一功能性菌种；

(g)在该发酵桶中进行一时间的机械式螺旋桨搅拌液态发酵，获得一发酵液；以及

(h)将该发酵液以一包装方式进行封装。

19.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(b1)的该酸性盐类为盐酸(HCl)或是醋酸(CH₃COOH)的水溶液。

20.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(c)的该发酵桶为容量至少2000公升的发酵桶。

21.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(b2)的该注水速率为至少236公升/小时(L/H)。

22.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(b2)的该净水浓度为500～1000毫克/公升(mg/L)。

23.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(e)的该营养源为黄豆或糖。

24.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(f)的该功能性菌种为溶磷菌或固氮菌。

25.如权利要求24所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该溶磷菌为假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、硫杆菌属(Thiobacillus)、青霉菌属(Penicillium)或黄曲菌属(Aspergillus)的菌种。

26.如权利要求25所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该芽孢杆菌属(Bacillus)的菌种为枯草杆菌(Bacillussubtilis)或蕈状芽孢菌(Bacillusmycoides)。

27.如权利要求25所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该黄曲菌属(Aspergillus)的菌种为米曲菌(Aspergillusoryzae)或酱油曲菌(Aspergillussojae)。

28.如权利要求24所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该固氮菌为固氮菌属(Azotobacter)的菌种。

29.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(g)的该时间为24～48小时。

30.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(g)的该发酵液为氮磷肥料。

31.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，步骤(g)在液态发酵的过程当中，若侦测到发酵温度过低，会自动启动一循环水桶进行加温，若侦测到发酵温度过高，会自动启动一冰水***进行降温。

32.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该步骤(h)的包装方式为桶装密封或铝箔包密封。

33.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该常压发酵***的运作方法还包含一云端数据通讯步骤，该云端数据通讯步骤可将步骤(a)～(h)中的运作条件及运作状况通过一SIM卡储存至一云端***。

34.如权利要求18所述的常压发酵***的运作方法，其特征在于，该常压发酵***的运作方法还包含通过一可程序逻辑控制器(PLC)自动控制***及一无线射频辨识(RFID)***控制步骤(a)～(h)中自动运作的运作条件。