一種生物飼料生產(chǎn)設(shè)備的研制及其生產(chǎn)方法的研究

張有聰

（巴彥淖爾市飛虹飼料科技有限公司，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000）

隨著益生菌發(fā)酵飼料產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)和功能不斷被養(yǎng)殖戶認(rèn)可和推廣，益生菌發(fā)酵飼料產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量也逐漸增大。因此，為了滿足和引導(dǎo)這種市場(chǎng)需求，有很多廠家已開始投資并生產(chǎn)該飼料產(chǎn)品。但是，常規(guī)的方法制得的發(fā)酵飼料由于大多是生料發(fā)酵，因此雜菌含量高，難以控制霉菌生長，極易變質(zhì)，并且在制種、接種和發(fā)酵過程中也極易被雜菌污染。另外，常規(guī)的生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化和機(jī)械化程度低，需要的人力較多，生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低，無法做到批量連續(xù)生產(chǎn)。

本研究主要針對(duì)上述問題，提供一種自動(dòng)化、機(jī)械化程度高，工作性能穩(wěn)定，工作效率高，操作簡便的飼料加工設(shè)備和基于該設(shè)備的生產(chǎn)方法，從而實(shí)現(xiàn)益生菌發(fā)酵飼料的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。

1 生產(chǎn)設(shè)備

本設(shè)備用于生產(chǎn)生物飼料，其包括多功能飼料生產(chǎn)系統(tǒng)、液體發(fā)酵系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)（圖1）。

1.1 多功能飼料生產(chǎn)系統(tǒng) 多功能飼料生產(chǎn)系統(tǒng)包括依序設(shè)置的原料清理和粗粉碎工段、一次配料工段、接種發(fā)酵和濕料混合加工工段。

1.1.1 原料清理和粗粉碎 該工段至少包括依序設(shè)置的進(jìn)料刮板機(jī)、提升機(jī)、原料初清篩和粗粉碎機(jī)（圖 2）。

圖1 生物飼料生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)

圖2 原料清理和粗粉碎工段

1.1.2 一次配料 該工段包括依序設(shè)置的料倉、配料秤和干料混合機(jī)。上述粗粉碎機(jī)的出口連接該料倉的入口（圖3）。

圖3 一次配料工段

1.1.3 接種發(fā)酵和濕料混合加工 該工段包括配合飼料成品倉和鮮濕料緩沖倉。上述干料混合機(jī)的出料口通過一旋轉(zhuǎn)分配器分別連接該配合飼料成品倉和鮮濕料緩沖倉（圖4）。

如圖4所示，經(jīng)過混合的干料由自清式提升機(jī)（305）通過一旋轉(zhuǎn)分配器送入配合飼料成品倉和鮮濕料緩沖倉（306）。該配合飼料成品倉（306左半部）的出口通過一氣動(dòng)三通分別連接配合飼料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī)（307）和一多功能接種機(jī)（308）；該多功能接種機(jī) （308）出料口接一槳式撥料機(jī)（309），槳式撥料機(jī)（309）的出料口設(shè)有用于運(yùn)送物料至發(fā)酵室的發(fā)酵車。

該鮮濕料緩沖倉（306右半部）的出口處依序設(shè)有濕料配料秤（401）和濕料混合機(jī)（402），濕料混合機(jī) （402）進(jìn)料口處還設(shè)一投料車翻轉(zhuǎn)器（403）；所述濕料混合機(jī)（402）的出料口接一濕料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī) （404），濕料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī)（404）的出料口也設(shè)有用于運(yùn)送物料至發(fā)酵室的發(fā)酵車（圖中未示出）。

其中，多功能接種機(jī)（308）由順序連接的滅菌器、降溫器和接種器組成。 滅菌器連通一供給高溫蒸汽的蒸汽管道。降溫器通過內(nèi)部的空氣噴嘴和加水噴頭分別連通一壓縮空氣罐和冷卻水罐，且降溫器的排氣口還連通一高壓引風(fēng)機(jī)，該高壓引風(fēng)機(jī)又連入發(fā)酵室的供暖管網(wǎng)。所述蒸汽管道、壓縮空氣罐、冷卻水罐和高壓引風(fēng)機(jī)在圖中均未示出。

在多功能接種機(jī)（308）的接種器以及濕料混合機(jī)（402）的內(nèi)部均分散地設(shè)有多組用于加入菌種的液體添加噴頭，該多組液體添加噴頭通過管道連接如圖4所示的液體發(fā)酵系統(tǒng)（C-C連接）。

圖4 接種發(fā)酵和濕料混合加工工段

1.2 液體發(fā)酵系統(tǒng) 液體發(fā)酵系統(tǒng)包括通過移種管道順序連接的一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐、發(fā)酵罐和儲(chǔ)液罐以及分別與各罐連通的補(bǔ)液罐、與該補(bǔ)液罐連通的無菌水制備系統(tǒng)和用于清洗各罐的CIP清洗系統(tǒng)。儲(chǔ)液罐內(nèi)設(shè)有制冷機(jī)和攪拌槳葉，并通過管道分別連通上述接種器和濕料混合機(jī)內(nèi)部設(shè)置的液體添加噴頭（圖5）。該管道上設(shè)有打料泵（603）、壓差變送器（604）和單向閥（605），可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控并調(diào)控。

此外，液體發(fā)酵系統(tǒng)還包含分別與各罐連通的用于補(bǔ)充水分的補(bǔ)液罐、與該補(bǔ) 液罐連通的無菌水制備系統(tǒng)和用于清洗各罐的CIP清洗系統(tǒng)（圖中均未示出）。

1.3 烘干系統(tǒng) 烘干系統(tǒng)包括依序設(shè)置的干燥工段，冷卻、細(xì)粉碎和成品打包工段。

圖5 液體發(fā)酵系統(tǒng)

1.3.1 干燥 該工段至少包括依序設(shè)置的強(qiáng)化氣流干燥機(jī)和水平圓振動(dòng)干燥機(jī)，以及分別與強(qiáng)化氣流干燥機(jī)和水平圓振動(dòng)干燥機(jī)進(jìn)氣口相連的燃?xì)鉄犸L(fēng)爐，在二者的排氣口還設(shè)有高壓引風(fēng)機(jī)，并通過管道連入發(fā)酵室的供暖管網(wǎng)；所述強(qiáng)化氣流干燥機(jī)的進(jìn)料口接收由發(fā)酵室運(yùn)出物料的發(fā)酵車（圖 6）。

圖6 干燥工段

如圖6所示，在發(fā)酵室中經(jīng)過發(fā)酵的物料由發(fā)酵車翻轉(zhuǎn)器 （502）翻轉(zhuǎn)送入雙螺 旋進(jìn)料機(jī)（503），隨后進(jìn)入強(qiáng)化氣流干燥機(jī)（504）的進(jìn)料口，強(qiáng)化氣流干燥機(jī)（504）的進(jìn)風(fēng)口連接一60萬大卡燃?xì)鉄犸L(fēng)爐 （501），出風(fēng)口連接一高壓引風(fēng)機(jī)（505），該高壓引風(fēng)機(jī)（505）再連入發(fā)酵室的供暖管網(wǎng)。

強(qiáng)化氣流干燥機(jī)（504）的出料口依次連接有沙克龍（506）和出料絞龍（507），然后連入水平圓振動(dòng)干燥機(jī)（508）的進(jìn)料口，水平圓振動(dòng)干燥機(jī)（508）的進(jìn)風(fēng)口連接一30萬大卡燃?xì)鉄犸L(fēng)爐（511），出風(fēng)口連接一高壓引風(fēng)機(jī)（509），該高壓引風(fēng)機(jī)（509）再連入發(fā)酵室的供暖管網(wǎng)。

水平圓振動(dòng)干燥機(jī)（508）的出料口依次連接有沙克龍（510）和出料刮板機(jī)（512），然后連入如圖7所示的冷卻、細(xì)粉碎和成品打包工段 （D-D連接）。

1.3.2 冷卻、細(xì)粉碎和成品打包 該工段至少包括依序設(shè)置的滾筒冷卻器、微粉碎機(jī)和發(fā)酵飼料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī)。圓振動(dòng)干燥機(jī)的出料口連接該滾筒冷卻器（圖7）。

圖7 冷卻、細(xì)粉碎和打包工段的設(shè)備和工藝流程圖

如圖7所示，經(jīng)過強(qiáng)化氣流干燥和水平圓振動(dòng)干燥后的物料先進(jìn)入滾筒冷卻器（513），該滾筒冷卻器（513）的出料口連接一高壓引風(fēng)機(jī)（514）、沙克龍（515）、出料絞龍（516）和自清式提升機(jī)（517），自清式提升機(jī)（517）的末端與一待粉碎倉（518）相接，待粉碎倉（518）的出口設(shè)一微粉碎機(jī)（519），微粉碎機(jī) （519）后依序接一高壓引風(fēng)機(jī)（520）、沙克龍（521）、一自清式提升機(jī)（522）和一旋轉(zhuǎn)分級(jí)篩（523），該旋轉(zhuǎn)分級(jí)篩（523）的篩上連接回該待粉碎倉（518），篩下連接成品料倉（524），成品料倉（524）的出料口接一發(fā)酵飼料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī)（525）。

槳式撥料機(jī)設(shè)有2個(gè)出料口，可同時(shí)供2臺(tái)發(fā)酵車裝料。降溫器的內(nèi)部兩側(cè)分別安裝有12組直徑為10 mm的空氣噴嘴和8組加水噴頭；接種器的內(nèi)部一側(cè)分散安裝有6組液體添加噴頭；濕料混合機(jī)的內(nèi)部頂部分散安裝有4組液體添加噴頭；液體發(fā)酵系統(tǒng)包括50 L一級(jí)種子罐4臺(tái)、200 L二級(jí)種子罐4臺(tái)、1500 L發(fā)酵罐4臺(tái)、儲(chǔ)液罐1臺(tái)、補(bǔ)液罐3臺(tái)以及CIP清洗系統(tǒng)和無菌水制備系統(tǒng)各一套。

無菌水制備系統(tǒng)包括依序設(shè)置的多介質(zhì)過濾器1臺(tái)、樹脂過濾器1臺(tái)、精密過濾器2臺(tái)、5000 L不銹鋼儲(chǔ)水罐1臺(tái)以及連通該不銹鋼儲(chǔ)水罐的臭氧發(fā)生器1臺(tái)和管道式紫外滅菌器2臺(tái)，該不銹鋼儲(chǔ)水罐與所述補(bǔ)液罐相連通。

接種器和濕料混合機(jī)相連通的管道上裝有單向止回閥、壓差變送器和打料泵。

液體發(fā)酵系統(tǒng)中的各設(shè)備內(nèi)均安裝有液位計(jì)，移種管道內(nèi)安裝有壓差變送器，在發(fā)酵液配料和移種時(shí)可準(zhǔn)確計(jì)量；各設(shè)備內(nèi)的pH、溶氧、溫度和機(jī)械攪拌速度均由電腦控制系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控并調(diào)整。

多功能接種機(jī)、濕料混合機(jī)和濕料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī)均由304不銹鋼材料制成，設(shè)備內(nèi)壁涂有一層特氟龍防粘材料，可有效防止物料粘壁和生銹。

槳式撥料機(jī)由304不銹鋼材料制成，其呈圓筒狀，內(nèi)部無死角，出料干凈無殘留。

液體發(fā)酵系統(tǒng)中的各裝置及管道閥門均由316 L不銹鋼材料制成，均可通過蒸汽進(jìn)行滅菌。

強(qiáng)化氣流干燥機(jī)、水平圓振動(dòng)干燥機(jī)和滾筒冷卻器均由304不銹鋼材料制成。

2 生產(chǎn)方法

利用上述所生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)行生物飼料生產(chǎn)的方法，具體如下，將發(fā)酵底物原料干料通過進(jìn)料刮板機(jī)和提升機(jī)輸送至原料初清篩進(jìn)行除雜，經(jīng)粗粉碎機(jī)對(duì)粒度較大的原料進(jìn)行粉碎后，輸送至一次性配料工段的料倉，然后經(jīng)過配料秤配料、干料混合機(jī)混合后，選擇其中之一進(jìn)行下一步處理：

A.混合好的干燥物料進(jìn)入配合飼料成品倉后，通過氣動(dòng)三通進(jìn)入配合飼料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī)打包成為配合飼料成品。

B.混合好的干燥物料進(jìn)入配合飼料成品倉后，通過氣動(dòng)三通進(jìn)入多功能接種機(jī)，經(jīng)滅菌器進(jìn)行蒸汽蒸煮滅菌、在降溫器內(nèi)冷卻、在接種器中接種液體菌種后，通過槳式撥料機(jī)混勻，然后由發(fā)酵車運(yùn)送至發(fā)酵室內(nèi)恒溫發(fā)酵數(shù)天。

C.混合好的干燥物料進(jìn)入鮮濕料緩沖倉后，先進(jìn)入濕料混合機(jī)，與鮮濕原料和通過液體添加噴頭加入的液體菌種進(jìn)行充分混合，再經(jīng)濕料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī)進(jìn)行打包，然后由發(fā)酵車運(yùn)送至發(fā)酵室內(nèi)恒溫發(fā)酵數(shù)天。

經(jīng)過上述B和C處理的物料在發(fā)酵完畢后，從發(fā)酵室中運(yùn)出，依次進(jìn)入強(qiáng)化氣流干燥機(jī)和水平圓振動(dòng)干燥機(jī)進(jìn)行兩次干燥，經(jīng)滾筒冷卻器冷卻，再進(jìn)入微粉碎機(jī)進(jìn)行細(xì)粉碎，最后通過發(fā)酵飼料自動(dòng)計(jì)量打包機(jī)打包成發(fā)酵飼料成品。

其中，液體菌種的制種方式是將待接種菌種依次在一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐和發(fā)酵罐中經(jīng)三級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)后，按設(shè)計(jì)混合比例通過移種管道移種至儲(chǔ)液罐進(jìn)行混合后儲(chǔ)存。試驗(yàn)所用儲(chǔ)液罐兼有攪拌和制冷功能，可將各種菌液充分混合均勻并且長期低溫保存。除此之外，儲(chǔ)液罐與接種器和濕料混合機(jī)相連通的管道內(nèi)裝有單向止回閥、壓差變送器和打料泵。單向止回閥可防止菌液倒流入儲(chǔ)液罐中對(duì)菌液造成污染。打料泵采用變頻調(diào)速，可調(diào)節(jié)流量的大小。壓差變送器和打料泵聯(lián)動(dòng)使用，打料泵可根據(jù)壓差變送器設(shè)定的流量控制液體的輸出量。物料進(jìn)入接種器接種時(shí)，菌液從儲(chǔ)液罐中通過壓差變送器和打料泵按設(shè)計(jì)比例均勻噴灑到物料中（圖4）。

無菌水制備系統(tǒng)制備的無菌水主要用于發(fā)酵液的配制，發(fā)酵液在配制時(shí)只填加所需體積50%的水，在發(fā)酵液滅菌結(jié)束后再用無菌水補(bǔ)加剩余50%的水，可起到節(jié)省資源的功效。強(qiáng)化氣流干燥機(jī)的一次烘干溫度為100～180℃。強(qiáng)化氣流干燥機(jī)可迅速去除物料中50%以上的水分；由于物料初始水分高，通過速度快，因此不會(huì)對(duì)物料中的有益菌產(chǎn)生殺滅作用。

水平圓振動(dòng)干燥機(jī)的二次烘干的溫度為45～80℃。水平圓振動(dòng)干燥機(jī)的烘干溫度較低，可有效保存物料中所含的有益菌，適用于高活性微生物飼料的烘干。降溫器的高壓引風(fēng)機(jī)將降溫器中的濕熱空氣吸送至所述發(fā)酵室供暖管網(wǎng)，作為供暖熱源利用后排出。

強(qiáng)化氣流干燥機(jī)和水平圓振動(dòng)干燥機(jī)的高壓引風(fēng)機(jī)將物料烘干過程中產(chǎn)生的濕熱空氣吸送至洗滌除塵器處理后，再輸送至發(fā)酵室供暖管網(wǎng)，作為供暖熱源利用后排出。

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

該生物飼料的生產(chǎn)設(shè)備和方法具有以下優(yōu)勢(shì)。

3.1 對(duì)物料進(jìn)行滅菌、降溫和接種一體化處理，可實(shí)現(xiàn)益生菌固態(tài)發(fā)酵飼料的連續(xù)批量生產(chǎn)。

3.2 多功能接種機(jī)和濕料混合機(jī)、打包設(shè)備可有效防止生銹和物料高溫粘壁，防止物料殘留。

3.3 設(shè)備的生產(chǎn)能力為5 t/h，可連續(xù)批量生產(chǎn)益生菌固態(tài)發(fā)酵飼料，生產(chǎn)效率高，混合均勻度好，發(fā)酵料品質(zhì)穩(wěn)定。由于液體菌種的制作過程，發(fā)酵底物原料滅菌后接種和發(fā)酵過程均是在無菌條件下完成的，因此，產(chǎn)品的雜菌率≤1.0%。

3.4 功能多，使用范圍廣，適用于多種類型飼料產(chǎn)品的生產(chǎn)。設(shè)備的多功能飼料生產(chǎn)系統(tǒng)、液體發(fā)酵系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)，根據(jù)其各自的功能既可成套使用也可單獨(dú)使用，單獨(dú)使用時(shí)可生產(chǎn)普通配合飼料、EM菌液和烘干原料等。

3.5 自動(dòng)化、機(jī)械化程度高，可有效節(jié)省勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本。全套設(shè)備均由電腦控制系統(tǒng)綜合操控，設(shè)備連接合理、緊密，操作便捷，安全高效，由一人即可控制全部設(shè)備的運(yùn)行，并且可以保證各參數(shù)和輸出數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時(shí)還有一套手動(dòng)模擬控制系統(tǒng)作為輔助控制，當(dāng)電腦程序出錯(cuò)或死機(jī)的情況下可以啟用手動(dòng)模擬控制系統(tǒng)。

3.6 生產(chǎn)工藝簡潔、流暢，設(shè)備銜接緊密、合理，有效地提高了設(shè)備的生產(chǎn)性能和生產(chǎn)量。

3.7 設(shè)備烘干過程中對(duì)產(chǎn)生的含塵濕熱空氣進(jìn)行了有效的回收利用，既減少了環(huán)境污染，又減少了能源耗費(fèi)，有效提高了廢熱空氣的利用率。