一种香蕉醋发酵过滤装置的设计

2022-08-15赵仁芳何向锋王灵敏

现代食品 2022年13期

◎ 蒋瑜，赵仁芳，何向锋，王灵敏

（1.广西农业职业技术大学，广西南宁 530007；2.广西商贸高级技工学校，广西南宁 530007；3.桂林理工大学南宁分校，广西南宁 530001）

香蕉醋是一种利用微生物工程、酶工程等技术生产的全果酿造营养型健康果醋[1]。香蕉醋生产时，香蕉果浆在酶解、糖化、果酒发酵和果醋发酵过程中继续产生不溶性物质，导致发酵后的果酒果醋液体浑浊，影响产品感官和质量，甚至导致设备管路堵塞影响生产。目前生物工业常用的过滤设备有板框压滤机、转鼓式真空过滤机、三足式过滤离心机等类型[2]。学校教学科研一般选用价格便宜、操作简单的小型板框式压滤机和三足式过滤离心机，需要人工排出滤渣，人工清洗滤网和设备，不能自动进行。为提高过滤效率，李晓晓[3]对应用于配制酒生产的多功能提取机组中的过滤装置进行合理化改造，通过增加不同过滤通道过滤提取不同物料，解决了单一过滤通道过滤提取不同原料导致过滤装置堵塞、效率低、原材料消耗等缺陷。王敬伟等[4]提出了一种应用于液体硅酸钠的过滤装置，解决了板框压滤装置易堵塞滤网网孔，导致过滤效率低，不能长期连续稳定运行的问题。贾漫丽等[5]设计了一种集发酵过滤为一体的桑葚酒制备装置，将桑葚酒发酵、过滤、储存融为一体，提高了生产效率。朱兰等[6]设计了一种火龙果发酵液生产用压榨过滤装置，该装置采用了发酵压榨一体化的结构，分两级过滤，避免了物料转移过程的卫生安全隐患，提升了产品品质，缩短了加工时间。查阅文献可知，小型化的过滤设备基本都存在滤网堵塞、滤渣无法自动排出、需要人工清洗等问题，不能实现自动化生产，影响发酵和过滤的生产效率，并且过滤设备有向多种功能相结合的趋势发展。

本研究针对现有小型板框式压滤机不能自动过滤、排渣、清洗等问题，结合固定化连续发酵香蕉醋制备的工艺要求，设计了一种香蕉醋发酵过滤装置，将发酵、过滤、排渣和清洗4项功能融为一体，很好地解决了香蕉醋制备过程中发酵和过滤不能一体化、自动化生产的问题，也可将过滤模块作为单独的过滤机使用，达到一机多用，提高设备使用范围和使用率。

1 结构设计

香蕉醋发酵过滤装置由发酵罐、加压组件、翻转过滤组件、水平翻转控制组件、液位感应器组件、滤液箱、滤渣箱、清洗组件和控制箱等部分组成，具体如图1、图2所示。整个装置采用三菱PLC控制，采用人机界面进行手动和自动操作，气缸动力由高压空气提供，气缸上安装有位置检测传感器，用于感知气缸伸缩到位情况，及时发现气缸工作故障。

1.1 发酵罐

发酵罐对原有的管道、阀门、清洗装置、传感器、空气滤清器和调压阀等部分保持原有设置，保留发酵装置原有的发酵功能和发酵方式。在此基础上对结构进行稍微调整，调整内容主要有以下部分。①将发酵罐底部支撑腿长度适当增加，预留加装过滤装置的高度空间。②增加环形安装底板，为零部件的安装提供支撑和固定面。③在发酵罐底部排料管加装电磁阀门，便于控制过滤时发酵液注入量。④增加圆柱形防护罩和透明安全门（图1中未显示），起到防尘防污和安全防护的作用，亦可观察内部工作情况。

1.2 加压组件

加压组件由压滤气缸、位置传感器、过滤压板和若干固定板组成，通过螺栓与发酵罐的支撑腿固定，通过外接压缩空气，推动气缸带动压板往下压，起到对滤渣进行压滤的作用，保证发酵液完全滤出。过滤压板采用食品级的304及以上等级的不锈钢制造，保证压滤过程的卫生安全。

1.3 翻转过滤组件

翻转过滤组件由轴承、轴承座、过滤底座、过滤斗、滤网或滤布等组成，通过轴承座与发酵罐的环形安装底板固定连接，如图2所示。转轴采用偏心一侧设置，过滤底座失去偏心侧支撑后，重力作用使翻转过滤组件快速翻转，在翻转角度100°左右时高速撞击发酵罐支撑腿的防撞块，使其快速停止，强烈的冲击振动作用下，过滤斗中的滤渣排出，如一次翻转滤渣不能完全排出，则可重复多次。滤网或滤布根据过滤要求进行更换，以适应多种过滤需求。

1.4 水平翻转控制组件

水平翻转控制组件由左右两侧支撑气缸、位置传感器、支撑块、安装板、水平复位气缸、水平滑动导轨和支撑滚轮等组成，安装于发酵罐的环形安装底板上。左右两侧支撑气缸用于支撑和释放翻转过滤组件，水平复位气缸的作用是将翻转下落后的翻转过滤组件恢复到水平位置。

1.5 控制箱

控制箱采用金属外壳制作，有锁扣装置，避免非操作人员打开。设有PLC、直流电源、电磁阀、气动三联件、触摸屏、急停按钮和电源开关等元器件，对整个发酵和过滤过程进行控制。通过操作触摸屏可进行手动自动模式选择，自动模式下整个过滤过程自动进行，无需人工操作；手动模式下，通过点击触摸屏，对每个过滤步骤进行控制。

1.6 辅助装置

辅助装置由液位感应器组件、滤液箱、滤渣箱和清洗组件等组成，起到辅助完成过滤过程的作用。液位感应器组件由液位传感器、导线、若干安装板等组成，测量发酵液注入过滤斗的最高液位，避免滤网或滤布堵塞，导致过滤斗中滤液液位不断上升而溢出。滤液箱是用来临时存储过滤以后的香蕉醋或其他发酵液体，采用输料泵输将滤液送到储存装置。滤渣箱是用来承接滤渣和清洗液，需定时处理，避免堆积过高，影响翻转过滤组件滤渣排出。清洗组件由清洗喷头、水管、若干安装板及电磁阀等组成，通过高压喷淋，将滤网或滤布中的滤渣清洗干净，避免堵塞。清洗时需要调整好高压喷淋的角度和范围，控制喷射压力，避免清洗液到处飞溅，同时做好其他零部件的遮挡防水设置。

2 工作原理

过滤前检查各零部件的完好情况和卫生情况，打开控制箱的电源开关开机自检，启动清洗组件对翻转过滤组件进行首次清洗，保证设备卫生。清洗完毕沥干水以后，控制水平翻转控制组件使翻转过滤组件恢复水平状态并稳固支撑，发酵罐排料电磁阀打开，将发酵液注入翻转过滤组件的过滤斗内，当发酵液液位上升至液位感应器组件感应位置，发酵罐排料电磁阀关闭，保持一定时间过滤，待液位下降以后，控制加压组件的压滤气缸缓慢伸出，对过滤斗中含有发酵液的滤渣进行挤压过滤，保持一定时间的压紧状态，使滤渣中的发酵液充分挤压滤出，控制加压组件的压滤气缸缓慢缩回，完成压滤，控制水平翻转控制组件的水平复位气缸伸出，两侧支撑气缸缩回，使翻转过滤组件在重力作用下快速自由下落翻转，在下落至最大转角处，过滤底座与发酵罐支撑腿上的防撞块快速撞击，使得滤网或滤布上的滤渣振动排出，如一次不能排出干净，可根据需求设置多次重复撞击。控制水平翻转控制组件使翻转过滤组件重新恢复水平状态并稳固支撑，就此进行下一个过滤循环。为保证过滤效率，避免滤网或滤布堵塞，每过滤3次循环（循环次数根据堵塞情况可调）至滤渣排出后，开启清洗组件对翻转过滤组件上的过滤斗、滤网以及加压组件上的过滤压板进行高压清洗，待清洗完毕沥干水分以后继续下一循环的注液、压滤、排渣等过滤过程，直至过滤完毕，做最终清洗。