專利名稱：液氮深冷造粒設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種食品設備，特別是涉及一種應用于發(fā)酵工藝的乳酸菌發(fā)酵劑液氮深冷造粒設備。
背景技術(shù)：
隨著食品行業(yè)的發(fā)展，酸奶及發(fā)酵乳飲料已成為乳制品行業(yè)重要的增長極，也為乳制品結(jié)構(gòu)由單一向多元化、差異化方向轉(zhuǎn)變發(fā)揮了巨大的促進作用。直投式發(fā)酵劑(DVS)以其高濃度、高活力以及穩(wěn)定的生產(chǎn)性能(產(chǎn)香性、產(chǎn)粘性及產(chǎn)酸性等)而備受發(fā)酵乳制品生廠商的青睞。然而，對于乳品企業(yè)而言，發(fā)酵乳制品領域所使用的直投式發(fā)酵劑市場是一個嚴重的發(fā)展瓶頸。
國際上用于發(fā)酵乳制品生產(chǎn)的乳酸菌及其發(fā)酵劑的研究始于十九世紀末至二十世紀初，但真正商品化則經(jīng)歷了一個較長時間，大約在上世紀五、六十年代以后才逐步開始規(guī)?；a(chǎn)，且真正有影響的就是那么4 5個，比如雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌等。目前，發(fā)酵劑領域的研究熱點為具有特定功能的新型益生菌發(fā)酵劑，功能涉及改善腸道功能、促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收、調(diào)節(jié)機體免疫力、降低血清膽固醇水平和血脂濃度、抗高血壓和抗腫瘤作用坐寸ο
根據(jù)酸乳發(fā)酵劑的形態(tài)及生產(chǎn)方法，可將發(fā)酵劑分為三種類型:
(I)液體發(fā)酵劑
液體發(fā)酵劑即傳統(tǒng)人工傳代型發(fā)酵劑，其生產(chǎn)方式一般需要經(jīng)過菌種活化、母發(fā)酵劑、中間發(fā)酵劑、生產(chǎn)發(fā)酵劑等工藝過程。使用前能給予評估和檢查，依據(jù)實驗和已知的方法能指導生產(chǎn)。其主要弊端是:活菌含量低(IO7 108cfu/g)，接種量大(2 3% )保藏期短(4°C，1 2d);生產(chǎn)工序多、周期長；在發(fā)酵劑制備過程中，菌種經(jīng)過多級擴大培養(yǎng)和繁衍，批次間質(zhì)量不夠穩(wěn)定，極易退化和污染。這將直接導致酸奶及乳酸菌飲料產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，阻礙了酸奶及乳酸藏飲料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
(2)真空冷凍干燥發(fā)酵劑
真空冷凍干燥發(fā)酵劑系乳酸菌經(jīng)液體增殖培養(yǎng)，濃縮分離，與保護劑混溶，再經(jīng)真空冷凍干燥工藝制備的乳酸菌凍干菌粉。具有活菌含量高、易保存管理、更強的穩(wěn)定性和乳酸菌活力的特點。極大地減少了菌體性能蛻化和噬菌體污染，最為重要的是，凍干乳酸菌發(fā)酵劑的生產(chǎn)和應用，促使酸乳及其它發(fā)酵乳制品生產(chǎn)實現(xiàn)了專業(yè)化、社會化、規(guī)范化和統(tǒng)一化，從而使發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)走向標準化，提高發(fā)酵乳品質(zhì)，是當今乳制品發(fā)酵劑的主要產(chǎn)品形式。但由于在凍干過程中菌體損傷及能耗較大等因素，賦予了凍干菌粉菌株復活時間較長和成本較高的弊端。
(3)冷凍濃縮發(fā)酵劑
冷凍濃縮型發(fā)酵劑系乳酸菌種經(jīng)液體增殖培養(yǎng)，濃縮分離，與冷凍保護介質(zhì)混溶，再經(jīng)冷凍而制成的發(fā)酵劑。冷凍溫度有:_20°C、-40°C -80°C和_196°C，分別稱為冷凍、低溫冷凍和超低溫液氮冷凍，其中，超低溫液氮冷凍效果最好。特點:活菌含量高，保藏期長，在生產(chǎn)過程中省略了發(fā)酵劑的制備工序；接種量較傳統(tǒng)人工傳代型發(fā)酵劑降低20倍左右；一次性使用方便、簡單、準確，減少了菌種車間的投資和空間，大大降低了雜菌或噬菌體在培養(yǎng)時的污染，確保批次質(zhì)量穩(wěn)定，降低因生產(chǎn)失誤造成的損失。與真空冷凍干燥發(fā)酵劑相比具有制備工藝簡單、能耗低、成本低等優(yōu)勢。
氮氣是空氣的主要組成部分，在空氣中的體積分數(shù)高達78%。液氮即液態(tài)氮氣，在正常大氣壓下溫度低于零下196攝氏度就會形成液氮，如果加壓，可以在比較高的溫度下得到液氮，液氮的沸點是77K(-196°C )。液氮是空氣液化分離的最大宗產(chǎn)品、工業(yè)制氧的副產(chǎn)品。液氮是一種較為方便的冷源，蒸發(fā)潛能161.19KJ/kg，在畜牧業(yè)、醫(yī)療事業(yè)、食品工業(yè)等領域得到廣泛應用。微生物等活細胞在液氮中，調(diào)節(jié)和控制細胞生長代謝的各種酶的作用受到極大抑制，細胞內(nèi)部的生化反應十分緩慢、甚至停止，避免了細胞遺傳性狀的改變和遺傳漂變。在最佳條件下活化后，細胞仍可保持其原有的代謝活性。
真空冷凍干燥處理時間一般在20h 24h，發(fā)酵劑菌種在此過程中經(jīng)受較大的冷凍脅迫作用，菌體細胞的形狀會對其存活性產(chǎn)生影響，小的球形菌對冷凍干燥的耐受性好于大的桿狀菌，菌體存活率一般在50%左右；Wang YC(2004)等利用冷凍干燥法對菌體進行干燥，得到的乳酸菌和雙歧桿菌的存活率分別為46.2 75.1%和43.2 51.9%;此外，采用真空冷凍干燥制備的發(fā)酵劑復活時間在2.0 2.5h。采用液氮深冷造粒技術(shù)制備的直投式發(fā)酵劑，由于在瞬間實現(xiàn)液氮深冷造粒，處理較短一般3 5min即可完成，發(fā)酵劑菌株的存活率較高，一般可實現(xiàn)90%左右的存活率，發(fā)酵劑在使用過程中復活時間也較真空冷凍干燥制備的發(fā)酵劑短0.5 1.0h。
本領域的技術(shù)人員致力于研發(fā)出乳酸菌的工業(yè)化制備工藝研究和大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有發(fā)酵行業(yè)中乳酸菌制備工藝產(chǎn)能低，菌體成活率低的不足，提供一種新型液氮深冷造粒設備。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:
一種液氮深冷造粒設備，其特點在于，所述造粒設備包括:
一密封腔體；
一液體噴淋設備，設置于所述密封腔體頂部；
一顆粒導流槽，包括第一端部和第二端部，其中第一端部設置于所述液體噴淋設備下方；
一傳輸帶，設置在所述顆粒導流槽下方，將顆粒導流槽第二端部傳來的顆粒輸出；
一液氮回收導流槽，設置在所述傳輸帶下方，用于傳輸液氮；
一液氮緩存罐，設置在所述液氮回收導流槽下方，用于儲存未氣化的液氮。
較佳地，所述密封腔體設有真空保溫夾層，頂部還包括一出氣管路。
較佳地，所述液氮緩存罐與一液氮泵連接，所述液氮泵通過管路將液氮輸送到所述顆粒導流槽的第一端部。
較佳地，所述液體噴淋設備包括多個噴嘴，所述噴嘴直徑為I 10mm，噴嘴排列方式采用正三角形排列。
較佳地，所述顆粒導流槽長度為500 10000mm，寬度W為100 1000mm，高度H為100 400mm,底板傾角Θ為1° 30°。
較佳地，所述液氮回收導流槽長度為500 10000mm，寬度W，為100 1000mm，高度H’為100 400_，底板傾角Θ’為1° 30°。
較佳地，所述傳輸帶采用穩(wěn)定工作溫度范圍為_196°C 380°C的食品級鐵氟龍輸送帶。
較佳地，所述傳輸帶的輸出端與一顆粒包裝機匹配。
較佳地，所述液氮深冷造粒設備為乳酸菌發(fā)酵劑液氮深冷造粒設備。
本發(fā)明的積極進步效果在于:本發(fā)明揭示的技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)率高，菌種復活時間短，大大增加了菌種存活率。較常規(guī)的真空冷凍干燥工藝節(jié)約大量的能耗和時間，制得的發(fā)酵劑活力恢復較真空冷凍干燥制備的發(fā)酵劑短0.5 1.0h。


圖1為本發(fā)明一個具體實施例中液氮深冷造粒設備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中液體噴淋設備的放大示意圖。
圖3為圖2所示液體噴淋設備的仰視圖。
圖4為圖1中顆粒導流槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖1中液氮回收導流槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施例將參照附圖進行說明。在說明書附圖中，具有類似結(jié)構(gòu)或功能的元件將用相同的元件符號表示。附圖只是為了便于說明本發(fā)明的各個實施例，并不是要對本發(fā)明進行窮盡性的說明，也不是對本發(fā)明的范圍進行限制。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實施例中，液氮深冷造粒設備包括一密封腔體30，密封腔體30頂部設置液體噴淋設備10。液體噴淋設備10的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，噴淋口采用圓形設計，根據(jù)產(chǎn)能設計其直徑范圍可以為50 500mm，可通過螺口、螺母對接的方法實現(xiàn)其與管路連接，方便拆洗。噴淋口設置多個噴嘴12，根據(jù)所需乳酸菌液氮深冷發(fā)酵劑顆粒的需求，噴嘴12直徑可以為I 10mm。噴嘴排列方式采用正三角形排列，比正方形排列更為緊湊，相同面積比正方形多排10%左右。本領域的技術(shù)人員可以理解，噴淋口也可以根據(jù)要求采用方形或其它形狀的設計。
液體噴淋設備10下方設置顆粒導流槽70，顆粒導流槽70包括第一端部和第二端部，其中第一端部設置于所述液體噴淋設備10下方。顆粒導流槽70與水平面形成傾角Θ，在具體實施例中，顆粒導流槽長度可以為500 10000mm，寬度可以為100 1000mm，高度可以為100 400mm,底板傾角Θ可以為1° 30°。(如圖4所示)
顆粒導流槽70的第二端部下方設置傳輸帶40，傳輸帶40承接導流槽第二端部傳來的顆粒并輸出。在一個較佳實施例中，傳輸帶40采用穩(wěn)定工作溫度范圍為-196°C 3800C的食品級鐵氟龍輸送帶，傳輸帶40的輸出端與一顆粒包裝機60匹配，顆粒50從傳輸帶40落入包裝機60進行包裝。
液氮回收導流槽80設置在所述傳輸帶另一端的下方，用于將未氣化的液氮傳回。傳輸帶40靠近液氮回收導流槽80的這一端可以略向下傾斜，便于液氮流向液氮回收導流槽80。在優(yōu)選實施例中，液氮回收導流槽80的長度可以為500 10000mm，寬度可以為100 1000mm，高度可以為100 400mm，底板傾角η可以為1° 30。。(如圖5所示)
液氮回收導流槽80的遠離傳輸帶的一端下方設置液氮緩存罐90，用于回收未氣化的液氮。在一個較佳實施例中，液氮緩存罐90與一液氮泵92連接，液氮泵92通過管路將液氮輸送到顆粒導流槽70的第一端部。
在一個優(yōu)選實施例中，密封腔體30設有真空保溫夾層，頂部還包括一出氣管路20，出氣管路20用于排出氣體。
液氮深冷造粒設備可實現(xiàn)乳酸菌在高密度培養(yǎng)、菌體濃縮、凍干保護劑添加等發(fā)酵劑制備常規(guī)工序后，將重懸得到的濃縮菌體通過液體噴淋設備10迅速以液滴的形式噴入至裝有一定傾角的顆粒導流槽70中，瞬間實現(xiàn)乳酸菌的液氮深冷造粒；乳酸菌深冷發(fā)酵劑顆粒在液氮流沖擊和重力勢能作用下，順著顆粒導流槽70滑落至傳輸帶40上，由傳輸帶40將成型的乳酸菌發(fā)酵劑顆粒傳送至顆粒包裝機60中，進行定量分裝；分裝好的乳酸菌發(fā)酵劑顆粒，迅速放置于-40 -80°C的冷柜中儲存。氣化液氮通過密封腔體頂部的出氣管路20直接排入室外，避免因室內(nèi)氮氣濃度過高所造成的人身傷害。
下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明的具體應用，但并不是要對本發(fā)明進行窮盡性的說明，也不是對本發(fā)明的范圍進行限制。
應用實施例1:嗜熱鏈球菌液氮深冷造粒發(fā)酵劑的制備。
嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)液氮深冷造粒發(fā)酵劑的制備方法如下:將經(jīng)擴培好的嗜熱鏈球菌發(fā)酵液20000L進行離心收集菌體，并用無菌去離子水洗滌兩次后，懸浮于2000L含有凍干保護劑的脫脂乳中，得到濃縮嗜熱鏈球菌菌懸液。
將制備得到的濃縮嗜熱鏈球菌菌懸液，經(jīng)液體噴淋設備的噴嘴12噴淋至顆粒導流槽70中，其中，噴嘴12直徑Φ為10mm，顆粒導流槽長度L為10000mm，寬度W為1000mm，高度H為400mm，菌懸液液滴遇到液氮泵92輸送過來的液氮瞬間造粒成型，制得的發(fā)酵劑顆粒在液氮流和傾角Θ為I度的顆粒導流槽70的重力作用下，滑落至傳輸帶40上并傳送至顆粒包裝機60中進行定量分裝；分裝好的乳酸菌發(fā)酵劑顆粒，迅速放置于-40 -80°C的冷柜中儲存。氣化液氮通過密封腔體頂端的出氣管路20直接排入室外，未氣化的液氮經(jīng)長度L’為10000mm，寬度W’為1000mm，高度H’為400mm，底板傾角η’為1°液氮回收導流槽80回流至液氮緩存罐90。
應用實施例2:保加利亞乳桿菌液氮深冷造粒發(fā)酵劑的制備。
保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)液氮深冷造粒發(fā)酵劑的制備方法包括如下:將經(jīng)擴培好的保加利亞乳桿菌發(fā)酵液1000L進行陶瓷膜微濾濃縮技術(shù)收集菌體，并用無菌去離子水洗滌兩次后，懸浮于100L含有凍干保護劑的脫脂乳中，得到濃縮保加利亞乳桿菌菌懸液。
將制備得到的濃縮保加利亞乳桿菌菌懸液，經(jīng)液體噴淋設備的噴嘴12噴淋至顆粒導流槽70中，其中，噴嘴12直徑Φ為1mm，顆粒導流槽70長度L為500mm，寬度W為100mm，高度H為100mm，底板傾角Θ為30°，菌懸液液滴遇到經(jīng)液氮泵92輸送過來的液氮瞬間造粒成型，制得的發(fā)酵劑顆粒在液氮流和導流板Θ =30°C傾角重力作用下，滑落至傳輸帶40上并傳送至顆粒包裝機60中進行定量分裝；分裝好的乳酸菌發(fā)酵劑顆粒，迅速放置于-40 _80°C的冷柜中儲存。氣化液氮通過密封腔體頂端的出氣管路20直接排入室外；未氣化的液氮經(jīng)長度L’為500mm，寬度W，為100mm，高度H’為100mm，底板傾角η ’為30°液氮導流板中回流至液氮緩存罐90。效果實施例1:驗證實施例菌種存活率菌體計數(shù)方式采用平板澆注法，即將濃縮菌懸液或深冷造粒發(fā)酵劑用無菌生理鹽水(0.85%的NaCl溶液)進行1/10的梯度稀釋，至合適稀釋梯度，吸取ImL菌體稀釋液并轉(zhuǎn)移至無菌平板上，待無菌瓊脂培養(yǎng)基(嗜熱鏈球菌采用Μ17瓊脂培養(yǎng)基計數(shù)，保加利亞乳桿菌用MRS瓊脂培養(yǎng)基計數(shù))冷卻至45 50°C時，傾倒15 25mL于含有菌體稀釋液的平板上，混勻并靜止冷卻。每個樣品進行3次平行試驗。冷卻、凝固的平板放置于厭氧培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)(培養(yǎng)溫度和時間依據(jù)菌種而定)。培養(yǎng)結(jié)束后進行計數(shù)。液氮深冷造粒過程中，菌體存活率=N1/N0X 100%。其中，NO為濃縮菌懸液中菌體濃度；N1為液氮深冷造粒后發(fā)酵劑中菌體濃度。嗜熱鏈球菌和液氮深冷造粒過程中的存活率見表I。表I液氮深冷造粒過程中的乳酸菌存活率試驗
權(quán)利要求
1.一種液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述造粒設備包括: 一密封腔體； 一液體噴淋設備，設置于所述密封腔體頂部； 一顆粒導流槽，包括第一端部和第二端部，其中第一端部設置于所述液體噴淋設備下方； 一傳輸帶，設置在所述顆粒導流槽下方，將顆粒導流槽第二端部傳來的顆粒輸出； 一液氮回收導流槽，設置在所述傳輸帶下方，用于傳輸液氮； 一液氮緩存罐，設置在所述液氮回收導流槽下方，用于儲存未氣化的液氮。
2.如權(quán)利要求1所述的液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述密封腔體設有真空保溫夾層，頂部還包括一出氣管路。
3.如權(quán)利要求1所述的液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述液氮緩存罐與一液氮泵連接，所述液氮泵通過管路將液氮輸送到所述顆粒導流槽的第一端部。
4.如權(quán)利要求1所述的液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述液體噴淋設備包括多個噴嘴，所述噴嘴直徑為I 10mm，噴嘴排列方式采用正三角形排列。
5.如權(quán)利要求1所述的液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述顆粒導流槽長度為500 10000mm，寬度W為100 1000mm，高度H為100 400_，底板傾角Θ為I。 30。。
6.如權(quán)利要求1所述的液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述液氮回收導流槽長度為500 10000mm，寬度W，為100 1000mm，高度H’為100 400_，底板傾角Θ ’為I。 30。。
7.如權(quán)利要求1所述的液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述傳輸帶采用穩(wěn)定工作溫度范圍為_196°C 380°C的食品級鐵氟龍輸送帶。
8.如權(quán)利要求1所述的液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述傳輸帶的輸出端與一顆粒包裝機匹配。
9.如權(quán)利要求1至8任一項所述的液氮深冷造粒設備，其特征在于，所述液氮深冷造粒設備為乳酸菌發(fā)酵劑液氮深冷造粒設備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液氮深冷造粒設備，所述造粒設備包括一密封腔體；一液體噴淋設備，設置于所述密封腔體頂部；一顆粒導流槽，包括第一端部和第二端部，其中第一端部設置于所述液體噴淋設備下方；一傳輸帶，設置在所述顆粒導流槽下方，將顆粒導流槽第二端部傳來的顆粒輸出；一液氮回收導流槽，設置在所述傳輸帶下方，用于傳輸液氮；一液氮緩存罐，設置在所述液氮回收導流槽下方，用于儲存未氣化的液氮。本發(fā)明揭示的技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)率高，菌種復活時間短，大大增加了菌種存活率。較常規(guī)的真空冷凍干燥工藝節(jié)約大量的能耗和時間，制得的發(fā)酵劑活力恢復較真空冷凍干燥制備的發(fā)酵劑短0.5～1.0h。
文檔編號A23L3/36GK103202524SQ201210015940
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者杭鋒, 艾連中, 吳正鈞, 孫克杰, 郭本恒, 陳衛(wèi), 穆海菠, 宋馨, 王欽博 申請人:光明乳業(yè)股份有限公司