способ приготовления субстрата для выращивания живых культур

Формула изобретения

1. Способ приготовления субстрата для выращивания живых культур, включающий увлажнение сырья и тепловую обработку сырья паром, отличающийся тем, что тепловую обработку осуществляют при накидывании малых доз сырья в область с наибольшей плотностью пара.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что увлажнение сырья до необходимой влажности проводят после тепловой обработки.

3. Устройство для приготовления субстрата для выращивания живых культур, включающее установленный с возможностью вращения вокруг оси корпус с боковой поверхностью, снабженной лопастями и двумя торцевыми поверхностями, в одной из которых выполнено отверстие для загрузки, а в противоположной - отверстие для выгрузки сырья, а также, по меньшей мере, один трубопровод для распределенной подачи воды и/или пара внутри корпуса, отличающееся тем, что ось установлена неподвижно, а трубопровод, снабженный средствами для распыления пара и/или жидкости, установлен внутри корпуса на оси.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ось выполнена в виде полой трубы, в которой установлен выгрузной конвейер.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит выгрузной патрубок, выполненный с возможностью сообщения с корпусом через отверстие для выгрузки.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что конец выгрузного конвейера расположен в выгрузном патрубке.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в него введена камера с посевным материалом, которая через дозатор соединена с выгрузным патрубком.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что корпус снабжен системой охлаждения, например водяной рубашкой.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выгрузной патрубок снабжен системой охлаждения, например водяной рубашкой.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к выращиванию живых культур (растений и грибов), и может быть использовано при культивировании целлюлозоразрушающих грибов, выращивании рассады, цветов, ягодных и овощных культур.

Известные способы приготовления субстрата с низким титром микрофлоры включают увлажнение, тепловую обработку и охлаждение сырья. После охлаждения проводят инокуляцию субстрата посевным материалом.

Один из известных способов предусматривает тепловую обработку в автоклаве (патенты: US 4915606, 10.04.1990 г.; RU 2140145, 27.10.1999 г.). При использовании автоклавов предварительно увлажненное сырье обрабатывают паром с избыточным давлением при температуре свыше 100°С.

Основной недостаток этого способа заключается в неравномерности обработки сырья, что вызвано неоднородностью температурного поля как в области нагрева автоклава, так и по всему объему сырья. Для обеспечения более высокого качества обработки сырье размещают в автоклаве небольшими порциями и/или увеличивают длительность процесса. Кроме того, повышенная влажность сырья вследствие его предварительного увлажнения также требует увеличения длительности процесса. Эти недостатки приводят к тому, что способ, включающий тепловую обработку в автоклаве, отличается низкой производительностью, высокой трудоемкостью и высокой стоимостью получаемого субстрата, что делает его экономически малоэффективным.

Также известен способ, согласно которому тепловую обработку производят в установках, предусматривающих непрерывное перемешивание сырья. Этот способ реализуют, в частности, с использованием устройств, снабженных вращающимся валом с лопастями, которыми и производится перемешивание сырья в корпусе устройства (SU 1754008, 15.08.1992 г., RU 2031568, 27.03.1995 г.). Однако этот способ не позволяет получить субстрат с предельно низким титром микрофлоры.

По заявке на изобретение US 20030099568 (29.05.2003 г.) известен способ, включающий тепловую обработку при непрерывном перемешивании сырья.

Для тепловой обработки перемешивания сырья использован корпус, вращающийся вокруг оси. Кроме того внутри корпуса закреплено транспортное устройство в виде шнека, заключенное в трубу (расположенный в полой трубе). Это техническое решение предусматривает тепловую обработку всего объема сырья горячим воздухом, находящимся в корпусе, и небольшим количеством пара, возникающим при испарении подаваемой в корпус воды. Нагрев воздуха при обработке обеспечивается подачей в двойные стенки корпуса горячей жидкости или пара.

Основным недостатком этого способа является низкая эффективность обработки сырья. Это обусловлено тем, что для обработки сырья используется горячий воздух, бактерицидная способность которого гораздо ниже, чем бактерицидная способность горячего пара. Низкая эффективность бактерицидной обработки приводит к необходимости увеличивать время обработки, что приводит к значительным энергозатратам. Кроме того, известное техническое решение подразумевает использование сложного по конструкции оборудования.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является способ приготовления субстрата для выращивания грибов, известный по патенту RU №2229789, 10.06.2004 г. Согласно этому способу увлажнение и тепловую обработку сырья производят паром при непрерывном перемешивании, осуществляемом путем вращения корпуса, оснащенного с внутренней поверхности лопастями.

Устройство, реализующее этот способ, включает горизонтально расположенный корпус с передней и задней торцевыми поверхностями, в которых выполнены отверстия с люками для загрузки сырья и выгрузки субстрата. Корпус выполнен с возможностью вращения вокруг горизонтально ориентированной оси вращения. На внутренней стороне боковой поверхности камеры под углом к оси вращения расположены лопасти для перемешивания сырья и выгрузки готового субстрата, между лопастями закреплено не менее четырех трубопроводов для распределения в камере пара и воды.

Недостаток ближайшего аналога состоит в том, что его применение не позволяет получить субстрат с предельно низким титром микрофлоры по всему объему. Это обусловлено тем, что конструкция аналога содержит систему воздуховодов для подачи воздуха в корпус и систему открывающихся клапанов для выхода воздуха из корпуса, которые не позволяют достичь температуры внутри корпуса, превышающей 85°С, а также не позволяют сделать корпус герметичным и исключить инфицирование приготовленного субстрата окружающей средой. Также существенным недостатком устройства является то, что в нем не предусмотрены средства для стерильной инокуляции субстрата и стерильной выгрузки инокулированного субстрата в контейнер.

Целью настоящего изобретения является разработка способа и устройства для получения субстрата с предельно низким титром микрофлоры (не более 10 КОЕ/г субстрата), что обеспечивается эффективной тепловой обработкой.

В соответствии с изобретением способ приготовления субстрата для выращивания живых культур, включающий увлажнение сырья и тепловую обработку сырья паром, характеризуется тем, что тепловую обработку осуществляют накидыванием малых доз сырья в область с наибольшей плотностью пара.

Целесообразно увлажнение сырья до необходимой влажности проводить после тепловой обработки.

Устройство для приготовления субстрата для выращивания живых культур, как и известное техническое решение, включает установленный с возможностью вращения вокруг оси корпус с боковой поверхностью, снабженной лопастями, и двумя торцевыми поверхностями, в одной из которых выполнено отверстие для загрузки, а в противоположной - отверстие для выгрузки сырья, а также, по меньшей мере, один трубопровод для распределенной подачи воды и/или пара внутри корпуса, и отличается тем, что ось установлена неподвижно, а трубопровод, снабженный средствами для распыления пара и/или жидкости, установлен внутри корпуса на оси.

Целесообразно ось выполнить в виде полой трубы и установить в ней выгрузной конвейер.

Для стерильной выгрузки целесообразно установить выгрузной патрубок и выполнить его с возможностью сообщения с корпусом через отверстие для выгрузки.

При этом конец выгрузного конвейера расположить в выгрузном патрубке.

Для инокуляции субстрата непосредственно в устройстве в него может быть введена камера с посевным материалом, которая через дозатор соединяется с выгрузным патрубком.

Для охлаждения субстрата непосредственно в корпусе он может быть снабжен системой охлаждения, например водяной рубашкой.

Для охлаждения субстрата при его выгрузке выгрузной патрубок целесообразно снабдить системой охлаждения, например водяной рубашкой.

Сущность изобретения заключается в предложении осуществлять тепловую обработку сырья путем накидывания малых доз сухого сырья в область с наибольшей плотностью пара, что обеспечивает эффективную и равномерную обработку паром. Проводимая согласно заявляемому способу тепловая обработка позволяет получить субстрат с титром не более 10 КОЕ/г субстрата. Качество приготовленного согласно данному способу субстрата позволяет использовать его для культивации различных культур, в том числе экзотических видов грибов: шиитаке (Lentinus edodes) и др.

Равномерность воздействия пара обеспечивается, в частности, тем, что внутри вращающейся камеры на неподвижной оси закреплен трубопровод, снабженный средствами для распыления пара и формирования области с высокой плотностью пара, а внутренняя поверхность камеры снабжена лопастями для накидывания сухого сырья малыми дозами в область с наибольшей плотностью пара, сформированную вблизи трубопровода.

Изобретение поясняется чертежами, при этом на фиг.1 и фиг.2 представлена схема устройства в продольном и поперечном сечениях соответственно, а на фиг.3 представлена схема процесса набрасывания сырья в область с наибольшей плотностью пара при осуществлении тепловой обработки.

Корпус 1, выполненный из термостойкого материала, закреплен на неподвижно установленной оси 2, функцию которой выполняет полая труба, закрепленная на станине 3. Вращение корпуса 1 вокруг оси 2 осуществляется с помощью привода 4. В случае использования осесимметричной геометрии корпуса 1 целесообразно совместить ось симметрии оси 2 с осью симметрии корпуса 1.

Корпус 1 имеет отверстие 5 для загрузки, выполненное в виде люка, отверстие 6 для выгрузки, герметично соединенное с выгрузным патрубком 7. Боковая поверхность корпуса 1 с внутренней стороны оснащена лопастями 8 для накидывания сырья в область с наибольшей плотностью пара.

На оси 2 закреплен трубопровод 9 со средствами 10 для распыления пара и/или воды, в качестве которых могут быть использованы форсунки. Ось 2 снабжена патрубками 11 и 12 для подачи в трубопровод пара и воды соответственно.

Крепление трубопровода 9 внутри корпуса 1 на оси 2 может быть различным, но должно обеспечивать основное условие - сохранение неподвижности трубопровода 9 относительно оси 2 и станины 3. Один из вариантов реализации изобретения предусматривает закрепление трубопровода 9 на оси 2 при помощи металлических стоек 13, как это изображено на фиг.1.

Ось 2 снабжена приемным бункером 14 и соединена с выгрузным патрубком 7. Внутри нее расположен выгрузной конвейер 15 с приводом 16.

Конвейер 15 размещен в полости оси 2 таким образом, что один его конец выведен в выгрузной патрубок 7, а другой конец расположен в бункере 14.

Выгрузной патрубок 7 снабжен средствами охлаждения 17, например водяной рубашкой, для охлаждения готового субстрата при его выгрузке до температуры, необходимой для инокуляции.

Один конец выгрузного патрубка 7 герметично соединен с патрубком 18, в котором установлена камера 19 с посевным материалом, оснащенная дозатором 20 посевного материала, также на этот патрубок 18 фиксируется стерильный контейнер 21 для инокулированного субстрата. Дозатор 20 может быть снабжен самостоятельным приводом или его функцию может выполнять привод 16, как это изображено на фиг.1.

Устройство оснащено весами 22, которые расположены на опорах станины 3 и связаны с осью 2, весы позволяют измерять вес сырья, воды и др. компонентов субстрата, производя взвешивание корпуса 1. В предлагаемом устройстве могут применяться гидравлические, тензометрические и др. весы с необходимым диапазоном измерений.

В общем случае корпус 1 устройства может иметь любую форму. Для промышленного применения наиболее удобно выполнение корпуса в виде тела, обладающего осевой симметрией, например призмы или цилиндра. Конкретная реализация корпуса 1 может предполагать наличие термоизоляции, выполненной, например, в виде кожуха. Другой вариант корпуса предполагает наличие средств охлаждения, например водяной рубашки, это позволит охлаждать готовый субстрат непосредственно в корпусе.

Трубопровод 9 может представлять собой как отрезок трубы, так и сложную систему, состоящую из нескольких труб с большим количеством форсунок. Конфигурация системы труб и количество форсунок определяется формой и размерами корпуса, формой и количеством лопастей, а также скоростью вращения корпуса. Увеличение размеров корпуса (для увеличения количества обрабатываемого сырья) предполагает организацию сложной системы трубопроводов для обеспечения надлежащего качества обработки.

Способ реализуют следующим образом.

Сырье загружают в корпус 1 через отверстие 5, его вес контролируют с помощью весов 22. В случае, предусмотренном технологией, также через отверстие 5 в корпус 1 загружают питательные добавки, в количестве, рассчитанном по весу сырья. Включают привод 4, и корпус 1 начинает вращаться. Затем через патрубок 11 по трубопроводу 9 с форсунками 10 в корпус 1 подают пар. После достижения внутри корпуса заданной температуры (95-100°С) проводят тепловую обработку в течение 2-3 часов. При вращении корпуса 1 лопасти 8, расположенные на его внутренней поверхности, захватывают сырье малыми дозами, транспортируют его и накидывают сырье в область с наибольшей плотностью пара.

После проведения тепловой обработки подачу пара прекращают и по патрубку 12 через форсунки в корпус заливают предварительно нагретую до 95-100°С воду, в количестве, рассчитанном в соответствии с весом сухой смеси сырья и питательных добавок. После полного и равномерного впитывания воды в сырье вращение корпуса 1 прекращают.

После остановки корпуса 1 начинают охлаждение выгрузного патрубка 7, если в качестве средств охлаждения 17 использована водяная рубашка, то в нее подают холодную воду. Далее включают привод 4 для обеспечения вращения корпуса 1 в направлении, противоположном первоначальному, и начинают вращение корпуса 1. При вращении лопасти 8 захватывают готовый субстрат, транспортируют его и ссыпают в приемный бункер 14 оси 2 трубы, в которой расположен выгрузной конвейер 15.

Затем включают привод 16 выгрузного конвейера 15, и субстрат из приемного бункера 14 через трубу 2 перемещается в выгрузной патрубок 7, в котором происходит его охлаждение. Охлажденный до температуры, при которой можно проводить инокуляцию, субстрат выгружают в стерильный контейнер 21. В процессе выгрузки субстрата, дозатором 20 производится его равномерная инокуляция посевным материалом из камеры 19

Возможна реализация способа таким образом, что процесс охлаждения проводят после процесса увлажнения сырья, не прерывая вращения корпуса 1. Для охлаждения субстрата непосредственно в корпусе 1 перед началом процесса выгрузки целесообразно корпус 1 оснастить средствами охлаждения, например водяной рубашкой. В этом случае, после завершения процесса охлаждения субстрат может быть инокулирован как вышеописанным способом при выгрузке, так и подачей посевного материала непосредственно в корпус 1. При этом количество посевного материала, рассчитанное в соответствии с весом готового субстрата, из камеры 19 вносится внутрь корпуса 1 выгрузным конвейером 15 при реверсировании вращения последнего. При вращении корпуса 1 в том же направлении, что и при тепловой обработке, происходит равномерное распределения посевного материала в массе готового субстрата. Затем производят выгрузку готового инокулированного субстрата выгрузным конвейером 15 через отверстие 6 для выгрузки в стерильный контейнер 21.

Изобретение позволяет решить актуальную в настоящее время задачу культивации живых культур, для которых существуют высокие требования по содержанию микрофлоры в используемом субстрате. Достоинством настоящего изобретения является простота технического воплощения и возможность его осуществления с помощью известных средств.