一种生物香气产生和香气富集装置

摘要

本发明涉及一种生物香气产生和香气富集装置，它包括反应结构、反应条件调节结构和香气富集结构；反应结构包括上端开口的反应釜体、用于密封反应釜体上端开口的釜盖，所述反应釜体内设有搅拌子；反应条件调节结构包括气体调节结构、pH值调节结构和反应温度调节结构；气体调节结构用于调节反应釜体内的氧气浓度；pH值调节结构用于调节反应釜体内的pH值，反应温度调节结构用于调节反应釜体内的反应温度，香气富集结构用于对反应产生香气进行富集，同时让未被富集的气体重回反应釜体内。该装置结构简单，成本低，操作灵活，使用方便可靠，易于推广。

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置，具体地涉及一种生物香气产生及富集装置， 更加具体地涉及一种生物发酵或生物催化转化天然动植物原料产生 生物香气并富集香气的装置，该装置用于跟踪分析生物发酵或生物催 化转化产香过程及香气组成成分。

背景技术

香精香料在食品、饮料、饲料、化妆品、洗涤剂、化学和医药领 域中被广泛应用。目前市场上的许多香料化合物来源于三个方面：

一是从植物和动物中萃取生产的而来的天然香料。到目前为止, 某些植物和动物仍然是生物香料的一个重要来源,但这些生物活性物 质存在的量往往较少,它们只能在一些珍奇(植物)品种中找到,使 得分离十分困难。

二是从有机合成而来的合成香料。随着合成有机化学的发展和分 析技术的进步，人们能够以工业规模分离和制备相当数量的香料。但 是，化学合成往往会采用对环境不友好的生产工艺，消费者们对化学 产品或合成的类天然化合物，尤其是与食物和家用相关产品,产生了 一种“化学恐惧”的态度。消费者的注意力正迅速向生物制备和使用 (微)生物源的香料化合物——生物香料方向转变，并倾向于“天然” 或“有机”的产品,由此发展出了一个源于生物技术的生物香料市场。

三是从微生物发酵转化或生物酶催化而来的生物香料。很早以前， 人们已在无意识的情况下利用了微生物来生产香料,尤其是在制备 发酵食品和饮料时。在大多数情况下,一个典型的、混杂的微生物菌 群决定了某种我们想要的而又复杂的香味的形成,比如乳酪、酸奶、 酱油、啤酒、泡菜等中的味道。而这一生物产香过程，通常需要在几 升到几十升实验室发酵罐规模的实验中完成，而且香气的富集是利用 在发酵过程中通气,将非常易挥发的香气带离发酵培养基,从而在 发酵罐的排气装置处被活性炭吸附,随后经溶剂萃取回收等过程完 成的。现有生物香料制备工艺过程中，存在的问题：

1、不论是固体发酵罐或是液体发酵罐，设备价格昂贵，而且发 酵装置发酵罐通用性差，难以满足科研院所，实验室研究需求。

2、所需要的用于发酵的生物质物料多，产香气量大，才能通过 通气带出香气而被富集，对于少量的植物性或动物性原料，不能有效 的开展研究开发，制备和检测发酵过程中的香气成分。

3、由于通气对发酵罐香气吹赶的不均一性，经吸附从发酵罐的 出气口回收香气难以量化，富集的香气不能完整反应发酵过程中香气 物质的种类和数量。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种结构简 单，成本低，操作灵活生物香气产生和香气富集装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种生物香气产生 和香气富集装置，包括反应结构、反应条件调节结构和香气富集结构；

所述反应结构包括上端开口的反应釜体、补料结构和用于密封反 应釜体上端开口的釜盖，所述反应釜体内设有搅拌子；

所述补料结构包括补料容器，补料支管和设置在补料支管上的补 料控制阀，所述补料支管的一端穿过釜盖伸入反应釜体内，另一端与 补料容器连通；

所述反应条件调节结构包括气体调节结构、pH值调节结构和反应 温度调节结构；

所述气体调节结构包括设置在釜盖上的溶氧仪探头管、溶氧仪、 气囊、气囊支管和设置在气囊支管上的气体控制阀门；所述溶氧仪的 探头通过溶氧仪探头管固定在釜盖上，用于探测反应釜体内的氧气浓 度，气囊支管的一端与气囊连通，另一端穿过釜盖伸入反应釜体内， 气体控制阀门根据溶氧仪的探测值进行开关控制；

所述pH值调节结构包括设置在釜盖上的pH测定探头管、pH测定仪、 酸碱罐、酸碱度调节支管和设置在酸碱度调节支管上的酸碱度控制阀 门；所述pH测定探头通过pH测定探头管固定在釜盖上，用于探测反应 釜体内的pH值，酸碱度调节支管的一端与酸碱罐连通，另一端穿过釜 盖伸入反应釜体内，酸碱度控制阀门根据pH测定探头的探测值进行开 关控制；

所述反应温度调节结构包括设置在釜盖上的温度检测设备探头 安装管、温度检测设备和用于使反应釜体保持恒温的结构；温度检测 设备的探头通过温度检测设备探头安装管固定在釜盖上，用于探测反 应釜体内的反应温度，反应釜体保持恒温的结构根据温度检测设备的 探测值调节反应釜体内的反应温度；

所述香气富集结构包括进气管、香气捕捉管、蠕动泵和出气管； 所述进气管的一端穿过釜盖伸入反应釜体内，且靠近反应釜体的底部， 出气管的一端穿过釜盖伸入反应釜体内，且靠近反应釜体的顶部；进 气管、香气捕捉管、蠕动泵、出气管和反应釜体形成一个气体流通回 路，其中香气捕捉管用于捕捉反应釜体内释放的香气。

作为优化，还包括用于将釜盖和反应釜体上端紧密固定在一起的 包箍连接件。

作为优化，所述反应釜体与釜盖之间设有密封圈。

作为优化，所述使反应釜体保持恒温的结构包括反应釜体的体壁， 该体壁由内层和外层构成，所述内层和外层之间具有盛放液体介质的 空腔，且该空腔具有液体出口和液体进口；所述空腔内盛放有恒温液 体介质。

作为优化，所述气囊支管位于釜盖和气体控制阀门之间的部分、 酸碱度调节支管位于釜盖和酸碱度控制阀门之间的部分、补料支管位 于釜盖和补料控制阀之间的部分、进气管以及出气管上分别设有微孔 膜。

作为优化，所述香气捕捉管内设有用于吸附气体的吸附材料或机 溶剂或水。

作为优化，所述香气捕捉管为空管，且置于液氮中冷冻进行富集 气体。

作为优化，所述香气捕捉管为多个，其中部分香气捕捉管内设置 吸附材料或有机溶剂或水，另一部分香气捕捉管为空管，且置于液氮 中冷冻进行富集气体。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明公开的生物香气产生和香气富集装置，结构简单，成 本低，操作灵活，使用方便可靠，通用性强，可广泛应用于科研院所， 企业研发机构，满足实验室研究需求，易于推广。

2、本发明公开的生物香气产生和香气富集装置，体积小巧，拆 卸、清洗、装填物料灵活方便，所需要的用于发酵的动植物性生物质 物料少，对于少量的植物性或动物性原料，能有效的开展研究开发制 备生物香气。

3、本发明公开的生物香气产生和香气富集装置，设置有效的生 物香气富集装置，加工难度低，易于组装，安装使用方便，节省成本； 通过蠕动泵的连续运转，产生连续气体鼓泡，以及釜内磁子的连续转 动，一起推动发酵物料混合流动，同时驱赶发酵物料中香气均匀释放， 有利于发酵产香生香工艺过程的进行。

4、本发明公开的生物香气产生和香气富集装置，设置有效的生 物香气富集装置，通过高效香气富集管，均匀有效捕捉到生物发酵转 化产生的生物香气，为生物发酵及生物催化转化产生生物香料的多组 分量化分析研究和及时跟踪分析生物香料产生过程分析提供了有力 的工具。

附图说明

图1为有一个香气捕捉管的生物香气产生和香气富集装置的结 构简图。

图2为有两个香气捕捉管的生物香气产生和香气富集装置的结 构简图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、 “底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位 或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1.一种生物香气产生和香气富集装置，包括反应结构、反 应条件调节结构和香气富集结构；

所述反应结构包括上端开口的反应釜体1、补料结构和用于密封 反应釜体1上端开口的釜盖14，所述反应釜体1内设有搅拌子2；釜体1 不限于图示之形状，可为柱形、方形、球形、椭圆形、三角形、梯形 等实用形状。搅拌子2的设置有助于反应釜体1内反应物料的混合。所 述补料结构包括补料容器23，补料支管24和设置在补料支管24上的补 料控制阀25，所述补料支管24的一端穿过釜盖14伸入反应釜体1内， 另一端与补料容器23连通。补料结构用于向反应釜体1补充反应需要 的营养物质等。搅拌子2可为磁力搅拌子、或玻璃珠、或分子筛，磁 力搅拌子可在磁力搅拌器作用下转动；玻璃珠或分子筛可在摇床中震 荡。

为了更好，更方便地将釜盖14和反应釜体1上端进行固定，还包 括用于将釜盖14和反应釜体1上端紧密固定在一起的包箍连接件13。 反应釜体1与釜盖14之间还设有密封圈12。提高反应釜体1与釜盖14 之间的密封性，有利于香气的生产和富集。反应釜体与釜盖之间设有 密封圈，并采用包箍连接件固定，使釜盖14和反应釜体1形成一个有 机整体，易于灵活拆装、清洗及装填物料，并能离线灭菌。

所述反应条件调节结构包括气体调节结构、pH值调节结构和反应 温度调节结构；

所述气体调节结构包括设置在釜盖14上的溶氧仪探头管8、溶氧 仪、气囊20、气囊支管6和设置在气囊支管6上的气体控制阀门22；所 述溶氧仪的探头通过溶氧仪探头管8固定在釜盖14上，用于探测反应 釜体1内的氧气浓度，气囊支管6的一端与气囊20连通，另一端穿过釜 盖14伸入反应釜体1内，气体控制阀门22根据溶氧仪的探测值进行开 关控制；具体实施时，工作人员根据溶氧仪探测的反应釜体1内的氧 气浓度在气囊20中充入相应的气体，再根据溶氧仪探测的反应釜体1 内氧气浓度的大小控制气体控制阀门22的开关，控制气囊20中的气体 进入反应釜体1内，从而控制反应釜体1内的氧气浓度。

对于耗氧或兼性厌氧发酵或催化转化，气囊中可为氧气、空气、 或含不同氧浓度的空气；对于厌氧发酵或催化转化，气囊中可为氮气、 或二氧化碳等惰性气体。

所述pH值调节结构包括设置在釜盖14上的pH测定探头管10、pH 测定仪、酸碱罐19、酸碱度调节支管7和设置在酸碱度调节支管7上的 酸碱度控制阀门18；所述pH测定探头通过pH测定探头管10固定在釜盖 14上，用于探测反应釜体1内的pH值，酸碱度调节支管7的一端与酸碱 罐19连通，另一端穿过釜盖14伸入反应釜体1内，酸碱度控制阀门18 根据pH测定探头的探测值进行开关控制；具体实施时，工作人员根据 pH测定探头的探测的反应釜体1内的pH值控制酸碱度控制阀门18的开 关，控制酸碱罐19中补料进入反应釜体1内的量，从而控制反应釜体1 内的pH值

所述反应温度调节结构包括设置在釜盖14上的温度检测设备探 头安装管11、温度检测设备和用于使反应釜体保持恒温的结构；温度 检测设备的探头通过温度检测设备探头安装管11固定在釜盖14上，用 于探测反应釜体1内的反应温度，反应釜体保持恒温的结构根据温度 检测设备的探测值调节反应釜体内的反应温度；该温度检测设备可以 是温度计或其他现有设备。具体实施时，工作人员根据温度检测设备 探测的反应釜体1内的反应温度调节恒温水浴的温度，或者调节设置 在体壁内层和外层之间的液体介质的温度，从而实现调节反应釜体内 反应温度的目的。

使反应釜体保持恒温的结构包括反应釜体1的体壁，该体壁由内 层和外层构成，所述内层和外层之间具有盛放液体介质的空腔3，且 该空腔具有液体出口21和液体进口5；所述空腔3内盛放有恒温液体介 质。具体地实施时，液体出口21、液体进口5与恒温控制仪连通形成 闭合回路，从而通过恒温控制仪实现对空腔3内液体介质温度的控制， 进而实现对反应釜体1内反应温度的恒温控制。

使反应釜体保持恒温的结构还可以恒温水浴，直接将反应釜体1 放置在恒温水浴中实现恒温。

所述香气富集结构包括进气管4、香气捕捉管15、蠕动泵16和出 气管9；所述进气管4的一端穿过釜盖14伸入反应釜体1内，且靠近反 应釜体1的底部，出气管9的一端穿过釜盖14伸入反应釜体1内，且靠 近反应釜体1的顶部；进气管4、香气捕捉管15、蠕动泵16、出气管9 和反应釜体1形成一个气体流通回路，其中香气捕捉管15用于捕捉反 应釜体1内释放的香气。进气管4、香气捕捉管15、蠕动泵16和出气管 9相互之间的连接顺序在所不论，具体实施时，香气富集结构可以采 用如下连接顺序：进气管4的一端穿过釜盖14伸入反应釜体1内，且靠 近反应釜体1的底部，另一端通过香气捕捉管15与蠕动泵16的出气端 连通，出气管9的一端穿过釜盖14伸入反应釜体1内，且靠近反应釜体 1的顶部，另一端与蠕动泵16的进气端连通。

香气捕捉管15可以采用如下多种方式进行香气捕捉，比如可以在 香气捕捉管15内设置用于吸附气体的吸附材料或机溶剂或水，吸附材 料可以是纳米纤维材料、活性炭或树脂，香气捕捉管15内设置用于吸 附气体的吸附材料或机溶剂或水时，可以置于零上50度至零下150度 冷冻吸收。这种富集气体的方式简单易行。

香气捕捉管15还可以采用空管的方式，将香气捕捉管15为空管， 且置于液氮中冷冻进行富集气体。

还可以多种气体富集方式组合使用，比如可以设置多个香气捕捉 管15，其中部分香气捕捉管15内设置吸附材料或有机溶剂或水，另一 部分香气捕捉管15为空管，且置于液氮中冷冻进行富集气体。具体实 施时，参见图2.可以设置两个香气捕捉管15，分别连接在蠕动泵16 的两侧，比如可以是：进气管4的另一端通过一个香气捕捉管15与蠕 动泵16的出气端连通，出气管9的另一端通过另一个香气捕捉管15与 蠕动泵16的进气端与连通。

通过釜体1内搅拌子2转动或震荡以及蠕动泵16对气体的驱赶，经 过进气管4产生鼓泡，两种作用一起引起反应物料流动，促使对香气 成分的释放，经过出气管9进入香气捕捉管15。蠕动泵16的作用一方 面推反应物料混合，另一方面驱赶香气释放，使香气产生与香气富集 有机结合在一起，形成一个整体工作。

所述气囊支管6位于釜盖14和气体控制阀门22之间的部分、酸碱 度调节支管7位于釜盖14和酸碱度控制阀门18之间的部分、补料支管 24位于釜盖14和补料控制阀25之间的部分、进气管4以及出气管9上分 别设有微孔膜17。微孔膜17的设置可以阻止微生物菌体随香气释出， 或隔离管路中微生物进入反应釜体1内，影响生物香气产生。

本发明提供的生物香气产生和香气富集装置具有结构简单，简化 了加工难度，生产成本低，实验装置操作简便，对香气富集可以量化， 有利于对香气成分的分析。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限 制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技 术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利 要求范围当中。