培養(yǎng)基制備過程和設備

1、關于培養(yǎng)基的制備過程與設備第1頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四第一節(jié)酒精原料稀釋器、蒸煮、糖化罐第2頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四一.糖蜜原料的稀釋與澄清1.糖蜜的預處理： 制造酒精的良好原料，含有大量可發(fā)酵性糖，糖蜜的濃度太高，酵母不能直接利用。因此在利用糖蜜之前，需進行稀釋、酸化、滅菌和增加營養(yǎng)鹽等處理過程。第3頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四2.糖蜜的稀釋主要采用間歇式和連續(xù)式糖蜜稀釋器。（1）間歇式稀釋設備a.敞口容器：內部安裝攪拌裝置或用通風代替攪拌。b.稀釋器的體積：5-20m3;幾何尺寸：D（圓筒部分直徑）

2、：H（圓筒部分高）=1：1.1c.裝滿系數： = V實/ VV：稀釋器的總體積，m3V實：稀釋器內稀糖液的體積， m3 ：裝填系數，一般取0.8-0.85一.糖蜜原料的稀釋與澄清第4頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四2.糖蜜的稀釋主要采用間歇式和連續(xù)式糖蜜稀釋器。（1）連續(xù)式稀釋設備a.水平式糖蜜稀釋器 該稀釋器，主體為一圓筒形水平管，沿管長在管內裝有若干隔板和篩板，將其分成若干空段。隔板上的孔上下交錯地配置，以改善糖液流動形式，使糖蜜與水很好的混合。每塊隔板固定在兩根水平桿上，能與桿一同安裝，拆卸取出，以便清理。沒有攪拌器，可以節(jié)省動力。一.糖蜜原料的稀釋與澄清第5頁，

3、共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四a.水平式糖蜜稀釋器第6頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四b.立式糖蜜稀釋器圓筒形，高1.5m。下部有3個連接管，最下方的2個分別為熱水和糖蜜進口。糖蜜和熱水進入后流過下邊的一個中心有圓形孔的隔板，又與剛進入的冷水混合。圓筒部分有7-8塊具有半圓形缺口的隔板交替配置，迫使液體交錯呈湍流運動，使糖蜜和水更好地混合。第7頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四b.立式糖蜜稀釋器第8頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四c.錯板式連續(xù)稀釋器在一般的圓形管內裝上交錯排列的擋板，擋板傾斜安裝以減少

4、流動阻力，擋板數目10-15塊，圓筒器身一般在200-250mm。糖蜜和水自稀釋器的上部自上而下以異流方式流動，經過器內各擋板的作用，糖蜜反復改變流向，使糖蜜和水得到均勻混合。第9頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四c.錯板式連續(xù)稀釋器第10頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四d.脹縮式糖蜜連續(xù)稀釋器是一個中間幾次突然收縮的中空圓筒。水和糖蜜從器身底端進入，糖液在器內因器徑的幾次改變使流速隨著發(fā)生多次改變，促進了糖液的均勻混合，最后從器頂部獲得符合工藝需要的稀糖液。第11頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四d.脹縮式糖蜜連續(xù)稀釋器第1

5、2頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四e.變管徑式連續(xù)稀釋器由幾種不同管徑的直管段連接而成。作用原理與漲縮式稀釋器相同。第13頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四e.變管徑式連續(xù)稀釋器第14頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四3.糖液的酸化與澄清 （1）糖液酸化的目的：在糖液中加入硫酸，進行滅菌，并在此使用灰渣沉淀澄清，以達到發(fā)酵的需要。第15頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（2）糖液酸化的設備糖液酸化桶：間歇操作設備。其體積和個數計算：酸化桶的總體積：V總=Q*/Q：每小時需酸化的糖液量，m3/h； ：每次酸

6、化時間，h ; ：裝滿系數，一般取0.8-0.85酸化桶個數：n= V總/VV:每個酸化桶的體積，m33.糖液的酸化與澄清第16頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四二.淀粉質原料的蒸煮糖化設備（一）淀粉質原料蒸煮糖化的目的淀粉的存在形式：淀粉存在于原料的細胞中，受到細胞壁的保護，不呈溶解狀態(tài)，不能被糖化劑中的淀粉酶直接作用。淀粉質原料的蒸煮目的： 目的一：原料吸水后，借助蒸煮時的高溫高壓作用，使原料的淀粉細胞膜和植物組織破裂，破壞原料中淀粉顆粒的外皮，使其內容物流出，呈溶解狀態(tài)，變成可溶性淀粉，以便糖化劑作用，使淀粉變成可發(fā)酵性糖，這個過程被稱為糊化，一般采用加熱蒸氣加熱蒸

7、煮的方法。 目的二：對原料進行滅菌，以保證發(fā)酵過程中原料無雜菌污染，使發(fā)酵能順利進行。第17頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（二）蒸煮設備1.連續(xù)式蒸煮設備的類型罐式柱式二.淀粉質原料的蒸煮糖化設備第18頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四2.罐式連續(xù)蒸煮設備（1）罐式連續(xù)蒸煮的特點： 溫度可高（高溫蒸煮）、可低（-淀粉酶液化、中低溫蒸煮），節(jié)省煤耗，設備簡單，操作容易，制造方便。第19頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（2）罐式糖化蒸煮糖化流程第20頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四煮熟罐3的作用：加熱，

8、又稱加熱罐。后熟器4的作用：不再進入蒸氣，保持溫度，維持一定時間，起到后熟作用。最后一個后熟器：氣液分離的作用，使經加熱、后熟的蒸煮醪分離出一部分二次蒸氣并使之降溫。后熟器的幾何尺寸：直徑：高=1：3-1：5（2）罐式糖化蒸煮糖化流程第21頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（3）蒸煮器和后熟器體積的計算 當蒸煮罐和后熟罐采用相同體積時，每個后熟器所需要的體積計算方法： V1=V2(N-1)+V2所以： V2=V1 /(N+ -1)其中： V1：包括有加熱蒸氣冷凝水在內的糊化醪量，m3/h； ：蒸煮時間，h；N：蒸煮罐和后熟器的數目；：最后一個后熟器的充滿系數，約為0.5；

9、V2：蒸煮罐和后熟器的體積，m3。第22頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（4）加熱器（又稱蒸煮罐）第23頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四加熱器的結構： 由三層直徑不同的套管組成。內層和中層管壁上都鉆有許多小孔，各層套管用法蘭連接。（4）加熱器第24頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四工作方式：粉漿流經中層管，高壓加熱蒸汽從內、外兩層進入，穿過小孔向粉漿液流中噴射。特點：氣液接觸均勻，加熱比較全面，在很短的時間內可使粉漿達到規(guī)定的蒸煮溫度。有效加熱段：加熱管壁上小孔分布區(qū)稱為“有效加熱段”。粉漿在有效加熱段停留的時間較短，一般為

10、15-25s。粉漿在此區(qū)域內的流速以不超過0.1m/s為宜，粉漿初溫為70 左右，加熱蒸氣的壓力為0.5MPa。（4）加熱器第25頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（三）真空冷卻器第26頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（三）真空冷卻器1.冷卻的目的： 由汽液分離器排出的糊化醪溫度為100 左右，黏度大，含固形物，需降溫至60 左右進行糖化，在糊化醪糖化之前需要進行冷卻。第27頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四2.工作方式：（三）真空冷卻器料液切線方式進入冷卻器（真空）醪液自蒸發(fā)醪液在器內旋轉被離心甩向周邊沿壁下流，排出冷卻器從

11、冷卻器頂進入冷凝器在冷凝器內與水直接接觸被冷凝第28頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（三）真空冷卻器3.操作與安裝 冷卻器內壓力第于大氣壓，處于真空狀態(tài)。安裝在較高位置，一般高于糖化鍋10m。第29頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（四）糖化設備1.連續(xù)糖化罐（1）作用：把已經降溫至60-62 的糊化醪，與曲液（乳）混合，在60 下維持30-45min，保持流動狀態(tài)，使淀粉在酶的作用下變成可發(fā)酵性糖。第30頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四1.連續(xù)糖化罐（2）糖化罐的體積：取決于醪液流量和在罐中的停留時間以及裝滿程度?？梢园凑?/p>

12、下式計算： V=V/60V：糖化醪液量（包括曲量），m3/h；:醪液在罐內停留時間，min； :裝填系數，0.75-0.85（四）糖化設備第31頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四（四）糖化設備1.連續(xù)糖化罐（3）糖化罐的尺寸H：圓筒部分高h:球形底（或罐底）高度r:球形底曲率半徑H=(0.5-1.0)Dh=(0.11-0.25)Dr=(D2+4h2)/8h第32頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四第二節(jié)培養(yǎng)基熱滅菌動力學第33頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四一.微生物的熱死1.定義：微生物受熱而喪失生活能力。2.熱死滅的原因：細

13、胞內的反應。雜菌受熱死滅符合一級反應動力學，使細胞內的蛋白質等高分子物質不具活性或蛋白質發(fā)生變性。第34頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四二.滅菌時間1.滅菌時間的確定根據微生物受熱死滅遵循一級反應方程用N表示活菌個數，則活菌的減少率（-dN/d )與N呈下列關系： -dN/d =kN（負號表示活菌數的減少）k：反應速度常數，單位（s-1,min-1等)。其大小與菌的種類和加熱溫度有關，需用實驗來測定。N：活菌個數。第35頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四在恒定的溫度下，將上式積分得到： =(2.303/k)*log(N0/Ns) :滅菌時間（s）

14、N0：滅菌開始時，污染的培養(yǎng)基中雜菌個數（個/ml） Ns：經滅菌時間后，殘存活菌個數（個/ml）二.滅菌時間第36頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四討論：Ns=0，則為無窮大，因此完全沒有雜菌是不可能的。所以培養(yǎng)基滅菌后，以在培養(yǎng)基液中還殘留一定活菌數來計算。工程上，通常以Ns10-3個/罐，即雜菌污染降低到被處理的每1000罐中只殘留1個活菌的程度，已經可以滿足生產要求。二.滅菌時間第37頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四2.90%死滅時間（D）：又稱1/10衰減時間?；畹奈⑸?0%死滅所需要的時間D。D=(2.303/k)log100/(10

15、0-90)則：D=2.303/k所以反應速度常數k表示了微生物對熱的抵抗能力的強弱，也說明微生物死滅的難易。k值越小說明微生物越耐熱。二.滅菌時間第38頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四三.滅菌溫度與菌死亡反應速度常數的關系 因為微生物受熱被殺死屬于單分子反應，所以滅菌溫度與菌死亡的反應速度常數關系可以用阿累尼烏斯（Arrhenius)方程式表示如下： dlnk/dT=E/RT2當E為常數時積分上式，得到：lnk=(-E/RT)+ak=Ae-E/RT式中：k:菌體死亡的速度常數（1/s）A:阿累尼烏斯常數（1/s）R：氣體常數（1.987*4.187J/K mol)T：絕

16、對溫度（K）E：細胞孢子的活化能（4.187J/mol）e:2.718第39頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四四.影響滅菌時間和溫度的其他因素1.培養(yǎng)基中氫離子濃度 直接影響滅菌的效果。大多數微生物在酸性或堿性溶液中，比在中性溶液中容易受熱死亡，培養(yǎng)基的酸堿度越大，所需殺滅微生物的溫度越低。第40頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四四.影響滅菌時間和溫度的其他因素2.培養(yǎng)基的成分a.培養(yǎng)基中脂肪、糖分和蛋白質含量越多，微生物的熱死速率越慢。b.固體培養(yǎng)基滅菌時間比液體培養(yǎng)基要長。液體培養(yǎng)基需要100滅菌1h,固體培養(yǎng)基需要2-3h才能達到同樣的滅菌效果。主要原因是液體培養(yǎng)基滅菌時，熱的穿透除傳導作用外還有對流作用，固體培養(yǎng)基則只有傳導作用而無對流作用。同時水的傳熱系數比有機固體物質大。第41頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四五.合理的滅菌方式合理的滅菌方式：高溫短時滅菌當溫度升高時，雜菌的死亡速度要比營養(yǎng)成分的破壞速度快得多。第42頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四培養(yǎng)基達到完全滅菌時，滅菌溫度和滅菌時間對培養(yǎng)基養(yǎng)分破壞的比較（以維生素B1為準）第43頁，共47頁，2022年，5月20日，8點11分，星期四第三節(jié) 培養(yǎng)基的滅菌設備第44頁，共47頁，2022年